Электрические и электронные аппараты

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Забайкальский государственный университет»

(ФГБОУ ВО «ЗабГУ»)

Факультет Заочный

Кафедра Электроэнергетики и электротехники (Э и Эт)

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1

по дисциплине «Электрические и электронные аппараты»

Выполнил: студент

группы ЭЛСбз-15

Семёнов А.С.

Проверил: преподаватель

Раздобреев А.А.

Чита 2018

1. Выбор магнитного пускателя, контактора и теплового реле для управления и защиты асинхронного двигателя

Требуется выбрать магнитный пускатель (контактор) для управления и защиты асинхронного двигателя типа 4A160S6У3, работающего в продолжительном режиме. Схема прямого пуска и защиты асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема пуска и защиты двигателя

Решение: По типу двигателя из справочной литературы (И.П.Копылов, Б.К.Клоков «Справочник по электрическим машинам», 1988 г.) определим его технические параметры:

- номинальная мощность, Pном - 11 кВт;

- коэффициент полезного действия, зном - 86 %;

- коэффициент мощности, cos ц - 0,86;

- номинальное линейное напряжение на обмотке статора, Uном - 660 В;

- коэффициент кратности пускового тока, КI - 6;

- время пуска двигателя, tП - 5 с.

Определим параметры, по которым производится выбор магнитного пускателя:

а) род тока - переменный, частота - 50 Гц;

б) номинальное напряжение - 660 В, номинальный ток не должен быть меньше номинального тока двигателя;

в) согласно схеме включения двигателя (рис. 1) аппарат должен иметь не менее трех замыкающихся силовых контактов и одного замыкающегося вспомогательного контакта;

г) категория применения, аппарат должен работать в одной из категорий применения: АС - 3 или АС - 4 (приложение 1);

д) режим работы аппарата - продолжительный с частыми прямыми пусками двигателя.

Для выбора аппарата по основным техническим параметрам необходимо произвести предварительные расчёты номинального и пускового токов двигателя.

Определим номинальный ток (действующее значение):

I НОМ. ДВ. = = = 13,01 (А).

Пусковой ток (действующее значение):

IП = КI Ч I НОМ. ДВ. = 6 Ч 13,01 = 78,06 (А).

Ударный пусковой ток (амплитудное значение):

i УД.П. = (1,2 ч 1,4) Ч Ч IП , принимаем

i УД.П. = 1,3 Ч Ч IП = 1,3 Ч Ч 78,06 = 143,5 (А).

Произведём выбор аппарата по основным техническим параметрам. Выбираем магнитный пускатель со встроенным тепловым реле по основным техническим параметрам, приведенным в приложении 2 табл. 1, для заданного схемного решения (рис. 1) - типа ПМЛ 221002.

Проверим возможность работы выбранного аппарата в категориях применения АС - 3 и АС - 4. Согласно данным из табл. 1 приложения 1 в категории применения АС - 3 магнитный пускатель должен включать в нормальном режиме коммутации ток:

I0 = 6 Ч Iном.р. ? IП,

а в режиме редких коммутаций:

I0 = 8 Ч Iном.р. ? i уд.п.

Оба условия пускателя ПМЛ 221002 выполняются, так как:

I0 = 6 Ч 22 = 132(А) ? IП = 78,06А;

I0 = 10 Ч 22 = 220(А) ? i уд.п. = 143,5А.

В категории применения АС - 4 магнитный пускатель ПМЛ 221002 с номинальным рабочим током 10 А (табл. 1, приложение 2) должен отключать в номинальном режиме коммутации ток: I0 = 6 Ч 22 = 132A, который больше пускового тока двигателя (IП = 78,06А). В режиме редких коммутаций ток: I0 = 8 Ч22 = 176A, который также больше ударного пускового тока двигателя (i уд.п. = 143,5А). Поэтому пускатель ПМЛ 221002 с номинальным током 25А, предназначенный для работы в категории АС - 4, для данной схемы (рис. 1) выполняется.

Тепловые реле серии РТЛ, встроены в магнитные пускатели (табл. 1, приложение 2) имеют регулируемое время срабатывания tСР = (4,5 - 9) с, что приемлемо для заданных условий пуска двигателя: 1,5tП < tСР < tП.

Для реализации схем пуска двигателя (рис. 1) можно использовать контактор и дополнительное тепловое реле.

Определим параметры, по которым производится выбор контактора:

а) род тока - переменный, частота - 50 Гц;

б) номинальное напряжение - 660 В, номинальный ток не должен быть меньше номинального тока двигателя;

в) согласно схеме включения двигателя (рис. 1) аппарат должен иметь не менее трех замыкающихся силовых контактов и одного замыкающегося вспомогательного контакта;

г) категория применения, аппарат должен работать в одной из категорий применения: АС - 3 или АС - 4 (приложение 1);

д) режим работы аппарата - продолжительный с частыми прямыми пусками двигателя.

Согласно вышеизложенным расчётным данным, принимаем:

I НОМ. ДВ. = 13,01А; IП = 78,06А; i уд.п. = 143,5А.

Произведём выбор аппарата по основным техническим параметрам. Выбираем контактор по основным техническим параметрам, приведенным в приложении 2 табл. 3, для заданного схемного решения (рис. 1) - типа КМ2311-7.

Проверим возможность работы выбранного аппарата в категориях применения АС - 3 и АС - 4. Согласно данным из табл. 1 приложения 1 в категории применения АС - 3 контактор должен включать в нормальном режиме коммутации ток: I0 = 6 Ч 25 = 150(А) ? IП = 78,06А, а в режиме редких коммутаций: I0 = 8 Ч 25 = 200(А) ? i уд.п. = 143,5 А.

Оба условия контактора КМ2311-7 выполняются.

В категории применения АС - 4 контактор КМ2311-7 с номинальным рабочим током 25 А (табл. 1, приложение 2) должен отключать в номинальном режиме коммутации ток: I0 = 6 Ч 25 = 150A, который больше пускового тока двигателя (IП = 78,06А). В режиме редких коммутаций ток: I0 = 10 Ч 25 = 250A, который также больше ударного пускового тока двигателя (i уд.п. = 143,5А). Поэтому контактор КМ2311-7 с номинальным рабочим током 25А, предназначенный для работы в категории АС - 4, для данной схемы (рис. 1) пригоден.

Выбор теплового реле - производим по условиям:

а) номинальному напряжению реле - 660 В;

б) числу полюсов - 2;

в) номинальному току нагревательного элемента реле, который выбирается таким образом, чтобы отключение реле при пусковом токе двигателя происходило в интервале времени от tП (5 с) до 1,5*tП(7,5 с).

Выбираем тепловое реле типа ТРН25, с номинальным током теплового элемента = 16А, числом полюсов = 2, UНОМ = 660В и пределами регулирования тока по отношению к нормальному = 12-20. Время срабатывания такого реле по справочнику = 6-10 с, что не совсем приемлемо для заданных условий пуска двигателя.

2. Выбор автоматических выключателей и предохранителей для защиты двигателей

От цехового трансформатора кабелем питается сборка механической мастерской, к которой подключены четыре двигателя. Напряжение сети 380 В. Все двигатели работают одновременно. Типы двигателей выбираем из табл. 1 методических указаний, изменяя напряжение на 380В - 1) 4A160S6У3(из задачи 1, 11кВт, 660В > 380В); 2) 4A160S8У3(ближайший к первому, 7,5 кВт, 380В); 3) 4А112M2У3(из противоположного конца таблицы, 7,5 кВт, 380В); 4) 4А132M2У3(ближайший к 3, 11кВт, 660В > 380В). Схема цеховой электрической сети, питающей сборку механической мастерской, приведена на рис. 2. Требуется выбрать аппараты защиты двигателей и кабеля, питающего сборку:

а) автоматические выключатели QF1 - QF5 (рис. 2 (верхний));

б) плавкие предохранители F1 - F5 (рис. 2(нижний)).

Рис. 2. Участок радиальной схемы цеховой электрической сети: ТП - трансформаторная подстанция; РУ - распределительное устройство; КЛ - кабель; QF1 - QF5 - автоматы; М1 - М4 - двигатели; F1 - F5 - плавкие предохранители

Решение: Определим номинальные и пусковые токи двигателей так же, как в задаче 1. По типу первого (4A160S6У3) двигателя из справочной литературы определим его технические параметры:

- номинальная мощность, Pном - 11 кВт;

- коэффициент полезного действия, зном - 86 %;

- коэффициент мощности, cos ц - 0,86;

- номинальное линейное напряжение на обмотке статора, Uном - 380 В;

- коэффициент кратности пускового тока, КI - 6.

Номинальный ток (действующее значение):

I НОМ. ДВ. = = = 22,6 (А).

Пусковой ток (действующее значение):

IП = КI Ч I НОМ. ДВ. = 6 Ч 22,6 = 135,6 (А).

По типу второго (4A160S8У3) двигателя из справочной литературы определим его технические параметры:

- номинальная мощность, Pном - 7,5 кВт;

- коэффициент полезного действия, зном - 86 %;

- коэффициент мощности, cos ц - 0,75;

- номинальное линейное напряжение на обмотке статора, Uном - 380 В;

- коэффициент кратности пускового тока, КI - 6.

Номинальный ток (действующее значение):

I НОМ. ДВ. = = = 17,7 (А).

Пусковой ток (действующее значение):

IП = КI Ч I НОМ. ДВ. = 6 Ч 17,7 = 106,2(А).

По типу третьего (4А112M2У3) двигателя из справочной литературы определим его технические параметры:

- номинальная мощность, Pном - 7,5 кВт;

- коэффициент полезного действия, зном - 87,5 %;

- коэффициент мощности, cos ц - 0,88;

- номинальное линейное напряжение на обмотке статора, Uном - 380 В;

- коэффициент кратности пускового тока, КI - 7,5.

Номинальный ток (действующее значение):

I НОМ. ДВ. = = = 14,8 (А).

Пусковой ток (действующее значение):

IП = КI Ч I НОМ. ДВ. = 7,5 Ч 14,8 = 111 (А).

По типу четвёртого (4А132M2У3) двигателя из справочной литературы определим его технические параметры:

- номинальная мощность, Pном - 11 кВт;

- коэффициент полезного действия, зном - 88 %;

- коэффициент мощности, cos ц - 0,9;

- номинальное линейное напряжение на обмотке статора, Uном - 380 В;

- коэффициент кратности пускового тока, КI - 7,5

Номинальный ток (действующее значение):

I НОМ. ДВ. = = = 21,1 (А).

Пусковой ток (действующее значение):

IП = КI Ч I НОМ. ДВ. = 7,5 Ч 21,1 = 158,3 (А).

Выбор предохранителей для двигателей - производится по условию - отстройки от пускового тока двигателя:

IН ? ,

где IН - номинальный ток плавкой вставки предохранителя; IПД - пусковой ток двигателя; К = 2,5 - коэффициент, определяемый условиями пуска (К = 2,5 - легкий пуск; К = 1,6-2 - тяжелый пуск).

Для первого двигателя: IН ? = 54,2 А.

Для второго двигателя: IН ? = 42,5 А.

Для третьего двигателя: IН ? = 44,4 А.

Подберём по справочным данным ближайшие к расчётным данным номинальные токи вставок для предохранителей разных типов: ПР - 2(ТУ 3424-003-34377845-2000); ПН - 2(ТУ 16-522.113-75); НПР, НПН и занесём все вышеуказанные расчётные и справочные величины в таблицу.

Мощность двигателя, кВт	Ток двигателя, А	Ток вставки, А
	номинальный	пусковой	расчётный	принятый
				ПР-2	ПН-2	НПН, НПР
11	22,6	135,6	54,2	60	63	63
7,5	17,7	106,2	42,5	45	50	63
7,5	14,8	111	44,4	45	50	63
11	21,1	158,3	63,3	80	80	80

Номинальный ток плавкой вставки, через которую питаются несколько самозапускающихся двигателей, выбирают по выражению:

IН ?,

где - сумма пусковых токов всех самозапускающихся двигателей.

IН = = 204,44(А).

Выбираем по ближайшему большему значению номинального тока предохранитель типа ПР2-350А (IН = 225 А).

Проверяем правильность выбора по условию пуска двух самых крупных двигателей в нормальном режиме:

IН ? = 130,6(А).

Предохранитель типа ПР2-350А условию удовлетворяет.

Выберем для защиты той же группы двигателей автоматические выключатели с комбинированными расцепителями (рис.2(верхний)) и все данные занесём в таблицу:

Мощность двигателя, кВт	Ток двигателя, А	Расчётные токи срабатывания расцепителей, А	Принятые токи срабатывания расцепителей, А
	номинальный	пусковой	зависимые	мгновенные	зависимые	мгновенные
11	22,6	135,6	24,6	203,4	25	250
7,5	17,7	106,2	19,3	159,1	25	250
7,5	14,8	111	16,1	166,5	16	160
11	21,1	158,3	23	237,5	25	250

- в режиме перегрузки срабатывает тепловой (зависимый) расцепитель, ток срабатывания которого отстраивается от номинального тока двигателя по условию: IЗСР ? IНД ,

где IЗСР - ток срабатывания зависимого расцепителя; IНД - номинальный ток двигателя.

Номинальный ток теплового расцепителя принимается ближайший больший номинального тока двигателя с поправкой на окружающую температуру: помещение, где установлены двигатели и автоматы обычное, отапливаемое, с температурой t = 20°С; завод калибрует автоматические выключатели при температуре +35 °С, поэтому номинальные токи зависимых расцепителей выбираются по уравнению:

IЗСР = IНД [1 + 0,006(tК-tЭ)] = IНД [1 + 0,006(35-20)] = 1,09 Ч IНД.

Для первого двигателя: 1,09 Ч 22,6 = 24,6 А.

Для второго двигателя: 1,09 Ч 17,7 = 19,3 А.

Для третьего двигателя: 1,09 Ч 14,8 = 16,1 А.

Для четвёртого двигателя: 1,09 Ч 21,1 = 23 А.

- в режиме КЗ срабатывает электромагнитный (мгновенный) расцепитель, ток срабатывания которого отстраивается от номинального тока двигателя по формуле:

IМСР ? (1,5 ч 1,8) Ч IПД,

где IМСР - ток срабатывания мгновенного расцепителя; IПД - пусковой ток

двигателя.

Для первого двигателя: 1,5 Ч 135,6 = 203,4 А.

Для второго двигателя: 1,5 Ч 106,2 = 159,3 А.

Для третьего двигателя: 1,5 Ч 111 = 166,5 А.

Для четвёртого двигателя: 1,5 Ч 158,3 = 237,5 А.

Составляем таблицу.

При подборе автоматического выключателя ток срабатывания мгновенного расцепителя автомата принимается равным десятикратному току срабатывания теплового расцепителя. Все двигатели имеют номинальные токи менее 50А, поэтому для их защиты выбираем автомат АП50 - 3МТС IН = 50 А.

Выбор автоматического выключателя для защиты группы двигателей:

- номинальный ток его зависимого расцепителя должен быть не меньше суммы номинальных токов группы двигателей, т.е.

электрический двигатель автоматический

IЗСР ? 22,6 + 17,7 + 14,8 + 21,1 = 76,2 А.

- ток срабатывания мгновенного расцепителя автомата должен быть не меньше тока самозапуска всех двигателей, т.е.

IМСР ? (1,5 ч 1,8) Ч ? IПД = (1,5 ч 1,8) Ч 511,1 = 766,7-920 А.

По справочным данным выбираем автомат А3715(серия А3700) с IН = 160 А. Ток срабатывания зависимого расцепителя автомата А3715:

IЗСР = 1,4 Ч IН = 1,4 Ч 160 = 224 А,

что удовлетворяет требованию:

IЗСР = 224 А. ? 76,2 А.

Выдержку времени независимого расцепителя автомата А3715(серия А3700) приняли по справочным данным 0,15 с, что обеспечивает его селективность с мгновенными автоматами.

Ток срабатывания независимого расцепителя по справочным данным автомата А3715(серия А3700) равен:

IНСР = 7 Ч IН = 7 Ч 160 = 1120 А,

или с учётом разброса минимальный ток срабатывания независимого расцепителя:

IНСР = 6 Ч IН = 6 Ч 160 = 960 А,

что удовлетворяет условию отстройки от токов самозапуска группы двигателей (766,7-920 А).

3. Выбор низковольтных аппаратов в системах электроснабжения

Для схем соединения понижающих трансформаторов со сборными шинами низкого напряжения, приведенных на рис. 3, выбрать рубильник QS, предохранитель F и автоматический воздушный выключатель QF в соответствии с исходными данными. Номинальное напряжение UН = 380 В. Условия выбора, расчётные и справочные значения проверяемых величин записать в таблицу.

Рис. 3. Схемы соединения трансформаторов со сборными шинами низкого напряжения

Выберем автомат QF для установки на стороне низкого напряжения трансформатора в сети с номинальными параметрами (исходные данные):

UСН = 380 В; IСН = 15 А; IСКЗ = 3,54 кА.

Заносим данные в таблицу.

Параметры	Значения параметров	Условия выбора	Тип аппарата
	сети	аппарата
UН, В	380	380	UАН ? UСН	Автоматический выключатель АВМ4Н
IН, А	15	400	IАН ? IСН
IОткл, кА	3,54	4,4	IАОткл ? IСКЗ

Выберем рубильник QS для установки на стороне низкого напряжения трансформатора в сети с номинальными параметрами (исходные данные):

UСН = 380 В; IСН = 15 А; IСКЗ = 3,54 кА.

Заносим данные в таблицу.

Параметры	Значения параметров	Условия выбора	Тип аппарата
	сети	аппарата
UН, В	380	660	UРН ? UСН	Рубильник Р31 (до 660 В)
IН, А	15	100	IРН ? IСН
IОткл, кА	3,54	10	IРОткл ? IСКЗ

Выберем предохранитель F для установки на стороне низкого напряжения трансформатора в сети с номинальными параметрами (исходные данные):

UСН = 380 В; IСН = 15 А; IСКЗ = 3,54 кА.

Заносим данные в таблицу.

Параметры	Значения параметров	Условия выбора	Тип аппарата
	сети	параметров
UН, В	380	500	UРН ? UСН	Предохранитель НПН2 (неразборный)
IН, А	15	63	IРН ? IСН
IОткл, кА	3,54	10	IРОткл ? IСКЗ

Список использованных источников

1. Чунихин А.А. Электрические аппараты: Общий курс. Учебник для вузов. -3 изд-е, перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1988.

2. Электрические аппараты высокого напряжения: Учебное пособие для вузов/Т. Н. Александров, В. В. Борисов, В. И. Иванов и другие / Под ред. Г.Н.Александрова. Л.: Энергоатомиздат, 1989.

3. Неклепаев Б. Н., Крючков И. П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учебное пособие для вузов. - 4 изд-е, перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1989.

4. Справочник по проектированию электроснабжения/Под ред. Ю.Г.Барыбина и др. М.: Энергоатомиздат, 1990 (Электроустановки промышленных предприятий).

Размещено на Allbest.ru