Электропривод, электрическая аппаратура и элементы автоматики (страница 1)

1. График нагрузки электродвигателя по вращающему моменту дан на рис. 92.
Выбрать по каталогу асинхронных короткозамкнутых двигателей тип и мощность электродвигателя подходящего для работы по этому графику.
Скорость вращения ротора двигателя принять равной 970 об/мин. В паузах двигатель не отключается и продолжает вращаться с номинальной скоростью.

Решение:
Асинхронный электродвигатель, выбранный по каталогу, должен работать не перегреваясь и иметь необходимую перегрузочную способность . Необходимо учесть возможность снижения напряжения сети, так как вращающий момент асинхронного электродвигателя пропорционален квадрату напряжения: . В этом случае перегрузочная способность асинхронного электродвигателя соответственно снижается. Если напряжение сети составляет 0,92 от номинального, то перегрузочная способность равна от указанной в каталоге. Обычное значение перегрузочной способности асинхронных электродвигателей , а при указанном понижении напряжения сети .

По графику наибольший вращающий момент . Следовательно, допустимое значение номинального вращающего момента По условию, электродвигатель в паузах не отключается, а поэтому переходные процессы в нем, связанные с отключением и последующим включением, отсутствуют. Следовательно, действующее значение магнитного потока электродвигателя можно считать постоянным, поэтому возможно применить метод эквивалентного вращающего момента.
Для графика рис. 92 эквивалентный вращающий момент Выражение для эквивалентного вращающего момента получено из выражения для эквивалентного тока путем замены тока на пропорциональный ему в данных условиях вращающий момент. Однако устойчивость электродвигателя при перегрузках требует большего вращающего момента, чем . Действительно, если считать номинальным вращающим моментом, то при и снижении напряжения до максимальный момент Он меньше, чем принятый вначале наибольший вращающий момент . Поэтому электродвигатель следует выбрать из условия устойчивости, т. е. из условия обеспечения необходимого вращающего момента. Если взять номинальный вращающий момент больше , то электродвигатель будет меньше нагреваться, а в необходимых случаях допускать дальнейшее повышение температуры.
Выберем по каталогу асинхронный электродвигатель типа А-71-6 со следующими данными для номинального режима работы: мощность 14 кВт, скорость вращения 970 об/мин, ток 29 А, вращающий момент 138 НЧм и перегрузочная способность .
На основании результатов расчета по методу эквивалентного вращающего момента , т. е. по условиям допустимого нагрева, следовало бы взять электродвигатель мощностью 10 кВт. Однако он не смог бы развить момент . Поэтому рекомендуется проверять результаты расчета по методу эквивалентного вращающего момента на устойчивость, т. е. на способность выдерживать перегрузку.
Рассмотрим иной режим работы двигателя, а именно с учетом переходных процессов пуска и останова. Пусть при том же моменте нагрузки в установившемся режиме и при той же продолжительности работы и паузы электродвигатель пускают и останавливают в каждом цикле. Время разгона двигателя до установившейся скорости определено по данным приводимого в действие механизма и равно 2 сек. Проверим пригодность выбранного двигателя для работы в этом режиме.
Так как теперь уже нельзя считать ток пропорциональным вращающему моменту, то метод эквивалентного вращающего момента непригоден и следует использовать метод эквивалентного тока. В рабочей области попрежнему можно считать ток пропорциональным вращающему моменту, при этом ток нагрузки можно определить путем умножения номинального тока двигателя на отношение момента нагрузки к номинальному моменту двигателя. Пусковой ток не зависит от нагрузки. Будем считать, что пусковой ток 97 А во время разгона спадает по закону прямой линии и достигает установившегося значения (равного току нагрузки) через 2 сек после включения. Полученный таким образом график тока показан на рис. 93.

Следует учитывать ухудшение охлаждения электродвигателя во время разгона и паузы. Это объясняется тем, что при самовентиляции интенсивность отвода тепла зависит от скорости вращения двигателя. Ухудшение охлаждения обычно учитывается коэффициентом: для пуска он принимается равным 0,75, а для паузы — 0,5.
Во время разгона ток уменьшается от пускового (97 А) до тока нагрузки (45 А). Неизменный ток, эквивалентный в отношении нагрева электродвигателя, для времени пуска можно определить по формуле Теперь расчетный график тока может быть представлен рис. 94. При помощи этого графика определяем эквивалентный ток для заданного режима с пуском двигателя в начале каждого цикла: Полученный эквивалентный ток 29 А равен номинальному току выбранного двигателя. В рассматриваемом режиме двигатель используется полностью как по условиям допустимого нагрева, так и по условию устойчивости (способность преодолевать перегрузки). Отсюда видно, какое значение имеет выбор режима работы двигателя. В некоторых случаях при выборе двигателя его номинальную мощность будет определять нагрев не от рабочего тока, а от пускового, при этом может возникнуть необходимость перехода к большей номинальной мощности. Поэтому иногда во избежание вызванного пусковыми токами увеличения мощности двигателя предпочитают применять управляемую муфту между валом двигателя и привода, позволяющую остановить рабочую машину без останова (и последующего пуска) двигателя.

2. На насосной станции установлен асинхронный двигатель, имеющий следующие данные: номинальная мощность 28 кВт, скорость вращения 975 об/мин, номинальное напряжение 380 В, номинальный ток 56,5 А, кратность пускового тока 5.
По экономическим соображениям, насосная станция — необслуживаемая и дежурные на ней отсутствуют. В связи с этим необходимо применить дистанционное управление с центрального щита, расположенного в 250 м от насосной станции.
Выбрать пусковую и защитную аппаратуру и рассчитать проводку управления.Решение:
По условиям, требуется дистанционное управление двигателем. Для этого в качестве пускового аппарата необходимо взять магнитный пускатель. По каталогу для двигателя мощностью 28 кет выбираем пускатель четвертой величины. В работе двигателя, приводящего в движение центробежный насос, перегрузки исключены, поэтому ограничиваемся лишь защитой двигателя от коротких замыканий. С этой целью устанавливаем на насосной станции плавкие предохранители.
Развернутая схема установки и схема, отображающая территориальное расположение аппаратуры, показаны соответственно на рис. 95, а и б. При нажатии кнопки «Пуск» напряжение через нормально замкнутые контакты кнопки «Стоп» прикладывается к зажимам катушки контактора К. Контактор срабатывает, замыкается его блок-контакт , шунтируя кнопку «Пуск» и сохраняя цепь катушки контактора замкнутой независимо от положения этой кнопки. Одновременно загорается сигнальная лампа «Ход», включенная параллельно катушке контактора, и гаснет лампа «Стоп», включенная через нормально замкнутый блок-контакт . Для связи насосной станции и щита управления в этом случае требуются четыре провода. Если отказаться от лампы «Стоп» и считать, что останов двигателя сигнализируется погасанием лампы «Ход», то можно ограничиться тремя проводами.

Сечения проводов цепи управления следует выбирать исходя из необходимости обеспечения на катушке контактора напряжения, достаточного для его безотказного срабатывания. Контакторы должны срабатывать при напряжении на катушке, равном 0,85 от номинального, однако до этого предела доходить не рекомендуется, так как в цепи возможно дополнительное падение напряжения (например, в линии, в трансформаторе), и контактор может не сработать. Обычно потери напряжения в линии управления принимают порядка 5—7%, и, следовательно, напряжение на катушке около 0,95—0,93 от номинального.
Ток в катушке контактора переменного тока при включении примерно в 10—15 раз превышает ток катушки в принятом состоянии контактора. Пренебрежем активным сопротивлением катушки в цепи переменного тока и реактивным сопротивлением, обусловленным магнитным потоком рассеяния. Тогда можно считать, чтоэ. д. с, индуктируемая в катушке при изменении магнитного потока, уравновешивается приложенным напряжением сети . Отсюда видно, что при неизменном действующем значении напряжения действующее значение магнитного потока будет оставаться также неизменным. Вместе с тем магнитный поток прямо пропорционален намагничивающей силе катушки и обратно пропорционален магнитному сопротивлению ее цепи . Вследствие малой магнитной проницаемости воздуха при отпущенном якоре контактора (и, следовательно, при зна чител ьном возду шном зазоре) сопротивление магнитной цепи резко возрастает, что требует в свою очередь возрастания намагничивающей силы катушки, или, что то же самое, возрастание проходящего по ней тока. Когда якорь привянут, воздушный зазор практически отсутствует и ток в катушке снижается до нормальной величины.
Для выбранного нами пускателя с контактором четвертой величины катушка имеет следующие данные: пусковой ток , рабочий ток , полное сопротивление катушки (якорь опущен) , активное сопротивление катушки , реактивное сопротивление катушки .
Напряжение на зажимах катушки при включении примем равным 0,95 от номинального, или 209 В. Расчетная схема представлена на рис. 96, где через R обозначено сопротивление линии управления. Учитывая, что в неразветвленной цепи ток будет одинаков в любом ее месте, можем написать Подставляя числовые значения, получим

Определим сечения проводов линии при сопротивлении 2,08 Ом и длине в один конец 250 м: Если принять стандартное сечение провода , то напряжение на катушке будет 206 В, или 0,94 от номинального, что допустимо.
Ток в сигнальных лампах невелик и учитывать его при определении сечения проводов не следует, тем более что для сигнальных ламп допустимо очень значительное (до 50%) снижение напряжения.
Плавкая вставка предохранителей должна выдерживать, не расплавляясь в течение 10 сек, пусковой ток электродвигателя и отключать ток короткого замыкания. Для пусков средней продолжительностью не более 10 сек номинальный ток плавкой вставки определяется по формуле Выбираем плавкую вставку с номинальным током .

Смотри полное содержание по представленным решенным задачам.