Курсовая работа. Курсовая работа Шарипов РР АГ-17-01. Курсовая работа по дисциплине Электрические аппараты и автоматизированный электропривод на тему Разработка системы реверсивного управления трёхфазным асинхронным электроприводом
 Скачать 412.71 Kb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет» Кафедра «Электротехника и электрооборудование предприятий» Курсовая работа по дисциплине: «Электрические аппараты и автоматизированный электропривод» на тему: «Разработка системы реверсивного управления трёхфазным асинхронным электроприводом» Выполнил: ст. гр. АГ-17-01 Р.Р. Шарипов Проверил: Л.П. Андрианова Уфа 2021 Лист 1 Изм. Лист № докум Подпись Дата Содержание Задание на разработку системы реверсивного управления трехфазным асинхронным электроприводом ..................................... 3 1 Выбор элементов электроавтоматики ................................................. 4 1.1 Электродвигатель ............................................................................. 4 1.2 Выбор магнитного пускателя ......................................................... 5 1.3 Выбор теплового реле ........................................................................ 7 2. Расчет цепи управления .................................................................... 9 2.1 Выбор кнопок управления .............................................................. 9 Структура условного обозначения ..................................................... 10 2.2 Выбор световой сигнализации ........................................................ 13 2.3 Расчет и выбор трансформатора ................................................... 13 2.4 Выбор плавких предохранителей .................................................... 16 2.5 Выбор реле времени ...................................................................... 18 2.6 Выбор автоматического выключателя ........................................... 19 3 Принцип работы схемы .................................................................... 20 Заключение .............................................................................................. 22 Список использованной литературы .................................................... 23 Лист 2 Изм. Лист № докум Подпись Дата Задание на разработку системы реверсивного управления трехфазным асинхронным электроприводом Система управления должна реализовывать следующие функции: 1) Пуск, стоп, реверс, толчковый режим электропривода; 2) Защита питающей электрической сети от коротких замыканий; 3) Защита электрической машины от мощных кратковременных и длительных незначительных перегрузок 4) Защита от повторного включения установки, после прерывания подачи напряжения (нуль-защита) 5) Отключение, обеспечивающее безопасное ведение ремонтных и профилактических работ на установке 6) Сигнализация режимов работы и блокировки 7) Аварийное отключение оператором 8) Гальваническая развязка между силовыми цепями и цепями управления. Обучающийся должен выполнить: 1) Описание принципов работы схемы; 2) Расчет и выбор элементов, реализующих функции схемы; 3) Расчет и выбор блока питания для цепей управления, обеспечивающего гальваническую развязку между силовой цепью и цепью управления; 4) Обоснование выбора всех элементов схемы; 5) Оформить пояснительную записку в соответствии с требованиями ЕСКД. Лист 3 Изм. Лист № докум Подпись Дата 1 Выбор элементов электроавтоматики 1.1 Электродвигатель Разработка системы управления трехфазным асинхронным электроприводом главного движения 4А112M4У3 токарного станка1Р693. Серия 4А является массовой серией АД, рассчитанных на применение в различных областях промышленности. Она охватывает диапазон номинальных мощностей от 0,06 да 400 кВт. В серии 4А принята следующая система обозначений: , где: 1– название серии (4А); 2–исполнение АД по способу защиты: буква М – исполнение IP23, отсутствие буква означает исполнение IP44. 3–исполнение АД по материалу станины и щитов: отсутствие буквы–станина и щиты чугунные или стальные. 4–высота оси вращения, мм. 5–установочный размерпо длине станины. 6–длина серденика. 7–число полюсов АД. 8–климатические условия и категория размещения. Лист 4 Изм. Лист № докум Подпись Дата Таблица 1- Технические параметры данного асинхронного электродвигателя: Напряжение, U , В 380 Номинальная мощность, P , кВт 5,5 Частота вращения, n , об/мин 1450 КПД, % 85,5 Cos φ 0,86 I ном , А 22,5 I п /I ном 7 М мах /М ном 2,2 М п /М ном 2 Пусковой ток электродвигателя определяется по формуле: I пуск = 7I ном = 722,5 = 157,5 А. 1.2 Выбор магнитного пускателя Магнитные пускатели предназначены для пуска, остановки, реверсирования и тепловой защиты, главным образом, асинхронных электродвигателей. Пускатели выполняются открытого, защищенного, пылебрызгонепроницаемого исполнения, реверсивные и нереверсивные, с тепловой защитой и без неё. Выбор производится по номинальной силе тока магнитного пускателя Iмп, которая должна быть не меньше I НДВ. Лист 5 Изм. Лист № докум Подпись Дата Проверка осуществляется по току включения пускателя I вкл.мп , который должен превышать пусковой ток двигателя: I вкл.мп ≥ I вкл.мп должен быть не меньше 157,5 А. Выбираем магнитный пускатель ПМЕ-212 (Рисунок 1). Это пускатель с прямоходовой магнитной системой и управлением на переменном токе. Используются для управления электродвигателями с короткозамкнутым ротором. Рисунок 1- Магнитный пускатель ПМЕ-212 Таблица 2 - Технические данные магнитного пускателя КМ1 и КМ2 типа ПМЕ-212 Предельный ток включения и отключения при U=380В, А 280 Номинальный ток, А 25 Провал главных контактов, мм 4±0,5 Начальное нажатие на контактный мостик, Н 3 Лист 6 Изм. Лист № докум Подпись Дата Раствор главных контактов, мм 3 Материал контактных накладок КМК-А10М Номинальная мощность обмотки, В*А 8 Пусковая мощность, потребляемая обмоткой, В*А 160 Количество контактов замыкающих 2 размыкающих 2 Масса, кг 0,57 Габариты, мм 89х150х116 Проверка соответствия выбранного магнитного пускателя требованиям схемы: I вкл.мп ≥ 280 ≥157,5А 1.3 Выбор теплового реле При незначительных длительных перегрузках в электродвигателях, возникающих при возрастании момента сопротивления на рабочем органе машины или за счёт витковых замыканий в обмотках, протекает ток, превышающий допустимое значение на 20 - 50 %. Такой режим работы приводит к перегреву обмоток и электродвигателя (аппарата) в целом, а следовательно, к преждевременному выходу его из строя. Для защиты электрооборудования от таких перегрузок служат тепловые реле, которые включают последовательно в контролируемую цепь. Лист 7 Изм. Лист № докум Подпись Дата Реле электротепловые TPH-25 (рисунок 2) предназначены для защиты трехфазных асинхронных электродвигателей от перегрузок недопустимой продолжительности и от токов, возникающих при выпадении одной из фаз. Они монтируют зажимами цепи управления вверх. Применяются в схемах управления электроприводами в цепях переменного напряжения до 660В частоты 50Гц. Рисунок 2 - Реле тепловое TPH-25 Таблица 3 - Технические данные теплового реле TРH-25 Номинальный ток реле 25А Номинальный ток теплового элемента 6,3A Диапазон регулирования номинального тока несрабатывания 18-32А Время срабатывания 4,5-9с Реле обеспечивают ускоренное срабатывание при обрыве фазы. Реле имеют: три полюса, температурный компенсатор, регулятор тока несрабатывания, 1 замыкающий и один размыкающий контакты, ручной возврат, переднее присоединение внешних проводников, несменные нагревательные элементы. Лист 8 Изм. Лист № докум Подпись Дата Тепловое реле выбирается исходя из соотношения: I н.т.р. > I н.дв. - номинальный ток теплового реле, А - номинальный численные значения, получим: Примем ток уставки 6,14А. 2. Расчет цепи управления 2.1 Выбор кнопок управления Кнопки управления - это аппараты, подвижные контакты которых перемещаются и срабатывают при нажатии на толкатель кнопки. Кнопки управления предназначены для коммутации электрических цепей управления. Кнопки служат командными органами. В установке используются кнопки управления «Пуск вперед», «Пуск назад» (чёрного цвета) и «Стоп» (красного цвета), «Толчковый режим вперед» (черного цвета), «Толчковый режим назад» (черного цвета) а также кнопка «Аварийного останова» (грибовидный толкатель красного цвета) В схеме управления используют следующие кнопки управления: Лист 9 Изм. Лист № докум Подпись Дата 1. Аварийное отключение (грибовидный толкатель красного цвета) – SB 1; 2. Стоп (красного цвета) – SB 2; 3. Пуск вперед (черного цвета) – SB 3; 4. Пуск назад (черного цвета) – SB 4; 5. Толчковый режим вперед (черного цвета) – SB5; 6. Толчковый режим назад (черного цвета) – SB6. Кнопки управления серии КМЕ предназначены для коммутации электрических цепей управления переменного напряжения до 660 В частоты 50 и 60 Гц и постоянного напряжения до 440 В. Структура условного обозначения КМЕ ХХХХ ХХ: КМЕ - вид аппарата; Х - исполнение по форме толкателя: 4 - с цилиндрическим толкателем; 5 - с грибовидным толкателем; 6 - с фиксируемым толкателем; Х - обозначение исполнения по степени защиты от воздействия внешней среды со стороны управляющего элемента: 1 - IР40; 2 - IР54 с наружным протектором; 5 - IР54 с внутренним протектором; Х - количество замыкающих контактов: 0, 1, 2, 3; Х - количество размыкающих контактов: 0, 1, 2, 3; ХХ - климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69: У2, УХЛ2, Т2, У3, УХЛ3, Т3. Лист 10 Изм. Лист № докум Подпись Дата Таблица 4 Технические данные кнопок SB1 КМЕ-5501(красный) Номинальный ток I н , А 2,5 Число контактов Замыкающие контакты 0 Размыкающие контакты 1 Номинальное напряжение U н , В до 380 Вид управляющего элемента Грибовидный Таблица 5 Технические данные кнопки SB2 КМЕ-4101(красный) Номинальный ток I н , А 2,5 Число контактов Замыкающие контакты 0 Размыкающие контакты 1 Номинальное напряжение U н , В до 380 Вид управляющего элемента Цилиндрический Таблица 6 Технические данные кнопки SB3, SB4 КМЕ- 4111(черный) Номинальный ток I н , А 2,5 Лист 11 Изм. Лист № докум Подпись Дата Число контактов Замыкающие контакты 1 Размыкающие контакты 1 Номинальное напряжение U н , В до 380 Вид управляющего элемента Цилиндрический Таблица 7 Технические данные кнопки SB5, SB6 КМЕ- 6113(черный) Номинальный ток I н , А 2,5 Число контактов Замыкающие контакты 1 Размыкающие контакты 3 Номинальное напряжение U н , В до 380 Вид управляющего элемента фиксируемый Р пуск.мп. - пусковая мощность магнитного пускателя. U ц.у - напряжение цепи управления Лист 12 Изм. Лист № докум Подпись Дата 2,5≥1,45 А, следовательно, выбранные кнопки управления удовлетворяют требованиям. 2.2 Выбор световой сигнализации Для обеспечения нормальной работы любых устройств электроуправления необходимо своевременное и надёжное оповещение обслуживающего персонала о состоянии и режимах работы установки. Используя сигнальные лампы и арматуру с колпачками разных цветов, можно сообщать необходимую информацию путём изменения режима работы лампы. В данной схеме используется 4 сигнальные лампы: HL1 – подключение к сети; HL2 – движение вперед; HL3 – движение назад; HL4 – останов. Светосигнальные устройства серии AL предназначены для световой сигнализации в стационарных установках. Технические данные светосигнального устройства АL-22 . Вид патронов Штифтовой Тип светофильтра Плоский Тип лампы МН-26-0,12-1 Номинальное напряжение лампы, В 24 Номинальная мощность лампы, Вт 2 Тип цоколя лампы Ва 9s 2.3 Расчет и выбор трансформатора Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмотки предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем Лист 13 Изм. Лист № докум Подпись Дата переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока. Передача энергии из первичной цепи трансформатора во вторичную происходит посредством магнитного поля. Трансформатор является основным аппаратом для обеспечения питания цепей управления и сигнализации. Трансформатор понижает напряжение сети до величины, принятой в системе управления. Кроме снижения напряжения, трансформатор в цепи управления выполняет функцию гальванической развязки силовой цепи и цепи управления. Это необходимо для повышения помехоустойчивости элементов автоматики. Выбор трансформатора осуществляется из условия того, что мощность трансформатора должна удовлетворять следующему условию: Рпо > Рос + Роу где Рпо - номинальная мощность на первичной обмотке; Рос - мощность обмотки сигнализации; Роу - мощность обмотки управления. Рос > Рнс, где Р Н с - мощность нагрузки в цепи сигнализации. Напряжение с обмотки сигнализации снимается на сигнальные лампы,номинальной мощности 2 Вт. Одновременно могут гореть только две лампы, следовательно: Рос = 2x2 = 4 Вт. Роу >Рну где Рну - мощность нагрузки в цепи управления. Роу=8 ВТ Рпо>8+4=12 Вт Исходя из полученной мощности, а также из значений напряжений выбираем трансформатор cерии ОЛМ, предназначенные для питания цепей управления, местного освещения, сигнализации и автоматики и соответствуют требованиям ГОСТ 19294. Лист 14 Изм. Лист № докум Подпись Дата ОЛМ-63 Его мощность 63 Вт > 12 Вт т.е. условие выполняется и следовательно данный трансформатор удовлетворяет всем требованиям. Таблица 8 Технические данные трансформатора ОЛМ-63 Параметр Значение Номинальная мощность, Вт трансформатора 63 вторичной обмотки управления 46 вторичной обмотки сигнализации 17 Номинальное напряжение обмоток, В первичной 380 управления 110 сигнализации 24 Рассчитаем номинальный ток трансформатора: Лист 15 Изм. Лист № докум Подпись Дата 2.4 Выбор плавких предохранителей Предохранители предназначены для защиты электрических сетей, электроустановок, электродвигателей от коротких замыканий. Рассчитаем предохранители FU1, FU2 для защиты от КЗ в трансформаторе Плавкая вставка является составной съемной частью предохранителя. При срабатывании предохранителя (при отключении тока короткого замыкания) плавкая вставка перегорает и подлежит замене. Плавкая вставка в корпусном исполнении имеет фибровый или фарфоровый корпус, крепится на токоподводящие части основания предохранителя (как правило, из латуни). На малые номинальные токи и в закрытых распредустройствах плавкая вставка может выполняться безкорпусной. Основными параметрами плавких вставок являются номинальное напряжение, номинальный ток плавкой вставки и отключающая способность. Таблица 9 Технические данные предохранителя ПРС-10х2УЗ-П, который соответствует выше приведенному условию, приведены в таблице: Номинальное напряжение, В 380 Предохранителя 10 Лист 16 Изм. Лист № докум Подпись Дата Номинальная сила тока продолжительного режима, А Плавких вставок 0,2 Максимальное сечение проводов, мм2 Медных 1,5 Алюминиевых 2 Масса, кг 0,25 Габариты, мм 70х63х74,5 Расчет предохранителя FU3 для цепи управления. Таблица 10 Технические данные предохранителя ПР-2-15, который соответствует выше приведенному условию, приведены в таблице: Номинальное напряжение U, В 110 Номинальная сила тока продолжительного режима, А Предохранителя 15 Плавкой вставки 3 Предельный ток отключения при напряжении 110 В, А 8000 Расчет предохранителя FU4 для цепи сигнализации. Лист 17 Изм. Лист № докум Подпись Дата Выбираем предохранитель ПРС-10х2УЗ-П . Устанавливаем I н.в =0,4 А. Таблица 11 Технические данные плавких предохранителей. Цепь Тип предохранителя Номинальный ток, А Номинальный ток вставки, А Обозначение на схеме Трансформатора ПРС-10х2УЗ-П 10 0,2 FU1, FU2 Управления ПР-2-15 15 3 FU3 Сигнализации ПРС-10х2УЗ-П 10 0,4 FU4 2.5 Выбор реле времени Реле времени РВ-03 предназначены для применения в различных схемах релейной защиты и системной автоматики в цепях переменного однофазного тока с целью получения выдержки времени после отключения напряжения питания. Реле выпускается в унифицированном корпусе "СУРА" I габарита. Габаритные размеры реле - 66х152х181 мм. Масса реле - не более 1,2 кг. Реле предназначено для переднего или заднего присоединения внешних проводников только винтом. Реле имеют один переключающий контакт без нормируемой выдержки времени и два размыкающих контакта с независимо регулируемой выдержкой времени на замыкание. Основные характеристики реле РВ-03 Напряжение питания 110В Коммутируемый ток реле 1,45 А Выдержка времени 1 с Лист 18 Изм. Лист № докум Подпись Дата 2.6 Выбор автоматического выключателя Автоматические выключатели (автоматы) снабжены расцепителями, которые срабатывают при возникновении аварийных режимов работы установки и механически воздействуют на удерживающий элемент аппарата. При срабатывании они освобождают его подвижную систему. Автоматические выключатели осуществляют защиту электродвигателей при коротких замыканиях и перегрузках. Двухполюсные и трехполюсные автоматы снабжаются тепловыми и электромагнитными расцепителями в каждом полюсе и отключают одновременно все цепи при срабатывании любого из расцепителей. На схеме электрической принципиальной автоматический выключатель обозначается QF. Автоматы выбирают по их номинальному току. Уставки токов расцепителей для группы силовых (двигательных) электроприемников определяют по следующему соотношению: , где I П – пусковой ток электродвигателя, I ТР – номинальный ток трансформатора. В данном случае получаем: Указанным условиям удовлетворяет автоматический воздушный выключатель А3130. Технические данные автоматического воздушного QF выключателя. Технические данные автоматического выключателя А3130 Номинальный ток, А 200 Номинальное напряжение, В 380 Число полюсов 2,3 Ток уставки, А 100-200 Время отключения, с 0,015 Лист 19 Изм. Лист № докум Подпись Дата Предельный переменный ток отключения, кА 14-25 3 Принцип работы схемы Электрооборудование размещено на станке, в станции управления. Станция управления служит для размещения в ней коммутационных аппаратов, аппаратов защиты электрических цепей. Питание электрооборудования осуществляется через станцию управления от сети трехфазного переменного тока напряжением 380В, частотой 50Гц. При включении автоматического выключателя QF питание подается на силовую цепь электродвигателя и на понижающий трансформатор TС. При этом загорается лампа HL3 «Питание». Для пуска двигателя оператор нажимает на кнопку SB3. Катушка КМ1 получает питание, контактор срабатывает и блокирует пусковую кнопку. Кнопку можно отпускать. Загорается лампа HL1, свидетельствующая о пуске двигателя. Двигатель разгоняется. Защиту двигателя от кратковременных и длительных перегрузок, а также защиту от короткого замыкания осуществляет автоматический воздушный выключатель QF, отключая цепь питания двигателя. В цепи управления предусмотрена защита от повторного включения установки (нуль-защита). Отключение для безопасного ведения ремонтных и профилактических работ в силовой цепи электродвигателя осуществляет пакетный выключатель QS. Для реверса двигателя необходимо нажать кнопку SB4, при этом катушка КМ1 отключается и включается катушка КМ2. Загорается лампа HL2, свидетельствующая о реверсе двигателя. Цени управления и сигнализации, а также трансформатор защищены от коротких замыканий предохранителями FU1-FU4. Толчковый режим вперед работы двигателя обеспечивается нажатием на кнопку SB5. Для того чтобы двигатель после того как Лист 20 Изм. Лист № докум Подпись Дата оператор отпустит унопку SB5 не переключился в двигательный режим установлено реле времени РВ, которое обеспечивает задержку замыкания контактов РВ. Толчковый режим назад обеспечивается нажатием на кнопку SB6. Принцип работы аналогичен принципу работы толчкового режима вперед. Для останова двигателя необходимо нажать кнопку SB2. В аварийных случаях для отключения двигателя используется кнопка аварийного отключения двигателя SB1 с грибовидным толкателем. Лист 21 Изм. Лист № докум Подпись Дата Заключение Разработана схема электроавтоматики (электрическая принципиальная) для короткозамкнутого асинхронного двигателя 4А80А2У3. Произведены необходимые расчеты, на основе которых сделан выбор элементов схемы электроавтоматики в соответствии с выполняемыми ими функциями. Схема реализует все функции, указанные в задании данной работы. Лист 22 Изм. Лист № докум Подпись Дата Список использованной литературы 1. Ключев В.И. Теория электропривода: Учеб. для вузов. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Энергоавтомиздат, 1998. – 704 с. 2. Виноградов А.Б. Адаптивно-векторная система управления бездатчикового асинхронного электропривода //Силовая электроника. – 2006. – №3. – С. 50 – 55.И.И. Алиев, М.Б. Абрамов. Электрические аппараты. Справочник. М.: РадиоСофт, 2015. 3. И.И. Алиев. Электротехнический справочник. – 3-е изд., испр. и доп. - М.: ИП РадиоСофт, 2015. 4. О.П. Михайлов, В.Е. Стоколов. Электрические аппараты и средства автоматизации. М.: Машиностроение, 1982. 5. Электротехнический справочник в 4-х томах, под ред. В.Г. Герасимова. Издательство МЭИ, 2003. том 2. 6. И.И. Алиев, М.Б. Абрамов. Электрические аппараты. Справочник. М.: РадиоСофт, 2015. Лист 23 Изм. Лист № докум Подпись Дата |