КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Тема:

«Приводные характеристики сельскохозяйственных машин и условия работы сельскохозяйственных электроприводов»
п. Майский, 2010


1. Теоретическая часть

1.1           Автоматизация насосных установок
Управление насосными агрегатами может быть автоматическим, полуавтоматическим и дистанционным.

Автоматическое управление пуска, остановки и контроля за состоянием оборудования обеспечивается специальными автоматами. При автоматическом управлении роль обслуживающего персонала сводится к налаживанию системы, пуску ее в ход, периодическому осмотру и наблюдению за аппаратурой и оборудованием.

При полуавтоматическом управлении первоначальный импульс на включение и остановку агрегатов подает обслуживающий персонал, а все последующие процессы производятся автоматически.

Дистанционное управление осуществляется при подаче импульсов обслуживающим персоналом из пункта, удаленного от насосной станции.

Современные насосные станции проектируют, как правило, полностью автоматическими или управляемыми с диспетчерских пунктов, и дежурного персонала на них не требуется.

Автоматизация включения и отключения насосных агрегатов предусматривается главным образом в зависимости от уровня воды в резервуарах, но проектируются также схемы автоматизации насосных агрегатов, работающих на водопроводную сеть, в зависимости от давления или расхода воды в сети.

Основное преимущество автоматического управления состоит в том, что оно обеспечивает бесперебойную работу станции при заданных расходах и напорах, приводит к значительному сокращению числа обслуживающего персонала, уменьшает расход энергии и затраты на эксплуатацию. По данным МКХ РФ, себестоимость воды снижается на 5–10%, а затраты на автоматизацию окупаются сравнительно быстро – за 2–3 года. Удешевляется при автоматизации и строительство: насосные станции сооружают более простого типа и меньшей кубатуры.

В автоматических станциях следует предусматривать возможность переключения их на полуавтоматическую работу на ручной (кнопочный) пуск и остановку агрегатов. При автоматизации должны быть гарантированы бесперебойное снабжение насосной станции электроэнергией и нормальное напряжение в электросети.

Оборудование автоматических насосных станций должно быть однотипным: аварийная защита предусматривает отключение работающего насоса в случае прекращения подачи тока или перегрузки электродвигателя, падения давления в водоводе и т.п.

Для пуска электродвигателя насоса, подающего воду в резервуары, последний оборудуют автоматическими приборами – реле уровней поплавкового и беспоплавкового типов.

Принцип работы поплавкового реле уровней заключается в том, что при изменении уровня воды вместе с поплавком перемещаются контакты его переключателя от одного положения в другое.

Поплавковые реле уровней часто заменяют беспоплавковыми следующих типов: сильфонными, манометрическими, диафрагменными или электродными.

Для контроля давления применяют манометрическое реле с трубчатой пружиной, снабженное электрическими контактами. В настоящее время выпускаются контактные манометры, контакты которых управляют электрической цепью напряжением до 380 в.

Автоматизация машин, установок и производственных процессов является в настоящее время одним из важнейших направлений технического прогресса во всех отраслях народного хозяйства.

Оборудование насосных станций и режимы его работы позволяют сравнительно легко автоматизировать эти сооружения. Автоматизация обеспечивает управление насосными агрегатами без постоянного присутствия обслуживающего персонала, повышает надежность работы станции, сохранность ее оборудования и обеспечивает наиболее экономичные режимы работы насосных агрегатов и станции в целом.
 В принципе насосные станции всех назначений следует проектировать полностью автоматизированными, т.е. без постоянного пребывания обслуживающего персонала. Однако станции со сложным оборудованием, с большим числом задвижек и при наличии агрегатов, не приспособленных для автоматизации, следует проектировать как полуавтоматические с дежурным персоналом. Управление агрегатами при этом должно быть централизованным (со щита управления, установленного в здании насосной станции).

На автоматических насосных станциях все операции пуска и остановки агрегатов, а также контроль за состоянием оборудования проводятся в установленной последовательности автоматическими устройствами без участия человека. Автоматизировано и включение резервных агрегатов при аварийном выключении рабочих установок. Автоматически с помощью приборов и реле осуществляется также контроль за основными параметрами работы станции, давлением в напорных трубопроводах, вакуумом (или давлением) во всасывающих линиях, температурой подшипников и т.п. Кроме того, предусматривается защита установок от перегрузок, короткого замыкания и других неполадок. При неполадках в работе оборудования срабатывает реле защиты и агрегат выключается из работы. Последующее включение его блокируется и становится возможным только после устранения неполадок.

В соответствии с перечисленными задачами автоматизации насосных станций автоматические устройства выполняют следующие функции:

1) создают и передают импульсы для пуска и остановки насосных агрегатов;

2) осуществляют выдержку времени между отдельными операциями, связанными с пуском агрегата;

3) обеспечивают пуск насосных агрегатов в установленной последовательности (как при прямом пуске, так и при ступенчатом);

4) поддерживают необходимое разрежение во всасывающем трубопроводе;

5) открывают и закрывают задвижки на трубопроводах в соответствующие периоды пуска или остановки насоса;

6) контролируют режимы пуска, работы и остановки агрегатов;

7) отключают рабочий агрегат при нарушении режима его работы и включают резервный;

8) передают сигналы о состоянии агрегатов на диспетчерский пункт;

9) защищают агрегаты от поломок при перегреве подшипников, или при выпадении фазы и перегрузке электродвигателя;

10) производят пуск и остановку дренажных насосов;

11) поддерживают заданную температуру и проектные параметры системы вентиляции здания.

Кроме выполнения перечисленных функций, автоматические Устройства могут регулировать подачу и напор, создаваемые насосными агрегатами.

Современные системы водоснабжения имеют разветвленную сеть и большое число водопитателей, расположенных на обширной территории. Визуальный контроль за состоянием технологического оборудования и ручное управление агрегатами не могут обеспечить достаточной надежности и экономичности работы насосных станций.

На насосных станциях автоматизируются: пуск и остановка насосных агрегатов и вспомогательных насосных установок; контроль и поддержание заданных параметров (например, уровня воды, подачи, напора и т.д.); прием импульсов параметров и. передача сигналов в диспетчерский пункт. Для наблюдения за параметрами работы насосной станции служат различные датчики, которые преобразуют контролируемую величину в электрический сигнал, поступающий в исполнительный механизм.

Датчиком называется элемент автоматического устройства, контролирующий колебания той или иной физической величины и преобразующий эти колебания в изменения другой величины, удобной для передачи на расстояние и воздействия на последующие элементы автоматических устройств.

Реле называют устройства, которые состоят из трех основных органов: воспринимающего, промежуточного и исполнительного. Воспринимающий орган принимает управляющий импульс и преобразует его в физическую величину, воздействующую на промежуточный орган. Промежуточный орган, принимая сигнал, воздействует на исполнительный орган, который скачкообразно изменяет выходной сигнал и передает его электрическим цепям управления.

В автоматизированных системах управления насосными агрегатами применяют следующие типы датчиков и реле:

датчики уровня – для подачи импульсов на включение и остановку насосов при изменении уровня воды в баках и резервуарах;

датчики, или электроконтактные манометры, – для управления цепями автоматики при изменении давления в трубопроводе;

струйные реле – для управления цепями автоматики в зависимости от направления движения воды в контролируемом трубопроводе;

реле времени – для отсчета времени, необходимого для протекания определенных процессов при работе агрегатов;

термические реле – для контроля за температурой подшипников и сальников, а в некоторых случаях за выдержкой времени;

вакуум-реле – для поддержания определенного разрежения в насосе или во всасывающем трубопроводе;

промежуточные реле – для переключения отдельных цепей в установленной последовательности;

реле напряжения – для обеспечения работы агрегатов на определенном напряжении;

аварийные реле – для отключения агрегатов при нарушении установленного режима работы.

Структурная схема автоматизированного управления насосных агрегатов, являясь замкнутой цепью воздействия отдельных элементов, должна включать:

измерительные датчики и реле, реагирующие на изменение неэлектрических величин;

преобразователи импульса изменения неэлектрической величины в электрическую;

усилители, увеличивающие мощность преобразованной величины для приведения в действие исполнительного механизма;

исполнительный механизм, выполняющий необходимые операции для поддержания в заданном режиме параметра, на который настроено автоматизированное управление.

Все указанные элементы, независимо от места их установки, связаны одной общей схемой, которая составляется в соответствии с технологическим заданием и должна обеспечить определенную последовательность выполнения операций рабочими механизмами, а также необходимые блокировки.

Для автоматического управления работой насосных агрегатов широко применяют электрические релейно-контактные схемы, состоящие из электрических контактов, соединенных в определенной последовательности, и регулирующих устройств, на которые эти контакты воздействуют.

Основным принципом работы релейно-контактной схемы является последовательность действия отдельных ее элементов. Все элементы, входящие в релейно-контактную схему, можно разделить на три основные группы: приемные, промежуточные и исполнительные. Каждая релейно-контактная схема состоит из схемы цепи главного тока и схемы цепи управления.


2. Расчетная часть
Исходные данные


Задание 1. Для системы электродвигатель – рабочая машина подобрать электродвигатель, рассчитать и графически изобразить:

-                      механическую характеристику рабочей машины ;

-                      приведенный момент сопротивления рабочей машины ;

-                      механическую характеристику электродвигателя ;

Решение.

Определяем номинальную мощность для привода машины:



Номинальная мощность электродвигателя:



Номинальная угловая скорость вращения ротора:



Номинальная частота вращения двигателя:



Выбираем электродвигатель серии: 4A180S4У3

Паспортные данные электродвигателя:

– Синхронная частота вращения поля статора

– Номинальная частота вращения

– Номинальная мощность двигателя

– КПД двигателя %

– Коэффициент мощности двигателя

– Кратность максимального момента

– Кратность минимального момента

– Кратность пускового момента

– Момент инерции ротора двигателя кгм²

Рассчитываем механическую характеристику рабочей машины  по формуле:






Рассчитываем приведенный момент сопротивления рабочей машины  по формуле:




Расчетные данные сводим в таблицу 1.2.





Для построения механической характеристики электродвигателя проведем расчеты по формуле Клосса:

- текущее скольжение;

- синхронная угловая скорость;

 – текущая угловая скорость.





 – номинальное скольжение,
 – критическое скольжение,








Результаты расчетов сводим в таблицу 1.3.

В эту же таблицу сводим приведенный момент сопротивления рабочей машины  и определяем динамический момент системы .
Таблица 1.3



Строим механические характеристики  и .

Задание 2.

№ уч-ка	1	2	3	4	5
	31,4	31,4	31,4	43,96	15,857
	115	140	170	209	181
	0,026	0,021	0,017	0,020	0,008
	0,026	0,047	0,064	0,084	0,092

Параметры	периоды
	1	2	3	4
Нагрузка на валу ЭД по периодам , кВт
Продолжительность работы по периодам,  мин	20	40	30	50

номинальным напряжением , соответствующим наибольшему номинальному напряжению сетей, в которых разрешается применять выключатель, В;

номинальным током  – наибольшим током, на который рассчитаны токоведущие и контактные части выключателя, равным наибольшему из номинальных токов расцепителя, А;

номинальным током расцепителя (– электромагнитного,  – теплового или  – комбинированного) – наибольшим током, на который рассчитан расцепитель при длительной работе, не вызывающим срабатывания расцепителя, А;

номинальным таком уставки теплового расцепителя  – током, на который отрегулирован тепловой расцепитель и при котором тепловой расцепитель не срабатывает, А;

током срабатывания (уставки) расцепителя  (, ) – наименьшим током, при котором срабатывает расцепитель автоматического выключателя. Обычно  – для выключателей с электромагнитным или комбинированным расцепителем, А (ток срабатывания электромагнитного расцепителя часто называют током отсечки); – для выключателей с тепловым расцепителем с регулировкой тока, А;

предельным током отключения  – наибольшим значением тока короткого замыкания сети, при котором гарантируется надежное отключение автоматического выключателя, А.

В сельских электроустановках наибольшее распространение получили трехполюсные автоматы серий АЕ-2000, АЕ-2000М, А3700 и ВА-51. Автоматические выключатели АЕ-2000 и АЕ-2000М рассчитаны на номинальные токи 16 А (АЕ-2020М), 63 (АЕ-2040М), 100 (АЕ-2050М), 160 А (АЕ-2060) и могут быть снабжены комбинированными (электромагнитными и тепловыми) или только электромагнитными расцепителями. Они имеют регулировку тока срабатывания тепловых расцепителей в пределах (0,9…1,15), а для тепловых расцепителей, ток которых равен номинальной силе тока выключателя, от 0,9 до номинальной. Выключатели с электромагнитным расцепителем имеют кратность тока отсечки по отношению к номинальной силе тока 3, 5 и 12, а трехфазные автоматические выключатели с комбинированным расцепителем – 12., Степень защиты автоматических выключателей IР00 и IP20.

Автоматические выключатели серии А3700 выпускают на номинальные токи 160 A (A37JQ), 250 A (A372Q), 630 А (А3730), токоограничивающими с тепловыми или электромагнитными расцепителями максимального тока и селективными с полупроводниювыми расцепителями максимальною тока. Селективность создается выдержкой времени в пределах 0,1…0,4 с регулировкой полупроводникового расцепителя.

Выключатели токоограничивающего исполнения имеют в условном обозначении букву Б (например, А3710Б), а селективного исполнения – букву С (например, A3730С).

Автоматические выключатели серии ВА51 рассчитаны на токи до 630 А (ВА51–25 –25 А, ВА51–31 – 100, ВА51–33 – 160, ВА51–35 – 250, ВА51–37 – 400, ВА51–39 – 630 А). Выключатели типоразмеров ВА51Г-25 и ВА51Г-31 предназначены для пуска и остановки асинхронных электродвигателей с частотой включений до 30 в час, а также для защиты электродвигателей от токов короткого замыкания и перегрузки. Степень защиты оболочки выключателей IР30, зажимов для присоединения внешних проводников – IР00, IP20. Ток срабатывания тепловых расцепителей выключателей ВА51 регулируют в пределах (0,8… 1) .

Автоматические выключатели ВА51–25 имеют ток срабатывания тепловых расцепителей 1,35, ток отсечки 10, а выключатели ВА51Г-25 – соответственно 1,2 и 14.

Автоматические выключатели ВА51–31 имеют кратность тока отсечки 3,7 (ВА51Г-31–14) и 10 (ВА51–33–10). Ток срабатывания тепловых расцепителей выключателей с номинальной силой тока расцепителей до 100 А 1,35, а свыше 100 А – 1,25.

Автоматические выключатели выбирают по следующим условиям:





где , – соответственно номинальные значения напряжения (В) и тока (А) автоматическою выключателя;  – номинальный ток теплового расцепителя, А;  – максимальный ток теплового расцепителя, А; максимальный ток электродвигателя, А; – предельное значение тока автоматического выключателя, A; и –соответственно номинальное напряжение (В) и ток (А) электроустановки;  – коэффициент надежности, учитывающий разброс по току срабатывания теплового расцепителя, принимается в пределах от 1,1 до 1,3;  – ток срабатывания (отсечки) электромагнитного расцепителя, А;  – коэффициент надежности, учитывающий разброс по току электромагнитного расцепителя и пускового тока электродвигателя (для автоматических выключателей АЕ – 2000 и А3700 );  – максимальный ток короткого замыкания в месте установки автоматического выключателя, А.

где U – напряжение питающей сети, В;  – сопротивление трансформатора, приведенное к напряжению 400 В, Ом;  –^:сопротивление линии от шин 0,4 кВ подстанции до места установки автоматического выключателя, Ом.

Автоматические выключатели также выбирают по исполнению и наличию дополнительных расцепителей.

Обычно при практических расчетах по выбору автоматических выключателей для защиты одного электродвигателя ток отсечки электромагнитного расцепителя выбирают не менее 1,5…1,6 пускового тока электродвигателя , т.е. коэффициент  принимают 1,5…1,6.

При выборе автоматического выключателя для защиты линии, которая питает несколько электродвигателей, номинальный ток выключателя, как и номинальный ток расцепителя, должен быть равен сумме номинальных токов одновременно работающих электродвигателей или превышать ее. Ток отсечки электромагнитного расцепителя в данном случае

где  – сумма номинальных токов одновременно работающих электродвигателей;  – разность между пусковым и номинальным токами для двигателя, у которого они наибольшие.

От перегрузки защищают каждый электродвигатель отдельно.

Пускатели электромагнитные предназначены для дистанционного пуска, остановки и реверсирования трехфазных АД с короткозамкнутым ротором при напряжении до 660 В переменного тока. Все типы магнитных пускателей защищают управляемые двигатели, отключая их при снижении напряжения в питающей сети до (03…0,4) U_C и предотвращая их самопуск после восстановления напряжения.

При наличии тепловых реле или аппаратов резисторной защиты пускатели защищают управляемые электродвигатели от перегрузок недопустимой продолжительности.

Основные виды магнитных пускателей, изготовляемых промышленностью, – пускатели серий ПМЛ и ПМА.

Пускатели серии ПМЛ впускают на номинальные токи 10 А (ПМЛ – 1000), 25 (ПМЛ-2000), 40 (ПМЛ-3000), 63 (ПМЛ-4000), 80 (ПМЛ-5000), 125 (ПМЛ-6000) и 200 А (ПМЛ-7000). Пускатели серии ПМЛ комплектуют трехполюсными тепловыми реле РТЛ, а также снабжают приставками контактными ПКЛ (для увеличения количества коммутируемых вспомогательных цепей), реле промежуточными РПЛ, приставками выдержки времени ПВЛ и приставками памяти ППЛ (по Заказу). Степень защиты оболочек – IP00 и IP54.

Пускатели ПМА выпускают на номинальные токи 40 А (ПМА-3000), 63 (ПМА-4000), 100 (ПМА-5000) и 160 А (ПМА-6000). Для комплектования пускателей ПМА используют трехполюсные тепловые реле серии РТТ, они могут работать также с аппаратами резисторной защиты электродвигателей (например, У ВТЗ). Степень защиты оболочек пускателей – IP00, IP40, IP54.

Изготовляют также магнитные пускатели серии ПМА-0000, рассчитанные на номинальный ток 6,3 А, которые комплектуют тепловым репеРТТ-89.

Магнитные пускатели выбирают в зависимости от условий окружающей среды и схемы управления по номинальному напряжению, номинальному току, току нагревательного элемента, теплового реле и напряжению втягивающей катушки:

где  – номинальное напряжение пускателя, В;  и  – соответственно номинальный ток пускателя и расчетный ток управляемой цепи, А;  – номинальный ток теплового реле, А.

Количество контактов главных цепей пускателя определяется его назначением (нереверсивный, реверсивный, переключатель со звезды на треугольник), количество замыкающих и размыкающих контактов вспомогательных цепей (блок контактов) зависит от схемы управления и необходимости сигнализации о положении пускателя и управляемого им электроприемника.

В отношении напряжения втягивающей катушки можно руководствоваться следующими положениями, вытекающими из Правил устройства электроустановок. Если нет особых требований в отношении необходимости включать катушку на пониженное напряжение, то при защите электродвигателя предохранителями катушка должна включаться на линейное напряжение сети, а при защите двигателя автоматическим выключателем катушка может включаться как на линейное, так и на фазное напряжение.
3.2 Расчет и выбор аппаратов защиты электродвигателя
Расчет и выбор предохранителя

Расчет и выбор автоматического выключателя

Расчет и выбор магнитного пускателя

Выбираем предохранитель, с соблюдением требований, приведенных в методических указаниях по выбору ПРА:

– Номинальное напряжение предохранителя:



– Предельно отключаемый ток предохранителя:



– Номинальный ток плавкой вставки:






Автоматические выключатели выбирают по следующим условиям:



Данным условиям удовлетворяет автоматический выключательАЕ2040М – номинальный ток 63 А, однополюсные с электромагнитными и тепловыми расцепителями максимального тока.

– Номинальный ток теплового расцепителя (I_НОМ.Р) 40 А.

– Номинальный ток срабатывания теплового расцепителя

– Номинальный ток срабатывания электромагнитного расцепителя

3.3.3. Магнитные пускатели выбирают в зависимости от условий окружающей среды и схемы управления по номинальному напряжению, номинальному току, току нагревательного элемента, теплового реле и напряжению втягивающей катушки:



Следовательно, выбираем магнитный пускатель:





Заключение
Данный курсовой проект включает в себя:

1.                теоретическую часть, в которой рассмотрен вопрос автоматизации насосных установок;

2.                расчетную часть, состоящую из 6 заданий:

Задание 1. Для системы электродвигатель – рабочая машина подобрать электродвигатель, рассчитать и графически изобразить: механическую характеристику рабочей машины ; приведенный момент сопротивления рабочей машины ; механическую характеристику электродвигателя .

Задание 2. Определить время разбега системы до номинальной скорости вращения t_p и построить кривую разбега.

Задание 3. Определить: время торможения системы при отключенном двигателе от сети от номинальной скорости до полного останова под нагрузкой ; время разбега двигателя па холостом ходу ; время торможения двигателя отключенного от сета на холостом ходу; время торможения противовключением .

Задание 4. Определить потери энергии: в цепи ротора при пуске под нагрузкой ; в цепи ротора электродвигателя при пуске без нагрузки ; в цепи ротора при торможении под нагрузкой; в цепи ротора электродвигателя при динамическом торможении ; в цепи ротора электродвигателя при торможении противовключением .

Задание 5. Определить: КПД двигателя при нагрузках составляющих 0,5; 0,75; 1,0 и 1,25 номинальной; потери мощности в Вт при нагрузках составляющих 0,5; 0,75; 1,0 и 1,25 номинальной;

Задание 6. Произвести выбор мощности электродвигателя для режима работы  методом средних потерь на основании нагрузочной диаграммы.

3.                Методические рекомендации по выбору пускозащитной аппаратуры: Общая методика выбора пускозащитной аппаратуры; Расчет и выбор аппаратов защиты электродвигателя.



Рекомендуемая литература
1.    Ковчин С.А., Сабинин Ю.А. Теория электропривода – С. Пб.: Энергоиздат Санкт-Петербургское отделение, 2000.

2.    Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода. – М.: Энергоиздат, 1981.

3.    Фоменков А.Л. Электропривод сельскохозяйственных машин, агрегатов и поточных линий. – М.: Колос, 1984.

4.    Ильинский Н.Ф., Козаченю В.Ф. Общий курс электропривода. – М.: Энергоатомиздат, 1992.

5.    Ключев В.И. Теория электропривода. – М. Энергоатомиздат, 1985.

6.    Мусин A.M. Электропривод сельскохозяйственных машин и агрегатов. – М. Агропромиздат, 1985.

7.    Кондратенков Н.Л., Антони В.И., Ермолин М.Я. Электропривод сельскохозяйственных машин. – Челябинск, 1999.

8.    Шичков Л.П., Коломиец А.П. Электрооборудование и средства автоматизации сельскохозяйственной техники, – М. Колос, 1995.

9.    Савченко П.И., Гаврилюк И.А., Земляной И.Н., Худобин Н.В. Практикум по электроприводу в сельском хозяйстве. – М.: Колос, 1996.