Расчет и выбор электрических аппаратов для электроприводов и системы электроснабжения

Расчёт и выбор электрических аппаратов для электроприводов и системы электроснабжения

1. Электрические схемы электроприводов

1.1 Электрическая схема привода двух разнотипных реверсивных исполнительных органов с линейным движением

1.2 Описание работы схемы электропривода двух разнотипных реверсивных исполнительных органов с линейным движением

1.3 Электрическая схема привода поршневого компрессора

1.4 Описание работы схемы автоматического управления электроприводом поршневого компрессора

2. Схема электроснабжения приёмников электрической энергии

3. Выбор типов электродвигателей, ламп накаливания и марки нагревательных элементов. Расчёт номинальных токов низковольтных потребителей электрической энергии

4. Выбор марки и сечения питающих проводов и кабелей

4.1 Выбор марки и сечения питающего кабеля

4.2 Выбор марок и сечений кабелей и проводов для питания электродвигателей

4.3 Выбор проводов для питания осветительной и нагревательной установок

5. Выбор силового и распределительного шкафа (пункта). Выбор аппаратов устанавливаемых в них

5.1 Выбор силового распределительного шкафа

5.2 Выбор рубильника, установленного в силовом шкафу

5.3 Выбор предохранителей силового шкафа

5.4 Выбор силового распределительного пункта

5.5 Выбор воздушного автоматического выключателя QF1 распределительного пункта

5.6 Выбор автоматов QF2, QF3, QF5, QF6 для электродвигателей M1 и М2, осветительной и нагревательной установок

6. Выбор электрических аппаратов для управления электродвигателями, нагревательной и осветительной установками

6.1 Выбор магнитных пускателей для электродвигателей M1 и M2

6.2 Выбор контактора для электродвигателя М3

6.3 Выбор магнитных пускателей КМ6 и КМ7 для управления осветительной и нагревательной установками

6.4 Выбор электротепловых реле для защиты от перегрузок электродвигателей М1, М2, М3

7. Выбор аппаратов для схемы управления привода двух исполнительных разнотипных реверсивных органов с линейным движением

7.1 Выбор кнопок управления SB1 и SB2 и реле времени КТ

7.2 Выбор кнопочных выключателей SQ1, SQ2, SQ3, SQ4

7.3 Выбор промежуточных реле KV1, KV3 и диодов однофазной мостовой схемы

8. Выбор аппаратов для схемы управления электроприводом поршневого компрессора

8.1 Выбор кнопок управления SB1, SB2, SB3, SB4, реле времени и диодов выпрямительного моста

8.2 Выбор промежуточных реле KV1 — KV10, сигнальных ламп и резисторов

8.3 Выбор понижающих трансформаторов TV1, TV2 и предохранителей FU5

8.4 Выбор датчиков давлений и температуры Заключение Библиографический список

В настоящее время под электрическими аппаратами понимают электротехнические устройства управления потоком энергии и информации. При этом речь может идти о потоках энергии различного вида: электрической, механической, тепловой и других. Например, потоком механической энергии от двигателя к технологической машине может управлять электромагнитная муфта. Потоками тепловой энергии можно управлять при помощи электромагнитных клапанов и заслонок.

Однако наибольшее распространение получили электрические аппараты управления потоками электрической энергии для изменения режимов работы, регулирования параметров, контроля и защиты электротехнических систем и их составных частей. Как правило, функции таких электрических аппаратов осуществляется посредством коммутации (включения и отключения) электрических цепей с различной частотой, начиная от относительно редких, нерегулярных значений, до периодических высокочастотных, например, в импульсных регуляторах напряжения.

В электротехнических комплексах и системах применяют различные электрические и электронные аппараты. Эти аппараты отличаются между собой устройством, принципом работы, конкретным назначением и областью применения, номинальными параметрами, техническими характеристиками, а также графическими буквенными обозначениями.

Современные высокие требования к качеству технологического процесса и производительности различных механизмов могут быть обеспечены только на основании применения автоматизированных электроприводов. Успех работы автоматизированного электропривода зависит в значительной мере от индивидуальных свойств отдельных аппаратов и устройств, а также от их совместной работы.

Для понимания современных электротехнических систем автоматизированного электропривода, умения их анализировать и рассчитывать необходимо знать, кроме устройства и принципа работы аппаратов и их функциональные свойства относительно входных и выходных параметров.

1. Электрические схемы электроприводов

1.1 Электрическая схема привода двух разнотипных реверсивных исполнительных органов с линейным движением

По условию задания составляем электрическую схему электропривода двух разнотипных реверсивных исполнительных органов с линейным движением (рис. 1)

Рисунок 1.? Схема автоматического управления электроприводом двух исполнительных органов с линейным движением На схеме (рис. 1) представлены буквенные обозначения электродвигателей и аппаратов:

· QF — автоматический воздушный выключатель (автомат);

· М — электродвигатель;

· SB — выключатель кнопочный;

· КМ — магнитный пускатель;

· КК — реле электротепловое;

· QS — рубильник;

· TV — понижающий трансформатор;

· КT — реле времени;

· KV — промежуточное реле;

· SQ — путевой выключатель.

1.2 Описание работы схемы электропривода двух разнотипных реверсивных исполнительных органов с линейным движением

Включают автоматы QF2 и QF3. Включается реле KV3.

При нажатии на замыкающую кнопку SB1 (рис. 1) подается питание на катушку управления магнитного пускателя КМ1. В результате замыкаются контакты КМ1 в силовой цепи, подключая асинхронный двигатель М1 к сети переменного трехфазного напряжения. Одновременно замыкается блок-контакт КМ1, шунтируя кнопку SB1, что позволяет ее отпустить. Движущийся первый ИО перемещается из точки 1 в точку 2, первый ИО нажимает на путевой выключатель SQ2, при этом верхний его контакт замыкается, а нижний размыкается. В результате размыкания нижнего контакта разорвется цепь питания катушки КМ1 и двигатель отключается от сети. Замыкание верхнего контакта SQ2 обеспечивает подачу напряжения на катушку реле времени КТ. Через заданное время контакт КТ замыкается, что создает цепь для питания катушки магнитного пускателя КМЗ. Его включение обеспечивает перемещение второго ИО из точки 3 в точку 4 электродвигателем М2. Достигнув точки 4, второй ИО приводит к срабатыванию путевого выключателя SQ4 и к переключению контактов промежуточного реле KV2. В результате чего получают питание катушки пускателей КМ2 и КМ4, которые включают электродвигатели M1 и М2 с обратным направлением вращения, обеспечивая перемещение движущихся исполнительных органов из точки 2 в точку 1 и из точки 4 в точку 3 соответственно. При достижении движущимися ИО точек 1 и 3 путевыми выключателями SQ1 и SQ3 разрывается цепь катушек пускателей КМ2 и КМ4 и электродвигатели отключаются от сети.

Для предотвращения случайной подачи питания на магнитный пускатель КМ1 при уже включенном КМ2 в цепь катушки реле КТ введен размыкающий контакт промежуточного реле KV1, катушка которого получает питание одновременно с катушкой КМ2.

1.3 Электрическая схема привода поршневого компрессора

Исходя из условия задания, составляем электрическую схему автоматизированного электропривода поршневого компрессора (рис. 2). По заданию, асинхронный низковольтный электродвигатель мощностью 90 кВт, подключенный к участку электрической сети, предназначен для привода компрессора.

На схеме (рис. 2) представлены буквенные обозначения:

· QF — автоматический воздушный выключатель;

· КМ — магнитный пускатель;

· КК — реле электротепловое;

· М — электродвигатель;

· SB — выключатель кнопочный;

· KV — промежуточное реле;

· FU — предохранитель плавкий;

· КТ — реле времени;

· VD — силовой неуправляемый кремниевый диод;

· TV — понижающий трансформатор;

· R — резистор сопротивления;

Рисунок 2.? Схема автоматического управления электроприводом поршневого компрессора

· HL — сигнальная лампа;

· SP1 — контроль давления воздуха в ресивере;

· SP2.1 — контроль максимального давления воздуха в холодильнике;

· SP2.2 — контроль минимального давления воздуха в холодильнике;

· SP3 — контроль давления охлаждающей жидкости компрессора;

· SP4 — контроль давления масла подводимого к подшипникам для смазки;

· FP — контроль температуры масла смазки;

· YA1 — клапан электрогидравлический (подача охлаждающей жидкости);

· YA2 — клапан электрогидравлический (выход воздуха из компрессора в атмосферу запрещен).

1.4 Описание работы схемы автоматического управления электроприводом поршневого компрессора

Асинхронный двигатель компрессора запускается с места установки компрессора с помощью кнопки пуска SB3, а также из диспетчерской кнопкой SB1. Разрешение на пуск осуществляется с помощью реле KV2, если давление в воздухосборнике меньше нормы. При этом контакт реле давления SP1.2 в цепи реле KV2 замкнут, на катушку реле KV2 подается напряжение, и замыкающий контакт KV2 в цепи линейного контактора КМ5 замкнут. После включения контактора КМ5, получает питание катушка электрогидравлического клапана UA1, который подает охлаждающую воду в компрессор. Через определенное время, посредством контакта реле времени КТ, получает питание реле KV4, которое включает клапан YА2. Этот клапан закроет выход воздуха из компрессора в атмосферу. Выдержка реле времени КТ несколько превышает время пуска двигателя, благодаря чему клапан YА1 открыт и пуск двигателя облегчается.

Если расход воздуха невелик, и давление в ресивере превосходит норму, то замыкается контакт SP1.1 в цепи реле KV3. Последнее своим размыкающим контактом отключает реле KV2. Цепь контактора КМ5 теряет питание, и двигатель отключается от сети.

Когда потребление воздуха возрастает, и давление в ресивере снизится по сравнению с нормой, реле давления замкнет свой верхний контакт SP1.2 и включит реле KV2. Катушка контактора снова получит питание, и компрессор включится в работу аналогично предыдущему описанию.

Схема обеспечивает автоматическое отключение двигателя, если выходят за пределы нормы давления воздуха в холодильнике, давление охлаждающей воды и масла, подводимого к коренным подшипникам, а также температура масла. Указанные параметры контролируются с помощью реле: SP2, SP3, SP4 и температурного реле FP. Сигналы на отключение двигателя подаются через реле KV5 — KV9 на реле KV10, которое производит аварийное отключение контактора КМ5.

2. Схема электроснабжения приёмников электрической энергии

Схема электроснабжения (рис. 3) составлена с учетом всех требований и норм в обеспечении приемников электроэнергией.

В схему включены два шкафа, предназначенные для приема и распределения электрической энергии к группам потребителей, коммутационные аппараты и защиты электроустановок от опасных режимов работы.

Рисунок 3.? Схема электроснабжения приемников электрической энергии В схеме используются следующие обозначения:

· ШС — шкаф силовой;

· ШР — шкаф распределительный;

· QS — рубильник;

· FU — предохранитель;

· QF1 — выключатель автоматический, вводной;

· QF2 — QF6 — выключатели автоматические, линейные;

· КМ1 — КМ6 — магнитные пускатели;

· HL — лампа накаливания;

· R — нагревательные элементы;

· КК1 — ККЗ — реле тепловые;

· М1 — М3 — асинхронные двигатели.

3. Выбор типов электродвигателей, ламп накаливания и марки нагревательных элементов. Расчёт номинальных токов низковольтных потребителей электрической энергии

Расчет номинальных токов низковольтных потребителей электрической энергии необходим для выбора марок и сечений питающих проводов и кабелей, а также для выбора коммутационных аппаратов и аппаратов защиты.

По данным мощностям и числу оборотов двигателей из справочника выбираем марки двигателей серии 4А.

Двигатель М1: марка 4А200М6У3, параметры: скольжение 2,5%, КПД = 90%, .

Двигатель М2: марка 4А160S6У3, параметры: скольжение 3%, КПД = 86%, .

Двигатель М3: марка 4А355S12У3, параметры: скольжение 2%, КПД = 91,5%, .

Номинальный рабочий ток потребителя электрической энергии определяем по формуле:

где Р₁ — потребляемая мощность электродвигателем, Вт;

U_л.ном — номинальное линейное напряжение сети, В;

cosY_H — номинальный косинус угла сдвига фаз.

Потребляемая мощность Р₁ определяется по выражению:

где з — КПД электродвигателя.

Номинальное линейное напряжение сети принимаем равным 380 В.

Определяем номинальный рабочий ток электродвигателя М1:

;

.

Определяем номинальный рабочий ток электродвигателя М2:

;

.

Определяем номинальный рабочий ток электродвигателя М3:

;

.

Определяем номинальный рабочий ток осветительной установки по формуле:

где P_OC — данная по условию мощность осветительной установки,

cosY_HOC =1.

.

Определяем номинальный рабочий ток нагревательной установки:

где P_Н — данная по условию мощность нагревательной установки, cosY_HНУ =1.

Определяем номинальный рабочий ток, который течет в силовом кабеле по формуле:

где — суммарная потребляемая мощность всех низковольтных потребителей электрической энергии, cosY_CP — косинус угла сдвига средневзвешенный.

;

;

;

;

.

Таким образом, ток, который течет в силовом кабеле, равен 250,93 А.

4. Выбор марки и сечения питающих проводов и кабелей

4.1 Выбор марки и сечения питающего кабеля

Выбираем марку и сечение силового питающего кабеля по токоведущим жилам, которого протекает ток, равный 250,93 А.

Магистральная линия силовой сети напряжением 380 В прокладывается в земле. Принимаем марку кабеля ААШВ: четырехжильный питающий кабель с алюминиевыми жилами, с бумажной изоляцией (пропитанной маслоканифольной и нестекающей массой), рассчитанный на напряжение до 1000 В, длительно допустимую токовую нагрузку 270 А, сечение жил 120 ммІ.

Условие выбора кабеля выполняются:

1); ,

2); .

где I_нвп — номинальный ток плавких вставок предохранителей типа ПН2−400, устанавливаемых в силовом шкафу.

4.2 Выбор марок и сечений кабелей и проводов для питания электродвигателей

привод электродвигатель лампа кабель Выбор провода для питания электродвигателя М1, М2, М3 необходимо проводить с учетом номинального тока, потребляемого этим двигателем.

Номинальный ток, потребляемый электродвигателем М1 равен 41,266 А. Исходя из этого принимаем четыре одножильных провода марки АПВ, проложенных в трубе. Провода марки АПВ с алюминиевой жилой и поливинилхлоридной изоляцией, сечение жилы 16 мм², длительно допустимая токовая нагрузка 55 А, рабочее напряжение 380 В.

Условия выбора провода выполняются:

; .

Номинальный ток, потребляемый электродвигателем М2 равен 22,597А.

Принимаем четырехжильный кабель АПВ, проложенный в одной трубе.

Кабель марки АПВ с алюминиевыми жилами и поливинилхлоридной изоляцией, имеющий длительно допустимую токовую нагрузку 23А и сечение токоведущей жилы 4 мм².

Номинальный ток, потребляемый электродвигателем М3 равен 163,86А.

Принимаем четырехжильный кабель АПВ, проложенный в одной трубе.

Кабель марки АПВ с алюминиевыми жилами и поливинилхлоридной изоляцией, имеющий длительно допустимую токовую нагрузку 175А и сечение токоведущей жилы 95 мм².

4.3 Выбор проводов для питания осветительной и нагревательной установок

Выбор проводов для подсоединения осветительной и нагревательной установок к распределительному шкафу проводится из произведенных выше расчетов номинальных токов этих установок.

Номинальный ток осветительной установки равен 7,75 А. Выбираем для этой установки провод марки АПВ с длительно допустимой токовой нагрузкой 19 А и сечением токоведущей жилы 2,5 мм².

Номинальный ток нагревательной установки равен 37,98 А. Выбираем для этой установки провод марки АПВ с длительно допустимой токовой нагрузкой 39 А и сечением токоведущей жилы 10 мм².

Провод марки АПВ с алюминиевыми жилами с поливинилхлоридной изоляцией, число жил — четыре, (для одной установки), напряжение переменного тока 380 В (ГОСТ 6323−79). Провода проложены в трубе.

5. Выбор силового и распределительного шкафа (пункта). Выбор аппаратов устанавливаемых в них

5.1 Выбор силового распределительного шкафа

Для приема и распределения электроэнергии к группам потребителей трехфазного переменного тока промышленной частоты напряжением 380 В применяют силовые распределительные шкафы и пункты.

Для нашей схемы электроснабжения приемников электрической энергии, расположенных в крытом помещении (цеху), выбираем силовой шкаф серии ШР11 типа ШР11−73 407−22У3, степень защиты IР22. Номинальный ток шкафа 400 А. Размеры шкафа составляют 600×350×1600 мм.

5.2 Выбор рубильника, установленного в силовом шкафу

В силовом шкафу установлен вводной рубильник. Рубильник выбирается из условия соответствия его номинального тока, номинальному допустимому рабочему току питающего кабеля.

Устанавливаем рубильник трехполюсный, тип Р16; номинальное напряжение 380В; номинальный ток рубильника 400А; ток электродинамической стойкости 30кА; термическая стойкость односекундная 144кА² — с; число полюсов — три; вид привода — боковая рукоятка; масса 2,8 кг.

5.3 Выбор предохранителей силового шкафа

Предохранители плавкие (ГОСТ 17 242−71) предназначены для защиты электрических сетей от токов перегрузки и короткого замыкания.

Выбор предохранителя проводим исходя из условия:

где I_нвп — номинальный ток плавкой вставки предохранителей силового шкафа.

Принимаем для силового распределительного шкафа предохранители с наполнителем, с закрытым разборным патроном серии ПН2. Тип предохранителя ПН2−400, номинальное напряжение до 500 В, номинальный ток предохранителя 400 А, плавкой вставки 350 А, предельный ток отключения 40 кА.

5.4 Выбор силового распределительного пункта

От силового шкафа получает питание силовой распределительный пункт. Силовой шкаф и распределительный пункт (шкаф) соединены между собой силовым кабелем марки ААШВ с алюминиевыми жилами сечением 120 ммІ и допустимой токовой нагрузкой 270 А.

К распределительному пункту присоединены пять потребителей электрической энергии. Из стандартно выпускаемых распределительных пунктов выбираем распределительный пункт, трехфазный, серии ПР24 с автоматическими выключателями серии А3700.

Пункт распределительный, тип ПР24−7515−54УЗ напольного исполнения. Способ монтажа внешней проводки: сверху и снизу проводами и кабелями с резиновой или пластмассовой изоляцией, а также снизу кабелями с бумажной изоляцией. Длительно допустимый ток пункта 600 А; количество и тип выключателей ввода: тип А3744С, предел регулирования номинального тока расцепителя 400−630А; отходящие линии: 2 выключателя А37 226ФУЗ с расцепителем 250А; 2 выключателя А3716ФУЗ с расцепителем 16−160А; 2 выключателя Ф3716ФУЗ с расцепителем 16−80А.

Распределительные пункты серии ПР24 изготовляют в соответствии с ТУ16 — 536.432 — 74.

В зависимости от конкретных типов автоматов они могут заменять защиту — предохранители и тепловые реле.

5.5 Выбор воздушного автоматического выключателя QF1 распределительного пункта

Стандартно устанавливаемые выключатели в распределительном пункте — это выключатели серии А3700, которые предназначены для замены рубильников и предохранителей. Автоматические выключатели серии А3700 выпускают в различных исполнениях.

Выбираем автомат селективный типа А3744С с полупроводниковым расцепителем максимального тока.

С учетом теплового поправочного коэффициента номинальный ток полупроводникового расцепителя равен

;

где К = 0,85 — тепловой поправочный коэффициент.

Технические данные автомата А3744С: номинальное напряжение 380 В, номинальный ток автомата 400А, предел регулирования номинального тока расцепителя 400А, 500А, 630А, пределы регулирования уставки во времени срабатывания в зоне токов КЗ — (3, 5, 7, 10) I_н.пр., калибруемые значения уставки во времени срабатывания в зоне токов КЗ — 0,1 с; 0,25 с; 0,4 с. Защиты в зоне перегрузки нет.

Пусковой ток самого мощного электродвигателя (электродвигателя компрессора):

Кратковременную токовую нагрузку автомата QF1 определяем из условий пуска двигателя поршневого компрессора:

Пиковый расчетный ток:

.

где К_зап =1,25 — коэффициент запаса.

Ток несрабатывания автомата QF1 от пускового тока самого мощного электродвигателя:

Где К_у — кратность стандартной уставки (Ку = 3, 5, 7, 10).

Условия выбора автомата QF1 выполняются. Автомат от пускового тока не срабатывает, а срабатывает от токов К.З.

5.6 Выбор автоматов QF2, QF3, QF5, QF6 для электродвигателей M1 и М2, осветительной и нагревательной установок

Потребляемый ток электродвигателями M1 равен 41,266 А.

С учетом теплового поправочного коэффициента номинальный расчетный ток электромагнитного расцепителя токоограничивающего автомата QF2 равен:

Пусковой ток электродвигателя М1

Пиковый расчетный ток электродвигателя М1:

Для защиты этого электродвигателя от токов КЗ выбираем автоматы типа A3716ФУЗ с электромагнитными расцепителями. Автомат имеет следующие технические данные: номинальное напряжение до 660 В, номинальный ток автомата 160А. Номинальная уставка тока трогания электромагнитного расцепителя в зоне токов КЗ равна 630 А.

Аналогично, расчетные значения при выборе автомата QF3 для электродвигателя М2:

Пиковый расчетный ток электродвигателя М2:

Условия выбора автомата QF3 выполняются. Для электродвигателя М2 принимаем такой же тип автомата, как и для электродвигателя М1.

Номинальный ток электродвигателя МЗ равен 163,86 А.

Номинальный расчетный ток электромагнитного расцепителя автомата QF4 равен:

Пусковой ток электродвигателя М3

Пиковый расчетный ток электродвигателя М3:

Ток несрабатывания электромагнитного расцепителя автомата QF4 от пускового тока электродвигателя М3:

Условия выбора автомата QF4 выполняются Выбираем автоматический воздушный выключатель типа А3732ФУЗ с электромагнитным расцепителем, который срабатывает в зоне токов КЗ. Его параметры: номинальное напряжение до 660 В. Номинальный ток электромагнитного расцепителя ().

Кратность стандартной установки равна К_у=10.

Для защиты нагревательной и осветительной установок от возможных перегрузок и токов КЗ устанавливаем автоматы типа 3716ФУЗ с термобиметаллическими и электромагнитными расцепителями. Автоматы имеют следующие технические данные: номинальное напряжение до 660 В, номинальный ток автомата 80А. Номинальные токи термобиметаллического расцепителя 16А, 20А, 32А, 40А, 50А, 63А, 80А. Номинальная уставка тока трогания электромагнитного расцепителя в зоне КЗ равна 250А и 400А.

Уставка токов электромагнитного и термобиметаллического расцепителей не регулируются. Термобиметаллические расцепители 1-го и 2-го габаритов допускают возможность замены в условиях эксплуатации расцепителями другого номинального тока без дополнительных регулировки.

Ток срабатывания теплового расцепителя автомата в зоне токов перегрузки равен:

Номинальный ток термобиметаллического (теплового) расцепителя принят равным Номинальная уставка тока трогания электромагнитного расцепителя в зоне токов КЗ принята равной

Условие выбора автоматов типа 3716ФУЗ для нагревательной и осветительной установок выполняется:

6. Выбор электрических аппаратов для управления электродвигателями, нагревательной и осветительной установками.

6.1 Выбор магнитных пускателей для электродвигателей M1 и M2

Пускатели серии ПМС предназначены для дистанционного пуска, остановки и реверсирования, а также для защиты от перегрузок недопустимой продолжительности и от токов, возникающих при обрыве одной из фаз трехфазных электродвигателей серии 4А с короткозамкнутым ротором.

Для управления электродвигателем M1 выбираем магнитный пускатель типа ПМС-4. Его технические параметры: номинальный ток пускателя 63 А; номинальное рабочее напряжение 380 В; вид исполнения IP00; допустимая частота включений в час — 3000; механическая износостойкость 16 млн. циклов; коммутационная износостойкость 3 млн. циклов.

Для управления электродвигателем M2 выбираем магнитный пускатель типа ПМС-2. Его технические параметры: номинальный ток пускателя 25 А; номинальное рабочее напряжение 380 В; вид исполнения IP00; допустимая частота включений в час — 2400; механическая износостойкость 14 млн. циклов; коммутационная износостойкость 3 млн. циклов.

6.2 Выбор контактора для электродвигателя М3

Так как электродвигатель М3, предназначенный для привода поршневого компрессора, имеет мощность 82 кВт, то для его управления применяем контактор. Контактор — устройство автоматического управления, предназначенный для включения и отключения асинхронных электродвигателей.

Для управления электродвигателем М3 привода поршневого компрессора принимаем контактор трех полюсный переменного тока серии КТ6000 напряжением до 660 В; тип контактора КТ6632; номинальный ток 250 А; механическая износостойкость 10 млн. циклов; коммутационная 0,2 млн. циклов. Допустимая частота включений в час — 1200.

6.3 Выбор магнитных пускателей КМ6 и КМ7 для управления осветительной и нагревательной установками

Предполагаем, что магнитные пускатели установлены на вводе электрических схем этих установок. Для регулирования освещённости рабочего помещения установлены осветительные щитки с однофазными автоматическими выключателями. Для регулирования температуры окружающей среды нагревательная установка имеет свой регулятор.

При выборе пускателей KM6 и KM7 исходим из номинальных токов нагревательной и осветительной установок.

Номинальный рабочий ток осветительной установки 7,75 А, то для ее управления выбираем магнитный пускатель типа ПМС-1. Номинальный ток 10 А; номинальное рабочее напряжение 380 В; допустимая частота включений в час — 6000; исполнение IP00, механическая износостойкость 16 млн. циклов. Коммутационная износостойкость 3 млн. циклов.

Номинальный рабочий ток нагревательной установки 37,98 А. Для ее управления выбираем аналогичный пускатель типа ПМС-3.

— Номинальный ток пускателя 40 А;

— номинальное рабочее напряжение 380 В;

— допустимая частота включений в час — 3000;

— исполнение IP00,

— механическая износостойкость 12,5 млн. циклов.

— Коммутационная износостойкость 2,5 млн. циклов.

6.4 Выбор электротепловых реле для защиты от перегрузок электродвигателей М1, М2, М3

Трехполюсные электротепловые реле необходимо применять лишь в том случае, когда перегрузочная способность электродвигателя по моменту меньше двух. В противном случае необходимо применять однополюсные или двухполюсные реле.

Для защиты электродвигателей М1, М2 и М3 от перегрузок по току выбираем реле серии ТРП. Реле однополюсное, номинальные токи нагревательных элементов реле 50−150 А. В тепловом реле ТРП предусмотрены два исполнения по возврату: ручной возврат с гарантированным отсутствием самовозврата контактной группы и самовозврат с ускорением возврата вручную.

Реле не срабатывает при длительном обтекании током, равном току уставки; срабатывает в течение 20 мин после увеличения тока по сравнению с током уставки на 20%. Реле нормально работает при токах, не превышающих 15-кратного значения. Реле допускает нагрузку 18-кратным номинальным током теплового элемента в течение 1 с, или до срабатывания реле, если оно произойдет за время меньше 1 с.

Уставки по току используют только в том случае, если номинальный ток электродвигателя не равен номинальному току реле (нагревателя).

Ток срабатывания теплового реле определяется исходя из условий:

Принимаем реле типа ТРН-40. Номинальный ток теплового элемента равен 40 А. Этот ток не совпадает с номинальным током электродвигателя М1 .

Принимаем уставку по току 5%, что соответствует 2 А от заводского калиброванного номинального тока нагревателя 40 А.

Условие выбора реле для защиты электродвигателя М1 выполняется:

Выполняем аналогичные расчеты для защиты электродвигателя М2:

Принимаем реле типа ТРН-25. Номинальный ток теплового элемента равен 25 А. Этот ток совпадает с номинальным током М2

Принимаем уставку по току 5%, что соответствует 1, 25 А от заводского калиброванного номинального тока нагревателя 25 А.

Условие выбора реле для защиты электродвигателя М2 выполняется:

Выполняем аналогичные расчеты для защиты электродвигателя М3:

Принимаем реле типа РТТ-3. Номинальный ток теплового элемента равен 160 А. Этот ток не совпадает с номинальным током электродвигателя М3. Принимаем уставку по току 5%, что соответствует 8 А от заводского калиброванного номинального тока нагревателя 160 А.

Условие выбора реле для защиты электродвигателя М3 выполняется:

7. Выбор аппаратов для схемы управления привода двух исполнительных разнотипных реверсивных органов с линейным движением

7.1 Выбор кнопок управления SB1 и SB2 и реле времени КТ

Коммутационные кнопки предназначены для коммутации цепей управления. Коммутационные кнопки бывают однополюсного и двухполюсного включения, а так же комбинированные.

Выбираем кнопки с цилиндрическим толкателем серии КЕ. В качестве кнопки SB1 принимаем кнопку типа КЕ011У3 (первое исполнение), в качестве кнопки SB2 — кнопку типа КЕ011У3 (второе исполнение). Степень защиты со стороны толкателей IР40. Номинальный ток контактов — 6А.

Реле времени предназначено для передачи команд из одной электрической цепи управления в другую, с определенным предварительно установленным запаздыванием.

Принимаем реле типа ВЛ-26У4. Его технические параметры: номинальное рабочее напряжение 220 В; диапазон выдержки времени от 0,1 с до 10 мин; коммутируемая мощность на переменном токе при cosг=0,4 равна 250 ВА; механическая износостойкость 10 млн. циклов; коммутируемая износостойкость 2,5 млн. циклов; потребляемая мощность 6,5 ВА; число контактов — 1; время возврата не более 0,2 с. Можно принять вместо реле ВЛ — 26У4 моторное реле серии РВ4 типа РВ4 — 3 с диапазоном выдержки времени 0,5 — 15 мин.

7.2 Выбор конечных выключателей SQ1, SQ2, SQ3, SQ4

Для схемы управления электроприводом двух исполнительных органов с линейным движением выбираем путевые контактные выключатели SQ1, SQ2, SQ3 мгновенного действия серии ВПК 1000.

Рассчитываем ток в ветви реле по формуле:

где Rk — сопротивление катушки реле, принимаем Rk=250 Ом.

.

Принимаем путевые (конечные) контактные выключатели мгновенного действия серии ВКП1000 типа ВПК1211У4. Частота включений 1200 при ПВ=10%. Число контактов — 1 замыкающий и 1 размыкающий; предельный ток включения отключения 16 А; рабочий ход толкателя не более 2,4 мм; полный ход 5,4 мм; усилие нажатия 5 Н. Механическая износостойкость не более 5 млн. циклов, коммутационная износостойкость 1 млн. циклов. Род тока — переменный частотой 50−60 Гц, режим работы: включение при cosY=0,6…0,7, отключение при cosY=0,3…0,4. Номинальная сила тока продолжительного режима — 4 А, номинальное напряжение 220 В.

Конечный выключатель SQ4 бесконтактного типа. Устанавливаем конечный выключатель серии БВК-24. Он получает питание от источника постоянного тока напряжением 24 В.

Для выбора типа выключателя SQ4 определяем полную мощность, напряжение и ток вторичной обмотки трансформатора. Для этого предварительно определяем протекающий ток в катушке управления промежуточного реле KV2, катушка управления которого включена в цепь выключателя SQ4. Принимаем реле серии РПУ-2 типа РПУ-2−12 203.

Его технические параметры:

— номинальное напряжение 24 В;

— число контактов замыкающих — 2;

— число контактов размыкающих — 2;

— номинальный ток контактов 4 А;

— механическая износостойкость 10 млн. циклов;

— электрическая износостойкость контактов 1 млн. циклов;

— степень защиты IP00;

— категория размещения — 3;

— расчётный ток катушки управления 0,12 А;

— сопротивление катушки управления 237 В.

Условие выбора реле выполняются:

По условию имеем: U_Д=24 В (действующее напряжение на участке цепи управления), I=0,88 А — ток, протекающий по участку цепи, соsY=0,9 — угол сдвига фаз трансформатора.

Полная мощность трансформатора определяется по формуле:

где U_2Ф — фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора.

Принимаем трансформатор серии ОСМ. Такой трансформатор принимают также для питания цепей управления электродвигателей, для питания низковольтных цепей сигнализации и выпрямителей, собранных по двухпериодной схеме выпрямления. Тип трансформатора ОСМ-0,1, номинальная мощность вторичных обмоток управления S_нт=0,1 кВА, номинальное напряжение вторичной обмотки управления 29 В, после выпрямления 24 B при номинальной нагрузке. Трансформатор ТV1 принимаем типа ОСМ-0,1 с номинальным напряжением вторичной обмотки 220 В.

Бесконтактный путевой выключатель серии БВК предназначен для контроля положения механизмов или отдельных узлов машин.

В данной схеме (рисунок 1) применяем выключатель типа БВК201−24×4, напряжение питания 24 В постоянного тока; степень защиты IP65; основная погрешность по пути срабатывания и возврата не превышает 0,1 мм. Время переключения не превышает при включении 1 мс, при отключении 2 мс; длительность выходного импульса определяется скорость движения пластины и её шириной.

7.3 Выбор промежуточных реле KV1, KV3 и диодов однофазной мостовой схемы

Определяем расчётный ток в ветви схемы, где установлена катушка реле:

В качестве реле KV1 и KV3 выбираем реле серии РПУ-2.

Для KV1 принимаем реле типа РПУ-2−60 203.

Для реле KV3 принимаем реле типа РПЧ-2−62 003.

Номинальный ток контактов обоих реле равен 4А.

Условия выбора реле KV1 и KV3 выполняются.

Диодный мост предназначен для выпрямления переменного тока. Однофазная мостовая схема характеризуется высоким коэффициентом использования мощности и поэтому может быть рекомендована в устройствах повышенной мощности до 1кВ.

Выбираем плоскостные диоды (вентили) серии КД.

Среднее значение тока вентиля принимаем равным:

I_в=0,5•I_d; I_в=0,5•0,1=0,05 A,

где I_d — расчётный выпрямленный ток.

Амплитудное обратное напряжение на одном плече схемы выпрямителя равно:

I_{обр.ток}=1,57• U_d =1,57•24=37,7 В Для диодного моста принимаем четыре диода типа КД 106А. Технические данные диода: номинальный (средний) ток 0,3 А, (0,3>0,05 А); номинальное обратное амплитудное напряжение 100 В, (100>37,7 В); прямое падение напряжения 1 В; охлаждение — воздушное, естественное.

8. Выбор аппаратов для схемы управления электроприводом поршневого компрессора

8.1 Выбор кнопок управления SB1, SB2, SB3, SB4, реле времени и диодов выпрямительного моста

В качестве кнопок управления SB1 и SB2 принимаем принимаем кнопки с цилиндрическим толкателем типа КЕ 011 (первое исполнение), а в качестве кнопок SB2 и SB4 — типа КЕ 011 (второе исполнение). Номинальный ток контактов кнопок 6А. Степень защиты IP40.

По конструктивным и технологическим условиям пуска поршневого компрессора необходимо, чтобы выдержка реле времени КТ немного превышала время пуска поршневого компрессора. Ориентировочно (не указан тип компрессора), принимаем, что время пуска таких компрессоров не превышает 10 секунд. Исходя из этого условия в качестве реле времени принимаем реле типа ВЛ-26 у.е.го основные технические параметры: номинальное рабочее напряжение 220 В; диапазон выдержки времени 0,1 с до 10 мин; число контактов — 1; потребляемая мощность 6,5 ВА.

Выпрямительный мост на диодах предназначен для питания катушек электромагнитов УА1 и УА2 выпрямленным током на постоянном напряжении 24 В.

Электромагниты используются в качестве привода электрогидравлических клапанов.

В качестве электромагнитов УА1 и УА2 принимаем электромагниты серии ЭЛ. Их данные:

— номинальное усилие 100 Н;

— ход якоря 10 мм;

— номинальное напряжение катушек 24 В.

Сопротивление катушек 10 Ом.

Номинальный ток катушек 2,4 А.

Для диодного моста выбираем четыре диода серии В — кремниевые — штыревые.

Среднее значение тока вентиля принимаем равным:

I_в=0,5•I_d; I_в=0,5•2,4=1,2 A.

Амплитудное обратное напряжение на одном плече схемы выпрямителя равно 37,7 В.

Принимаем четыре диода типа В 10. Технические данные диода: номинальный (средний) ток 10 А, (10 А>1,2 А); номинальное обратное амплитудное напряжение 150 В, (150>37,7 В); прямое падение напряжения 1,35 В; охлаждение — воздушное, естественное.

8.2 Выбор промежуточных реле KV1 — KV10, сигнальных ламп и резисторов

Промежуточное реле в схеме управления электроприводом поршневого компрессора выбирается аналогично описанному выше.

В качестве промежуточных реле KV1, KV2, KV4, KV5 — KV9 принимаем реле типа РПУ-2−62 003, а в качестве реле KV3 и KV10 — типа РПУ-2−60 203. Технические параметры этих реле указаны выше.

Световая сигнализация серии АС предназначена для световой сигнализации (предупреждающей, аварийной, положения) и применяется в общепромышленных стационарных установках на напряжение до 500 В переменного тока с частотой 50−60 Гц, постоянного тока на напряжение до 500 В.

Номинальное стационарное напряжение 24 В. Светосигнальное устройство серии АС для ламп со штыревым цоколем, выпуклым светофильтром, диаметром светящейся поверхности светофильтра 25 мм, патрон под цоколь 1Ш9/14−1 климатическим исполнением и категорией размещения У2.

Принимаем светосигнальное устройство типа АСШО03ЗУ2, светофильтр красный, напряжение 24 В при частоте 50 Гц.

— Тип ламп в устройстве А24−1;

— номинальное напряжение 24 В;

— номинальная мощность 2,5 Вт; ГОСТ 2023;75.

Так как напряжение ламп меньше напряжения сети то для обеспечения нормальной работы необходимо установить резисторы, которые будут понижать напряжение сети до 24 В. из условия выбора необходимо, чтобы падение напряжения составляло: 220−24=196 В.

Определим сопротивление резистора:

.

Проверочный расчет: ДU=490•0,04 = 196 В, U= 220−196 = 24 В.

Условие выполнено.

Резисторы выбираем типа ПЭВР, имеется возможность регулирования сопротивления. Проволочные эмалированные резисторы используются в схемах управления и регулируются I и II гр. по условиям эксплуатации. Номинальное сопротивление резисторов ПЭВР 10 — 510 Ом. В нашем случае — 490 Ом.

8.3 Выбор понижающих трансформаторов TV1, TV2 и предохранителей FU5

Полная мощность трансформатора определяется по формуле:

где U_2Ф — фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора.

Принимаем трансформатор серии ОСМ. Такой трансформатор принимают также для питания цепей управления электродвигателей, для питания низковольтных цепей сигнализации и выпрямителей, собранных по двухпериодной схеме выпрямления.

— Тип трансформатора ОСМ-0,16 — однофазный, сухой, многоцелевого назначения;

— номинальная мощность трансформатора 0,16 кВА,

— номинальная мощность вторичных обмоток 0,1 кВА;

— номинальное напряжение первичной обмотки 380 В,

— номинальное напряжение вторичной обмотки 220 В.

Предохранители FU5 предназначены для защиты схемы управления от токов КЗ принимаем предохранители серии ПР-2.

8.4 Выбор датчиков давлений и температуры

В схеме управления электроприводом поршневого компрессора можно использовать в качестве датчиков давления электроконтактные манометры типа ЭКМ-1У. Манометры контролируют давление воздуха, масла и воды.

Технические параметры манометра: напряжение манометра 220 В; класс точности 1,5; разрывная мощность 10 ВА; верхние пределы избыточного давления манометра ЭКМ-1У: 0,1; 0,16; 0,25; 0,4; 0,6; 1; 1,6; 2,5; 4; 6; 10 МПА. При использовании манометра типа ЭКМ-2У — 16; 25; 40; 60; 100; 160 МПА.

В качестве датчиков контроля охлаждающей воды и масла выбираем датчики типа БТП103−24У3 — 24 В, так как они получили наибольшее применение.

Для соединения между собой коммутационных аппаратов и защиты в схемах управления электроприводами выбираем:

— провода марки АПВ;

— сечение жилы 2,5 мм²;

— рабочее напряжение провода до 380 В;

— длительно допустимая токовая нагрузка 19 А.

Заключение

Пользуясь указанной литературой и методикой по выбору различных аппаратов, возможно выбрать аппараты для любой принципиальной электрической схемы напряжением до 1000 В.

Библиографический список

1. Справочник по электрическим машинам: В 2 т. / Под общ. ред. Н. П. Копылова и Б. К. Клокова. Т. 1. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — 456 с.

2. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования. / Под ред. В. И. Круповича, Ю. Г. Барыкина, М. Л. Самовера. — М.: Энергоатомиздат, 1992. — 408 с.

3. Учебное пособие к курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических специальностей. / Под ред. А. А. Федорова. — М.: Высш. школа, 1990. — 368 с.

4. Москаленко В. В. Автоматизированный электропривод: Учебник для вузов. — М.: Энергоатомиздат, 1985. — 416 с.

5. Справочник по автоматизированному электроприводу. / Под ред. В. А. Елисеева и А. В. Шинянского. — М.: Энергоатомиздат, 1983. — 616 с.

6. Электрооборудование кузнечно-прессовых машин: Справочник. / В. Е. Соколов и др. — М.: Машиностроение, 1981. — 304 с.

7. Мирошник А. И., Мальгин Г. В., Сушков В. В. Электрические и электронные аппараты: Учеб. пособие. — Омск: Изд-во ОмГТУ, 2002. — 144 с.