Выбор контакторов, магнитного пускателя, автоматических выключателей и предохранителей для управления и защиты асинхронного двигателя с короткозамкнутым ро

Казанский Государственный Энергетический Университет Кафедра ЭПП Расчетная работа на тему:

Выбор контакторов, магнитного пускателя,

автоматических выключателей и предохранителей

для управления и защиты асинхронного двигателя с

короткозамкнутым ротором

по курсу «Электрические и электронные аппараты»

Выполнил: студентка гр. ЭП-1−08

Бельская Е.С.

Руководитель: Хатанова И.А.

Казань-2010

Выбор контакторов и магнитного пускателя для управления и защиты асинхронного двигателя

Требуется выбрать магнитный пускатель (контактор) для управления и защиты асинхронного двигателя типа 4А 180M4У3, работающего в продолжительном режиме.

180 — высота оси вращения, мм; степень защиты — IP44;

M4 — со средним установочным размером по длине станины, четырех полюсный;

У3 — климатическое исполнение У, категория размещения 3;

t_п >5 с — условия пуска двигателя тяжелые.

рис. 1. Схема прямого, обратного пуска и защиты асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

На рис. 1 обозначено:

КМ — катушка аппарата управления; КМ' - вспомогательные контакты;

КК — тепловое реле; SB1, SB2, SB3, SB4, SB5 — кнопки управления (SB1 — кнопка «СТОП», SB2 — кнопка «НАЗАД», SB3 — кнопка «ПУСК», SB4 — кнопка «ВПЕРЕД», SB5 — кнопка «ПУСК»); L1, L2, L3 — фазы.

/3/ Эта схема довольно часто используется для подключения трехфазного электродвигателя там, где необходимо оперативное управление направлением вращения вала двигателя — например, в гаражных воротах, насосах, различных погрузчиках, кран-балках и т. д.

Реверсирование двигателя реализуется изменением фазировки его питающего напряжения. Например, если порядок подключения фаз к клеммам трехфазного электродвигателя условно взять как L1, L2, L3, то направление вращения вала будет определенным, противоположным, чем при подключении, скажем, с фазировкой L3, L2, L1.

Особенностью реверсивной схемы подключения является использование в ней двух магнитных пускателей. Причем, их главные силовые контакты соединены между собой таким образом, что при срабатывании катушки одного из пускателей, фазировка питающего напряжения двигателя будет отличаться от фазировки при срабатывании катушки другого.

В схеме используется два магнитных пускателя. При срабатывании первого пускателя KM1, его силовые контакты притягиваются (обведены зеленым пунктиром) и на обмотки электродвигателя поступает напряжение с фазировкой L1, L2, L3. При срабатывании второго пускателя — КМ2, напряжение на двигатель пойдет через его силовые контакты КМ2 (обведены красным пунктиром) уже будет иметь фазировку L3, L2, L1.

Из схемы видно, что при случайном одновременном включении обоих контакторов в цепи главного тока произойдет короткое замыкание. Для исключения этого схема снабжена блокировкой.

асинхронный двигатель короткозамкнутый ротор Если после нажатия кнопки SB3 «Вперед» к включения контактора КМ1 нажать кнопку SB2 «Назад», то размыкающий контакт этой кнопки отключит катушку контактора КМ1, а замыкающий контакт подаст питание в катушку контактора КМ2. Произойдет реверсирование электродвигателя.

По типу двигателя из справочной литературы /2/ определим его технические параметры:

номинальная мощность, P _ном — 30 кВт;

коэффициент полезного действия, з _ном — 91,0%;

коэффициент мощности, cosц — 0,89;

номинальное линейное напряжение на обмотке статора, U _ном - 660 В;

коэффициент кратности пускового тока, К_I - 6,5;

время пуска двигателя, t _п - 5−10 с.

Определим параметры, по которым производится выбор магнитного пускателя:

а) род тока — переменный, частота — 50 Гц;

б) номинальное напряжение — 660 В, номинальный ток не должен быть меньше номинального тока двигателя;

в) согласно схеме включения двигателя (рис.1) аппарат должен иметь не менее трех замыкающихся силовых контактов и одного замыкающегося вспомогательного контакта;

г) категория применения: аппарат должен работать в категории применения АС — 4 (реверс, прямой пуск, торможение противотоком, повторно-кратковременные отключения асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором);

д) режим работы аппарата продолжительный с частыми прямыми и обратными пусками двигателя.

Для выбора аппарата по основным техническим параметрам необходимо произвести предварительные расчеты номинального и пускового токов двигателя. Определим номинальный ток (действующее значение):

Пусковой ток (действующее значение):

Ударный пусковой ток (амплитудное значение):

принимаем Произведем выбор аппарата по основным техническим параметрам.

Выбираем магнитный пускатель со встроенным тепловым реле по основным техническим параметрам, приведенным в /5/, для заданного схемного решения (рис.1) — типа ПМ12−63 621 с номинальным рабочим током в категории АС-4 29,2А по /6/.

Пускатели электромагнитные ПМ12

Новая серия электромагнитных пускателей ПМ12 соответствует требованиям перспективного технического уровня мирового аппаратостроения. Эти пускатели соответствуют международным нормам МЭК 947. Пускатели серии ПМ12 предназначены для применения в схемах управления электроприводами напряжением до 660 В переменного тока частотой 50 и 60 Гц в категориях применения АС-1, АС-3, АС-4. Пускатели применяются в стационарных установках для дистанционного пуска непосредственным подключением к сети, остановки и реверсирования трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором мощностью до 110 кВт.

При наличии тепловых реле пускатели осуществляют защиту управляемых электродвигателей от перегрузок недопустимой продолжительности и оттоков, возникающих при обрыве одной из фаз. Все пускатели могут поставляться с ограничителями перенапряжения типа ОПН, что позволяет применять их в схемах с микропроцессорной техникой.

СТРУКТУРА УСЛОВНОГО ОБОЗНАЧЕНИЯ: ПМ12 ХХХ ХХХХХХ:

ПМ — вид пускателя: пускатель электромагнитный; 12 — номер серии:

ХХХ — номинальный ток: 010−10А; 025−25А; 040−40А; 063−60А; 100−100А; 160−160А; 250−250А

Х — исполнение пускателей по назначению и наличию теплового реле:

1 — без теплового реле, нереверсивные;

2 — с тепловым реле, нереверсивные;

5 — без теплового реле, реверсивный с электрической и механической блокировками;

6 — с тепловыми реле, реверсивный с электрической и механической блокировками;

Х — исполнение пускателей по назначению степени защиты и наличию кнопок;

0 — степень защиты IP00;

1 — степень защиты IP54 без кнопок;

2 — степень защиты IP54 с кнопками «Пуск» и «Стоп» ;

3 — степень защиты IP54 с кнопками «Пуск», «Стоп» и сигнальными лампами;

4 — степень защиты IP40 без кнопок;

5 — степень защиты IP20;

6 — степень защиты IP40 с кнопками «Пуск» и «Стоп» ;

7 — степень защиты IP40 с кнопками «Пуск» и «Стоп» и сигнальными лампочками.

IP54 (в оболочке) — для внутренних и наружных установок в местах, защищенных от непосредственного воздействия солнечного излучения и атмосферных осадков (5 — защита от пыли, 4 — защита от брызг).

X — исполнение пускателей по числу и исполнению контактов вспомогательной цепи:

0 — 1з для пускателей на номинальный ток 10,25,40 А;

1 — 1р для пускателей на номинальный ток 10,25,40 А;

2 «з» +2 «р» для пускателей на номинальный ток 63 А.

X — исполнение по износостойкости:

А — 0,32 млн. циклов;

Б — 0,1 млн. циклов;

В — 0,03 млн. циклов.

/7/. Основные параметры:

· частота питающей сети: 50 Гц;

· номинальное напряжение по изоляции: 660 В;

· номинальный ток контактов вспомогательной цепи: 63 А;

· напряжение управления 220/380В;

· Количество вспомогательных контактов — 2 «з» +2 «р» ;

· Тепловая защита обеспечивается реле РТТ-2;

· мощность, потребляемая катушкой

пускателя, рабочая/пусковая, В*А: 7,6±1,4/87±13;

· номинальное напряжение втягивающей катушки, В:

24, 36, 40, 48, 110, 127, 220, 230, 240, 380,400, 415, 500, 660 (50 Гц);

110, 220, 380, 400, 415, 440 (60 Гц).

Проверим возможность работы выбранного аппарата в категории применения АС — 4.

Согласно данным из табл.1 приложения 1 /1/ в категории применения АС — 4 магнитный пускатель должен включать в нормальном режиме коммутации ток:

,

а в режиме редких коммутаций:

.

Оба условия пускателя ПМ12−63 621 выполняются, так как:

Поэтому пускатель ПМ12−63 621 с номинальным током 29,2 А, предназначенный для работы в категории АС — 4, для данной схемы (рис.1) пригоден.

Тепловые реле серии РТТ-2, встроенные в магнитные пускатели /7/, имеют регулируемое время срабатывания t _СР = (4,5 — 12) с, что приемлемо для заданных условий пуска двигателя: t_П < t_СР<1,5 t_П, т.к.

(510<4,512<7,515).

Для пускателя ПМ12−63 621 применяются тепловые реле серии

РТТ-231.

Тепловые реле серии РТТ-2

Реле предназначены для защиты трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором от токовых перегрузок недопустимой продолжительности, в том числе возникающих при обрыве одной из фаз.

Реле применяются в качестве комплектующих изделий в схемах управления электроприводами в цепях переменного тока напряжением до 660 В частотой 50 или 60 Гц, в цепях постоянного тока напряжением 440 В.

Реле имеют не сменные нагреватели, температурный компенсатор, регулятор уставки токов несрабатывания, кнопку ручного возврата, один размыкающий либо переключающий контакт.

Рабочее положение — крепление на вертикальной плоскости регулятором тока несрабатывания вперед, крышкой вверх. Допускается отклонение на 15^о в любую сторону.

Принцип работы реле основан на прохождении электрического тока через биметаллические пластины и нагреватели, которые включены в главную цепь. Под воздействием нагрева биметаллические пластины изгибаются и через механизм срабатывания происходит размыкание контактов вспомогательной цепи.

Возврат контактной группы — ручной по истечении не менее 1,5 мин. после срабатывания реле. Кнопка возврата реле может быть использована в качестве кнопки «Стоп» .

Реле при всех положениях регулятора уставки должны допускать не менее 3000 срабатываний. Размыкающие контакты выполнены со свободным расцеплением.

Реле РТТ-2 могут устанавливаться на пускатели типа ПМ12−063 втычным способом, а также индивидуально с помощью винтов.

Диапазон рабочих температур от — 40 до +55°С.

Окружающая среда взрывобезопасная, не содержащая пыли в количестве, нарушающем работу реле, а также агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию.

Структура условного обозначения

РТТ-ХХХХ Х4:

РТТ — реле электротепловое токовое;

Х — исполнение реле по величине номинального тока

1 — на 40 А;

2 — на 80 А;

3 — на 160 А;

Х — способ установки реле

1 — исполнение на все токи для индивидуальной установки и для комплектации реле исполнения на 80 А с пускателями ПМА-3000;

2 — исполнение на токи 80 и 160 А для комплектации с пускателями ПМА-4000; ПМА-5000; ПМА-6000 и на ток 40 А для втычного подсоединения к пускателю ПМ12−040;

3 — исполнение на ток 25 А для втычного подсоединения к пускателю ПМ12−025 и исполнение на ток 63 А для навесного подсоединения к пускателю ПМ12−063; 4 — исполнение для втычного подсоединения реле на ток до 40 А к

пускателям ПМЕ-200 и ПМА-3000;

Х — род контактов вспомогательной цепи реле

1 — исполнение с одним размыкающим контактом;

отсутствие цифры — исполнение с переключающим контактом;

Х — исполнение реле по величине инерционности

П — исполнение реле пониженной инерционности;

отсутствие буквы — исполнение реле повышенной инерционности;

Х4 — климатическое исполнение (УХЛ; О) и категория размещения.

Основные характеристики:

· номинальный ток несрабатывания на средней уставке In, А — 63А;

· диапазон регулирования номинального тока несрабатывания при Т=40°С, А — 53,5−63А;

· номинальное напряжение — до 660В;

· частота переменного тока — 50Гц.

Выбираем контактор по основным техническим параметрам, приведенным в /9/, для заданного схемного решения (рис.1) — типа КМИ 34 012 с номинальным рабочим током в категории применения АС-4 32 А.

Проверим возможность работы выбранного аппарата в категории применения АС-4.

Согласно данным из табл.1 приложения 1 /1/ в категории применения АС-4 контактор должен включать в нормальном режиме коммутации ток:

а в режиме редких коммутаций:

.

Оба условия контактора КМИ 34 012 с номинальным током 32А выполняются, так как:

Поэтому контактор КМИ 34 012 с номинальным током 32 А, предназначенный для работы в категории АС — 4, для данной схемы (рис.1) пригоден.

КМИ 34 012

/9/.

Малогабаритные контакторы КМИ общепромышленного применения на токи нагрузки от 9 до 95А предназначены для пуска, остановки и реверсирования трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором на напряжение переменного тока до 660 В.

Условия эксплуатации

Категории применения — АС1, АС3, АС4.

Температура окружающей среды:

при эксплуатации от — 25 до +50°C,

нижняя предельная температура — 40 °C,

при хранении от — 45 до +50°С.

Максимальная рабочая высота — 3000 м.

Рабочее положение — вертикальное с отклонением ± 30°.

Вид климатического исполнения по ГОСТ 15 150%69 — УХЛ4.

Степень защиты по ГОСТ 14 254%96 — IP20.

Структура обозначения

Технические характеристики:

Номинальное рабочее напряжение переменного тока Uе, В 230, 400, 660

Номинальное напряжение изоляции Ui, В 660

Номинальное импульсное напряжение Uimp, кВ 8

Времязамыкание 20 — 26

срабатывания, мсразмыкание 8 — 12

Механическая износоустойчивость, млн. циклов.

Принцип действия и конструкция

Контакторы КМИ — электромагнитные аппараты переменного тока, магнитные системы которых разделены на две части: неподвижную, эластично закрепленную в основании из пластмассы, и подвижную с контактами для коммутации силовой цепи. Управление работой контактора осуществляется с помощью многовитковой катушки, расположенной на среднем стержне неподвижной части Ш-образной магнитной системы.

1 — основание из термостойкой пластмассы;

2 — неподвижная часть магнитной системы;

3 — подвижная часть магнитной системы;

4 — втягивающая катушка;

5 — контактные зажимы катушки управления;

6 — металлическая платформа (для номинальных токов свыше 25А);

7 — траверса с подвижными мостиковыми контактами;

8 — крепежный винт;

9 — возвратная пружина;

10 — алюминиевые кольца;

11 — неподвижный контакт;

12 — присоединительный зажим

Под воздействием электромагнитного поля втягивающей катушки, возникающего при протекании через нее тока, происходит смыкание магнитной системы и преодолевается противодействие возвратной пружины и пружин контактных мостиков. Для предотвращения детонации предусмотрены массивные короткозамкнутые алюминиевые кольца, запрессованные в полюсные наконечники неподвижной части магнитной системы.

Выбор автоматических выключателей и предохранителей для защиты двигателей

От цехового трансформатора кабелем питается сборка механической мастерской, к которой подключены четыре двигателя. Напряжение сети 660 В. Все двигатели работают одновременно. Схема цеховой электрической сети, питающей сборку механической мастерской, приведена на рис. 2. Требуется выбрать аппараты защиты двигателей и кабеля, питающего сборку:

а) автоматические выключатели QF₁ - QF₅ (рис. 2 (а));

б) плавкие предохранители F₁ - F₅ (рис. 2 (б)).

Рис. 2. Участок радиальной схемы цеховой электрической сети: ТП — трансформаторная подстанция; РУ — распределительное устройство; КЛ — кабель; QF₁ - QF₅ - автоматы; М₁ - М₄ - двигатели; F₁ - F₅ - плавкие предохранители.

Определим по мощности двигателей их номинальные и пусковые токи. Рассчитаем по выражению (1) /1/ номинальные токи вставок предохранителей, защищающие двигатели (рис.2б).

Подберем по справочным данным /5/ ближайшие к расчетным номинальные токи вставок для предохранителей разных типов: ППНИ-33, габ.00С, 100А; ПНБ-5−100; ППН-1−160 и занесем все вышеуказанные расчетные и справочные величины в табл.1.1

Для предохранителя, защищающего кабель, питающий сборку, номинальный ток рассчитаем по выражению (2) /1/:

Таблица 1.1 /1/.

Выбираем по ближайшему большему значению номинального тока предохранитель типа ПНБ-5 (I_н — 630 А).

Проверяем правильность выбора по условию пуска двух самых крупных двигателей в нормальном режиме:

Предохранитель типа ПНБ-5 этому условию удовлетворяет.

Выберем для защиты той же группы двигателей автоматические выключатели (рис.2а). Расчетные и справочные данные заносим в таблицу 1.2.

Таблица 1.2 /1/.

Все двигатели имеют номинальные токи менее 100 А, поэтому для их зашиты выбираем автомат ВА51−35М I _Н = 100 А.

Номинальный ток теплового расцепителя принимается ближайший больший номинального тока двигателя с поправкой на окружающую температуру:

помещение, где установлены двигатели и автоматы обычное, отапливаемое, с температуройt = 20 °C; завод калибрует автоматы ВА51−35М при температуре +35°С, поэтому номинальные токи зависимых расцепителей выбираются по уравнению (6) /1/:

Ток срабатывания мгновенного расцепителя автомата принимается равным десятикратному току срабатывания теплового расцепителя. Для защиты группы двигателей ток срабатывания независимого расцепителя автомата должен быть отстроен от тока самозапуска всех двигателей:

По справочным данным /7/ выбираем автомат А3720Б с I_Н=250А. Ток срабатывания зависимого расцепителя автомата А3720Б:

что удовлетворяет требованию (7) /1/:

так как 275 А > 188,5А.

Выдержку времени независимого расцепителя автомата А3720Б приняли по справочным данным /7/ 0,03 с, что обеспечивает его селективность с мгновенными автоматами.

Ток срабатывания независимого расцепителя по справочным данным /7/автомата А3720Б равен:

или с учетом разброса минимальный ток срабатывания независимого расцепителя:

что удовлетворяет условию отстройки от токов самозапуска группы двигателей ().

Плавкие предохранители ПНБ-5

Основные параметры:

Номинальные токи: 40−630 А

Номинальные напряжения: ~ до 1250 В/ = до 750 В

Отключающая способность: до 110 кА

Способ установки: монтируются болтами на шины.

Условия эксплуатации:

Климатические исполнения: УХЛ4, О4

Диапазон рабочих температур: от — 60° до + 60°С

Группа условий эксплуатации: М7

Рабочее положение в пространстве:

вертикальное или горизонтальное

Дополнительные устройства: указатель срабатывания, свободный контакт

Особенности данного типа:

Оптимальные показатели потерь мощности за счет современной конструкции, технологии изготовления и применяемых материалов позволяют экономить электроэнергию при их эксплуатации.

Высокие эксплуатационные показатели — длительный срок службы, простота обслуживания. Широкий диапазон рабочих температур (от — 60° до + 60°С) позволяют применять данные предохранители в разных климатических условиях. Высокая отключающая способность (до 110 кА) позволяет обеспечить надежную защиту при больших значениях токов короткого замыкания.

Предохранители плавкие ППН-1

Назначение

Предохранители плавкие типа ППН-1 предназначены для защиты электрооборудования промышленных установок и электрических сетей переменного тока частотой 50 Гц напряжением до 660 В и постоянного тока напряжением до 440 В.

Предохранители ППН-1 выпускаются 5-ти величин на токи 160, 250, 400, 630 и 1000 А.

Выключатели ВА

Назначение

Выключатели ВА51−35М, ВА52−35М, ВА52−39Б предназначены для проведения тока в нормальном режиме и отключения тока при коротких замыканиях, перегрузках и недопустимых снижениях напряжения, а также для нечастых (до 6 раз в сутки) оперативных включений и отключений электрических цепей и рассчитаны для эксплуатации в электроустановках с номинальным напряжением до 440 В постоянного тока и напряжением до 660 В переменного тока частоты 50 и 60 Гц.

Серия ВА51

Автоматические включатели ВА51−35М средней коммутационной способности для защиты от коротких замыканий, перегрузок в электрических цепях напряжением до 660В

Технические характеристики

1. Номинальное напряжение электрической цепи:

до 660 В переменного тока частотой 50−60 Гц;

до 440 В постоянного тока.

2. Номинальный ток выключателей:

ВА51−35М, ВА52−35 — 100А, 250А, 400А

ВА52−39Б — 630А

2. Виды климатических исполнений выключателя УХЛ3, УХЛ3.1, Т3

3. Степень защиты от воздействия окружающей среды и от соприкосновения с токоведущими частями:

IP20 — оболочки выключателя;

IP00 — зажимов для присоединения внешних проводников.

4. Рабочее положение выключателей стационарного исполнения в пространстве — на вертикальной плоскости с возможностью поворота от этого положения в указанной плоскости на 90° в обе стороны.

/1/. Хатанова И. А. Методические указания и контрольные задания для расчетного задания по курсу «Электронные и электрические аппараты» и «Электрические и электронные аппараты в системах электроснабжения», Казань, КГЭУ 2009.

/2/. Неклепаев Б. Н., Крючков И. П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и курсового проектирования: Учеб. пособие для вузов. — 4 изд-с, перераб. и доп. М: Энергоатомиздат, 1989.

/3/. http://remont220.ru/revers. php

/4/. Компания «Электрокомплект» www.elecomt.ru (каталог продукции).

/5/. ЗАО «Спецэлектро» http://www.s-elektro.ru/ (каталог).

/6/. http://www.eltechnica.ru/catalog/id/15/item/181/

/7/. http://www.etm.ru/catalog/

/8/. www. tpk-energy.ru/rele.html

/9/. http://www.texenergo.ru/files/catalog/iek_contactori. pdf