Условием выбора муфты является

РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

 

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ «ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ЯНКИ КУПАЛЫ»

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ

 

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ: МОНТАЖ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ И ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ»

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

Общие положения.................................................................................... 3

Технологическая часть............................................................................ 5

Выбор системы электропривода............................................................. 6

Анализ недостатков существующей схемы управления.................. 6

Выбор рода тока и величины питающих напряжений..................... 7

Выбор системы электропривода....................................................... 7

3.4 Расчёт мощности и выбор приводного электродвигателя............... 8

3.5 Расчёт механических характеристик............................................... 11

Проверка выбранного электродвигателя....................................... 11

Описание принципиальной электрической схемы................................ 11

Выбор элементов системы электропривода......................................... 11

5.1 Расчёт и выбор силового преобразователя.................................... 11

Выбор пусковых и тормозных устройств...................................... 14

Выбор электромагнитных муфт...................................................... 16

Выбор контакторов и магнитных пускателей................................ 18

Выбор реле управления................................................................... 19

Выбор командоаппаратов............................................................... 20

5.7 Расчёт и выбор трансформаторов и выпрямителей управления... 21

Выбор аппаратов защиты................................................................ 22

Выбор типа и сечения проводов и кабелей .......................................... 25

Список литературы................................................................................... 27

 

 

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

Темой курсового проекта является электропривод и электрооборудование технологической установки: металлорежущего станка со сложной схемой автоматизации, поточно-транспортной системы, подъёмно-транспортного механизма и других машин.

Курсовой проект состоит из пояснительной записки на 15-30 листах и графической части на 1-3 листах формата А1. Пояснительная записка и графическая часть проекта должны быть оформлены с соблюдением требований ЕСКД и СТП 000.00.01.01 – 2003 «Общие требования стандартов к оформлению учебной документации».

В пояснительную записку курсового проекта по предмету «Электрооборудование промышленных предприятий и гражданских зданий» входят следующие разделы:

Введение;

1 Технологическая часть;

1.1 Описание и техническая характеристика технологической установки;

1.2 Определение технологических усилий;

1.3 Требования к электроприводу и системе управления;

2 Выбор системы электропривода;

2.1 Анализ недостатков существующей системы управления;

2.2 Выбор рода тока и величины питающих напряжений;

2.3 Выбор системы электропривода;

2.4 Расчет мощности и выбор приводного электродвигателя;

2.5 Расчет механических характеристик;

2.6 Проверка выбранного электродвигателя;

3 Описание принципиальной электрической схемы;

4 Выбор элементов системы электропривода;

4.1 Расчет и выбор силового преобразователя;

4.2 Выбор пусковых и тормозных устройств;

4.3 Выбор электромагнитных муфт;

4.4 Выбор контакторов и магнитных пускателей;

4.5 Выбор реле управления;

4.6 Выбор командоаппаратов;

4.7 Расчет и выбор трансформаторов и выпрямителей управления;

4.8 Выбор аппаратов защиты;

5 Выбор типа и сечения проводов и кабелей;

Список литературы.

Графическая часть проекта обычно включает в себя:

1. Принципиальная электрическая схема установки на 1-2 листах;

2. Схема электрических соединений.

Руководитель курсового проектирования имеет право изменять состав проекта в зависимости от конкретной темы.

При оценивании результатов курсового проектирования учитываются следующие моменты:

своевременность выполнения разделов курсового проекта согласно календарного графика и методическим рекомендациям по курсовому проектированию;

текущие оценки при оценивании отдельных разделов курсового проектирования (правильность и самостоятельность разработок);

соблюдение требований стандартов ЕСКД и другой нормативно-технической документации при оформлении пояснительной записки и графической части курсового проекта;

качество выполнения графической части курсового проекта;

дополнительные творческие разработки, не предусмотренные типовым содержанием курсового проекта (например, проектирование предложенной схемы управления с использованием программируемого контроллера);

доклад учащегося о выполненной работе при защите курсового проекта (правильная последовательность доклада, умение представить выполненную разработку, владение техническим языком при обосновании принятых решений);

умение приводить аргументированные ответы на вопросы по теме курсового проекта при защите.

Оценка по курсовому проектированию выставляется согласно таблице 1.

 

Таблица 1 – Рекомендуемые критерии оценки знаний учащихся по выполнению и защите курсовых проектов по дисциплине «Электрооборудование промышленных предприятий и гражданских зданий»

Отметка в баллах	Показатели оценки
(ноль)	Курсовой проект полностью не выполнен
(один)	Учащийся выполнил курсовой проект в объеме менее 50%, допустил грубые ошибки и не смог исправить их с помощью преподавателя
(два)	Учащийся выполнил курсовой проект с существенными ошибками и не смог их исправить сам и с помощью преподавателя
(три)	Учащийся выполнил курсовой проект с существенными ошибками, которые частично исправил с помощью преподавателя
(четыре)	Курсовой проект (КП) выполнен с некоторыми существенными ошибками, устраненными с помощью руководителя КП. Допущено отставание от графика выполнения КП. Недостаточно качественное выполнение КП с соблюдением требований стандартов. Доклад и защита КП отражают общее представление учащегося о задачах проектирования
(пять)	КП выполнен с некоторыми существенными ошибками, самостоятельно устраненными после получения замечаний руководителя КП. Недостаточно качественное выполнение КП с соблюдением требований стандартов. Доклад и защита КП происходят с помощью наводящих вопросов руководителя и отражают понимание учащимся задач проектирования
(шесть)	КП выполнен с несущественными ошибками, самостоятельно устраненными после получения замечаний руководителя КП. Своевременное и качественное выполнение КП с соблюдением требова-

Продолжение таблицы 1

	ний стандартов. Доклад и защита КП отражают понимание учащимся задач проектирования
(семь)	Самостоятельное и безошибочное выполнение КП с небольшими недочетами. Своевременное и качественное выполнение КП с соблюдением требований стандартов. В докладе и при защите КП учащийся использует полученные им ранее теоретические знания
(восемь)	Самостоятельное и безошибочное выполнение КП. Своевременное (или досрочное) и качественное выполнение КП с соблюдением требований стандартов. Грамотное представление и защита КП. Обоснованные ответы с выводами на вопросы по теме КП
(девять)	Самостоятельное и безошибочное выполнение КП. Своевременное (или досрочное) и качественное выполнение КП с соблюдением требований стандартов. Свободное владение техническим языком при представлении и защите КП. Грамотные ответы на вопросы по теме КП
(десять)	Самостоятельное и безошибочное выполнение КП с элементами творчества. Своевременное (или досрочное) и качественное выполнение КП с соблюдением требований стандартов. Свободное владение техническим языком при представлении и защите КП. Грамотные ответы на вопросы по теме КП с использованием знаний из дополнительных литературных и иных источников

Под «существенной ошибкой» понимается допущенная в расчетах или при принятии технического решения ошибка, которая:

повлияла на последующие расчеты и технические решения в КП;

привела к неправильному выбору вида аппаратов, аппарата;

привела к снижению надежности работы схемы;

привела к нерациональным размещению элементов на схеме соединений и разводке проводов.

Под «несущественной ошибкой» понимается неточность определения параметров одного аппарата или равноценная ошибка.

Под «недочетом» понимается отсутствие размерности именованных единиц, неправильное описание формул или величин и т.д.

На основании критериев оценивания результатов курсового проектирования выделены четыре уровня, характеризующие выполнение поставленных задач:

уровень представления (оценка «4»);

уровень понимания (оценки «5», «6»);

уровень применения (оценки «7», «8», «9»);

уровень творчества (оценка «10»).

 

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

Любой производственный механизм или установка предназначены для определённых технологических операций. Поэтому в самом начале проектирования необходимо охарактеризовать проектируемый производственный механизм по назначению, производительности, размеру устанавливаемых заготовок, грузоподъёмности и пр., т. е. привести все технические данные, которые характеризуют этот механизм и могут быть использованы при расчётах в процессе проектирования. Подробное описание всех узлов и деталей машины приводить не следует, так как это перегрузит проект и вообще не входит в задание на проектирование электрооборудования. Затем следует дать краткое описание технологических операций, выполняемых данной машиной или механизмом, указать их последовательность, распределение по времени и другие специфические особенности работы этой машины по отдельным узлам и механизмам.

При описании режимов и циклов работы при необходимости приводят кинематические схемы, в которых достаточно изобразить те элементы кинематики, которые связаны с электрооборудованием.

В этом разделе необходимо привести расчеты по определению усилий, действующих в механизме. Например, для металлорежущего станка – расчёт усилий резания, для крана – расчёт статических нагрузок и т. д.

В требованиях к электроприводу указываются: 1) диапазон и плавность регулирования скорости рабочего механизма; 2) вид механической характеристики и характер нагрузки привода; 3) режим работы и частота включений привода; 4) наличие реверса и электрического торможения; 5) надёжность привода, простота его обслуживания и наладки; 6) экономичность; 7) особые условия работы (запыленность, влажность, вибрация и т.д.).

В требованиях к автоматике перечисляются все режимы работы, указываются формы управления и все необходимые блокировки и защиты.

 

3 ВЫБОР СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

 

3.1 Анализ недостатков существующей схемы управления

 

При анализе недостатков схемы управления необходимо указать её слабые места, выявленные в процессе эксплуатации (несоответствие привода предъявляемым требованиям; отсутствие блокировок, защит, сигнализации; устаревшие оборудование и схемные решения; неэкономичность работы; малая надёжность), наметить пути их устранения.

Без существенного изменения кинематики механизмов можно произвести следующие изменения в принципиальной схеме:

1) замена привода переменного тока приводом постоянного тока, или наоборот;

2) замена трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором электродвигателями с фазным ротором, а асинхронных электродвигателей – синхронными;

3) применение в приводах постоянного тока вместо систем Г-Д, ЭМУ-Д, МУ-Д систем привода с полупроводниковыми статическими преобразователями;

4) замена регулируемых приводов постоянного тока частотными преобразователями;

5) замена односкоростных электродвигателей многоскоростными;

6) замена ручного управления полуавтоматическим и автоматическим;

7) изменение системы пуска или торможения;

8) введение автоматического торможения или останова электропривода;

9) введение дополнительной сигнализации, автоматизации вспомогательных операций;

10) замена ручного контроллерного управления механизмами управлением с помощью магнитных контроллеров;

11) применение вместо часто включаемых контакторов бесконтактных устройств с тиристорами;

12) разделение однодвигательного электропривода на двухдвигательный;

13) перевод принципиальной электросхемы на слаботочные аппараты или бесконтактные логические устройства, применение программируемого контроллера;

14) уточнение типа электродвигателя в зависимости от режима работы.

 

3.2 Выбор рода тока и величины питающих напряжений

 

При проектировании электрооборудования необходимо выбрать род тока (переменный или постоянный) и напряжение сети.

Для силовых приёмников промышленных предприятий в основном применяется трёхфазный переменный ток. Постоянный ток используется в тех случаях, когда он необходим по условиям технологического процесса, а также для плавного регулирования угловой скорости электродвигателей в большом диапазоне.

При выборе величины напряжений электроустановок напряжением до 1000 В следует рассмотреть варианты использования напряжений 380/220 и 660/380 В. С применением напряжения 660 В снижаются потери электроэнергии и расход цветных металлов, увеличивается радиус действия цеховых подстанций, повышается единичная мощность трансформаторов и сокращается количество подстанций, упрощается схема электроснабжения. Недостатками напряжения 660 В являются невозможность совместного питания сети освещения и силовых электроприёмников от общих трансформаторов, а также отсутствие электродвигателей небольшой мощности на напряжение 660 В. На предприятиях с преобладанием электроприёмников малой мощности более выгодно использовать напряжение 380/220 В[1, с.31-32].

Для силовых устройств постоянного тока напряжение может выбираться из двух значений: 220 и 440 В.

С целью увеличения надёжности работы и повышения безопасности обслуживания для питания цепей управления могут применяться напряжения 12, 24, 42, 110 В переменного тока, которые получают от понижающих трансформаторов с первичным напряжением 220, 380, 660 В. Для некоторых устройств автоматики используются напряжения 12, 24, 42, 60, 110 В постоянного тока, получаемые от выпрямителей.

 

3.3 Выбор системы электропривода

 

Выбор типа электропривода иногда вызывает значительные трудности, так как различные его системы можно применять для одного и того же механизма. Поэтому прежде всего рассматривается возможность применения асинхронного привода. Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором просты в эксплуатации, дёшевы, выпускаются промышленностью в широком ассортименте. Их следует применять в тех случаях, когда использование синхронного электродвигателя экономически нецелесообразно. Если необходимо регулирование частоты вращения в диапазоне до десяти или по пусковым условиям не проходит асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, применяют асинхронный с фазным ротором.

Синхронные электродвигатели рекомендуется использовать для механизмов с длительным режимом работы и не требующих регулирования частоты вращения при мощности более 100 кВт, так как они имеют более высокий коэффициент полезного действия (КПД), возможность повышать cos системы электроснабжения и у них меньше эксплуатационные расходы по сравнению с асинхронными.

При необходимости плавного регулирования частоты вращения в широких пределах необходимо рассмотреть возможности применения электродвигателя постоянного тока с индивидуальным преобразователем, асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором и преобразователем частоты[1, с.34].

3.4 Расчет мощности и выбор приводного электродвигателя

 

3.4.1 Правильный выбор мощности приводного электродвигателя обеспечивает заданную производительность механизма при надлежащей надёжности и экономичности работы.

Методика расчёта мощности электродвигателей зависит от режима работы и характера нагрузки [2]. Чаще всего двигатели работают либо в длительном режиме, либо в повторно-кратковременном.

3.4.2 Выбор мощности двигателя, работающего в длительном режиме с постоянной нагрузкой, сводится к определению требуемой мощности при заданных технологических параметрах работы установки. Двигатель выбирается по соответствующим каталогам на двигатели длительного режима работы по рассчитанным мощности и угловой скорости. Проверка его по нагреву и перегрузке в данном случае не производится.

3.4.3 При выборе мощности двигателя, работающего в длительном режиме с переменной нагрузкой, пользуются методами средних потерь и эквивалентных величин (тока, момента и мощности).

При расчёте по методу средних потерь средние за цикл работы потери энергии Р_ср в двигателе не должны превышать номинальных потерь двигателя

= , (3.1)

где Р_ном, - соответственно номинальная мощность, Вт, и КПД двигателя.

Средняя мощность потерь за цикл определяется следующим образом

, (3.2)

где - потери мощности на каждом участке нагрузочной диаграммы, Вт;

t_i - длительность каждого участка нагрузочной диаграммы, с.

Метод средних потерь требует применения зависимости КПД от нагрузки двигателя. Поэтому в практике расчётов чаще используют метод эквивалентных величин.

Метод эквивалентного тока применяется при известном графике тока двигателя

, (3.3)

где I_i – ток на каждом участке нагрузочной диаграммы, А.

Метод эквивалентного тока не всегда удобен. Практически для выбора мощности двигателя используют графики момента или мощности.

Метод эквивалентного момента может использоваться в тех случаях, когда магнитный поток двигателя остаётся постоянным в процессе работы. Эквивалентный момент М_экв определяется

, (3.4)

где M_i – момент на каждом участке нагрузочной диаграммы, Н·м.

Метод эквивалентного момента нельзя применять для двигателей постоянного тока с регулированием угловой скорости изменением магнитного потока, для пусковых и тормозных режимов двигателей с короткозамкнутым ротором и т. д.

Метод эквивалентной мощности применяется при постоянстве магнитного потока и скорости двигателя при работе. Эквивалентная мощность Р_экв определяется

, (3.5)

где P_i – мощность на каждом участке нагрузочной диаграммы, Вт.

Для определения эквивалентных момента или мощности сначала строят нагрузочную диаграмму Р_ст=f(t) или М_ст=f(t) для расчётного цикла работы или на основании технологической карты обработки наиболее энергоёмкой типовой детали. При построении нагрузочной диаграммы рассчитывают мощность или момент при выполнении каждой операции и время выполнения каждой операции. Расчётные формулы для определения статических нагрузок и времени зависят от вида технологической установки и приводятся в соответствующей справочной литературе. При построении нагрузочной диаграммы необходимо также учитывать мощность и время холостого хода двигателя.

После построения нагрузочной диаграммы определяется эквивалентное значение мощности или момента и выбирается двигатель по каталогу на двигатели длительного режима работы по условиям:

Р_ном Р_экв или М_ном М_экв, (3.6)

где Р_ном, М_ном – номинальные мощность, Вт, и момент, Н·м , двигателя соответственно.

Для выбора двигателя необходимо также определить требуемую угловую скорость двигателя. Она рассчитывается с использованием кинематической схемы механизма.

Выбранный двигатель проверяют на перегрузочную способность. Для этого по нагрузочной диаграмме определяют значение максимального момента нагрузки М_макс.

Двигатель удовлетворяет условиям перегрузки, если выполняется условие

, (3.7)

где 0.8 – коэффициент, учитывающий для асинхронных двигателей возможное снижение напряжения сети на 10%;

- перегрузочная способность выбранного двигателя.

3.4.4 Расчёт мощности двигателя, работающего в повторно-кратковременном режиме, проводится в следующей последовательности:

1) предварительно выбирают мощность двигателя.

По построенной нагрузочной диаграмме Р_ст=f(t) или М_ст=f(t) привода определяется фактическое значение продолжительности включения ПВ_факт, эквивалентная мощность Р_экв (3.5) или эквивалентный момент М_экв (3.4) для рабочего периода. При отличии фактической продолжительности включения ПВ_факт от стандартного значения продолжительности включения ПВ_ст предполагаемого к установке двигателя, необходимо привести эквивалентные величины Р_экв или М_экв к стандартному значению ПВ_ст=15,25,40,60%. Тогда

Р_{экв ст.}= Р_экв , (3.8)

М_{экв ст.}= М_экв . (3.9)

По рассчитанным значениям Р_{экв ст}(М_{экв ст}) и ПВ_ст выбирают двигатель по каталогу на двигатели повторно-кратковременного режима работы;

2) выполняют проверку двигателя по перегрузочной способности по условию (3.7);

3) выполняют проверку выбранного двигателя по нагреву.

Для этого строят уточнённую нагрузочную диаграмму электропривода с использованием основного уравнения движения электропривода

М_дв= М_ст М_дин, (3.10)

где М_дв – момент двигателя, Н·м;

М_дин – динамический момент электропривода, Н·м.

Динамический момент электропривода М_дин

М_дин= , (3.11)

где - приведенный к валу двигателя момент инерции электропривода, кг·м²;

- угловое ускорение электропривода, рад·с^-2.

При установившемся движении ( = 0), уравнение движения электропривода принимает вид

М_дв= М_ст. (3.12)

В этом случае нагрузочные диаграммы исполнительного механизма и электропривода совпадают.

Для практических расчётов полагают, что момент двигателя во время пуска и торможения сохраняет некоторое среднее значение, определяемое после расчёта семейства механических характеристик в соответствии с принятой схемой управления. Тогда время пусков и торможений t_{пуск(торм)} определяется

t_{пуск(торм)}= , (3.13)

где ₂ – конечная (начальная) угловая скорость привода при пуске (торможении), рад·с^-1;

₁ – начальная (конечная) угловая скорость привода при пуске (торможении), рад·с^-1;

М_ср – средний момент двигателя при пуске (торможении), Н·м.

Знак « » зависит от взаимного направления моментов двигателя и сопротивления при выполнении рассчитываемой операции.

По уточнённой нагрузочной диаграмме электропривода определяют эквивалентное значение момента (тока) и продолжительность включения привода. Если расчётная продолжительность включения выбранного двигателя отличается от стандартной, то эквивалентный момент приводится к стандартному режиму по (3.9).

Двигатель проходит по нагреву, если выполняется условие

М_ном М_экв, (3.14)

где М_ном – номинальный момент предварительно выбранного двигателя, Н·м.

3.4.5 Выбранный электродвигатель должен иметь соответствующую условиям окружающей среды степень защиты оболочки и исполнение по виду монтажа, обеспечивающее наиболее удобное соединение с приводным механизмом.

 

3.5 Расчёт механических характеристик

 

После того как стала известна мощность двигателя, приступают к расчёту его характеристик. Из нагрузочной диаграммы известно количество пусков и остановок двигателя, что накладывает определённые требования на метод разгона и торможения привода. Для получения пусковых и тормозных моментов двигателя, обеспечивающих соответствующее время разгона и торможения привода, необходимо эти моменты поддерживать в определённых пределах. При этом двигатель должен работать на различных характеристиках.

Для построения характеристик и определения величин сопротивлений существуют различные методы расчёта, приводимые в [2, 3, 4].

 

3.6 Проверка выбранного двигателя

 

Условия проверки двигателя зависят от режима его работы и изложены в подразделе 3.4 настоящего пособия.

 

4 ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

 

При описании схемы управления технологической установкой необходимо дать общую характеристику электрооборудования и принятых схемных решений. Далее приводят работу схемы управления во всех режимах, указывают внесённые изменения и их влияние на работу схемы. В заключение раздела описывают используемые защиты, блокировки и их работу.

 

5 ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

 

В этом разделе курсового проекта необходимо произвести расчёт и выбор аппаратуры управления, используемой в электрооборудовании технологической установки. При выборе аппаратуры следует руководствоваться положениями ПУЭ (гл. 5.3).

 

5.1 Расчет и выбор силового преобразователя

 

Расчёт выпрямителя включает в себя [5]:

а) выбор схемы выпрямления;

б) расчёт и выбор вентилей;

в) расчёт и выбор согласующего трансформатора.

Выбор схемы выпрямления определяется мощностью нагрузки, диапазоном регулирования напряжения и требованиями к пульсациям выпрямленного напряжения.

Исходными данными для выбора тиристоров и диодов являются номинальный ток нагрузки I_{d ном} и номинальное напряжение нагрузки U_{d ном}.

Выбор тиристоров производится в следующей последовательности:

1) определяют среднее значение тока вентиля I_в

I_в= k_iвI_{d ном}, (5.1)

где k_iв – схемный коэффициент тока вентиля;

2) рассчитывают максимальную величину обратного напряжения, прикладываемого к запертому вентилю U_{обр. макс}

U_{обр. макс}= k_e0k_ck_pE_{d ном}, (5.2)

где k_e0 – отношение максимального обратного напряжения к выпрямленной Э.Д.С.;

k_c – коэффициент запаса по напряжению, принимаемый равным 1.1;

k_p – отношение типовой мощности трансформатора к мощности на стороне переменного тока;

E_{d ном} – выпрямленная Э.Д.С. преобразователя, принимаемая равной 1.05U_{d ном}, В;

3) условия выбора тиристоров

I_{в доп} I_в, (5.3)

U_{в макс доп} U_{обр макс}, (5.4)

где I_{в доп} и U_{в макс доп} – допустимый ток(А) и допустимое обратное напряжение(В) соответственно.

Если невозможно подобрать тиристоры по требуемым условиям, то можно применить последовательное и параллельное включение предварительно принятых к установке вентилей.

Число параллельных ветвей в плече выпрямителя а определяется

, (5.5)

где - допустимый ток принятого вентиля, А.

Требуемое число последовательно включённых вентилей в одной ветви плеча n

, (5.6)

где - допустимое обратное напряжение принятого вентиля, В.

Выбор диодов производится по тем же условиям, что и тиристоров

I_в=k_iвI_dном,
U_{обр макс}= k_e0E_{d ном}.

Значения схемных коэффициентов приводятся в таблице 1.

Для выбора согласующего трансформатора необходимо определить требуемое напряжение вторичной обмотки трансформатора и мощность трансформатора:

а) выбор трансформатора для управляемого выпрямителя.

Фазная Э.Д.С. вторичной обмотки трансформатора Е₂ определяется

Е₂= k_ek_ck_aE_{d ном}, (5.7)

где k_e – схемный коэффициент вторичного напряжения;

k_c – коэффициент запаса, учитывающий возможное снижение напряжения сети, принимаемый равным 1.1;

k_a – коэффициент, учитывающий неполное открытие вентилей при максимальном управляющем сигнале. Для нереверсивных электроприводов принимают k_a=1.0, для реверсивных k_a=1.2.

Если Э.Д.С. Е₂ близка или совпадает с напряжением сети, то можно использовать бестрансформаторную схему включения (для мостовых схем).

Действующее значение тока вторичной обмотки I₂

I₂= k_ik_i2I_{d ном}, (5.8)

где k_i – коэффициент непрямоугольности, учитывающий отклонение формы тока от прямоугольной, принимаемый равным 1.05-1.1;

k_i2 – схемный коэффициент вторичного тока.

Действующее значение тока первичной обмотки I₁

I₁= , (5.9)

где k_i1 – схемный коэффициент первичного тока;

k_тр – коэффициент трансформации трансформатора.

Типовая мощность трансформатора S_т

S_т= k_pP_dном, (5.10)

где P_dном – мощность нагрузки постоянного тока, Вт.

 

Таблица 2 – Расчётные величины для выпрямительных схем

Наименование схемы	ke	ke0	kiв	ki1	ki2	kp	число пульсаций m
Однофазная мостовая	1.110	1.570	0.500	1.110	1.110	1.23
Трёхфазная нулевая	0.855	2.090	0.333	0.471	0.577	1.35
Трёхфазная мостовая	0.427	1.045	0.333	0.816	0.816	1.05

 

б) выбор трансформатора для неуправляемого выпрямителя.

Для выбора трансформатора необходимо определить требуемые напряжение вторичной обмотки U₂ и мощность трансформатора S_т

U₂= k_eE_d, S_т= k_pP_d (5.11)

При выборе комплектного преобразователя необходимо учитывать:

1) род тока нагрузки;

2) мощность, напряжение и ток нагрузки;

3) диапазон, плавность регулирования и закон регулирования выходного параметра;

4) точность поддержания заданного параметра;

5) перегрузочную способность преобразователя;

6) способ подключения к питающей сети и параметры сети.

 

5.2 Выбор пусковых и тормозных устройств

 

5.2.1 Величины пусковых или тормозных сопротивлений определяют одновременно с расчётом механических или скоростных характеристик электродвигателя.

Выбор резисторов по нагреву производят для каждой ступени по эквивалентному длительному току I_э.дл, который рассчитывают по выражению [8, с.137]

I_э.дл= k_нI_2ном , (5.12)

где k_н – коэффициент, который для ступеней ускорения принимается равным 1,25, для ступени противовключения 1,0, для предварительной ступени 0,8;

I_2ном – номинальный ток ротора, А;

I_доп – длительно допустимый ток резистора, А.

5.2.2 Величина сопротивления динамического торможения двигателя постоянного тока может быть рассчитана аналитическим методом [7].

Для определения сопротивления добавочного резистора R_д необходимо задаться максимальным тормозным моментом М_торм или током I_торм, который обычно принимают не более (2-3)М_ном или (2-3)I_ном:

R_д= , (5.13)

где n_торм – частота вращения двигателя в начале торможения, мин^-1;

n₀ – частота вращения холостого хода, мин^-1;

U_ном – номинальное напряжение якоря двигателя, В;

R_я – сопротивление обмотки якоря, Ом.

5.2.3 Основным параметром кранового тормозного устройства является гарантированно развиваемый им тормозной момент [9]. Тормозной момент определяется усилием на измерительном рычаге, при котором начинается проскальзывание шкива или дисков тормоза.

Согласно правилам Госгортехнадзора каждый из установленных на механизме механических тормозов должен удерживать груз, составляющий 125% номинального, при его остановке только с помощью этого тормоза. С учётом того что коэффициент трения асбестовых материалов может меняться в зависимости от температуры поверхностей до 30%, тормоз в холодном состоянии должен развивать тормозной момент, составляющий не менее 150% от номинального, т.е. коэффициент запаса тормозного момента должен быть не ниже 1,5 расчётного момента М_т.р, который определяется формулой

М_т.р= 94m_номv_{ном ном}/n_ном, (5.14)

где М_т.р – расчётный момент тормоза, Н·м;

m_ном – номинальная грузоподъёмность механизма подъёма, кг;

v_ном – номинальная скорость подъёма, м·с^-1;

_ном – КПД механизма при номинальной нагрузке;

n_ном – номинальная частота вращения тормозного шкива, соответствующая скорости V_ном, мин^-1.

С учётом режимов работы механизмов тормозные моменты тормозов М_т должны быть равны

М_т= k_з.тМ_т.р, (5.15)

где k_з.т – коэффициент запаса тормоза, принимаемый по таблице 3.

Тормозной момент тормозов, устанавливаемых на механизмах горизонтального перемещения, определяется исходя из условий обеспечения удержания механизма при наибольших внешних нагрузках с учётом задаваемого выбега и отсутствия нарушения сцепления колёс с рельсами

, (5.16)

где G – масса передвигающегося механизма (моста, тележки), кг;

v_г – номинальная скорость горизонтального перемещения, м·с^-1;

S – установленный допустимый выбег, м;

t_м – время от момента срабатывания конечного выключателя до начала механического торможения, с;

i – число механизмов с тормозами;

n_р – расчётная частота вращения электродвигателя, соответствующая v_г, мин^-1;

М_{ст.макс} – максимальный момент статической нагрузки, Н·м, для проверки выбега действующий в направлении движения (-); для проверки по сцеплению (+) на один двигатель;

- коэффициент трения колёс о рельсы;

- отношение числа тормозящихся колёс к общему числу колёс.

t_M= 0,12+t_Т, (5.17)

где t_Т – время срабатывания тормоза, принимается для электромагнитов 0,15-1,60с, электрогидравлических толкателей – 0,35-0,60с.

При несоблюдении неравенства должны быть увеличены либо устанавливаемый выбег S, либо отношение числа тормозящихся колёс к общему числу колёс.

 

Таблица 3 – Коэффициенты запаса тормозов

Группа режимов	Механизм подъёма
один тормоз	два тормоза
1М – 3М(Л) 4М(С) 5М(Т) 6М(ВТ)	1,50 1,75 2,00 2,50	1,25 1,25 1,25 1,25

Примечание:1) при двух тормозах на каждом приводе и двух приводах и более у механизма коэффициент запаса каждого тормоза должен быть не менее1,1.

2) если применяются два тормоза и более, то запас торможения устанавливается в предположении, что весь груз удерживается одним тормозом.

5.2.4 Расчёт параметров источника постоянного тока для динамического торможения асинхронного двигателя [3]. Основные схемы включения статора в цепь постоянного тока приведены на рисунке 1. Наиболее предпочтительна схема, требующая самого меньшего тока при наиболее высоком напряжении.

Ток источника I_и определяется

I_и= kI_ном, (5.18)

где k – коэффициент эквивалентного тока из таблицы 4;

I_ном – номинальный ток двигателя, А.

Напряжение источника постоянного тока U_и

U_и= , (5.19)

где s_ном – номинальное скольжение двигателя;

Р_ном – номинальная мощность двигателя, Вт.

Мощность источника постоянного тока Р_и определяется

Р_и= U_иI_и, (5.20)

 

а) б) в)

Рисунок 1- Схемы питания обмоток статора постоянным током при динамическом торможении.

Затем по рассчитанным параметрам U_и, I_и, Р_и, выбирают диоды и трансформатор по условиям выбора неуправляемого преобразователя, изложенным в подразделе 5.1 настоящего пособия.

 

Таблица 4 – Значения коэффициента эквивалентного тока

	Схемы по рисунку 1
а	б	в
Коэффициент эквивалентного тока k	1,22	1,41	2,12

 

5.3 Выбор электромагнитных муфт

 

При расчёте и выборе муфт учитывают как статические, так и динамические нагрузки. Статические нагрузки определяются передаваемым крутящим моментом в установившемся режиме работы при условии, что М_с=const. При подключении муфтой кинематической цепи к приводному двигателю или при изменении режима его работы муфта воспринимает и передаёт динамические нагрузки, возникающие при переходных процессах [6].

Крутящий момент, передаваемый муфтой, определяют от ведущего звена. При выборе электромагнитных муфт определяют крутящий момент М_кр.i на i-том валу кинематической цепи, где установлена муфта

М_{кр. i} = 97400Р_ном /n_i, (5.21)

где Р_ном – номинальная мощность двигателя, кВт;

- КПД передачи от вала двигателя до i-того вала кинематической цепи, при отсутствии данных может приниматься в соответствии с рекомендациями таблицы 5;

n_i – скорость вращения i-того вала, мин^-1.

Условием выбора муфты является

М_вр > М_{кр i}, (5.22)

где М_вр – вращающий момент муфты, Н·м.

При выборе тормозных электромагнитных муфт тормозной момент муфты М_торм определяется из условия торможения вращающихся инерционных масс за требуемый интервал времени

, (5.23)

где - момент инерции механизма, приведенный к i-тому валу, на котором установлена муфта, кг·м²;

- угловая скорость i-того вала, рад·с^-1;

t_торм – требуемое время торможения, с.

 

Таблица 5 – Значения КПД механических передач (без учета потерь трения в подшипниках)

Тип передачи	Закрытая	Открытая
Зубчатая: с цилиндрическими колесами с коническими прямозубыми колесами	0,96 – 0,98 0,95 – 0,97	0,93 – 0,95 0,92 – 0,94
Червячная: самотормозящая несамотормозящая при: z1=1 (z1 – число заходов червяка) z1=2 z1=3 z1=4	О,30 – 0,40   0,65 – 0,70 0,70 – 0,75 0,80 – 0,85 0,85 – 0,90
Цепная	0,95 – 0,97	0,90 – 0,93
Фрикционная	0,90 – 0,96	0,70 – 0,80
Ременная		0,95 – 0,96
Винт-гайка качения без натяга	0,95
Винт-гайка качения с натягом	0,85 – 0,80

Примечание: Трение в опорах учитывается введением условного КПД подшипников; для одной пары подшипников качения _п.к.= 0,990 – 0,995, скольжения _п.с.= 0,98 – 0,99.

Кроме этого при выборе муфты учитывают:

- назначение муфты:

- способ токоподвода;

- напряжение питания;

- максимальную частоту вращения, которую она может обеспечить;

- время срабатывания и отпускания:

- габаритные размеры муфты.

 

5.4 Выбор контакторов и магнитных пускателей

 

При выборе аппаратов управления следует учитывать в первую очередь режим работы, для которого они предназначены. В зависимости от области применения аппаратов ГОСТ 12434 – 83Е устанавливает для них категории применения (таблица 6).

 

Таблица 6 – Категория применения аппаратов в зависимости от рода тока и режима работы (области использования)

Категория применения при токе	Область применения
переменном	постоянном
АС1	ДС1	Электропечи сопротивления, неиндуктивная и малоиндуктивная нагрузка
АС2		Пуск и торможение противовключением двигателей с фазным ротором
АС3		Пуск и отключение вращающихся двигателей с короткозамкнутым ротором
АС4		Пуск и торможение противовключением двигателей с короткозамкнутым ротором
	ДС2	Пуск и отключение вращающихся двигателей с параллельным возбуждением
	ДС3	Пуск, отключение неподвижных или медленно вращающихся двигателей и торможение противовключением двигателей с параллельным возбуждением
	ДС4	Пуск и отключение вращающихся двигателей с последовательным возбуждением
	ДС5	То же, что и ДС3, но двигателей с последовательным возбуждением
АС11	ДС11	Управление электромагнитами
АС20	ДС20	Коммутация электрических цепей без тока или с незначительным током
АС21	ДС21	Коммутация активных нагрузок, включая умеренные перегрузки
АС22	ДС22	То же, что АС21 и ДС21, на смешанных нагрузок
АС23	ДС23	Коммутация двигателей или других высокоиндуктивных нагрузок

 

Одним из главных элементов электропривода являются контакторы. Это аппараты дистанционного действия, предназначенные для частых включений и отключений силовых электрических цепей при нормальных режимах работы. С их помощью подается напряжение на электродвигатели, включаются и выключаются другие цепи. Контакторы работают в сетях постоянного и переменного тока основной промышленной частоты.

Контакторы и пускатели выбирают исходя из:

1) мощности и рода тока коммутируемой нагрузки;

2) тока и напряжения главных контактов;

3) числа и рода главных контактов;

4) числа и рода вспомогательных контактов;

5) рода тока и напряжения катушки;

6) наличия теплового реле;

7) конструктивного исполнения по степени защиты от воздействия окружающей среды и случайных прикосновений (при установке в шкафах управления может приниматься исполнение IP00);

8) способа монтажа.

При большом числе контакторов приводят подробный выбор одного, а результаты выбора остальных заносят в таблицу 7.

 

Таблица 7 – Выбор контакторов

Поз. обозначение Тип

Род тока нагрузки

Напряжение главных контактов, В

Ток главных контактов, А

Число главных контактов, зам./разм.

Число вспомогательных контактов, зам/разм

Род тока катушки

Напряжение катушки, В

Мощность катушки, пуск/ном, В·А (Вт)

Наличие теплового реле

Конструктивное исполнение

Способ монтажа

Габариты, мм

Треб.

Выбр.

 

5.5 Выбор реле управления

 

Основным видом реле, применяемого в системах управления, является электромагнитное, которое представляет собой аппарат, предназначенный для передачи команд из одной электрической цепи в другую.

Выбор реле управления производится по следующим условиям:

1) роду тока и виду коммутируемой нагрузки;

2) частоте коммутаций;

3) току и напряжению контактов;

4) числу и роду контактов;

5) числу и роду катушек, роду тока катушек;

6) напряжению (току) катушек;

7) способу присоединения внешних проводов;

8) конструктивному исполнению по способу монтажа и степени защиты;

9) механической и коммутационной износостойкости.

Для реле времени необходимо дополнительно учитывать выдержку времени и направление её действия, число и род контактов с выдержкой времени.

Ток контактов реле принимают для наиболее тяжёлого режима работы – при разрыве тока индукционной нагрузки.

При эксплуатации реле в условиях, отличных от каталожных, необходимо произвести перерасчет на реальные условия эксплуатации. Перерасчёт производят исходя из постоянства коммутационной мощности контактов реле.

В пояснительной записке приводят подробный расчёт одного реле, а остальные заносят в таблицу 8.

 

Таблица 8 – Выбор реле управления

Поз. обозначение Тип

Род тока нагрузки

Род коммутируемой нагрузки

Ток контактов, А

Напряжение контактов, В

Число контактов, зам/разм

Род тока катушки

Род катушки

Напряжение (ток) катушки, В(А)

Мощность катушки пуск/ном, ВА(Вт)

Выдержка времени, с

Направление действия выдержки времени

Контакты с выдержкой времени, зам/разм

Способ присоединения внешних проводов

Способ монтажа

Конструктивное исполнение

Габариты, мм

Треб.

Выбр.

 

5.6 Выбор командоаппаратов

 

Командными называются аппараты ручного управления, с помощью которых подаются команды на включение, переключение, регулировку скорости и отключение. К командным аппаратам относят кнопки управления, конечные выключатели, тумблеры и переключатели.

Кнопочные выключатели выбирают по следующим условиям:

1) току и напряжению контактов;

2) числу и роду контактов;

3) конструктивному исполнению, цвету и виду толкателя.

Конечные выключатели выбирают исходя из:

1) тока и напряжения контактов;

2) числа и рода контактов;

3) вида движения и величины хода толкателя;

4) конструктивного исполнения по степени защиты от воздействия окружающей среды.

Переключатели выбирают по следующим условиям:

1) току и напряжению контактов;

2) числу полюсов и позиций, диаграмме коммутации;

3) конструктивному исполнению.

В пояснительной записке приводят подробный выбор одного аппарата каждого используемого вида, а результаты выбора остальных помещают в соответствующую таблицу по форме таблиц 9, 10, 11.

 

Таблица 9 – Выбор кнопочных выключателей

Поз. обозначение, Тип	Ток контактов, А	Напряжение контактов, В	Число контактов, зам./разм.	Вид толкателя	Цвет толкателя	Степень защиты
	Треб.
Выбр.

 

Таблица 10 – Выбор конечных выключателей

Поз. обозначение, тип	Ток кон­тактов, А	Напряжение кон­тактов, В	Число кон­тактов зам./разм.	Ход толка­теля, мм	Степень защиты
	Треб.
Выбр.

 

Таблица 11 – Выбор переключателей

Поз. обозначение, тип	Ток контактов, А	Напряжение контактов, В	Число полюсов	Число позиций	Исполнение по виду рукоятки	Степень защиты
	Треб.
Выбр.

 

5.7 Расчет и выбор трансформаторов и выпрямителей управления

 

Выбор трансформатора, питающего цепь управления переменного тока, производится по двум условиям [6]:

1) Мощность трансформатора S_тр должна быть не меньше суммарной мощности, потребляемой максимальным числом одновременно включенных аппаратов в длительном режиме работы

(5.24)

где k - максимальное число одновременно включенных аппаратов;
S_номi,-номинальная мощность катушки i-того аппарата, В•А.

2) Падение напряжения в трансформаторе во всех режимах работы не должно превышать допустимой величины, для чего должно выполняться условие

S_тр · ( соs_пуск + cos_ном ), (5.25)

где е_к - напряжение короткого замыкания, %;

DU - падение напряжения в трансформаторе, %;

cosj_пуск - коэффициент мощности катушки аппарата при включении;

m - число одновременно включаемых аппаратов;

S_пускi - мощность, потребляемая катушкой аппарата при включении, В·А;

cosj_ном - коэффициент мощности работающего аппарата;

n - число включенных аппаратов.

Приняв для трансформаторов ОСМ е_к=5%, DU =5%; для катушек аппаратов cosj_пуск =0,7, cosj_ном =0.3, получаем

(5.26)

Если трансформатор имеет несколько вторичных обмоток, то рассчитывают мощность каждой вторичной обмотки, а мощность трансформатора S_тр определяется

S_тр S₂₁ + S₂₂ +…+ S_2j, (5.27)

где S₂₁, S₂₂, S_2j – мощность соответствующей вторичной обмотки трансформатора, В·А;

j – число вторичных обмоток трансформатора.

Выбранный трансформатор должен удовлетворять следующим условиям

S_{ном тр} S_тр, S_{ном 21} S₂₁, S_{ном 22} S₂₂, S_{ном 2j} S_2j,

U_{ном 21} U₂₁, U_{ном 22} U₂₂, U_{ном 2j} U_2j,

где S_{ном тр} – номинальная мощность выбранного трансформатора, В·А;

S_{ном 21}, S_{ном 22}, S_{ном 2j} – номинальные мощности вторичных обмоток трансформатора, В·А;

U_{ном 21}, U_{ном 22}, U_{ном 2j} – номинальные напряжения вторичных обмоток трансформатора, В;

U₂₁, U₂₂, U_2j – требуемые напряжения вторичных обмоток трансформатора, В.

Выбор выпрямителя управления и согласующего трансформатора производится по условиям выбора неуправляемого преобразователя, изложенным в подразделе 5.1.

 

5.8 Выбор аппаратов защиты

 

5.8.1 В электроприводах применяют следующие виды защит:

а) защиту при коротких замыканиях в силовых цепях и при недопустимо больших бросках тока двигателя;

б) защиту двигателя от перегрева, от самозапуска, от обрыва цепи обмотки возбуждения, от перенапряжений, от затянувшегося пуска синхронных двигателей и выпадения их из синхронизма;

в) защиту цепей управления при коротких