Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «системы управления электроприводами» Составил преподаватель Бобков А. И

УКРАИНА. МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

АВТОНОМНОЙ РЕСПУБЛИКИ КРЫМ

КРЫМСКОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ

«ФЕОДОСИЙСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ»

Составил преподаватель Бобков А.И.

Председатель комиссии

электротехнических дисциплин

Петовраджи М.Н. ___________

Протокол №__ от ___________

ФЕОДОСИЯ

2006

ЗАДАЧИ ПРОЕКТА

Курсовой проект является самостоятельной работой студента, завершающей изучение дисциплины «Системы управления электроприводами».

Курсовое проектирование проводится после изучения дисциплин, сведения из которых необходимы для работы над данным проектом.

Работа над проектом способствует систематизации, закреплению и обобщению знаний, полученных студентом за время изучения дисциплины, а также применению этих знаний для комплексного решении вопросов, связанных с проектированием и эксплуатацией электроустановок.

В процессе работы над проектом студенты обучаются пользованию различной справочной литературой, Государственными стандартами (ГОСТ), правилами устройства электроустановок (ПУЭ), Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей и Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭ и ПТБ), приобретают навыки выполнения различных расчётов, графических работ, составления пояснительной записки.

Работа над курсовым проектом подготавливает студентов к выполнению более сложного этапа учебного процесса, представляющего, одну из основных форм связи обучения с производством - дипломному проектированию.

ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ПРОЕКТА

ВВЕДЕНИЕ

ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1.
ВЫБОР СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

1.2.
ВЫБОР РОДА ТОКА И ВЕЛИЧИНЫ НАПРЯЖЕНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС И РОЛЬ ПРОЕКТИРУЕМОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ

3.1.
РАСЧЁТ МОЩНОСТИ И ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

3.2.
ВЫБОР СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

3.3.
РАЗРАБОТКА СХЕМ СИЛОВЫХ И ОПЕРАТИВНЫХ ЦЕПЕЙ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ КРАНА

3.4.
РАСЧЁТ И ВЫБОР АППАРАТОВ УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ

3.5.
ОПИСАНИЕ РАБОТЫ СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

РАСЧЁТ ТОКОВЕДУЩИХ УСТРОЙСТВ

МЕРОПРИЯТИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОХРАНЕ ТРУДА ПРИ МОНТАЖЕ (ЭКСПЛУАТАЦИИ) ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

КРАТКИЙ ВЫВОД

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. СПЕЦИФИКАЦИЯ НА ПРОЕКТИРУЕМОЕ ЭЛЕКТРО-ОБОРУДОВАНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ НА ОДНОМ ЛИСТЕ ФОРМАТА А1

ВВЕДЕНИЕ

Осветить:

- на каком заводе, в каком цехе и на каком участке установлен кран;

- описать устройство крана, обратив внимание на следующее:

1. Какое грузозахватное устройство используется на кране и его грузоподъёмность.

2. Что представляют собой пролетные балки (коробчатого сечения, двутавровые).

3. Сколько ведущих и ведомых колёс закреплено на концевых балках, с какой стороны.

4.Какая кинематическая схема применена на приводе механизма движения моста, центральный привод или раздельный.

5. Устройство тележки - размеры ее, число колес, из них при- водных, холостых.

6. Где расположены: защитная панель, магнитные контроллеры, управление механизмами, сборки пускорегулирующих резисторов.

7.0харектиризовать кабину крановщика - открытого или закры­того типа, крепится на мосту или тележке.

8. С какой стороны моста расположены главные троллеи и как предусмотрено их обслуживание.

9. Как расположены вспомогательные троллеи на мосту, сколько их, во сколько рядов, по сколько штук в ряду, одного сечения или разного, как обслуживаются.

10. Какие типы тормозов предусмотрены на механизмах, крана какой они имеют привод - электромагнитный /постоянного или переменного тока/, электрогидравлический.

11.Какие конечные выключатели установлены на механизмах крана рычажные или вращающиеся.

12. Как выполнены электрические проводки на кране.

13.Перечислить механизмы крана

2. Выбор рода тока и
величины напряжения

Электрооборудование кранов может быть выполнено как на пере­менном, так и на постоянном токе.

Достоинствами переменного тока является:

1. Меньшая стоимость асинхронных двигателей по сравнению с двигателями постоянного тока.

2. Простота обслуживания и ремонт асинхронных двигателей. Если эксплуатационные затраты для асинхронного двигателя с коротко- замкнутым ротором принять за I, то для двигателей с фазным ротором эти затраты составят 5, а для двигателей постоянного тока -10.

3. Отсутствие необходимости в преобразователях переменного тока в постоянный, что также удешевляет электрооборудование.

Недостатками переменного тока является:

1. Нeвозможность простыми способами получения жестких характе­ристик при подъеме и особенно при спуске груза на малых скоростях, т.к. невозможно предсказать, какую скорость будет иметь двигатель на каждом из положений контроллера, при подъеме и опускании разных по весу грузов.

2. Практическая независимость скорости АД, работающего на естественной характеристике, от величины поднимаемого груза (механи­ческая характеристика – жесткая). В результате время подъема грузо­захватного устройства (холостой ход для механизма подъема) такое же, как и время подъема груза.

3. Электроаппаратура с катушками на переменном токе и тормоз­ные электромагниты переменного тока работают менее надежно, чем на постоянном токе (катушки при частных отключениях перегреваются из-за больших токов включения, при витковом замыкании хотя бы одно­го витка катушки перегревается и выходит из строя; при недовключении тормоза или аппарата катушка потребляет большой ток и перегревается).

4. Электрооборудование на переменном токе чаще выходит из строя в результате однофазных замыканий на землю, т.к. в системе с глухозаземленной нейтралью каждое такое замыкание сопровождается выгоранием места замыкания и немедленным выходом из строя электро­оборудования.

На постоянном токе этого нет и краны с замыканием одного полюса на землю могут некоторое время работать, представляя электрикам время для поисков места замыкания на землю. Опасным на постоянном токе, с точки зрения выгорания, является лишь одновременное замыкание на землю обоих полюсов.

Достоинствами
постоянного тока для кранов является:

1. Возможность получения жестких механических характеристик на спуск, что важно в тех случаях, когда требуется высокая точность работы (при монтаже оборудования, при работе с жидким металлом и т.д.).

2. За счет мягких механических характеристик двигателей посто­янного тока последовательного возбуждения кран поднимает пустое грузозахватное устройство быстрее, чем груз, за счет чего повышается производительность крана.

3. На нулевом положении контроллера двигатель подъема обычно включен по схеме динамического торможения с самовозбуждением. Эго может оказаться весьма полезным при выходе из строя механического тормоза на механизме подъема. В этом случае двигатель медленно опус­кает груз (на переменном токе груз падает, ничем не задерживаемый). Машинист имеет возможность периодически поднимая груз, а затем, ставя командоконтролер в нулевое положение, когда груз медленно опус­кается переехать мостом и тележкой и опустить груз в безопасном месте.

4. Электроаппаратура с катушками постоянного тока работает бо­лее надежно.

5. Для питания кранов требуется два троллея, а не три как на пере­менной токе.

Однако, при всех преимуществах постоянного тока решающими соображениями является экономичность и простота обслуживания при применении переменного тока. Поэтому во всех случаях, когда можно применить переменный ток (особенно в новых цехах, когда не встает вопрос о большой реконструкции следует его применение).

Частично недостатки переменного тока устранены с появлением контакторов, у которых главные контакты работают в цепи переменного тока, а катушки выполнены на постоянном токе.

В настоящее время постоянному току отдается предпочтение толь­ко при работе кранов с жидким и горячим металлом. Кроме того, постоянный ток применяется на старых металлургических заводах, где в пролете работает ряд кранов на постоянном токе и замена ЭО постоянного тока ЭО переменного тока лишь на одном из них создает значительные технические и организационные трудности (появление кроме троллеев постоянного тока, дополнительных троллеев переменного тока; постепенное наращивание мощности переменного тока по мере замены кранов, что требует реконструкции подстанции, одновременно с этим постепенное снижение загрузки преобразователей постоянного тока, увеличение разновидности двигателей и электроаппаратуры, ухудшение условий технике безопасности при обслуживании и ремонте кранов и т.п.

Таким образом, выбор рода тока должен производиться с учетом всех перечисленныхх факторов.

Выбрав род тока, необходимо выбрать величину напряжения. На переменном токе в принципе можно выбрать напряжение 660/380, 500, 380/ 220, 220/127 В. Напряжение 500 В из стандартов исключено и применяется лишь на некоторых старых заводах.

При выборе величины напряжения следует принимать в расчет следующие соображения. Чем выше напряжение, тем меньше токи потребляет двигатель при той же мощности (РН
=Uн Iнcos).
Однако применение напряжения 660/380 В ухудшает условия техники безопасности, а также приводит к более частым пробоям изоляции, а следовательно, к снижению надежности. Кроме того, для освещения приходится применять понижающие трансформаторы.

Применение напряжения 220/127 В весьма благоприятно с точки зрения техники безопасности, но требует увеличения сечения проводов и троллеев на кране.

В настоящее время оптимальной считается система 380/220 В так как она:

1. Позволяет использовать двигатели 380 В (при соединении звездой) и 220 В (при соединении треугольником).

2. Имеет сравнительно низкое (до 250 В) напряжение относительно «земли», что создает благоприятные условия по технике безопасности и снижает число пробоев изоляции.

3. Позволяет питать осветительную нагрузку непосредственно от силовой сети (без дополнительных трансформаторов), соединяя лампы одинаковой мощности в звезду.

4. С точки зрения проводниковой продукции является промежуточной между системой 660/380 и 220/127 В.

Поэтому, кроме особо крупных кранов с двигателями большой мощности, следует применять систему 380/220 В.

На постоянном токе решение вопроса сводится по сути дела к вы­бору напряжения между напряжениями 220 и 440 В. По соображениям аналогичным приведенным выше, обычно применяют 220 В, а для крупных кранов - 440 В.

В конце пункта необходимо четко сформулировать результат всех соображений применительно к проектируемому крану и указать какой род тока и какая величина напряжения выбраны в проекте.

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС

Указать тип крана, грузозахватное устройство, грузоподъёмность крана.

Подробно рассмотреть технологический процесс данного завода, участка и роль, которую данный кран выполняет в технологическом процессе.

· при описании технологического процесса работы следует указать режимы работы механизмов;

· необходимый диапазон регулирования скорости двигателей;

· наличие жестких механических характеристик двигателей;

· охарактеризовать внешнюю среду, место работы крана: преде­лы изменения температуры, запыленность, наличие агрессивных веществ;

4. Выбор схемы управления.

Выбор системы электропривода крана определяется в значитель­ной мере требованиями к его механическим характеристикам, а эти тре­бования изменяются в зависимости от рода технологических операций, выполняемые краном.

Так, для монтажных кранов необходимы жесткие механические ха­рактеристики и большом диапазон регулирования в то время, как для магнитных кранов, транспортирующих скрап, стружки и т.п. указанные требования не играют роли.

В настоящее время для кранового привода применяются следующие системы:

1. Схемы с силовыми контроллерами.

2. Схемы с магнитными контроллерами.

3. Схемы с асинхронными двигателями с фазным ротором и тиристорным управлением в цепи роторами.

4. Схемы с асинхронными двигателями с фазным ротором и тиристорным управлением в цепи статора.

5. Системы с двигателями постоянного тока, управляемыми по сис­теме Г-Д.

6. Системы с двигателями постоянного тока, управляемыми по сис­теме ТП-Д.

Системы по п.п. 3-6 применяются сравнительно редко, в основном для специальных или экспериментальных кранов. Для большинства кра­нов, работающих в цехах, применяют системы по п.п.1 и 2.

Таким образом, необходимо выбрать для проектируемого крана схе­му либо силового, либо магнитного контроллера. Силовой контроллер требует меньше затрат на эксплуатацию, имеет небольшую массу и габа­риты.

Недостатком его является зависимость пусковых характеристик двигателя от скорости перевода рукоятки контроллера с положения на положение. При быстром переводе рукоятки могут возникнуть чрезмер­ные пусковые токи. Требовать же от машиниста перевода рукоятки с задержкой времени между положениями можно только при небольшом числе переключений в час и при небольшом числе управляемых механизмов. Другим недостатком силовых контроллеров являются довольно большие усилия, требуемые от машиниста для перевода рукоятки, что при большом числе включений в час приводит к усталости машиниста и снижению производительности труда.

Наконец силовые контроллеры могут быть применены лишь для двига­телей малой мощности:

- для асинхронных двигателей с фазным ротором без применения реверсоров - до 30 кВт, при напряжении 380 В, с применением реверсоров до 75 kВt при напряжении 380 В;

- для двигателей постоянного тока при напряжении 220 В до 25 кВт. Применение магнитных контроллеров позволяет автоматизировать

процессы пуска и торможения, при этом машинист рукоятку командоконтроллера может переводить в любом направлении с любой скоростью. Усилие воздействия на контроллер меньше, чем на силовой, что также облегчает труд машиниста.

Мощность двигателей управляемых магнитными контроллерами дости­гает 150 кВт.

Недостатками магнитных контроллеров являются: большие габариты и масса, высокая первоначальная стоимость, более высокие эксплуатаци­онные расходы ввиду необходимости обслуживать большое число электро­аппаратов. Затруднен также и поиск неисправностей, который требует бо­лее высокой квалификации обслуживающего персонала. Для того, чтобы сделать выбор схемы нужно знать мощность двигателя и режим работа крана, мощность двигателя определяется расчетами, а режим работы по таблице Госгортех.надзора. (См. приложение 4-1).

Зная мощность двигателя и режим работы механизма, по таблице приложения 4-2 выбирают систему управления. После того, как определена схема управления силовой или магнитный контроллер, необходимо по ката­логам (приложения 4-3, 4-4, 4-5) выбрать конкретный тип силового или магнитного контроллера.

5. Расчет и выбор электродвигателей.

Для переменного тока выбираются двигатели с фазным ротором се­рий МТF, МТ, МТН или МТМ.

Для постоянного тока двигатели последовательного возбуждения серий Д. Следует сразу же выписать технические данные трех двигате­лей: ближайшего по мощности к Ррасч., а также ближайшего меньшего и ближайшего большего двигателей, т.к. при проверке по нагреву может возникнуть необходимость произвести расчеты с этими двигателями (с меньшим - если загрузка выбранного двигателя окажется 0,8, а с большим - если выбранный двигатель не пройдет по нагреву), т.е. окажется

Мэ

> 1

Мн

6. Расчет и выбор пускорегулирующих резисторов

для крановых электроприводов

6.1. Введение.

При ремонтах кранового электрооборудования, связанных с заменой двигателя двигателем другого типа, заменой магнитного или силового контроллера или заменой язища резисторов бывает необходимо произвести расчет величин сопротивлений ступеней, выбрать стандартные ящики и сос­тавить монтажную схему соединений.

Как известно, для определения величин сопротивлений ступеней су­ществуют графические, аналитические и графо-аналитические методы рас­чета. Для определения длительного тока эквивалентного по перегреву разработаны методы расчета для перемежающегося, повторно-кратковремен­ного и кратковременного ре-жимов.

Однако результаты расчетов по всем методам зависят от квалифика­ции расчетчика, тщательности выполнения графиков, наличия под рукой необходимой литературы. Кроме того, они достаточно трудоемки. Между тем, кран-механизм повышенной опасности, и ошибки здесь недопустимы. Поэтому наибольшее практическое применение нашел метод стандартных процентных разбивок. Он заключается в том, что завод изготовитель (л крановых магнитных контроллеров - Московский завод "Динамо") разрабатывает, проверяет в эксплуатации и приводит для каждой из схем величины сопротивлений ступеней, выраженные в процентах от номинального сопротивления двигателя, и эквивалентные длительные токи, выраженные в процентах от номинального тока двигателя. Расчеты по этому методу весьма просты, а результаты – надежны.

6.2. Метод стандартных процентных разбивок.

Из каталога для выбранного магнитного или силового контролера выписывают таблицу значений сопротивлений ступеней в процента (R%), токов ступеней в процентах (I ступ %). Для основных типов контрол­леров процентные разбивки приведены в приложении 6-1.

За 100% принимают:

- для двигателей постоянного тока RH
= , Ом

где VH
- номинальное напряжение двигателя, B;

IH
- номинальный ток якоря при той стандартной продолжитель­ности включения (ПВ), для которой с фазным ротором:

RHP
= , Ом

где VH
- номинальное напряжение ротора двигателя, В;

IHP
- номинальный ток ротора при стандартной ПВ, для которой выбран двигатель, А.

Сопротивления ступеней в Ом определяются из соотношения:

- для двигателя постоянного тока RH
-100%; RСТУП
– RСТУП
%;

RСТУП
= *RH
Ом;

- для асинхронного двигателя с фазным ротором аналогично:

RСТУП
= *RHP
Ом;

Длительные токи ступеней, на которые должны быть выбраны ящики резисторов, определяются из аналогичных соотношений:

- для двигателей постоянного тока IH
– 100%, IСТУП
- IСТУП
%

IСТУП
= *IH
; A

- для асинхронных двигателей

IСТУП
= *IHP
; A

6.3. Конструкция ящиков резисторов.

В настоящее время для крановых электроприводов применяют как правило стандартные ящики сопротивлений с использованием фехралевых элементов. Фехраль (Fe
-80%, Cr
-15%, AL-5%) имеют следую­щие постоянства: большое удельное сопротивление (1,18 0м*мм2
/м), малый температурный коэффициент (0,00008), высокую допустимую температуру (850°С), достаточную механическую прочность.

Ящики резисторов на длительно допустимые токи от 215 до 24 А типов НФ-1 (нормализованный фехралевый) и КФ (крановый фехралевый) содержат каждый по 5 элементов (Cм. приложение 6-2).

Необходимо четко помнить разницу между элементами и ступенью сопротивления» В каждом ящике 6 элементов и 5-7 ступеней.

Элемент состоит из стального остова, на котором установлены фарфоровые сегментные держатели с желобками для наматываемой на ребро фехралевой ленты. К концам фехралевой ленты приварены мед­ные пластинки, служащие для соединения элементов между собой. Для ящиков на токи 215+124 A (4 типа) сделаны также от пайки от сере­дины элементов.

Ступени же ящиков на большие токи №№ 2тд.754.005.1+2ТД.754.001.4 представляют эквивалентное сопротивление двух половин элементов, включенных параллельно.

В этом случае сопротивление ступени в четыре раза меньше, чем сопротивление элемента.

Для ящиков №№ 2ТД.754.001.5+2ТД.754.001.14 сопротивления ступени и сопротивления элементов совпадают.

Сопротивления ступеней ящиков №№ 2 ТД.754.001.11+2ТД.754.001.14 меньше, чем сопротивление элемента (7 ступеней при 5 элементах).

Для рассмотренных ящиков характерно то, что сопротивления нельзя изменять плавно, а можно подбирать, включая последовательно, параллельно и комбинированно только те части элементов, от которых сделаны отпайки на заводе. Ящики типа ЯС100/2 содержат по 10 эле­ментов, на которых навита константановая лента или проволока (см. приложение 6.3). В этих ящиках имеется возможность набирать необхо­димую величину сопротивления точно при помощи хомутов (на проволоч­ных элементах) или специальных зажимов (на ленточных элементах).

Все ящики допускают температуру перегрева токоведущих частей 270°С над температурой окружающей среды 35°С.

Ящики обычно монтируются на стеллажах, изготовленных из сталь­ного уголка. Допускается установка один над другим до шести ящиков. Соединение между отдельными ящиками и в пределах одного ящика производятся голыми медными проводами или шинами.

6.4. Выбор стандартных ящиков резисторов, применяемых в крановом электроприводе.

При подборе ящиков резисторов и составлении схем их соедине­ний необходимо соблюдать следующие условия:

I. Величина подобранного сопротивления должна отличаться от расчетного сопротивления не более, чем на 10%.

2. Длительно допустимый ток подобранных ящиков должен быть больше длительного расчетного тока:

Iподобр.
Iрасч.

Другими словами запас по току должен быть:

1

При этом данное соотношение должно быть близко к I, т.к. боль­шие запасы приводят к большому перерасходу ящиков резисторов. Лишь в отдельных случаях, когда нельзя подобрать необходимую величину сопротивления, идут на большие запасы по току.

6.4.2. Порядок расчета и выбора резисторов.

Следует отметить, что однозначным является лишь расчет необ­ходимых величин сопротивлений и токов.

Выбор ящиков, составление схем соединений является процессом творческим, допускающим различные варианты.

Иногда приходится до трех - четырех раз выбирать различные номера ящиков и составлять схемы соединений, пока не будет получен опти­мальный вариант с минимальным числом ящиков и с минимальным числом перемычек (каждая перемычка - это «слабое» место в схеме, т.к. болты, крепящие ее, при вибрации во время работы крана, могут ослабить контакт и привести к сгоранию ящика в этом месте). Кроме того боль­шое число перемычек затрудняет замену аварийных ящиков.

Расчет рекомендуется вести в следующей последовательности:

1. Выписать основные параметры двигателя, в том числе главные для настоящего расчета.

1.1. Для двигателя переменного тока - номинальное напряжение ротора (в каталогах эта величина часто приводится под названием номинальное Э.Д.С. ротора - Енр
) и номинальный ток ротора - Iнр (указать при какой ПВ).

1.2. Для двигателя постоянного тока - номинальное напряжение и номинальный ток Iн
и IР
(указать при какой ПВ).

2. Записать тип магнитного или силового контроллера, которым управляется двигатель. Выписать из приложения 6-1 к настоящим ме­тодическим указаниям процентную разбивку пускорегулирующих резис­торов. Зарисовать отсюда же принципиальную схему включения резис­торов, включая обозначения ступеней. Сравнить зарисованную схему с принципиальной электрической схемой, взятой из каталога.

3. Определить номинальное сопротивление ротора (для двигателя переменного тока) или номинальное сопротивление двигателя (для двигателя постоянного тока).

4. Произвести расчет R, Ом и IСТУП
, А для одной ступени по формулам. Для остальных ступеней расчеты в пояснительной записке не приводятся, результаты расчетов сводятся в сводную таблицу, кото­рую следует пронумеровать согласно сквозной нумерации пояснительной записки и озаглавить "Результаты расчета и выбора пускорегулирующих резисторов", таблица 6-1.

5. Приступить к подбору стандартных ящиков. При этом, если расчетные токи ступени находятся в пределах до 42 А, то следует применять ящики с проволочными и ленточными элементами (см. приложе­ние 6-3). Если же токи большие, то применять ящики типа НФ-I (см. приложение 6-2).

Выбор следует начинать со ступеней, имеющих наибольший I расч. с тем, чтобы элементы, которые могут остаться неиспользованными в ящике после побора данной ступени, можно было использовать для набора следующей ступени, расчетный ток которой меньше.

При подборе следует в начале подбора ближайший ящик сопро­тивлений по току по условию Iдопуст.
Iрасч.
ступени сопротивления так, чтобы R подбор Rрасч.
(с точностью 10%). В проволочных и ленточных ящиках здесь не возникает никаких проблем, т.к. отпайку от элемента можно сделать в любом месте. При использовании ящиков типа НФ-I иногда оказывается, что сопротивление одной ступени ящика гораздо больше Rрасч.
. Тогда нужно искать варианты: принимать ящик на большие токи, вынуждено идя на запасы по току ; либо соединять ступени ком­бинировано.

Например, если два элемента ящика мало, а три много, для под­бора ступеней р I - Р 2, то может подойти такая схема:

Результаты расчета и выбора пускорегулирующих

сопротивлений

Таблица 6-1

ССтупень	По каталогу r />		Рассчитан		Подобрано		Погрешность		ЗЗапас по току
R R,%	I I, %	RR, Ом	II, A	RR, Ом	II, А	_R %	_I %	Iподоб. /I расч.

Однако следует помнить, что это уже нежелательное решение, т.к. оно связано с перекоммутацией ящика в случае замены при эксплуатации. Оно может быть оправдано лишь в том случае, если дает экономию в количестве ящиков по сравнению с другими вариантами.

Если после подбора ящиков остаются неиспользованными отдельные элементы - эти элементы могут быть использованы в эксплуатации на замену сгоревшим. Однако следует выбирать такие варианты, в кото­рых резервных элементов - минимальное число.

Если в подобранную ступень входят элементы из ящиков с разными допустимыми токами, то естественно, что в качестве I подобранного следует принимать меньший ток.

При подборе каждой ступени результаты подбора заносятся в свод­ную таблицу (R, I, R, ) при этом рассчитывается по формуле:

В таблицу вносить с учетом полученного знака (-% если Rподоб.
<Rрасч.
; +% если Rподоб.
> Rрасч.
).

7. Расчет и выбор кабелей, проводов, троллеев.

Питание электроэнергией кранов осуществляется от общей сети переменного тока или от преобразовательных установок пос­тоянного тока. Посредством кабеля от подстанции осуществляется питание главных контактных проводов - троллеев при переменном токе равно 3, при постоянном токе – 2. От главных троллеев с помощью скользящих токосъёмников электроэнергия подводится к панели ввода, установленной на кране. Двигатели и тормозные электромагниты подъёма и тележки на кранах внутренней установки питаются чаще твоего через вспомогательные троллеи. На кранах наружной установ­ки иногда используется питание электроприводов, расположенных на тележке, при помощи гибких кабелей, что устраняет нарушение работы при обледенении троллеев. Контактные провода (троллеи) выполняются обычно из профилированной стали: уголка, швеллера, рельса и т.п. Уголки менее 50*50*5 обычно не применяются вследствие недостаточ­ной жесткости. При проектировании кранового токоподвода расчёт каждого участка производится отдельно. На каждом участке кабель, провод или троллеи должны соответствовать двум условиям:

I. Проходить по нагреву (при этом должно быть учтено снижение пропускной способности из-за повышенной температуры окружающей среды и повторно - кратковременного режима работы).

2. Обеспечить допустимую для данного участка потерю напряжения. В наиболее неблагоприятном случае напряжение на клеммах эл. двигателя не должно изменяться более, чем на 15%.

Величина допустимого тока нагрузки зависит от сечения провода, его марки, способа прокладки его, и продолжительности включения.

Предельные температура принимаются для проводов и кабелей с резиновой и полихлорвиниловой изоляцией 65°С, при температуре возду­ха +25°С. Если температура воздуха в месте прокладки превышает 25°С то расчетные нагрузки должны быть снижены. Сечение проводников вы­бирают по расчетному току. Точное определение величины расчетного тока, протекающего по токопроводу затруднительно вследствие резких колебаний нагрузки двигателей кранов. Существует несколько прибли­женных методов определения расчетного тока, которые основываются главным образом на длительном опыте эксплуатации крановых установок.

Расчет ведется по методу максимальной активной мощности, при расчете необходимо задаться расположением кранов вдоль главных трол­леев, возможным по условиям технологического процесса.

Рис. 9 Схема подвода крановой сети для крана.

Питание главных троллеев обычно осуществляется в середине их, расстояние между кранами должно быть больше или равно ширине моста.

При выполнении курсового проекта учащиеся производят расчет всех участков крановой сети; участвующих в питании проектируемого механизма (подъем, тележка - участки 1,2,3,4,5,6, мост - 1,2,3,4,6) см. рис.

Исходные данные для расчета.

Длины участков:

- участок I - от подстанции до главных троллеев 1 м;

- участок 2 - главные троллеи длина ролета цеха 2 м;

- участок 3 - от главных троллеев до панели ввода 3 м;

- участок 4 - от панели ввода до панели магнитного контроллера и от него к двигателю механизма 4 м;

- участок 5 - вспомогательные троллеи только для механизмов подъема и тележки 5 м.

Технические данные электродвигателей одного крана сведены в таблицу, в расчете принимают, что все краны идентичны.

Технические данные электрических двигателей крана

Таблица 6-2

Наименование механизмов крана	Тип электродвигателей	Мощность при ПВ=25% кВт (или ПВ=40% кВт)	Номинальная сила тока статора при ПВ=25% или 40%,А
Механизм передвижения моста
Механизм подъема
Механизм передвижения тележки

Расчет крановой сети по участкам.

Участок I - от подстанции до главных троллеев.

7.1.1. Сечение кабеля выбирается по расчетному току 3, с.79 для кранов переменного тока

Ip = , A

Для кранов постоянного тока

Ip =

Рр - расчётная мощность группы эл. двигателей, получающих пита­ние через рассчитываемый участок;

Uн
- номинальное напряжение сети, В;

cos р -средний расчётный коэффициент мощности крановых двига­телей, принимаем равным 0,5 для небольшой грузоподъемности (до 10т) и 0,6 для кранов большой грузоподъемности;

Расчетная мощность может быть определена по формуле 3, с.79

Рр. = Ки * Р+ С * Рз, кВт

где Р
- установленная мощность всех эл. двигателей группы при ПВ=100%;

Р3
- установленная мощность трех наибольших по мощности двигателей крановой сети при ПВ=100%, кВт. При определении Рз выбирают три самых мощных двигателей из всей совокупности двигателей, питающихся через рассчитываемый провод. Например, если в пролёте три крана, то Рз=ЗРгл, подъема (обычно самый мощный двигатель подъема).

Численные значения коэффициентов Ки и С приведены в таблице 3, с.80.

7.1.2. По расчётному току Iр
выбирается кабель одной из марок: ААБГ, ААШВ, применяемых для питания потребителей внутри цехов 12, с.388. Сечение кабеля выбирается по условию:

Iдоп
.
- сила тока, допустимая по нагреву для кабелей или прово­дов, заданных по таблице I-3-I5 4,с.30 или I-3-I8;

0,875 -коэффициент, учитывающий снижение пропускной способ­ности проводников при повторно-кратком режиме согласно ПУЭ 4, с.21. Коэффициент 0,875 учитывается для медных проводни­ков сечением более 10мм, для алюминиевых более 16 :

Kt
-
поправочный коэффициент, учитывающий снижение пропуск­ной способности проводников, если температура воздуха выше +25°С. Для токовых нагрузок на кабели, изолированные провода, принимают по таблице 1-3-36 4, с.42 из расчёта нагрева жил +65°С при окру­жающей температуре воздуха +25°С и земли +15°С.

7.1.3. На допустимую потерю напряжения питающей кабель прове­ряют при максимальной силе тока 1макс
согласно 3, с.81

Imax
=Ip
+/Kпуск
-I/ IH 25%
, A

Ip
- расчётная суммарная сила тока всех электродвигателей, А;

IH
25%
- номинальная сила тока при ПВ=25% эл. двигателя с наибольшей силой тока, А;

Если выбран двигатель с ПВ=40%, то

IH
25%
=IH
40%
, A

Кпуск
- кратность пускового тока эл. двигателя с наибольшей пусковой силой тока, выбираемая для асинхронных эл. двигателей с фазным ротором, раиной 2,5 IH
25%
, а для двигателей постоянного тока равной (1,8/2,0) IH
25%

Величину потери напряжения по полученному значению Iрасч
для питающего кабеля определяют по следующим формулам 3, с.81.

Для систем трёхфазного тока

U1
=

где Imax
- максимальное значение силы тока;

Lp
- расчётная длина участка сети, м;

UH
- номинальное напряжение, В.

γ - удельная проводимость материала, м/Ом мм2

для алюминия γ = 32 м/Ом мм2

Допустимая потеря напряжения на питающем кабеле составляет 4-5% для трёхфазного тока и 6% на постоянном токе.

Если выбранное по нагреву сечение кабеля обеспечивает допус­тимую для этого участка потерю напряжения, то на этом расчёт участ­ка заканчивается. Если же нет, то расчёт сечения кабеля увеличивают т так, чтобы потеря напряжения была в пределах допустимой (по нагре­ву он будет недоиспользован).

Кабеля сечением свыше 120 мм2
применять не следует. Они вы­пускаются только по спецзаказ. Если требуется сечение свыше 120 мм2
, то следует принимать несколько кабелей меньшего сече­ния, соединённых в параллель.

7.2. Расчёт главных троллеев (участок 2).

Существует несколько методов расчёта. Одним из наиболее прос­тых является метод, предложенный «Тяжпромэлектропроектом» изло­женный ниже.

Выбор типа профиля троллейной линии производится по потере напряжения, а затем проверяется по нагреву.

7.2.1. Переменный ток.

1. Для выбора профиля определяем допустимую удельную потерю напряжения

m = , %

где UГ
% - допустимая потеря напряжения на участке главных

троллеев, которая составляет – 5-6%, с.табл.18

- расчётная длина троллеев, определяется согласно рис.

2. Iпик
- пиковый ток, А - это минимально возможный ток потре­бителя кранами, определяющий максимальную потерю напряжения в глав­ных троллеях.

Определение Iпик
смотри пункт 7.1.3. при этом в расчёт принимаются только те краны, которые расположены на расчётном плече троллеев. По таблица 8 в приложении 7-3 для рассчитанных значений m и Iпик
, выбираем профиль троллеев.

Например = 0.092, Iпик
=170 А принимаем по таблице 8

= 0.09 и Iпик
= 194 А этим значениям соответствует профиль: уголок 75758

При этом фактические потери составляют

mфакт
= *0.09 Uфакт
=mфакт
*, %

Выбранный профиль проверяем по нагреву. Должно быть соблюдено

условие

где Iдоп.
- допустимая сила тока для стального профиля см. при­ложение 7.3.7.4.

где Iрасч.
- расчётная длительная сила, которая должна быть определена"по формуле

Ip
=

это с учётом только тех кранов, которые расположены на расчётном плече главных троллеев.

7.2.2. Постоянный ток
.

Для выбора профиля определяют.

7.2.2.1. Пиковый момент тока

Mпик
=Iпик
()

Iпик
- максимальный ток наибольшего потребления одним краном, A

Кпуск
– см.7.1.3 Iпик
=Кпуск
IH
1
+IH
2

IH
1
- номинальный ток наибольшего по мощности электродвигателя крана, А

Iрасч.
- расчётная длительная сила тока, которая должна быть определена, по формуле для расчётного тока (7), но с учетом тех кранов, которые расположены на расчётном плече главных троллеев.

IH
2
- номинальный ток второго по величине двигателя крана.

7.2.2.2. Допустимая потеря напряжения на главных троллеях принимается

47,5% 3.с.83 табл.18

По таблице 7 приложения 7-7 для рассчитанных значений Mпик
и выбираем профиль троллеев - см. 5

Например, Мпик
=52 А км, = 4%

Этим значениям соответствует профиль квадратного сечения 5050 и Мпик
=72 А км

7.2.2.3. Выбранный профиль проверяется по нагреву. Должно быть соблюдено условие: Iдоп
Iрасч.

Iдоп
=1310 А, Iрасч.
=355 А, 1310>355

Iдоп.
- допустимая сила тока для стального профиля см. прилож. 7-4.

Троллейные линии из профильной стали без подпитки.

Пользование таблицей:

1. По данному значению Iпик
для соответствующего профиля по таблице находим m, тогда

где - расчётная длина в метрах.

2. По располагаемой величине определяем зная Iпик
и m, по таблице находим необходимый профиль троллея.

7.3. Участок 3. Расчёт от главных троллеев до панели ввода.

В пределах крана применяются провода с медными жилами (марки ПРТО) и с алюминиевыми жилами (марки АПРТО) прокладываемый в стальных трубах. До 16 мм2
принимают медные провода, свыше 16 мм2
– алюминиевые.

7.З.1. Расчёт производится аналогично участку 1, но в расчёт принимается только двигатели одного крана.

7.3.2.. На допустимую потерю напряжения провод проверяют при пиковом (максимальном) токе.

7.4. Участок 4 - расчёт от панели ввода до двигателя механизма.

7.4.1. Сечение провода выбирается по длительному току, определяемому по формуле:

Iдл.
= IH
, А

где ПВ - продолжительность включения в относительных единицах 0,25; 0,4 и т.д.

IН
- номинальный ток двигателя проектируемого механизма при каталожной ПВ.

7.4.2. По расчётному току Iдл
выбираем провод согласно условию:

Iдл.
Iдоп.

7.4.3. Максимальная сила тока для проверки провода по потери напряжения для схем трёхфазного тока

Imax
=2,5*Iном.
, А

для систем постоянного тока

Imax
=2*Iном.
, А

При принятой каталожной ПВ (25,40%).

7.5. Участок 5 - расчёт вспомогательных троллеев. см. З

Суммарные потери напряжения на кране для проектируемого ме­ханизма должны быть в пределах, определённых таблицей 18,приложения 7-1, и вычисляется

U % = () , %

7.6. Участок 6 - от магнитного контроллера до панели пускорегулирующих сопротивлений и двигателя механизма. Сечение провода выбирается по расчётному току:

Iрасч.
=IHP
, А

8. РАСЧЁТ УСТАВОК И ВЫБОР АППАРАТОВ ЗАЩИТЫ.

8.1. Общие сведения.

Для защиты двигателей от больших пиков тока, возникающих при заклинивании механизмов, при неправильной настройке схем магнитного контроллера неправильных действиях машиниста с силовым контролером, а также для защиты сети от короткого замыкания служит мак­симально-токовая защита.

Имеются общие максимально - токовые реле, через которые питают­ся все двигателе крана, и индивидуальные реле на каждый двигатель.

Расчёту и выбору в курсовом проекте подлежат:

1. Индивидуальное максимально-токовое реле для проектируемо­ го механизма.

2. Общее максимально-токовое реле.

3. На переменно токе применяют максимальное реле типа РЭО-401, на постоянном - типа РЭВ-571.

8.2. Условие выбора реле.

Максимально-токовое реле должно соответствовать следующим требованиям:

1. Уставка, на которую должно быть настроено реле (расчёт установки смотри ниже), должна быть примерно в середине диапазона токов, на которое может быть настроено реле с выбранной катушкой.

2. Катушка реле не должна перегреваться, т.е. должно соблю­даться условие

IН катушки
Iрасч.
ПВ=100%

В качестве Iрасч.
, для отдельного двигателя принимают IН
двигателя при ПВ%, для общего реле - Iрасч
3 участка токопровода (тот ток, по которому выбираются провода от главных токосъемников до панелей ввода).

8.3 Расчёт уставок.

Установки максимальных реле для одиночных двигателей можно принимать по указанию каталогов на магнитные контроллеры.

Однако предпочтительнее пользоваться опытом ЦЭТЛ комбината "Запорожсталь", которая принимает

для одиночного двигателя с фазным ротором

Iу
=3IH
статора
при ПВ=25%

для двигателя постоянного тока

Iу
=2,5Iн
при ПВ=25%

Примечание: Такие завышенные Ставки применяют исходя из тех соображений, что если настроить реле на I =2,25Iн
, то незначительное отклонение в настройке защиты или подборе сопротивлений могут вызвать срабатывание защиты в то время, как такие перегрузки не опасны для современных металлургических двигателей.

Установка общих максимальных реле определяется из условия, что реле не должно срабатывать при максимальных рабочих пиках тока.

Максимальный ток, потребляемый краном принимают из условия, что запускается мощный двигатель в то время, как уже работает вторе мощности двигатель

Imax
=Kпуск
IH
1
+IH
2

Кпуск
- кратность пускового тока (см. расчёт проводов);

IН1
– номинальный ток максимального по мощности двигателя крана

IH
2
- номинальный ток второго по мощности двигателя крана.

Для отстройки максимального реле от этих токов установки необ­ходимо брать выше на 20-25%, т.е.

Iy
общ.
=(1,21,25)*(Kпуск
IH
1
+IH
2
)

8.4. Пример.

Рассчитать установки и выбрать общее и индивидуальное (для двигателя подъема) максимальное реле постоянного тока двигатели при 220 В.

Таблица 8-1

Наименование механизма	Тип эл. двигателя	Мощность при ПВ-40%	Номинальная сила тока при ПВ-40%
Передвижение моста	Д-32	2*9,5	2*53
Передвижение тележки	Д-22	4,8	28
Подъем	Д-812	47	242

Выбор максимального реле для двигателя подъема:

Уставка максимального реле двигателя подъема

Iy
=2,5IН
при ПВ=25%

IПВ
=25%=IНПВ
=40% =242 =306 А

Iy=2,5*306 =765 А

из таблицы 2 (см.приложение 8.1) выбираем реле РЭВ-571, Iнреле
= 300 А, пределы настройка 70-300% IН
, т.е. 210 900 А

Для проверки по нагреву определяем:

IH
дв. подъема
=IНПВ
=40% =242 =152 А

ПВ=100% IНР
Iндв.
300>152

Соблюдается следовательно, катушка реле проходит по нагреву.

8.5. ВЫБОР ОЩЕГ0 МАКСИМАЛЬНО
PEJIE
.

Iy
=1,25(Kпуск
* IH
1
+ IH
2
)

пв=25% пв=25%

где для двух двигателей моста

IH
2
=2IH
1
=2*53 =134 A Iy
=1,25(2*306+134)=933 А

Выбираем РЗВ-571, Iнр
=600 А, пределы настройки 70 300% Iнр
, т.е. 420 1800 А, т.е. на 933 А реле может быть надёжно настроено.

При расчёте крановой сети был определен расчётный ток, пот­ребляемый краном Iрасч.3
=234 А, т.е. условие выбора катушки по нагреву Iнр ПВ100
> Iрасч
. ПВ 100
соблюдается: 600> 234.

9. ВЫБОР АППАРАТУРЫ УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ.

Составление специфики.

Аппаратурой управления и защиты принято называть такие эл. аппараты, которые служат для управления эл. двигателями при пуске, остановке и регулировании скорости, а также для защиты обмоток от перегрузки, чрезмерного снижения напряжения и токов короткого замыкания.

Каждый электрический аппарат должен удовлетворять следующим общим требованиям:

1. Каждый электрический аппарат должен иметь определенную "термическую" устойчивость, т.е. не перегреваться свыше допустимых пределов при нормальном режиме работы и при коротком замыкании в электрической цепи.

2. Электрическая изоляция аппарата должна выдерживать, любое напряжение, которое может быть, хотя бы мгновенно, появиться в электрической цепи при эксплуатации аппарата.

3. Контакты аппарата должны включать и отключать максимально возможные токи, которые могут возникнуть, хотя бы кратковременно при эксплуатации аппарата.

4. Электрические аппараты должны приходить в действие только при тех условиях работы, для которых они предназначены.

5. Конструктивное исполнение электрических аппаратов должно обеспечивать безопасность обслуживания их. Аппараты должны быть удобны для монтажа и эксплуатации.

Основными параметрами, по которым выбирается большинство аппаратов, является величина напряжения, допустимая нагрузка: режим работы, частота включений, число главных и блокировочных контактов.

В схемах автоматизированного эл. привода используется следую­щая аппаратура:

1. Рубильник наиболее простой аппарат,
, с помощью которого можно включить и отключить силовую электрическую цепь и цепь уп­равления. Технические данные рубильника типа Р приведен в приложении 9-1.

2. Типы командконтроллеров, применяемых в крановых магнитных контроллеров, приводятся в каталогах на магнитные контроллеры.

3. Контакторы предназначены для включения двигателей, тормо­зов, пусковых и регулировочных сопротивлений. По своему назначению контакторе подразделяются на контакторы постоянного и переменного тока. В настоящее время на кранах применяются следующие основные серии контакторов:

- для коммутации цепей постоянного тока - с IП
. о главным контактом

- для коммутации цепей постоянного тока - с IH
.з главным контактом

- для коммутации эл. цепей переменного тока с 2Н
.о контактами

4. Реле времени. Наибольшее применение в комплектных устройствах управления электроустановками получили электромагнитные реле времени постоянного тока РЭВ800, РЭВ880.

Технические данные реле времени приведены в приложении 9-3.

5. Конечные выключатели служат для автоматического отклю­чения двигателя при достижении механизмом крайнего положения, переход, которого связан с поломкой механизма или какой-либо его части.

Для механизмов передвижения применяются конечные выключа­тели типа КУ-701 с самовозвратом в исходное положение после прек­ращения воздействия линейки на отключающий рычаг.

Для механизмов подъема применяется конечный выключатель типа КУ-703, срабатывающий при подъеме контргруза площадкой, укрепленной на подвеске при достижении крайнего верхнего положения.

Допустимый длительный ток для контактов конечных выключа­телей Ю А, включаемый - 50 А, номинальное напряжение до 500 В.

6. Раде напряжения применяется в устройствах электропривода в качестве реле нулевой защиты, реле управления противовключением, реле контроля напряжения, блокировочных и т.д. Наибольшее распростра­нение в комплектных устройствах нашли в цепях постоянного тока-реле серии РЭВ 820 ; в цепях переменного тока-реле серии РЭВ-260. Технические данные реле приведены в таблице 9-4.

7. Плавкие предохранители служат для защиты электрических цепей от коротких замыканий. В комплектных устройствах управления эл. приводами применяются в основном предохранители с закрытыми разборными патронами без наполнителя серии ПР-2. Технические данные предохранителей приведены в таблице 9-5.

Условия выбора плавкой вставки предохранителя

Iрасч.
< Iпл. вст.

где Iрасч.
- максимальный рабочий ток защищаемой цепи , А.

В частности для защиты цепей управления расчетный ток можно определить:

I= , А

где PН
- потребляемая мощность катушек (контакторов, реле) приводимая в каталогах , Вт.

В случае, когда под напряжением находятся группа катушек контакторов, реле расчетный ток определяется как сумма токов, проте­кающих в каждой катушке.

Для выбора плавкой вставки при защите цепи управления необ­ходимо по схеме определить при каком положении командоконтроллера, будет под напряжением наибольшее количество катушек. Электрообору­дование, аппаратура управления и защиты, выбранное согласно техни­ческим требованиям, сводится в спецификацию, пример составления, ко­торой приведен в приложении 9-6.

10. Техника безопасности и противопожарные мероприятия.

Электрический грузоподъемный кран является механизмом повы­шенной опасности. Поэтому к его устройству и эксплуатации предъяв­ляется ряд специфических требований. Эти требования изложены в "Правилах устройства электроустановок", "Правилах технической эксплуатации эл. установок потребителей", "Правилах устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов". Государственный технический надзор за качеством изготовления и безопасной эксплуа­тации грузоподъемных машин осуществляется органами Государствен­ного комитета по надзору за безопасным ведением работ в промышлен­ности.

Требования техники безопасности можно разделить на две боль­шие группы:

1. Требования к устройству электрооборудования, которые должен соблюдаться при проектировании, монтаже и наладке крана.

2. Требования к эксплуатации электрооборудования.