Контрольная работа по "Автоматизации"

4А- 7 1 А 2 У 3
1        2 3 4 5 6 7 8
1 - название серии (4А,);
2 - исполнение по способу защиты, буква Н - исполнение IP23, отсутствие буквы означает исполнение IP44;
3 - исполнение АД по материалу станины и щитов: А - станина и щиты алюминиевые; Х - станина алюминиевая, шиты чугунные (или обратное сочетание материалов); отсутствие буквы - станина и щиты чугунные или стальные;
4 - высота оси вращения мм (две или три цифры-71);
5 - установочный размер по длине станины: буквы S, М или L (меньший, средний или больший);
6 - длина сердечника: А - меньшая, В-большая при условии сохранения установочного размера; отсутствие буквы означает, что при данном установочном размере (S, М или L) выполняется только одна длина сердечника;
7 - число полюсов (одна или две цифры-2);
8 - климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69. У3

.

Расчеты для построения естественной механической характеристики

точка 1 – идеальный холостой ход, no = 60 f / p, М = 0, где: р - число пар полюсов магнитного поля двигателя; no = 60* 50 / 1=3000мин-1

ω0=2πf/р=2*3,14*50/1=314 сек-1

точка 2 - номинальный, режим: nн, М = Мн =  Pн / ωн, где Pн – номинальная мощность двигателя в кВт; ωн=2π nн /60=π nн /30

Вычислим nн= no(1- sн)=3000*(1-0,053)=2841 мин-1

Вычислим ωн=π nн /30=3,14*2841/30=297,4 сек -1

Вычислим Мн = 750 / 297.4=2.5Нм

точка 3 – критический режим sкр , Мкр = µкр Мн

ωкр= ω0(1- sкр)

Вычислим sкр = sн* ((µкр+( µкр2-1)1/2)=0,053((2,2+(2,22-1)1/2)=0,22

Вычислим ωкр= ω0 (1- sкр)=314*(1-0,22)= 244,9 сек-1

Вычислим М = Мкр = µкр Мн=2,2*2,5=5,5 Нм

точка 4 –Ммин = µмин Мн. =1,2*2,5=3Нм

sмин = 0.84…0,86

Вычислим ω= ω0(1- sмин)=314*(1-0,85)=47,1 сек -1

точка 5 – режим пуска: nпуск =0,  М = Мпуск = µпуск Мн. =2*2,5=5Нм

ω= ωпуск=π nпуск /30=3,14*0/30=0 об/сек

По данным расчетам строим механическую характеристику М=f(ω) по пяти точкам (РИС1 )

Проверка возможности прямого пуска асинхронного короткозамкнутого электродвигателя привода механизма, питающегося от трансформатора.

Операция прямого пуска короткозамкнутых двигателей проста: достаточно подать напряжение на статорную обмотку включением рубильника, магнитного пускателя или контактора.

Существенный недостаток этого способа - большой пусковой ток, он превышает номинальный в 4-7 раз. Большой пусковой ток вызывает большую потерю напряжения в питающей сети. Колебания напряжения в сети отрицательно сказываются на работе других потребителей этой сети; особенно это нежелательно при частых пусках двигателей. Включенные лампы сильно уменьшают свой накал, работающие двигатели уменьшают момент и могут остановиться, их перегрузочная способность уменьшается в зависимости от квадрата снижения напряжения. Кроме того, пускаемый двигатель при тяжелых условиях может "не развернуться". В связи с увеличением мощности источников питания и улучшением сетей прямой пуск короткозамкнутых асинхронных двигателей в настоящее время самый распространенный.

Для уменьшения пускового тока короткозамкнутых асинхронных электродвигателей применяются еще специальные способы пуска: реостатный, автотрансформаторный, пуск переключением обметок статора со звезды на треугольник и другие. При этих методах уменьшение пускового тока достигается уменьшением напряжения на фазе статорной обмотки электродвигателя.

Расчет.

Проверить возможность пуска короткозамкнутого двигателя при питании его от трансформатора мощностью 20 кВА. Воздушная линия, питающая двигатель, имеет длину l = 250м и выполнена проводом А16. Расчет выполнить для напряжений сети 220/127 и 380/220 В.

Каталожные данные двигателя 4А71А2У3: Рн =0,75 кВт; пн = 2841 об/мин; КПД = 77%; cos H =0,87; кратность пускового тока К1 =5,5; 0 = 2,0; =2,2.

IH = Рн/U*31/2*cosφ*η= 750/380*1.73*0.87*0.77=750/441= 1.701А при Uн = 380 В; IH = Рн/U*31/2*cosφ*η= 750/220*1.73*0.87*0.77=750/255= 2.941А при Uн = 220 В;

Каталожные данные трансформатора ТCМ-160: UК - 4,5 %; SН = 20 кВА. Сопротивление воздушной линии А16 составляет 1,98 Ом/км. Пуск двигателя осуществляется вхолостую, трансформатор при этом работает также в холостую.

Решение:

Проверим возможность пуска двигателя при Uн = 220 В. Найдем потерю напряжения при пуске двигателя и допустимую потерю, при которой возможен пуск:

где - полное сопротивление короткого замыкания обмоток трансформатора;

- полное сопротивление соединительной линий, Ом;

- полное сопротивление короткого замыкания асинхронного двигателя, Ом.

Ом

2. Сопротивление линии

где ρ - удельное сопротивление линии, Ом/км (прил.15); l -длина воздушной линии, км;

= 1,98*0,25=0,495Ом

3. Сопротивление двигателя

Ом

При UH =220B

4. При пуске электродвигателя потеря напряжения

5. Допустимая потеря напряжения

где и - кратности моментов мтрог и мизб (принимаются при пуске двигателя вхолостую  + = 0,3)

Так как < , следовательно, прямой пуск двигателя от сети напряжением 220 В возможен.

Проверим возможность пуска двигателя при UН = 380 В:

Ом

2. Сопротивление линии

= 0,495Ом

3. Сопротивление двигателя

Ом

При UH =380B

4. При пуске электродвигателя потеря напряжения

5. Допустимая потеря напряжения

Так как < , следовательно, прямой пуск двигателя от сети напряжением 380 В возможен.

.

Определение способа соединения фаз электродвигателя

Чтобы включить двигатель в сеть, нужно правильно выбрать схему соединения фаз статорной обмотки. В коробке выводов двигателя обычно шесть концов от трех фаз, что позволяет включать двигатель на два разных напряжения. Выбор схемы соединения ("звездой" или "треугольником") фаз двигателя зависит от номинального напряжения сети и номинального напряжения двигателя.

Схему соединения нужно выбрать такую, чтобы на фазу статорной обмотки приходилось номинальное напряжение. Напряжение на фазе двигателя по схеме "звезда" в 1,73 раза меньше напряжения сети, а по схеме "треугольник" напряжение на фазе двигателя равно напряжению сети. Так, двигатель с напряжением 380/220 В по схеме "звезда" должен включаться в сеть с напряжением 380 В, по схеме "треугольник" - в сеть с напряжением 220 В.

Таким образом, при соединении "звездой" UЛ=1,73UФ, "треугольником" Uл=Uф.

По ГОСТу выводы фаз обозначаются буквами: С1, С2, СЗ - начала фаз; С4, С5, С6 - соответственно концы фаз. Чтобы фазы соединить звездой, нужно концы С4, С5 и С6 соединить в одну точку, а к началам фаз С1, С2 и СЗ подвести напряжение сети. Для соединения фаз обмотки двигателя в треугольник нужно конец одной фазы С4 соединить с началом другой фазы С2, а конец ее С5 соединить с началом третьей фазы СЗ, конец которой С6 соединить с началом первой фазы. В результате получаются три точки (вершины): С1-С6, С2-С4 и СЗ-С5, к которым подводят напряжение сети.

Так как по условию пуска получилось, что двигатель можно подключать как в сеть с UН = 220 В, так и в сеть с UН = 380 В, выберем подключение в сеть с наименьшими потерями напряжения, а это сеть с UН = 380 В.

Выбираем схему подключения – «звезда».

Выбор пускового аппарата

К пусковой низковольтной аппаратуре относятся различные рубильники, переключатели, автоматические выключатели.

Мощность электродвигателей, включаемых или отключаемых рубильниками, не должна превышать 16 кВт, а номинальный ток рубильника должен быть не менее трехкратного номинального тока электродвигателя: IН.РУБ.= 3IНДВ, где IН.РУБ - номинальный ток электродвигателя (А).

При установке рубильников, переключателей или пакетных выключателей, а также для разрыва цепи в случае возникновения токов короткого замыкания применяют предохранители.

В качестве пусковой аппаратуры для электродвигателей мощностью до 4,5 кВт используют нажимные (ручные) пускатели типа ПНВ-30 (32 или 34), представляющие собой небольшие рубильники закрытого типа, ножи которых включаются и выключаются нажатием соответствующей кнопки.

Автоматические выключатели служат для автоматического размыкания перегруженных электрических цепей и в случае других ненормальностей, а также для включений и отключений в нормальных условиях. Промышленно­стью выпускаются автоматические выключатели типа АО-15, АБ-25, АП-50 и др.

Автоматические выключатели АО-15 и АБ-25 применяются в однофазных внутренних электрических сетях напряжением 220 В.

Автоматические выключатели типа АП-50 в различных исполнениях выпускают двух- и трехполюсными на номинальные токи: 1,6; 2,5; 6,4; 10; 25; 40 и 50 А. Тепловой расцепитель не срабатывает в течение часа при нагрузке 1,1 (номинальной) и срабатывает при нагрузке 1,35 (номинальной ) не более чем за 30 мин., а при шестикратной нагрузке - не более чем за 10 сек.

Кроме этого, для пуска и защиты электродвигателей широко применяются установочные автоматы типов А-3000, АЕ-1000, АЕ-2000, АК-50 и др. В прил.4 приведены технические данные воздушных выключателей серий А-3000 и АЕ-2000.

Расчет.

Выбрать автомат защиты для трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. Каталожные данные двигателя 4А71А2У3: Рн =0,75 кВт; IH = 1,701 А при Uн = 380 В; IH = 2,941 А при Uн = 220 В; пн = 2841 об/мин; КПД = 77%; cos H =0,87; кратность пускового тока К1 =5,5; 0 = 2,0; =2,2.

1.Пусковой ток 

2. Определим ток уставки теплового расцепителя:

IН.УСТ = 1,25*IН= 1,25*1,701 = 2,1 А.

Выберем автомат IНавт = 2.5 А и установим ток теплового расцепителя регулятором на 2,1 А.

2. Определим необходимый ток электромагнитного расцепителя

Iэм расц= 1,25 *К *IН = 1,25 *5,5 • 1,701 =11,7 А.

3. Выберем тип автомата: АП-50 - 3 МТ; IН авт. = 25 А.

4.Проверим выбранный автомат по току срабатывания электромагнитного расцепителя.

По условиям пуска автомат выбран правильно, поскольку

Iсрэм.расц > Iэм.PАCЦ  т.е. 27.5 > 11.7

Iсрэм.расц=11 IНавт = 11*2.5 А=27.5 А

5. Проверим коммутационную способность автомата. Эффективное значение допустимого тока короткого замыкания для выбранного автомата при напряжения 380 В (Iф кор зам =1500 А) должно быть больше Iф кор зам  сети.

Выбор защитного аппарата

Для защиты проводов и кабелей электрических сетей напряжением до 1000 В от токов короткого замыкания устанавливают предохранители. Защитным элементом предохранителя является плавкая вставка, включаемая последовательно в цепь тока. При увеличении тока линии выше определенной величины плавкая вставка расплавляется, цепь тока разрывается, предохраняя провод от недопустимого перегрева.

Расчет.

Каталожные данные двигателя 4А71А2У3:: Рн =0,75 кВт; IH = 1,701 А при Uн = 380 В; ; IH = 2,941 А при Uн = 220 В; пн = 2841 об/мин; КПД = 77%; cos H =0,87; кратность пускового тока Кi =5,5; 0 = 2,0; =2,2.

Требуется выбрать плавкие вставки к предохранителям типа ПН-2, установленным на питающей двигатель линии, при условии, что двигатель загружен на номинальную мощность.

Решение:

1. Можно принять расчетный ток линии равным номинальному току двигателя: IДЛ =1,701 А.

2. Выбрав номинальный ток плавкой вставки по длительному току линии (IВ > Iдл), получим соотношение IВ > 1,701 А

3. При выборе плавкой вставки по пусковому току двигателя

,

где К = 2,5 при легком пуске электродвигателя, К = 1,6 - 2,0 при тяжелых пусках электродвигателя.

Пусковой ток электродвигателя

Iп = Ki * Iн.дв ,

где Ki кратность пускового тока электродвигателя.

Тогда получим:

Iп = 5,5*1,701 = 9,356 А ;.

(легкий пуск)

(тяжелый пуск)

По Приложению Б подберем плавкую вставку предохранителя серии ПРС-10х2УЗ-П на ток 10 А.

Выбор аппарата управления

Наряду с аппаратами ручного управления широкое применение получила релейно-контактная аппаратура, позволяющая управлять электродвигателями и другими электроустановками дистанционно, т. е. на расстоянии, с помощью кнопок управления. К этой аппаратуре, прежде всего, относятся магнитные пускатели и контакторы.

Магнитным пускателем называют аппарат, замыкающий контакты в силовой электрической цепи путей втягивания электромагнита, обмотка которого включена во вспомогательную цепь управления и соединена с кнопками "Пуск" и "Стоп».

Контактором называют аппарат для включения и отключения силовой цепи электродвигателя (до 1200 раз в час), приводимый в действие электромагнитом постоянного или переменного тока.

В практике наибольшее распространение получили магнитные пускатели серии ПМЕ, ПМА, ПА, ПВН и электромагнитные контакторы переменного тока типа ТСТ-6000, КТ-700, КТПВ-6000 и некоторые другие.

Магнитные пускатели выбирают с учетом мощности управляемого электродвигателя и номинального напряжения катушки

Зная заданную номинальную мощность или номинальную силу тока электродвигателя, линейное или фазовое напряжение питающей сети, выбирают соответствующий тип магнитного пускателя. Если магнитные пускатели не отвечают условиям пуска и управления электродвигателями (недостаточен ток главной цепи), то выбирают контакторы.

При выборе электромагнитного контактора можно руководствоваться номинальным током электродвигателя и заданным напряжением электрической сети.

Контакторы, в отличие от магнитных пускателей, не имеют встроенной защиты (тепловых реле) от электрических перегрузок, но рассчитаны на большую силу тока (от 20 до 1000 А) с количеством полюсов от 1 до 5, большим числом срабатывания в час и одновременным магнитным и дионным гашением дуги.