Выбор и проверка коммутационного защитного аппарата для цепи питания мостового крана

Размещено на http://www.allbest.ru/

НИЖНЕКАМСКИЙ ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ (ФИЛИАЛ)

ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

КАЗАНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА им. А.Н. ТУПОЛЕВА

Кафедра Электрооборудования

Специальность 140610 «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений»

Курсовая работа

По дисциплине «Электрические и электронные аппараты»

Тема: «Выбор и проверка коммутационного защитного аппарата для цепи питания мостового крана»

Выполнил студент

группы 27301 Шайдуллин А.М.

Проверил доцент

Изотова П.А.

Нижнекамск 2015 г.



Содержание

Введение

1. Технологическое назначение промышленной установки (механизма), краткое описание её конструкции, кинематической схемы и режима работы

2. Требования предъявляемые к электроприводу, схеме управления и защиты

3. Предварительный расчет

4. Выбор электрических аппаратов управления и защиты электродвигателя

5. Расчет токоведущего контура

6. Определение переходного сопротивления

7. Расчет коммутирующих контактов

8. Аппарат защиты, автоматический выключатель АП50Б-3МТ

9 Проектирование принципиальной электрической схемы электропривода установки

Список литературы



Введение

кинематический токоведущий коммутирующий электропривод

Электрические аппараты подразделяются на два вида - аппараты высокого напряжения и аппараты низкого напряжения.

Среди аппаратов низкого напряжения существует несколько обособленных разновидностей:

1)автоматические регуляторы;

2) реле и электромеханические преобразователи автоматики;

3)статические преобразователи;

4)аппараты управления;

5)аппараты, устанавливаемые в распределительных устройствах;

Под электрическими аппаратами управления будем понимать аппараты, осуществляющие управление режимом работы электрооборудования промышленных предприятий, а также управление режимом работы распределительных сетей низкого напряжения.

Аппараты управления режимом работы электрооборудования, обычно называемые аппаратами управления, включают в себя контакторы, пускатели, контроллеры, путевые выключатели и переключатели, команд аппараты, реле управления и др.

В аппаратах управления в качестве контактных и токоведущих материалов очень широко применяются медь или материалы на их основе. Замена медных токоведущих частей аппаратов на алюминиевые требует, прежде всего, создания надежных болтовых контактных соединений алюминиевых токоведущих элементов.

Разработка и усовершенствование аппаратов управления в промышленности ведется сейчас в направлении уменьшения их габаритов и металлоемкости. Усовершенствование технологии аппаратов и прежде всего автоматизация слесарно-сборочных и контрольно-измерительных операций, где доля ручного труда наибольшая, - это важный резерв электроаппаратных производств, позволяющий снизить трудоемкость в несколько раз.

1. Технологическое назначение промышленной установки (механизма), краткое описание её конструкции, кинематической схемы и режима работы

Краны - это грузоподъемные устройства для вертикального и горизонтального перемещения грузов на небольшие расстояния.

В цехах предприятий наибольшее распространение получили мостовые краны.

Однотипными узлами всех кранов являются.

- механизм передвижения моста,

- механизм передвижения тележки,

- механизм подъема и опускания груза.

Подъемный кран представляет собой грузоподъемную машину циклического действия, предназначенную для подъема и перемещения груза, удерживаемого грузозахватным устройством (крюк, грейфер). Он является наиболее распространенной грузоподъемной машиной, имеющей весьма разнообразное Мостовой кран (рис.1) представляет собой мост, перемещающейся по крановым путям на ходовых колесах, которые установлены на концевых балках.

К основным параметрам механизма подъёма относятся:

грузоподъемность, скорость подъема крюка, режим работы, высота подъема грузозахватного устройства.

Рис. 1 Общий вид мостового крана.

Работу основных механизмов крана рассматривают по кинематическим схемам. Так как двигатели обычно имеют угловую скорость, значительно большую, чем скорость подъемного барабана или ходовых колес моста или тележки, то движение к рабочим органам механизмов крана передается через редукторы ( на рисунках обозначены буквой Р).

Для механизмов подъема наибольшее применение получили схемы с полиспастом П (рис. 2), при помощи которого движение от барабана Б передается крюку К.

На рис. 3 представлена схема механизма тележки, которая обычно имеет четыре ходовых колеса, два из которых, соединены валом, приводятся в движение через редуктор Р от двигателя Д.

Передача движения к ходовым колесам концевых балок от двигателя, установленного на мосту, может осуществляться через редуктор Р, расположенного в средней части моста (рис. 4).

Рис.2. Кинематическая схема Рис.3. Кинематическая схема тележки подъемного механизма



Рис.4. Кинематическая схема моста

Во всех отраслях промышленности, на транспорте и в строительстве для подъема и перемещения грузов используются грузоподъемные краны, мощность электропривода которых находится в интервале от сотен ватт до тысяч киловатт.

Рабочие механизмы грузоподъемных кранов обеспечивают перемещение грузов в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Подъем груза осуществляется механизмом подъема. На кранах может быть установлено до трех механизмов подъема различной грузоподъемности. Перемещение груза по горизонтали на мостовых и козловых кранах осуществляется с помощью грузовой тележки и самого крана, а на стреловых кранах - с помощью механизмов поворота, изменения стрелы или грузовой тележки стрелы. Всеми механизмами кранов управляет из одного места - кабины или поста управления.

Одним из основных параметров грузоподъемных кранов является номинальная грузоподъемность Q, т. е. небольшая масса поднимаемого или перемещаемого груза, а также скорость вертикального или горизонтального перемещения груза. Грузоподъемность непосредственно не характеризует параметры электропривода, поскольку даже при очень большой грузоподъемности мощность электропривода может быть невысокой, однако увеличение грузоподъемности кранов связано с повышением надежности тормозных устройств и общей надежности электропривода.



2. Требования, предъявляемые к электроприводу, схеме управления и защиты

Грузоподъемные машины могут быть установлены не только в помещениях, но и на открытом воздухе. При работе в помещениях многие краны находятся непосредственно над линиями технологических механизмов в среде с повышенной температурой, высокой концентрацией пыли, при наличии в воздухе паров слабых кислот и щелочей. Некоторые краны в процессе эксплуатации передвигаются из отапливаемых помещений на открытый воздух и обратно. При этом на изолирующих поверхностях возможна конденсация влаги, которая вместе с производственной пылью значительно снижает электрическую прочность изоляции электрических машин и аппаратов.

Поэтому в общем виде условия работы кранового оборудования следующие:

Перепад температуры окружающей среды от -40 до +40 0С;

Относительная влажность воздуха - 90% при температуре окружающей среды +25 0С;

Суточное осаждение пыли (в том числе токопроводящей) из воздуха 5 г/м2;

Суточное осаждение паров слабых кислот из воздуха 500 мг/м2;

При вибрации в диапазоне частот 1 - 50 Гц с максимальным ускорением 0,5 g и одиночно повторяющимся ударами с максимальным ускорением до 3 g. [1]

Электрооборудование, устанавливается на кранах, с учетом специфики его эксплуатации должно иметь повышенную механическую прочность, быть устойчивым к различным перегрузкам и в тоже время быть предельно простым при обслуживании и ремонте.



3. Предварительные расчеты

Расчет номинальных, пусковых и ударных пусковых токов электродвигателей.

Номинальный ток двигателя определяется как [1]:

А,

где Рном - номинальная мощность двигателя, кВт; Uном.л - номинальное линейное напряжение на обмотке статора, В; - коэффициент полезного действия при номинальном моменте на валу двигателя; cos - коэффициент мощности.

Пусковой ток двигателя:

А,

где kI - кратность пускового тока двигателя (kI - 5…8).

Ударный пусковой ток двигателя (амплитудное значение):

А

По исходным данным выберем двигатель:

Тип: 4А180М2У3

Рном=30 кВт

Uном=220,380,660 В

nном=2945 об/мин

Sном=1,8 %

з= 90,5%

cosцном=0,9

J=0.085 кг/м2

Выбор сечения кабелей низкого напряжения, соединяющих электродвигатель с питающим трансформатором, по номинальному напряжению и току, учитывая, что длительно допустимый ток кабеля должен быть на 20 % больше номинального тока линии.

Номинальное сечение: 150/24;

Допустимый продолжительный ток: 365 [A].

Определение сопротивления кабелей.

Для расчета сопротивлений кабелей для выбранного сечения кабеля находят удельное активное сопротивление rуд (мОм/м) и удельное реактивное сопротивление худ (мОм/м)

Сопротивление кабеля:

Ом

Ом,

где lк - длина соединительного кабеля, м.

Суммарные сопротивления составляют:

активное:

Ом,

реактивное:



Ом,

где rТ и xТ - соответственно активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности питающего трансформатора xc - приведенное индуктивное сопротивление энергосистемы (находим из заданного соотношения xс/xт), Ом, rпк - переходное сопротивление контактов в местах соединения (принимаем равным 15мОм). Активным сопротивлением системы пренебрегаем.

Тогда модуль полного сопротивления до точки КЗ составит:

Ом.

Определение токов короткого замыкания (КЗ) в месте установки двигателя.

ток трехфазного КЗ находится как:

А;

ток двухфазного КЗ А;

ток однофазного КЗ в том же месте

А;

r1 и x1 - соответственно активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности трансформатора, Ом (r1 = r1Т и x1= x1Т; а r0 и x0 находятся как

Ом,

Ом,

где r0Т и x0Т - соответственно активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности трансформатора, Ом; r0к и x0к - активное и индуктивное сопротивления кабелей, Ом (r0к = rк и x0к = xк); rн.п и xн.п. - активное и индуктивное сопротивления нулевого проводника, Ом (находится также как и сопротивление кабеля).

Определение ударного тока КЗ.

Ударный ток КЗ находится из соотношения

А;

где kуд - ударный коэффициент, зависящий от отношения (Xт + Xк)/(Rт + Rк) и определяемый по кривым изменения ударного коэффициента рис.3.6 [4] или черт 1 (ГОСТ 28249-89)

Проверка условия нормального пуска двигателя.

- в условия легкого пуска двигателя (длительность пуска не превышает 0,5 5с)

;

- в условия тяжелого пуска двигателя (длительность пуска свыше 5 с)

;



где I(3)кз - ток трехфазного кз на зажимах в двигателя.

4. Выбор электрических аппаратов управления и защиты электродвигателя

Выбор автоматических выключателей.

Выбор автоматических выключателей проводится по следующим параметрам:

а) роду тока силовой цепи;

б) номинальному напряжению выключателя Uном.в = 660>388 В. (номинальное напряжение выключателя должно быть не менее номинального напряжения нагрузки);

в) числу главных контактов;

г) типу расцепителя (П50Б-3МТ) (в зависимости от схемы управления выбирается выключатель с электромагнитным (ЭМ) расцепителем или с ЭМ и тепловым (Т) расцепителями);

д) номинальному току расцепителя (ток расцепителя должен удовлетворять условию Iн.расц<Iном.нагр< 2Iн.расц);

е) току Iсраб.оуставки срабатывания ЭМ расцепителя (ток уставки ЭМ расцепителя должен удовлетворять условию (1,1…1,2)Iуд.пIуст<I(1)кз);

ж) предельной коммутационной способности (ПКС) (для ПКС должно удовлетворяться условию I(3)кз< ПКС);

и) времени tсраб срабатывания теплового расцепителя (для нормального пуска двигателя должно выполняться неравенство tпtсраб 1,5tп);

Выбираются выключатели без дополнительных расцепителей, свободных контактов и дополнительных механизмов, стационарного исполнения, с передним присоединением.

Тип	Uном.,В	Iном.,А	(Iном. максимальных расцепителей, А)	Откл-ая способность, кА
				~660
				Ударные	Действующие
АП50Б-3МТ	~660	63	40, 50	3,5	1,7

Выбор магнитного пускателя.

Выбор магнитного пускателя проводится по следующим параметрам:

а) роду тока силовой цепи;

б) номинальному напряжению пускателя (номинальное напряжение пускателя должно быть не менее номинального напряжения нагрузки);

в) числу главных контактов;

г) категория применения пускателя (категория применения определяется схемой управления двигателя (см. приложение 2.));

д) номинальному рабочему току (для правильно выбранного пускателя Iп<Iо);

е) реверсивный или нет (определяется схемой управления двигателя);

ж) наличию теплового реле (определяется схемой управления двигателя);

з) степени защиты.

Магнитный пускатель серии ПМА переменного тока открытого исполнения нереверсивный с тепловым реле на напряжение до 660 В.

Тип	Iном, А	Мощность управляемых электродвигателей при Uном.=660 В, кВт.	Износостойкость пускателей, млн. циклов	Масса, кг
			Механическая	Коммутационная
ПМА3202ПУХЛЧА	40	18,5	16	2,5	1,4

Выбор максимально-токовых реле.

Выбор максимально-токовых реле производится по следующим условиям:

а) номинальному напряжению реле (номинальное напряжение реле должно быть не менее номинального напряжения нагрузки);

б) числу полюсов;

в) номинальному току реле (номинальный ток реле не должен быть ниже номинального тока двигателя);

г) времени срабатывания реле (время срабатывания tсраб реле должно удовлетворять условию tпtсраб 1,5tп).

Способ соединения обмоток реле выбирается из условия реализации заданных номинального тока и тока уставки реле.

Тепловое реле.

Тип	Iном. , А	Uном. ,В	tоткл. ,с
РТТ5-10	~25	~600	0,01

Выбор предохранителей.

Предохранитель для защиты двигателя выбирается по следующим условиям:

а) номинальному напряжению (номинальное напряжение предохранителей должно быть не менее номинального напряжения нагрузки);

б) номинальному току плавкой вставки Iном.вст (Iном.вст меньше или равен номинальному току предохранителя и зависит от условий пуска двигателя);

Для короткозамкнутых асинхронных двигателей:

- при небольшой частоте включения и легких условиях пуска двигателя в течение tп = (2...10) c.

Iном.вст 0,4 Iп ? 0,4•30,72=12,3 А;

- при тяжелых условиях пуска в течение tп> 10 с и при повтор-но-кратковременном режиме с ПВ% , 40% 

Iном.вст (0,5...0,6) Iп? (0,5ч0,6)·30,72=15,4ч18,4 А

Для защиты цепей управления аппаратов предохранитель выбирается из условия:

Iном.вст 1,25 Iном? 1,25•3,84=4,8 А;

где Iном - наибольший номинальный ток в цепи управления.

Тип	Uном, кВ	Iном., А	Iном.откл. кА	Масса,кг
		Предохранителя	Плавкой вставкой
ПП24	0,66	63	25; 40; 50; 63	100	0,37

5. Расчет токоведущего контура

Определений размеров.

Расчет токоведущих частей контактора в номинальном режиме работы проводим с учетом эквивалентного длительного тока.

А,

где ПВ% - продолжительность включения (60%); Z - допустимое число циклов включения (2000); - номинальный ток главной цепи.

Сравнивая и , дальнейший расчет токоведущего контура проводим по большему из этих значений.

Расчет размеров токоведущих частей.

Оценим размеры токоведущих частей прямоугольного сечения по эквивалентному току.



м,

где- удельное электрическое сопротивление; - температурный коэффициент металла контактов; - допустимая температура;

- температура окружающей среды;

=10 Вт/(м2*град) - коэффициент теплопередачи;

=3 - коэффициент геометрии,

Для дальнейших расчетов принимаются стандартные размеры шины, с учетом расчетного тока.

Расчет температуры нагрева токоведущих частей в номинальном режиме.

с,

где p =2*(a + b) = 0,003 м - периметр;

q = а * b = 0,0000004 м2 - площадь поперечного сечения;

Правильность расчета определяется при соблюдении условия <

25<120 °С

Расчет термической стойкости.

В режиме короткого замыкания рассчитаем термическую стойкость токоведущих частей. Допустимую температуру нагрева в режиме короткого замыкания примем равной =250

,

где - плотность материала контакта,

С =390Дж/кг* - теплоемкость.

6. Определение переходного сопротивления

Расчет силы контактного нажатия.

Н,

где 0,7 кг/мм2 - удельное давление в контактирующих частях;

мм2.

Переходное сопротивление контактирующих поверхностей.

Ом,

где - коэффициент, зависящий от материала и состояния поверхности контактирующих поверхностей;

Омическое сопротивление контакта.

Ом,

где мм - длина контактного соединения.

Переходное сопротивление контакта.

Ом.

Расчет превышения температуры контактного соединения.

При номинальном режиме температуры контактного соединения не должна превышать температуру нагрева примыкающих к нему шин больше чем на 10 градусов и быть больше допустимой.

с,

где SK =2*(а+b)*l = 2,8 м2 - полная наружная поверхность контактного соединения.

7. Расчет коммутирующих контактов

Расчет сил контактного нажатия.

Для одноточечных контактов сила контактного нажатия

Н,

гдеn=2 число контактных площадок, характеризующее форму контактной поверхности, при точечном контакте;



К - температура точки касания;

К температура контактной площадки;

= 390 Вт/(мк) - удельная усредненная теплопроводность токоведущего проводника, применяемая здесь;

В=2,410-8 (В/мк)2 - число Лоренца;

Нb=11*108 Н/м2 твердость контактной поверхности по Бринеллю;

Расчет переходного сопротивления.

Ом, гдеn - коэффициент формы контактной поверхности, n=0,6 для линейного контакта; 2/3 - коэффициент, учитывающий уменьшение температуры по мере удаления от площадки касания; =0,11*10-3 - коэффициент, учитывающий материал и состояние контактной поверхности.

Расчет нагрева контактов в номинальном режиме.

Расчет падения напряжения в токоведущем контуре аппарата при замкнутых коммутирующих контактах.

мВ.

Расчет превышения температуры контактной площадки коммутирующего контакта.



0с;

где =3,9*102 Вт (м єС) - удельная усредненная теплопроводность материала коммутирующих контактов. При этом должно выполняться условие tk. пл(0,7)> 0,09 0c.

Расчет температуры контактной площадки.

0c;

0c.

Расчет износа контактов.

Расчет удельного массового износа.

где =2 - коэффициент неравномерности; = 0,2 - опытный коэффициент износа; =0,2 - опытный коэффициент износа; n = 6 - кратность тока отключения.

Расчет изнашиваемой части объема контакта и линейного износа

м3,

где N =0,01 млн. допустимое число циклов включения;

=8900кг/м3плотность материала контакта.

м.

Надежная работа контактов возможна, если их износ по толщине не превышает значения 0,50,75 от первоначальной толщины.

Провал контакта.

м3.

Расчет короткого замыкания.

Расчет начального тока сваривания

А,

где , А/кгс0,5 - коэффициент, выбирается из таблицы в зависимости от конструкции контактов и формы их поверхности.

Расчет тока приваривания контактов.

А.

Расчет площади SO и силы электродинамического отталкивания

м2,

где = 383*106 Н/м2 - удельное сопротивление материала контактов смятию.

Н.



При верном расчете должно выполняться условие .

8. Аппарат защиты автоматический выключатель АП50Б-3МТ

Рис. 5 Двух- и трехполюсный выключатели без оболочки Масса двухполюсного выключателя без оболочки - до 1,0 кг Масса трехполюсного выключателя без оболочки - до 1,3 кг Масса выключателя в защитной оболочке - до 2,2 кг выключатель в защитной оболочке

Назначение. Выключатели предназначены для проведения тока в нормальном режиме и отключения тока при перегрузках и коротких замыканиях (обозначение МТ) или только при коротких замыканиях (обозначение М), а также для оперативных включений и отключений электрических цепей.

Основное назначение выключателей АП50Б 3МТ - защита кабелей и проводов, а также электродвигателей. При правильно выполненной системе заземления выключатели предотвращают поражение человека электрическим током при косвенных прикосновениях.

Выключатели выпускаются в двухполюсном (коммутация цепей постоянного и переменного тока) и трехполюсном (коммутация цепей переменного тока) исполнениях. Соответствуют требованиям ГОСТ 9098-78.

Номинальное напряжение: -до 220 В постоянного и до 500 В переменного тока

Частота переменного тока-50, 60 Гц

Шкала номинальных токов Iн- (1,6; 2,5; 4,0; 6,3; 10; 16; 25; 40; 50;63)А, для выключателей с максимальным расцепителем в нулевом проводе - (16; 25; 40; 50; 63) А

Кратность I / Iн тока уставки мгновенного срабатывания-3,5 и 10

Предельная коммутационная способность (ПКС) и износостойкость

Номинальный ток расцепителя, А	1,6	2,5	4,0	6,3	10	16	25	40	50	63
ПКС, кА	380 В, 50 - 60 Гц	0,3	0,4	0,6	0,8	2,0	3,0	3,0	5,0	5,0	6,0
	500 В, 50 - 60 Гц	0,3	0,4	0,6	0,8	1,5	1,5	2,5	2,5	2,5	3,5
	220 В постоянного тока	0,5	0,7	1,0	1,4	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5	4,0
Износостойкость, циклов ВО	общая	50 000
	коммутационная*	50 000	25 000	20 000



Рис. 6 Автоматических выключателей АП50Б-3МТ

1 - Основание 12 - Пружина 2- Крышка 13 - Обмотка 3 - Зажим 14 - Якорь 4 - Электродинамическая петля 15 - Кнопка включения 5 - Неподвижный контакт 16 - Пружина 6 - Контактная накладка 17 - Кнопка отключения 7 - Дугогасительная рога 18 - Зажим 8 - Стальный пластины 19 - Шток 9 - Контактная накладка 20 - Рейка 10 - Дугогасительная рога 21 - Биметаллический расцепитель 11 - Подвижный контакт

9. Проектирование принципиальной электрической схемы электропривода установки

Принципиальная электрическая схема контактного управления ЭП механизма передвижения крана.

Назначение. Для управления и защиты ЭП кранов с тяжелыми режимами работы.

Основные элементы схемы.

Д, ЭмТ - приводной АД с фазным ротором и электромагнитным тормозом независимого подключения (контактором КТ).

КВ, КН, КТ, КП - контакторы реверсирующие «вперед» и «назад»,

«тормозной», «пусковой».

КУ1, КУ2, КУ3 - контакторы ускорения, для ступенчатого пуска Д.

РУ1, РУ2, РУ3 - реле ускорения, выпрямленного тока, для управления контакторами ускорения в функции независимого выдержек времени.

РПиРБ - реле противовключения и быстрой остановки.

РН - реле напряжения, для «нулевой» защиты.

Rп - резистор пусковой, для плавного ступенчатого пуска Д.

Вп - выпрямитель, для питания реле ускорения.

Органы управления.

КК - командоконтроллер магнитный, симметричный на 9 положений.

Кн.С - кнопка «стоп», аварийно.

ВКВ, ВКН - выключатели конечные «вперед» и «назад», ограничения конечных перемещений моста.



Список литературы

1. Шеховцов В.П. справочное пособие по элетрооборудованию и элетроснабжению/ В.П. Шехоцов.- М. : ФОРУМ: ИНФРА-М, 2009._ 136с.

2. Жукова Г.А. Курсовое проектирование по низковольтным электрическим аппаратам/ Г.А. Жукова, В.П. Жуков: Учеб. пособие - М.: Высш. шк., 2006.-160с.

3. Прохоров С.Г., Хуснутдинов Р.А. Электрические машины. Казань, Издательство КГТУ, 2002

4. Миловзоров О.В. Электроника: Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб.- М.: 2005

5. Опадчий Ю.Ф. Аналоговая и цифровая электроника: Учебник для вузов. Под ред. О.П.Глудкина. - М.: 2005

6. Электрические аппараты. Учебник для вузов/ под ред. Ю.К. Розанова- 2-ое изд., испр. И доп.- М.: Иформэлектро. 2001.-420 с.

Размещено на Allbest.ru

...