Белорусский государственный аграрный технический университет

Агроэнергетический факультет

Кафедра электрооборудования сельскохозяйственных предприятий

Курсовой проект

По дисциплине "Электропривод"

Измельчитель-смеситель кормов ИСК-3

Студент 4-го курса 19 ЭПТ группы

Францевич Е.Г.

Шифр зачетки 074247

Руководитель

Громова В.С.

Минск 2010

Реферат

Курсовой проект на тему "Измельчитель-смеситель кормов ИСК-3" выполнен в объеме: расчетно-пояснительная записка на 41 страницах, таблиц 9; графическая часть на 10 листах, в том числе формата А4 … листов, формата А3 … листов.

В проекте разработан электропривод измельчителя-смесителя кормов ИСК-3. Проведен расчет и выбор элементов электропривода согласно заданию.

Содержание

Введение

1. Технологические характеристики рабочей машины

   1. Назначение

   2. Описание конструкции рабочей машины

   3. Описание рабочих органов и их параметров

   4. Технологическая схема использования рабочей машины

   5. Требования к управлению рабочей машиной

   6. Характеристика условий окружающей среды и требований к электрооборудованию

2. Выбор электродвигателя для привода рабочей машины

   1. Расчет и построение механических характеристик рабочей машины под нагрузкой и на холостом ходу

   2. Расчет и построение нагрузочной диаграммы рабочей машины

   3. Выбор предполагаемого электродвигателя по роду тока, напряжению, числу фаз, типу, модификации, частоте вращения

   4. Выбор кинематической принципиальной схемы электропривода

   5. Приведение мощности, момента и скорости рабочей машины к валу электродвигателя и обоснование режима его работы

   6. Окончательный выбор электродвигателя по мощности с учетом режима работы

   7. Проверка выбранного электродвигателя по условиям пуска, перегрузочной способности и на допустимое число включений в час

   8. Проверка выбранного электродвигателя на нагревание за цикл нагрузочной диаграммы

   9. Построение механической и электромеханической характеристик электродвигателя

3. Выбор элементов принципиальной электрической схемы

   1. Выбор элементов клиноременной передачи

   2. Выбор монтажного исполнения электродвигателя

   3. Составление чертежа "Кинематическая принципиальная схема электропривода"

   4. Составление расчетной приведенной схемы механической части электропривода

4. Расчет переходных процессов в электроприводе

   1. Обоснование способа пуска и торможения электропривода

5. Разработка принципиальной электрической схемы управления электроприводом

   1. Требования к управлению машиной и пути их реализации

   2. Описание разработанной схемы управления электроприводом

   3. Выбор аппаратов защиты электрических цепей и аппарата защиты электродвигателя в аварийных состояниях по критерию эффективности

   4. Выбор аппаратов управления электроприводом

6. Определение показателей разработанного электропривода

   1. Расчет показателей надежности разработанного электропривода

   2. Определение удельных и энергетических показателей разработанного электропривода

7. Разработка ящика управления электроприводом

   1. Определение суммарной площади монтажных зон аппаратов и типа ящика управления

   2. Пояснения о размещении аппаратов в ящике управления и составлению схемы соединений ящика управления

   3. Выбор проводов для схемы соединения ящика управления и кабелей для схемы внешних соединений

8. Заключение по проекту

Литература

Введение

Автоматизация и электрификация сельскохозяйственного производства приводит к облегчению труда рабочих, и уничтожение существенного различия между умственным и физическим трудом, и дальнейшему повышению материального благосостояния народа.

Современный электропривод определяет собой уровень силовой электровооруженности, является главным средством автоматизации рабочих машин и механизации производственных процессов.

Рост электрификации и автоматизации, создание на этой базе более современных машин ведут к огромному повышению производительности труда.

Производство, переработка и хранение сельскохозяйственной продукции тесно связано с использованием электроприводов.

Преимущества электропривода состоит в том, что электрическая энергия легко передается на большие расстояния, обладает высокой экологической чистотой, что немаловажно в современных технологиях, а также может преобразовываться не только в механическую, но и в тепловую и в другие виды энергии, необходимые как в производстве, так и быту.

Электропривод отличается большим количеством конструктивных решений, функционального назначения, технических параметров и т.д.

Номенклатура электроприводов и область их применения растет. Растет количество электроэнергии, потребляемое электроприводами. Преимущества использования электропривода могут быть реализованы лишь при правильном его выборе по различным параметрам.

1. Технологические характеристики рабочей машины

1.1 Назначение

Измельчитель - смеситель кормов ИСК-3 предназначен для приготовления полнорационных кормовых смесей в поточных технологических линиях кормоцехов ферм крупного рогатого скота.

1.2 Описание конструкции рабочей машины

Измельчитель - смеситель кормов ИСК-3 состоит из следующих составных сборочных единиц: приводной станции, швырялки, форсунок для подачи добавок, приемной камеры, камеры смешивания с декой, ножами и противорезами, шибера, выгрузного транспортера.

1.3 Описание рабочих органов и их параметров

Приводная станция приводит в движение основной рабочий орган (дробилку) и состоит из электродвигателя, клиноременной передачи, ведущего шкива. В нижней части ротора закреплена швырялка для подачи кормосмеси на выгрузной транспортер. В рабочей камере равномерно по периметру расположены окна, предназначенные для ввода противорежущих ножей. Пакеты ножей сходятся на одной оси и вводятся в окна рабочей камеры с внешней стороны. Противорежущие ножи под действием сил резания постоянно меняют угол поворота, благодаря этому автоматически поддерживаются оптимальные условия измельчения. При попадании в рабочую камеру камней и металлических предметов, противорежущие ножи выходят из рабочей камеры, поворачиваясь вокруг своей оси, что предотвращает их поломку.

1.4 Технологическая схема использования рабочей машины

Измельчитель - смеситель кормов ИСК-3 работает в следующем порядке: подающим транспортером корма ,а форсунками добавки, подаются в приемную камеру. Из нее поступают в камеру смешивания ,где они измельчаются и смешиваются. По истечении времени открывается шибер. Швырялкой кормовая смесь выбрасывается на выгрузной транспортер. После прекращения подачи грубых кормов и добавок и опустошения камеры смешивания агрегат отключают.

1.5 Требования к управлению рабочей машиной

Для оптимизации технологического процесса схема управления должна содержать реле времени, с его помощью, сразу после завершения процесса приготовления корма, включается выгрузной транспортер, а привод рабочей камеры – отключается. Предусматриваем световую сигнализацию. Для защиты элктрооборудования от аварийных режимов предусматриваем защитную аппаратуру.

1.6 Характеристика условий окружающей среды и требований к электрооборудованию

Категория помещения по ПУЭ – особо сырое помещение, степень защиты электрооборудования – IP44, электродвигатели: АИР…У2, АИР…ХЛ2, 4А…У2, 4А…ХЛ2. Оболочка электродвигателя защищает от попадания внутрь твердых тел размером более 1мм и от прикосновения токоведущих или движущихся частей с твердыми телами размером более 1 мм. Вода в виде брызг, попадающая на двигатель в любом направлении, не может вредно повлиять на его работу. Вводное устройство степени защиты IP 54.

2. Выбор электродвигателя для привода рабочей машины

2.1 Расчет и построение механических характеристик рабочей машины под нагрузкой и на холостом ходу

Номинальная угловая скорость рабочей машины и номинальный момент определяются по формулам:

(1)

(2)

где - номинальная частота вращения выходного вала рабочей машины, об/мин;

- мощность на валу рабочей машины, кВт.

(рад/с)

(Нм)

Механическая характеристика рабочей машины под нагрузкой строиться на основании уравнения:

(3)

где - момент сопротивления механизма, не зависящий от скорости, Нм;

- момент сопротивления механизма при скорости , Нм;

- текущая (задаваемая) угловая скорость, рад/с;

- показатель степени, характеризующий изменение момента сопротивления от скорости.

Для построения графика необходимо определить , , . Из таблицы 1.1 [1] для работы машины под нагрузкой принимаем: =2, =0,05…0,3 о.е., =0,15…0,4 о.е. Для перевода в именованные единицы пользуемся формулами:

(4)

(5)

(Нм)

(Нм)

Для построения механической характеристики рабочей машины на холостом ходу определим :

(6)

где - приведенная мощность машины на холостом ходу, кВт.

(7)

(кВт)

(Нм)

Также из таблицы 1.1 [1] lля работы машины на холостом ходу принимаем: =2, =1,05…1,1 о.е., =1,1…1,2 о.е. Пользуясь формулами (4) и (5) переводим в именованные единицы:

(Нм)

(Нм)

На основании уравнения (3) производим расчет механических характеристик под нагрузкой и на холостом ходу и сводим в таблицу:

Таблица 1 Данные механических характеристик

Под нагрузкой
	0	28,21	56,43	84,64	112,86	141,07	169,29

	197,5	225,72	253,93	282,15
	3,47	2,75	3,19	3,93	4,96	6,29	7,92	9,84	12,05	14,6	17,71
На холостом ходу
	0	28,21	56,43	84,64	112,86	141,07	169,29	197,5	225,72	253,93	282,15
	6,25	5,47	5,46	5,45	5,43	5,41	5,38	5,34	5,3	5,26	5,21

По данным расчета строим график механической характеристики (лист 2 графической части)

2.2 Расчет и построение нагрузочной диаграммы рабочей машины

Для построения нагрузочной диаграммы произведем анализ работы рабочей машины. Начало движения начало движения производиться на холостом ходу, затем корма постепенно загружаются и к концу мощность машины становиться равной номинальной, затем корм постепенно выгружается и машину останавливаем. Минимальная мощность машины кВт, номинальная кВт. Время работы установки: мин. Нагрузочная диаграмма представлена на листе 2 графической части.

2.3 Выбор предполагаемого электродвигателя по роду тока, напряжению, числу фаз, типу, модификации, частоте вращения

Животноводческие комплексы РБ в основном подключены к общей энергосистеме на переменное напряжение трехфазного синусоидального тока. Поэтому предварительно выбираем нерегулируемый электропривод переменного тока с асинхронным электродвигателем имеющим: напряжение питания – 380/220В, соединение обмоток – Y, синхронная частота вращения электромагнитного поля 3000 об/мин, климатическое исполнение – УХЛ, категория размещения – 2, степень защиты IP44.

2.4 Выбор кинематической принципиальной схемы электропривода

Определяем общее передаточное число будущей передачи:

(8)

где - номинальная частота вращения вала электродвигателя, об/мин;

- номинальная частота вращения вала рабочей машины, об/мин.

Ориентировочная мощность электродвигателя и приведенная к валу электродвигателя мощность определяются по формуле:

(9)

где - мощность на валу рабочей машины при номинальной нагрузке, кВт;

- приведенная к валу электродвигателя мощность рабочей машины, кВт;

- общее КПД передач, о.е.

(кВт)

В качестве передаточного устройства принимаем клиноременную передачу (таблица 1.2 [1]).

2.5 Приведение мощности, момента и скорости рабочей машины к валу электродвигателя и обоснование режима его работы

Приведение мощности рабочей машины к валу электродвигателя выполняется по формуле (9), из которой следует, что приведенная мощность незначительно больше мощности на валу рабочей машины и зависит от КПД передач. Следовательно, вид нагрузочной диаграммы существенно не измениться при приведении мощности рабочей машины к валу электродвигателя. Приведенный к валу двигателя момент сопротивления рабочей машины вычисляем по формуле:

(10)

(Нм)

Из формулы (10) следует, что приведенный к валу электродвигателя момент может значительно отличаться от момента рабочей машины при большом передаточном числе. Однако вид приведенной нагрузочной диаграммы сохраниться.

Приведение номинальной угловой скорости рабочей машины к валу электродвигателя выполняем по формуле:

(11)

(рад/с)

Режим работы электропривода определяется по нагрузочной диаграмме с учетом постоянной времени нагрева электродвигателя, времени его работы или времени цикла. Поскольку электродвигатель окончательно не выбран, то ориентируемся приближенно на мощность . По этой мощности ориентировочно выбираем постоянную времени нагрева из приложения К [1]: =21,9мин. Время работы электродвигателя составляет 60 минут (до 3) и после отключения пауза длиться более 6,а если после отключения элктродвигатель может остыть до окружающей температуры, то режим работы S2 – кратковременный.

2.6 Окончательный выбор электродвигателя по мощности с учетом режима работы

Если режим работы S2, то выбираем электродвигатель продолжительного режима для кратковременной работы, кратковременно перегружая его. Для учета допустимой перегрузки определим коэффициент термической и механической перегрузки:

(12)

(13)

где - отношение постоянных потерь в электродвигателе к переменным, из приложения С [1] =0,3.

Электродвигатель выбираем из условия:

(14)

(кВт)

Исходя из проведенных расчетов, окончательно выбираем асинхронный электродвигатель с синхронной частотой вращения 3000 об/мин марки АИР.

Таблица 2 Технические данные электродвигателя

Тип электродвигателя	Номинальная мощность , кВт	Номинальные значения			Кратности моментов, о.е.			Кратность пускового тока , о.е.	Момент инерции	Масса m, кг
		КПД, %	коэф-т мощности , о.е.	скольжение , о.е	пускового	критического	минимального при пуске
АИР100L2	5,5	88	0,89	5	2	2,2	1,6	7,5	0,0075	27,4

2.7 Проверка выбранного электродвигателя по условиям пуска, перегрузочной способности и на допустимое число включений в час

Проверка по условиям пуска:

(15)

где , - пусковой и минимальный при пуске момент электродвигателя,Нм; , - момент требуемый для вращения рабочей машины при скорости и , соответствующий минимальному моменту электродвигателя; , - время пуска электродвигателя под нагрузкой и допустимое время пуска,с.

(16)

где – допустимое превышение температуры обмотки, принимаем из таблицы 2.6 [1]; V – скорость роста температуры при пуске, /с; см. приложения 10, 11, 12 [1]; - относительное снижение напряжения в сети в период пуска,

(17)

(18)

(19)

где , , - кратность пускового, минимального и критического моментов электродвигателя; см. приложения 10, 11, 12 [1].

(20)

где - номинальная угловая скорость ротора электродвигателя, рад/с.

(21)

(рад/с)

(Нм)

(Нм)

(Нм)

(Нм)

(с)

Время пуска двигателя под нагрузкой приближенно оцениваем по формуле

(22)

где - приведенный к валу электродвигателя момент инерции электропривода, кг;

- средний (за время пуска) момент сопротивления рабочей машины по ее механической характеристике; , Нм.

(с)

Проверка электродвигателя на преодоление максимальной нагрузки:

(23)

где - относительное снижение напряжения в сети, ;

- максимальный момент нагрузки, .

(24)

(Нм)

Вывод: по проверяемым условиям двигатель выбран правильно.

2.8 Проверка выбранного электродвигателя на нагревание за цикл нагрузочной диаграммы

Расчет кривой нагрева и охлаждения проводим по формуле:

(25)

где – установившаяся температура, ;

– время, мин;

- постоянная времени нагревания, мин;

- начальная температура превышения, .

Установившаяся температура превышения определяется по уравнению:

(26)

где - потери мощности в электродвигателе при нагрузке на валу , Вт;

- номинальная теплоотдача электродвигателя, Вт/.

(27)

(28)

где x – коэффициент нагрузки;

- КПД электродвигателя в номинальном режиме.

(29)

(о.е.)

(кВт)

(30)

где – номинальные потери мощности в электродвигателе, Вт.

(31)

(кВт)

(Вт/)

()

Постоянная времени нагревания:

(32)

где С – теплоемкость электродвигателя, Дж/; ;

- масса электродвигателя, кг.

(Дж/)

(с)

В начале работы . Зависимость имеет вид:

(33)

Задаемся значениями t и вычисляем величину температуры электродвигателя и строим кривую нагрева:

17,055 мин

34,11 мин

51,165 мин

60 мин

При отключении , а остывание электродвигателя происходит по уравнению:

(34)

Расчет кривой охлаждения проводим аналогично нахождению кривой нагрева. Графические зависимости представлены в графической части (лист 3). Вывод: температура нагрева выбранного электродвигателя не превышает допустимую для данного класса изоляции.

2.9 Построение механической и электромеханической характеристик электродвигателя

Механическую характеристику асинхронного электродвигателя расчитывают по формуле Клосса:

(35)

где , – рассчитываемый и максимальный моменты, Нм; , - задаваемое значение скольжения и максимальное (критическое) скольжение (приложения 10, 11, 12 [1]), о.е; Е – коэффициент, .

Момент максимальный из формулы (21) равен Нм. Максимальное скольжение находим по формуле:

(36)

(о.е.)

Коэффициент Е находится в сложной зависимости от скольжения S. Высчитываем его значения в четырех характерных точках:

при имеем , а коэффициент ;

при имеем , а коэффициент Е = 0;

при имеем , а коэффициент ;

при имеем , а коэффициент .

Значения Е в этих точках находим по выражению (37), подставляя в его значения в характерных точках (1)…(4).

(37)

По полученным четырем точкам строим ломаную линию .

Далее задаемся значением скольжения S, находим Е по кривой , заносим в таблицу 3 и производим расчет.

Таблица 3 Результаты расчета механической характеристики

Расчетные величины	Значения расчетной величины S
	Sн (0,05)	Sмах (0,11)	0,2	0,3	0,5	0,6	0,85	0,9	1
Е по графику	-0,73	0	1,3	2,8	5	5,6	6,8	19	35
(1+Е)	0,27	1	2,3	3,8	6	6,6	7,8	20	36
2Е	-1,46	0	2,6	5,6	10	11,2	13,6

	38	70
S/Sмах	0,45	1	1,82	2,73	4,54	5,45	7,73	8,18	9,09
Sмах/S	2,2	1	0,55	0,37	0,22	0,18	0,13	0,12	0,11
S/Sмах+Sмах/S+2E	1,19	2	4,97	8,69	14,76	16,84	21,46	46,3	79,2
2Ммах(1+Е)	21,91	81,14	186,6	308,3	486,8	535,5	632,9	1622,8	2921,0
	18,41	40,57	37,56	35,46	32,97	31,8	29,5	35,0	36,88
	298,3	279,46	251,2	219,8	157	125,6	47,1	31,4	0
	14,91	32,86	30,42	28,72	26,71	25,76	23,89	28,39	29,87

Электромеханическую характеристику асинхронного электродвигателя строим по четырем точкам: 1) при ; 2) при ; 3) при ; 4) при . Ток холостого хода (в относительных единицах) определяем по выражению:

(38)

Ток при максимальном (критическом) скольжении определяем по выражению (в относительных единицах):

(39)

Номинальный ток в о.е. равен 1. Пусковой в о.е. указывается в каталогах или справочниках, например 10, 11 и 12 [1]. Пересчет тока в именованные единицы производим по формулам:

(40)

(41)

(о.е.)

(А)

(А)

(А)

(А)

Графики механической и электромеханической характеристик представлены в графической части.

3. Выбор элементов кинематической схемы

3.1 Выбор элементов клиноременной передачи

Выбор элементов передачи производим в следующей последовательности.

1. Выбираем тип ремня – УА (2 ремня) и диаметр ведущего шкива 100 .

2. Определяем геометрические размеры передачи, согласовывая их со стандартами.

Диаметр большого шкива:

(43)

(мм)

Принимаем 112 мм.

Межосевое расстояние:

(44)

(мм)

(45)

(мм)

Принимаем 710 мм.

3. Уточненное межосевое расстояние:

(46)

(мм)

4. Определяем угол обхвата малого шкива:

(47)

5. Линейная скорость ремня

(48)

(м/с)

6. Допустимая полезная мощность, преодолеваемая одним клиновым ремнем:

(49)

где - коэффициенты из таблиц 3.1…3.4 [1].

(кВт)

7. Ширина шкива передачи В зависит от числа и типа ремней:

(50)

где b – ширина верхней части ремня, мм

N – число клиновых ремней.

(мм)

3.2 Выбор монтажного исполнения электродвигателя

Конструктивное исполнение электрических машин по способу монтажа регламентируется в Публикации МЭК 34-7 и СТ СЭВ 264-76. Согласно этим документам при применении прямой передачи используем электродвигатель с фланцевым креплением исполнения IM 3011 без лап, с подшипниковыми щитами и с фланцем на одном переднем подшипниковом щите. Фланец большого диаметра, доступный с обратной стороны, с крепящими отверстиями без резьбы, с одного конца вала, расположенного вертикально.

3.3 Составление чертежа "Кинематическая принципиальная схема электропривода"

Выбранная кинематическая и ее параметры изображаем на листе №3 графической части по правилам выполнения кинематических схем (ГОСТ 2.703-68). Условные графические изображения элементов кинематических схем и обозначения регламентируются ГОСТ 2.770-63.

На схеме показываем все элементы передачи (электродвигатель, шкивы, ремни), а также рабочий орган (колесо измельчителя с ножами). Элементы передачи нумеруем и указываем их тип, момент инерции или массу и размеры. Нумеруем валы и указываем из скорости вращения.

3.4 Составление расчетной приведенной схемы механической части электропривода

Расчетная схема механической части – это условная схема связи всех моментов инерции и движущихся поступательно масс с учетом жесткости элементов связи.

Составляем четырехмассовую расчетную схему и производим ее расчет:

Моменты инерции вращающихся частей:

(51)

где – коэффициент;

- масса шкива (или колеса измельчителя с ножами), кг;

- наружный радиус шкива (или колеса измельчителя с ножами), м.

(кг)

(кг)

(кг)

Масса шкива:

(52)

где - удельный вес стали, ;

d – диаметр шкива, м;

B – ширина шкива, м.

(кг)

(кг)

Масса колеса измельчителя с ножами:

(53)

(кг)

Составляем приведенную двухмассовую расчетную схему и производим ее расчет:

Моменты инерции на валу 1и 2:

(54)

(55)

(кг)

(кг)

Составляем приведенную одномассовую расчетную схему и производим ее расчет:

Моменты инерции второго вала приводим к первому:

(56)

(кг)

(57)

(кг)

Момент сопротивления приводим к валу электродвигателя:

(58)

(Нм)

4. Расчет переходных процессов в электроприводе

4.1 Определение электромеханической постоянной времени

Различают два значения электромеханической постоянной времени для асинхронных электродвигателей: 1) - на рабочем участке механической характеристики (момент от нуля до номинального); 2) - на пусковом участке электромеханической характеристики (момент от пускового до номинального). Их определяем по формулам:

(59)

(60)

(мин)

(мин)

Значение позволяет оценить время пуска без нагрузки электродвигателя до номинальной скорости: .

5. Разработка принципиальной электрической схемы управления электроприводом

5.1 Требования к управлению машиной и пути их реализации

В пункте 1.5 были предъявлены требования к управлению рабочей машиной, в данном пункте представим пути их реализации. Для обеспечения световой сигнализации применяем сигнальную лампу. Для обеспечения дистанционного ручного управления применяем электромагнитный пускатель и кнопочную станцию. Для усовершенствования технологического процесса – реле времени. Применяемые аппараты защиты и управления электродвигателя будут рассчитаны в последующих пунктах.

5.2 Описание разработанной схемы управления электроприводом

При включении автоматического выключателя QF подается напряжение к цепи управления и на силовые контакты магнитных пускателей. При нажатии кнопки SB1 замыкается цепь магнитного пускателя KM1. О наличии напряжения в ящике управления сигнализирует лампа HL1. После завершения приготовления кормосмеси реле времени включает электродвигатель выгрузного транспортера M2, о чем свидетельствует лампа HL2. Выключение установки производиться нажатием кнопки SB2. Автоматический выключатель, аппараты защиты защищают электродвигатель от перегрузки и токов короткого замыкания. Для защиты цепей от токов короткого замыкания в данной схеме предусматриваем предохранитель.

5.3 Выбор аппаратов защиты электрических цепей и аппарата защиты электродвигателя в аварийных состояниях по критерию эффективности

Выбор аппаратов защиты электрических цепей. Автоматический выключатель выбираем по номинальному напряжению, номинальному току автомата, номинальному току расцепителей. Номинальное напряжение автомата должно соответствовать номинальному напряжению сети, В:

(42)

Номинальный ток автомата должен соответствовать длительному току электроприемника, А:

(43)

Номинальный ток расцепителя должен соответствовать длительному току электроприемника, А:

(44)

Выбор автоматического выключателя:

380=380

В

А

А

А

Выбираем автоматический выключатель ВА61F29-3K12,2NA-PH380В, исполнения УХЛ2. Проверку выбранного автоматического выключателя производим по несрабатыванию от пусковых токов:

(45)

где - минимальная кратность тока срабатывания электромагнитного расцепителя выбранной карактеристики;

- кратность пускового тока электродвигателя.

Выбор типа защитного аппарата электропривода проводим по критерию эффективности:

где – вероятность отказа данного электродвигателя i-го механизма по y причине; - вероятность срабатывания k-го устройства защиты при основных аварийных режимах АД i-ом механизме.

Таблица 4 Значение вероятностей отказа установки по различным причинам

Неполнофазный режим

Заторможенный режим

Перегрузка

Увлажненная изоляция

Нарушение охлаждения

0,28	0,24	0,1	0,28	0,17

Таблица 5 Значение вероятностей срабатывания защиты по различным причинам

Тип аппарата защиты	Неполнофазный режим	Заторможенный режим	Перегрузка	Увлажненная изоляция	Нарушение охлаждения
Тепловое реле РТЛ и РТТ	0,6	0,45	0,75	0	0
Реле контроля напряжения неполнофазного режима типа ЕЛ-8…13	0,8	0	0	0	0
Реле защиты по току при неполнофазном режиме плюс защита от токов перегрузки типа РЗД-ЗМ, БСЗД-1	0,8/0,8	0,9/0,9	0,7/0,65	0	0
Устройство температурной защиты УВТЗ-5	0,8	0,67	0,95	0	0,9
Устройство защиты электродвигателя при неполнофазном режиме, при перегрузке по току, температуре и при снижении сопротивления изоляции, типа УЗ	0,8	0,9	0,8	0,5	0,9
УЗО	0,6	0,67	0,95	0	0,9

Эффективность проверяют для всех защит:

1. тепловое реле:

Э=0,28*0,6+0,24*0,45+0,1*0,75=0,17+0,1+0,075=0,34

2. реле контроля напряжения ЕЛ:

Э=0,28*0,8=0,22;

3. реле защиты по току РЗД-ЗМ/БСЗД-1:

Э=0,28*0,8+0,24*0,9+0,1*0,7(0,65)=0,22+0,21+0,07(0,065)=0,5(0,49)

4. УВТЗ:

Э=0,28*0,8+0,24*0,67+0,1*0,95+0,17*0,9=0,22+0,16+0,095+0,15=0,62

5. устройство защиты УЗ:

Э=0,28*0,8+0,24*0,9+0,1*0,8+0,28*0,5+0,17*0,9=0,22+0,21+0,08+0,14+0,15=0,8

6. УЗО:

Э=0,28*0,6+0,24*0,67+0,1*0,95+0,17*0,9=0,17+0,16+0,095+0,15=0,57

Таблица 6 Результаты расчета критерия эффективности

Тип аппарата защиты	Тепловое реле РТЛ	Реле контроля напряжения ЕЛ	Реле защиты по току РЗД-ЗМ/БСЗД-1	УВТЗ	Устройство защиты УЗ	УЗО
Эффективность	0,34	0,22	0,5/0,49	0,62	0,8	0,57

Как показал расчет наиболее эффективной защитой является устройство защиты электродвигателя при неполнофазном режиме, при перегрузке по току, при перегрузке по температуре и при снижении сопротивления изоляции типа УЗ. Принимаем УЗ-25-44-У2.

5.4 Выбор аппаратов управления электроприводом

Для дистанционного управления электроприводом выбираем электромагнитный пускатель. Магнитный пускатель выбирается по номинальному току и номинальному напряжению:

(47)

(48)

Выбираем магнитный пускатель ПМЛ-21002БР2В исходя из условий:

380=380

25>10,8

=380В

=220В

=25А

Для управления схемой выбираем пост управления кнопочный типа ПКЕ-122-2У2. Кнопки имеют электрически несвязанные замыкающие и размыкающие контакты с двойным разрывом. Номинальное напряжение 500В, 50-60Гц переменного и до 220В постоянного тока. Номинальный ток контактов 10А.

В качестве сигнальной арматуры выбираем АЛС-12У2 на напряжение 220В.

6. Определение показателей разработанного электропривода

6.1 Расчет показателй надежности разработанного электропривода

Под показателями надежности понимают количественные характеристики одного или нескольких свойств, составляющие надежность устройства. Показатели надежности восстанавливаемых и невосстанавливаемых устройств различны. Основными показателями безотказности элементов в невосстанавливаемых системах являются: вероятность безотказной работы, интенсивности отказов, средняя наработка до отказа.

Таблица 7 Перечень элементов схемы, условия их эксплуатации, поправочные коэффициенты и параметры надежности

Наименование и тип элемента	Электродвигатель	Магнитный пускатель		УЗ	Пост кнопочный	Автоматический выключатель	Предохранитель
Условное обозначение на схеме	М	КМ контакты	КМ катушка	А	SB	QF	FU
Номинальные параметры (по паспорту)	5,5кВт	25А	220В	25А	220В	63А 380В	6А
Номинальный коэффициент надежности	64	15	10	10	2,8*2	4,6*3	1
Фактические параметры	4,9 кВт	10,8А	220В	10,8А	220В	10,8А	6А
Коэффициент электрической нагрузки	0,91	0,6	1	0,76	1	0,76	1
Температура окружающей среды,	15	15	15	15	15	15	15
Поправочный коэффициент		1	1	1	1	1	1
		10	10	10	10	10	10
		0,6	1	0,58	1	1	0,7
		1	0,5	1	1	1	1
Коэффициент надежности с учетом поправочных коэффициентов	384	37,5	125	116	2300	56	96,6
Коэффициент использования элемента	1	1	0,5	0,5	1	1	1
Результирующий коэффициент надежности	384	37,5	62,5	58	2300	56	96,6
Количество элементов	1	1	2	2	1	1	1
	384

	37,5	125	116	2300	56	96,6
	0,11	0,011	0,036	0,033	0,66	0,016	0,028
Среднее время восстанавливания , ч	3,28	1,83	1,83	1,83	1,83	1,83	0,66
	0,36	0,02	0,066	0,06	1,2	0,029	0,018
Примечание

Вероятность безотказной работы R(Tз) представляет собой вероятность того, что в пределах заданной наработки Т – отказ устройства не возникает. Статическая оценка R(Tз) определяется отношением числа устройств, безотказно проработавших до момента времени Тз к числу устройств, работоспособных в начальный момент времени. Нижнее R(Tз) при доверительной вероятности R*=0,8 должно выбираться в пределах 0,75…0,99.

Интенсивность отказов ˄(t) – вероятность отказа невосстанавливаемого устройства в единицу времени. Интенсивность отказов – плотность условной вероятности возникновения отказа невосстанавливаемого устройства, определяемая для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого момента отказ не возник. Интенсивность потока отказов ˄(t) – среднее количество отказов для рассматриваемого момента времени. Верхнее значение при R*=0,8 для устройства может по ГОСТу находиться в пределах от 0,8 до 50 1/ч. Средняя наработка до отказа Тср – математическое определение наработки устройства до первого отказа. Для восстанавливаемых устройств показателями безотказности являются: 1 – вероятность наработки между отказами R(Тз); 2 – параметр потока отказов ˄(t); 3 – наработка на отказ . Вероятность наработки между отказами R(Tз) представляет собой вероятность того, что наработка между отказами больше заданного значения Тз. Параметр потока отказов ˄(t) есть вероятности плотность возникновения отказа восстанавливаемого устройства, определяемая для рассматриваемого момента времени. Статически параметр потока отказов оценивается средним числом отказов в единицу времени, отнесенных к числу наблюдаемых устройств. Отношение наработки Т восстанавливаемого устройства к математическому ожиданию m числа его отказов в течение этой наработки называют наработкой на отказ . В установившемся режиме работы параметр потока отказов является постоянной величиной ˄, наработка на отказ .

Рассчитываем параметры надежности:

1. параметр потока отказов:

где – интенсивность отказа базового элемента системы ().

2. вероятность наработки между отказами:

(50)

где - время эксплуатации в году.

3. наработка на отказ:

(51)

(ч)

Рассчитываем показатели ремонтопригодности:

1. среднее время восстановления системы :

(52)

(ч)

среднее время восстановления системы в заданное время :

(53)

где - минимальное время, заданное на восстановление системы, ч.

2. коэффициент готовности:

(54)

6.2 Определение удельных и энергетических показателей разработанного электропривода

Различают три основных показателя разработанного электропривода: 1) удельную энергоемкость, 2) средний коэффициент загрузки, 3) средний коэффициент мощности.

Дополнительные показатели: 1) расход энергии за год, 2) время работы установки в году.

Определяем удельную энергоемкость электропривода:

(55)

где - эквивалентная подводимая мощность по нагрузочной диаграмме, кВт;

Q – производительность машины при данной нагрузочной диаграмме, т/ч.

(56)

Где - эквивалентная мощность на валу за время работы, кВт;

- КПД электродвигателя при мощности .

(57)

где - коэффициент потерь (таблица в приложении 16 [1])

- коэффициент загрузки.

(58)

где - номинальная мощность электродвигателя рабочей машины, кВт.

(59)

где – неизменная мощность на валу за время нагрузочной диаграммы, кВт;

– то же за время нагрузочной диаграммы, кВт, и т.д.

кВт

(о.е.)

(кВт)

(кВт*ч/т)

Средний коэффициент загрузки:

(60)

Средний коэффициент мощности:

(61)

где - определяется по (56);

- линейное среднее напряжение, принимаем равным 380В;

- линейный средний ток за время работы электродвигателя, А.

Расход электроэнергии за год:

(62)

(кВт*ч)

Общее время работы установки в году:

(63)

где - время одного включения или цикла работы, ч;

- число рабочих суток в году;

- число включений в сутки.

(ч)

7. Разработка ящика управления электроприводом

7.1 Определение суммарной площади монтажных зон аппаратов и типа ящика управления

Габариты ящика управления определяются количеством и размерами аппаратов управления, защиты и сигнализации, размещенными в ящике, а следовательно площадью, занимаемой монтажными зонами аппаратов.

На листе графической части №5 показана возможная установка элементов схемы с учетом монтажных зон, которые определяются по требованиям ТМЗ-3-141-90, ТМЗ-155-9; ТМЗ-19-90; ТМЗ-13-90.

Таблица 8 Определение суммарной площади монтажных зон аппаратов

Тип аппарата	Высота монтажной зоны Н, мм	Ширина монтаж-ной зоны В, мм	B*Н,	Тип аппарата	Высота монтажной зоны Н, мм	Ширина монтаж-ной зоны В, мм	B*Н,
На рейках задней стенки ящика управления				На двери ящика управления
Пускатель магнитный ПМЛ	250	80	40000	Сигнальная араматура	100	60	6000
Выключатель автоматический ВА61F29	200	75	15000	Пост кнопочный ПКЕ-112	150	80	24000
Устройсво УЗ	200	120	24000
Реле времени ВС	200	100	20000
Предохранитель ПРС	100	90	9000

108000				30000
Выбрана площадь стенки ящика =150000				Выбрана площадь двери ящика =130000

После компановки аппаратов внутри ящика управления, определим тип и размеры щита с учетом монтажных зон аппаратов. Определим требуемую площадь монтажной панели ящика и двери:

(64)

()

()

Принимаем ящик управления типа ЯУЭ-0643.

7.2 Пояснения о размещении аппаратов в ящике управления и составлению схемы соединений ящика управления

В ящике управления устанавливаем автоматический выключатель, магнитный пускатель, УЗ, реле времени, предохранитель. Для подключения внешних проводок устанавливаем клемную колодку. На дверцах ящика установлена сигнальная арматура и кнопочная станция. Все аппараты в ящике крепятся на рейках. Компановка аапратуры внутри щитов должна выполняться с учетом конструктивных особенностей этих изделий и обеспечения монтажа и эксплуатации, а также с учетом допустимых полей монтажа. Размеры допустимых полей монтажа учитывают установку унифицированных элементов для внутрищитового монтажа электрических и пневматических аппаратов, а также прокладку проводов внутри щитов. Аппараты внутри щитов нужно группировать по принадлежности к системам управления, измерения и сигнализации, а внутри этих групп – по роду тока, значению напряжения. Типам аппаратов. Для удобства монтажа и обслуживания двери малогабаритных щитов и поворотная рама открываются слева направо. Электрические проводки, как правило, должны размещаться в левой части с монтажной стороны щита. Прежде чем определить геометрические размеры щита, необходимо предварительно уточнить вид, количество аппаратов и их монтажные зоны, см. таблицу 8. Схему соединений выполняем на основании разработанной принципиальной схемы и чертежа общего вида щита управления в соответствии с требованиями ГОСТ2.702-75 "Правила выполнения схем". Схему выполняем без масштаба. При этом аппараты (включая ряды зажимов) показываем в соответствии с их действительным расположением. Аппараты изображаем в виде монтажных символов, представляющих собой схемы внутренних соединений отдельных аппаратов, приборов. Символ аппарата обводится тонкой сплошной линией, на чертеже размещаем свободно с учетом места для размещения их нумерации. А также с учетом маркировки отходящих от аппаратов проводов. Каждому аппарату присваивается номер, номера проставляем слева направо, сверху вниз по порядку, начиная с единицы, сначала для одной сборочной единицы, затем для другой. Нумерация проставляется в кружочках, при этом над чертой записываются порядковый номер аппарата, а под чертой – позиционное обозначение этого аппарата в принципиальной схеме.

7.3 Выбор проводов для схемы соединения ящика управления и кабелей для схемы внешних соединений

В силовой цепи используем медные одножильные провода типа ПВ1 сечением более 1 , а в цепях управления – многожильные медные провода типа ПВ3, сечением до . Сечение проводников определяем по допустимому току, таблица 6.5 [1]:

(65)

А

(А)

Для внешней проводки применяем кабель с алюминиевыми жилами типа АВВГ (для стационарной прокладки) четырех и пяти жильный с сечением каждой жилы 2,5 .

8. Заключение по проекту

Таблица 9 Результаты работы над проектом

Требования или условия (задания)	Результаты полученные в проекте
Мощность на валу рабочей машины Вт при частоте вращения .	Мощность на валу электродвигателя кВт при частоте вращения .
Характеристика помещения где установлен электродвигатель: особо сырое IP44.	Выбран электродвигатель: Тип АИР100L2. Его основные параметры: ; . Степень защиты IP 44.
Температура превышения при нагре-вании обмотки за цикл работы менее допустимой рабочей для класса изоляции.	Действительная температура обмот-ки за цикл нагрузочной диаграммы составляет . Класс изоляции Е. Допустимая рабочая температура .
Максимальный приведенный момент в цикле нагрузочной диаграммы равен .	Максимальный момент электрического двигателя с учетом 10% снижения напряжения равен .
Минимальный приведенный момент сопротивления рабочей машины при пуске равен .	Минимальный момент электродвигателя при пуске с учетом 10% снижения напряжения равен .
Приведенный момент сопротивления трогания рабочей машины равен .	Пусковой момент электродвигателя с учетом 10% снижения напряжения равен .
Минимум передач.	Используются передачи: клиноременная, .
Пуск, обеспечивающий малое падение напряжения в линии.	Пуск прямой, время пуска – 0,08 с, включение на холостом ходу.
Управление по заданию следующее: ручное дистанционное управление, сигнализация, защита.	В проекте управление следующее: принципиальная электрическая схема составлена таким образом, что она позволяет управлять машиной дистанционное с помощью электромагнитных пускателей, для обеспечения оптимального режима применяем реле времени.
Аппарат защиты электродвигателя должен иметь наибольшую эффективность.	В проекте принят аппарат защиты электродвигателя типа УЗ, его показатель эффективности Э=0,8.
Показатели надежности наилучшие.	В проекте достигнуты следующие показатели надежности: ; ч; ; ; .
Показатели разработанного электропривода наилучшие:	Достигнуты удельные показатели: кВт*ч/т; ; ; кВт*ч.
Ящик управления соответствующей степени защиты и наименьших габаритов.	Использован ящик типа ЯУЭ-0643. Размер 600х400х350мм. Степень защиты IP44.
Применить в проекте ресурсо- или энергосберегающее решение, или повысить производительность рабочей машины, или повысить производительность труда оператора.	Для реализации энергосберегающего решения выделим несколько направлений: - строгое соблюдение технологического процесса; - не перегружать рабочую машину; - исключить работу установки на холостом ходу, для чего применяем реле времени.

Литература

1. Гурин В.В., Бабаева Е.В. Учебно-методическое пособие по курсовому и дипломному проектированию "Электропривод" часть 1. – М.: БГАТУ, 2006.

2. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине "Электропривод" для студентов специальности 3114 – "Электрификация с/х". – М.: Ротапринт БАТУ, 1992.

3. Фоменков А.П. "Электропривод с/х машин, агрегатов и поточных линий". – М.: Колос, 1984.

4. Анурьев В.И. "Справочник конструктора-машиностроителя": в 3-х т. Т.З – 5-е изд., перераб. и доп. – Машиностроение, 1979.