Модернизация привода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

электрооборудование авиационный генератор

Электроэнергия является одним из основных видов энергии, используемой на борту летательных аппаратов. Потребителями электрической энергии являются практически все виды авиационного оборудования. Развитие системы электрооборудования происходило одновременно с развитием самой авиации.

По мере появления новых типов летательных аппаратов, изменения технических требований менялся качественный и количественный состав систем электрооборудования, совершенствовались его характеристики.

Значительный рост потребителей электроэнергии обусловил и увеличение установленной мощности источников энергии. На некоторых типах летательных аппаратов использовалось восемь генераторов мощностью 12 кВт каждый.

Постепенно к середине 70-х годов сложилась типовая структура системы электроснабжения многомоторного самолета. Система включает синхронный генератор, установленный на гидропривод, трансформаторно-выпрямительные устройства для питания потребителей постоянного тока, управляемые выпрямительные блоки для подзарядки аккумуляторов, а также аппаратуру управления, защиты и регулирования.

Одновременно происходило непрерывное совершенствование аппаратуры регулирования, защиты и управления.

Наиболее часто в системах управления используются электромеханизмы и коммутационная аппаратура. Электромеханизмы в общем случае состоят из электродвигателя постоянного или переменного тока, редуктора и управляющих устройств. Они широко применяются в системе управления самолетом, в топливной системе для привода насосов. Коммутационная аппаратура включает электромагнитное реле, контакторы, выключатели, переключатели, концевые выключатели. Управляющие обмотки реле и контакторов рассчитываются, как правило, на питание постоянным током напряжением 15, 27 и 45 В

Выполнен большой объем работ по созданию специальной коммутационной аппаратуры. Выпускаются аппараты для коммутации тока от 0,1 до 1000А. К настоящему времени заводами поставляется более 100 типов реле и контакторов, в том числе герметичных.

Достижения смежных отраслей промышленности, в частности электронной, использовались при разработке новых поколений аппаратуры, входящей в состав различных систем самолетного электротехнического оборудования. Начиная с середины 60-х годов получили широкое внедрение в электротехнические комплексы изделия, выполненные на базе полупроводниковой технологии. Во всем мире велись и ведутся поиски путей решения проблемы, построения систем электроснабжения самолета, в которых генераторы устанавливаются непосредственно на авиационные двигатели, а стабилизация частоты осуществляется полупроводниковыми преобразователями частоты.

Промышленностью проводятся работы по созданию высокоскоростных электрических машин (до 24 000 об/мин). В связи с наметившейся тенденцией использования криогенных топлив открывается перспектива использования этого вида топлива в качестве хладагента.

В связи с тем, что электропривод, как правило, обслуживает системы, к которым предъявляются требования высокой надежности, собственные показатели надежности электропривода также должны быть достаточно высокими.

За последнее десятилетие много внимания уделялось разработке бесконтактных вентильных двигателей, в которых используется магнитоэлектрическая машина с самарий-кобальтовыми магнитами, имеющими высокую удельную энергию. Этот новый класс электрических машин получил развитие благодаря появлению малогабаритных управляемых полупроводниковых приборов.

1. Назначение и технические характеристики установки У-2169 для контрольно-сдаточных испытаний авиационных генераторов

Установка У-2169 предназначена для контрольно-сдаточных испытаний генераторов ГТ40ПЧ6 II серии, ГТ40ПЧ6А, ГТ60ПЧ5, ГТ60ПЧ5 II серии и пускорегулирующей аппаратуры, работающей в комплексе с этими генераторами.

Основные характеристики установки модели У-2169:

- тип установки - стационарная;

- состав и габаритные размеры:

1) пульт управления и контроля - 1860х730х1135;

2) пульт проверки блоков - 1614х720х1135;

3) силовой шкаф системы управления - 1050х630х1753;

4) силовой шкаф привода 55-75 кВт - 1050х630х1753;

5) шкаф хранения технологических блоков - 1080х450х2140;

6) главный привод - 2620х1000х1500;

7) трехмашинный агрегат - 3026х849х983;

8) вентилятор в комплекте с электродвигателем - 1512х800х1296;

9) воздухопровод в комплекте с патрубками - 900х488х280;

10) привод генератора ГСК-1500 (2 комплекта) - 667х394х342;

11) блок проверки БРН - 420х220х290;

12) блок проверки БЗУ-1 и БЗУ-376СБ - 420х220х290;

13) блок проверки БТТ - 420х220х290;

14) блок проверки БРЧ-62БМ - 420х220х290;

15) блок проверки БПП-76 и БЧФ-208 - 420х220х290;

16) блок проверки БКШ-76 - 420х220х290;

17) блок проверки БЗА-ЗД и БРН-208Т5Б II серии - 420х220х290;

18) комплект переходников и обдува генератора

19) преобразователь ПТ-70Ц II серии.

- размещение установки - в трехраздельных помещениях;

- условия работы установки:

1) температура окружающей среды - +10 ч +40°С;

2) относительная влажность - не более 90%;

- электрические параметры:

1) рабочее напряжение - 380 В;

2) частота сети - 50 Гц;

3) установленная мощность - 123,5 кВт.

Установка У-2169 включает в себя следующие части:

- пульт управления и контроля. Предназначен для размещения в нем комплекта измерительной аппаратуры и органов управления, предназначенных для контроля и управления работой систем установки при испытании генераторов. На лицевой панели стойки приборов установлены:

1) кнопка «Отключение сети» и сигнальная лампа «Сеть»;

2) амперметр для измерения напряжения испытуемого генератора и переключатель для переключения вольтметра;

3) вольтметр для измерения напряжения подвозбудителя испытуемого генератора и переключатель для переключения вольтметра;

4) переключатель для переключения вольтметра;

5) переключатель для переключения вольтметра;

6) амперметр для измерения тока возбуждения технологического генератора;

7) вольтметр для измерения действующего значения напряжения испытуемого генератора;

8) вольтметр для измерения разности действующих значений напряжений испытуемого и стендового генераторов;

9) вольтметр для измерения действующего значения технологического генератора;

10) фазометр для измерения cos ц испытуемого генератора;

11) фазоуказатель для определения порядка чередования фаз испытуемого генератора;

12) милливольтметр - индикатор;

13) переключатель для переключения обмоток трансформаторов дифференциальной токовой защиты;

14) амперметры для измерения тока в фазах подвозбудителя испытуемого генератора;

15) блок управления приводом;

16) пост управления кнопочный для включения и отключения привода насоса смазки мультипликатора;

17) клеммы для подключения лабораторного вольтметра, измеряющего напряжение дополнительного источника питания = 15 -45 В;

18) клеммы для подключения лабораторного амперметра, измеряющего ток трансформаторов дифференциальной защиты;

19) выносные реостаты для регулирования напряжения источников питания = 15-45В и 27В;

20) переключатель для управления приводом реостата регулировки напряжения питания обмоток возбуждения испытуемого и технологического генераторов;

21) посты управления кнопочные - назначения согласно гравировкам;

22) счетчик моточасов для измерения времени работы установок.

слева на боковой стенке пульта управления и контроля установлены:

1) блок реверсирования главного привода;

2) разъем для подключения блока реверсирования;

3) разъем для подключения пульта проверки блоков;

4) разъем для подключения блока БТТ.

справа на боковой стенке стойки приборов установлены:

1) лабораторные клеммы с подведенным питанием 27 В постоянного тока;

2) розетка сетевая ~220В;

3) лабораторные клеммы для подключения частотомера и осциллографа.

в нише столешницы пульта управления и контроля установлены лабораторные приборы:

1) амперметр для контроля тока нагрузки испытуемого генератора;

2) амперметр для контроля тока подвозбудителя;

3) амперметр для измерения тока возбуждения испытуемого генератора;

4) вольтметр для контроля напряжения испытуемого генератора, подвозбудителя испытуемого генератора и индикатора;

5) вольтметр для контроля напряжения в обмотке возбуждения испытуемого генератора, напряжения источника питания 15-45В и напряжения источника питания 27В;

6) ваттметр для измерения мощности испытуемого генератора.

- пульт проверки блоков. Предназначен для размещения в нем измерительной, коммутационной и регулирующей аппаратуры, необходимой для испытания пускорегулирующей аппаратуры, работающей в комплекте с испытуемым генератором.

в пульте проверки блоков установлены:

1) панель приборов;

2) сменный блок (устанавливается в зависимости от испытуемого агрегата);

3) частотомер (переносной прибор, устанавливается только для проверки тех блоков, для которых он необходим);

4) автотрансформатор;

5) ящик с реостатами сопротивления;

6) ниша с лабораторными приборами.

- силовой шкаф. Предназначен для размещения в нем коммутационной, пусковой и защитной аппаратуры системы управления и контроля, а также привода 55-75 кВт.

- главный привод. Предназначен для установки на нем и проведения контрольно-сдаточных испытаний генераторов. Привод генератора осуществляется от двигателя постоянного тока через мультипликатор;

- трехмашинный агрегат. Предназначен для питания электроэнергией электродвигателя постоянного тока главного привода и регулирования скорости вращения испытуемого генератора.

трехмашинный агрегат состоит из:

1) рамы;

2) генератора постоянного тока G1;

3) генератора постоянного тока G2;

4) асинхронного электродвигателя М1.

Рама трехмашинного агрегата имеет транспортировочные рам-болты. Трехмашинный агрегат должен устанавливаться на фундамент и закрепляться фундаментными болтами.

- привод генератора ГСК-1500. На установке предусмотрено применение двух комплектов приводов ГСК. Один предназначен для питания элементов установки постоянным током при напряжении 27В. Другой (дополнительный) служит в качестве источника напряжения 15-45В.

привод генератора ГСК-1500 состоит из:

- рамы;

- генератора ГСК-1500;

- электродвигателя асинхронного.

Электродвигатель и генератор установлены на общей раме и соединены между собой клиноременной передачей. Привод генератора устанавливается на фундамент и закрепляется фундаментными болтами.

- агрегат обдува. Предназначен для обдува испытуемого и технологического генераторов.

агрегат обдува состоит из:

- рамы;

- вентилятора;

- асинхронного электродвигателя.

Регулирование напора воздуха осуществляется с помощью заслонок на корпусе вентилятора.

Агрегат обдува должен быть установлен на фундамент и закреплен фундаментными болтами.

Функциональные связи между отдельными частями установки показаны на схеме электрической структурной ДП ЭП 00.00.000 Э1.

2. Новые технические задачи

В проекте, в процессе модернизации предусмотрена замена трехфазного асинхронного электродвигателя с фазным ротором трехмашинного агрегата главного привода на трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором с регулированием его частоты вращения при помощи преобразователя частоты. Это обеспечит более качественные показатели регулирования скорости электродвигателя постоянного тока приводящего во вращение испытуемый авиационный генератор, такие как диапазон регулирования скорости, плавность и экономичность регулирования. Кроме того предусмотрена модернизация приводов вентиляции и смазки главного привода путем замены электродвигателей устаревших серий на более современные, что позволит повысить экономичность и надежность установки, а так же предусмотрена замена пускозащитных аппаратов устаревших серий на более новые (электромагнитные пускатели, тепловые реле, автоматические выключатели и др.), что повысит ее надежность.

Замена генераторов постоянного тока установки на управляемые выпрямители и двигателя постоянного тока главного привода в процессе модернизации не предусмотрена так как в процессе контрольно-сдаточных испытаний генераторов ГЧ40ПЧ6, ГЧ60ПЧ и др. предусмотрена проверка их характеристик на частотах вращения 5000 об/мин и выше и подключение аппаратуры работающей совместно с ними на напряжения 15В, 27В и 45В, принятых в авиастроении.

3. Разработка схемы электрической принципиальной электрооборудования станка

Схема электрическая принципиальная выполнена в соответствии со стандартом [3] и является основной схемой проекта электрооборудования производственного механизма. Она дает общее представление об электрооборудовании данного механизма отражает работу системы автоматического управления механизмом, служит источником для составления схем соединений и подключений, разработки конструктивных узлов и оформления перечня элементов. По принципиальной схеме осуществляется проверка правильности электрических соединений: при монтаже и наладке электрооборудования. От качества разработки принципиальной схемы зависит четкость работы производственного механизма, его производительность и надежность в эксплуатации.

Составление принципиальной электрической схемы производственного механизма проводится на основании требований технического задания. В процессе составления принципиальной схемы уточняются также типы, исполнения и технические данные электродвигателей, электромагнитов, конечных выключателей, контакторов, реле и т.п. На схеме показываются все электрические связи между входящими в нее элементами электрооборудования - производственного механизма.

Принципиальная схема проектируется с использованием существующих типовых узлов и схем автоматического управления электропроводами.

Релейно-контактные схемы необходимо составлять с учётом минимальной загрузки контактов реле, контакторов, путевых выключателей и т.д., применяя дня снижения коммутируемой ими мощности усилительные устройства: электромагнитные; полупроводниковые усилители и др. Для повышения надежности работы схемы нужно выбрать наиболее простой вариант, имеющий наименьшее количество органов управления, аппаратов и контактов. Для этой цели следует, например, применять общие аппараты защиты для электродвигателей, не работающих одновременно, а также осуществлять управление вспомогательными приводами от аппаратов главного привода, если они работают одновременно.

Цепи управления в сложных схемах следует присоединять к сети через трансформатор, понижающий напряжение до 12-110 В. Это исключает электрическую связь силовых цепей с цепями управления и устраняет возможность ложных срабатываний релейно-контактных аппаратов при замыканиях на землю в цепях их катушек.

Подача напряжения на силовые цепи и цепи управления должна производить посредством вводного пакетного выключателя или автоматического выключателя.

При применении на технологическом оборудовании только двигателей постоянного тока в схеме управления следует использовать также аппаратуру постоянного тока. Различные контакты одного и того же электромагнитного аппарата (контактора, реле, командоконтроллера, путевого выключателя и др.) рекомендуется по возможности подключать к одному полюсу или фазе сети: это позволяет осуществить более надежную работу аппаратов (отсутствует вероятность пробоя и замыкания по поверхности изоляции между контактами). Из этого правила следует, что один вывод катушки всех электроаппаратов по возможности нужно подключать к одному полюсу цепи управления.

Для обеспечения надежной работы электрооборудования должны быть предусмотрены средства электрической защиты и блокировки. Электрические машины и аппараты защищаются от возможных коротких замыканий и не допустимых перегрузок. В схемах управления электроприводами станков обязательна нулевая защита для устранения возможности самозапуска электродвигателей при снятии и последующей подаче напряжения питания. Электрическая схема должна быть построена так, чтобы при перегорании предохранителей, обрыве цепей катушек, не возникало аварийных режимов работы электропривода. Кроме того, схемы управления должны иметь блокировочные связи для предотвращения аварийных режимов при ошибочных действиях оператора, а также для обеспечения заданной последовательности операций. В сложных схемах управления необходимо предусмотреть сигнализацию и электроизмерительные приборы, позволяющие оператору наблюдать за режимом работы электроприводов.

Расчет и выбор мощности электродвигателя трехмашинного агрегата. Выбор электродвигателей для электрических приводов производится согласно расчетам, по характеристическим таблицам справочников по следующим параметрам:

- номинальная мощность двигателя;

- скорость вращения двигателя;

- величина и вид питающего напряжения и др;

- по исполнению и климатическим условиям.

Данная установка находиться в закрытых помещениях с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий, где колебания температуры и влажности воздуха и воздействие песка и пыли существенно меньше, чем на открытом воздухе. Исходя из этих условий, выбираем электроприводы со степенью защиты IP20 (оболочка таких аппаратов предохраняет от случайного соприкосновения к токоведущим или подвижным частям, или от проникновения внутрь аппарата посторонних предметов) и климатическими условиями У3 (с умеренным климатом).

Согласно [4], выбор электродвигателей осуществляется по:

- по номинальному напряжению;

- по номинальной мощности;

- по числу оборотов в минуту.

Рассчитываем и выбираем электродвигатель трехмашинного агрегата:

- по номинальному напряжению сети

U_ном ? U_сети, (1)

U_ном ? 380 В,

где Uном - номинальное напряжение электродвигателя, В;

- по номинальной мощности

Р_ном ? 100 кВт, (2)

- по числу оборотов в минуту

n_н ? 1480 об/мин. (3)

Привод трехмашинного агрегата М2 осуществляется от асинхронного трёхфазного электродвигателя марки АК2-92-4 из промышленной серии 4А с питающим напряжением 380 В. Исходя из полученных данных и регулированием частоты вращения с помощью частотного преобразователя выбираем электродвигатель типа АИР280S4, технические характеристики которого представлены в таблице 1.

Рассчитываем ток электродвигателя главного движения по формуле

, (4)

А,

где Р_ном - номинальная мощность электродвигателя главного привода, Вт;

U_сети - номинальное напряжение питающей сети, В;

cosц - коэффициент мощности;

з - коэффициент полезного действия.

Привод насоса смазки М1 рассчитывается аналогично и будет осуществляется от асинхронного трёхфазного электродвигателя промышленной серии АИР с питающим напряжением 380 В. Исходя из полученных данных выбираем электродвигатель типа АИР71В4, его технические характеристики представлены в таблице 1.

Рассчитываем ток электродвигателя М1 насоса смазки по следующей формуле

Привод вентилятора М3 рассчитывается аналогично и будет осуществляется от асинхронного трёхфазного электродвигателя промышленной серии АИР с питающим напряжением 380 В. Исходя из полученных данных выбираем электродвигатель типа АИР160М4, его технические характеристики представлены в таблице 1.

Рассчитываем ток электродвигателя М3 вентилятора по следующей формуле

В процессе модернизации замена электродвигателя М4 главного привода и генераторов трехмашинного агрегата G1 и G2 не предусмотрено, так как их параметры соответствуют характеристикам испытуемых генераторов ГЧ40ПЧ, ГЧ60ПЧ и другого авиационного оборудования. Технические характеристики выше указанных электрических машин приведены в таблице 2.

Таблица 1 - Технические характеристики электродвигателей

Обозначение на схеме	Тип двигателя	Рн, кВт	nном, об/мин	зн, %	cosц	Iпуск/Iном	Iном, А
М1	АИР71В4	0,75	1480	73	0,76	5,0	2
М2	АИР280S4	110	1480	94,5	0,88	6,5	200
М3	АИР160М4	18,5	1480	87	0,905	7,0	36

Таблица 2 - Технические характеристики электрических машин установки

Обозначение на схеме	Тип электрической машины	Рн, кВт	nном, об/мин	зн, %
М4	2ПН250LУ4	75	1450	89,5
G1	П42	3,2	1450	79
G2	2ПН280МУ4	90	1450	89

Расчет и выбор преобразователя частоты для двигателя трехмашинного агрегата. Выбор преобразователя частоты согласно [3] производится по параметрам:

- по номинальному напряжению электродвигателя

U ? U_н, (5)

где U - номинальное напряжение преобразователя частоты, В;

U ? 380 В,

- по номинальной мощности

Р_пч ? P_н.М2, (6)

где Р_пч - номинальная мощность преобразователя частоты, кВт;

Р ? 110 кВт.

Выбираем преобразователь частоты марки Altivar 71 ATV71HC11N4.

Серия преобразователей частоты Altivar 71 отвечает самым строгим требованиям применений благодаря использованию разнообразных законов управления двигателем и многочисленным функциональным возможностям.

Она адаптирована для решения наиболее сложных задач электропривода:

- момент и повышенная точность при работе на очень низкой скорости и улучшенные динамические характеристики с алгоритмами векторного управления потоком в разомкнутой или замкнутой системе привода;

- расширенный диапазон выходной частоты для высокоскоростных двигателей;

- параллельное включение двигателей и специальные приводы с использованием скалярного закона управления;

- точность поддержания скорости и энергосбережение для разомкнутого привода с синхронным двигателем;

- плавное, безударное управление несбалансированными механизмами с помощью системы адаптации мощности (Energy Adaptation System - ENA).

Данная серия ПЧ позволяет управлять с помощью алгоритма векторного управления потоком (CVF) асинхронными двигателями в разомкнутой и замкнутой системах регулирования скорости и синхронными двигателями с синусоидальной Э.Д.С. в разомкнутой системе.

Преобразователь частоты Altivar 71 имеет встроенные протоколы Modbus и CANopen, а также значительные функциональные возможности. Функциональность преобразователя может быть увеличена с помощью дополнительных карт расширения входов-выходов, коммуникационных карт, карты программируемого встроенного контроллера и интерфейсных карт датчика обратной связи по скорости.

Преобразователь частоты Altivar 71 обладает защитной функцией блокировки ПЧ, исключающей несанкционированный пуск двигателя. Данная функция безопасности Power Removal позволяет включать ПЧ в качестве составляющей в цепь безопасности системы управления электрической / электронной/ электронной с программным управлением, относящейся к безопасности производственного механизма или технологического процесса. Технические характеристики преобразователя частоты марки Altivar 71 ATV71HC11N4 приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Технические характеристики преобразователя частоты

Мощность двигателя, кВт	Линейный ток, А	Полная мощность, кВА	Макс. линейный ток к.з., кА	Макс. переходной ток в течении, А	Масса, Кг
				60с	2с
110	202	133	35	323	355	74

К преобразователю частоты в комплекте прилагается сетевой фильтр HC11N4 cо следующими техническими характеристиками, приведенные в таблице 4.

Таблица 4 - Технические характеристики сетевого фильтра HC11N4

Сетевой ток к.з., кА	Значение индуктивности, мГн	Номинальный ток, А	Ток насыщения, А	Потери, Вт
35	0,12	222	346	278

Расчет и выбор автоматических выключателей. Выбор автоматических выключателей производится по следующим условиям:

- по номинальному напряжению сети

U_{ном. авт} ? U_сети, (7)

где Uном. авт - номинальное напряжение автоматического

выключателя, В.

- по номинальному току теплового расцепителя

I_нтр ? I_длит, (8)

где I_нТР - номинальный ток теплового расцепителя, А.

Выбор вводного автоматического выключателя QF1 для группы электродвигателей и цепей управления производится в следующей поледовательности:

- номинальное напряжение автоматического выключателя

U_{ном. авт} ? 380 В, (9)

- номинальный ток автоматического выключателя

I_{ном.авт} ?I_длит, (10)

где I_длит - длительный ток нагрузки, А;

I_{ном.авт} - номинальный ток автоматического выключателя, А;

I_у-номинальный ток цепей управления, А.

I_длит = I_номМ1 + I_номМ2 + I_номМ3 + I_у = 2 + 200 + 36 + 5 = 242 А, (11)

При этом номинальный ток теплового расцепителя составит

I_нТР = 250 А > 242 А,

Согласно (3) ток уставки электромагнитного расцепителя определяется по формуле

I_эмр ? 1,25 · (I_длит + (I_пМ2 - I_нМ2)), (12)

где I_эмр - номинальный ток электромагнитного расцепителя, А;

I_пМ2 - пусковой ток наиболее мощного электродвигателя, А;

I_нМ2 - номинальный ток наиболее мощного электродвигателя, А.

I_пМ2 = л_I · I_нМ2, (13)

где л_I - кратность пускового тока.

I_пМ2 = 6,5 · 200 = 1300 А,

Полученные результаты подставляем в формулу (12) и определяем номинальный ток электромагнитного расцепителя

I_эмр ? 1,25 · (242 + (1300 - 200)) = 1677 А,

Исходя из полученных данных предварительно выбираем автоматический выключатель типа ВА52-35 со следующими техническими характеристиками:

U_н = 380 В, I_н = 250 А, I_нТР = 250 А, кратностью тока отсечки К = 10.

Проверяем ток срабатывания электромагнитного расцепителя по условию

I_отс ? К · I_эмр, (14)

I_отс = 10 · 1677 = 16770 А.

Следовательно, выбранный автоматический выключатель по условия токовой отсечки соответствует условиям срабатывания электромагнитного расцепителя.

Остальные автоматические выключатели выбираются аналогично, согласно [3]; их технические характеристики приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Технические характеристики автоматических выключателей

Обозначение по схеме	Тип аппарата	Расчетный ток, А	Расчетный ток магнитного расцепителя, А	Номинальный ток теплового расцепителя, А	Расчетное напряжение, В	Номинальное напряжение, В
QF1	ВА52-35	242	1677	250	380	380
QF2	ВА51-31	36	321	40	380	380

Расчет и выбор магнитных пускателей. Магнитные пускатели выполняют функции аппаратов дистанционного управления электродвигателями различных исполнительных механизмов, а также другими электроприёмниками. Кроме того, магнитные пускатели могут выполнять функции защиты от перегрузки и понижения напряжения.

Магнитные пускатели выбираются по следующим условиям:

- по номинальному напряжению сети

U_ном ? U_сети, (15)

где Uном - номинальное напряжение катушки аппарата, В.

- по номинальному току нагрузки

I_ном ? I_{ном.нагр}, (16)

где Iном - номинальный ток аппарата, А.

- по номинальному напряжению контактов аппарата

U_{ном.конт} ? U_сети, (17)

Выбор магнитного пускателя производится на примере КМ2, предназначенного для подключения питающей сети к электроприводу трехмашинного агрегата М2:

- номинальное напряжение катушки аппарата

U_ном ? 220 В,

- номинальный ток аппарата

I_ном ? 200 А,

- по номинальному напряжению контактов в силовой цепи

U_{ном.конт} ? 380 В,

- по номинальному напряжению контактов в цепи управления

U_{ном.конт} ? 220 В.

Исходя из полученных данных, выбираем магнитный пускатель для привода насоса смазки типа ПМЛ-7104УХЛ4. Выбор остальных магнитных пускателей производится аналогично. Технические характеристики магнитных пускателей приведены в таблице 6.

Таблица 6 - Технические характеристики магнитных пускателей

Обозначение на схеме	Тип аппарата	Напряжение катушки, В	Напряжение контактов, В	Iрасч, А	Iном, А	Число контактов
КМ1	ПМЛ-1100УХЛ4	220	380	2	10	3г+1з
КМ2	ПМЛ-7104УХЛ4	220	380	200	200	3г+5з+1 р
КМ3	ПМЛ-3100УХЛ4	220	380	36	40	3г+1з
КМ4	ПМЛ-1100УХЛ4	220	220	5	10	2з
КМ5	ПМЛ-1100УХЛ4	42	42	5	10	4з+1 р
КМ6	ПМЛ-1100УХЛ4	42	42	5	10	1 р

Расчет и выбор тепловых реле. Тепловые реле выбираются по номинальному току теплового элемента и номинальному току двигателя или длительному расчётному тока нагрузки. Для двигателей, работающих в длительном режиме работ

U_{ном.реле} ? U_сети, (18)

I_{ном.реле} ? I_ном.дв, (19)

Рассчитываем и выбираем тепловое реле КК2 для электродвигателя М2 трехмашинного агрегата:

- номинальное напряжение теплового реле

U_{ном. реле} ? 380 В,

- номинальный ток реле

I_{ном.реле} ? 200 А.

Исходя из полученных данных, выбираем тепловое реле типа РТЛ-3200, с диапазоном регулирования установок 145-200 А.

Аналогично выбираем тепловые реле для остальных двигателей. Технические характеристики тепловых реле приведены в таблице 7.

Таблица 7 - Техническая характеристика тепловых реле

Обозначение на схеме	Тип реле	Диапазон регулирования установок, А	Номинальное напряжение, В
КК1	РТЛ-1007	1,5-2,6	380
КК2	РТЛ-3200	145-200	380
КК3	РТЛ-2055	30-41	380

Анализ работы схемы электрической принципиальной установки У-2169. Включение привода в промышленную сеть под напряжение 380/220 В, 50 Гц осуществляется автоматическим выключателем QF1. Электродвигатель М2 трехмашинного агрегата включается контактором КМ2 от кнопки пуска SB6. Одним нормально разомкнутым блок-контактом контактор КМ2 шунтирует пусковую кнопку SB6, а другим замыкает цепь сигнальной лампы HL2. В первый момент (время раскрутки электродвигателя М1) сигнальная лампа HL2 горит в пол накала. Через 3-5 сек. после срабатывания реле времени КТ1, зашунтируется пусковое сопротивление R2. Лампа HL2 горит в полный канал.

Главный привод М4 испытуемого генератора питается от генератора G2 трехмашинного агрегата. Включается электродвигатель М3 контактором КМ5 о кнопки пуска SB3 через промежуточное реле KV1. Пуск электродвигателя М4 возможен только при минимальном токе возбуждения генератора G2, т.е. когда шунтовой реостат R5 введен полностью, горит сигнальная лампа HL4 МИН. и замкнут концевой выключатель SQ2.

Промежуточное реле KV1 своими нормально разомкнутыми контактами шунтирует кнопку пуска SB3 и замыкает цепь катушки контактора КМ5. В свою очередь контактор КМ5 включает главный привод М3 и сигнальную лампу HL5. Элементом, задающим и изменяющим скорость вращения двигателя М4, является шунтовой реостат R5. Напряжение, снимаемое с реостата подается на обмотку возбуждения L2 генератора G2 через сопротивление R6.

При изменении напряжения возбуждения генератора G2 пропорционально будет изменяться напряжение якоря генератора и электродвигателя М4. Следовательно будет меняться скорость вращения якоря электродвигателя М4.

Шунтовой реостат R5 имеет привод от электромеханизма вращательного движения А2, который управляется нажимными переключателями SA2 и SA3. В начальном и конечном положениях ход ползунка реостата R5 ограничивается концевыми выключателями SQ1 и SQ2. При этом цепь электромеханизма А2 разрывается и загорается сигнальная лампа HL3 или HL4.

Цепь управления шунтовым реостатом R5 сблокирована таким образом, что управление возможно только при включенном главном приводе (через контакты контактора КМ5).

После отключения главного привода контактором КМ5, ползунок реостата R5 автоматически возвращается в положение МИН.

Повторное включение главного привода возможно только после того, как ползунок реостат R5 нажмет на шток концевого выключателя SQ2 и загорается сигнальная лампа HL4 МИН.

Эта блокировка введена для того, чтобы исключить возможность включения электродвигателя М4 при большом напряжении генератора G2.

Контроль за работой электрических машин привода осуществляется вольтметром PV1 (напряжение возбудителя G1 и генератора G2), амперметром РА1 (ток привода).

Защита цепей генераторов G1и G2 от перегрузок осуществляется с помощью реле максимального тока КА1 и КА2, нормально замкнутые контакты которых включены в цепь включения трехмашинного агрегата и главного привода.

Пуск электродвигателя насоса смазки осуществляется контактором КМ1 после пуска электродвигателя трехмашинного агрегата.

Пуск электродвигателя вентилятора осуществляется контактором КМ3 после пуска электродвигателя трехмашинного агрегата.

Схема электрическая принципиальная приведена на листе ДП ЭП 00.00.000 Э3, а выбранные электрические аппараты и двигатели указаны в перечне элементов в приложении А.

4. Разработка монтажа электрооборудования установки У-2169

Выбор типа монтажа электрооборудования. Обычно электроаппаратуру управления (релейно-контактную или бесконтактную), согласно [6], размещают в электрошкафах, которые устанавливают вблизи технологического оборудования, а при небольших размерах электрошкафов - непосредственно на механизмах согласно.

Для сложного или громоздкого электрооборудования, каким является установка У-2169, а также в случаях, когда из-за вибраций нельзя применять шкафы пристроенного, утопленного или встроенного исполнений, используется внешний электрошкаф. При этом желательно использовать всю высоту шкафа, которая не должна превышать 2 м. Каркас внешнего шкафа изготовляется обычно из уголков и обшивается тонколистовой сталью.

По способу монтажа и доступа к аппаратуре, внешние электро-шкафы выполняются односторонними или двусторонними. В односторонних шкафах применяется переднее присоединение проводов к аппаратам, доступ к которым возможен через открытые дверцы шкафа. В двусторонних шкафах аппаратура размещается на двух сторонах вертикальной панели с передним или задним присоединением проводов. Если оборудование не умещается в одном шкафу, то используют два или три шкафа. Шкафы всех исполнений снабжаются замком со съемным ключом.

Различные по назначению электрические аппараты и устройства (контакторы, реле, трансформаторы, источники питания и пр.) монтируются на панелях или в блоках.

Панели чаще всего изготовляются из листовой стали толщиной 2-3 мм и с лицевой стороны покрываются тонкими листами гетинакса, текстолита или винипласта. Иногда используют в качестве панелей асбоцементные или текстолитовые плиты толщиной 10-15 мм.

Размеры панели, определяются габаритами аппаратов, размещенных на ней, и площадью, необходимой для прокладки электрических соединений между отдельными аппаратами, но не должны превышать допустимый размер 1200 х 750 мм.

В панели просверливаются отверстия, нарезается резьба в соответствии с эскизом размещения электроаппаратуры; устанавливаемая аппаратура крепится винтами или болтами. При креплении тяжелых контакторов используются резиновые прокладки, амортизирующие удар при срабатывании аппарата. Трубчатые резисторы (типа ПЭВ) устанавливаются на шпильках, которые крепятся к панелям и изолируются шайбами от корпуса. Некоторые аппараты монтируются непосредственно на стенках и в отсеках шкафа. Так, на боковой стенке шкафа может быть установлен вводной автоматический выключатель, сюда же выводится рукоятка вводного выключателя.

Малогабаритная аппаратура и полупроводниковые приборы (диоды, триоды, резисторы и др.) группируются в отдельные блоки и комплекты. Блок представляет собой изоляционную или металлическую панель, на которой укрепляются аппараты (детали) и зажимные или штепсельные устройства. Панель прикрывается сверху кожухами из металла, пластмассы или оргстекла.

Путевые выключатели и переключатели, предназначенные для контроля перемещения подвижных частей станка (машины), автоматизации, технологических циклов по пути перемещения и т.п., устанавливаются под корпусами отдельных механизмов, по краям неподвижной станины и т.п. При их размещении руководствуются удобством монтажа и обслуживания, а также исключением попадания на переключатель машинного масла, стружек и т.п.

В процессе разработки размещения аппаратов на панелях учитывают назначение аппаратов, а также условия для монтажа и эксплуатации:

- прежде всего размещают аппараты, расположение которых в шкафу предопределено их назначением и использованием, например, вводной выключатель или автоматический выключатель устанавливается так, чтобы его рукоятка находилась в удобном месте на уровне 1,5-1,7 м от пола, главные предохранители располагают ниже вводного выключателя или рядом с ним, тяжелые контакторы и пускатели располагают на нижней части панели;

- в местах, наиболее удобных для обслуживания, располагают блоки и комплекты аппаратов главных узлов управления: усилительные и регулирующие устройства, измерительные приборы и др;

- предохранители для отдельных силовых цепей ставят выше, а тепловые реле - ниже соответствующих контакторов.

Обычно панели делятся на вертикальные и горизонтальные зоны. Внутри каждой вертикальной зоны группируются аппараты и блоки управления, относящиеся к отдельному приводу станка. По горизонталям вертикальных зон располагают однотипные аппараты, имеющие примерно одинаковую высоту. При этом следует стремиться к сокращению межаппаратных связей, обеспечивая удобство и безопасность обслуживания.

Командные органы станка или машины (кнопки управления, регуляторы скорости, универсальные переключатели и др.) устанавливаются на стационарных или подвижных пультах управления (кнопочных станциях). По назначению различают главные, рабочие, вспомогательные и наладочные пульты управления. На основном рабочем месте устанавливается главный пульт управления всеми приводами и механизмами станка или машины. Здесь сосредоточен весь комплекс органов управления и контроля за ходом обработки изделий. В местах удобных для управления, но удаленных от главного пульта оборудуются рабочие пульты. Эти пульты часто выполняются подвесными или переносными, и оператор может сам выбирать их положение во время работы. Вспомогательные пульты предназначаются для управления установочными перемещениями подвижных частей станка или машины, удаленных от рабочих мест. На этих пультах часто устанавливают органы управления вспомогательными приводами.

Наладочные пульты содержат только органы наладочного управления и располагаются в отдалении от рабочих мест.

Расчет и выбор типа и сечения проводов и кабелей. Соединение всех элементов электрооборудования станка или машины в общую схему и питание электрической энергией токоприемников производится с помощью электропроводки, выполняемой в соответствии с общей схемой электрооборудования. Эти схемы составляют на основании принципиальной схемы и эскиза расположения электрооборудования на станке. При составлении общей схемы применяют те же обозначения, что и на принципиальной схеме. Аппаратуру, расположенную в шкафу, обычно обводят общей рамкой. Пучки проводов, идущих в одном направлении, изображают на общей схеме одной жирной линией.

Электропроводку станка и машин, согласно [7], выполняют проводами и кабелями преимущественно в полихлорвиниловой изоляции (например, марок ПБ, ПВ и др.).

Согласно общим техническим условиям для проводок станков и машин могут применяться медные провода сечением не менее 1 мм², и лишь в цепях усилительных устройств разрешается применять непосредственно на станках и машинах провода сечением 0,75 мм², а на панелях и в блоках - 0,5 и 0,35 мм².

Электропроводка должна обеспечить надежность работы электрооборудования, быть удобной в эксплуатации, простой и технологичной при монтаже, гармонично сливаться с производственным механизмом. По конструктивным признакам и особенностям монтажа различают три вида проводки: машинную, на панелях и в блоках, внешнюю.

Монтаж машинной электропроводки с целью зашиты проводников от механических повреждений и вредных воздействий машинного масла, пыли и охлаждающей жидкости производится в стальных тонкостенных трубах. Чтобы очертания трассы проводки не ухудшали внешнего вида станка или машины, трубы предварительно изгибают в соответствии с конфигурацией станин, корпусов и т.п. Внутренний диаметр труб, число изгибов и их радиусы должны обеспечивать свободное протягивание и замену проводов. Если необходимо иметь много изгибов, то проводку осуществляют в металлорукавах или в толстостенных винилитовых трубках. Провода в трубах и рукавах должны быть целыми. Соединение проводов путем пайки или скрутки не допускается. Соединение труб производится при помощи специальной герметичной арматуры: тройников, угольников, разветвительных коробок и др.

На каждые 7-10 проводов цепей управления, прокладываемых в трубе или металлорукаве, добавляют один резервный провод. На общей схеме электрооборудования выходящие из трубы провода в случае их разветвления снабжают выносами с указанием их нумерации согласно принципиальной схеме и указывают число проводов, их сечение, расцветку и др.

Все концы проводов, соединяющих зажимы отдельных аппаратов и машин, при монтаже электрооборудования должны быть промаркированы в соответствии с нумерацией, имеющейся на схемах соединений, принципиальной и общей. Маркировка проводов производится с помощью бирок из пластмассы, фибры или жести, на которых ставят индекс провода. Бирки на проводах закрепляются суровыми нитками. В некоторых случаях применение бирок оказывается неудобным. Тогда на концы проводов надевают кусочки хлорвиниловых трубок светлого цвета; которые должны плотно прилегать к изоляции провода. На трубках специальными чернилами наносят условные обозначения проводников.

Для удобства монтажа и облегчения нахождения неисправностей электрооборудования, возникающих во время эксплуатации, при выполнении машинной электропроводки широко применяются разветвительные коробки, в которых располагаются наборы зажимов.

К зажимам присоединяются с одной стороны провода, идущие от электрических машин и аппаратов, с другой, уходящие к панелям управления, расположенным в шкафах и нишах.

Проводка к узлам электрооборудования, размещенным на подвижных частях механизма, выполняется гибкими проводами с полихлорвиниловой изоляцией, которые прокладываются в металлорукаве, резинотканевом рукаве или в эластичной пластиковой трубке. Подвод к электрооборудованию, размещенному на вращающихся частях станков, производится с помощью кольцевых токоподводов. Для крановых электроустановок машиностроительных заводов, как правило, применяют троллейный токоподвод.

Электропроводка на панелях шкафов и ниш выполняется в основном жестким проводом (марок ПВ, ПР, ПМВ) с медной жилой, сечение которой выбирают по току нагрузки, но не менее 1,0 мм² для обеспечения достаточной механической прочности. Внешняя проводка выполняется в стальных трубах, прокладываемых по полу или фундаменту станка или машины в специальных каналах, закрываемых сверху съемными стальными щитами.

На автоматических станочных линиях, электрооборудование которых содержит большое количество различных машин, аппаратов, и органов контроля, применяется верхняя разводка проводов в специальных секционированных коробах над станками. Короба крепятся на стойка или на станинах станков с помощью кронштейнов. Провода к станкам от короба прокладываются в стальных трубах или металлорукавах.

К электрошкафу управления электроэнергию обычно подводят от цеховых шинных сборок - стальных полос, заключенных в общий кожух из листовой стали, укрепленный на стенах, на колоннах цеха или на специальных стойках. В некоторых случаях схему станка или машины присоединяют к кабельной сети цеха, открытой проводке по стенам или проводам, уложенным в каналах в полу.

Согласно [7], при выборе проводов необходимо учитывать следующие параметры:

нагрев током проводов и кабелей не достигал значений, опасных

для целостности их изоляции;

потеря напряжения и мощности в сети не превышала таких

пределов, при которых нарушается нормальная работа потребителей и эксплуатация становится экономически невыгодной;

- обеспечивалась безопасность для обслуживающего персонала.

Перед выполнением расчета проводов и кабелей необходимо учитывать их способ прокладки, учитывать характер помещения, условия среды, в которой они будут находиться, и напряжение сети.

Согласно [7], выбор сечения проводов производится:

- по условию нагрева длительным расчетным током

Iдоп ? Iр/К, (20)

где Iдоп - длительный допустимый ток провода, А;

Iр - расчетный ток нагрузки, А;

К - поправочный коэффициент на условия прокладки;

- по условию соответствия выбранному аппарату максимальной токовой защиты

Iмах.з ? Кз · Iз/К, (21)

где Кз - коэффициент загрузки электродвигателя (принимаем Кз = 1);

Iз - номинальный ток или ток срабатывания защитного аппарата, А.

Произведём выбор силового провода, соединяющего вводной автоматический выключатель QF1 с питающей сетью: поправочный коэффициент при расчётной температуре среды 25°С и при нормированной температуре жил 80°С равен К = 1,04.

Iдоп ? 247/1,04 = 237,5 А, (22)

Iмах.з ? 1 · 1677/1,04 = 1612,5 А.

Выбираем провод ПВ-3 с сечением 120 мм².

Для прокладки проводки используем металлорукав марки РЗ-Ц-Х-40.

Аналогично производим выбор остальных проводов. Результаты сводим в таблицу 9.

Таблица 9 - Выбор сечения проводов

Цепь включения провода	Марка провода	Номинальное сечение провода, мм2
Силовой провод, соединяющий вводной автоматический выключатель QF1 с питающей сетью	ПВ-3	120
Провод для цепей управления	ПВ-3	0,75
Провод для цепей индикации	ПВ-3	0,5
Провод, питающий двигатель М1	ПВ-3	1,0
Провод, питающий двигатель М2	ПВ-3	120
Провод, питающий двигатель М3	ПВ-3	5

Разработка схемы электрической соединений. Схема соединений показывает соединение составных частей изделия и определяет провода, жгуты и кабели, которыми выполняются эти соединения, а также места их присоединения. Схемы соединений являются основой производственной и эксплуатационной документации и содержат сведения, необходимые для монтажа, наладки и ремонта электрооборудования.

При проектировании автоматизированных электроприводов разрабатывают схемы соединений, которые можно разделить на две группы:

- схемы электрические соединений отдельных узлов и устройств;

- схемы электрические соединений всех составных частей и устройств установки в целом.

Схемы соединений выполняются на основании принципиальных схем и сборочных чертежей электрооборудования.

Схема электрических соединений шкафа управления приводом 55-75кВт установки У-2169 приведена на листе ДП ЭП 00.00.000 Э4

При разработке электрооборудования станка установку потребовалось определенное количество времени. Трудоемкость работ по разработке представлена в таблице 10.

Таблица 10 - Общая трудоемкость работ

Наименование этапов работ	Количество заменяемых элементов	Трудоёмкость, ч
		На 1	На все
1 Ознакомление со схемой		0,5	0,5
2 Подготовка к работе		0,2	0,2
3 Установка электродвигателя	3	0,3	0,9
4 Установка автоматического выключателя	2	0,2	0,4
5 Установка магнитного пускателя	6	0,15	0,9
6 Установка теплового реле	3	0,15	0,45
7 Установка преобразователя Частоты	1	0,5	0,5
8 Коммутация элементов	14	0,2	2,8
9 Проверка схемы (мультиметром)	-	-	0,5
10 Проверка сопротивления изоляции (мегомметром)	-	-	0,5
11 Всего в т.ч. тестером мегомметром	-	-	7,65 0,5 0,5

При выполнении работ по установке электрооборудования были задействованы следующие материалы и комплектующие:

- провод марки ПВ3-120 - 10 м.п.;

- провод марки ПВ3-1 - 15 м.п.;

- провод марки ПВ3-0,75 - 15 м.п.;

- провод марки ПВ3-5 - 15 м.п.;

- металлорукав марки РЗ-Ц-Х-40 - 10 м.п.;

- металлорукав марки РЗ-Ц-Х-10 - 45 м.п.;

- изоляционная лента - 6 м.п.;

- автоматический выключатель - 2 шт.;

- магнитные пускатели - 6 шт.;

- тепловые реле - 3 шт.;

- преобразователь частоты - 1 шт.;

- электродвигатели - 3 шт.

Монтаж электрооборудования выполнен электромонтёром четвертого разряда.

Схема электрическая соединений шкафа представлена в графической части дипломного проекта на листе ДП ЭП.00.00.000 Э4.

5. Наладка силовой цепи электрооборудования установки

Виды и причины износа электрооборудования. В процессе работы электрооборудования происходит его постепенное изнашивание. Применительно к любым техническим объектам различают два вида износа: физический и моральный. Под физическим износом понимается изменение размеров, формы, массы технического объекта или состояния его поверхности вследствие остаточной деформации от постоянно действующих нагрузок либо из-за разрушения поверхностного слоя при трении. Применительно к электрооборудованию, согласно[9], выделяют механический, электрический и моральный износы. Показатели надежности оборудования (срок службы до износа, интенсивность отказов и др.) зависят от физического износа. Поэтому во время периодических ремонтов наиболее изношенные детали и узлы заменяют новыми.

Механический износ электрооборудования происходит из-за длительных переменных или постоянных воздействий на его отдельные детали или сборочные узлы. В результате изменяется их первоначальная форма или ухудшаются качества, например, на поверхности коллектора электрических машин постоянного тока образуются глубокие дорожки. Причиной быстрого механического износа коллектора может быть продолжительное воздействие на него щеток, прижатых с усилием, превышающим допустимое, или неправильный выбор вида щеток, например, более твердых, чем те, на которые рассчитан коллектор. В электрических машинах из-за трения механически изнашиваются, кроме коллектора, шейки валов, подшипники, контактные кольца роторов.

Электрический износ - это потеря электроизоляционными материалами электрооборудования изоляционных качеств. Например, электрически изнашиваются пазовая изоляция электрических машин, изоляция проводов обмоток и др. Электрический износ изоляции чаще всего является результатом длительной эксплуатации электрооборудования, воздействия на изоляцию высоких температур или химически агрессивных веществ. Эти факторы приводят к быстрому «старению» изоляции (потере изоляционных свойств) и как следствие - к витковым замыканиям в обмотках и катушках, пробою изоляции и появлению потенциалов опасной величины на частях электрооборудования, обычно не находящихся под напряжением, т.е. к повреждениям, устранение которых требует капитального ремонта электрооборудования.

Моральный износ - это устаревание исправного электрооборудования, дальнейшая эксплуатация которого нецелесообразна из-за создания нового, технически более совершенного или более экономичного электрооборудования аналогичного назначения. Однако иногда эксплуатация морально изношенного электрооборудования может быть технически и экономически не целесообразной, если при его капитальном ремонте осуществляется модернизация.

...