методdocs_205

4.ПринципиальнаяэлектрическаясхемаПТПстроительногообъекта показывает распределение электроэнергии по потребителям с указанием взаимной связи основного электрооборудования, и представляет собой радиальную схему питания электропотребителей, которые создают распределенные нагрузки на РУ-НН.

5.В зависимостиотусловийтехническойэксплуатацииивозможных нештатных ситуаций нагрузки на трансформаторы ТП заданного объекта колеблются в широких пределах: от 468,72 до 1612,86 кВА.

Их внешние и рабочие свойства не остаются неизменными. Данные исследования внешних U2 Ε и рабочих Κ(Ε) характеристик трансформа- тораТМ-1000/10 приестественныхиискусственныхусловияхТПобъекта показали, что при компенсации реактивной энергии конденсаторами система электроснабжения имеет наиболее высокие технико-экономи- ческиепоказатели. Так, при30 %-номрасширениисистемаприискусст-

венных условиях и аварийной ситуации не испытывает перегрузкуΕ 0,937 , напряжение питания 512 В, КПД трансформаторов 0,985, тогда как при естественных условиях эти показатели при той же ситуа-

ции значительно хуже: U2(e) 505 B, КПД Κ(е) 0,982, а перегрузка достигает 61 %.

6. При номинальном режиме Ε 1 параметры трансформаторов тоже отличаются в зависимости от условий технической эксплуатации:

становится значительно меньше номинальных значений и может быть равен Κ 0,82 – 0,96; в среднем это хуже номинальных значений при искусственных условиях в 1,2 раза, поэтому экономически нецелесообразна длительная работа трансформаторов в режиме холостого хода.

8. Увеличение числа трансформаторов при использовании менее мощных трансформаторов типа ТМ-250/10 потребует расширения основного электрооборудования, увеличения объема работ технического обслуживания, что ведет к снижению надежности ПТМ. Вывод из эксплуатации двух из пяти трансформаторов типа 250/10 связан с ограничениемнагрузкинаПТМс Ε 2,3 до Ε 1,6 , снижениемКПДипрактичес- ки нецелесообразен.

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА № 10

Анализ асинхронных электродвигательных устройств индивидуальных приводов системы рабочих механизмов

3-го класса по каталожным данным и выбор технических средств и мероприятий для их нормальной работы

Цели работы – определение параметров заданного электродвигательного устройства (ЭДУ) по каталожным данным. Построение его естественной механической характеристикии выбор технических средств и мероприятий для рационального использования ЭДУ при номинальной нагрузке.

Достичь поставленных целейлегче, если решить последовательно следующие задачи:

определитьисполнениеЭДУ, егопригодностьдлязаданнойсистемы и схему соединения обмоток статора, если цеховая сеть имеет напряжение220/380 Впромышленнойчастотыf = 50 Гц, апомещениецеха относится к пыльным помещениям категории П-1;

рассчитать параметры упрощенной Г-образной схемы замещения ЭДУ при номинальном режиме работы и построить его естественную механическую характеристику;

выбрать тип и сечение питающего кабеля, если расстояние отраспределительногопункта(РП) дорабочихмеханизмовнепревышает 50 м, тип магнитного пускателя (ПМ) и устройства тепловой защиты и защиты от коротких замыканий в ЭДУ и силовых линиях питания

(рис. 10.1);

разработать привыявленнойнеобходимоститехнические мероприятия по регулированию напряжения питающей сети и компенсации реактивнойэнергии, еслизарациональноезначениекоэффициентамощности считать 0,92–0,95, и оценить экономическую эффективность принятых технических мероприятий, если в системе установлено 20 одинаковыхрабочихэлектромеханизмов, напримерэлектронасосов; выполнить принципиальную электрическую схему электроснабжения, управления

изащиты ЭДУ привода от коротких замыканий, длительной перегрузки

иот минимального напряжения сети;

результаты обобщить и сделать выводы о наиболее эффективном технико-экономическом использовании системы рабочих электромеханизмов.

Вкачестве исходных данных принять: каталожные данные ЭДУ

вприл. 2 для помещений1 по своему варианту2; схему индивидуального электропривода порис. 10.1; коэффициент загрузкиЭДУ приноминаль-

ном режиме K3 1; потерю напряжения в кабельной линии не более 2,5 %; числочасов работы системы в рабочие сутки 24, а число рабочих суток в году по году выполнения РГР.

Алгоритм расчета

1. Каталожные данные электродвигателя типа А2-72-4:

мощность на валу двигателя Рн, кВт……………………….…... 28

скольжение Sн, %……………………….……………………… 3,35

коэффициент полезного действия Kн, %………………………. 90,00 коэффициент мощности соs Mн ……………………………..….. 0,89

Двигатель имеет защищенное исполнение и выполнен в чугунном корпусе с лапами, а активное сопротивление фазы его статора при температуре 20 $С r1 0,08 Oм.

2. Пригодность двигателя для заданной системы и схема соединения статора (номинальное напряжение двигателя 220/380 В, а электрическая частота 50 Гц).

ТаккакдвигательА2-72-4 имеетзащищенноеисполнение, асистема размещена в помещении категории П-1, то устанавливать внутри помещения этот двигатель не разрешается. Здесь требуется двигатель закрытого или продуваемого исполнения. Однако если электродвигатель установить за пределами помещения и предусмотреть хорошую изоляцию от пыли и влаги, то защищенное исполнение вполне устроит.

1Помещениясповышеннойопасностьювотношениипоражениялюдейэлектрическим током при наличии проводящей пыли, влажности, сырости и токопроводящих полов (земляных, железобетонных и т. п.).

2Номер варианта РГР соответствует порядковомуномерутрехфазныхасинхронныхдвигателей единойсерии А2.

Напряжение цеховой сети (см. рис. 10.1) и обмоток статора заданного двигателя совпадают, поэтому обмотки статора следует соединить по схеме «звезда», а их начала – с отдельными фазами РП.

Рис. 10.1

3. Расчет параметров и построение Г-образной схемы замещения. 3.1. Скорость вращения ротора, частота ЭДС и тока в роторе при

номинальной нагрузке:

число пар полюсов р 4 2 1 2 ; скорость вращения магнитного поля статора

скорость вращения ротора двигателя

Zн (1 Sн)Z0 (1 0,0335) 157,08 151,82 с 1 ;

частота колебаний ЭДС и тока в роторной обмотке f2н Sн f1 0,0335 50 #1,68 Гц.

3.2. Номинальныевращающиеэлектромагнитныймоментимомент на валу двигателя (воспользуемся универсальными зависимостями механических потерь от нагрузки – рис. 10.2):

номинальный вращающий момент на валу двигателя

Рис. 10.2

номинальный вращающий момент электромагнитного происхождения

Примечание. Вращающий электромагнитный момент ЭДУ Мн по величине больше вращающего момента на валу за счет механических потерь энергии внутри электрического двигателя.

3.3. Пусковой и максимальный (критический) вращающие моменты ЭДУ.

Пусковой момент

Мпуск Υпуск Мн 1,2 185,17 222,2 Н м.

Максимальный, критический момент

Мmax Мн Εmax M н 2,1 185,17 388,85 Н м.

3.4. Полноеактивноеиреактивноевходныесопротивленияэквивалентной схемы замещения ЭДУ. Полное входное сопротивление схемы замещенияопределяетсяотношениемфазногонапряжения U1ф кфазному току I1н в отмотке статора ЭДУ.

Фазный номинальный ток статора

полное входное сопротивление (модуль) ЭДУ при номинальной нагрузке3

активное входное сопротивление

3.5. Сопротивления элементов эквивалентной Г-образной схемы замещения при номинальном режиме работы ЭДУ (рис. 10.3).

Рис. 10.3

3 Полноевходноесопротивлениесхемызамещенияопределяетсяотношениемфазногонапряжения U1ф к фазномутокуI1н в отмоткестатораЭДУ.

Активное сопротивление фазы обмотки статора при температуре нагрева 75 °С следующее:

активнаямощностьЭДУвноминальномрежимеирежимехолостого хода для одной фазы

реактивная мощность одной фазы ЭДУ в режиме холостого хода

полноесопротивлениеконтуранамагничиванияЭДУприхолостом

ходе

то же, но при номинальном режиме

активное сопротивление контура намагничивания

реактивное сопротивление контура намагничивания Г-образной схемы замещения ЭДУ

3.6. Активная мощность потребления энергии ЭДУ и мощность потерь энергии в нем при номинальной нагрузке Мн.

Активная мощность потребления энергии ЭДУ при его номинальной нагрузке составляет

Номинальная величина электромагнитной мощности, создаваемая ЭДУ в рабочем зазоре,

Мощностьэлектрическихпотерьвротореприноминальнойнагрузке

'P2э.н Pэ.м.н Sн 29 086,39 0,0335 974,39 Вт.

Мощность потерь энергии в обмотке и железе статора ЭДУ с учетом потерь рассеяния в рабочем воздушном море

'P1э.н P1н Pэ.м.н 31 111,11 29 086,39 2024,72 Вт .

Диаграмма мощностей преобразования энергии в ЭДУ при номинальной нагрузке Мн представлена на рис. 10.4. Из нее видно, что наибольшееколичествоэнергиитеряетсявстаторедвигателя, асравнительнонезначительноеколичествоэлектроэнергиирасходуетсяна покрытие потерь в подшипниковых опорах и потерь на трение о воздух.

Рис. 10.4

4. Расчет и построение естественной механической характеристики ЭДУ.

4.1. В качестве исходного соотношения для расчета естественной механическойхарактеристикипримемзависимостьвращающегомомента ЭДУ в функции его скольжения (выражение получено с учетом эквивалентной схемы замещения, представленной на рис. 10.3; см. также комментарий в конце работы).

4.3. Результаты расчетов S M и Z M приведены на рис. 10.5, изкотороговидно, чтохарактеристикавинтервалескольжений 0 d S d Sн почти прямолинейна.

4.4. Проверку правильности расчета и построения механической характеристики ЭДУ произведем по координатам точек отдельных ре-

Мпуск # 232 Н м более чем в 1,96 разпревышают расчетные, а расчетный пусковой момент меньше номинального в 1,65 раза. Такое несоот-

ветствие можно объяснить использованием упрощенной схемы замещения и приближенного выражения для момента на валу ЭДУ при расчете зависимостей Z М и S M .

С другой стороны, можно утверждать, что выражение достаточно точноописываетрабочуючастьмеханическойхарактеристикидвигательного устройства в естественных условиях.

Изрис. 10.5 такжеследует, чтожесткостьестественноймеханичес-

29,8 Нм/с. Пунктирнойкривойпоказанахарактеристикапокаталожным данным.

5. Выбор типа и сечения питающего силового кабеля.

Для помещений категории П-1 должны применять защищенные виды электропроводок, изоляция которых выдерживает напряжение на менее0,5 кВ. Допускаетсяпрокладыватьбронированныекабелиилипровода и кабели в трубах. В качестве переносных могут использоваться гибкие провода и кабели типа КРПС или КРПТ. Расстояние от РП домагнитногопускателяПМ(см. рис. 10.1) составляет45 м. Кабельпроложен открыто в канале.

5.1. Выбираемтрехжильныйалюминиевыйкабельсрезиновойизоляцией типа АСРБГ или АВРБГ (прил. 2). Реактивным сопротивлением жил кабеля пренебрегаем.

Рис. 10.5

5.3. Допустимыйтокжилыкабеля I доп долженбытьбольшерабочего тока I р . По таблице длительно допустимыхнагрузокв А(см. прил. 2) имеем:

Iдоп 60,0 А ! Ip 53,11 A для сечения жилы 16 мм2 – АСРБГ316. 5.4. Проверкасеченияжилкабеляпопотеренапряженияприноми-

нальной нагрузке. Сопротивление одной жилы

где ϑ –удельнаяпроводимостьматериала–дляалюминия ϑ 32 м/мм2 Ом; потери напряжения на фазу

Uф Rл Iр cos Μн 0,09 53,11 0,39 4,15 В;

Потери напряжения допускаются не более 2,5 %, следовательно, кабель выбран правильно. В противном случае сечение жил кабеля увеличивают.

5.5. Мощность и коэффициент мощности в начале линии. Потеря мощности в кабеле при номинальной нагрузке

Рл 3 RлIp2 3 0,09 53,112 761,58 Вт.

Мощностьвначалекабельнойлинии(наклеммахРП, см. рис. 10.1)

Pc P1н Рл 31 111,11 761,58 31 872,67 Вт.

Действующеезначениенапряжениявначалелинии(наклеммахРП) должно быть не менее

Uc Uл U2 380 7,2 387,2 B.

Коэффициент мощности в начале питающей кабельной линии

6. ВыбормагнитногопускателяисредствазащитыЭДУотдлительной перегрузки, минимального напряжения и токов короткого замыкания.

6.1. Потаблицемагнитныхпускателей(прил. 7) сучетомноминального режима работы двигателя ( Pн 28 кВт , U 380 B и Iн

Iр # 53 А) выбираем нереверсивный пускатель типа П-422 в защи-

щенном исполнении на номинальный допустимый ток 90 А.

Защиту от минимального напряжения в этом пускателе выполняет катушка, котораярассчитанананапряжениесрабатыванияUср δ 0,75Uн.

6.2. По таблиценагревательных элементов(прил. 8) сучетомпараметров выбранного магнитного пускателя П-422 имеем для номинального рабочеготока электродвигателя Iн 53 A и пускателя4-йвеличи- ны номер нагревательного элемента 48, который защищает ЭДУ от длительных перегрузок со стороны рабочей машины. Эти перегрузки представлены электрическим током в обмотке статора; при выбранном элементе находятся в пределах 50–55 А.

6.3.Выбор плавких предохранителей (см. рис. 10.1, установлены

вРП) для защиты ЭДУ от токов короткого замыкания.

Максимальныйток в жиле кабеля в момент пуска двигателя

Imax k1 Ip 5,5 53,11 # 292,11 A.

Условие, прикоторомплавкаявставкапредохранителястоком Iвст за время пуска двигателя не расплавляется,

Iвст ! 0,4 Imax.

Номинальныйтокплавкойвставкивыбираем(прил. 3) сучетомусловия расплавления вставки:

иусловие соответствия защиты от коротких замыканий выполняется.

7.Технические мероприятия по поддержанию потерь напряжения в питающих кабельных линиях, не превышающих 2,5 %.

Припотерелинейногонапряженияменее 2,5 % разрабатывать специальные технические мероприятия не требуется. При большей потере напряжения требуется регулировать напряжение на распределительном пункте или на трансформаторной подстанции так, чтобы оно было в допустимыхпределах. Этогоможнодостичьеслине увеличениемсечения жил кабельной линии, то переключением обмоток трансформаторов, питающей цеховой или заводской трансформационной понизительной станции или установкой специальных стабилизаторов напряжения.

8.Определение реактивной мощности и разработка технических мероприятий по компенсации сдвига фаз между электрической нагрузкой и напряжением.

Воспользуемся номинальной нагрузкой (см. алгоритм расчета, п. 1) электромеханизма (см. рис. 10.1). Случай, близкий к реальному

(см. тамжеп. 2), т. е. прикоэффициентеспроса Kc 0,7 икоэффициенте мощности cosΜ2 0,8 для механизмов 3-го класса.

8.1. Полная мощность потребления электрической энергии из сети

Iн и напряжением при номинальной нагрузке необходимо предусмотреть в районе РП установку конденсаторов (или синхронных компенса-

9. Принципиальнаяэлектрическаясхема электромеханизмас асинхронным ЭДУ типа А2-72-4 с компенсатором сдвига фаз представлена на рис. 10.6, где А, В, С– фазы шин РП; QF1 – автоматическийвыключатель компенсатора; СВ – трехфазный конденсатор типа КМ-0,23-18-3 (см. прил. 5); f1 W1 – кабельдли- 16; SВ1, SВ2 – выключателикнопочныесоответственно «Стоп», «Пуск»; КМ – контактор магнитного пускателя П-422; КК1, КК2 – тепловые реле магнитного пускателя; М – двигатель; РМ – рабочая машина.

Рис. 10.6

10. Годовойэкономическийэффектотустановкикомпенсатора, если электромеханизмы будут работать при номинальной нагрузке и нагрузке, близкой к реальной (случай 2), по 24 ч в рабочие сутки.

10.1. Число рабочих часов в году, например при 306 рабочих днях

А 24 306 7344 ч.

10.2. Среднее действующее значение тока в линии: до установки компенсатора (случай 1)

после установки компенсатора, когда cos Μ 1,

10.3.Уменьшение потерь активной мощности в линиях системы

иэкономия электроэнергии в системе.

Примечание. Потеря активной мощности в линиях и сетях определяется по формуле

где 1,1 – коэффициент, учитывающий сопротивление переходных контактов, скрутку жил и способ прокладки линий; n – число фаз в кабельной линии; I – действующее значение тока в линии, А; Υ – удельное со-

противление материала жилы и кабеля: Υ ϑ 1 0,0312 мм Ом/м; L – длина кабельной линии от РП до двигателя, м.

Тогда уменьшение потерь мощности в линиях одной установки

аэкономияэлектрическойэнергиизарабочийгодсистемойиз20 рабочих электромеханизмов 3-го класса

10.4.Годовой экономический эффект, если стоимость 1 кВт-ч

с0,9 р. кВт-ч, составит

Момент асинхронного двигателя можно определить из выражения

Приравнивая производную к нулю, определимэкстремальные значения М для режимов двигателя и генератора

1,5U 2

где Rн r1 Z 1ф .

0M н

После деления M S на Mmax и некоторых преобразований найдем уточненное выражение

Приняв r1 o 0, получим приближенное значение для M (S) и Sкр.

Рекомендуемаялитература

1.ГОСТ 16593–79. Электроприводы. Термины и определения. – М.: Госкомитет СССР по стандартам, 1979.

2.ГОСТ 17154–71. Машины электрические вращающиеся. Термины

иопределения. – М.: Госкомитет СССР по стандартам, 1972.

3.Чиликин, М. Г. Общий курс электропривода: учебник для вузов / М. Г. Чиликин, А. С. Сандлер. – 6-е изд. – М.: Энергоиздат, 1981.

4.Копытов, Ю. В. Экономия электроэнергии в промышленности: справочник / Ю. В. Копытов, Е. А. Чуланов. – М.: Энергоатомиздат, 1982.

5.Сборник задач по общей электротехнике и основам электроники / под ред. В. Г. Герасимова. – М.: Высшая школа, 1987. – 288 с.

6.Бондаренко, А. В. Электротехника: учебное пособие / А. В. Бондаренко. –

СПб.: СПбГАСУ, 2004. – 342 с.