Методические указания к выполнению расчетно-графических и контрольных работ по электротехнике для студентов всех форм обучения 2005

Казанская государственная архитектурно-строительная академия Кафедра автоматики и электротехники Расчет силовой сети промышленного объекта Методические указания к выполнению расчетно-графических и контрольных работ по электротехнике для студентов всех форм обучения 2005 Составители: Г.И.Захватов, Л.Я.Егоров, В.С.Камалетдинов, Ю.В.Никитин УДК 621.3 Методические указания к выполнению расчетно-графических и контрольных работ по электротехнике для студентов всех форм обучения. Каз.архитектурно-строительная академия: Сост.: Г.И.Захватов, Л.Я.Егоров, В.С.Камалетдинов, Ю.В.Никитин. Казань, 2005г.- 29 c. Методические указания включают в себя рабочую программу, задания, указания по их выполнению, примеры расчета. Методические указания предназначены для студентов всех форм обучения. Табл. 10, Ил. 3, Библиограф. 3. Рецензент: ктн., доцент кафедры ТПН КГТУ Поликарпов П.А.  Казанская государственная архитектурно-строительная академия, 2005 г. ВВЕДЕНИЕ При выполнении данной работы студент должен знать: - области применения электропривода и его основные элементы; - аппараты управления электроприводом; - графическое обозначение двигателей и элементов устройств управления; - основные аппараты защиты электротехнических устройств, - иметь основные понятия по расчёту электрических сетей; Для студентов заочного обучения вариант задания определяется двумя последними цифрами шифра – номера зачетной книжки. Если две последние цифры более 50, то для определения номера варианта необходимо вычесть 50. В задании требуется спроектировать и рассчитать силовую сеть с аппаратурой управления и защиты для указанных на плане производственного помещения электродвигателей, используемых в качестве электропривода технологического оборудования. Правильный расчёт силовой сети должен обеспечивать экономную, производительную и надёжную работу технологического оборудования с использованием электропривода. 1. Выбор электродвигателей. Электроприводом называется часть машинного устройства, состоящая из электродвигателя, передаточного механизма к рабочей машине и аппаратуры управления. Основным элементом электропривода является электродвигатель. Выбор электродвигателя производится по напряжению, роду тока, рабочим характеристикам, условиям среды, мощности и скорости вращения. В данной работе в качестве электродвигателей рассматриваются: - трёхфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, которые являются основными для нерегулируемого электропривода мощностью до 100 кВт, как самые простые, дешёвые и надёжные в эксплуатации; - трёхфазные асинхронные двигатели с фазным ротором, которые следует применять в том случае, когда асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором не могут быть применены по условиям режима работы электропривода. Их используют в случае, когда требуется плавный разгон с тяжёлыми условиями пуска, а также в случае работы двигателя в повторно-кратковременном режиме с большим числом пусков в час (подъёмные машины); - электродвигатели постоянного тока, обеспечивающие в электроприводах плавное регулирование оборотов рабочей машины в широких пределах. Приведённые в качестве электропривода рабочих машин трёхфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором серии 4А предназначены для работы в различных условиях окружающей среды. Для данной серии предусмотрены различные модификации: двигатели с повышенным пусковым моментом, с повышенным скольжением, многоступенчатые. 3 Крановые асинхронные двигатели серии MTKF (с короткозамкнутым ротором) и MTF (с фазным ротором) предназначены для привода крановых механизмов общепромышленного назначения, а также других агрегатов, работа которых характеризуется кратковременными и повторно-кратковременными режимами работы и большими кратностями нагрузок. Двигатели постоянного тока серии Д предназначены для работы в электроприводах крановых, экскаваторных и других механизмов в условиях повышенной влажности, запылённости и вибраций. 2. Выбор двигателя по мощности Промышленностью выпускаются двигатели, рассчитанные на три номинальных режима: продолжительный, кратковременный и повторно-кратковременный. Под номинальной мощностью, указываемой в паспорте электродвигателя, следует понимать полезную механическую мощность, которую электродвигатель может отдавать на валу в течение времени, соответствующего его номинальному режиму. Выбор номинальной мощности двигателей производится по условиям нагрева с учётом режима эксплуатации рабочих машин. Номинальные мощности электродвигателей для механизмов длительной работы с постоянной нагрузкой при температуре воздуха не выше +35°C должны выбираться по статической нагрузке на валу механизма: Pн ≥ Pр.м , (1) где Pн – номинальная мощность двигателя; Pр.м – номинальная мощность рабочей машины на валу двигателя. 2.1 Выбор номинальной скорости электродвигателя Трёхфазные асинхронные двигатели изготавливаются соответственно синхронным скоростям: 3000, 1500, 1000, 750, 600 и 500 об/мин. Рекомендуется номинальные обороты двигателей принимать равными или незначительно отличающимися от номинальных оборотов рабочей машины. В этом случае двигатель непосредственно сочленяется с рабочей машиной. В остальных случаях электродвигатель сочленяется с рабочей машиной с помощью редуктора, что ведёт к повышению стоимости электропривода и уменьшению его к.п.д. 4 3. Расчёт силовой сети Расчёт силовой сети начинается с выбора схемы электроснабжения. Для цеховых сетей применяются радиальные и магистральные схемы электроснабжения. Для крупных объектов возможно использование комбинированных схем. При радиальной схеме электроснабжения приёмники электроэнергии (электродвигатели) соединяются независимо друг от друга с источниками электропитания (силовые распределительные пункты, шкафы электропитания и др.). При этом электродвигатель соединяется с источником питания отдельным кабелем. Достоинством такой схемы является высокая надёжность. При магистральной схеме электроснабжения однотипные электроприёмники подключаются к общей линии (шине, шиносборке). Это обеспечивает простоту и экономичность подключения, но связано с меньшей надёжностью и взаимозависимостью работы энергоприёмников. В данной работе подключение электроприёмников осуществляется по магистральной схеме с помощью трёх- или четырёхжильных кабелей для асинхронных двигателей и двухжильных кабелей для двигателей постоянного тока. Прокладка кабелей осуществляется под землёй в газовых трубах или подвеской вдоль стен и опор. В данной работе прокладка кабелей к типовому электроприводу осуществляется от источников электроснабжения вдоль стен. При этом кабель протягивается вдоль стены, а затем – перпендикулярно к ней до двигателя. Этим облегчаются ремонт оборудования, замена кабеля и другие работы на производственной площади. Двигатели группируются по типу или по характеру работы. Питание каждой группы осуществляется от отдельного силового распределительного устройства (шкаф электропитания). В данной работе используются 3 таких устройства, подключённые в свою очередь к обмотке низкого напряжения, питающего трансформатора. Питающее напряжение объекта – 380/220 В. Подвод энергии к силовым распределительным устройствам осуществляется с помощью трёх- или четырёхжильных кабелей, называемых линиями питания. Линия питания всего объекта часто называется вводом. Все кабели на схемах изображаются в однолинейном исполнении. Выбор кабелей осуществляется по нагреву и условиям прокладки. Основными расчётными характеристиками для двигателей с постоянной нагрузкой являются номинальная мощность и номинальный ток: а) для одиночного электродвигателя – РН, (кВт) б) для группы из n однотипных двигателей, подключенных к одному СУ: РН.ГР. = КС ∙ (РН1 +РН2 +…+ РНn), (кВт) (2) где КС - коэффициент спроса, (принимается равным 0,9): 5 4. Выбор сечения кабеля Выбор производится по номинальному току ( IН ) двигателя. В данной работе расчёт IН производится отдельно для асинхронных двигателей и двигателей постоянного тока. Расчёт производится по формулам: (для асинхронных двигателей); (3) (для двигателей постоянного тока). (4) РН при расчетах берётся в Вт. Расчётные данные берутся из приложения 3. Выбор сечения кабеля производится по Приложению 6. Для асинхронных двигателей выбираются трехжильные кабели с алюминиевыми жилами, для крановых двигателей и двигателей постоянного тока используются кабели с медными жилами. Выбранное сечение кабеля проверяется на допустимое падение напряжения в нем (ε), которое не должно превышать 5%. Падение напряжения ε рассчитывается отдельно для каждого двигателя по формуле: % , где (5) РН ∙ℓ - момент нагрузки (РН берётся в Вт) ℓ – длина кабеля в метрах от силового распределительного пункта до рассчитываемого двигателя UН - номинальное напряжение двигателя, В (прил. 3); S - сечение жилы кабеля (провода), мм² ; - удельная проводимость металла жилы кабеля (МЕДИ = 57, АЛЮМИНИЯ = 35,6). В том случае, если ε > 5% , сечение жилы кабеля берётся большим (следующем по номиналу) и расчёт повторяется. Тип и марка кабеля определяется по приложению 5. Для линий сечение кабеля подбирается по номинальному току линии ( IЛ ) (прил. 3 и 5). 5. Выбор пускозащитной аппаратуры Для пуска двигателей чаще всего используются магнитные пускатели. Пускатель обеспечивает управление пуском и отключением двигателя и одновременно защищает двигатель от перегрузок и от понижения напряжения. Выбор пускателя для двигателей осуществляется по номинальному току и напряжению (прил. 9). Для защиты электродвигателей и электрических сетей от токов короткого замыкания используются предохранители с плавкими вставками или автоматы защиты, устанавливаемые на распределительных пунктах и в силовых шкафах. Номинальные токи защитных аппаратов должны быть минимальными, но не меньше расчётных, обеспечивая избирательность действия. 6 Величина номинального тока плавкой вставки Iвс предохранителя при подключении одиночного электродвигателя должна удовлетворять условию: . (6) При этом пусковой ток двигателя IПУСК определяется по формуле: IПУСК = ki ·IH, где ki - кратность пуска. Для двигателей постоянного тока и крановых двигателей с фазным ротором IПУСК принимать равным IН . Для защиты от токов короткого замыкания на линиях к группам электродвигателей и на линиях ввода, предохранители выбираются, исходя из расчётного тока линии – IЛ (формулы 8 или 9). Для этого предварительно определяется мощность линии : , (7) где и т.д. – мощности подключаемых данной к линии двигателей. - для асинхронных двигателей; (8) - для двигателей постоянного тока. (9) Коэффициент мощности линии cos φл определяется по формуле: (10) Выбор предохранителей осуществляется по приложению 4, при этом берётся ближайшее (большее) стандартное значение плавкой вставки. Для защиты линий от токов перегрузки используются автоматические выключатели с комбинированными (электромагнитными и тепловыми) расцепителями. Выбор автоматических выключателей осуществляется по приложению 7. В основу выбора берётся номинальный ток расцепителя IН.Р ≥ IЛ При этом должно быть учтено также номинальное напряжение сети - UH. 7 6. Компенсация реактивной мощности в линиях нагрузки. Использование асинхронных двигателей приводит к понижению коэффициента мощности цепи – cosφ. Рациональное значение этого коэффициента должно быть ≥ 0,95. Для повышения коэффициента мощности цепи (cosφ) до данного значения могут быть использованы компенсаторы реактивной мощности, в качестве которых используются специальные статические конденсаторы (прил.10.1). Наибольшая реактивная мощность цепи может быть определена: , (11) где РЛИН - мощность линии (формула 7); - угол сдвига фаз данной линии. Мощность компенсатора при рациональном значении коэффициента мощности линии cos φрац = 0,95 определяется как: , (кВАр). (12) Количество и тип статических конденсаторов выбирается по приложению 10 и определяется по формуле: , (13) где - номинальная мощность выбранного статического конденсатора (количество конденсаторов округлить в большую сторону). 7. Принципиальная электрическая схема объекта На принципиальной электрической схеме производственного объекта кроме линии самой электрической цепи обозначены и её элементы, такие как предохранители, автоматические выключатели, выключатели нагрузок (прил. 8), двигатели (прил. 1), а также источники электропитания, силовые распредели-тельные устройства (РСУ), выпрямители. На линиях питания можно использовать различные варианты защиты электродвигателей: плавкие предохранители (FU) и магнитные пускатели с тепловым реле (КК), плавкие предохранители и автоматические выключатели (QF), имеющим тепловую защиту (>Tо) или автоматические выключатели типа QF>IT°, с защитой от короткого замыкания и от перегрузки (тепловая защита). Магнитные пускатели могут применяться (на схеме показаны их силовые контакты КМ) с тепловым реле или без него.

Похожие:

	Методические указания к выполнению контрольных, курсовых работ Базы данных : методические указания и задания к выполнению курсовой работы для студентов специальности «Прикладная информатика (в...		Методические указания к выполнению контрольных, курсовых работ Интеллектуальные информационные системы: тематика и методические указания к выполнению контрольных, курсовых работ для студентов...
	Методические указания к выполнению контрольных, курсовых работ Базы данных и знаний: тематика и методические указания к выполнению контрольных, курсовых работ для студентов специальности «Математические...		Методические указания к выполнению расчетно-графических работ (ргр) по строительной механике для студентов направления «строительство» Методические указания предназначены для закрепления теоретических знаний и развития практических навыков начального уровня обучения...
	Методические указания по выполнению курсовых работ для студентов всех форм обучения, специальностей и направлений подготовки уфа-2011 Информатика: Методические указания по выполнению курсовых работ для студентов всех форм обучения, специальностей и направлений полготовки...		Методические указания к выполнению расчетно-графической работы по дисциплине: «Гражданская оборона» Методические указания к выполнению расчетно-графической работы по дисциплине: «Гражданская оборона» (для студентов всех специальностей...
	Методические указания по выполнению контрольных работ для студентов заочной формы обучения ...		Методические указания по выполнению контрольных работ для студентов заочной формы обучения ...
	Методические указания по выполнению контрольных работ для студентов заочной формы обучения Методические указания по выполнению контрольных работ составлены на основании рабочей программы дисциплины «Менеджмент»		Методические указания по выполнению контрольных работ для студентов заочной формы обучения Методические указания по выполнению контрольных работ составлены на основании рабочей программы дисциплины «Менеджмент»