Розрахунок електроприводу для механізму підйому c кулачковим контролером і панеллю управління

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

на уроках:

«Електрообладнання промислових підприємств»

учня гр. МіЕЕ-74/а.06/4

Ринда М.Ю.

2010

Введення

Кранове електрообладнання є одним з основних засобів комплексної механізації всіх галузей народного господарства. Переважна більшість вантажопідйомних машин виготовлених вітчизняною промисловістю, має привід основних робочих механізмів, і тому дії цих машин в значній мірі залежить від якісних показників використовуваного кранового обладнання.

Переміщення вантажів, пов'язане з вантажопідйомними операціями, у всіх галузях народного господарства, на транспорті і в будівництві здійснюється різноманітними вантажопідйомними машинами.

Вантажопідйомні машини служать для вантажно-розвантажувальних робіт, переміщення вантажів в технологічному ланцюгу виробництва або будівництва та виконання ремонтно-монтажних робіт з великогабаритними агрегатами. Вантажопідйомні машини з електричними приводами мають надзвичайно широкий діапазон використання, що характеризується інтервалом потужностей приводів від сотень ватів до 1000кВт. У перспективі потужності кранових механізмів може дійти до 1500 -2500 кВт.

Мостові крани в залежності від призначення і характеру виконуваної роботи постачають різними вантажозахоплювальними пристроями: гаками, грейферами, спеціальними захопленнями і т.п. Мостовий кран досить зручний для використання, тому що завдяки переміщенню по кранових коліях, що розташовуються у верхній частині цеху, він не займає корисної площі.

Електропривод більшості вантажопідйомних машин характеризується повторно-короткочасному режимом роботи при більшій частоті включення, широкому діапазоні регулювання швидкості і постійно виникаючих значних перевантаженнях при розгоні і гальмуванні механізмів. Особливі умови використання електроприводу у вантажопідйомних машинах стали основою для створення спеціальних серій електричних двигунів і апаратів кранового виконання. В даний час кранове електрообладнання має у своєму складі серії кранових електродвигунів змінного і постійного струму, серії силових і магнітних контролерів, командоконтролерів, кнопкових постів, кінцевих вимикачів, гальмових електромагнітів і електрогідравлічних штовхачів, пускотормозних резисторів і ряд інших апаратів, комплектуючих різні кранові електроприводи.

У крановій електроприводі почали досить широко застосовувати різні системи тиристорного регулювання та дистанційного керування по радіо каналу або одному дроту.

В даний час вантажопідйомні машини випускаються великим числом заводів. Ці машини використовуються в багатьох галузях народного господарства в металургії, будівництві, при видобутку корисних копалин, машинобудуванні, транспорті, і в інших галузях.

1. Технічна частина

1.1 Технічна характеристика технологічної установки

Кран вантажопідйомний - Вантажопідйомна машина, оснащена стаціонарно встановленими вантажопідйомними механізмами.

Підйомний кран призначений для підйому і переміщення вантажів при проведенні будівельних, монтажних, ремонтних, вантажно - розвантажувальних та інших работ.Содержаніе

Класифікація підйомних кранів по конструкції

Вантажопідіймальні крани по конструкції можна розділити на наступні основні типи:

Стрілові крани

Вантажозахватний орган підвішений до стріли або візку переміщається по стрілі. До них відносяться баштові, портальні, напівпортальні, стрілові крани та ін

Крани мостового типу

Несуча конструкція має вигляд мосту з пересувається по ній, візком або електроталь. До них відносяться мостові, козлові, напівкозлові, консольні крани, мостові перевантажувачі та ін

Крани з несучими канатами

Вантажозахватний орган, підвішений до вантажного візка, що переміщається по несучих канатів, закріпленим в опорах.

Крани штабелери

Вантажопідіймальні крани, обладнані вертикальною колоною з переміщається по ній пристроєм для штабелювання вантажів.

Область застосування мостових кранів.

Кран мостовий: відноситься до типового устаткування виробництв цехів, електростанцій, закритих і відкритих складів. Вантажопідйомність його досягає 500-600 т., прольоти (відстані між осями підкранових рейок) - 50 - 60 м. Можлива висота крана (висота підйому вантажу) - 40 - 50 м і в спеціального виконання до 500 м, швидкість руху моста (робочий рух ) - 30 - 160 м / хв, вантажного візка - 10 - 60 м / хв, підйому вантажу до 60 м / хв.

До мостовим кранам загального призначення відносять крюки, магнітні, грейфери і магнітно-грейферні крани.

Крани характеризуються важкими умовами роботи супроводжуються великою кількістю включень на годину. Крім цього електрообладнання мостових кранів зазвичай знаходиться в умовах трясіння, високої вологості повітря, різких коливань температури і запиленості приміщень. У зв'язку з цим на кранах застосовується спеціальне електрообладнання, пристосоване до умов роботи кранів і відрізняється підвищеною надійністю.

Вихідні дані для розрахунку:

Вантажопідйомність, т

M = 46 т = 46 ∙ 10 ³ кг.

Маса гака з підвіскою, т

M ₀ = 3.8 т = 3.8 ∙ 10 ³ кг.

Висота підйому вантажу, м

H = 12 м

Швидкість підйому гака, м / хв

v = 8 м / хв

ККД підйомного механізму

ККД = 0.82

Час зупинки

t ₀ = 2 хв

Зробимо переклад вихідних даних в систему СІ

Сила тяжіння підіймаємо вантажу, Н

G = gM = 9,8 ∙ 46 ∙ 10 ³ = 450.8 ∙ 10 ³ H

Сила тяжіння вантажозахоплювального пристрою, Н

G ₀ = gM ₀ = 9,8 ∙ 3.8 ∙ 10 ³ = 37.24 ∙ 10 ³ H

Швидкість підйому гака, м / с

v = 8 / 60 = 0,133 м / с

Час проходження операції, з

t ₀ = 4 ∙ 60 = 360 з

2. Вимоги до електроприводу і системі управління та сигналізації

Для вибору системи електропривода необхідно чітко уявляти собі технологічні вимоги до приводу того механізму, для якого він вибирається. Встановлення таких вимог полегшує вибір оптимальної системи електропривода, тобто такою, що найбільш проста і дешева з усіх систем, що забезпечують бажані експлуатаційні показники механізму.

Для якісного виконання підйому, спуску і переміщення вантажів електропривод кранових механізмів має відповідати таким основним вимогам:

1. Регулювання кутової швидкості двигуна в порівняно широких межах (для звичайних кранів - до 4: 1, для спеціальних кранів - до 10: 1 і більше) у зв'язку з тим, що важкі вантажі доцільно переміщати з меншою швидкістю, а порожній гак або ненавантажену візок - з більшою швидкістю для збільшення продуктивності крана. Знижені швидкості необхідні також для здійснення точної зупинки вантажів, що транспортуються з метою обмеження ударів при їх посадці і полегшують роботу оператора, так як не вимагають багато кратного повторення пусків для зниження середньої швидкості приводу перед зупинкою механізму.

2. Забезпечення необхідної жорсткості механічних характеристик приводу, особливо регулювальних, з тим щоб низькі швидкості майже не залежали від вантажу.

3. Обмеження прискорень до допустимих меж при мінімальної тривалості перехідних процесів. Перша умова пов'язана з ослабленням ударів в механічних передачах при виборі зазору, із запобіганням пробуксовки ходових коліс візків і мостів, із зменшенням розгойдування підвішеного на канатах вантажу при інтенсивному розгоні і різкому гальмуванні механізмів пересування; друга умова необхідно для забезпечення високої продуктивності крана.

4. Реверсування електроприводу та забезпечення його роботи як у руховому, так і в гальмівному режимі.

Ланцюги управління і сигналізації намагаються виконувати на малі струми і напруги, так як це значно знижує вартість апаратури ланцюга управління і сигналізації (зокрема в якості датчиків широко застосовуються оптопари, з допомогою яких виробляють розділення кіл), а також значно підвищується надійність і довговічність. Основна вимога пред'являється до ланцюга управління - це звичайно ж її безвідмовність і надійність. Інші критерії вибору визначаються специфікою експлуатації кранового обладнання

3. Вибір типу електропривода і величини живлячої напруги

Вибір роду струму для електрообладнання розточувального верстата має важливе значення, оскільки з ним пов'язані такі показники, як технічні можливості приводу, капіталовкладення і вартість експлуатаційних витрат, маса і розміри устаткування, його надійність і простота обслуговування.

Розподіл енергії в електричних мережах виробляється трифазним змінним струмом 50 Гц номінальна напруга, якого встановлюється стандартом. Однак окремі електроприймачі наводяться в рух високочастотними електродвигунами, які повинні харчуватися струмами підвищеної частоти 180-400 Гц. Установки індукційного та діелектричного нагрівання вимагають харчування струмами підвищених і високих частот до 10000 Гц і вище.

Мережі напругою до 1000 В служать для розподілу електроенергії усередині цехів промислових підприємств, а так само для живлення деяких електроприймачів, розташованих за межами цеху на території підприємства.

Для внутрішньоцехових мереж найбільше поширення має напругу 380/220 В, основною перевагою якого є можливість спільного харчування силових і освітлювальних мереж, а так само зниження втрат енергії в цехових електричних мережах.

Напруга 660 В доцільно застосовувати на тих підприємствах, на яких за умовами планування цехового обладнання, технології виробництва і навколишнього середовища не можна або важко наблизити цехові трансформаторні підстанції (ТП) до електроприймачів, наприклад, хімічна промисловість, нафтопереробна промисловість, вугільні шахти і т. п.

Трифазна система 220/127 В є малоекономічной тому не використовується для знову проектованих підприємств. Напруги не вище 42 В (24 В, 36 В) застосовують в приміщеннях з підвищеною небезпекою та особливо небезпечних для місцевого освітлення і ручних переносних ламп.

Напруга 12 В застосовується при особливо несприятливих умовах у відношенні небезпеки поразки електричним струмом для живлення переносних світильників.

За родом струму всі споживачі електроенергії можна розділити на три групи: що працюють від мережі змінного струму нормальної промислової частоти (50 Гц), що працюють від мережі змінного струму високої або низької частоти і працюють від мережі постійного струму.

На даному верстаті застосовується електрообладнання силова частина і ланцюг управління працює на постійним струмом 220 В.

Для приводу розточувального верстата можливе застосування різних двигунів і систем електропривода. Їх вибір визначається вантажопідйомністю, номінальною швидкістю руху, необхідним діапазоном регулювання швидкості приводу, жорсткістю механічних характеристик, числом включення в годину та ін В даний час на кранах найчастіше застосовують прості системи електропривода, у яких двигуни отримують живлення від мережі змінного чи постійного струму незмінного напруги через пускорегулювальної резистори.

Привід з асинхронними двигунами з к.з. ротором застосовується для механізмів кранів невеликої потужності (≤ 10-15 кВт), що працюють в легкому режимі. Якщо необхідно регулювати швидкість або забезпечити точну зупинку механізму, то можна використовувати двох або Трьохшвидкісні двигуни.

Найбільшого поширення на кранах отримав привід з асинхронними двигунами з фазним ротором і ступінчастим регулюванням кутовий швидкості шляхом зміни опору в ланцюзі ротора. Такий привід досить простий, надійний, допускає велика кількість включень в годину і застосовується при середніх і великих потужностях. За допомогою резисторів у ланцюзі ротора можна в широких межах змінювати момент при пуску, отримувати бажані прискорення і плавність

пуску, зменшувати струми і втрати енергії в двигуні при перехідних процесах, а також отримувати знижені кутові швидкості. Однак цей привід не забезпечує необхідну жорсткість регулювальних характеристик і стійку роботу при знижених швидкостях. Він неекономічний внаслідок значних втрат енергії в пускорегулювальної опорах; крім того, має місце підвищений знос двигуна, електромеханічних гальм і контактної апаратури управління.

Якщо до електроприводу кранових механізмів пред'являються підвищені вимоги щодо регулювання швидкості, а також необхідно забезпечити низькі стійкі кутові швидкості в різних режимах, то застосовують двигуни постійного струму. Для механізмів підйому приводи на постійному струмі з живленням від мережі зазвичай виконуються з двигунами послідовного збудження, які допускають великі перевантаження по моменту і мають м'яку природну характеристику, що дозволяє піднімати попускати легкі вантажі з підвищеною швидкістю. Двигуни паралельного збудження застосовують у тих випадках, коли необхідно мати досить жорсткі механічні характеристики при низьких кутових швидкостях, а також забезпечити роботу двигуна на природній характеристиці в генераторному режимі.

Проте використання двигунів постійного струму тягне за собою необхідність перетворення змінного струму в постійний, що до недавнього часу здійснювалося за допомогою машинних перетворювачів і пов'язане зі збільшенням капітальних витрат, додатковими втратами енергії та експлуатаційними витратами.

На кранах отримали деяке поширення також і складні системи електроприводів з асинхронними двигунами: з вихровим гальмівним генератором, з дроселями насичення, двома двигунами привід з регулюванням швидкості шляхом накладення механічних характеристик та ін

З розвитком силової напівпровідникової техніки відкриваються нові можливості застосування двигунів постійного і змінного струму в електроприводах кранових механізмів з живленням від тиристорних перетворювачів, які встановлюються безпосередньо на кранах та підключаються до мережі змінного струму. Ці перетворювачі мають високі енергетичні та економічні показники, підвищену механічну міцність і. довговічність, невибагливі в експлуатації.

На даному крані застосовується асинхронний двигун з фазним ротором, що видно на принциповій електричній схемі.

1.4 Розрахунок потужності і вибір приводного електродвигуна

Електродвигуни кранів працюють у важких умовах (ударне навантаження, значні перевантаження, повторно-короткочасний режим роботи з частими пусками і реверсами і т. д.), тому до них пред'являють особливі вимоги щодо надійності та зручності експлуатації. Для приводу механізмів кранів випускаються спеціальні кранові двигуни повторно-короткочасного режиму, що відрізняються від двигунів загального застосування підвищеною міцністю конструкції, збільшеною перевантажувальної здатністю, більш нагревостойких ізоляцією і меншим моментом інерції ротора за рахунок зменшення його діаметра і збільшення довжини. Основне конструктивне виконання кранових двигунів - закрите, з горизонтальним валом, на лапах.

Основним (номінальним) режимом роботи кранових двигунів є режим при ПВ _ном = 40%. У довідковій літературі наводяться дані і для режимів при ПВ, що дорівнює 15, 40, 60 і 100%.

Зробимо розрахунок потужності і вибір приводного електродвигуна

За формулою 1.1 визначаємо потужність розвивається двигуном при силовому підйомі кВт

P ₁ = ((G + G ₀₎ ν / η) * 10 ^-3 (1.1)

За формулою 1.2 визначаємо потужність розвивається двигуном при силовому узвозі, кВт:

Де:

G ₀ - сила тяжіння вантажу, що піднімається, Н.

P ₂ = (G + G ₀₎ ν (2-1 / η)) * 10 ^-3 (1.2)

За формулою 1.3 визначаємо статичну потужність при підйомі пустого крюка (вантажозахоплювального пристрою), кВт:

P ₃ = (G ₀ ν / η) * 10 ^-3 (1.3)

Де:

G ₀ - сила тяжіння вантажозахоплювального пристрою, Н;

ν - швидкість підйому гака;

η - загальний ККД підйомного механізму.

За формулою 1.4определяем статичну потужність при відпуску гака (вантажозахоплювального пристрою), кВт:

P ₄ = G ₀ ν (1/η-2) * 10 ^-3 (1.4)

За формулою 1.5 визначаємо час роботи двигуна, з

t _p1 = t _p2 = t _p3 = t _p4 = H / ν (2.5)

Де:

H - висота підйому вантажу, м

За формулою 1.6 визначаємо еквівалентну потужність двигуна, кВт

P _ек = √ P ₁ 2t _p1 + P ₂ 2t _p2 + P ₃ 2t _p3 + P ₄ 2t _p4 / t _p1 + t _p2 + t _p3 + t _p4 + t ₀₁ + t ₂₀₀₂ + t ₀₃ + t ₀₄ (1.6)

За формулою 2.7 визначаємо тривалість включення,%:

ПВ _рас = Σt _p / t _ц * 100% (1.7)

Де:

t _ц - час циклу, сек.

За формулою 2.8 наводимо потужність двигуна до ПВ стандартному, кВт:

P _дв = P _екв √ ПВ _рас / ПВ _ст (1.8)

Виконуємо розрахунок потужності двигуна:

Потужність, що розвивається двигуном при силовому підйомі кВт

P ₁ = ((450,8 +37,24) * 0,117) / 0,82 = 77,37 кВт

Потужність, що розвивається двигуном при силовому узвозі, кВт:

P ₂ = (450,8 +37,24) * 0,13 (2-1/0, 82)) = 49,5 кВт

Статична потужність при підйомі пустого крюка (вантажозахоплювального пристрою), кВт:

P ₃ = 37,24 * 0,13 / 0,82 = 5,9 кВт

Статична потужність при відпуску гака (вантажозахоплювального пристрою), кВт:

P ₄ = 37,24 * 0,13 (1 / 0 ,82-2) =- 3,8 кВт

Робочий час, з

t _p = H / v = 12 / 0,13 = 90 з

Час одного циклу, с

t _ц = 4 (t _o + t _p) = 1320 з

Тривалість включення

ПВ = (Σ t _p / t _ц) * 100% = (4 * 90/1320) * 100% = 27%

За отриманими даними будуємо навантажувальну діаграму циклу роботи

Рис 1. навантажувальна діаграма

Далі визначаємо Р _екв і Р _дв

Р _екв = √ ((77,37 ² +49,5 ² +5,9 ² +3,8 ²⁾ * 90) / 1320 = 64 кВт

Р _дв = 64 √ 27/40 = 50 кВт

Вибираємо двигун по каталогу

Тип: 4А200М6У3

Номінальна потужність Р _н = 40 кВт

Номінальна напруга U _н = 380

Сos φ = 0.93

ККД η = 89%

Номінальна частота обертання n _н = 1500 об / хв

М _мax / М _ном = 2

I _п / I _ном = 7

1.5 Перевірка обраного електродвигуна

Перевірку вибраного електродвигуна по перевантажувальної здатності проводиться за наступним принципом.

Визначаємо номінальний момент на валу двигуна

M _ном = 9550 * P _ном / n _н = 9550 * 40/1000 = 254 кH * м

Визначаємо пусковий момент

M _п = М _ном * 2 = 254 * 2 = 502 кH * м

Перевірка обраного електродвигуна відбувається в найбільш навантаженому режимі. Найбільший момент опору складає

M _{c max} = 9550 * P _max / n _н = 9550 * 77,37 / 1500 = 492,58 кH * м

Так як пусковий момент двигуна більше, ніж максимальний момент опору

М _max = 502кH * м> М _{c max} = 492,58 кH * м то двигун обраний вірно.

2. Опис принципової електричної схеми

На першому аркуші креслення наведена схема електроприводу підйому з кулачковим контролером ККТ65 панеллю управління ТСД

Ці електроприводи виконуються тільки для механізмів підйому, і їх застосування доцільне у всіх випадках, коли пред'являються підвищені вимоги до регулювання нових механізмів механізмів з приводом змінного струму. Комплектні електроприводи охоплюють всі кранові асинхронні двигуни з фазним рото-vnoaeгеніі від кулачкових контролерів ККТ65 в комплекті з панеллю управління трд160 і панелями управління ТСД. Ці електроприводи випускаються тільки для механізмів загального призначення. Для кранових механізмів металургійного виробництва випускається спеціальна серія електроприла водов, розглянутих в § 8.4, з режимом динамічного гальмування самозбудженням і тиристорними вузлами бездуговой комутації.

Електроприводи з силовими контролерами мають потужність приводу від II до 30 кВт, а з панелями управління - від 11 до 150 кВт в режимі роботи 4М при ПВ = 40%: Електроприводи з кулачковими контролерами мають окрему панель захисту, електроприводи з панелями управління мають тільки індивідуальний захист . Панелі управління з побудови схеми випускаються двох типів відповідно для порушуваних і невозбуждаемих електродвигунів. Перші з цих панелей застосовуються для двигунів лей, напруга на кільцях ротора яких не перевершує 300 В прі на вряженін мережі 380 В, другі - при напрузі ротора понад 300 В. При менение режиму динамічного гальмування самозбудженням дозволяє отримати стійкі посадочні швидкості при діапазоні регулювання до 4 : 1 у системі з кулачковими контролерами і до 8:1 - з панелями управ ління. Еквівалентний ККД приводу в режимі 4М до 75%. Слід також зазначити, що, володіючи підвищеними регулювальними й енергетичними властивостями, що розглядаються, електроприводи дозволяють значно покра шити використання двигунів і підвищити надійність роботи контакторною апаратури завдяки зниженню числа включень приводу при здійсненні доводочних операцій.

Схеми електроприводів. Схема електроприводу з силовим "кулачковим контролером ККТ65 і додаткової панеллю ТРД160 наведена на рис. 8.15, а відповідні їй механічні характеристики - на рис. 8.16. Такий електропривод застосовується тільки для порушуваних двигунів. У схемі контакти кулачкового контролера SMI - SM12 забезпечують ре версія двигуна, регулювання опорів, управління реленно-контактор-ної апаратурою, винесеної на панель ТРД, і апаратами захисту на захисній панелі. панелі ТРД розташовані: випрямний блок UZ _t механічно зблоковані контактори силовий КМ1 і динамічного гальмування КМ2, контактор прискорення KMV з реле часу, реле контролю КН і КТ2, а також діоди, необхідні для підживлення статора двигуна постійним струмом з метою забезпечення початкового збудження та харчування реле. Захисна панель та ж, що і для систем з протівовключе-ням, і складається з лінійного контактора КММ, силового рубильника 5, блоку максимальних реле КЛ і запобіжників ланцюга керування.

У режимі підйому схема працює аналогічно схемі з контролером ККТ61, відповідно однакові і механічні характеристики. У напрямку спуску на позиціях 1с-4сдінаміческого гальмування самозбудження, при цьому в статорі двигуна включаємо контактор КМ2 подається випрямленний випрямлячем UZ струм ротора, і здійснюється підживлення обмоток статора випрямляємо струмом для початкового порушення двигуна. Підживлення здійснюється по колу: мережа, дві фази двигуна, контакт контактора КМ2, висновок 3, який розмикає контакт КМ1, резистор, діод, реле КТ2.Реле КН здійснює за допомогою розділових діодів V1-2 контороль мосту УЗ, отримуючи живлення від мережі через висновки 1 і 2 та спрацьовує при пробої будь-якого з силових діодів. Гальмівний електромагніт YA підключений безпосередньо за контактами реверсу контролера.

Механічні характеристики даного приводу наведені нижче

3. Вибір елементів системи електропривода

Для даної схеми зробимо вибір контакторів, апаратури захисту а також командоаппаратов, керуючись положеннями, прийнятими вище:

Силова ланцюг

Тип струму: змінний

Напруга лінійне: 380 В.

Ланцюг управління

Тип струму: постійний (5А)

Напруга: 220В.

Вибір виробляємо за умови. Всі елементи вибираємо по каталогу Після закінчення вибору всі дані заносимо в зведену таблицю.

3.1 Вибір контакторів і магнітних пускачів

До пусковий апаратурі відносяться магнітні пускачі. Вони призначені головним чином для дистанційного керування асинхронними двигунами з короткозамкненим ротором потужністю до 100 кВт; для пуску безпосереднім підключенням до мережі та вимикання електродвигуна (нереверсивні пускачі); для пуску, зупинки і реверсу електродвигуна (реверсивні пускачі). Часто магнітні пускачі поставляють у комплекті з тепловим реле, що дозволяє одночасно захистити двигун від перевантажень.

Магнітний пускач представляє собою триполюсні контактор змінного струму з прямоходовие магнітною системою, в який додатково вбудовані два теплових реле захисту.

Вибір магнітних пускачів здійснюється по номінальному струмі електродвигуна. Розрахунок номінального струму виробляємо за формулою 3.1:

(3.1)

Де:

I _н - номінальний струм електродвигуна;

Р _н - номінальна потужність електродвигуна;

U - напруга живильної мережі;

cosφ - коефіцієнт потужності даного електродвигуна;

η - коефіцієнт корисної дії двигуна.

Виконуємо розрахунок за формулою (3.1):

I _н = 40000 / (√ 3 * 380 * 0,89 * 0,93) = 73.5 А

Виберемо магнітний пускач в комплекті з тепловим реле

ПМЛ - 510004 I _н = 80 А РТЛ - 206304 I _н = 80 А

Таблиця 3.1 Вибір магнітних пускачів

Аналогічно проводимо вибір інших магнітних пускачів

3.2 Вибір апаратів захисту

Для захисту електричних ланцюгів від дії струмів короткого замикання використовуються плавкі запобіжники або автоматичні вимикачі. Дані пристрої служать для відключення пошкоджених елементів мережі електропостачання при виникненні коротких замикань в них. Також захисні апарати повинні забезпечувати селективність, тобто властивість апаратів реагувати на пошкодження і відключати пошкоджений елемент мережі найближчим апаратом. Це означає, що відключається тільки пошкоджений елемент, а інші продовжують працювати.

Запобіжники є простими апаратами струмового захисту, дія яких заснована на перегорянні плавкої вставки. Запобіжник включають послідовно у фазу захищається ланцюга. Їх застосовують для захистів від струмів коротких замикань (К.З.). захист від перевантажень за допомогою запобіжників можлива тільки за умови, що захищаються елементи установки будуть обрані з запасом по струму, що перевищує приблизно на 25% номінальний струм плавких вставок.

Плавкі вставки запобіжників витримують струми на 30-50% вище номінальних струмів на протязі 1 год. і більше. При струмах, що перевищують номінальний струм плавких вставок на 60-100%, вони плавляться за час, менший 1ч.

Найбільше поширення для захисту внутрішньоцехових мереж до 1000 В отримали запобіжники НПН-60 - насипний запобіжник нерозбірний; ПР2 - запобіжник розбірний; ПН2 - запобіжник насипної розбірний. По конструктивному виконанню запобіжники можна розділити на дві групи: з наповнювачем (ПН2, НПН, ПП17 та ін), наповнені дрібнозернистим кварцовим піском; без наповнювача (ПР2). Основні запобіжники розраховані на номінальні струми 15 - 1000 А

Автоматичні вимикачі призначені для автоматичного розмикання кіл у разі ненормальних режимах (К.З., перевантаженнях), для рідкісних оперативних перемикань (3 - 5 на годину) при нормальних режимах, а також при недопустимих зниженнях напруги, замінюють рубильники та запобіжники. У порівнянні з запобіжниками автоматичні вимикачі мають ряд переваг: після спрацьовування автоматичний вимикач знову готовий до роботи, в той час як в запобіжнику потрібна заміна каліброваної плавкої вставки, що збільшує час простою електроприймача; у автоматичних вимикачів більш точні захисні характеристики; вони поєднують функцію комутації та захисту електричного кола; деякі автоматичні вимикачі випускають з незалежним розщіплювачем, що дозволяє здійснити дистанційне відключення електромережі та ін функції.

Для захисту від коротких замикань застосовують електромагнітні розчіплювачі миттєвої дії або з витримкою часу, що забезпечує вибірковість дії. одночасна захист ланцюга від К.З. і від перевантаження здійснюється за рахунок застосування комбінованих расцепителей, що складаються з двох елементів, один захищає від К.З., а інший - від перевантажень.

Для захисту живлять проводів та електродвигунів від струмів к. з. і значних перевантажень (понад 225%) на кранах передбачається максимальна струмовий захист з допомогою реле максимального струму або автоматичних вимикачів. Плавкі запобіжники використовують тільки для захисту ланцюгів управління. Тепловий захист на кранах зазвичай не застосовується, так як в умовах повторно-короткочасного режиму роботи двигунів вона може приводити до помилкових відключень.

Наведемо методику розрахунку необхідної апаратури захисту:

Вибір автоматичних вимикачів виробляємо за найбільшим з умов:

де I _{н а} - номінальний струм автоматичного вимикача, I _{н р} - номінальний струм розчеплювача, I _дл - тривалий струм електроприймача (для двигунів дорівнює їх номінальному струму).

Величину номінального струму для двигунів можна визначити, знаючи його активну потужність, коефіцієнт потужності, ККД і величину напруги живлення:

(3.3)

де Р _н - номінальна потужність електродвигуна, U - напруга живильної мережі, cosφ - коефіцієнт потужності даного електродвигуна, η - коефіцієнт корисної дії двигуна. Величини cosφ і η визначаються за довідковій літературі залежно від активної потужності двигуна. Слід зазначити, що якщо верстат багатодвигунні, то величина I _дл визначається за формулою

I _дл = ΣI _н (3.4)

де ΣI _н - сума номінальних струмів всіх двигунів верстата.

За розрахунковим току вибираємо автоматичний вимикач. Далі необхідно провести перевірку н неможливість спрацьовування вимикача під час пуску за формулою:

I _ср ≥ ^1,25. I _кр (3.5)

де I _ср - струм спрацювання автоматичного вимикача, I _кр - короткочасний струм, для однодвігательних верстатів дорівнює пусковому току, який визначається за формулою:

(3.6)

де I _п - пусковий струм двигуна, I _п / I _н - відношення зване пусковим коефіцієнтом, показує у скільки разів пусковий струм перевищує номінальний.

Якщо верстат багатодвигунні, то значення короткочасного струму буде визначатися за формулою:

I _кр = I _{н мах} + ΣI _'н (3.7)

де I _{н мах} - максимальний номінальний струм, тобто найбільший струм в захищуваних групі двигунів, ΣI _'н - сума залишилися номінальних струмів.

За розрахунковим току виробляємо вибір автоматичного вимикача за умовою вибору (3.2), користуючись довідковою літературою (Л.3, стр.452, табл.8, 21). Вибираємо автоматичний вимикач:

A3740 630/630

Після можна визначити пусковий струм, рівний для однодвігательних верстатів короткочасного, за формулою (3.6):

I _п = I ^_н. (I _п / I _н) = ^7. 73,5 = 510 А;

Тепер перевіримо вибраний вимикач по неможливості спрацьовування при пуску за умовою (3.5):

I _ср ≥ 1,25. 510 = 629 А

630 А> 629 А

Так як умова виконується, то вибраний автоматичний вимикач підходить за всіма умовами.

Таблиця 3.2 - Вибір автоматичних вимикачів

Аналогічно проводимо розрахунок і для інших ділянок кола

3.3 Вибір командоаппаратов

Командними називаються апарати ручного управління, за допомогою яких подаються команди на включення, переключення, регулювання швидкості і відключення. До командним апаратів відносять кнопки управління, кінцеві вимикачі, тумблери і перемикачі.

Кнопкові вимикачі вибирають за наступними умовами:

1. струму і напрузі контактів;

2. числу і роду контактів;

3. конструктивного виконання, кольором і видом штовхача.

Кінцеві вимикачі вибирають виходячи з:

1) струму і напруги контактів;

2. числа і роду контактів;

3. виду руху і величини ходу штовхача;

4. конструктивного виконання за ступенем захисту від впливу навколишнього середовища.

Перемикачі вибирають за наступними умовами:

1. струму і напрузі контактів;

2. числу полюсів і позицій, діаграмі комутації;

3. конструктивного виконання.

Результати вибору поміщають у відповідну таблицю

Таблиця 3.3-Вибір кнопкових вимикачів

Таблиця 3.4 - Вибір кінцевих вимикачів

Таблиця 3.5 - Вибір перемикачів

4. Складання монтажної схеми

Складання монтажної схеми виконується за принциповою електричною схемою і ескізу розміщення електрообладнання. При цьому застосовують ту ж маркування і умовні позначення, що і на принциповій схемі.

При складанні монтажної схеми дотримуються наступних правил:

1. Комутуючі апарати розміщують на рівні передпліччя, з метою поліпшення ергономіки.

2. Апарати теплового захисту (теплові реле) розміщують внизу, з метою запобігання помилкового спрацьовування при виділенні тепла з боку інших апаратів.

3. Приєднання проводів проводиться тільки до затискачів апаратів, електричних машин, приладів або до наборів зовнішніх затиском (клемників).

4. До одного затискача рекомендується приєднувати не більше двох проводів; при наявності великої кількості проводів рекомендується застосовувати здвоєні затиски.

5. У межах однієї панелі все розгалуження проводів між апаратами рекомендується робити на затискачах апаратів і не застосовувати проміжні затиски.

6. Зовсім не допускається з'єднання проводів крім затискачів, наприклад, шляхом скрутки або пайки.

На схемах з'єднань дроти що йдуть від наборів затискачів або від апаратів в одному напрямку, можна зображати двома способами: або об'єднувати в пучки і показувати ці пучки на схемі однієї товстою лінією, або кожен провід показувати окремо.

5. Вибір типу і перетину проводів та кабелів

Області застосування кабелів і проводів повинні відповідати вимогам стандартів і технічних умов на кабелі та проводи, а також правил улаштування електроустановок.

Допускається використовувати контрольні кабелі для підключення до двох електроприймачів напругою до 1 кВ і потужністю до 10 кВт, що відносяться до одного агрегату або однієї технологічної лінії.

Для приєднання до нерухомих електроприймачів, як правило, слід застосовувати кабелі та проводи з алюмінієвими жилами. Кабелі та проводи з мідними жилами слід застосовувати для приєднання до переносних, пересувних і встановленим на віброізолюючих опорах електроприймачів, а також у випадках, обумовлених ПУЕ. Кабелі та проводи, які приєднуються до переносних, пересувних і встановленим на віброізолюючих опорах електроприймачів, повинні бути гнучкими.

Електропроводки верстатів і машин виконують проводами і кабелями переважно в поліхлорвінілової ізоляції. Відповідно до загальних технічних умов для проводок верстатів і машин можуть застосовуватися мідні дроти перетином не менше 1 мм ^2, і лише в ланцюгах підсилювальних пристроїв дозволяється застосовувати безпосередньо на верстатах і машинах дроти перетином 0,75 мм ^2, а на панелях і в блоках - 0, 5 і 0,35 мм ^2. На кранах не допускається перетин проводів менше 2,5 мм ² і з ізоляцією на напругу нижче 500 В.

Вибір перерізу проводів і кабелів здійснюється:

а) за умовою нагріву тривалим розрахунковим струмом

де I _доп - тривало допустимий струм дроти, А; (6.1)

I _дл - тривалий струм лінії, А;

k _{поправоч} - поправочний коефіцієнт на умови прокладання проводів і кабелів;

б) за умовою відповідності обраному апарату максимально-струмового захисту

(6.2)

де k _з - коефіцієнт захисту або кратність захисту;

I _з - номінальний струм або струм спрацьовування захисного апарату, А.

Величини коефіцієнтів приймаються: k _{поправоч} за таблицею 1.3.3 [9, с.19], k _з по таблиці 2.10 [11, с.46].

Ізоляція обраного проводу або кабелю повинна відповідати умовам експлуатації і рівню застосовуваного напруги.

Для силової ланцюга вибираємо алюмінієвий провід з полівінілхлоридною ізоляцією I _н.п = А і перерізом S = мм ²

А> А

Вибираючи АПВ

6. Розрахунок опору петлі "фаза-нуль"

Контур, що складається з фази трансформатора і ланцюги фазного і нульового провідників. Опір петлі фаза-нуль визначає струм такого короткого замикання.

Якщо опір петлі фаза-нуль велике, то може виявитися, що струм короткого замикання не достатній для швидкого спрацьовування захисту від короткого замикання. І захист або взагалі не відключає коротке замикання, або відключає через тривалий час. Весь цей час на корпусі електроапарати присутня небезпечна напруга.

В електроустановках до 1000 В із заземленням нейтралі безпеку обслуговування електрообладнання при пробої на корпус забезпечується відключенням пошкодженої ділянки з мінімальним часом. При замиканні фазного проводу на з'єднаний з нейтраллю трансформатора (або генератора) нульовий провід або корпус устаткування утворюється контур, що складається з фази трансформатора і ланцюги фазного і нульового провідників. Цей контур прийнято називати петлею «фаза-нуль»

Перевірка надійності і швидкості відключення пошкодженої ділянки мережі полягає в наступному:

Визначається струм короткого замикання на корпус Iкз. Цей струм зіставляється з розрахунковим струмом спрацьовування захисту випробуваного ділянки мережі. Якщо можливий у даній ділянці мережі струм аварійного режиму перевищує струм спрацювання захисту з достатньою кратністю, надійність відключення вважається забезпеченим.

Зробимо розрахунок опору петлі фаза-нуль

Рис.5 Схема для розрахунку петлі «Фаза-нуль»

Де:

R _т, Х _т - активне і індуктивний опір вторинної обмотки силового трансформатора

R _к - перехідний опір контактного з'єднання

R _а - опір апаратів захисту та комутації

R _тт, Х _тт - активне і індуктивний опір вторинної обмотки трансформатора струму

R _пр, Х _тпр - активне і індуктивне опір дроту (довжину проведення в обох випадках приймаємо 80м.)

Z - електроприймач-споживач.

Індуктивне і активний опір обмотки трансформатора (мОм)

(6.1)

(6.2)

Опору контактів визначаються за такою формулою

(6.3)

Повний опір петлі фаза-нуль

(6.4)

Струм к.з.

(6.5)

Поучення розрахунковий струм к.з. порівнюємо з струмом спрацьовування захисної апаратури. Якщо виконується умова, апарат захисту спрацює і його вибір зроблений вірно

Зробимо розрахунок опору петлі фаза-нуль

Як трансформатора приймаємо наступний

S _т = 630кВа потужності

U _ВН = 10 кВ

U _ПН = 0,4 кВ

Δ Р _до = 7,6 кВ

U _к = 5,5%

Визначаємо спочатку індуктивне і активний опір обмотки трансформатора (мОм) за формулами (6.1) і (6.2)

(6.2)

Опору контактів визначаються за формулою (6.3)

F _к = 50 Н (сила натискання в контакті)

K = 4 (коефіцієнт, що залежить від матеріалу контактів та стану їх поверхні; визначається за зведеної таблиці)

m = 1,0 (коефіцієнт, що залежить від типу контакту)

= 0,78 (мОм)

За таблицями визначаємо інші параметри

R _а = 1,3 (мОм)

R _тт = 3 (мОм)

Х _тт = 4,8 (мОм)

R _пр = 47,36 (мОм)

Х _тпр = 7,2 (мОм)

Повний опір петлі фаза-нуль

Струм к.з.

Так як 2084 А> 630 А то при к.з. захисна апаратура спрацює.

На цьому розрахунок закінчено

7. Техніка безпеки

На промислових підприємствах для працюючого персоналу навколишнім середовищем є повітря робочих зон (приміщень) і прилеглих до них територій.

Основним негативним чинником у ливарному цеху впливає на організм людини є шум, вібрація.

При роботі на крані застосовуються нафтопродукти, які за певних умов можуть спалахнути (машинне масло для мастила, гас для промивання підшипників та очищення механізмів від старого мастила і т. д.), а також можливе самозаймання при зберіганні понад 8 годин (обтиральні кінці, дрантя просочена олією). Внаслідок цього в повітрі з'являються шкідливі речовини, тому по очищенню повітря застосовують такі заходи:

1 - заборона зі зберігання на крані запасів мастила, гасу і обтиральних кінців, які необхідно негайно видаляти;

2 - заборона на застосування для очищення механізмів бензину, ацетону та інших, легко займистих рідин, а слід їх замінювати гасом;

3 - застосування природною, припливної, витяжної, припливно - витяжної вентиляції, а також пиловідокремлювачі.

Шум і вібрація надають шкідливий вплив на організм людини. При тривалому впливі шуму у людини знижується гострота слуху і зору, підвищується кров'яний тиск, погіршується діяльність органів дихання, відбувається ослаблення уваги, пам'яті.

Заходи щодо зниження шуму:

1 - застосування, по можливості, малошумного виробничого обладнання;

2 - виконання своєчасного та якісного ремонту машинного обладнання, так як причиною неприпустимого шуму є знос тертьових деталей, підшипників, неточна складання машин при ремонтах;

3 - застосування індивідуальних засобів захисту від шуму, а також ущільнень конструкцій, кожухів для джерел шуму і т. д.

Заходи щодо зниження вібрації:

1 - установка пружних елементів між вібруючої машиною (механізмом) і основою;

2 - застосування вібропоглощеній шляхом нанесення на вібруючу поверхню шару гуми, мастик або пластмас;

3 - застосування індивідуальних засобів захисту від вібрацій: взуття на віброгасильними підошві, віброгасяшіе рукавиці (рукавички).

Тролейні провідники виконують з гнучких голих проводіков круглого або профільного перетину, з сталей жорстких профілів або у вигляді закритих тролейних шинопроводів. Тролейні дроти закріплюють на опорних конструкціях жорстко. В якості опорних конструкцій застосовують кронштейни різних типів і тролів власники.

Роботи з монтажу як головних, так і допоміжних тролеїв складаються з монтажних робіт, що виконують - застосовуються на будівельному майданчику, і підготовчих ра-бот, комплектації в майстернях.

У майстернях виробляють складання блоків тролеїв. Розмір блоків визначається можливістю їх перевезення на монтаж. Зазвичай блоки робляться довжиною 6м. При складанні на опорні конструкції встановлюють троллеедержателі і на них монтують тролеї.

Роботи з монтажу головних тролеїв починають з розмітки горизонтальної лінії траси, яка відбивається за відмітками підкранової рейки. Потім розмічають місця установки опорних конструкцій. Максимальне расстояніемежду опорними конструкціями для жорстких тролейних провідників застосовують 2-3 метри. Опорні конструкції кріплять до металевих конструкцій (балок) приварюванням або за допомогою забитих у балці кріпильних деталей. Натяжні пристрої до стін кріплять наскрізними болтами. Особливості монтажу електрообладнання кранів вимагають дотримання відповідних заходів безпеки. Всі місця, звідки можливе падіння людей, повинні бути обгороджені. Вхід на кран допускається тільки за спеціально для цього влаштованої сходами з поручнями. Інструменти, матеріали й устаткування піднімати на кран варто тільки за допомогою прядив'яної мотузки.

Зону під вмонтовуваним краном огороджують та вивішують плакат: «Прохід заборонено! Вгорі працюють ». Робота з елек-троінструментом допускається лише в гумових рукавичках і калошах; при цьому інструмент повинен бути заземлений. Елетроенергію до електроінструменту підводять по шланговий провід зі справною ізоляцією. У місцях, де можна впасти, працюють в запобіжному поясі. Електрозварювальні проводи повинні мати надійну ізоляцію, а зварювальник працювати в гумових калошах або чоботях. Забороняється використання змонтованих тролеїв як підведення електроенергії при виробництві робіт. Категорично забороняється пересуватися по підкранових колій.

8. Економія електроенергії

Питання раціонального та економічного використання електроенергії є важливими, і відображають основні принципи електрогосподарства. Зараз прийнятий курс на ресурсозбереження за рахунок використання досягнень науки і розширення застосування вторинних ресурсів і відходів виробництва, зниження енергоємності, металоємності і матеріаломісткості промислової продукції в усіх галузях народного господарства. Оптимальним режимом електроспоживання є такий самий режим, при якому забезпечується виконання виробничої програми з найменшою кількістю спожитої електроенергії. У всіх елементах електричної мережі при дотриманні заданих графіків активної і реактивної потужностей і з мінімальними народногосподарськими витратами.

З метою економії електроенергії на підприємствах слід скорочувати непродуктивні втрати в електричних мережах, вводити нові енергопостачальні технології і модернізоване обладнання, а так само підвищувати теплоємність ізоляції приміщень промислових підприємств.

Втрати електроенергії в трансформаторах, електодвігателях і другом електрообладнанні неминучі, що пов'язано з принципом дії цих ЕУ, проте за рахунок заходів з економії електроенергії, втрати, повинні бути, зведені до мінімуму. Так, застосування в схемах електропостачання резервних перемичок на стороні НН цехових ТП дозволяє відключати трансформатори в години мінімальних навантажень і тим істотно знижувати втрати електроенергії в цехової мережі.

Крім природної і штучної компенсації реактивної потужності на промислових підприємствах повинні передбачатися технологічні режимно - експлуатаційні, організаційні та інші заходи щодо зниження втрат електричної та теплової енергії, виконання яких слід погоджувати з усіма виробничими службами. Найбільш досконалим є впровадження енергозберігаючої безвідходної технології, гнучких автоматизованих комплексів, посилення режиму економії. Істотним резервом зниження витрати електроенергії є утилізація теплоти відхідних газів і відпрацьованої пари, а так само теплоти видаляється з виробничих будівель вентиляційного повітря, блокування в зимовий час вентиляторів теплової завіс з пристроями відкривання і закривання дверей службових приміщень.

Значну економію електроенергії дає перехід в промислових цехах з ламп розжарювання на більш ефективні та економічні люмінесцентні лампи. Ці лампи забезпечують більш високий рівень освітленості при однаковій з лампами розжарювання потужності, не володіють сліпучим дією і практично не виділяють теплоти, що дозволяє в ряді випадків знижувати висоту встановлення світильників, мають кращі світлотехнічні характеристики та термін служби. Однак люмінісцентні лампи дорожче ламп розжарювання, вимагають встановлення пускорегулювальної апаратури, в якій витрачається додаткова електроенергія, і створюються перешкоди радіо і теле прийому. Проте загальний економічний ефект від застосування люмінесцентних ламп значно вище в порівнянні з застосуванням ламп розжарювання.

Для економії електроенергії при експлуатації кранів передбачають:

- Правильний вибір потужності двигуна кранових механізмів

- Правильний вибір роду струму і типу електропривода

- Правильний вибір вантажопідйомності крана

- Застосування силової напівпровідникової техніки

- Вибір раціональних методів роботи

- При можливості скорочення переміщення вантажів

- Зниження висоти підйому вантажу

- Застосування раціональних методів гальмування

Література

1 Коновалов Л.Л. Рожкова Л.Д. Електрообладнання промислових підприємств і установок Москва «Енергоіздат» 1989

2 Камнєв В.М. Читання схем і креслень електроустановок Москва Вища школа 1990р

3 Чекалін Н.А. Охорона праці в електрогосподарства промислових підприємств Москва «Енергоіздат» 1990

4 Зімін Є.І. Електрообладнання промислових підприємств і установок Москва «Енергоіздат» 1981р

5. Правила улаштування електроустановок. - М.: Вища школа, 1986.

6. Яуре А.Г., Певзнер Є.М. Крановий електропривод. - М.: Вища школа, 1988.

7. Липкин Б.Ю. Електропостачання промислових підприємств і установок. - М.: Вища школа, 1990.