5.5квт

3. Расчет и выбор электрических аппаратов
Ток сети трехфазный, переменный, имеющий нулевой (нейтральный)
провод и защитный провод 3/N/PE/50Hz/380В.
Линейное напряжение сети 𝑈л = 380В.
Фазное напряжение сети 𝑈ф = 220В.
Частота сети𝑓 = 50𝐻𝑧.
Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
По заданию мощность двигателя 5кВт.
По каталогу выбираем двигатель мощностью 𝑃н = 5.5 кВт. АИР 112 М4
𝑃ном ≥ 𝑃ном.расч
Таблица – 3.1 Основные технические данные АИР 112 М4
Тип двигателя
АИР 112 М4
Номинальная мощность
Р = 5.5 кВт
Синхронная частота вращения
КПД
𝑛0 = 1430 об/мин
𝜂 = 85.5%
Коэффициент мощности
𝑐𝑜𝑠𝜑 = 0.86
Кратность пускового тока
𝐼пуск/𝐼ном = 7.5
Кратность пускового момента
𝑀пуск/Мно𝑚 = 2.0
Кратность пускового момента (max)
МпускМмах = 2.5
Кратность пускового момента (min)
МпускМмах = 1.6
Скольжение
Момент инерции
4.7%
0,0236 кг ∗ м2
Климатического исполнения У, категории размещения - 3 (эксплуатация
в закрытых помещениях без регулирования климатических условий). Режим
работы - продолжительный, S1. Степень защиты - IP50.
Рассчитаем ток в силовой части установки по формуле, А:
𝐼ном =
𝑃ном.
1.73 ∙ 𝑈ном.лин. ∙ cos 𝜑 ∙ 𝜂
где Рном - номинальная мощность двигателя, кВт;
𝑈ном - номинальное напряжение, В;
𝜂ном - КПД при номинальной нагрузке;
𝑐𝑜𝑠𝜑ном - номинальный коэффициент мощности.
𝐼ном =
5.5 ∙ 1000
5500
=
= 11.37𝐴
1.73 ∙ 380 ∙ 0.86 ∙ 0.855 483,38622
Пусковой ток двигателя находим по формуле, А:
𝐼пуск = 𝑘пуск ∙ 𝐼ном ,
где 𝑘пуск - кратность пускового тока по отношению к 𝐼ном
𝐼пуск = 7.5 ∙ 11.37 = 85,3 А
Ударный пусковой ток (амплитудное значение)
𝐼уд.п = (1,2 ÷ 1,4)√2𝐼п
Принимаем
𝐼уд.п = 1.3 ∙ √2𝐼п = 1.3 ∙ √2 ∙ 85,3 = 156,3 А
Выбор магнитных пускателей
Выбор производится:
1) по номинальному напряжению сети
𝑈ном = 𝑈сети
где 𝑈ном - номинальное напряжение катушки аппарата;
𝑈сети - напряжение питания в схеме управления;
220В = 220В.
2)
по
контактов
номинальному
току
нагрузки
силовых и вспомогательных
𝐼ном ≥ 𝐼ном.нагр ,
где 𝐼ном – номинальный ток аппарата для конкретного режима работы;
25А ≥ 11.37𝐴
Для вспомогательных контактов:
Для
начала
мы
должны
определить
ток,
проходящий
по
вспомогательным контактам. В схеме управления видно, что через контакт
магнитного пускателя проходит ток только одной катушки второго
магнитного пускателя и поэтому, ток определяем по формуле, зная,
потребляемая мощность катушки при включении:
𝐼𝐾𝑀1,2,3,4 =
𝐼𝐾𝑀1,2,3,4 =
𝑃кат.
𝑈кат.
115
= 0,52 А
220
где 𝑃кат. - мощность, потребляемая катушкой, при включении, ВА.
10 𝐴 ≥ 0,52А
3) по номинальному напряжению силовых и вспомогательных контактов
аппарата:
𝑈кат ≥ 𝑈сети
где
𝑈кат
-
номинальное
напряжение
силовых
контактов
и
вспомогательных, В;
3) по мощности электродвигателя исполнительного механизма (для
магнитных пускателей). Этот выбор предполагает наличие в справочниках
таблиц, в которых конкретному двигателю указывается конкретный
тип пускателя;
4) по номинальному напряжению силовых и вспомогательных контактов
аппарата
𝑈ном.конт ≥ 𝑈сети ,
5) по режиму работы (АС1, АС2, АС3, АС4);
6) по числу включений в час, с учетом коммутационной и механической
износостойкости;
7) по времени включения и отключения (для контакторов в схемах
управления, где необходимо определять в целом общее время
срабатывания аппаратов).
В данном случае режим работы пускателя АС3, так как производится пуск
асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. Номинальный
ток нагрузки вычислен и составляет 𝐼ном = 11.37𝐴 . Из стандартного ряда
выбираем номинальный ток магнитного пускателя 𝐼ном = 25𝐴. Напряжение
питания в схеме управления равно фазному
напряжению силовой части 𝑈сети = 220 В, т. е. 𝑈ном = 220 В. Напряжение
питания в силовой части 𝑈сети = 380 В, тогда 𝑈ном.конт = ≥ 380 В.
В категории применения АС-3 магнитный пускатель должен включать
в нормальном режиме коммутации ток
𝐼0 = 6 ∙ 𝐼ном.р ≥ 𝐼п
а в режиме редких коммутаций:
𝐼0 = 10 ∙ 𝐼ном.р ≥ 𝐼уд.п
Оба условия выбранными пускателями выполняются, так как
𝐼0 = 6 ∙ 25 = 150А > 𝐼п = 85,3 А
𝐼0 = 10 ∙ 25 = 250А > 𝐼уд.п = 156,3 А
Выбираем магнитный пускатель
ПМЛ-2161Д
со следующими
параметрами для КМ1,КМ2, КМ3,КМ4:
Таблица – 3.2 Основные технические данные ПМЛ-2161Д
Режим работы
Номинальный ток
АС3
𝐼ном = 25𝐴
Номинальное напряжение катушек управления
𝑈ном.конт ≥ 220В
Номинальное напряжение контактов
𝑈ном.конт = 380В
Степень защиты
IP20
Потребляемая мощность при включении
Р км.вкл = 115В · А
Потребляемая мощность при удержании
Ркм.уд = 9,5 В · А
Время замыкания
22 мс
Время размыкания
11 мс
Механическая
износостойкость
при
3600
16 млн. циклов
при
1200
2 млн. циклов
включениях в час
Коммутационная
износостойкость
включениях в час
Количество вспомогательных контактов
1р
Для обеспечения заданных условий коммутации в разработанной схеме
совместно с магнитным пускателем ПМЛ используем контактную приставку
ПКЛ-2204М со следующими параметрами:
Таблица – 3.2.1 Основные технические данные ПКЛ-2204М УХЛ4А
Рабочее напряжение переменного тока
660 В
Рабочее напряжение постоянного тока
400 В
Число замыкающих контактов
2
Число размыкающих контактов
2
Номинальный ток контактов
10 А
Для обеспечения заданных условий коммутации в разработанной схеме
совместно с магнитным пускателем ПМЛ для КМ3, КМ4 используем
контактную приставку ПКЛ-1104М со следующими параметрами:
Таблица – 3.2.1 Основные технические данные ПКЛ-1104М УХЛ4А
Рабочее напряжение переменного тока
660 В
Рабочее напряжение постоянного тока
400 В
Число замыкающих контактов
1
Число размыкающих контактов
1
Номинальный ток контактов
10 А
Выбор теплового реле
-по номинальному току теплового элемента и номинальному току
двигателя (или длительному расчетному току нагрузки).
Расчёт нагревательных элементов теплового реле для электродвигателей
с длительным режимом работы осуществляется по номинальному току
электродвигателя:
𝑈н.тепл.р ≥ 𝑈сети
𝐼н.тепл.р = 𝐼ном.р
660В ≥ 380В
11.37𝐴 = 11.37𝐴
Выбранное тепловое реле соответствует условиям выбора.
Таблица – 3.3 Основные технические данные РТЛ -101604
Номинальное напряжение
Предел
регулировки
660 В
номинального
тока
9,5-14 А
Мощность, потребляемая одним полюсом реле, не
3,4 Вт
несрабатывания
более
Номинальный ток контактов
16 А
Степень защиты
IP20
Время срабатывания 1,2 ∙ 𝐼ном
Время ручного возврата, не менее
20 мин.
1,5
Выбор автоматического выключателя
Выбор производится по следующим условиям:
1) 𝑈ном.авт ≥ 𝑈сети ,
- где 𝑈ном.авт - номинальное напряжение автомата, В;
𝑈сети -напряжение сети, В.
400В ≥ 380В
𝐼ном.авт ≥ 𝐼длит
где 𝐼ном.авт -номинальный ток автомата, А;
𝐼длит -длительный расчетный ток линии, А.
16𝐴 ≥ 11.37𝐴
2)
𝐼ном.расц. ≥ 𝐼длит ,
𝐼длит -номинальный ток теплового расцепителя, А.
16𝐴 ≥ 11.37𝐴
3) 𝐼уст.макс.расц ≥ (1,5 … 1,8)𝐼пуск ,
где
𝐼уст.макс.расц -ток установки расцепителя защиты от короткого
замыкания;
𝐼пуск - пусковой ток двигателя с короткозамкнутым ротором.
𝐼п = 85,3 А 1.8 ∗ 85.3 = 154.5𝐴
𝐼уст.макс.расц = 10 ∗ 𝐼ном.авт = 160𝐴
160𝐴 ≥ 154.5𝐴
Выбранный автоматический выключатель соответствует условиям выбора
Таблица – 3.5 Основные технические данные ВА47-29 С16
Номинальное рабочее напряжение в цепи
переменного тока частоты 50 Гц, В
400
Номинальный рабочий ток, А
16
Тип защитной характеристики
C
Номинальная предельная наибольшая отключающая
4500
способность, Icn, А
Коммутационная износостойкость, циклов
4000
Общая износостойкость, циклов
10000
Максимальные потери мощности на полюс, Вт
3.5
Степень защиты
IP20
Характеристики теплового расцепителя
t≥1ч – без расцепления;
1,13 Iном
t<1ч –расцепление
1,45 Iном
1с<t<60с
2,55 Iном
Мгновенного расцепления
от 5·In до 10·In
Выбранный автоматический выключатель соответствует условиям выбора
Выбор реле времени
Выбираем реле времени и производим расчеты, его соответствия
заданным параметрам выбора. Выбираем реле времени РВП-72-3121, с одной
пневматической приставкой с началом отсчета выдержки времени после
подачи напряжения питания на электромагнитный привод:
Таблица – 3.6 Основные технические данные РВП-72-3121
Количество контактов
замыкающих
1
размыкающих
1
Номинальный ток контактов, А
10
Номинальное напряжение катушки, В
220
Потребляемая мощность катушкой, В А
40
Диапазон регулируемых выдержек времени, c
0,4…180
Время возврата, с, не более
Время подготовки реле, с, не более
0,4
2
Выбор кнопочных выключателей
Выбираем кнопочных выключателей серии КЕ-011.
Для кнопки SB1 «Вперед» выбираем КЕ-011 У2 исп.5, черный, 1 р,
цилиндр, IP40
Для кнопки SB2 «Назад» выбираем КЕ-011 У2 исп.5, черный, 1 р,
цилиндр, IP40
Для кнопки SB3 «Стоп» выбираем КЕ-011 У2 исп.4, красный, 1 з,
цилиндр, IP40
Таблица – 3.7 Основные технические данные КЕ-011
Максимальное напряжение переменного тока
частотой 50 или 60 Гц, В
660
Максимальная сила тока, А
10
Номинальная сила тока при напряжении 220 В, А
4
Частота включений в час
1200
Степень защиты выключателя со стороны управляющего элемента IP40,
а со стороны контактного элемента IP00.
Для управления двигателем из другого места выбираем кнопочные
выключатели серии ПКЕ 222-2 М У3
Таблица – 3.7.1 Основные технические данные ПКЕ-011
Максимальная сила тока, А
Номинальное напряжение, частотой 50 или 60 Гц, В
10
Постоянный ток
440
Переменный ток
660
Номинальная сила тока при напряжении 220 В, А
4
Износостойкость, циклов ВО:
Механическая
5х106
Коммутационная
2.5х106
Степень защиты выключателя со стороны толкателя IP54, а со стороны со
стороны контактных элементов IP54
Выбор предохранителя
По справочнику производим выбор предохранитель и производим
расчеты, его соответствия заданным параметрам выбора. Выбираем
предохранитель ПРС-6 с плавкими вставками серии ПВД(Ш).
Таблица – 3.8 Основные технические данные ПРС-10
Номинальное напряжение, В
220
Номинальный ток основания(патрона), А
6
Номинальный ток плавкой вставки, А
2
Выбор производится по следующим условиям
Выбор предохранителя FU1 в цепи управления осуществляется по
следующим соотношениям:
1)по номинальному напряжению сети
𝑈ном.пр. ≥ 𝑈сети ,
где 𝑈ном.пр. . – номинальное напряжение предохранителя. Рекомендуется
номинальное напряжение предохранителей выбирать по возможности
равным номинальному напряжению сети;
380В ≥ 220В
𝐼ном.вст ≥ ∑ 𝐼раб.макс. + ∑ 0.1 ∙ 𝐼вкл.макс. ,
где ∑ 𝐼раб.макс. . – наибольший суммарный ток, потребляемый катушками
аппаратов, при одновременной работе, А;
∑ 0.1 ∙ 𝐼вкл.макс. – наибольший суммарный ток, потребляемый при
включении катушек одновременно включаемых аппаратов, А.
Производим расчет наибольшего суммарного тока, потребляемого
катушками аппаратов, при одновременной работе:
∑ 𝐼раб.макс. = (4𝐼𝐾𝑀 ) + (1𝐼𝐾𝑇 )
где 𝐼𝐾𝑀 - потребляемый ток катушки магнитного пускателя КМ, при его
работе, А;
𝐼𝐾𝑇 - потребляемый ток реле времени КТ, при его работе, А;
Iкт - потребляемый ток катушки реле времени КТ, при его работе, А.
Ток катушек определяем по формуле:
𝐼ном.кат =
𝑃кат.
𝑈ном.кат.
где 𝑃кат. – потребляемая мощность катушки, ВА;
𝑈ном.кат. – номинальное напряжение катушки, В.
𝐼км =
9,5
220
= 0,0431А
𝐼км =
40
= 0,1818А
220
Определяем ∑ 𝐼раб.макс. :
∑ 𝐼раб.макс. = (4𝐼𝐾𝑀 ) + (1𝐼𝐾𝑇 ) = (4 ∗ 0,0431) + 0,1818 = 0,35А
Производим расчет наибольшего суммарного тока, потребляемого при
включении катушек одновременно включаемых аппаратов:
∑ 𝐼вкл.макс. = (3𝐼𝐾𝑀.вкл ) + (1𝐼𝐾𝑇.вкл )
где 𝐼вкл.макс. –потребляемый ток катушки магнитного пускателя КМ, при
включении, А;
𝐼𝐾𝑀.вкл – потребляемый ток термисторного реле КМ, при включении,
А;
𝐼𝐾𝑇.вкл .– потребляемый ток катушки реле времени КТ, при включении,
А.
Ток катушек определяем по формуле:
𝐼вкл.кат =
𝑃кат.вкл.
𝑈ном.кат.
где 𝑃кат.вкл. - потребляемая мощность катушки, при включении, ВА;
𝑈ном.кат. .- номинальное напряжение катушки, В.
𝐼км =
𝐼кт =
115
220
40
220
= 0,5227А
= 0,1818А
Определяем ∑ 𝐼вкл.макс. :
∑ 𝐼вкл.макс. = (4𝐼𝐾𝑀.вкл ) + (1𝐼𝐾𝑇.вкл ) = (4 ∗ 0,5227) + 0,1818 = 2,27 А
Определяем I ном.вст. :
𝐼ном.вст ≥ ∑ 𝐼раб.макс. + ∑ 0.1 ∙ 𝐼вкл.макс. = 0,35 + 0,1 ∗ 2,27 = 0,58 А
2А ≥ 1,75А
Максимальный ток, при включении всех катушек аппаратов, проходящий
по цепи управления, через кнопочные выключатели SB1… SB5 контакты
магнитных пускателей KM1… KM4, контакт замыкающий теплого реле
КK1, контакт реле времени KT1, составляет, исходя из расчетов, ∑ 𝐼вкл.макс. =
2,27 𝐴. Следовательно выполняются условия выбора, по номинальному току
аппаратов в цепи управления:
Таблица – 3.8.2 Основные технические данные ПРС-10УЗ-З с плавкой
вставкой ПВД I-2УЗ
Номинальное напряжение, В
380
Номинальный ток основания(патрона), А
10
Номинальный ток плавкой вставки, А
2