Проверка выбранного электродвигателя по перегрузочной способности и перегреву
Как было указано выше, проектируемая установка работает в длительном режиме, поэтому для проверки двигателя достаточно проверить три точки при относительной скорости w* = w/wн, равной 0,5; 0,75; 1, с учетом ухудшений условий охлаждения при пуске двигателя. График зависимости коэффициента ухудшения условий охлаждения от скорости двигателя показан на рис.4.5.
Рассчитаем величины необходимые для проверки двигателя по перегрузочной способности и по нагреву.
Определим синхронную частоту вращения двигателя:
w0=p×n0/30=3,14×3000/30=314 рад/с (4.17)
Определим номинальную частоту вращения двигателя:
wн= w0 (1-sн) =314 (1-0,026) = 305,836 рад/с
Определим номинальный момент двигателя:
Мн = Рн / wн = 7500/305,836 = 24,523 Н×м (4.18)
Момент насоса для любой относительной скорости w* можно определить как [1, стр.266]:
Мнас = М0 + 0,9Мн×w*2, (4.19)
где М0 - момент определяемый силами трения в механизме, принимаем равным 5% от номинального момента насоса, Мн - номинальный момент насоса, определяем как Мнас = Рнас / wнас = 6500/303,53 = 21,41; где Рнас и wнас - соответственно номинальные мощность и частота вращения насоса.
Расчетный момент двигателя определяем с учетом ухудшения условий охлаждения при пуске двигателя, для учета ухудшения условий охлаждения введем коэффициент ку, значения которого принимаем согласно рис.4.5.
Таким образом, формула для расчетного момента двигателя будет иметь вид:
|
|
|
Мрасч = ку × Мнас (4.20)
Исходя из вышеизложенных соображений для первого случая (w*=1) имеем:
Мнас = 0,05×21,41 + 0,95×21,41×1 = 21,41 Н×м,
Мрасч = 21,41×1 = 21,41 Н×м.
Для второго случая (w*=0,75) получаем:
Мнас = 0,05×21,41 + 0,95×21,41×0,752 = 12,51 Н×м,
Мрасч = 12,51×1,25 = 15,64 Н×м.
Для третьего случая (w*=0,5) получим:
Мнас = 0,05×21,41 + 0,95×21,41×0,52 = 6,16 Н×м,
Мрасч = 6,16×1,5 = 9,23 Н×м.
Так как для всех трех случаев расчетный момент двигателя с учетом ухудшения охлаждения, меньше чем номинальный момент двигателя (Мрасч < Мн), то, следовательно, двигатель удовлетворяет и условиям перегрузки, и условиям перегрева.
Расчет и проектирование силовой схемы автоматизированного электропривода
Для питания электродвигателей привода насосов, которые предварительно выбраны в п.2.7.2 и проверены по нагреву и перегрузке в п.4.3 мы будем использовать преобразователь частоты типа РЭН (ЯВИЕ.435321.001) производства Новополоцкого завода "Измеритель".
Данный преобразователь предназначен для частотного управления асинхронными трехфазными электродвигателями мощностью до 30 кВт.
Область применения преобразователя: насосные станции водо - и теплоснабжения в жилищно-коммунальном хозяйстве, энергетике, технологические насосные установки в химической промышленности, станции оборотного водоснабжения на предприятиях машиностроительной и других отраслей промышленности.
|
|
|
Примерная упрощенная схема силовых цепей этого преобразователя показана на рис.5.1 Все элементы данной схемы рассчитаны и поставляются в составе преобразователя.
Основные параметры преобразователя частоты типа РЭН:
– номинальное напряжение питающей сети 3´380±10% В, 50±1% Гц;
– номинальное напряжение питания приводного двигателя 3´380 В, 50 Гц;
– номинальная мощность приводного двигателя - не более 7,5, 11, 15, 22, 30 кВт, в зависимости от конструктивного исполнения преобразователя (принимаем преобразователь РЭН-2-02-УХЛ4, рассчитанный на мощность приводного двигателя до 7,5 кВт);
– диапазон регулирования частоты от 2,5 до 50 Гц;
– форма выходного напряжения - импульсная, модулированная по гармоническому закону, обеспечивает квазисинусоидальную форму тока во всем диапазоне регулирования выходной частоты;
– коэффициент полезного действия преобразователя в номинальном режиме - не менее 0,9;
– коэффициент мощности преобразователя - не менее 0,95;
|
|
|
– преобразователь частоты предназначен для работы в закрытых отапливаемых помещениях в районах с умеренным климатом, климатическое исполнение УХЛ, категория размещения 4 ГОСТ 15150;
– окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая агрессивных паров и газов в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию, не насыщенная токопроводящей пылью;
– температура окружающей среды - 0…+40°С, относительная влажность воздуха - до 100%;
– степень защиты шкафа IP54.
Преобразователь частоты обеспечивает:
– плавный запуск электродвигателя с заданным темпом;
– плавный самозапуск с тем же темпом после восстановления питающего напряжения;
– регулирование (в соответствии с задающим сигналом), например, давления, развиваемого насосом в замкнутой системе регулирования давления;
– работу в нерегулируемом режиме с ручным заданием частоты напряжения питания электродвигателя;
– защиту электродвигателя и преобразователя от токов перегрузки и короткого замыкания;
– защиту электродвигателя от недопустимого снижения и превышения напряжения питающей сети;
– выработку сигналов для подключения к системе нерегулируемого электродвигателя резервного насоса и отключения его по мере необходимости;
|
|
|
– преобразователь имеет световую сигнализацию наличия напряжения питания и включенного состояния, индикацию частоты питания электродвигателя, срабатывания каналов защиты.
Преобразователь частоты может работать в следующих режимах:
– Режим ручного управления с заданием частоты выходного напряжения от пульта управления: частота задается перед подключением преобразователя к нагрузке (электродвигателю); при работе ПЧ разгоняется до заданной частоты и работает на ней сколь угодно долго, в этом режиме сигнал от датчика внешней технологической координаты не влияет на работу электропривода, при включении привода в замкнутый контур регулирования по внешнему технологическому параметру этот режим работы электропривода может использоваться как отладочный.
– Режим автоматического регулирования частоты выходного напряжения по сигналу от датчика внешней технологической координаты: частота выходного напряжения выбирается автоматически, в зависимости от текущей величины сигнала, поступающего в систему управления от датчика внешнего технологического параметра (датчика давления).
Сглаживающий дроссель L1 выбираем из расчета того, что его индуктивность должна быть как можно больше, а падение фазного напряжения на нем не должно превышать 3%. Тогда, входную мощность преобразователя определим как:
Рвх = Рэд / (hэд × hпр), (5.1)
где Рэд - мощность приводного двигателя; hэд - КПД приводного двигателя; hпр - КПД преобразователя.
С учетом параметров выбранных электродвигателя и преобразователя после расчетов по формуле 5.1 получаем: Рвх = 7,5/ (0,875×0,9) = 9,524 кВт.
Можно определить входной ток фазы преобразователя:
Iвх = Рвх / (3×км×Uфн), (5.2)
где км - коэффициент мощности преобразователя; Uфн - номинальное фазное напряжение сети.
После расчетов по формуле 5.2 получим: Iвх= 9524/ (3×0,95×220) = 15,2 А.
Задавшись допустимым падением фазного напряжения на дросселе 3% от номинального, можно найти реактивное сопротивление дросселя:
Х = DUдоп / Iвх. (5.3)
Произведя расчет по формуле 5.3 получаем: Х=220×3%/15,2 = 0,434 Ом.
Зная индуктивное сопротивление легко найти индуктивность дросселя:
L = Х / 2p¦, (5.4)
где ¦ - частота питающего напряжения.
Таким образом, в соответствии с формулой 5.4 получаем: L = 0,434/314 = 0,00138 Гн.
Исходя из приведенных выше расчетов, предполагаем изготовить на заказ сглаживающий дроссель L1 со следующими параметрами:
– индуктивность катушки - L = 1,38 мГн;
– допустимая мощность рассеяния - РS = 2%Рвх = 190 Вт.
Сглаживающий дроссель L2 должен иметь индуктивность, согласно документации на преобразователь [4], приблизительно равную индуктивности статора двигателя. Причем допустимая мощность рассеяния дросселя L2 не должна превышать 2% от номинальной мощности двигателя. Таким образом, предполагаем изготовить на заказ сглаживающий дроссель L2 со следующими параметрами:
– индуктивность катушки - L = 2 мГн;
– допустимая мощность рассеяния - РS = 2%Рэд = 150 Вт.
На основании сформулированных требований к электроприводу и системе автоматизации, а также выбранной системы электропривода можно заметить, что существует необходимость работы насосной установки в ручном и автоматическом режиме с периодической сменой резервного насоса и подключением, в случае необходимости, дополнительного насоса. С учетом указанных выше переключений можно составить принципиальную схему силовых цепей насосной установки. Разработанная принципиальная схема силовых цепей приведена на рис.5.2.
    |
Схема, приведенная на рис.5.2 работает следующим образом. Приводные электродвигатели М1 и М2 через силовые контакты контакторов КМ1 и КМ3 подключены через сглаживающий дроссель L2 к выходу преобразователя частоты (клеммы U, V, W разъема ХТ1 ПЧ), а силовые контакты контакторов КМ2 и КМ4 подключают двигатели М1 и М2 напрямую к сети 380 В ´ 50 Гц. Защита двигателей от перегрузок осуществляется тепловыми реле FR1 и FR2. Преобразователь подключен к сети через сглаживающий дроссель L1 (клеммы А, В, С разъема ХТ1 ПЧ).
Управление контакторами КМ1-КМ4 осуществляется при помощи релейно-контактной схемы. Переключатель SA1 задает режим работы установки (ручное управление/автоматический).
При нахождении переключателя SA1 в положении "Авт." установка работает в автоматическом режиме, при этом управление контакторами КМ1-КМ4 осуществляется контактами реле К1-К4, которые управляются программируемым контроллером. В зависимости от команды с контроллера (т.е. от положения ключей К1-К4) возможна периодическая замена основного рабочего двигателя и резервного двигателя, а также запуск, при необходимости, резервного двигателя от сети. Приводные двигатели могут работать в следующем порядке:
– М1 - основной (подключен к преобразователю), М2 - резерв (выключен);
– М1 - основной (подключен к преобразователю), М2 - резерв (подключен к сети напрямую);
– М2 - основной (подключен к преобразователю), М1 - резерв (выключен);
– М2 - основной (подключен к преобразователю), М1 - резерв (подключен к сети напрямую).
Если контакт К1 замкнут (К2, К3 и К4 - разомкнуты), то двигатель М1 получает питание от преобразователя через контактор КМ1 (работает замкнутая система регулирования). При увеличении расхода в сети до такой степени, что один насос не в состоянии поддерживать необходимый напор, система работает следующим образом (предполагается, что работал двигатель М1): двигатель М1, управляемый системой автоматического регулирования разгоняется до максимума, затем контроллер выдает сигнал на переключение приводов, контакт К1 размыкается, замыкается контакт К2 (включается контактор КМ2) и двигатель М1 начинает работать от сети на номинальной скорости, далее замыкается контакт К3 и двигатель М2 начинает работать от преобразователя частоты (через контактор КМ3). При уменьшении расхода в сети до нормального уровня, размыкается контакт К2, и двигатель М1 отключается от сети (размыкается контактор КМ2), а двигатель М2 продолжает работу от преобразователя (под управлением САР), т.е. происходит смена основного (рабочего) и резервного насоса. Такая последовательность действий необходима для уменьшения динамического удара в водопроводной сети.
Контакторы КМ1 и КМ2, а также КМ3 и КМ4 имеют взаимную блокировку чтобы исключить возможность их одновременного включения, так как в противном случае получится, что на выход преобразователя подается напряжение сети, что недопустимо. Также предусмотрена блокировка от одновременного подключения электродвигателей М1 и М2 к выходу преобразователя, она осуществляется вспомогательными контактами контакторов КМ1 и КМ3.
Если переключатель SA1 находится в положении "Ручн.", то установка работает в режиме ручного управления. При этом пуск и остановка двигателя М1 осуществляются кнопками SB2 и SB1 соответственно, а двигателя М2 - SB4 и SB3. В режиме ручного управления возможно два режима работы системы, выбираемые положением переключателя SA2:
– двигатель получает питание от преобразователя частоты, а регулирование скорости двигателя (частоты преобразователя) осуществляется вручную с пульта управления преобразователем (SA2 находится в положении "Рег. ");
– двигатель напрямую подключен к сети, скорость двигателя не регулируется (SA2 находится в положении "Нерег. ").
Исходя из принципиальной схемы силовых цепей (рис.5.2.), учитывая ранее выбранные комплектующие (двигатель и преобразователь), приступим к выбору элементов силовых цепей.
Для осуществления переключений в силовых цепях выбираем контакторы серии КТ64 с бездуговой коммутацией, со следующими техническим данными:
– номинальное напряжение главной цепи 380 В ´ 50 Гц;
– номинальный ток главной цепи 100 А;
– количество контактов главной цепи - 3 замыкающих;
– количество вспомогательных контактов - 2 размыкающих, 2 замыкающих;
– номинальное напряжение цепи управления 220 В ´ 50 Гц.
Для защиты двигателей от перегрузки выбираем двухполюсные тепловые реле серии РТЛ с номинальным током цепи управления 16 А, номинальным напряжением цепи управления 380 В ´ 50 Гц., с пределом регулирования уставок (0,16-1) ´Iном.
Для осуществления коммутаций в схеме управления выбираем пакетные переключатели типа ПВМ-1 на ток 6,3 А, напряжение 380 В, и кнопки типа КЕ-202 (замыкающая) и КЕ-203 (размыкающая).
Дата добавления: 2018-10-25; просмотров: 708; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!