Размещено на http://allbest.ru

Курсовая работа

На тему: «Исследование асинхронного трехфазного двигателя»

Дисциплина: «Основы электропривода технологических установок»



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

2. ТЕХНИЧЕСКИЙ ПАСПОРТ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

4. ПОСТРОЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТКИ ДВИГАТЕЛЯ И МАШИНЫ

5. ОЦЕНИТЬ УСЛОВИЯ ПУСКА И ПЕРЕГРУЗОЧНУЮ СПОСОБНОСТЬ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПРИ НАПРЯЖЕНИИ 0,8 ОТ НОМИНАЛЬНОГО

6. ПОСТРОЕНИЕ КРИВЫХ НАГРЕВАНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

7. ВЫБРАТЬ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИЛИ СТАНЦИЮ УПРАВЛЕНИЯ

8. СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ И ОПИСАНИЕ РАБОТЫ СХЕМЫ

9. РАССЧИТАТЬ И ВЫБРАТЬ АППАРАТЫ УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ

10. РАССЧИТАТЬ И ВЫБРАТЬ ПРОВОД ИЛИ КАБЕЛЬ ДЛЯ СИЛОВОЙ ЦЕПИ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



ВВЕДЕНИЕ

Для привода технологических установок на предприятиях железнодорожного транспорта используют в основном асинхронный двигатель. Электропривод с асинхронным двигателем обладает простой конструкцией, высокой надежностью и сравнительно небольшой стоимостью.

Асинхронные двигатели в целях упорядочения их шкал мощностей, скоростей и т.д., а также унификации применения выпускаются сериями, как в основном исполнении, так и в различных модификациях с учетом областей применения, климатических условий, степени защищенности и особенностей агрегатирования с рабочей машиной. Эволюционное развитие научно-технического прогресса, применение современных электротехнических материалов обусловливают тенденцию постоянного повышения нагревостойкости изоляции обмоток асинхронного двигателя. На этой основе, как показывает практика, каждые 10 лет происходит модернизация серий асинхронных двигателей.

Вариант электропривода с асинхронным двигателем соответствует наиболее распространенному случаю и минимуму установленного оборудования. Электропривод насосных и компрессорных установок, подьемно-транспортных машин и механизмов, металлорежущих станков, кузнечно-прессового оборудования и других технологических установок железнодорожного транспорта базируется на асинхронном двигателе.



1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Техническая характеристика двигателя основного исполнения, степень защиты IP54, класс изоляции «F», 2p=2, n=3000 об/мин.

- Тип двигателя 5АМХ132М2

- Номинальная мощность, кВт 11

- Номинальная частота вращения, об/мин 2915

- Коэффициент полезного действия, % 88,5

- Коэффициент мощности 0,90

- Номинальный ток при 380В, А 21,0

- Номинальный момент, Нм 36

- Отношение пускового момента к номинальному току 2,5

- Отношение пускового тока к номинальному току 8,0

- Отношение максимального момента к номинальному моменту 3,3

- Динамический момент инерции ротора, 0,024

- Масса IM1001, кг 69,5

2. ТЕХНИЧЕСКИЙ ПАСПОРТ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Технический паспорт двигателя является базовым документом при проектировании, монтаже, эксплуатации и ремонте электроприводов технологических установок. На рис. 2.1 приведён технический паспорт короткозамкнутого трёхфазного асинхронного электродвигателя общепромышленного назначения, который выбран из каталога Владимирского электромоторного завода в качестве примера для изучения условных обозначений, вносимых в технический паспорт, получения навыков по расшифровке и расчёту основных электромеханических параметров по паспортным данным.



	5АМХ132М2 №10000666
3 ~ 50 Hz	llkW cos 0,90
2915 об/мин ?/Y 220/380 V
36/21 А	КПД 88,5 % 69,5 кг
1995г	IP54 ГОСТ 28330
S1	кл. изол. F
	Сделано в России

Рис. 2.1 Паспорт двигателя 5АМХ132М2

В приведенном паспорте трехфазного асинхронного двигателя указаны следующие данные

1) - товарный знак завода-изготовителя (Владимирский электромоторный завод);

2) 5АМХ132М2 - тип двигателя;

3) №10000666 - заводской номер;

4) 3 ~ 50 Hz - число фаз, род тока, частота питающей среды, Гц;

5) 11kW - номинальная (паспортная, механическая) мощность, кВт;

6) cos? 0,90 - номинальный коэффициент мощности (cos?), отн. ед.;

7) 2915 об/мин - частота вращения ротора при номинальной нагрузке;

8) ?/Y 220/380 V - схемы включения и номинальные напряжения, В;

9) 36/21 - номинальные токи, А;

10) 88,5 - номинальный КПД, %;

11) 69,5 кг - масса двигателя, кг;

12) 1995г - год изготовления;

13) IP 54 - исполнение двигателя;

14) ГОСТ 28330 - ГОСТ, в соответствии с которым изготовлен электродвигатель;

15) S1 - режим работы

16) F - класс нагревостойкости изоляции.

Расшифровка структуры обозначения двигателя представлена на (рис. 2.2.).

Рис. 2.2 Структура обозначения двигателя

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

Для выбора аппаратуры управления и защиты, электроизмерительных приборов необходимо определить по паспортным данным основные электротехнические параметры: номинальную мощность, активную мощность, полную мощность, реактивную мощность, номинальный ток при работе электродвигателя по схеме «?» и «Y», пусковой ток, число пар полюсов на фазу, частоту вращения магнитного поля статора, номинальную частоту вращения ротора, номинальное скольжение.

Расчет мощностей представлен структурно-энергетической схемой (рис. 3.1).



Рис. 3.1 Структурно-энергетическая схема расчета мощностей

В техническом паспорте приводится номинальная мощность Р_н развиваемая электродвигателем на валу. Если этот параметр по некоторым причинам отсутствует, то его можно определить по следующей формуле

кВт, (3.1)

где - номинальное напряжение, В;

- номинальный ток, А;

- номинальный коэффициент мощности, отн. ед.;

- номинальный КПД, отн. ед.

- активная мощность, кВт, расходуется на преобразование электрической энергии в механическую и на покрытие электрических и механических потерь

кВт, (3.2)

кВт, (33)



S - полная (кажущаяся) мощность, кВА (киловольт-амперы), расходуйся на преобразование электрической энергии в механическую, на покрытие потерь и создание магнитного поля

кВА, (3.4)

или

кВА, (3.5)

Q - реактивная мощность, кВАр (киловольт-амперы реактивные), расходуется на создание магнитного поля. Пользуясь треугольником мощностей (рис. 3.1), реактивную мощность можно рассчитать по формулам

кВАр, (3.6)

кВАр, (3.7)

кВар. (3.8)

В техническом паспорте двигателя приводятся значения номинальных токов, потребляемых им при работе по схемам «?» и «Y». При отсутствии этих параметров их можно рассчитать по следующим формулам

A, (3.9)

A. (3.10)



Значения пускового тока асинхронного электродвигателя в 5...7 раз больше тока номинального, т.е.

, (3.11)

.(3.12)

В буквенно-цифровом обозначении типов электродвигателей указывается число полюсов приходящихся на одну фазу обмотки статора

2р = 2, 4, 6, 8, 10, 12...

По этому параметру можно рассчитать частоту вращения магнитного поля статора (синхронную частоту вращения)

об/мин, (3.13)

где f - частота сети, Гц;

p - число пар полюсов на фазу.

Поскольку число полюсов должно быть целым, то скорость вращения магнитного поля статора при частоте 50 Гц будет иметь значения, представленные в таблице 2.1.

Таблица 2.1

p	1	2	3	4	5	6
2p	2	4	6	8	10	12
, об/мин	3000	1500	1000	750	600	500

В техническом паспорте приводится номинальная частота вращения ротора n_н (асинхронная частота вращения).

Зная асинхронную и синхронную частоты вращения, можно рассчитать величину номинального скольжения для данного электродвигателя

.(3.14)

Произведем расчет основных электротехнических параметров для трехфазного асинхронного двигателя типа 5АМХ132М2, расчет номинальной мощности Р_н

кВт,

расчет активной мощности P_a

кВт,

расчет полной (кажущейся) мощности S

кВА,

расчет реактивной мощности Q

кВАр,

кВАр,

кВар,



расчет номинальных токов ,

A,

A.

Для двигателя 5АМХ132М2 отношение пускового тока к номинальному

,

далее рассчитаем расчет пусковых токов I_{пуск ,} I_пускY

I_пуск = 8 36 = 288 А,

I_пускY = 8 21 = 168 А.

Из буквенно-цифровых обозначений типа данного двигателя определяем число полюсов на фазу: 2р = 2.

Зная число полюсов на одну фазу, определяем частоту вращения магнитного поля статора (синхронную частоту вращения)

об/мин.

Из паспортных данных номинальная частота вращения ротора даннго двигателя 2915об/мин. Определяем величину номинального скольжения

.



4. ПОСТРОЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТСИКИ ДВИГАТЕЛЯ И МАШИНЫ

Для определения статической устойчивости электродвигателя и машины необходимо иметь механическую характеристику электродвигателя.

Расчет и построение механической характеристики осуществляется исходя из паспортных данных двигателя. По паспортным данным электродвигателя можно рассчитать номинальный момент

, (4.1)

где Р_н - номинальная мощность двигателя, Вт;

n_н - номинальная частота вращения ротора, об/мин.

По типу электродвигателя в справочнике или каталоге можно найти кратности максимального момента

,(4.2)

и пускового момента

, (4.3)

после чего произвести расчет максимального (критического) момента

М_к = _к М_{н ,} (4.4)



и пускового момента

М_п = _п М_н . (4.5)

При расчетах механической характеристики электродвигателя используют его паспортные и каталожные данные. На практике часто применяют упрощенный расчет, основанный на определении четырех характерных точек механической характеристики электродвигателя. Сущность его состоит в следующем.

Из технического паспорта выписывают следующие данные

тип электродвигателя, номинальную мощность Р_н, номинальную частоту вращения ротора.

Согласно типу электродвигателя, из справочника или каталога выписывают следующие данные

кратность максимального момента

, (4.6)

кратность пускового момента

. (4.7)

Для построения механической характеристики электродвигателя необходимо определить четыре характерные точки (рис. 4.1)



Рис. 4.1. Механическая характеристика асинхронного электродвигателя

1. Точка идеального холостого хода

М = 0,n = n₀,s = 0,,

при частоте f = 50 Гц

.



Следовательно, по типу электродвигателя, в котором указывается количество полюсов на фазу 2р, можно определить частоту вращения магнитного поля статора n₀.

2. Точка номинального режима работы электродвигателя

М = М_н,n = n_н,s = s_н, ,

где Р_н - номинальная мощность, Вт;

n_н - номинальная частота вращения ротора, об/мин;

.

3. Точка критического (максимального) режима работы электродвигателя

М = М_к,n = n_к ,s = s_к,М_к = М_{н к},

,

,.

4. Точка пускового режима работы двигателя

М = М_п,n = 0,s = 1,М_п = _п М_н.



Построим механическую характеристику для электродвигателя 5АМХ132М2.

Из технического паспорта выписываем данные, необходимые для построения механической характеристики по четырем точкам

Р_н = 11 кВт; n_н = 2915 об/мин.

По типу электродвигателя из справочника

;

.

1. Определим синхронную частоту вращения. Для четырехполюсного электродвигателя частота вращения магнитного поля статора

об/мин.

2. Определим номинальный момент

Нм.

3. Определим номинальное скольжение

, или

s_н % = 0,028 100 = 2,8 %.



4. Определим критический (максимальный) момент

М_к = _к М_н = 3,3 36,06 = 118,99 Нм.

5. Определим пусковой момент

М_п = _п М_н = 2,5 36,06 = 90,15 Нм.

6. Определим критическое скольжение

,

,

или s_к = 34,5 %.

7. Определим критическую частоту вращения

об/мин.

По расчетным данным, выбрав соответствующие масштабы, строим по четырем точкам механическую характеристику электродвигателя 5АМХ132М2 (рис. 4.2)



Рис. 4.2. Механическая характеристика асинхронного электродвигателя 5АМХ132М2

Произведем расчет механической и рабочей характеристики электродвигателя с помощью ЭВМ, используя программу «MathCad» (рис.4.3)



Рис.4.3 Расчет механической характеристики

с помощью программы «MathCad» построим график механической характеристики двигателя 5АМХ132М2 (рис.4.4)

Рис.4.4 Механическая характеристика двигателя 5АМХ132М2

Для определения устойчивости необходимо на графике механической характеристики двигателя n=f(М_д) построить механическую характеристику рабочего механизма n=f(М_с). В курсовой работе в качестве рабочего механизма предлагается вентилятор ([1], приложение 1).

При определении численных значений для построения механической характеристики механизма надо принять изменение момента сопротивления по следующей зависимости

,(4.8)

где М_с.н - номинальный момент сопротивления механизма, значения которого приведены в табл. П.1 ([1], приложение 1);

М_с.нач - начальный момент сопротивления вращающегося механизма

(без учета момента трения покоя), который можно принять равным 0,2М_с.н;

?- показатель степени, характеризующий вид механизма; для вентилятора равный ? = 2;

n_м.н - номинальная частота вращения вала рабочей машины, при кото-

рой момент сопротивления равен номинальному, об/мин;

n_м - текущая частота вращения вала рабочей машины, об/мин.

При совмещении в одних координатных осях механической характеристики рабочей машины или механизма с механической характеристикой электрического двигателя, когда номинальная частота вращения вала рабочей машины n_м.н и номинальная частота вращения вала электродвигателя n_н не совпадают (порядка в два раза), т. е., когда имеет место установка редуктора, моменты сопротивления механизма М_с.н и М_с.нач должны быть приведены к частоте вращения вала ротора электродвигателя соответственно по соотношениям

(4.9)

и

(4.10)

где - коэффициент полезного действия передачи;

j - передаточное число, равное

(4.11)

где n_н - номинальная частота вращения вала ротора электродвигателя, об/мин;

n_м.н - номинальная частота вращения вала рабочей машины, об/мин.

Определим передаточное число

об/мин.

Следовательно, приведенный момент сопротивления рабочей машины или механизма следует определять по соотношению

(4.12)

Текущая частота вращения ротора электродвигателя n_тек может быть выражена через номинальную частоту n_н приблизительно следующим образом

(4.13

Тогда предыдущее уравнение, определяющее приведенный момент сопротивления рабочей машины или механизма, запишется

(4.14)

Произведем расчет и построение механической характеристики вентилятора, приводом которого является электродвигатель 5АМХ132М2.

Данный электродвигатель по мощности (11 кВт) подходит для вентилятора ВЦ 5-35 № 8, который имеет следующие параметрами необходимые для расчета:

- номинальная частота вращения рабочего колеса n_м.н - 1500 об/мин;

- номинальный момент рабочей машины М_с.н - 60 Н•м;

- коэффициент полезного действия передачи ? _пер - 0,9.

Так как номинальная частота вращения вала ротора электродвигателя в два раза больше номинальной частоты вала рабочей машины (2915 и 1500 об/мин), следовательно присутствует редуктор. В связи с этим проведем перерасчет моментов сопротивления механизма и приведение их к частоте вращения вала ротора электродвигателя по соотношениям (4.9) и (4.10)

Нм

и

Нм.

Определим момент сопротивления рабочего механизма по формуле (4.14)

Произведем построение механической характеристики вентилятора по шести точкам

1) s = 0; М_с.пр = 34,36 Н•м;

2) s = 0,25, М_с.пр рассчитывается по формуле (4.14)

М_с.пр = 6,87+ (34,36 - 6,87)(1 - 0,25)² =22,33 Н•м;

3) s = 0,5; М_с.пр = 13,74 Н•м;

4) s = 0,75; М_с.пр = 8,59 Н•м;

5) s = 1; М_с.пр = 6,87 Н•м.

Пример построения совмещенной механической характеристики электродвигателя 5АМХ132М2 и вентилятора ВЦ 5-35 № 8 представлена на (рис. 4.5)



Рис.4.5. Совмещённая механическая характеристика двигателя и механизма

5. ОЦЕНИТЬ УСЛОВИЯ ПУСКА И ПЕРЕГРУЗОЧНУЮ СПОСОБНОСТЬ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПРИ НАПРЯЖЕНИИ 0,8 ОТ НОМИНАЛЬНОГО

Вращающий момент асинхронного двигателя для любой фиксированной частоты вращения прямо пропорционален квадрату приложенного напряжения, поэтому для всех частот вращения справедливо соотношение

(5.1)

где М(U_н) - вращающий момент асинхронного двигателя при номинальном напряжении, Нм;

М(U) - вращающий момент асинхронного двигателя при той же частоте вращения ротора, но при напряжении, по величине отличном от номинального, Нм;

относительная величина напряжения в долях от номинального подведенного к электродвигателю.

Для оценки возможности пуска электродвигателя при нагрузке в случае снижения напряжения на ?U% необходимо пересчитать вращающие моменты электродвигателя прямо пропорционально квадрату напряжения

и построить зависимость n = f (М_ад), совместив ее с механической характеристикой рабочей машины, приведенной к валу электродвигателя. Это позволит сделать заключение: электродвигатель не запустится; запустится или электродвигатель «застрянет» и не развернется до частоты вращения, соответствующей рабочей зоне его механической характеристики.

Рассмотрим случай пуска асинхронного электродвигателя 5АМХ132М2 при пониженном напряжении 0,8 от номинального.

Проведем перерасчет вращающихся моментов электродвигателя для значений пониженного напряжения

- номинальный момент

Нм;

- критический момент

Нм;

- пусковой момент

Нм.

Построим механическую характеристику асинхронного электродвигателя 5АМХ132М2 при пониженном напряжении 0,8 от номинального с учетом пересчитанных вращательных моментов (рис. 5.1). Совместим новую механическую характеристику со старой и с механической характеристикой вентилятора ВЦ 5-35 № 8.

Рис.5.1 Механические характеристики электродвигателя 5АМХ132М2 при пониженном напряжении 0,8 от номинального

Вывод: асинхронный электродвигатель 5АМХ132М2 с вентилятором ВЦ 5-35 № 8 при снижении напряжения до значения 0,8 от номинального запустится.

6. ПОСТРОЕНИЕ КРИВЫХ НАГРЕВАНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Для построения кривых нагрева и охлаждения необходимо определить постоянную времени нагрева Т_нагр , постоянную времени охлаждения Т_охл и установившееся превышение температуры двигателя ?_уст над охлаждающей средой при номинальной длительной нагрузке двигателя.

Потери мощности в электродвигателе, работающем при полной нагрузке, определяются как разность между мощностью, потребляемой двигателем из сети (Р₁), и мощностью, развиваемой им на валу, т. е. его полезной мощностью (Р₂= Р_н). Количество теплоты нужно исчислять в джоулях. По Международной системе единиц 1 джоуль--это единица работы, энергии или количества теплоты, равной произведению 1 ньютона (сила) на 1 метр (путь).

Так как мощность электродвигателя выражена в кВт, то целесообразно тепловые потери определять в кДж/с.

Графики нагрева ?_нагр = f(t) и охлаждения ?_охл = ?(t) надо построить в именованных единицах. Затем необходимо графически определить постоянную времени нагрева и охлаждения.

Постоянная времени нагрева графически может быть определена путем проведения касательной в любой точке кривой нагрева до пересечения с асимптотой, т. е. прямой, параллельной оси абсцисс, устанавливающей предельное значение кривой нагрева.

Отрезок, отсекаемый на асимптоте касательной, проведенной в любой точке кривой нагрева и перпендикуляром, восстановленным из данной точки кривой нагрева к асимптоте, дает величину постоянной времени нагрева Т_нагр в масштабе, принятом для оси абсцисс.

Постоянная времени охлаждения Т_охл графически определяется аналогично. Только касательная проводится к любой точке кривой охлаждения, а отрезок Т_охл получается на оси абсцисс.

Построим кривые нагревания и охлаждения для электродвигателя 5АМХ132М2.

В паспорте электродвигателя указана масса электродвигателя - 69,5 кг. Из таблицы П.3 ([1], приложения 3) исходя из массы выбираем следующие тепловые параметры:

- теплоемкость двигателя С = 14,3 Дж/^oC •10³;

- теплоотдача двигателя при нагреве (при вращении)

А_н = 18 Дж/с• ^oC;

- теплоотдача двигателя при охлаждении (в неподвижном состоянии) А_охл = 15 Дж/с•^oC.

В случае нагревания и охлаждения электродвигателя от температуры окружающей среды уравнения нагрева и охлаждения электропривода соответственно имеют следующий упрощенный вид

(6.1)

и

(6.2)

где ? - превышение температуры, ^oC;

?_уст, ?_нач - установившееся и начальное значение превышения температуры двигателя над температурой окружающей среды в процессе нагрева и охлаждения соответственно, ^oC;

t - время работы двигателя;

Т_нагр, Т_охл - постоянные времени нагрева и охлаждения двигателя, с.

В первую очередь определим количество теплоты, выделяемое двигателем в единицу времени (мощность потерь в двигателе) по формуле

(6.3)

где ?_н - номинальный КПД электродвигателя;

кДж/с.

Далее определим установившееся значение превышения температуры двигателя над температурой окружающей среды в процессе нагрева двигателя

(6.4)

^oC .

Аналогичным образом определим начальное значение превышения температуры двигателя над температурой окружающей среды в процессе охлаждения двигателя

(6.5)

^oC .

Определим постоянную нагрева двигателя

(6.6)

с.

Определим постоянную охлаждения двигателя

(6.7)



с.

Используя программу Excel, задаваясь значениями времени, построим кривые нагрева и охлаждения ? = f (t) (рис. 6.1, 6.2)

Рис.6.1 Кривая нагрева электродвигателя 5АМХ132М2

Рис.6.2 Кривая охлаждения электродвигателя 5АМХ132М2



7. ВЫБРАТЬ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИЛИ СТАНЦИЮ УПРАВЛЕНИЯ

Современный частотно-регулируемый электропривод состоит из асинхронного электрического двигателя и преобразователя частоты (рис.7.1)

Рис. 7.1. Частотно-регулируемый электропривод

В наиболее распространенном частотно регулируемом приводе на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором применяются скалярное и векторное частотное управление, из которых наиболее эффективным является векторное управление.

На сегодняшний день в России работают десятки тысяч преобразователей с фирменным знаком «Веспер», области применения которых постоянно расширяются. Данные преобразователи имеют существенные преимущества над другими в плане управления, энергопотребления и других факторов.

На первом этапе выбора частотного преобразователя рекомендуется выбирать преобразователь для электропривода, относящегося к группе типовых промышленных механизмов. В курсовой работе в качестве механизма выступает вентилятор, в соответствии с этим в (таблице 7.1) представлены преобразователи частоты для данного вида нагрузки.

На втором этапе, после выбора типа преобразователя, необходимо выбрать конкретную модель этого типа исходя из определения выходной мощности и выходного тока преобразователя. Модели преобразователей частоты представлены в таблице П.2 ([1], приложение 2).

При выборе модели преобразователя частоты для стандартных асинхронных электродвигателей серий А2, АО2, АИ, АИР, 4А, 5А, 6А и т.д., которые работают с полной номинальной нагрузкой и имеют коэффициент мощности - 0,8 - 0,9, необходимо определить выходную мощность и выходной ток ПЧ исходя из следующих условий

1) выходная мощность ПЧ P_ПЧ больше или равна номинальной мощности электрического двигателя P_ЭД

P_ЭД ? P_ПЧ; (7.1)

2) выходной ток ПЧ больше или равен номинальному току электрического двигателя

I_ЭД ? I_ПЧ. (7.2)

При выборе модели преобразователя частоты для электродвигателей, которые работают с неполной номинальной нагрузкой, а также имеют малое значение коэффициента мощности необходимо определить только выходной ток по формуле (7.2). Выходная мощность в данном случае может быть меньше.

Параметры двигателя для номинального режима указываются на его щитке в паспорте.

Следует обратить внимание на то, что для некоторых механизмов возможно использование нескольких типов ПЧ.



Таблица 7.1

Тип ПЧ	Возможность применения ПЧ
E2-mini	возможно
E2-8300	целесообразно до мощности 11 кВт
E3-8100	целесообразно до мощности 7,5 кВт
EI-P7012	целесообразно для мощности свыше 7,5 кВт
EI-7011	возможно
E3-9100	возможно
EI-9011	возможно, но нецелесообразно
EI-7013	возможно

Произведем выбора преобразователя частоты для привода вентилятора с асинхронным двигателем 5АМХ132М2.

В (таблице 7.1) выбираем преобразователь частоты типа Е2-8300, применение которого наиболее целесообразно для данного типа электродвигателя с номинальной мощностью 11 кВт.

Для выбора модели преобразователя из паспорта двигателя необходимо выбрать номинальную мощность и номинальный ток электродвигателя

(наибольшее значение)

P_н = 11 кВт, I_н = 21 А.

При выборе необходимо соблюсти неравенство

11кВт ? P_ПЧ и 21А ? I_ПЧ.

Из таблицы П.2 ([1], приложение 2) для преобразователя типа Е2-8300 выбираем модель Е2-8300-015H и проверяем необходимые условия

11кВт ? P_ПЧ = 11 кВт и 21А ? I_ПЧ = 25 А.

Вывод: преобразователь Е2-8300-015H удовлетворяет всем условиям.



8. СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ И ОПИСАНИЕ РАБОТЫ СХЕМЫ

Составим принципиальную электрическую схему включения электродвигателя с указанием пускорегулирующей и защитной аппаратуры (рис 8.1).

Рис. 8.1 Схема управления электродвигателем

Дадим описание назначение каждого элемента в схеме:

· автоматический выключатель ВА-88-32 [QF] - служит для автоматического отключения цепи постоянного и переменного тока при перегрузках, коротких замыканиях и других нарушениях режима работы цепи.

· лавкий предохранитель СН-22 [FU] - используется для коммутации электрических цепей, защиты электрооборудования и электрических сетей от сверхтоков, т. е. токов перегрузки, пиковых токов, токов короткого замыкания.

· кнопочный пост ПКЕ 112-2 [С, Пуск] - предназначены для коммутации электрических цепей.

· магнитный пускатель ПМ12-025 [КМ1] - предназначены, главным образом, для дистанционного управления трехфазными асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором, а именно для пуска непосредственным подключением к сети и остановки (отключения) электродвигателя (нереверсивный пускатель).

· тепловое реле ТРН-40 [Р] - это электрические устройства, основным назначением которых является защита двигателя от избыточной нагрузки и, как следствие, перегрузки системы в целом.

· преобразователь частоты У2-8300-015Н - применяют для плавного регулирования скорости асинхронного электродвигателя за счет создания на выходе преобразователя электрического напряжения заданной частоты.

· асинхронный трехфазный короткозамкнутый электродвигатель 5АМХ132М2 [М] - предназначен для вращения вентилятора.

Краткое описание работы схемы. Включаем питание QF - автоматическим выключателем, нажимаем кнопку «Пуск» своим нормально разомкнутым контактом подает напряжение на катушку КМ1 - магнитного пускателя. КМ1 - магнитный пускатель срабатывает и своими нормально разомкнутыми, силовыми контактами подает напряжение на двигатель. Для того чтобы не удерживать кнопку «Пуск», чтобы двигатель работал, нужно ее зашунтировать, нормально разомкнутым блок контактом КМ1 - магнитного пускателя. При срабатывании пускателя блок контакт замыкается и можно отпустить кнопку «Пуск» ток побежит через блок контакт на КМ1 - катушку.

Отключаем двигатель, нажимаем кнопу «С - стоп», нормально замкнутый контакт размыкается и прекращается подача напряжение к КМ1 - катушке, сердечник пускателя под действием пружин возвращается в исходное положение, соответственно контакты возвращаются в нормальное состояние, отключая двигатель.

При срабатывании теплового реле - «Р», размыкается нормально замкнутый контакт «Р», отключение происходит аналогично.

9. РАССЧИТАТЬ И ВЫБРАТЬ АППАРАТЫ УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ

электродвигателя ток мощность преобразователь

Аппараты управления, предназначены для пуска, реверсирования, торможения, регулирования скорости вращения, напряжения, тока электрических машин, станков, механизмов или для пуска и регулирования параметров других потребителей электроэнергии в системах электроснабжения. Основная функция этих аппаратов это управление электроприводами и другими потребителями электрической энергии. Особенности: частое включение, отключение до 3600 раз в час, т.е. 1 раз в секунду.

К ним относятся электрические аппараты ручного управления - пакетные выключатели и переключатели, рубильники, универсальные переключатели, контролеры и командокотролеры, реостаты и др., и электрические аппараты дистанционного управления - электромагнитные реле, пускатели, контакторы и т. д.

Магнитный пускатель - это комплексный коммутационный аппарат, предназначенный для пуска, отключения, реверса и защиты электродвигателей от перегрузки, исчезновения или значительного уменьшения питающего напряжения. Его единственное отличие от контактора - наличие устройства защиты (обычно теплового реле) от тепловых перегрузок.

Выбор магнитных пускателей осуществляют исходя, главным образом, из мощности подключаемого электродвигателя.

Произведем выбор магнитного пускателя для двигателя 5АМХ132М2, мощностью 11кВт. Для данной мощности двигателя, по каталожным данным, подходить магнитный пускатель типа ПМ12-025 ([1],приложение 5 табл.П.5), который имеет следующие параметры: мощность управляемого двигателя - 11 кВт, номинальный ток - 25А, напряжение главной цепи - до 660 В.

Аппараты защиты, используются для коммутации электрических цепей, защиты электрооборудования и электрических сетей от сверхтоков, т. е. токов перегрузки, пиковых токов, токов короткого замыкания.

К ним относятся плавкие предохранители, тепловые и токовые реле, автоматические выключатели и др.

Остановимся на терминах, относящихся к плавким предохранителям, и на выборе тока плавкой вставки для защиты электродвигателей и линий.

Номинальным током предохранителя называют ток, равный наибольшему номинальному току плавкой вставки, которая может быть установлена на данном предохранителе. Значение его указывается на щитке предохранителя.

Номинальный ток плавкой вставки I_{ном.вст}. - это тот ток, который вставка выдерживает неограниченно долго, не плавясь; значение его также указано на вставке.

Предельно отключаемым током I_{пред.откл}. или разрывной мощностью S_разрыв (S_{пред.откл}.) называется соответственно максимальный ток или мощность короткого замыкания, которые способен разорвать (отключить) предохранитель.

При выборе тока плавкой вставки предохранителя, применяемого для защиты асинхронного короткозамкнутого двигателя, необходимо учитывать, что пусковой ток может в 7 - 8 раз превышать номинальный ток двигателя. Если номинальный ток плавкой вставки выбрать равным номинальному току двигателя, то при пуске двигателя вставка сгорит от перегрузки пусковыми токами за доли секунды. Ток плавкой вставки выбирают по выражению

,(9.1)

где I_н - номинальный ток электродвигателя, А;

Кi - кратность пускового тока;

- коэффициент, зависящий от продолжительности и частоты пусков.

Для редких пусков с продолжительностью до 2,5 с ? =3, при нечастых пусках с продолжительностью от 2,5 до 10 с ? = 2,5; при частых пусках с продолжительностью более 20 с ? = 1,6 … 2.

При выборе плавких вставок предохранителей очень часто пользуются следующими формулами

I_пл.вст. 2 I_{н ,} (9.2)

или

I_пл.вст. 4 Р_{н .} (9.3)

Первая формула применяется при редких пусках электродвигателей с продолжительностью до 2,5 с, т.е. при = 3, Кi = 6. Вторая формула может быть использована для частного случая, когда линейное напряжение в трехфазной сети U=380В, а предохранители выбираются для электродвигателей с характеристикой /Y 220/380 В. Известная формула

,(9.4)



при подстановке усреднённых данных cos_н, н и значения напряжения, преобразуется в формулу

,(9.5)

для случая соединения обмоток двигателя в Y.

Например, требуется выбрать предохранитель для защиты от токов короткого замыкания электродвигателя 5АМХ132М2. Продолжительность пуска 0,5 с. Электродвигатель имеет мощность Р_н = 11 кВт, I_н = 36 А, I_нY = 21А. Кратность пускового тока для данного типа электродвигателя (из справочника) K_i = 8.

Подставляя найденные значения в формулу, получаем

А ,

А .

Из справочника выбираем предохранители типа СН 22 с номинальными токами плавких вставок от 50 - 100 А.

Для защиты электродвигателей от длительной перегрузки и связанного с этим недопустимого перегрева служат тепловые реле.

Рассмотрим, как выбирают тепловое реле для электродвигателя типа 5АМХ132М2 (Р_н = 11 кВт), работающего в продолжительном режиме. Пуск двигателя длится 0,5 с.

По техническим данным двигателя 5АМХ132М2 находят I_н = 21 А. кратность пускового тока K_i = 8, пусковой ток двигателя



I_п = K_i I_н = 8 21 = 168 А .

Двигателю мощностью 11 кВт соответствует тепловое реле ТРН-40.

Для теплового реле ТРН-40 ближайший больший, чем номинальный ток двигателя, ток нагревательного элемента - 25 А.

Цена одного деления регулятора тока уставки реле составляет 5% тока нагревательного элемента, т.е. 25 0,05 = 1,25А.

При нулевом (среднем) положении регулятора ток уставки равен 25 А. Следовательно, необходимо повернуть регулятор влево («-») на одно деление. Ток уставки при этом составит I_у = 25 - (I 1,25) = 23,75 А ,

т.е. больше номинального тока двигателя в пределах 5%.

Убеждаются, что реле допускает пуск данного двигателя. Для этого находят отношение пускового тока к току уставки

По защитным характеристикам реле находят, что при кратности тока I_п / I_у 7,07 минимальное время срабатывания реле с учетом возможного разброса их характеристик составляет из холодного состояния 9 с, из горячего - 0,9 с. Время пуска двигателя 0,5 с.

Следовательно, пуск двигателя возможен из холодного и горячего состояний.

Автоматические выключатели (автоматы) служат для автоматического отключения цепей постоянного и переменного тока при перегрузках, коротких замыканиях и других нарушениях режима работы цепи.

Номинальный ток автоматического выключателя с тепловым расцепителем выбирается по длительному расчетному току защищаемой линии



I_т.р. I_н , (9.6)

а регулируемого расцепителя

I_т.р. 1,25 I_н . (9.7)

Для электродвигателей, работающих в повторно-кратковременном режиме (S3) или с тяжелыми условиями пуска (5-12 с), номинальный ток нерегулируемого теплового расцепителя выбирают исходя из условия

I_т.р. 1,25 I_н , (9.8)

а регулируемого

I_т.р.= (1,25 - 1,50) I_н.(9.9)

При выборе комбинированных автоматических выключателей для защиты электродвигателей от перегрузки и коротких замыканий уставка теплового расцепителя должна быть не менее

I_т.р. 1,25 I_нм , (9.10)

а электромагнитного расцепителя

I_эл.р. 1,25 К_i I_н , (9.11)

где К_i - кратность пускового тока электродвигателя.

Произведем выбор комбинированного автоматического выключателя для электродвигателя 5АМХ132М2 с Р_н = 11кВт, I_нY = 21 A, K_i = 8, время пуска 0,5…1 с.

Определяем номинальный ток уставки теплового расцепителя

I_т.р. 1,25 I_н ,

I_т..р l,25 21 26,25 A .

Предварительно выбираем автоматический выключатель типа ВА88-32 с номинальным током теплового расцепителя на 32 А.

Определяем ток электромагнитного расцепителя

I_эл.р 1,25 K_i I_н 1,25 8 21 = 210 А .

По каталогу проверяем выбранный автомат по току срабатывания электромагнитного расцепителя.

Для автоматического выключатель типа ВА88-32 ток срабатывания электромагнитного расцепителя равен

I_ср.эл.р = 500 А .

Проверка

I_ср.эл.р I._{эл.р .}

Автомат удовлетворяет условиям пуска.

Основными преимуществами автоматических выключателей являются:

- исключение неполнофазных режимов при срабатывании;

- многократность срабатывания;

- возможность дистанционного управления и дополнения специальными приставками, расширяющими диапазон защитных функций.



10. РАССЧИТАТЬ И ВЫБРАТЬ ПРОВОД ИЛИ КАБЕЛЬ ДЛЯ СИЛОВОЙ ЦЕПИ

Сечение проводов и кабелей для внутренних проводок напряжением до 1000 В определяют, исходя из двух условий

1) по условию нагревания длительным расчетным током

I_доп. I_р , (10.1)

где I_р - расчетный ток, А;

2) по условию соответствия сечения провода аппарату защиты

I_доп К₃ I_н.пл. , (10.2)

где К₃ - коэффициент защиты;

I_н.пл. - номинальный ток плавкой вставки, А.

При защите проводников с резиновой и пластмассовой изоляцией во взрыво- и пожароопасных, торговых и т.п. помещениях плавкими предохранителями и автоматическими выключателями К₃ 1,25; при защите этих же проводников в невзрыво- и непожароопасных помещениях К₃ = 1,0.

Допустимые длительные токовые нагрузки на провода и кабели для отдельных устанавливаемых электродвигателей находят по справочникам ([1],приложение 3).

Произведем расчет и выбор сечения проводов или кабелей силовой цепи асинхронного двигателя 5АМХ132М2.

Электродвигатель устанавливается в невзрыво- и непожароопасном помещении.

Сечение проводов и кабелей определим исходя из условий

1) по нагреванию длительным расчетным током

I_доп. I_р ,

расчетный ток определим как

А;

2) по соответствию сечения провода предохранителя

I_доп К₃ I_н.пл. ,

I_доп 1 63_. ,

К₃₌ 1; I_пл.вст.=63 А.

По справочнику выбираем провода или кабели с сечением токопроводящей медной жилы 16 мм² (I_доп. = 75 А). При отсутствии проводов или кабелей с медными жилами их можно заменить проводами или кабелями с сечением токопроводящей алюминиевой жилы 25 мм² (I_доп = 75 А) ([1],табл. П.4.1 - приложение 4). Основные марки проводов и кабелей приведены в таблице П.4.2 приложения 4.

Из таблицы П.4.2 выбираем марку проводов ПР с медными жилами, резиновой изоляцией, в пропитанной оплетке, предназначенные для прокладки воздушных вводов в трубах внутри помещений. Номинальное напряжение данной марки проводов - 660 В, с пределами сечений - 1…400 мм², что удовлетворяет нашим требованиям.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Основы электропривода технологических установок: метод. указания к выполнению курсовой работы / сост. Е.Ю. Дульский, Е П.Ю. Иванов, Н.Н. Гарев - Иркутск : ИрГУПС, 2015. -35с.

Размещено на Allbest.ru

...