Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования РФ

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ

Факультет: Автоматизация и информационные технологии

Кафедра: Автоматизация производственных процессов

Расчет и выбор электроприводов производственной установки подачи сыпучих материалов

Выполнил:

Студент группы 23-2

М. С. Неробеев

Руководитель:

В. А. Драчев

Задание №9

Составить электрическую принципиальную схему управления производственной установки подачи сыпучих материалов (цемента) на растворо-бетонный узел. управление сыпучий электродвигатель

Краткое пояснение производственной установки

Производственная установка состоит из вертикально расположенной питательной ёмкости хранения цемента вместимостью 40 тонн. При открытии запорного шибера, расположенного в нижней горловине, цемент под действием сил гравитации попадает в горизонтальный подающий шнек, который подаёт его в приёмную камеру цементного насоса. Винтовой насос подаёт цемент в напорный трубопровод. Одновременно в трубопровод подаётся сжатый воздух из ресивера компрессора. Воздушно-цементная смесь под действием избыточного давления воздуха перемещается по трубопроводу и попадает в осадительную камеру циклона. Из циклона осевший цемент по вертикальному трубопроводу попадает в приёмный бункер, из которого производится отбор через весовые дозаторы на технологический процесс приготовления раствора или бетона.

Состав силовой части электропривода:

M1 - электропривод горизонтального шнека подачи цемента, асинхронный, 3-х фазный, с короткозамкнутым ротором, нереверсивный, односкоростной (22 кВт);

M2 - электропривод запорного шибера, асинхронный, 3-х фазный, с короткозамкнутым ротором, реверсивный, односкоростной (1,1 кВт);

M3 - электропривод винтового цементного насоса, асинхронный, 3-х фазный, с фазным ротором, нереверсивный, одна ступень разгона включением пусковых сопротивлений в цепи ротора; управление разгоном в функции времени (время работы на первой ступени 3 секунды, 55 кВт).

Функциональные возможности схемы управления:

1) дистанционный пуск и останов всех приводов;

2) возможность включения приводов только при наличии давления воздуха в приёмной камере насоса не менее 0,5 МПа и автоматический останов приводов в процессе работы с целью предотвращения осадки цемента в трубопроводе;

3) подача светового предупредительного сигнала при наполнении приёмного бункера на 75% номинальной вместимости приёмного бункера;

4) автоматический останов электроприводов при наполнении приёмного бункера на 100% номинальной вместимости, если до этого момента не был осуществлён ручной дистанционный останов электроприводов оператором;

5) невозможность включения электропривода шнека при отключенном винтовом насосе, невозможность включения электропривода запорного шибера при отключенном электроприводе шнека;

6) управление электроприводом шибера в функции "пути" (ограничение хода при открытии и закрытии конечными выключателями);

7) наличие звуковой сигнализации периодического действия при перезагрузке (уставка защитного аппарата равна 1,25 Р_ном) насоса и шнека - контроль по току статору электродвигателя, при действии нагрузки более 5 секунд; интервалы чередования паузы и сигнала - 1,5 секунды;

8) защита электроприводов от перегрузки и токов короткого замыкания;

9) необходимая электрическая защита схемы управления.



Рисунок 1 - Нагрузочная диаграмма электропривода

Рисунок 2 - Функциональная схема управления гильотинными ножницами

Руководитель:

Реферат

В курсовой работе приведены результаты разработки схемы управления производственной установкой. Схема выполнена на релейно-контакторной аппаратуре.

Система обеспечивает функциональные возможности в соответствии с заданием.

В работе рассмотрены: расчет мощности и выбор электродвигателя, составление принципиальной электрической схемы управления, выбор аппаратуры защиты и управления, расчет сечения проводов и кабелей.

Курсовая работа содержит пояснительную записку, состоящую из 28 листов текста, 16 таблиц, 10 рисунков, 9 литературных источников.

Содержание

• Введение
• 1. Расчет и выбор электродвигателя методом эквивалентного тока
• 1.1 Расчет эквивалентного тока
• 1.2 Предварительный выбор электродвигателя
• 1.3 Проверка электродвигателя на перегрузочную способность
• 1.4 Окончательный выбор электродвигателя
• 2. Выбор типов электроприводов производственной установки
• 2.1 Разработка принципиальной электрической схемы управления электроприводами
• 2.1.2 Описание имеющихся в схеме блокировок
• 2.1.3 Описание имеющихся в схеме сигнализаций
• 2.2 Расчет и обоснование выбора аппаратуры
• 2.2.1 Расчет и обоснование выбора аппаратуры управления электрическими цепями
• 2.2.2 Расчет и обоснование выбора аппаратуры сигнализации
• 2.2.3 Расчет и обоснование выбора аппаратуры защиты
• 2.2.4 Расчет и обоснование выбора аппаратуры контроля неэлектрических параметров
• 2.2.5 Расчет и обоснование выбора аппаратуры перемещения
• 2.2.6 Расчет и обоснование проводов и кабелей
• 3. Логическая схема управления электроприводом производственной установки подачи сыпучих материалов
• Заключение
• Список использованных источников
• Введение
• Современная автоматизация производства невозможна без использования электрических двигателей и средств управления ими или, точнее, без применения электрического привода. Использование автоматизированного и автоматического электропривода позволяет повышать производительность труда.
• Практически все предприятия в своем производстве имеют хотя бы небольшие и незначительные электропривода, предназначенные для решения различных задач (начиная от подъема некоторого груза или системы вентиляции, заканчивая большим производством, в котором связаны множество компонентов).
• Каждый из электроприводов требует тщательный подход для определения электродвигателя, который обеспечит требуемые особенности, аппаратуры защиты и управления. При этом необходимо рассчитать и выбрать электродвигатель, подобрать аппаратуру защиты и управления, рассчитать и выбрать провода и кабеля.
• 1. Расчет и выбор электродвигателя методом эквивалентного тока

1.1 Расчет эквивалентного тока

По нагрузочной диаграмме электропривода (рисунок 1) определим эквивалентный ток, графическим методом, предварительно отметив, что режим работы продолжительный (S1) (рисунок 3).

Рисунок 3 - Определение эквивалентного тока графическим методом

Результаты графических построений представим в виде таблицы (таблица 1).

Таблица 1 - Определение эквивалентного тока

участок	1	2	3	4	5	6	7	8	9
ti, мин	13.5	3.5	2.8	12.2	5	22.8	18.7	7	3
Ii, А	2.4	4.6	3.7	3.1	3.1	2.2	1.7	3.8	4.3

Эквивалентный ток рассчитывается по формуле:

, (1.1)

где t_i - время работы двигателя, мин;
I_i - значение тока в данный момент времени, А.

Подставив численные значения, получим:

_,

_.

1.2 Предварительный выбор электродвигателя

По найденному эквивалентному току необходимо подобрать двигатель из условия:

(1.5)

Находим соответствующее значение мощности двигателя P_экв:

, (1.3)

где U_H -номинальное напряжение (В),

_Н -номинальное значение кпд, сos_Н - номинальное значение коэффициента мощности.

.

По полученному значению выберем двигатель из серии 4А

Выбираем n=1500, об/мин типоразмер 4А80B4У3.

Характеристики двигателя сведены в таблицу 2.

Таблица 2 - Характеристики двигателя 4А80A2У3

Тип двигателя	P2н кВт	Энергетические показатели	Пусковые характеристики
		%	cos				Sном %	Sкр %	iп	n об/мин
4А80B4У3	1.5	77	83	2.0	1.6	2.2	5.8	34.5	5.0	1500

Номинальный ток двигателя I_н рассчитаем согласно формуле:

, (1.6)

где _ номинальная мощность двигателя;

_ КПД двигателя;

_ коэффициент мощности.

Подставив численные значения, получим:

.

Условие (1.5) выполняется.

Можно сделать вывод, что нагрузочная характеристика и мощность двигателя соответствуют двигателю конвейерного аппарата.

а) синхронная частота вращения 1500 мин^-1, обусловлена тем, что ленточный конвейер является быстроходным промышленным механизмом.

б) в соответствие с технологическими требованиями и условиями эксплуатации электродвигателя выбрана степень защиты IP44 (защита от возможного соприкосновения инструмента, проволоки и других предметов, защита от брызг любого направления).

в) способ охлаждения IC0141. Охлаждение осуществляется установленным на валу центробежным вентилятором, обдувающим ребристую станину машины. Вентилятор защищён кожухом, который служит одновременно и для направления воздушного потока.

1.3 Проверка электродвигателя на перегрузочную способность

После выбора мощности двигателя на основании метода эквивалентного тока необходимо произвести проверку двигателя на перегрузочную способность.

Воспользовавшись данными таблицы 2, можно рассчитать номинальный момент двигателя.

Номинальный момент двигателя рассчитывается по формуле:

, (1.7)

где - номинальная мощность двигателя, кВт;

- частота вращения, об/мин;

- номинальное скольжение.

Подставив численные значения, получим:

По полученным данным, используя данные таблицы 2, можно рассчитать критический момент двигателя согласно формуле:

(1.8)

Подставив численные значения, получим:

.

Для оценки двигателя по условиям перегрузки необходимо рассчитать максимальный момент исполнительного механизма.

Из нагрузочной диаграммы (рисунок 1) определяем .

Рассчитываем максимальную мощность электропривода , кВт для заданного максимального тока электропривода по формуле:

, (1.9)

где _ номинальное напряжение двигателя;

Подставив численные значения, получим:

.

Максимальный момент исполнительного механизма рассчитывается по формуле:

(1.10)

Подставив численные значения, получим:

.

Условием для проверки двигателя на перегрузочную способность является:

(1.11)

Подставив численные значения, получим:

.

Условие (1.11) выполняется, следовательно, двигатель удовлетворяет условиям перегрузки.

1.4 Окончательный выбор электродвигателя

Представим энергетические и пусковые характеристики выбранного электродвигателя в таблице 3.

Таблица 3 - Энергетические и пусковые характеристики двигателя

Тип двигателя	P2н кВт	Энергетические показатели	Пусковые характеристики
		%	cos				Sном %	Sкр %	iп	n об/мин
4А80B4У3	1.5	77	83	2.0	1.6	2.2	5.8	34.5	5.0	1500

2. Выбор типов электроприводов производственной установки

2.1 Разработка принципиальной электрической схемы управления электроприводами

Производственная установка - установка с тремя электродвигателями:

М1- 4АР200М6У3. Электродвигатель привода горизонтального шнека, асинхронный, 3-х фазный, с короткозамкнутым ротором, нереверсивный, односкоростной (22 кВт);

Привод конвейера данной установки не требует высокой скорости, но обладает тяжёлыми условиями пуска, т.е. повышенным пусковым моментом, поэтому выбран двигатель специального исполнения "АР" со скоростью 1000 Об/мин. Мощность выбрана согласно заданию.

М2 - 4А80А4У3. Электродвигатель привода запорного шибера, асинхронный, 3-х фазный, с короткозамкнутым ротором, реверсивный, односкоростной (1,1 кВт);

Привод подачи запорного шибера выбран согласно заданной мощности с наименьшей возможной скоростью (1500 Об/мин).

М3 - 4АK250SB4У3. Электродвигатель привода винтового цементного насоса, асинхронный, 3-х фазный, с фазным ротором, нереверсивный, одна ступень разгона включением пусковых сопротивлений в цепи ротора; управление разгоном в функции времени (время работы на первой ступени 3 секунды) (55 кВт);

Более полные технические характеристики силового оборудования приведены в таблицах 4 _ 6.

Таблица 4 - Электродвигатель привода горизонтального шнека подачи цемента

Тип двигателя	Pн, кВт	n,об/мин	,%	cos,%	Uн,В	mп	mк	mм	iп
4АР200М6У3	22	1000	90,5	85	380	2,0	2,2	1,6	6,5

(2.1)

(2.2)

Таблица 5 _ Электродвигатель запорного шибера

Тип двигателя	Pн, кВт	n, об/мин	, %	cos, %	Uн, В	mп	mк	mм	iп
4А80А4У3	1,1	1500	0,75	0,81	380	2,0	2,2	1,6	5,0

Таблица 6 _ Электродвигатель винтового цементного насоса

Тип двигателя	Pн, кВт	n, об/мин	, %	cos, %	Uн, В	Iн, А	Iпуск, А
4АK250SB4У3	55	1500	90,5	90	380	170	425

Принципиальная электрическая схема (рисунок 4 - 6) обеспечивает все функциональные возможности согласно заданию.



Рисунок 4 - Принципиальная электрическая схема (силовая часть).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 5 - Принципиальная электрическая схема (управляющая часть 1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 6 - Принципиальная электрическая схема (управляющая часть 2).

2.1.1 Описание имеющихся в схеме защит

В схеме имеются следующие защиты:

- максимально-токовая защита (защита от токов короткого замыкания);

- защита от перегрузки;

- нулевая защита.

2.1.2 Описание имеющихся в схеме блокировок

Защитная исключающая блокировка - исключение одновременного пуска прямого и обратного хода привода запорного шибера.

Технологические исключающие блокировки:

- блокировка возможности включения приводов при наличии давления воздуха в приёмной камере насоса менее 0,5 МПа и автоматический останов приводов в процессе работы с целью предотвращения осадки цемента в трубопроводе;

- автоматический останов электроприводов при наполнении приёмного бункера на 100% номинальной вместимости;

- блокировка включения электропривода шнека при отключенном винтовом насосе;

- блокировка включения электропривода запорного шибера при отключенном электроприводе шнека;

2.1.3 Описание имеющихся в схеме сигнализаций

Контрольная сигнализация наличия напряжения в управляющей цепи.

Технологические сигнализации:

- подача светового предупредительного сигнала при наполнении приёмного бункера на 75% номинальной вместимости приёмного бункера;

- наличие звуковой сигнализации периодического действия при перезагрузке (уставка защитного аппарата равна 1,25 Р_ном) насоса и шнека - контроль по току статору электродвигателя, при действии нагрузки более 5 секунд; интервалы чередования паузы и сигнала - 1,5 секунды;

2.2 Расчет и обоснование выбора аппаратуры

2.2.1 Расчет и обоснование выбора аппаратуры управления электрическими цепями

Выбор магнитных пускателей.

Пускатели электромагнитные серии ПМА предназначены для дистанционного пуска непосредственным подключением к сети, остановки и реверсировании трехфазных асинхронных двигателей мощностью до 75 кВт при напряжении переменного тока 380 и 600 В и частоте 50, 60 и 100 Гц.

Таблица 5 - Магнитные пускатели

Обозначение в схеме	Тип	Iн, А	Uн, В	Число замыкающих контактов	Число размыкающих контактов	Степень защиты
KM1	ПМЛ-7101	63	380	2	2	IP00
KM5
KM3	ПМЛ-1101	10		2	2
KM4
KM2	ПМА-4100	63		2	2

Выбор промежуточных реле.

Промежуточные реле серии РПЛ применяются в схемах управления электроприводами при напряжении до 660 В переменного тока частотой 50, 60 Гц

Таблица 6 - Промежуточные реле

Обозначение в схеме	Тип	Uн, В	Число замыкающих контактов	Число размыкающих контактов
KL1	РПЛ-1-2-0У4-А	220	2	0

Выбор реле времени

Реле времени РПЛ с приставкой ПВЛ для периодического включения и отключения электрических цепей с определенными, предварительно установленными длительностями включенного (импульс) и отключенного (пауза) состояний.

Таблица 7 - Реле времени

Обозначение в схеме	Тип	Род тока	Uн, В	Потребляемая мощность не более, ВА	Импульс, с
KT2	РПЛ-1-2-0 У4 ПВЛ-1-1 У4	переменный	220	8	5
KT3
KT4					3
KT1					1,5
KT5	РПЛ-1-2-2 У4 ПВЛ-1-1 У4

Выбор кнопок управления

Выключатели кнопочные серии КЕ предназначены для коммутации электрических цепей управления переменного тока до 660 В частоты 50 и 60 Гц.

Таблица 9 - Кнопки управления

Тип	Uн, В	Управляющий элемент	Степень защиты	Контактный элемент
				замыкающих	размыкающих
SB1	КЕ011УЗ	220	Толкатель цилиндрический	IP40	1	1
SB2
SB3
SB4
SB5
SB6
SB7

Выбор кнопочного выключателя

Выключатели кнопочные серии ВК16-19 предназначены для коммутации электрических цепей управления переменного тока до 220 В частоты 50 и 60 Гц.

Таблица 10 - Кнопочный выключатель

Тип	Uн, В	Iн, А	Степень защиты
SA1	ТВ 1-2	220	0.5	IP40

2.2.2 Расчет и обоснование выбора аппаратуры сигнализации

Выбор аппаратуры сигнализации

Аппаратура сигнализации АС 14 предназначена для световой сигнализации в цепях управления электроприводом стационарных установок общего назначения на номинальное напряжение: до 660 переменного частоты 50 и 60 Гц:

Таблица 6 - Сигнальные лампы, звонок

Тип	UН, В	IН, А	Добавочный резистор
			Сопротивление, Ом	P, Вт
HL1	АС14-13-41Х331-54Х2	220	0.03	3300	7.5
HL2
HK1

2.2.3 Расчет и обоснование выбора аппаратуры защиты

Выбор автоматических выключателей

Выключатели серии ВА предназначены для проведения тока в нормальном режиме для защиты электрических цепей и электродвигателей при токах короткого замыкания, перегрузках и недопустимых снижений напряжения (нулевая защита), а также для нечастых (не более 30 в час с интервалом не менее 2 мин) включений и отключений электрической цепи

Таблица 12 _ Автоматические выключатели

Обозначение в схеме	Автомат	Iн, А	Uн, В	Ток уставки теплового расцепителя	Напряжение срабатывания нулевой защиты (0.70.35) Uн, В	Степень защиты
QF1	ВА52Г-253001Р-00УЗ	60	380	54,5	266133	IP00
QF2	ВА52Г-033001Р-00УЗ	4		3,5
QF3	ВА52Г-353001Р-00УЗ	250		212,5

Определение тока уставки теплового расцепителя

(2.1)

где - номинальный ток QF1
- коэффициент, учитывающий температурные условия работы электродвигателя ();

(2.2)

Выбор предохранителя

Выбираем предохранитель для защиты цепи управления электропривода

Расчет тока потребления цепью управления

(2.3)

Составим таблицу потребителей (реле) цепи управления.

Таблица 13 - Потребители цепи управления

Потребитель	KM1	KM2	KM3	KM4	KM5	KL1	KT1	KT2	KT3	KT4
Iкатушки, А	0.6	0,6	0,1	0,1	0,6	0,2	0,04	0,04	0,04	0,04

Максимальный ток цепи управления:

(2.4)

Расчет тока плавкой вставки предохранителя:

(2.5)

Таблица 14 - Плавкий предохранитель

Тип	Iн, А	Uн, В	Номинальный ток плавкой вставки, А
FU1	ПРС-6,3	6,3	220	6,3

2.2.4 Расчет и обоснование выбора аппаратуры контроля неэлектрических параметров

Выбор датчиков давления и уровня

Таблица 15 - Датчик давления

Обозначение в схеме	Тип	Среда	Электрическая часть	Uн, В
SP1	ЭКМ-1У	взрывобезопасный газ	2 зам. контакта	220

Таблица 15 - Датчик уровня

Обозначение в схеме	Тип	Назначение	Электрическая часть	Uн, В
KL1	ЭСУ-2М	Сигнализация двух предельных положений уровня веществ в резервуаре	Реле МКУ-48	220

2.2.5 Расчет и обоснование выбора аппаратуры перемещения

Выбор конечных выключателей

Таблица 16 - Конечные выключатели

Обозначение в схеме	Тип	Uн, В	Iн, А	Ход сердечника
SQ1	ВП63-2111111200У33	220	0,25	2,2
SQ2

2.2.6 Расчет и обоснование проводов и кабелей

Силовая схема.

Выбираем кабель трехжильный с медной жилой исходя из плотности тока 7 А/мм², мощности двигателя 55 кВт и токе I_н=170 А - S= 24,3 мм². Выбираем сечение провода S= 25 мм², кабель ПВ325 с резиновой изоляцией.

Управляющая схема

С учетом плотности меди 7 А/мм² и током управляющей цепи получаем сечение 0.35 мм² . Выбираем провод ПВ11мм².

3. Логическая схема управления электроприводом производственной установки подачи сыпучих материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок № 7 - Схема подключения к LOGO!230RC(L-вариант)



Рисунок № 8 - Логическая схема LOGO!230RC(L-вариант)



Рисунок № 9 - Логическая схема LOGO!230RC(стандартный вариант)

Рисунок №10 - Логическая схема LOGO!230RC (стандартный вариант)

Заключение

В данной курсовой работе был подобран электродвигатель по заданной нагрузочной диаграмме.

Согласно функциональным возможностям, была разработана схема управления гильотинными ножницами, подобрана аппаратура защиты и управления. Найдено сечение проводов обеспечивающих питание приводов и системы управления.

Список использованных источников

1 Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник / А. Э. Кравчик, М. М. Шлаф, В. И. Афонин, Е. А. Соболенская. - М.: Энергоиздат, 1982. - 504 с.

2 Большам Я. М. Справочник по проектированию электропривода силовых и осветительных установок. - М.: Энергия, 1975. - 728стр.

3 Васин В. М. Электрический привод: Учеб. пособие для техникумов. - М.: Высш. шк., 1984. - 231 с.

4 Волков Н. И., Миловзоров В. П. Электромашинные устройства автоматики: Учеб. для вузов. - М.: Высш. шк., 1986. - 335 с.

5 Москаленко В. В. Электрический привод: Учеб. для электротехн. спец. техн. - М.: Высш. шк., 1991. - 430 с.

6 Справочник электрика деревообрабатывающего предприятия / А. А. Пижурин, М. В. Алексин, В. А. Яковенко - М.: МГУЛ, 2002. - 340 с.

7 Техника чтения схем автоматического управления и технологического контроля / Клюев А. С., Глазов Б. В., Миндин М. Б. - М.: Энергоиздат, 1983, 376 с.

8 Чиликин М. Г., Сандлер А. С. Общий курс электропривода: Учебник для вузов. - М.: Энергоиздат, 1981. - 576 с.

9 Чунихин А. А. Электрические аппараты: Учеб. для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 720 с.

Размещено на Allbest.ru