Розробка розімкнутого релейно-контакторного електроприводу

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Автоматичне управління електроприводом є основною умовою підвищення продуктивності праці, якості продукції, поліпшення умов праці, раціонального використання електроенергії.

Однією з основних частин кожної електроустановки є апаратура керування і захисту, під якою розуміють електротехнічний пристрій, призначений для управління, захисту електроустановок, контролю різних параметрів, блокувань і т.п. Електричні апарати можна класифікувати за призначенням: комутаційні, пускорегулюючі, захисту, контролю, управління і регулювання; за принципом дії: електромагнітні, напівпровідникові, електротеплові; за способом перемикання ланцюгів: контактні, безконтактні; по роду струму: постійного і змінного струму; за способом управління: апаратура безпосереднього, дистанційного автоматичного управління; величиною робочої напруги: до 1000 і понад 1000 В; способом виконання та захисту від впливу навколишнього середовища і т.п.

До апаратури управління пред'являється ряд загальних вимог, основними з яких є: надійність, безвідмовність в роботі, швидкодія, чутливість, мале власне споживання енергії, невеликі розміри і маса, зручність монтажу та експлуатації, мінімальна потреба у догляді та ін.

Переважне застосування асинхронні машини знаходять у вигляді асинхронного двигуна, який існує у двох конструктивних виконаннях: асинхронний двигун з короткозамкненим ротором і з фазним ротором.

1. Розрахунок потужності і вибір двигуна

Вибір двигуна в математичному значенні становить задачу синтезу, в результаті рішення якої має бути знайдений такий двигун, який забезпечує заданий технологічний цикл робочого механізму, відповідає умовам навколишнього середовища і компонуванню з механізмом робочої машини і при цьому матиме нормативний нагрів.

Вибір двигуна проводиться звичайно в такій послідовності:

1) розрахунок потужності і попередній вибір двигуна;

2) перевірка обраного двигуна за умовами пуску і перевантаження;

3) перевірка обраного двигуна по нагріванню.

Основою для розрахунку потужності і вибору двигуна є навантажувальна діаграма і діаграма швидкості (тахограма) механізму.

Тахограма і навантажувальна діаграма відповідають циклічному режиму роботи механізму з постійною швидкістю на інтервалах роботи, як у прямому напрямку обертання, так і за зворотного напрямку.

Вихідні дані:

t1 = 4 c; t5 = 2,5 c; nм ном = 50 об/мин

t2 = 60 c; t6 = 120 c; M0 (-M0) = 0,6 кН*м;

t3 = 1 c; t7 = 3 c; M1 = 1,5 кН*м;

t4 = 35 c; t8 = 60 c; М2 = -2 кН*м;

JM = 2000 кг*м2;

Пуск в функції - Т (часу).

Еквівалентна потужність механізму:

де n - кількість ділянок роботи механізму в межах циклу тахограми; tрі - тривалість і-ої ділянки роботи, с; tрУ - сумарний час роботи протягом циклу, с; Ммі - значення моментів механізму на ділянках, Н*м; мi=ni /30 - значення кутової швидкості механізму на і-ій ділянці, с-1. Значення швидкості на ділянках пуску і гальмування дорівнює середньому значенню швидкості між значенням швидкостей на попередньому і наступному ділянках тахограми:

Еквівалентна потужність двигуна:

де Кз - коефіцієнт запасу, який враховує динамічні навантаження.

Приймаємо Кз=1,16.

Фактична тривалість включення двигуна дозволяє визначити режим роботи двигуна:



Значення 10% <ПВФ <80% при часі tц <10 хв. відповідає повторно короткочасному режиму роботи (ПКР).

Для двигунів з ПКР для розрахунку еквівалентна потужність перераховується до найближчої номінальної тривалості включення ПВном, яка складає 60%:

Процедура попереднього розрахунку потужності завершується вибором двигуна найближчої більшої потужності за каталогом (довідником) - 4АС180М8У3 з наступними даними:

· Рном=14 кВт;

· Ковзання s=7%;

· nном=700 об/хв;

· КПД - 83,5%;

· cos=0,83;

· n0=750 об/хв;

· ;

· ;

· ;

· Момент інерції кгм2.

Для більш точного розрахунку потужності двигуна враховують динамічні режими його роботи у складі приводу механізму. При цьому спочатку моменти опору і моменти інерції приводяться до валу двигуна. Для цього необхідно визначити передаточне число приводу:

,

де д ном, м ном - номінальна кутова швидкість двигуна і механізму, відповідно.

Приведений до валу двигуна момент опору механізму (без урахування ККД передачі) визначається на кожній ділянці навантажувальної діаграми за виразом:

Приведений до вала двигуна момент інерції приводу:

де Jд - момент інерції ротора двигуна, кг·м2; Jм - момент інерції механизму.

2. Перевірка обраного двигуна в умовах пуску і перевантаження

Для початкової перевірки відповідності обраного двигуна заданим режимом роботи необхідно визначити середні пускові Мпср та середні гальмувальні моменти Мгср, які забезпечують розгін двигуна до швидкості nном за час t1 і до швидкості (-nном) за час t5, а також гальмування за час t3 і t7:

Отримання позитивного значення Мгср1 або Мгср2 значить, що для забезпечення заданого часу гальмування на даному інтервалі необхідне застосування електродинамічного гальмування.

Придатність обраного двигуна визначається за умови, що його середній пусковий момент:

де: каталожні дані двигуна дорівнює або перевищує найбільший з потрібних пускових моментів:

,

Додатково двигун повинен бути перевірений за пусковим моментом:

Перевірка за пусковим моментом:

, то за пусковим моментом двигун підходить.

та за максимальним моментом:

Перевірка за максимальним моментом:

, то за максимальним моментом двигун підходить.

де Ммном - найбільше значення моменту механізму на інтервалах роботи.

3. Перевірка двигуна по заданій кількості ввімкнень

Допустима для АДКР кількість циклів за годину для двигуна з незалежною вентиляцією при заданій формі навантажувальної діаграми визначається за формулою:

де ДРном, ДР - номінальні витрати потужності двигуна і витрати при роботі з постійною потужністю згідно з навантажувальною діаграмою (на інтервалах t2, t6), відповідно:

м ном=nном/30=3,1450/30=5,23 с-1;

Р2= М1м ном =1,55,23=7,845 кВт - при прямому обертанні;

Р2= М2м ном =25,23=10,46 КВт - при зворотньому обертанні.

При різних значеннях Р2 для прямого і зворотнього обертання при розрахунку ДР слід використовувати середнє арифметичне значення Р2:

Р2=(7,845+10,46)/2=9,15 кВт;

де АП, АГ - витрати енергії при пуску і гальмуванні, відповідно:

де 0 - кутова швидкість ідеального ХХ обраного двигуна:

Враховуючи, що витрати енергії при пуску в прямому напрямку Аппр і в зворотному - Апоб, не рівні, то для підстановки в формулу слід використовувати середньоарифметичне значення Ап:

Ап=(+ )/2=76135,009 Дж;

Для підстановки в формулу слід в якості АГ підставляти середнє арифметичне значення АГ з двох значень АГпр або АГзв, обчислених за формулами для інтервалів гальмування при прямому і зворотньому напрямках обертання відповідно:

АГ=(60815,597+53606,468)/2=57211,033 Дж;

Якщо обчислене значення hдоп перевищує задане тахограмою значення hм - число циклів роботи за 1 год.:

не менш ніж в К=1,2-1,3 рази (К - коефіцієнт запасу), тоді, відповідно, обраний АДКР допускає задану частоту включень.

21,059 16,392, значить двигун пройшов перевірку допустимості заданої кількості включень.

4. Перевірка двигуна по перегріву

АП, АГ - витрати енергії при пуску і гальмуванні, відповідно. Остаточна перевірка двигуна за припущеним нагрівом визначається порівнянням його номінального моменту (Мном) з еквівалентним моментом приводу , перерахованим до стандартного режиму = .

Для повторно-короткочасного режиму:

В формулах значення Меп визначають з урахуванням наведених до валу двигуна моментів опору відповідно і динамічних моментів, визначених за формулами, що діють в перехідних режимах роботи приводу.

Відповідно спочатку знаходяться наведені моменти приводу на ділянках роботи:

На ділянці t1: M1еп=Mп ср1= 234,34 Нм;

На ділянці t2: M2еп=Mс2 = 107,143 Нм;

На ділянці t3: M3еп=-MГср1= - 723,076 Нм;

На ділянці t4: M4еп=0 Нм;

На ділянці t5: M5еп=Mп ср2= 349,23 Нм;

На ділянці t6: M6еп=Mс6 = 142,857 Нм;

На ділянці t7: M7еп=-MГ ср2= - 212,454 Нм;

На ділянці t8: M8еп= 0 Нм;

Відповідно:

Перевірка по нагріванню:

191,082 > 158,786 , то даний АДКР має нормативний нагрів і забезпечує технологічний цикл.

У даному розділі був обраний такий двигун, який забезпечує заданий технологічний цикл робочого механізму, відповідає умовам навколишнього середовища та компонується з механізмом робочої машини і при цьому має нормативний нагрів.

5. Вибір елементів схеми

Двигун: 4АС180М8УЗ, Uном=380В, Рном=14 кВт.

Номінальний струм двигуна:

,

Пусковий струм двигуна:

,

Елементи схеми управління:

1. Автоматичний вимикач.

QF, обираємо по Iном: ВА47-29 40А 3Р

Uном=380В; Iном=40A;

кількість полюсів: р = 3;

номінальна гранична найбільша здатність відключення: 25кА;

номінальна робоча найбільша здатність відключення: 12,5 кА

2. Контактори.

КМ1, КМ2, КМ3: обираємо за номінальним струмом та напругою: ПАЕ-300

Uном=380В; Iном=40A;

граничний струм ввімкнення і відключення: 400А;

пускова потужність, споживана обмоткою: 260ВА;

номінальна потужність обмотки: 17ВА

Струм в оперативному ланцюзі: Iном оп = 17/220 = 0,077А

3. Теплове реле.

КК1, КК2: РТЛ 2055.

Iном=80A;

межі регулювання струму неспрацьовування: 30,0 - 41,0 А.

4. Плавкий запобіжник.

F1: ПЦ102-С10-2А.

Uном=220В; Iном=2A.

5. Реле часу.

КТ1, КТ2: ВС 43.

Uном=220В;

межі регулювання часу = 1 - 60 с;

максимальний струм через контакти = 4 А.

6. Гальмівний резистор.

Rт: РЗП, підлаштовується.

7. Діодний міст.

VS-36MT80.

Iном=35A.

8. Кнопкові вимикачі.

SB1: ВК22-ABLFP Red.

SB2, SB3: ВК22-ABLFP Black.

Uном=220 В; Iном=10 A

6. Опис роботи схеми

Схема управління асинхронного двигуна з короткозамкнутим ротором.

Після ввімкнення автомата QF, його контакти замкнуться та подається напруга 380В в силове коло та 220В в опреативне, при цьому схема готова до пуску двигуна.

У початковому стані контакти: КМ 1.1, КМ 1.2, КМ 1.3, КМ 2.1, КМ 2.2, КМ 2.3, КТ 1.2, КТ 2.2, КМ 3.1 - нормально розімкнуті, а контакти КМ 3.2, КК 1.2, КК 2.2, КМ 2.4, КМ 1.5, КМ 1.4, КМ 2.5 - нормально замкнуті.

Для пуску двигуна натискаємо кнопку «Пуск» SB2. При цьому подається напруга крізь нормально замкнутий контакт КМ 2.4 на контактор КМ 1.6. В результаті протікання струму через контактор КМ 1.6, його головні контакти КМ 1.1 в силовому колі замкнуться, завдяки чому обмотка статора двигуна підключиться до мережі і двигун почне розгін до номінальної швидкості обертання. Одночасно з головними контактами КМ 1.1 замкнеться контакт КМ 1.3, який шунтує кнопку SB2. Завдяки цьому кнопку SB2 можна відпустити, під дією повертальної пружини кнопка повернеться в початкове положення. Контакт КМ 1.2 змінює своє положення на нормально замкнутий, крізь нього і контактор КТ 1.1 протікає струм. Нормально розімкнутий контакт КТ 1.2 змінює своє положення на нормально замкнутий і починається відлік витримки часу.

Для зупинки двигуна натискаємо кнопку «Стоп» SB1, таким чином знеструмлюємо контактор КМ 1.6. При цьому контакт КМ 1.1 змінює своє положення на нормально розімкнутий та відключає двигун від мережі, контакт КМ 1.2 повертається в розімкнутий стан, тим самим знеструмлює реле часу КТ 1.1. Контакт реле часу КТ 1.2 з витримного часу розмикається. В той час, коли контакт КТ 1.2 ще замкнутий, через контакти КМ 1.4, КМ 2.5 пройде струм на контактор КМ 3.3 і його контакт КМ 3.1 в колі динамічного гальмування змінить своє положення на нормально замкнуте. В дві фази двигуна (А, С) буде подаватися постійний струм, величина якого регулюється змінним рестиром Rm. Час подання постійного струму в фази двигуна регулюється витримкою контакта реле часу КТ 1.2. Струм подається до повної зупинки двигуна. Після цього контакт реле часу КТ 1.2 розмикається, напруга зникає з контактора КМ 3.3 і його контакти повертаються у початковий стан. Схема готова до повторного запуску.

Для реверсивного пуску двигуна треба натиснути на кнопку SB3. Струм протікає крізь нормально замкнутий контакт КМ 1.5, контактор КМ 2.6. Контакти КМ 2.1 підключать обмотку статора до мережі, контакт КМ 2.3 замкнеться і кнопку SB3 можна відпустити. При цьому контакт КМ 2.2 змінить своє положення на нормально замкнутий і струм потече крізь реле часу КТ 2.1, його контакт КТ 2.2 замкнеться. Контакт КМ 2.4 змінить своє положення на нормально розімкнутий, щоб при несанкціонованому натисненні кнопки SB2, не подати напругу на контактор КМ 1.6. Контакт КМ 2.5 теж змінить своє положення на нормально відкрите, щоб при роботі двигуна від мережі не спрацювало динамічне гальмування.

Захист двигуна від перегрівання забезпечують теплові реле КК 1.1, КК 2.1. Якщо струм в фазах двигуна перебільшить допустимий, спрацює одне із цих реле і його контакти КК 1.2 або КК 2.2 розмикаються, знеструмлюю оперативне коло.

Силове та оперативне кола захищені від струму перевантаження силового кола запобіжником F1.

Для уникнення короткого замикання між контакторами КМ 1.6 та КМ 2.6 в їхнє коло встановлюються блок-контакти цих котушок.

Для нульового захисту схеми використовуються кнопки «Пуск» SB2, SB3 без самофіксації.

Для можливих технологічних перевантажень струму встановлено в силовому колі двигуна автоматичний вимикач QF.

Висновок

В результаті виконання курсової роботи з дисципліни: «Основи автоматизованого електроприводу» розроблено розімкнутий електропривод з релейно-контакторним управлінням.

За заданою тахограмою і навантажувальною діаграмою механізму розраховано попередню потужність асинхронного двигуна;

* Визначено передаточне число приводу;

* Виконано уточнюючу перевірку потужності двигуна з урахуванням динамічних режимів;

* Визначено допустимість застосування асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором при заданому числі пусків і за коефіцієнтом навантаження;

* Виявлено необхідність застосування електродинамічного гальмування;

* Спроектовано схему управління двигуном.

електропривод передаточний резистор запобіжник

Література

1. Графічне оформлення електричних схем по ЕСКД: Справ. / Упоряд.: С.Т. Усатенко, М.В. Терехова, - К.: ЛВК, 2003 р - 216с.

2. Чилікін М.Г., Сандлер А.С. Загальний курс електроприводу. - М.: Енергоіздат, 1981 р - 576с.

3. Фотієв М.М. Електропривод та електрообладнання металургійних цехів. - М.: Металургія, 1990 р - 352с.

4. Довідник по електричним машинам, в 2-х т., т.1 / Під загальною ред. Копилова, М.: Енергоатоміздат, 1988. - 420с.

5. Довідник енергетика будівельної огранізації, в 2-х т., т.1 / Під ред. В.Г. Сенчева, М.: Стройіздат, 1991. - 640с

Размещено на Allbest.ru

...