2 Выбор электродвигателей, защитной и коммутационной аппаратуры

Электродвигатели для привода производственных механизмов выбираются по следующим условиям: по напряжению, мощности, режиму работы, частоте вращения и условиям окружающей среды. Всего в цеху имеется 16 вакуумных фильтров, из них 8 концентратных и 8 хвостовых, 18 вакуум насосов, каждый фильтр имеет два электропривода: привод барабана и привод мешалки. Также в цеху расположены 2 ленточных фильтра, 1 флотомашина, 2 сварочных трансформатора, 5 конвейеров и 2 мостовых крана.

Электродвигатели необходимо выбирать таким образом, чтобы его номинальная мощность P_н.д. соответствовала мощности приводимого механизма P_мех., т.е.

P_н.д. ≥ P_мех., (1)

где P_н.д. – номинальная мощность двигателя;

P_мех. – механическая мощность станка.

Для всех механизмов выбираем асинхронные двигатели марки АИР общего назначения , длительного режима работы .

Рассмотрим выбор двигателей на примере привода барабана барабанного вакуум фильтра: мощность барабана P_мех.= 4 кВт, по условию 1 выбираем двига-тель марки АИР112М4У3 с P_н.д. = 5,5кВт, n = 1500об/мин, cosφ = 0,87, η = 87,5 %, К_п = I_п /I_н = 7.

Аналогично производим выбор электродвигателей для остальных механизмов, результаты выбора сводим в таблицу 1.

Таблица 1 – Выбор электродвигателей.

№	Механизм	Pмех., кВт	Pн.д., кВт	Марка двигателя	n, об/мин	cos φ	η, %	Iп /Iн
1-16	Вакуум-насосы Kи = 0,7 cos φ = 0,85	125	132	АО3 400 С10	595	0,9	92,0	6
17-32	Барабанные в/ф, приводы барабана Kи = 0,8 cos φ = 0,8	4	5,5	АИР112М4У3	1480	0,85	85,5	7
17-32	Барабанные в/ф, приводы мешалки Kи = 0,8 cos φ = 0,8	7	7,5	АИР132M6	1000	0,86	87,5	7,5

продолжение таблицы 1

34-35	Вакуум-насосы Kи = 0,7 cos φ = 0,85	235	250	4А355S4У3	1485	0,92	94,5	6
36-37	Ленточные фильтры Kи = 0,6 cos φ = 0,8	20	22	4А180S4У3	1470	0,90	90,0	6,5
38	Флотомашина Kи = 0,6 cos φ = 0,8	260	55×5	4А225М4У3	1480	0,90	92,5	7
39-40	Конвейер Kи = 0,5 cos φ = 0,75	40	45	4А200L4У3	1475	0,90	92,0	7
41	Конвейер Kи = 0,5 cos φ = 0,75	28	30	4А180М4У3	1470	0,90	91,0	6,5
42-43	Конвейер Kи = 0,5 cos φ = 0,75	128	132	4А280М4У3	1480	0,90	93,0	5,5
44-45	Приточная установка Kи = 0,75 cos φ = 0,8	10	11	4А132М4У3	1460	0,87	87,5	7,5
33,46	Сварочный трансформатор	S = 40 кВА, ПВ = 60 %, cos φ = 0,55

Выбор двигателей мостового крана рассмотрим отдельно.

Электродвигатели и ПРА выбирают по номинальному току нагрузки, номи-нальному напряжению и роду тока питающей сети.

Для защиты двигателей от к.з. выбираем автоматические выключатели, а от перегрузок – тепловые реле, которые идут в комплекте с магнитными пуска-телями. Для дистанционного управления и защиты от пониженного напряжения применяем магнитные пускатели.

Рассмотрим выбор вышеперечисленной аппаратуры на примере приводов барабанов барабанных вакуум-фильтров с двигателем марки АИР112М4У3 с P_н.д. = 5,5 кВт, cos φ = 0,85, η = 0,855, I_п /I_н = 7.

1 Номинальный ток электродвигателя:

, (2)

где P_н– номинальная мощность двигателя, кВт;

U_н – номинальное напряжение, В;

η – КПД при номинальной нагрузке;

cos φ – номинальный коэффициент мощности.

= 11,5 А

2 Пусковой ток электродвигателя определяется по формуле:

I_пуск = I_н∙К_п (3)

где К_п – кратность пуска

I_пуск = 11,5∙7 = 80,5 А

3 Выбор автоматического выключателя производится по следующим условиям:

I_н.а. ≥ I_н (4)

I_н.р. ≥ I_н. (5)

где I_н.а. – номинальный ток автомата, А;

I_н.р. – номинальный ток расцепителя, А.

I_н.а. ≥ 11,5 А, I_н.р. ≥ 11,5 А,

25 ≥ 11,5 А 12,5 ≥ 11,5 А

Принимаем автомат ВА 51-25 с I_н.а. = 25А, I_н.р. = 12,5А.

Кратность тока отсечки по отношению к номинальному току расцепителя равна:

, (6)

,

Принимаем = 10. Выбранный автомат проверяем по проверочному усло-вию:

(7) 10·12,5 ≥ 1,25·80,5

125 А > 100,6 А.

Условие выполняется, значит, автомат выбран верно.

4 Магнитный пускатель выбираем по условию:

I_н.п. ≥ I_н.д., (8)

где I_н.п. – номинальный ток пускателя, А;

I_н.д – номинальный ток двигателя, А;

I_н.п ≥ 11,5

20 ≥ 11,5

Принимаем магнитный пускатель ПМЛ-2200 с I_н.п = 25 А в комплекте с тепло-вым реле РТЛ по справочнику [2,стр.117].

Для питания всех двигателей проектируемого цеха будем использовать медный кабель марки ВВГ, имеющий три фазные жилы и четвёртую – нулевую. Все кабели прокладываются на кронштейнах, которые размещены в потолочной области нижнего этажа, ввод кабелей на верхнюю отметку к оборудованию осуществляется в стальных трубах.

Сечение жил проводов и кабелей напряжением до 1 кВ выбираются по следующим условиям:

, (9)

где I_доп – длительно допустимая токовая нагрузка провода или кабеля, А;

I_р – расчётный ток проводника, А;

К_п – поправочный коэффициент на условия прокладки (принимаем К_п = 1, т.к. условия прокладки нормальные).

, (10)

где I_З – номинальный ток или ток срабатывания защитного аппарата;

К_З – кратность длительно допустимого тока провода или кабеля по отношению к номинальному току срабатывания защитного аппарата, принимаем К_З = 1 для автоматических выключателей.

I_доп ≥ 11,5 А, ,

25 ≥ 11,5 А

I_доп ≥ 12,5 А,

25 ≥ 12,5 А

Таким образом выбираем кабель ВВнГ 4(1×2,5) с I_доп = 25 А (Л1 с 109)

Для приводов двигателей остального оборудования и защитная, коммута-ционная аппаратура и сечение провода выбирается аналогичным способом.

Схема защиты и управления приводов мешалок фильтров, приводов барабанов фильтров представлена на рисунке 1.

ПН2-100/31,5 ПМЛ-2200

Рисунок 1 – Схема защиты и управления однодвигательным приводом.

Рассмотрим отдельно выбор аппаратуры защиты и управления для приводов барабанов концентратных фильтров. Особенность работы данного электропривода является необходимость регулирования скорости асинхронного двигателя, что позволяет изменять влажность получаемого концентрата.

С этой целью для управления двигателями используем частотный электропривод фирмы ABB марки ACS-800-01. Преимущества такого привода: сокращение расхода электроэнергии до 50%; возможность регулирования скорости двигателя как в диапазоне от близкой к нулю до номинальной, так и выше номинальной; многократное увеличение срока службы двигателя и приводимого механизма; мягкий, программируемый пуск двигателя; бесперебойная работа привода и возможность его самозапуска после восстановления питания; сокращение трудозатрат при эксплуатации. Также привод обеспечивает защиту двигателя и кабеля от различных к.з и перегрузок.

Выбор частотного привода осуществляется по следующему условию:

I_{н. пр.} I_н., (11)

где I_{н. пр} – номинальный ток привода, А;

I_н – номинальный ток электродвигателя по выражению 2, А.

= 15,1 А,

I_{н. пр.} 15 А,

19 15 А

Принимаем привод ACS-500, с I_{н. пр.} = 20 А [8,стр.78].

Для защиты самого привода от к.з. на внешних выводах и для возможности выведения в ремонт используем автоматический выключатель, выбор которого осуществим по условиям:

I_н.а. ≥ I_н.пр. (12)

I_н.р. ≥ I_н.пр. (13)

I_н.а. ≥ I_н.пр. I_н.р. ≥ I_н.пр.

I_н.а. ≥ 20 А I_н.р. ≥ 20

25 ≥ 20 А 20 ≥ 20_.

Принимаем автомат ВА 51-25 с I_н.а = 25А, I_н.р = 20 А [1,стр.99].

Проверки на кратность тока отсечки по отношению к номинальному току не требуется, поскольку при частотном способе пуска двигателя не создаётся пусковых токов.

При выборе кабеля, питающего двигатель, также используем только одно условие 9, поскольку роль защитного аппарата выполняет сам привод.

I_доп ≥ 15 А.

25 А ≥ 15 А.

Таким образом выбираем кабель ВВнГ 4(1×2,5)мм² с I_доп = 25А из справочника [1,стр.108].

Схема управления двигателями мешалок представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема управления двигателями мешалок.

Рассмотрим выбор аппаратуры для сварочных трансформаторов.

1. Номинальный ток сварочного трансформатора:

, (14)

где S_св. – номинальная мощность сварочного трансформатора, кВА;

U_н – номинальное напряжение сети, кВ;

;

I_н.св. = 60,8 А.

I_н.св^/_. = , (15)

I_н.св^/_. = = 47,1 А

2. Пиковый ток сварочного трансформатора принимаем равным трёхкратному номинальному току:

I_пик = 3∙I_ном (16)

I_пик = 3∙60,8 = 182,4 А.

3. Выбор автоматического выключателя производится по следующим усло-виям:

I_н.а. ≥ I_н.св^/ (17)

I_н.р. ≥ I_н.св^/ (18)

где I_н.а. – номинальный ток автомата, А;

I_н.р. – номинальный ток расцепителя, А.

I_н.а. ≥ 47,1 А, I_н.р. ≥ 47,1 А,

100 ≥ 47,1 А 50 ≥ 47,1 А

Выбираем автомат ВА 52-31 с I_н.а. = 100 А и с I_н.р. = 50 А (Л1 с99)

Кратность тока отсечки по отношению к номинальному току расцепителя равна:

, (19)

,

Принимаем = 7. Выбранный автомат проверяем по проверочному усло-вию:

(20) 7·50 ≥ 1,25·182,4

350 А > 228 А.

Условие выполняется, значит, автомат выбран верно.

4. Номинальный ток плавкой вставки предохранителя, защищающего ответвле-ние к сварочному аппарату, выбирается из соотношения:

I_вс. ≥ 1,2∙ _., (21)

I_вс. ≥

63 ≥ 56,5

Выбираем предохранитель ПН 2-100 с I_вс. = 63 А (Л1 с98)

5. Выбираем силовой ящик ЯБПВУ-1м с I_н.а. = 100 А, I_н.пред. = 100 А (Л1 с 104)

6. Выбираем низковольтный питающий кабель от силового ящика до транс-форматора по формулам 9, 10:

I_доп ≥ I_н.св^/_., ,

60 ≥ 47,1 А I_доп ≥ 50 А,

60 ≥ 50 А

Выбираем кабель марки КГ 3(1×16) + 1×6 I_доп = 60 А (Л1 с 108).

7. Активная мощность сварочного трансформатора, приведенная к ПВ = 100%:

Р_н.тр = S_св∙cosφ∙ (22)

где cosφ – номинальный коэффициент мощности сварочного трансформатора.

Р_н.тр = 40∙0,55∙ = 17 кВт

Схема защиты сварочного трансформатора приведена на рисунке 3.

ЯБПВУ-1М

КГ 3(1×16)мм²

ВА 52-31

Рисунок 3 – Схема защиты сварочного трансформатора.

Рассмотрим выбор двигателей, защитной и коммутационной аппаратуры для мостового крана. В цехе имеется 2 крана грузоподъёмностью 15 тонн, ПВ = 40%. Кран имеет четыре двигателя: два двигателя перемещения моста, один двигатель перемещения тележки и один двигатель подъёма груза. Для крановой установки используем асинхронные двигатели с фазным ротором марки MTF, которые обладают повышенной перегрузочной способностью, большим пусковым моментом при небольших пусковых токах, а также позволяющие регулировать скорость в широких пределах. Выбор двигателей производим по условию:

Р_пасп ≤ Р_­п1 + Р_п2 + Р_п3 + Р_п4 , (23)

где Р_пасп – паспортная мощность мостового крана, кВт;

Р_­п1, Р_п2, Р_п3, Р_п4 – паспортная мощность приводных двигателей, кВт.

Р_пасп 5 + 5 + 7,5 + 7,5,

24 25.

Принимаем четыре двигателя марки MTF [3,стр.43].

Результаты выбора сводим в таблицу 2.

Таблица 2 – Выбор электродвигателей мостового крана.

Механизм	Pп., кВт	Марка двигателя	n, об/мин	cos φ	η, %	ПВ,%
Привод перемещения моста Kи = 0,2 cos φ = 0,6	2×5	MTF 112-6	1000	0,7	75	40
Привод перемещения тележки Kи = 0,2 cos φ = 0,6	7,5	MTF 211-6	1000	0,7	77	40
Привод перемещения груза Kи = 0,2 cos φ = 0,6	7,5	MTF 211-6	1000	0,7	77	40

Расчёт троллейной линии сводиться к выбору размеров угловой стали, удовлетворяющих условиям нагрева и допустимой потере напряжения. Первое условие проверяют сравнением расчётного тока с допустимым током угловой стали:

I_доп. ≥ I_р.кр., (24)

где I_доп – допустимый ток угловой стали, А;

I_р.кр – расчётный ток мостового крана, А.

Расчётный ток мостового крана:

I_р.кр = , (25)

где Р_потр. – потребляемая мощность крановой установки при номинальной нагрузке, кВт;

К_с.к – коэффициент спроса крановой установки выбирается из справочника [5,стр.341];

tgφ – среднее значение коэффициента реактивной мощности.

Среднее значение коэффициента реактивной мощности:

tgφ = , (26)

где tgφ_1…4 – коэффициенты реактивной мощности двигателей.

Величина потребляемой краном мощности:

Р_потр. = , (27)

где P_нi и η_i – номинальная мощность при ПВ = 100% и коэффициент полезного действия i-го двигателя;

n – число электродвигателей крановой установки, шт.

Номинальная мощность двигателя, приведенная к ПВ = 100%:

Р_н1…4 = Р_п1…4· , (28)

где Р_п1…4 – паспортная мощность двигателя, кВт.

Р_н1,2 =5 · =3,2 кВт,

Р_н3,4 = 7,5 · =4,7 кВт.

Потребляемая краном мощность:

Р_потр. = = 20,7 кВт.

Среднее значение коэффициента реактивной мощности:

tgφ = = 1,02.

Расчётный ток мостового крана:

I_р.кр = = 35,9 А,

По условию 24 производим выбор троллейной линии из угловой стали:

I_доп. ≥ 35,9 А.

163 ≥ 35,9 А.

Принимаем размер профиля 25×25×3, с I_доп. =163 А [5,стр.122].

Определим пиковый ток группы крановых двигателей:

I_пик = I_{пуск.max..}+ (I_р.кр – I_ном.max.), (29)

где I_пик – пиковый ток группы крановых двигателей, А;

I_{пуск.max.} – наибольший из пусковых токов двигателей в группе, А;

I_ном.max – номинальный ток двигателя с наибольшим пусковым током, А.

Поскольку при пуске двигателя с фазным ротором пусковой ток ограни-чивается в пределах 2I_ном, то наибольший из пусковых токов двигателей в группе определим из выражения:

I_{пуск.max..}= 2I_ном. (30)

Номинальный ток самого мощного двигателя, выражение 2:

I_ном.max = = 13,2 А.

Наибольший из пусковых токов двигателей в группе:

I_{пуск.max..}= 2·13,2 = 26,4 А.

Тогда пиковый ток группы крановых двигателей:

I_пик = 26,4 + (35,9 – 13,2) = 49,1 А.

Потеря напряжения в троллеях:

∆U = , (31)

где ∆U – потеря напряжения в троллеях, %;

r_Т – удельное активное сопротивление троллеев, Ом/км, r_Т = 1,01 Ом/км [ 5,стр 122];

L_Т – длина троллеев, км.

∆U = = 0,95 %

Поскольку напряжение на зажимах электродвигателей крана при всех режимах работы должно быть не ниже 85% номинального, то троллеи выбраны верно.

Схема защиты привода мостового крана представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Схема защиты привода мостового крана.

По аналогии с другим электрооборудованием производим выбор вводного автомата, силового ящика с рубильниками и предохранителями, кабеля, питающего троллеи, а также магнитных пускателей и результаты расчётов сводим в таблицу 3.

Таблица 3 – Выбор защитной аппаратуры мостового крана.

Механизм	Пускатель		Тип троллеев	Силовой ящик	Вводный автомат	Питающий кабель
	Тип	Iн.п, А
Привод перемещения моста	ПМЛ-1600	10	Уголковая сталь 25×25×3 с Iдоп. =163А	ЯБПВУ-1М	ВА51-31 с Iн.р.= 40 А	ВВГ 3(1×10) + 1×6 с Iдоп.= 42 А
Привод перемещения тележки	ПМЛ-2600	25
Привод перемещения груза	ПМЛ-2600	25

Результаты выбора аппаратуры остальных электродвигателей приводим в таблице 4.

Таблица 4 – Выбор защитной аппаратуры электродвигателей.

№	Механизм	Автоматы			Пускатели/ контакторы			Кабели
		Тип	Iн.р., А	Тип		Iн, А	Марка		Iдоп, А
1-16	Вакуум-насосы	ВА 51-35	250	КТ6000		250	ВВГ 4(1×185)		270
17-32	Барабанные в/ф, приводы барабана	ВА 51-25	12,5	ПМЛ-2200		25	ВВГ 4(1×2,5)		19
25-32	Барабанные в/ф, приводы мешалки	ВА 51-25	16	ПМЛ-2200		25	ВВГ 4(1×2,5)		19
17-24	Барабанные в/ф, приводы барабана	ВА 51-25	25	Электропривод ACS 500 c Iн.пр. = 20 А			ВВГ 4(1×4)		27
34-35	Вакуум-насосы	ВА 52-39	500	КТ6000		630	2ВВГ 4(1×185)		270
36-37	Ленточные фильтры	ВА 51-31	50	ПМЛ-4200		63	ВВГ 4(1×16)		60
38	Флотомашина	ВА 51-39	630	КТ6000		630	5ВВГ 4(1×50)		110
39-40	Конвейер	ВА 51-31	100	ПМЛ-6200		125	ВВГ 4(1×50)		110
41	Конвейер	ВА 51-31	63	ПМЛ-4200		63	ВВГ 4(1×25)		75
42-43	Конвейер	ВА 51-35	250	КТ6000		250	ВВГ 4(1×185)		270
44-45	Приточная установка	ВА 51-25	25	ПМЛ-2200		25	ВВГ 4(1×4)		27