Системы электроснабжения промышленных предприятий,

Iрасч. = (Pн∙ 10³) / (√3 ∙Uн∙cosɸ∙ŋн) = (1,1∙ 10³)/(√3 ∙380∙ 0,81 ∙0,78)=

        = 2,65 А.

2. Выбираем три провода марки ПРТ сечением   S = 1,55 мм² с

Iдоп. = 17А для прокладки в стальных трубах.

Условие выбора:

Iдоп. = 17А >Iрасч. = 2,65 А.

Внутрицеховые сети напряжением до 1 кВ должны быть проверены по потере напряжения. При этом расчетная потеря напряжения сравнивается с допустимой, которая принимается ΔUдоп. = 5%.

3. Определяем расчетную величину потерь напряжения:

ΔU% =( √3∙ 100∙Iрасч. / Uн )∙(R∙cosɸ+X∙sinɸ),

R˳= L/(ɣ∙S) = 50 / 50 ∙1,5 = 0,66 Ом/км,

R = R˳ ∙L = 0,66 ∙ 0,05 = 0,033 Ом,S – выбранное сечение провода, мм²

ɣмеди= 50 См∙м/мм²,  X˳- для кабельных линий X˳ = 0,08 Ом/м,

X = X˳∙ L = 0,08 ∙ 0,05 = 0,004 Ом,

cosɸ = 0,81 соответствует sinɸ = 0,58

ΔU% =( √3∙ 100∙Iрасч. / Uн )∙(R∙cosɸ+X∙sinɸ)=

=( √3∙ 100∙2,65 / 380 )∙(0,033 ∙0,81+0,004∙0,58) = 0,035%,

ΔU = 0,035% ˂ ΔUдоп. = 5% условие выполняется.

4. Условие выбора автоматического выключателя:

1)Iн.а.≥Iн.(Iн.а. -номинальный ток автомата,

Iн. – номинальный ток двигателя)

2)Iн.р. ≥ 1,25 ∙ Iн.  (Iн.р. – номинальный ток расцепителя)

3) Iмгн.сраб.≥Iпуск.(Iмгн.сраб. – ток мгновенного срабатывания (отсечки),)

5. Для выбора автоматического выключателя определяем номинальный ток двигателя:

Iн. = Iрасч. = 2,65А,

6. Определяем пусковой ток двигателя:

Iпуск. = (Iпуск. / Iн.) ∙ Iн. = 5∙2,65 = 13,25 А,

Выбираем автоматический выключатель  серии АЕ – 2000,

Iн.а. = 10 А,Iмгн.сраб. = 12∙Iн.р. = 12∙3,3 = 39,6 А, т.к.

Iн.р. = 1,25∙Iн. = 1,25 ∙ 2,65 = 3,3 А.

Проверка условий выбора

Iн.а. = 10 А>Iн. = 2,65А

Iн.р. = 4 А>1,25∙Iн= 3,3 А.

Iмгн.сраб. =39,6>Iпуск. = 13,25А

7. Проверяем выбранное сечение проводов по условию защищаемости от коротких замыканий.

Для автоматов АЕ – 2000 (комбинированныйрасцепитель с возможностью регулирования тока уставки)

Iдоп.≥Iн.р / 1,5

17 > 4 / 1,5 = 2,66 условие выполняется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАДАЧА 2

Для подключения  АДК к сети, рассчитать и выбрать  кабель. Материал – медь. Способ прокладки  кабеля в воздухе, длина кабеля 95 метров. Сделать проверку кабеля по потере напряжения. Для защиты двигателя  выбрать предохранители и проверить  сеть на условие защищаемости от токов  КЗ.

Технические данные АДК (асинхронный двигатель  с короткозамкнутым ротором) серии 4А:

Pн = 11 кВт, Uн = 380 В, ŋн = 0,87, cosɸ = 0,87, Iпуск./Iн = 7,5.

РЕШЕНИЕ:

1. Определяем расчетный ток ЭД:

Iрасч. = (Pн∙ 10³) / (√3 ∙Uн∙cosɸ∙ŋн) = (11∙ 10³)/(√3 ∙380∙ 0,87 ∙0,87)=

        = 22,1 А.

2. Выбираем кабель ВРГ, 3-х жильный  сечением   S = 2,5 мм² с

Iдоп. = 25 А для прокладки в воздухе.

Условие выбора:

Iдоп. = 25А >Iрасч. = 22,1 А.

3. Проверяем кабель по потере напряжения. Определяем расчетную величину потерь напряжения:

ΔU% =( √3∙ 100∙Iрасч. / Uн )∙(R∙cosɸ+X∙sinɸ),

R˳= L/(ɣ∙S) = 95 / 50 ∙2,5 = 0,76 Ом/км,

R = R˳ ∙L = 0,76 ∙ 0,095 = 0,070 Ом,S – выбранное сечение провода, мм²

ɣмеди= 50 См∙м/мм²,  X˳- для кабельных линий X˳ = 0,08 Ом/м,

X = X˳∙ L = 0,08 ∙ 0,095 = 0,0076 Ом,

cosɸ = 0,87 соответствует sinɸ = 0,49

ΔU% =( √3∙ 100∙Iрасч. / Uн )∙(R∙cosɸ+X∙sinɸ)=

=( √3∙ 100∙22,1 / 380 )∙(0,07 ∙0,87+0,0076∙0,49) = 0,65%,

ΔU = 0,65% ˂ ΔUдоп. = 5% условие выполняется.

4. Условие выбора предохранителей:

1)Iн.пр.≥Iн.(Iн.а. - номинальный ток предохранителя,

Iн. – номинальный ток двигателя)

2)Iвс. ≥  Iпуск. /α (Iвс. – номинальный ток плавкой вставки),

    α = 2,5 – при легких условиях пуска.

 

5. Для выбора предохранителей определяем номинальный ток двигателя:

Iн. = Iрасч. = 22,1А,

6. Определяем пусковой ток двигателя:

Iпуск. = (Iпуск. / Iн.) ∙ Iн. =7,5∙22,1 = 165,75 А,

Iпуск. /α = 165,75 / 2,5 = 66,3 А.

Выбираем предохранитель ПН– 100, U = 380В,

Iн.пр. = 100 А,Iвс. = 80 А.

Проверка условий выбора

Iн.пр. = 100 А>Iн. = 22,1А

Iвс. = 80 А>Iпуск. /α = 66,3 А.

7. Проверяем выбранное сечение кабеляпо условию защищаемости от коротких замыканий.

Условие проверки

Iвс/Iдоп.≤ ƙз,  где   ƙз= 3 –для ответвлений к электродвигателю;

В данном случае 80 / 25 = 3,2 > 3, значит необходимое условие невыполняется, кабель при коротком замыкании перегреется. Поэтому следует выбрать предохранители ПН2 – 100 с Iвс. = 60 А; Ток плавкой вставки немного больше значения Iпуск. /αи условие 60 / 25 = 2,4 ˂ 3 выполняется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАЗДЕЛ 3   Механика электропривода (ЭП)

 

Основные определения  механики ЭП. Приведение статических  и динамических моментов к валу двигателя.

 

«Всякое развитое машинное устройство состоит из трех существенно различных частей: машины-двигателя, передаточного механизма, наконец, машины-орудия или рабочей машины». (К. Маркс.Капитал).

Назначение первых двух элементов: двигателя с его системой управления и передаточного механизма, куда могут входить валы, шкивы, ремни  и т.п., заключается в том, чтобы  сообщить движение исполнительному  механизму (или для приведения в  движение рабочей машины). Поэтому  их объединяют общим названием «ПРИВОД». Однако, для приведения в движение РМ основным двигателем является электрический двигатель и, следовательно, основным типом привода является электрический привод или сокращенно, ЭЛЕКТРОПРИВОД, а на современном уровне техники АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД.

Механическое движение передается с помощью передаточного устройства (ПУ), которое включает в себя различные  механические элементы. Эти элементы вращаются (или движутся поступательно) с разной скоростью, имеют определенный момент инерции (массу), а соединения между ними содержат зазоры. Наличие  этих свойств элементов ПУ вносит определенные искажения в процесс  передачи движения отЭД к ИО и требует  соответствующего учета.

Инерцией обладают все движущие части ЭП. Чтобы рассчитать время  переходного процесса ЭП необходимо найти общий момент инерции. Чем  больше момент инерции, тем дольше длиться  пуск, останов и реверс ЭД.

Основное положение  динамики ЭП гласит, что при движении системы электродвигатель-рабочая машина движущий момент системы всегда уравновешивается моментами сил сопротивления движению, т.е.

Мдв. = Мс + Мдин,

где  Мдв. – вращающий момент двигателя;

Мс-  статический момент сопротивления;

Мдин–динамический момент.

Момент сопротивления (Мс) механизма состоит из двух слагаемых, соответствующих полезной работе и работе трения. Полезная работа связана с выполнением соответствующей тех. Операции. Работа трения учитывается обычно КПД механических связей ЭП.

Для того, чтобы рассчитать мощность ЭД, необходимого для ЭП какого-либо механизма, пересчитывают статический  момент сопротивления, возникающий  в механизме к скорости вала двигателя. Такой пересчет называют  ПРИВЕДЕНИЕМ.Сущность операции приведения состоит в том, что реальная схема заменяется расчетной, основой которой является двигатель, а остальные элементы представляются неизвестными приведенными моментом нагрузки и моментом инерции. Приведение моментов сопротивления от одной оси ращения к другой может быть произведено на основании энергетического баланса системы. При этом потери мощности в промежуточных передачах учитываются введением в расчеты соответствующего КПД, т.е:

Мс = Мс.рм. / i∙ŋп,

где Мс – статический момент, приведенный к валу ЭД,

Мс.рм.– момент сопротивления на валу РМ,

I– передаточное число,

ŋп  – КПД передачи.

Приведение динамических моментов осуществляется исходя из равенства запаса кинетической энергии в реальной и расчетной схемах.

Рассмотрим различные случаи движения системы ЭД – РМ.

Если система движется с постоянной частотой вращения, то силы инерции отсутствуют, и динамический момент равен нулю, т.е.

Мдв. = Мс;

При пуске системы ЭД – РМ скорость движущихся частей увеличивается, а  всякое изменение скорости вызывает силы инерции масс этих частей. При увеличении частоты вращения силы инерции, создающие динамический момент сопротивления, будут направлены навстречу действию вращающего момента. Поэтому вращающий момент, развиваемый двигателем при пуске, должен быть достаточно велик, чтобы преодолеть не только статический, но и динамический момент:

Мп. = Мс + Мдин,

где Мп. – пусковой вращающий момент.

При уменьшении частоты вращения ЭП,что соответствует увеличению нагрузки, вращающиеся массы стремятся сохранить прежнюю частоту вращения, и поэтому силы инерции направлены на поддержание движения. В этом случае вращающий момент должен быть меньше статического на значение динамического момента:

Мдв. = Мс  -  Мдин.

 

РАЗДЕЛ 4   Электропривод с  двигателями постоянного тока (ЭП с ДПТ)

 

Для создания в ДПТ магнитного потока возбуждения имеются соответствующие обмотки. В зависимости от вида обмотки ДПТ выполняются с параллельной (независимой), смешанной и последовательной обмотками.

Механическая характеристика ЭД является одним из основных показателей при  выборе того или иного типа двигателя. МХЭД называют зависимость его скорости от развиваемого момента. Различают естественные (зависимость скорости от момента при номинальных условиях работы ЭД) и искусственные (построенные при измененных значениях электрических параметров ЭД) механические характеристики.

Для построения МХ (естественной или  искусственной) ДПТ НВ, достаточно знать  лишь две ее точки, т.к они теоретически представляют собой прямые линии. Построение естественной МХ удобно производить  по точкам, одна из которых соответствует  номинальному  электромагнитному  моменту ЭД и номинальной скорости, а другая – скорости идеального холостого хода.

Номинальный электромагнитный момент вычисляется по формуле:

Мном. = Рном. / wном.,

Режим идеального холостого хода возникает  в случае, когда на валу ЭД нет  момента нагрузки , а скорость при  этом имеет определенное значение:

Wо =Uном / k∙ Ф,

 

где k∙ Ф –конструктивный коэффициент ЭД,

k∙ Ф = (Uном - Iном∙Rя) / wном.

Номинальные параметры ЭД такие  как номинальный ток, скорость и  сопротивление якоря определяются по паспортным данным двигателя:

Iном = Рном. / (Uном∙ ŋном.),

wном. = nном. / 9,55,

Rя = (0,5(1 - ŋном.)∙Uном) / Iном..

 

Из уравнения скоростной характеристики ЭД параллельного возбуждения:

W = (U - Iя.∙R) / k∙ Ф,

Вытекает возможность трех способов регулирования частоты вращения:

1. Изменением сопротивления в цепи якоря;
2. Изменением магнитного потока полюсов;
3. Изменением напряжения, подводимого к двигателю.

При регулировании Wпутем изменения сопротивления в цепи якоря двигатель может работать только на пониженных скоростях, при этом возникают дополнительные потери в реостате (неэкономичен) и диапазон регулирования невелик, поэтому он используется для ДПТ малой мощности с постоянной нагрузкой.

Использование сопротивлений в цепи якоря ДПТ  принимает особое значение при запуске  ДПТ, так называемый реостатный пуск, тем самым уменьшая бросок пускового  тока во время запуска. Также сопротивления  в цепи якоря используются во время  электрического торможения, а именно, динамического, когда ДПТ отключают  от сети и переключают на сопротивление. Торможение противовключением достаточно широко используется в крановых механизмах. Здесь при переключении на обратный ход якоря ДПТ , включают дополнительный резистор для ограничения тока при  торможении.

При регулировании W изменением магнитного потока ДПТ работает только на скоростях, превышающих номинальную скорость. Это достигается включением в цепь обмотки возбуждения регулировочного реостата, магнитный поток при этом уменьшается относительно номинального. Способ экономичен, т.к. мощность, потребляемая ОВ, составляет 2% от мощности двигателя. 

При высоких  требованиях к показателям качества регулирования используют систему  «Управляемый выпрямитель – двигатель». Здесь для питания якоря используют преобразователь, выходное напряжение которого регулируется по величине. Направление  регулирования вниз от основной скорости в широком диапазоне. В ПСМ  данный способ используется, например, на заводах ЖБИ  в ЭП прокатных  станов, на стекольных заводах для  машин непрерывного проката стекла.

ЗАДАЧА 3

Рассчитать и построить естественную и искусственные механические характеристики двигателя постоянного тока с  независимым возбуждением. Сделать  выводы об изменении величины угловой  скорости.

Данные  двигателя:

тип 2ПН 100 МУ4:

Искусственные характеристики построить: при ослаблении магнитного потока до 0,8 ф н; при уменьшении напряжения на якоре при помощи тиристорного регулятора до 0,5

Решение:

Так как  механические характеристики двигателя  постоянного тока независимого возбуждения  представляют прямые линии, то для их расчета и построения необходимо иметь координаты двух точек.

1. Определяем номинальный ток электродвигателя.

2. Определяем значение номинальной угловой скорости.

с^-1

3. Определяем внутреннее сопротивление двигателя.

Ом.

4. Определяем значение произведения конструктивного коэффициента электродвигателя на магнитный поток