Разработка принципиально-электрической схемы электропривода прессовальной установки

Министерство образования Российской Федерации

Сибирский государственный технологический

университет Факультет автоматизации и информационных технологий Кафедра Автоматизации производственных процессов

Пояснительная записка

Тема: Разработка принципиально-электрической схемы электропривода прессовальной установки Студентка: Рыгалова Е. Д. гр.24−1

Руководитель: Драчев В.А.

Красноярск 2002

• 1. Общие принципы по выбору электродвигателя
• 1.1 Нагрузочные диаграммы
• 1.2 Режимы работы электропривода
• 2. Расчет мощности и выбор двигателя
• 3. Выбор аппаратуры защиты и управления
• 3.1 Выбор магнитного пускателя
• 3.2 Выбор путевого выключателя
• 3.3 Выбор кнопок управления
• 3.4 Выбор реле времени
• 3.5 Промежуточное реле
• 4. Расчет и выбор проводов и кабелей
• 4.1 Расчет и выбор кабелей для силовой схемы
• 4.2 Расчет и выбор провода для схемы управления
• 5. Описание принципиальной электрической схемы
• Заключение
• Список источников литературы

1. Общие принципы по выбору электродвигателя

Выбор электродвигателей для работы в системах автоматизированного электропривода представляет собой важную и сложную задачу, в результате решения которой должен быть найден двигатель, который обеспечивает заданный технологический цикл рабочей машины, соответствовал бы условиям окружающей среды, компоновки с рабочей машиной и при этом будет иметь нормативный нагрев. Основным требованием при выборе электродвигателя является соответствие его мощности условиям технологического процесса рабочего механизма.

Недостаточная мощность выбранного двигателя может привести к нарушению заданного цикла, снижению производительности рабочей машины. При недостаточной мощности двигателя будут иметь место также его повышенный нагрев, ускоренное старение изоляции и выход двигателя из строя, что вызовет прекращение работы машины и экономические потери.

Недопустимым является также использование двигателей завышенной мощности, так как при этом не только первоначальная стоимость электропривода, но увеличиваются и потери энергии за счет снижения коэффициента полезного действия двигателя, а для асинхронного электропривода, кроме того, снижение коэффициента мощности.

При выборе электропривода должно проверятся также его соответствие условиям пуска рабочей машины и возможных перегрузок.

1.1 Нагрузочные диаграммы

Нагрузочными диаграммами называются зависимости мощности, вращающего момента или тока от времени.

Нагрузочные диаграммы строят для цикла работы электропривода, состоящего из трех периодов: пуска (разгона), работы на установившейся частоте вращения и выбега (замедления).

Нагрузочная диаграмма, построенная для данного исполнительного механизма с определенным двигателем, позволяет судить о степени его использования.

1.2 Режимы работы электропривода

Нагрузочная диаграмма, которая определяется условиями работы машины, обуславливает различные режимы электропривода.

Для более точных расчетов и выбора двигателей по мощности произвольные нагрузочные диаграммы приводят к диаграммам, которые классифицируются на восемь номинальных режимов S1-S8.

Выбираем для данной нагрузочной диаграммы повторно-кратковременный номинальный режим S3.

Повторно-кратковременный номинальный (S3) — режим работы электродвигателя, при котором кратковременные рабочие периоды с неизменной нагрузкой чередуются с периодами отключения, причем как рабочие периоды, так и паузы, не настолько длительны, чтобы превышения температуры всех частей двигателя могли достигнуть установившихся значений.

электропривод электродвигатель провод кабель

2. Расчет мощности и выбор двигателя

Выбор мощности электродвигателя при этом режиме производиться по эквивалентной мощности и продолжительности включения.

Эквивалентную мощность определяют для заданного графика нагрузки после его разбиения на участки времени (рис.1) и определяют по формуле:

; (1)

t_n — время работы двигателя, мин;

Р_n — эквивалентная мощность за период работы двигателя, кВт;

По нагрузочной диаграмме определяем:

1. время непосредственной работы двигателя, мин:

t₁=0,87

t₄=0,71

t₂= 0,28

t₅=0,28

t₃=0,76

t₆=0,56

t₀=6,51

2. мощность, кВт:

P₁=5,09

P₂=8,58

P₃=8,39

P₄=9,43

P₅=7,92

P₆=4,25

Относительную продолжительность включения выражают в процентах:

(2)

t_раб — время работы, мин;

T_ц — время цикла, мин;

t_o — время отключенного состояния, мин.

;

t_раб = 3,49; T_ц = 10; t_o = 6,51;

Так как продолжительность включения двигателя составляет 35%, то при выборе типа двигателя продолжительность включения берем 60%.

При этом выбранная мощность Pн должна быть равна или несколько больше Pэкв.

Таблица 2.1 — Пусковые свойства электродвигателей с повышенным скольжением

Вследствие наличия переменной нагрузки и нестабильности напряжения питания может возникнуть перегрузка электродвигателя. По выше изложенным причинам необходимо произвести проверку выбранного двигателя по условию перегрузки.

1. Определяем номинальный момент M _ном., Н*м, по формуле:

; (3)

при n=1500 об/мин:

2. Определяем максимально допустимый момент M _{max. доп.,} Н*м, по формуле:

; (4)

при n=1500 об/мин:

;

3. Определяем максимальный момент M _max., Н*м, по формуле:

; (5)

при n=1500 об/мин:

Условие М_maxдоп >= М_max выполняется, т.к. (144>=119), следовательно можно сделать вывод о том что двигатель по условию перегрузки выбран правильно.

По полученным данным выбираем двигатель серии 4А:

4АС132S4У3 — двигатель с высотой оси вращения равной 132 мм, установочный размер по длине станины S, 4 полюсов, климатическое исполнение: У (умеренный климат), 3 категории размещения, со степенью защиты IP44 (закрытое исполнение).

Степень защиты характеризует защищенность находящихся под оболочкой частей двигателя от попадания твердых посторонних тел и воды, а так же защиту обслуживающего персонала от соприкосновения с токоведущими, и вращающимися частями, находящимися внутри оболочки двигателя.

Со степенью защиты IP44, соответствующей защите от возможности соприкосновения инструмента, проволоки или других подобных предметов, толщина которых превышает 1 мм, с токоведущими или движущимися частями внутри машины; так же защите от водяных брызг любого направления, попадающих на оболочку.

Способ охлаждения двигателя со степенью защиты IP44 — IC0141, обдуваемый наружным вентилятором, расположенным на валу машины.

Категория места размещения двигателя при эксплуатации, закрытые помещения с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий, где колебания температуры и влажности воздуха, воздействие песка и пыли, солнечной радиации естественно меньше, чем на открытом воздухе.

К ним относятся каменные, бетонные, деревянные и другие, не отапливаемые помещения.

Подберем двигатели для управления прессом, предназначенные для получения изделий из пластических масс, путем силовой деформации (прессование) расплава.

М1 — 2ПО180МУ4:

Р_ном = 4,5кВт; n =750 об/мин; U=220Вт;

М2 — 4А71А4У3

Р_ном = 0,55кВт; з = 70%; cosц =0,7; n = 1500об/мин;

3. Выбор аппаратуры защиты и управления

Во многом надежность работы электропривода определяется правильностью выбора аппаратуры защиты и управления.

Правильный выбор аппаратуры позволяет надежно защитить электродвигатель в случаи возникновения аварийных режимов работы, таких как режим перегрузки, короткого замыкания.

3.1 Выбор магнитного пускателя

Для обеспечения дистанционного управления необходимо выбрать магнитный пускатель.

Пускатель выбираем таким образом, чтобы номинальный ток главной цепи пускателя был равен или больше длительного рабочего тока электроустановки.

При управлении электродвигателем магнитный пускатель выбираем так, чтобы наибольшая мощность пускателя Р_MAX была не меньше номинальной мощности электродвигателя.

Таблица 3.1 Номинальный ток пускателя для серии ПМЛ

3.2 Выбор путевого выключателя

Путевые выключатели предназначены для коммутации электрических цепей управления различных механизмов под воздействием управляющих упоров в определённых точках пути контролируемого объекта, расчитаные для работы в сетях переменного и постоянного тока с различным номинальным напряжением. Изготовляются в различных климатических исполнениях и с различной степенью защиты.

Найдем потребляемый номинальный ток схемой управления. Он будет равен сумме токов элементов схемы управления.

I_{потр. сх. упр.} = 8*0,14 = 1,12А (6)

Берем путевой выключатель серии ВП63 — 2 101 111 200УХЛ3.

3.3 Выбор кнопок управления

Выключатели управления серии КЕ предназначены для коммутации электрических цепей управления переменного напряжения до 660 В частоты 50 и 60 Гц и постоянного напряжения до 400 В.

Таблица 3.6 — Конструктивное исполнение кнопок КЕ

Примечание:

1. Iн = 6А у всех кнопок.

2. Uн = 500 В у всех кнопок.

3.4 Выбор реле времени

Реле времени ВЛ — 40 предназначено для периодического включения и отключения электрических цепей с определенными, предварительно установленными длительностями включенного (импульс) и отключенного (пауза) состояний и применяются в схемах автоматики.

Берем реле времени ВЛ — 40УХЛ4.

Таблица 3.7 — Технические данные реле

3.5 Промежуточное реле

Промежуточные реле применяются в схемах управления электроприводами при напряжении до 660 В переменного тока частоты 50 Гц.

Для данной схемы выбираем промежуточное реле серии: РПЛ — 220О4А.

4. Расчет и выбор проводов и кабелей

Провода для электродвигателей работающих в повторно-кратковременном режиме рассчитываются по наибольшему длительно допустимому току, выбор при этом сечения проводов производится по таблицам ПЭУ.

При номинальном токе двигателя 4А71А4У3:

; (7)

При номинальном токе двигателя 2ПО180МУ4:

(8)

4.1 Расчет и выбор кабелей для силовой схемы

При номинальном токе двигателя 1,7 А, по условию плотности тока для меди, 7 А на 1 мм² выбираем кабель с сечением 0,2 мм².

Таблица 4.1 — Провода установочные с резиновой изоляцией

4.2 Расчет и выбор провода для схемы управления

Из условия плотности для меди 7 А на 1 мм². Для тока 20,5 А получаем сечение равное 3 мм².

Таблица 4.2 — Провода установочные с пластмассовой изоляцией

5. Описание принципиальной электрической схемы

Т1 и Т2-реле температуры нагревательных элементов для автоматического поддержания температуры нагрева Пуансона и матрицы в диапазоне от минимального до максимального значения

Т3 и Т4 — тоже реле температуры нагревательных элементов для отключения привода М1 и сигнализации tmin, tmax при опускании температуры ниже tmin (датчиков T1 и T2) или поднятия температуры выше tmax (датчиков Т1 и Т2), а так же для сигнализации нормальной темпкратуры элементов.

Реверс через время Дt1 осуществляется с помощью катушки реле времени КТ1 с контактом КТ1.2 в цепи с КМ2 ход вперед через время Дt2 осуществляется с помощью катушки реле времени КТ2 и контакта КТ2.1 в цепи с КМ1.

Управление в функции пути начального среднего и конечного положения осуществляется соответственно конечными выключателями SQ1, SQ2, SQ3 — для М1, а для М2 — SQ4, SQ5.

Восьмой пункт задания выполняется с помощью токового реле КА1 и его контакта КА1 в цепи управления и катушки реле времени КТ3 с соответствующим контактом КТ3.1 размыкающимся с выдержкой времени Дt3 при срабатывании.

Заключение

В результате расчетов был подобран электродвигатель. Были выбраны степень защиты, способ охлаждения и конструктивное исполнение по способу монтажа.

Была разработана схема управления производственной установки, предназначенной для получения изделий из пластических масс, путем силовой деформации (прессование). Подобрана аппаратура защиты и управления. Найдено сечение проводов обеспечивающих питание приводов и системы управления.

Список источников литературы

1. Пижурин А. А. Электрооборудование и электроснабжение лесопромышленных и деревообрабатывающих предприятий: Учебник для техникумов. — М.: Лесная промышленность, 1980. — 408 с.

2. Чиликин М. Г., Сандлер А. С. Общий курс электропривода: Учебник для вузов — М.: Энергиздат, 1981. — 576 с., ил

3. Инструкция по технической эксплуатации оборудования котельной содорегенерационных котлов — УИ, 1979 — 238 с.

4. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник / А. Э. Кравчик и др. — М.: Энергоиздат, 1982. — 504 с.

5. Исполнительные устройства систем автоматизации и управления: методические указания к выполнению курсовой работы для студентов дневной формы обучения по направлению 55.02.00 — Красноярск: КГТА, 1995. — 32 с.

6. Пижурин А. А., Алексин М. В., Пижурин А. А., Яковенко В. А. Справочник электрика деревообрабатывающего предприятия: М.: МГУЛ, 1999 — 340 с., ил.

7. Федоров А. А., Каменева В. В. Основы электроснабжения промышленных предприятий: Учебник для вузов — М.: Энергоатомиздат, 1984 — 472 с., ил