Электротехнический раздел дипломного проекта

Обеспечение нормального протекания технологического процесса, сни­жения времени простоя, недопущение материального ущерба производству во многом связано с правильным выбором электропривода для рабочих машин, механизмов и установок.

Выбор рационального электропривода целесообразно осуществлять с учетом приводных характеристик (технологических, кинематических, механи­ческих, нагрузочных, инерционных и энергетических) рабочей машины.

Выбор электродвигателя для привода рабочей машины следует осущест­влять по следующим параметрам: напряжению, роду тока (постоянный, пере­менный), частоте вращения, условиям окружающей среды, характеру и значе­нию нагрузки.

Выбранный электродвигатель проверяют на перегрузочную способность, на возможность пуска и по допустимому числу включений (если необходимо).

Выбор электродвигателей по роду тока и напряжения для привода с.-х. машин, как правило, однозначен, так как электроснабжение осуществляется от сети 380/220 В переменного тока частотой 50 Гц. Наибольшее распространение всельском хозяйстве получили асинхронные короткозамкнутые электродвигатели благодаря простоте в отношении устройства и управления, дешевизне, надежности, малым габаритам и массе. Поэтому в первую очередь необходимо обратиться к выбору двигателей именно этого типа.

При выборе частоты вращения электродвигателя следует стремиться к тому, чтобы она была как можно ближе к частоте вращения рабочей машины.

От правильного выбора электродвигателя по условиям окружающей сре­ды зависят его надежность, долговечность и безопасность обслуживания.

При выборе двигателя по характеру и величине нагрузки следует стре­миться к его полному использованию по мощности в процессе работы. При этом мощность электродвигателя определяется требованиями технологического процесса и режимом работы машин и механизмов.

В случае выбора двигателя завышенной мощности ухудшаются его энер­гетические показатели (снижаются cosφ и КПД), возрастают габариты, вес и стоимость установки. Если же выбранный двигатель имеет номинальную мощ­ность меньше требуемой, то это приводит к росту температуры обмоток выше допустимой, что ведет к.выходу двигателя из строя, или, как минимум, к значи­тельному сокращению срока службы изоляции. На величину мощности двигателя большое влияние оказывает его режим работы. Знание режимов работы позволяет более точно выбрать мощность дви­гатели в соответствии с многообразием режимов работы электроприводов. Согласно ГОСТ 183-66 различают восемь режимов работы (от S1 до S8). Однако наиболее характерными для с.-х. электроприводов являются три режима: S1 -продолжительный, S2 - кратковременный, S3 - повторно-кратковременный. При проверке двигателя на перегрузочную способность исходят из того, что наибольший за рабочий период момент на валу двигателя не должен пре­восходить величину наибольшего допустимого момента для данного типа дви­гателя. Для асинхронных двигателей допустимый момент равен критическому моменту с учетом возможного снижения питающей сети до 0.95 номинального значения.

Условие проверки по перегрузочной способности запишется:

k_U · m_k · M_н ≥ М_нагр.max + 0, 25М_н,

где k_u = U/U_н = 0, 95 - коэффициент, учитывающий возможное снижение напряжения при установившейся работе двигателя;

m_k - кратность критического момента (приводится в каталогах);

Мн- номинальный момент двигателя;

М_нагр.max – наибольший момент нагрузки за рабочий цикл.

Для обеспечения пуска необходимо, чтобы пусковой момент двигателя с учетом снижения напряжения на его зажимах мог преодолеть момент трогания рабочей машины Мтр, и обеспечить разгон привода до номинальной скорости.

Условие проверки запишется в виде:

k_UП · m_П · Мн ≥ Мт_Р + 0, 25Мн,

где k_UП - коэффициент, учитывающий снижение напряжения при пуске;

m_П - кратность пускового момента;

Мтр- момент трогания рабочей машины.

в) Выбор электротермического оборудования

Выбору электротермического оборудования предшествует анализ воз­можных в конкретном случае способов преобразования электрической энергии в тепловую, видов электронагрева, а также определение потребной мощности в зависимости от режима работы.

Потребную мощность Р_потрэлектротермического оборудования определяют при периодическом режиме работы:

и при непрерывном режиме работы

где V— объем нагреваемого материала, м³;.
L - подача нагреваемого материала, м³/с;
r - плотность материала, кг/м³
с - удельная теплоемкость, Дж/кг·°С или кДж/кг·С;
τ ₂ - конечная температура °С;
τ ₁- начальная температура, °С;
t - время нагрева, с;

h_r – термический КПД.
Значение мощности определяют по формуле:

Р_об = k₃ · Р_потр

где k₃ - коэффициент запаса, который принимают равным 1, 1... 1, 5 в за­висимости от условий работы оборудования. Заметим, что без необходимости, значение k₃завышать не следует. При выборе конкретного оборудования необ­ходимо учитывать также технологически требуемое значение температуры.

Выбрав по мощности и температуре оборудование, производят прове­рочный расчет температуры нагревателей и нагреваемого материала на соот­ветствие температурным режимам.

г) Выбор аппаратуры управления и защиты

Согласно ПУЭ для электродвигателей переменного тока должна преду­сматриваться защита от коротких замыканий, от токов перегрузки и защита от потерь фазы. Для защиты электродвигателей от коротких замыканий должны применяться предохранители или автоматические выключатели с электромаг­нитным расщепителем. Защита от перегрузки должна предусматриваться и в тех случаях, когда возможны технологические перегрузки рабочих машин, на при­воде которых установлен электродвигатель. Защита может выполняться тепло­выми реле и тепловыми расцепителями автоматических выключателей. Защита от коротких замыканий должна предусматриваться во всех фазах. Защита от перегрузок должна выполняться как минимум в двух фазах. Все виды защиты (от к.з., перегрузок и т. п.) допускается осуществлять соответствующими рас-цепителями, встроенными в один аппарат. Специальные виды защиты электро­двигателей допускается применять в порядке исключения.

При защите внутренних сетей также необходимо руководствоваться требованиями ПУЭ. Согласно ПУЭ, все внутренние сети помещений должны быть защищены от токов короткого замыкания. От перегрузки защищают сети, выполненные открыто проложенными незащищенными изолированными про­водниками с горючей оболочкой, проводниками, проложенными в трубах, и т. п. в следующих случаях:

- осветительные сети в жилых и общественных зданиях;

- осветительные сети в пожароопасных помещениях;

- сети всех видов во взрывоопасных помещениях;

- силовые сети на с.-х. и промышленных предприятиях, в жилых и общественных зданиях, если по условиям технологического процесса может возникнуть длительная перегрузка проводов и кабелей.

Групповые линии сетей внутреннего освещения должны быть защищены предохранителями или автоматами на рабочий ток не более 25 А. Установка предохранителей, автоматов и выключателей в нулевых рабочих проводах запрещается.

Исходными данными для выбора защитной аппаратуры является:

- характеристика питающей сети (напряжение, род тока, частота и т.д.);

- режим работы электрооборудования и его паспортные и каталожные данные;

- значения коэффициентов загрузки и одновременности;

- рабочие и пусковые токи электродвигателей и другого электро­оборудования;

- условия окружающей среды.

д) Выбор автоматических выключателей

В сельском хозяйстве наибольшее распространение получили авто­маты типа АЕ-2000, АП-50, АЕ-1000.

Автоматические выключатели выбирают исходя из следующих условий:

1. Номинальное напряжение автомата должно быть больше или равно напряжению сети, U_нав ≥ U_с
2. Номинальный ток автомата должен быть больше или равен номи­нальному току электродвигателя, электрической линии и т. д., I_нав ≥ I_с

3. По номинальному току теплового расцепителя:

- для электродвигателей I_нт ≥ I_н.;

- для ламп накаливания I_нт ≥ I_раб;

- для люминесцентных ламп I_нав ≥ I_с;

- для автоматов с тепловым и комбинированным расцепителем I_нт ≥ 1, 4 ·I_раб;

- для групп двигателей

где I_нт - номинальный ток теплового расцепителя, А; /

I_раб - рабочий ток, А;

К_одн -коэффициент одновременности.

Для автоматических выключателей с регулированием тока уставки теплового расцепителя (АЕ-2000, АП-50) следует добиваться равенства тока устав­ки номинальному (рабочему) току: I_уст= I_н или I_уст= I_раб.

1. По току срабатывания электромагнитного расцепителя:

где k_р - коэффициент, учитывающий неточность в определении кратко­временного максимального тока и разброс характеристик автомата (для АЕ-2000, АП-50 и А-3100, k_р = 1, 5);

k_omc – кратность тока отсечки электромагнитного расцепителя (для АП-50 k_отс= 3, 5; АЕ-2000 k_отс= 3);

k- кратность пускового тока электродвигателя;

1_п - номинальный ток электродвигателя, А.

Для групп двигателей

где - сумма номинальных токов одновременно работающих электродвигателей;

I_пнб, I_ннб - наибольший пусковой ток запускаемого электродвигателя и его номинальный ток, А.

5. По условиям окружающей среды

Автоматы АЕ-2000 выпускаются со степенями защиты IР00, IР23 и IР55 (открытого, защищенного, закрытого исполнения соответственно).

Автоматы АП-50 ориентировочно со степенями защиты IР23 и в пластмассовом корпусе, помещенном в металлическую оболочку IР55,

Автоматы А-З 100 ориентировочно со степенью зашиты IР23.

6. По типу и количеству дополнительных расцепителей

АЕ-2000 может иметь дополнительно расцепитель минимального напряжения и независимый расщепитель; АП-50 расцепитель максимального тока в нулевом проводе, расцепитель минимального напряжения.