Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрические машины. Учебно-методическое пособие
.pdf
б) проверить выбранный кабель на соответствие допустимой по-
тери напряжения в нем.
3. Для выбора оперативного включения и останова, а также защиты двигателя от перегрузки:
а) определить уставку защиты от перегрузки;
б) выбрать по справочным данным магнитный пускатель (или
контактор).
4. Для выбора защиты от короткого замыкания:
а) определить уставку защиты от короткого замыкания;
б) марку воздушного автомата, защищающего цепи, связанные с
электродвигателем, от коротких замыканий.
5. Начертить принципиальную электрическую схему с асинхронным двигателем соответствующую выбранным аппаратам управления
и защиты.
4.1. ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ ОТЧЕТА
ПО РАСЧЕТНОЙ РАБОТЕ
1. Расчетная записка (отчет) оформляется на листах бумаги фор-
мата А4. Текст пишется от руки или набирается на компьютере в редакторе Microsoft Word. Расчетные формулы желательно представлять в следующем виде: величина, которую требуется определить,
знак равенства, формула для определения величины, знак равенства,
подстановка числовых значений, знак равенства, конечный результат
и единица измерения (если имеется).
Расчет нужно дополнить необходимыми краткими пояснениями.
2. Эскизы и графики оформляются карандашом на бумаге фор-
мата А4 в соответствии с ГОСТами 2.301-68, 2.104-2006 и 2.106-96,
2.105-95 или выполняются студентом с применением средств и пакетов компьютерной графики.
3. Структура отчета включает в себя:
а) титульный лист с указанием названия расчётного задания, но-
мера варианта, фамилии и инициалов магистранта или студента, выполнившего задание, номера группы;
51
б) лист с исходными данными;
№
вариан-
та
Активная мощность
нагрузки
Интервалы времени
в цикле
Длина кабеля,
L, м,
и условия
прокладки
P1,
P2,
P3,
P4,
P5,
t1,
t2,
t3,
t4,
t5,
кВт
кВт
кВт
кВт
кВт
с с с с с
29
105
120
135
90
75
15
20
20
23
22
205; зем.
в) расчет с необходимыми чертежами и пояснениями.
4.2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАСЧЕТУ
Далее приведены методические указания по расчету данных, не-
обходимых для выбора двигателя, устройств его электропитания и
защиты от перегрузок и коротких замыканий. Приведены указания
для двух вариантов расчета: варианта, когда электродвигатель работает при продолжительном режиме подключения к сети и варианта,
когда электродвигатель работает при повторно-кратковременном режиме включения. Дан пример расчета для асинхронного двигателя с
короткозамкнутым ротором.
4.3. РАСЧЕТ ПРИ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОМ РЕЖИМЕ
ВКЛЮЧЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ
Приведен пример расчета для асинхронного двигателя с коротко-
замкнутым ротором.
Исходные данные оформить в виде табл. 4.1.
Таблица 4.1
Асинхронный двигатель с синхронной скоростью вращения ро-
тора n = 1500 об/мин соединен с трехфазной электрической сетью
номинальным напряжением 380 В (рис. 4.1) трехфазным кабелем.
Длина кабеля, как следует из табл. 4.1, составляет 205 м. Кабель проложен в земле. Нагрузка двигателя циклическая. За интервалы работы, составляющие 15, 20, 20, 23, 22 с в цикле работы, нагрузка составляет 105, 120, 135, 90, 75 кВт.
52
Сеть
переменного тока
380 В
А
В
С
Кабель
L
Электродвигатель
Р, кВт
t, с
0
20
40
60
80
100
t1
t2
t3
t4
t5
50
100
150
105
120
135 кВт
90 кВт
75
Рис. 4.1. Соединение асинхронного двигателя с сетью
1. Методика выбора электродвигателя.
1. Строим нагрузочную характеристику Р (t).
На рис. 4.2 дан пример построения этого графика по данным
табл. 4.1.
2. Проводим расчет эквивалентной мощности двигателя.
Вначале определяем режим работы электродвигателя. Из
табл. 4.1 следует, что в цикле двигатель работает под нагрузкой
непрерывно. Нет провалов мощности нагрузки до 0. Следовательно,
режим работы двигателя продолжительный. Продолжительность
включения двигателя (ПВ) учитывать не требуется.
Рис. 4.2. Нагрузочная характеристика двигателя
53
Если в отдельные интервалы цикла мощность нагрузки двигате-
.
525424323222121
ц
ЭКВ
Т
tPtPtPtPtP
P
.106
100
22752390201352012015105
22222
кВтР
ЭКВ
ля отсутствует, то расчет следует выполнять, пользуясь методикой расчета повторно-кратковременного режима.
Длительность цикла определяем по формуле
Т
= t1+ t2+ t3+ t4+ t5 = 15+ 20+ 20+ 23+ 22 = 100 c.
ц
Таким образом, каждом цикле, составляющем 100 с, график
мощности нагрузки Р(t) повторяется.
Находим эквивалентную мощность двигателя (расчеты рекомен-
дуется округлять до трех значащих цифр):
Результаты расчета означают, что за рабочий цикл Tц = 100 с по-
тери и нагрев изоляции двигателя, работающего при постоянной
мощности нагрузки Р = 106 кВт, будут такими же, как и при работе с
переменной мощностью нагрузки (см. рис. 4.2).
Следовательно, циклически изменяющаяся мощность нагрузки
Р(t) при выборе двигателя и расчетах защиты заменяется эквивалент-
ной постоянной мощностью Р
экв
.
Воспользуемся таблицей справочных данных (табл. П1 или [6]
списка литературы). Выбираем асинхронный двигатель из двигателей
основного исполнения с синхронной скоростью вращения ротора n =
1500 об/мин. По условию, его номинальная мощность больше или
равна (Рн Р
Типоразмер выбранного (см. табл. П1) двигателя – 4А 280S.
экв
).
Р
= 110кВт > Р
н
54
= 106 кВт.
экв
Определяем, способен ли выбранный электродвигатель надежно
работать при перегрузках. Рассчитываем мощность максимальную
выбранного двигателя:
Р
max.дв
Р
max.дв
= 2·110 = 220 кВт.
= 2 Р
ном
;
Из рассмотрения нагрузочной характеристики Р(t) (см. рис. 4.2)
следует, что максимальная мощность нагрузки
Р
max.нагр
= Р3 = 135 кВт.
Двигатель способен выдерживать перегрузки в процессе работы
при условии P
max.дв
Р
max.нагр
.
В данном случае
Р
max.дв
= 220 кВт > Р
max.нагр
= 135 кВт,
т. е. условие нормальной работы при перегрузках выполняется.
Если условие нормальной работы с максимальной нагрузкой не
выполняется, следует выбрать следующий типоразмер двигателя и
проверить его на возможность работы при перегрузках (перегрузочную способность).
По табл. П2 в нашем случае выбираем асинхронный двигатель
4А280S. Его номинальные данные следующие:
Р
= 110кВт; Uнл = 380В; КПД – Н = 92,5 %;
н
сos Н = 0,90; К
пуск.
= 7,0.
2. Методика расчета и выбора кабеля.
1. Определяем сечение проводов кабеля для соединения выбран-
ного двигателя с сетью и, пользуясь справочными данными, подбираем его марку.
2. Проводим проверку кабеля на его соответствие допустимой ве-
личине падения (потерь) напряжения.
Сечения проводов трехжильного кабеля определяем по условию
его допустимого нагрева при протекании по проводам номинального
линейного тока двигателя.
55
Определим номинальный ток Iн при работе электродвигателя с
нннл
н
н
U
P
cos3
1000
.А201
925,09,038073,1
1101000
Н
номинальной мощностью:
,
где Рн – мощность электродвигателя (номинальная), кВт;
Uнл – линейное напряжение сети (номинальное), В;
– КПД (номинальный), относительные единицы;
н
сos Н – коэффициент мощности двигателя (номинальный).
Выбираем сечение S линейного провода кабеля для уменьшения
стоимости по возможности меньшим, но таким, чтобы температура
нагрева изоляции кабеля не превышала допустимую температуру.
При заданном типе изоляции каждому табличному сечению S соот-
ветствует допустимый длительно ток провода
боре по условию
доп
ближайшего значения
н
. Поэтому при вы-
доп
и соответствую-
доп
щего ему сечения провода S, можно быть уверенным, что провод будет находиться в работе длительно, не перегреваясь и не нарушая
изоляции кабеля.
Определяем (табл. П3) для проложенного в земле кабеля допу-
стимый ток провода:
I
= 210 A >
доп
= 201 А.
н
Определяем (табл. П6) сечение жилы, соответствующее допусти-
мому току провода:
S = 70 мм2.
Проверку кабеля на соответствие допустимой потере напряжения
проводим по условию:
Uп U
п.д.
,
где Uп – потеря напряжения в кабеле при номинальном линейном
токе электродвигателя;
56
U
S
L
U
н
П
;1,20
70
108,2250201
2
ВU
п
– допустимое уменьшение напряжения на выводах элек-
п.д.
тродвигателя.
Принято считать, что допустимое отклонение напряжения на вы-
водах электродвигателя:
U
= 5 % Uн или U
п.д.
= 0,05 Uн.
п.д.
При линейном напряжении сети 380 В:
U
= 0,05·380 = 19 В.
п.д.
Потеря напряжения в кабеле при номинальном линейном токе
электродвигателя рассчитывается:
,
где
– номинальное значение линейного тока асинхронного двига-
н
теля, A;
L – длина подводящего электроэнергию кабеля, м;
= 2,8·10-2 – удельное сопротивление алюминия, Ом·мм2/м;
S – выбранное сечение жилы, мм2.
Для нашего варианта определяем:
Uп = 20,1 В > U
= 19 В.
п.д.
Таким образом, кабель с выбранным сечением жил не удовлетво-
ряет условию Uп U
п.д.
.
Увеличиваем сечение жилы кабеля до ближайшего большего (см.
табл. П6):
S = 95 мм2.
Проводим проверку нового кабеля по допустимой потере напря-
жения при номинальном линейном токе электродвигателя.
57
Определяем:
.8,14
95
108,2250201
2
ВU
п
Uп = 14,8 В < U
п.д.
= 19В.
Этот кабель «проходит» по допустимой потере напряжения.
Окончательно принимаем сечение жилы кабеля S = 95 мм2.
Таким образом, нам подходит кабель АВВГ 395 с поливинил-
хлоридной изоляцией, с тремя алюминиевыми жилами, с сечением
жил S = 95 мм2.
3. Методика выбора и расчет данных аппаратов для управле-
ния и защиты асинхронного двигателя.
1. Определяем уставку по току аппаратуры с целью защитить
двигатель от перегрузок.
2. Выбираем марку магнитного пускателя (или контактора) для
оперативного управления и защиты двигателя.
Электрический двигатель подключается к сети с распределитель-
ным устройством через коммутационные (переключающие и защищающие двигатель от аварийных режимов) аппараты, предназначенные, чтобы:
– включить, отключить или реверсировать этот двигатель опера-
тором нажатием кнопок на пульте управления «пуск», «стоп», «реверс» (реверсом называют смену направления вращения двигателя);
– автоматически отключить электродвигатель при ненормальных
и условиях работы, т. е. чтобы защитить электродвигатель и цепи его
питания в аварийных режимах.
Для этого в большинстве случаев применяют следующие электрические аппараты: воздушный автомат (автоматический выключатель) и магнитный пускатель (или контактор) (рис. 4.3).
Автоматический выключатель в большинстве случаев монтируется в распределительном устройстве и предназначен для переключений без нагрузки (двигатель не работает) и быстрого отключения
электродвигателя при коротких замыканиях.
58
Сеть
380 В
А
В
С
АВ
ПМ
ЭД
Рис. 4.3. Функциональная схема подключения электродвигателя
АВ – автомат воздушный; ПМ – пускатель магнитный; ЭД – электродвигатель
Магнитный пускатель (или контактор) монтируется вблизи электродвигателя и предназначен для достаточно частых включений и отключений двигателя оператором. Также он необходим для автоматического отключения электродвигателя при возникновении ненормальных режимов. Контактор применяют при значительных мощностях двигателя только для его включения и отключения (пуска и
останова). При этом защиту от ненормальных и аварийных режимов
выполняет автоматический выключатель.
Достаточно часто происходит ненормальный режим тепловых
перегрузок электродвигателя, возникающий за счет превышения фазными токами номинальных значений. Такие перегрузки могут возникать из-за особо тяжелых условий пуска электродвигателя, пуска под
нагрузкой или при застопоривании приводимого во вращение механизма. К тепловым перегрузкам могут привести также длительные
понижения напряжения сети или обрыв одного из проводов электропитания двигателя и т. п.
С целью защиты двигателей от перегрузок применяют так называемые тепловые устройства защиты: для магнитных пускателей это
встраиваемые в них тепловые реле, в воздушных автоматах это
встраиваемые в них тепловые расцепители.
59
Действие простейшего теплового реле основано на свойстве биметаллической пластинки – изгибаться при нагреве.
Биметаллическая пластинка теплового реле нагревается за счет
протекающего через нее тока двигателя. Она изгибается и при значительном уровне нагрева производит размыканию силовых контактов
электрического аппарата. Электродвигатель выключается. Чем больше превышение фазного тока двигателя над номинальным, тем быстрее изгибается биметаллическая пластинка, и тем скорее срабатывает
тепловое реле (время срабатывания теплового реле от одной до нескольких секунд).
Выключение двигателя приводит к остыванию биметаллической
пластинки. Она изгибается в другую сторону, что приводит к замыканию контактов электрического аппарата. После этого магнитный
пускатель (или автомат) находится в готовности к новому включению
электродвигателя.
По принципу действия срабатывают и тепловые расцепители автоматических выключателей.
У тепловых элементов защиты можно определить номинальный
ток (ток уставки)
. Ток уставки – такой ток, при длительном про-
н.у.т.
текании которого тепловое реле или тепловой расцепитель не срабатывают. При превышении током двигателя величины
происходит
н.у.т
«перегрузка двигателя». А при превышении на 10-15 % током двигателя тока уставки контакты теплового реле или расцепителя размыкаются и происходит отключение двигателя от сети. В справочной
литературе по электрической аппаратуре защиты в большинстве слу-
чаев рекомендуют выставлять
соответствующим номинальному
н.у.т.
значению тока двигателя.
Рассмотрим пример расчета и выбора аппаратуры управления и
защиты от перегрузки.
Выбираем номинальные данные магнитного пускателя или контактора в соответствии с номинальным режимом работы электродвигателя. Это значит, что силовые контакты аппарата управления и защиты способны прервать номинальный ток нагрузки двигателя при
линейном напряжении сети близком к номинальному значению.
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]