Расчет и выбор электродвигателей для технологического оборудования

Выбор силового электрооборудования сводится к определению его мощности и других параметров, связанных с работой. Необходимо также учитывать условия окружающей среды в которой работает электрооборудование и продолжительность работы.

Производим выбор силового электрооборудования для горизонтального навозоуборочного транспортера ТСН-3,0Б.

Произведем расчет мощности электродвигателя привода скребкового транспортера.

Определяем максимальную производительность транспортера.

Примечание: навозоуборочный транспортер ТСН-3,0Б имеет один работающий скребковый транспортер. Таким образом:

Q_max = Q /1 (3)

где Q – производительность транспортера, т/ч,

Q_max = 5,5/1=5,5 т/ч.

Определяем мощность электродвигателя:

P_p = Q_max· K_з· (K_c·L+H)/367·η, (4)

где K_з – коэффициент запаса, K_з = 1,25;

K_с – коэффициент сопротивления механизма. Принимаем K_с = 1,5;

L – длинна цепи транспортера, L = 170м;

Н – высота подъема продукта, Н = 0,0 м;

η – коэффициент полезного действия механизма, η = 0,8,

P_p = 5,5· 1,25· (1,5·170+0)/367·0,8 = 5,15 кВт.

Для привода навозоуборочного транспортера выбираем асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором АИР112М4У3 для которого Рн=5,5кВт ; n_н=1430 об/мин; Iн=11,4 A; η=85,5 % ; cosφ=0,86; K_i=7.

Определяем коэффициент каталожной неувязки:

К_к.н = Р_р/Р_н , (5)

где Р_р – расчетная мощность электродвигателя, кВт;

Р_н – номинальная мощность электродвигателя, кВт,

К_к.н. = 5,15/5,5=0,936

Определяем коэффициент загрузки электродвигателя:

К_з.д = К_к.н · К_з.м, (6)

где К_з.м – коэффициент загрузки машины, К_з.м = 0,3.

К_з.д = 0,936 · 0,3 = 0,28

Аналогично производим расчёт и выбор электродвигателей для остальных производственных машин, данные заносим в таблицу 13.

2.3 Расчёт и выбор аппаратуры управления и защиты электроприемников.

Управление электроприёмниками и их защита от аварийных режимов работы осуществляется с помощью электротехнических устройств, называемых аппаратами управления и защиты.

От электрических аппаратов во многом зависит сохранность и долговечность работы дорогостоящих электроприборов, производительность рабочих механизмов, качество продукции и безопасность эксплуатации.

Для увеличения срока службы электроприёмников необходимо технически грамотно выбрать необходимую аппаратуру управления и защиты. Выбрать аппарат, значит, отобрать из множества однотипных самый экономичный, технические данные которого наиболее полно соответствуют условиям окружающей среды. Кроме этого, надо учитывать технику безопасности.

От правильного выбора пусковой и защитной аппаратуры в большей мере зависят надёжность работы и сохранность оборудования в целом, численные, качественные и экономические показатели производственного процесса, электробезопасность людей.

Для пуска и остановки электродвигателя служит магнитный пускатель, который также защищает электродвигатель от недопустимого снижения напряжения в сети. Для защиты от токов короткого замыкания или значительных перегрузок применяют автоматический выключатель, также который может работать как коммутирующий аппарат для нечастых включений и отключений цепи. Защиту электродвигателей от тепловых перегрузок выполняет тепловое реле, которое встраивается в магнитный пускатель и поставляется с ним.

Выбор аппаратов управления и защиты производится исходя из установленной мощности приёмника энергии по расчётному току питаемой, управляемой и защищаемой цепи.

Выполним выбор пускозащитной аппаратуры для электродвигателя АИР112М4У3 горизонтального навозоуборочного транспортера ТСН-3,0Б с Р_н=5,5 кВт; I_н=11,4 A; К_i=7.

Производим выбор автоматического выключателя.

Номинальное напряжение автоматического выключателя должно быть больше или равно линейному напряжению сети

U_{н автом}≥ U_н; (7)

500В>380В

Номинальный ток автомата должен быть больше или равен расчетному току

I_н.авт≥ I_н.дв; (8)

25А>11,4 А

Номинальный ток теплового расцепителя должен быть больше или равен номинального тока двигателя

I_н.тр.≥ 1,1I_н.дв; (9)

12,5 А≥11,4 А

Номинальный ток теплового расцепителя принимаем равным

I_н.т.р.=12,5 А с пределами регулирования (0,9…1,15) I_н.т.р.

Определяем ток электромагнитного расцепителя

(10)

где 1,25 – коэффициент запаса;

I_пуск – пусковой ток двигателя, А.

Определяем пусковой ток двигателя

I_пуск=K_i∙I_н (11)

I_пуск=7∙11,4=79,8 А

I_эм.р=1,25∙79,8=99,75 А

Определяем каталожный ток срабатывания электромагнитного расцепителя

(12)

где к – кратность силы тока срабатывания, зависит от марки автомата.

I_ср.кр=12∙12,54=150,48 А

Проверяем выбранный автомат на возможность ложного срабатывания при пуске

; (13)

150,48 А>99,75 А

Принимаем к установке пускатель ПМЛ-223002 с номинальным током пускателя I_н.п.=25A (нереверсивный, с кнопками «Пуск» и «Стоп» и сигнальными лампами).

Выбираем тепловое реле из условия, что номинальный ток реле должен быть больше или равен расчетному току

; (15)

25А>11,4 А

Регулируемый ток срабатывания теплового элемента должен включать в себя значение расчетного тока.

Выбираем тепловое реле типа РТЛ-101604, среднее значение тока теплового элемента с пределами регулирования 9,5-14А.

Регулятор настройки тока несрабатывания теплового элемента устанавливаем на значение 12А.

Расчет остальной пускозащитной аппаратуры производим аналогично. Данные заносим в таблицу 14.

2.4 Расчёт электроосвещения здания .Выбор светотехнического оборудования и источников света.

Метод коэффициента использования светового потока осветительной установки применяют при расчёте общего равномерного освещения горизонтальных поверхностей в помещениях при отсутствии крупных затеняющих предметов.

Производим расчет в помещении для содержания животных с размерами 72×18×3,21 м.

Так как уровень нормируемой освещенности Е во всех помещениях не превышает 200лк, то в соответствии с рекомендациями СНиП11-4-79 принимаем систему общего освещения с равномерным размещением светильников. Вид освещения – рабочее, а в помещении где содержаться животные, устраиваем дежурное освещение, выделив 15% светильников рабочего освещения и равномерно расположив их над основными проходами.

Нормированная освещенность Ен=50 лк. Коэффициент запаса принимаем К =1,3 для газоразрядных ламп .

Выбираем тип светильника, записываем его марку и характеристики: ЛСП18-40 с КСС-Д2, лампа ЛБ-40 с характеристиками: Рл=40 Вт, Ф_л=3200 лм.

Производим определение расчётной высоты подвеса светильника над рабочей поверхностью

Н_р = Н – h_св – h_р, (20)

где Н – высота помещения, м;

h_св – высота свеса светильника, м; hс=0;

h_р – высота размещения рабочей поверхности, hр=0 м;

Н_р = 3,21 – 0– 0= 3,21 м

Определяем расстояние между светильниками в ряду и между рядами светильников L_опт по формуле:

L_опт=λ_c×Н_р, (21)

где λ_c – относительно наивыгоднейшее расстояние между светильниками,

L’_АВ=1,85×3,21=5,9 м.

Расстояние от стены до ближайшего ряда светильников l_А и до ближайшего светильника в ряду l_В принимают

Определяем количество рядов светильников по формуле:

, (22)

где B — ширина помещения, м.

Принимаем R=3 ряда.

Определяем индекс помещения по формуле

(23)

В зависимости от вида светильника ЛСП18-40 с КСС-Д2, коэффициентов отражения стен _ст,=50% потолка _пот=30% и рабочей поверхности _пл=10%.

Определяем общее количество светильников в помещении

(24)

где Ф_лн –номинальный световой поток принятой люминесцентной лампы, лм, Ф_лн =3200 лм;

к_з – коэффициент запаса, учитывающий уменьшение светового потока при эксплуатации источника света, вызванное старением источника и его загрязнением, к_з =1,3 ;

S – площадь освещаемого помещения, м², S =1152м²_;

Z – коэффициент минимальной освещённости, Z=1,1 [3].;

n – число источников света в одном светильнике, шт, n =0,87.

шт.

Принимаем общее количество светильников 42 шт.

Определяем число светильников в ряду

(25)

шт.

На дежурное освещение выделяем 6 светильников.

Метод удельной мощности применяют для приближённого расчёта осветительных установок помещений, к освещению которых не предъявляют особых требований и в которых отсутствуют существенные затенения рабочих поверхностей, например, вспомогательных и складских помещений, кладовых, коридоров и т.п.

Производим расчет методом удельной мощности для фуражной с размерами (5,4×1,8×3,21) . Тип источника света – лампа люминесцентная, система освещения — общая равномерная, вид освещения – рабочее. Принимаем нормированную освещенность Ен=30 лк, тип светильника – ЛСП18-40 с кривой силой света - Д2 .

Производим определение расчётной высоты подвеса светильника над

рабочей поверхностью:

(26)

Производим выбор удельной мощности с учётом марки выбранного осветительного прибора, принятой нормируемой освещённости, расчётной высоты подвеса светильника над рабочей поверхностью и площади помещения S=9,72 м².

Определяем расстояние между светильниками в ряду и между рядами светильников L_опт по формуле

L_опт=λ_c×Н_р, (27)

где λ_c — относительно наивыгоднейшее расстояние между светильниками,

L_опт=1,85×3,21=5,9м.

Определяем количество рядов светильников по формуле

, (28)

ряд.

Определяем число светильников в ряду

, (29)

шт.

Определяем суммарное количество светильников

=N₁ N₂ (30)

=1 1=1 шт.

Вычисляем поправочные коэффициенты

; (31)

где К₁ – коэффициент приведения коэффициента запаса к табличному значению;

К_з^реал - реальное значение коэффициента запаса осветительной установки , К_з^реал = 1,3;

К_з^табл - табличное значение коэффициента запаса осветительной установки, К_з^табл = 1,3;

К₂ - коэффициент приведения коэффициентов отражения поверхностей помещения к табличному значению, К₂ =0,86.

Расчётное значение удельной мощности

; (32)

Определяем расчетную мощность

; (33)

Вт.

Расчет для остальных вспомогательных помещений ведем аналогично. Данные расчетов основного и вспомогательных помещений сводим в таблицу 15.

2.5 Расчёт электропроводок силового электрооборудования и электроосвещения

Перед расчётом осветительной сети размещают потребители на плане помещения: светильники согласно расчёту освещения. Затем размещаем светительные щиты и вводно-распределительные устройства, намечаем трассы прокладки сетей, места установки выключателей, и составляем расчётную схему рисунок 1.

Рисунок 1- Расчетная схема

Расчетный ток линий определяем по формуле

I=∑P\U_ф, (34)

где ∑ P-суммарная мощность ламп в одной линии, Вт;

U_ф-фазное напряжение линии , в, U_ф=220В

Определяем рабочие токи в линиях

Iр1 = 360/220=1,64А;

Iр2 = 280/220 = 1,3 А;

Iр3=480/220=2,2 А;

Iр4=480/220=2,2 А;

Iр5=480/220=2,2 А;

Iр6=400/220=1,8 А;

Iр7=160/220=0,7 А;

Выбираем сечение проводки из условия допустимого нагрева

(35)

где I_р – расчетный ток линии, А;

I_доп – допустимый ток провода или кабеля выбранного сечения , А.

Определим сечение проводки для первой линий

Принимаем марку ПРФ 5×2,5 для всех линий, кабель с медными жилами с резиновой изоляцией, в фальцованной оболочке, прокладка в основном помещении выполняется на тросу, а в вспомогательных

Проверяем выбранный кабель по допустимой потере напряжения для
самой нагруженной 1-ой группы с I_{расч. =}2,2А, падение напряжения не
должно превышать 2,5 %.

Определяем потерю напряжений на данном участке между щитом освещения и контрольной точкой А

(36)

где - сумма произведений нагрузки на данном участке на длину участка,Вт·м;

γ- удельная проводимость для медного провода, γ ;

S – сечение провода, S =2,5 мм² .

=1,9%

Определяем падение напряжения между силовым и осветительным щитом.

, (37)

где Р – суммарная осветительная нагрузка, приложенная к осветительному щитку, кВт;

L – расстояние между щитками, м

Определяем падение напряжения на участке от силового щита

до контрольной точки А.

; (38)

≤ 2,5 %

Условие выполняется.

Выбираем для рабочего освещения групповой щиток ЯРН8501-4217 на девять отходящих линии, две из которых остаются в запасе, с аппаратом на вводе АЕ2056Р и отходящими однополюсными автоматическими выключателями ВА14-26, с номинальным током 160 А.

Для дежурного освещения выбираем щит ЯРН8501-3802 на три отходящие линии, две из которых остаются в запасе, с отходящими однополюсными автоматическими выключателями ВА14-26 и аппаратом на вводе ВА51-33, с номинальным током 63 А.

Перед расчётом силовой сети размещают потребители на плане помещения: электролампы – согласно расчёту освещения, а силовые потребители – согласно расстановке технологического оборудования. Затем размещают электрощитки освещения и силовые распределительные шкафы и составляют расчётную схему.

При расчёте силовой сети выбирают силовой щит и щит освещения с аппаратурой управления и защиты и определяют марки проводов, их сечение и способы прокладки.

Расчет силовой сети для электродвигателя горизонтального навозоуборочного транспортера ТСН-3,0Б АИР112М4У3. Выбран автоматический выключатель АЕ2036Р.

Опредиляем ток срабатывание расцепителя

I_ср.р=1.25*I_пуск, (16)

где 1.25 – коэффициэнт для автоматов серии АЕ

I_пуск – пусковой ток двигателя

I_ср.р=1.25*79,8=99,75 А

Определяем значение допустимого тока проводника по принятому

значению тока срабатывание автоматического выключателя:

I"_доп =0.22*I_ср.р, (17)

где 0.22 – коэффициент допустимого тока для проводника (Л1)

I"_доп =0.22*99,75=21,95 А

По таблице длительно допустимых токов выбираем марку, сечение и способ прокладки проводника по условию

I_доп≥I"_доп, (18)

25≥21,95 А.

По условию выбираем кабель ПРФ 5×2,5 . Пятижильный кабель с медными жилами, с резиновой изоляцией, в фальцованной оболочке. Кабель прокладывается по скобам.

Проверяем выбранный проводник по рабочему току нагрузки:

I_доп ≥I_н.д (19)

где Iн.д –номинальный ток электродвигателя ,А .

25>11,4 А

Условие соблюдается, проводник выбран верно.

Выбираем пункт распределительной сети ПР11-1077.

Типоисполнение пункта – утопленное, номинальное напряжение 500В, номинальный ток 225А.

Расчет остальных электропроводок ведем аналогично. Данные сносим на лист графической части 3.

2.6 Расчёт электрических нагрузок на вводе в здание. Выбор распределительного устройства.

Расчетная нагрузка на вводе в помещение определяется для выбора мощности трансформаторной подстанции, для выбора коммутационной и защитной аппаратуры на вводе, а также для определения сечения кабеля на вводе.

Расчетную нагрузку на вводе помещения будем вести методом построения суточного графика электрических нагрузок.

В соответствии с технологией содержания животных или распорядка работы составляем суточный график работы технологического оборудования (таблица 16)

На основании графика работы технологического оборудования и присоединенной мощности токоприемников строим суточный график электрических нагрузок (рисунок 2).

Из графика нагрузок определяем максимальную мощность, так как продолжительность максимума равна 0,5 часа, то ее берем за расчетную мощность.

Р_расч. = 73,98 кВт.

Определяем полную мощность ввода, кВА

, (39)

где Р_мах – максимальная мощность из графика, Р_мах = Р_расч = 73,98 кВт;

cos –коэффициент мощности, для животноводческого помещения, принимается 0,75…0,85.

Определяем ток ввода

(40)

где U_н – номинальное напряжение сети, В.

По условию нагрева длительным расчетным током по формуле определяем сечение кабеля ввода.

(41)

где I_р – рабочий ток линии, А;

I_доп – допустимый ток для выбранного сечения кабеля, I_доп = 145А.

145А>126,3А.

Условие выполняется, поэтому выбираем кабель на вводе сечением 50 мм².

Принимаем к установке кабель ВБбШв 4х50.

Выполним проверку кабеля по потере напряжения.

U_доп U= (42)

где P – расчетная мощность электроприемника;

– длина проводника;

С – коэфициент зависящий от системы, материала провода;

S – сечение проводника, мм².

2,5% =1,1%.