Методические рекомендации и выполнение контрольных заданий для учащихся заочной формы обучения специальность: «Машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материалов» - реферат

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Новополоцкий государственный политехнический

техникум»

Утверждаю

Директор техникума

______________ А.П.Ляхович

«____» _____________2009 г.

«Электроснабжение

предприятий и электропривод»

методические рекомендации и выполнение контрольных заданий

для учащихся заочной формы обучения

специальность: «Машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материалов»

Новополоцк

2009

Автор: И.В.Евсюкова – преподаватель спецдисциплин учреждения образования «Новополоцкий государственный политехнический техникум»

Обсуждено и одобрено на заседании цикловой комиссии электротехнических предметов

Протокол № 1 от 31.08.2009

Председатель комиссии Н.Ч.Жаховская

СОДЕРЖАНИЕ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Дисциплина «Электроснабжение предприятий и электропривод» предусматривает изучение внешнего электроснабжения предприятий, внутризаводских сетей электроснабжения, а также электропривод оборудования с различными типами электродвигателей.

При изучении дисциплины используются наглядные пособия: макеты двигателей, схемы распределения, плакаты.

Для закрепления и углубления теоретических знаний у учащихся предусмотрено проведение лабораторных, практических занятий и экскурсия.

В результате изучения дисциплины учащиеся должны знать на уровне представления:

- основные сведения об энергетических системах;

- конструкцию высоковольтных линий электропередач, кабельных линий и электрооборудование электрических станций и подстанций;

- структурные схемы систем электроснабжения предприятий;

- классификацию электроприводов;

- принципиальные схемы электроприводов;

- роль автоматизированного электропривода в современном производстве;

- значение средств ВТ в развитии автоматизированного электропривода;

- тенденции развития и пути совершенствования автоматизированного электропривода

должны знать на уровне понимания:

- методы определения электрических нагрузок потребителей электрической энергии;

- расчет и выбор проводов, кабелей, распределительной цепи;

- теоретические основы защиты электроприемников и электрических сетей от короткого замыкания и от токов перегрузки;

- назначение и конструктивное выполнение заземляющего устройства электрооборудования предприятия, организации и гражданских зданий;

- схемы механической части электропривода;

- принципы управления автоматизированным электроприводом

должны уметь:

- производить расчеты токов короткого замыкания;

- производить расчеты и выбор кабелей и проводок;

- выбирать пусковую, защитную аппаратуру в электрической сети.

ЛИТЕРАТУРА

Основная

Москаленко В.В. Электрический привод [Текст]: учебник для техникумов / В.В.Москаленко. – М. Высшая школа, 1991. – 430 с.: ил.

Ус А.Г. Электроснабжение промышленных предприятий [Текст]: учебное пособие / А.Г.Ус, Л.И.Евминов. – Мн.: НПООО «ПИОН», 2002. – 457 с.

Дополнительная

Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов [Текст]: учебное пособие / Е.А.Конюхова. – 2-е изд., стер. – М.: Академия, 2004. – 320 с.

Чиликин М.Г. Общий курс электропривода [Текст]: учебник для ВУЗов / М.Г.Чиликин, А.С.Сандлер. – 6-е изд., перер. И доп. – М.: Электроиздат 1981. – 576 с., ил.

ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

Контрольная работа содержит 2 задачи и теоретические вопросы. Варианты для каждого учащегося – индивидуальные. Номер варианта определяется номером в журнале учебной группы.

Задачи и ответы на вопросы, выполненные не по своему варианту, не защитываются и возвращаются учащемуся.

Контрольная работа выполняется в отдельной тетради, желательно в клеточку. Условия задачи и формулировки вопросов переписываются полностью, оставляются поля шириной 25-30мм для замечаний рецензента, а в конце тетради страницу для рецензии. Формулы, расчеты, ответы на вопросы пишутся чернилами, а чертежи, схемы и рисунки делаются карандашом, на графиках и диаграммах указывается масштаб. Решение задач обязательно ведется в Международной системе единиц (СИ). Страницы тетради нумеруются для возможности ссылки на них преподавателя.

Вычисления следует производить с помощью электронного микрокалькулятора. После получения работы с оценкой и замечаниями преподавателя надо исправить отмеченные ошибки, выполнить все его указания и повторить недостаточно усвоенный материал. Если контрольная работа получила неудовлетворительную оценку, то учащийся выполняет ее снова по старому или новому варианту в зависимости от указания рецензента и отправляет на повторную проверку. В случае возникновения затруднений при выполнении контрольной работы учащийся может обратиться в техникум для получения письменной или устной консультации. Лабораторные работы выполняют в период экзаменационно-лабораторной сессии. К этим работам учащиеся допускаются после сдачи всех контрольных работ. По каждой лабораторной работе составляется отчет по установленной форме. Сдача экзаменов разрешается учащимся, получившим положительные оценки по всем контрольным работам и имеющим зачет по лабораторным работам.

Методические указания

по выполнению контрольной работы

Пример 1.

Рассчитать и построить естественную и искусственные механические характеристики двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. Сделать выводы об изменении величины угловой скорости.

Данные двигателя:

тип 2ПН 100 МУ4:

Искусственные характеристики построить: при ослаблении магнитного потока до 0,8 ф н; при уменьшении напряжения на якоре при помощи тиристорного регулятора до 0,5

Решение:

Так как механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения представляют прямые линии, то для их расчета и построения необходимо иметь координаты двух точек.

1. Определяем номинальный ток электродвигателя.

2. Определяем значение номинальной угловой скорости.

с^-1

3. Определяем внутреннее сопротивление двигателя.

Ом.

4. Определяем значение произведения конструктивного коэффициента электродвигателя на магнитный поток

5. Определяем угловую скорость при идеальном холостом ходе при и Ф_н .

с^-1

6. Определяем номинальный момент электродвигателя

Нм

7. Для построения естественной механической характеристики получены следующие координаты:

1 точка, режим идеального холостого хода: М=0; W₀ =354,8с^-1

2 точка, номинальный режим: М_н =6,36 Нм; с^-1

8. Определяем угловую скорость идеального холостого хода при ослаблении магнитного потока

c^-1

9. Определяем угловую скорость при ослаблении магнитного потока при номинальной нагрузке

c^-1

10. Координаты для построения искусственной механической характеристики при ослаблении магнитного потока

1 точка: М=0; W_0I =443,5c^-1

точка: М_н =6,36 Нм; c^-1

11. Определяем угловую скорость идеального холостого хода при уменьшении напряжения на якоре

c^-1

12. Определяем угловую скорость при уменьшении напряжения на якоре при номинальной нагрузке

c^-1

13. Координаты точек для построения искусственной характеристики при уменьшении напряжения на якоре

1 точка: М=0; w₀₂ =177,4c^-1

2 точка: М_н =6,36; c^-1

Для построения механических характеристик задаемся масштабом

по угловой скорости c^-1

по моменту

Механические характеристики построены на рис.1

1 – естественная;

2 – искусственная при ослаблении магнитного потока;

3 – искусственная при уменьшении напряжения на якоре.

Рис.1

Выводы:

При ослаблении магнитного потока угловая скорость по отношению к номинальной увеличивается, а при уменьшении напряжения на якоре уменьшается. Определяем значение момента и мощности при регулировании.

1. Электромагнитный момент в номинальном режиме.

2. Коэффициент потерь.

3. Электромагнитный момент при ослаблении потока.

4. Момент на валу двигателя при номинальной нагрузке и ослаблении магнитного потока.

5. Мощность на валу при ослаблении магнитного потока

Рн.

Регулирование углов скорости происходит при постоянной мощности и переменном моменте. Аналогичным образом можно показать, что регулирование уменьшением напряжения на якоре происходит при постоянном моменте и переменной мощности.

Пример 2

Рассчитать мощность и выбрать электродвигатель для привода центробежного вентилятора. Для подключения электродвигателя к сети, рассчитать и выбрать сечение проводов. Сделать проверку проводов по потере напряжения. Для защиты двигателя от коротких замыканий выбрать автоматический выключатель и проверить сеть на условие защищаемости от токов к.з.

Данные для расчета:

Производительность вентилятора Q = 4м³ /с;

Давление Н = 95Н/м² ;

КПД вентилятора η_в = 0,58

КПД передачи η_п = 0,96

Коэффициент запаса К₃ = 1,3

Длина проводов L = 50м

Условие среды В – Ia

способ прокладки проводов – в стальных трубах

Решение:

Расчетную мощность электродвигателя определяем по формуле

Р_расч . = = = 0,88 кВт

По (Приложение 1) выбираем асинхронный трехфазный электродвигатель с короткозамкнутым ротором серии 4А.

Условие выбора

Р_расч ./Р_н ≥ 0,75

Р_н ≥ Р_расч.

Технические данные электродвигателя:

4А80А6У3, Рн = 1,1кВт, н = 1420об/мин, Uн = 380В,

Iн = 2,36А, н = 0,78, cosφн = 0,81, I_пуск /Iн = 5,

М_пуск /М_н = 2, М_макс /Мн = 2,2, 6Д² = 0,129кг·м²

Условие выбора по мощности:

0,88/1,1 = 0,8 > 0,75 выполняется

Определяем расчетный ток электродвигателя

I_расч . = 2,11А

В соответствии с ПУЭ (с.565.6) для взрывоопасных зон классов В-I и В-Iа должны применяться провода и кабели с медными жилами.

По (Приложение 3) выбираем три провода марки ПРТ сечением 1,5мм² с I_дл.доп = 17А для прокладки в стальных трубах.

Условие выбора

I_дл.доп = 17 > I_расч = 2,11А, где

I_дл.доп – длительно допустимая токовая нагрузка на провод.

Для защиты электродвигателя от токов короткого замыкания по (Приложение 4) выбираем автоматический выключатель.

Условие выбора I_н.а. ≥ Iн

I_н.р. ≥ 1.25 I_н

I_{мгн.сраб} . ≥ I_пуск , где

I_н.а. – номинальный ток автомата, А,

I_н. – номинальный ток электродвигателя, А;

I_н.р. – номинальный ток расцепителя, А;

I_{мгн.сраб.} –значение тока мгновенного срабатывания (отсечки), А;

I_пуск. – пусковой двигателя, А.

Определяем номинальный ток двигателя:

I_н . = 2.64А

Определяем пусковой ток двигателя

I_пуск = (I_пуск /I_н ) ·I_н = 5 ·2,64 = 13,2А

Технические данные автоматического выключателя серии АЕ – 2000

I_н.а. = 10А; U_н = 660В; I_н.р. = 4А;

I_{мгн.сраб.} = 12 · I_н.р. = 39,6А;

Проверка условий выбора

I_н.а. = 10 > I_н = 2,64

I_н.р. = 4 > 1,25·I_н = 3,3

I_{мгн.сраб.} = 39,6 > I_пуск = 13,2

Проверяем выбранное сечение проводов по условию защищаемости от коротких замыканий.

Для автоматов АЕ-2000 (комбинированный расцепитель с возможностью регулирования тока установки)

I_дл.доп. ≥ I_н.р. /1.5

I7 > 4/1,5 = 2,66 условие выполняется

ПРИМЕЧАНИЕ:

Для автоматов типа А3100, АК63, А3700 с комбинированным расцепителем и невозможностью регулирования тока уставки условие проверки

I_дл.доп > I_н.р.

При наличии автомата только электромагнитного расцепителя

I_дл.доп. ≥ _{I мгн.сраб} ./4,5

Для сетей, требующих защиты от токов короткого замыкания и перегрузки

а) автомата АЕ-2000 I_дл.доп. ≥ I_н.р.

б) автоматы А3100, АК63, А3700, I_дл.доп. ≥ I_н.р.

Внутрицеховые сети напряжением до 1000 В должны проверены по потере напряжения. При этом расчетная потеря напряжения сравнивается с допустимой, которая по ПУЗ принимается ∆U_доп. = 5%

Определяем расчетную величину потери напряжения:

∆U% = (R · cos + x · sin ), где

R – активное сопротивление участка сети, Ом;

R = R_о ·L; R_о = L( ·S) – активное удельное сопротивление, Ом/км;

γ – удельная проводимость:

для меди γ = 50 См · м/мм² ;

для алюминия γ = 32 См · м/мм²

S – выбранное сечение провода,мм²

R_о = 50/50 · 1,5 = 0,66Ом/км, R = 0,66 · 0,05 = 0,033Ом

х – индуктивное сопротивление участка сети, Ом;

х = х_о · L,

где х_о – удельное индуктивное сопротивление, Ом/км.

для кабельных линий х_о = 0,08 Ом/км;

для воздушных линий х_о = 0,4 Ом/км.

для кабельных линий х_о = 0,08 Ом/км;

для воздушных линий х_{о =} 0,4 Ом/км;

х = 0,08 ·0,05 = 0,004Ом, sinφ = 0/58 соответствует cosφн = 0,81

∆U% = · (0,033 ·0,81 + 0,004 ·0,58) = 0,028%

∆U < U_доп .

Пример 3

Рассчитать мощность и выбрать электродвигатель для привода центробежного насоса. Для подключения электродвигателя к сети выбрать кабель. Сделать проверку кабеля по потере напряжения. Для защиты двигателя выбрать предохранители и проверить сеть на условие защищаемости.

Данные для расчета:

Производительность насоса Q = 50м³ /ч;

Высота напора Н = 60 м;

КПД насоса η_н = 0.72;

КПД передачи η_п = 0.95;

коэффициент запаса К₃ = 1.2;

Плотность перекачиваемой

нефти (жидкости) γ =7448Н/м³ ;

длина кабеля L = 95м;

способ прокладки в воздухе

режим пуска двигателя легкий

условие среды В-I

ПРИМЕЧАНИЕ:

плотности жидкостей:

Решение :

Расчетную мощность двигателя определяем по формуле

, где

Q необходимо измерить в м³ /с

= 10,88 кВт

По (Приложение I) выбираем асинхронный трехфазный электродвигатель с короткозамкнутым ротором серии 4А.

Тип двигателя 4А132МЧУЗ, Р_н = 11 кВт; U_н = 380 В; п_н =1460 об/мин; h_н =0,87; cos φ_н =0,87; I_пуск /I_н =7,5; М_пуск /М_н =2,2; М_макс /М_н =3; ВД² =1,6 кг·м² .

Условие выбора по мощности

Р_расч. /Р_п = 10,88/11 = 0,98 > 0,75 выполняется

Определяем расчетный ток электродвигателя

I_расч. = = = 21,86 А

Так как среда В-I, то необходимо применять кабель с медными жилами.

По (Приложение 3) выбираем кабель ВРГ трехжильный, сечением S = 2,5 мм² , I_{дл. доп.} = 25 А

Условие выбора

I_{дл. доп} = 25 > I_расч = 21,86

Для защиты электродвигателя от токов короткого замыкания по (Приложение 5) выбираем три предохранителя

Условие выбора

I_{н. пр.} ≥ I_н.

I_вс ≥ I_пуск /α, где

α – коэффициент, зависящий от типа и материала плавкой вставки предохранителя и режима перезагрузки:

при легких условиях пуска α = 2,5;

при тяжелых условиях пуска α = 1,6-2

Определяем номинальный ток двигателя

I_н = = = 22,1А

Определяем пусковой ток двигателя

I_пуск = (I_пуск / I_н )· I_н = 7,5·22,1 = 165,75 А

При легком режиме работы

I_пуск / α = 165,75 /2,5 = 66,3 А

Выбираем предохранитель ПН-100, U = 380 В, I_н.пр. = 100А > I_н. = 22,1, I_вс = 80А > I_пуск / α = 66,3

Проверяем выбранное сечение кабеля по условию защищаемости от коротких замыканий.

Условие проверки

I_вс /I_дл.доп. ≤ К_з , где К_з – коэффициент, принимаемый равным:

К₃ = 3 – для ответвлений к электродвигателям;

К₃ = 1,5 – для магистральных и групповых линий питания силовых приемников;

К₃ = 1 – для сетей электрического освещения

В данном случае К₃ = 3, тогда 80/25 = 3,2 > 3, значит необходимое условие не выполняется, кабель при коротком замыкании перегреется. Поэтому следует выбрать предохранители ПН2-100 с I_вс = 60 А; Ток плавкой вставки немного больше значения I_пуск / α и условие 60 / 25 = 2,4 < 3 выполняется.

Проверка кабеля по потере напряжения

·(R·cos φ + sin φ)

R_o = L/γ · S = 95/50 · 2,5 = 0,76 Ом/км;

R = R_o · L = 0,76·0,095 = 0,070 Ом

для кабельных линий х_о = 0,08 Ом/км;

х = Х_о · L = 0,08·0,095 = 0,0076 Ом

sinφ = 0,49 при cosφ_н = 0,87

· (0,07·0,87+0,076·0,49) = 0,62 %

ΔU = 0,62 % < ΔU_доп. = 5 %

Варианты заданий контрольной работы

В контрольной работе необходимо выполнить решение задач №1 и №2 и ответить на два вопроса.

Задача 1. (варианты 01-40)

Для двигателя постоянного тока с независимым возбуждением рассчитать и построить естественную механическую характеристику и искусственные характеристики при ослаблении магнитного потока и уменьшении напряжения на якоре при помощи тиристорного регулятора.

Сделать вывод об изменении величины угловой скорости.

Объясните как изменится угловая скорость двигателя, если включать последовательно с якорем добавочные резисторы; шунтировать якорь резистором.

Данные для решения задачи в соответствии с вариантом приведены в таблице 1. Указание к решению задачи – пример 1.

Таблица 1

Задача 2. (варианты 01-20)

Рассчитать мощность и выбрать электродвигатель для привода центробежного вентилятора.

Для подключения электродвигателя к сети рассчитать и выбрать сечение проводов. Сделать проверку проводов по потере напряжения. Для защиты двигателя выбрать автоматический выключатель и проверить сеть на условие защищаемости.

Данные для решения задачи в соответствии с вариантом приведены в таблице 2.

Указание к решению задачи – пример 2.

Таблица 2

Задача 2. (варианты 21-40)

Рассчитать мощность и выбрать электродвигатель для привода центробежного насоса. Для подключения электродвигателя к сети выбрать кабель. Сделать проверку кабеля по потере напряжения. Для защиты двигателя от токов короткого замыкания выбрать предохранители и проверить сеть на условие защищаемости от токов короткого замыкания.

Данные для решения задачи в соответствии с вариантом приведены в таблице 3.

Указание к решению задачи – пример 3.

Таблица 3

Теоретические вопросы

Контрольные И экзаменационные вопросы

по дисциплине: «Электроснабжение предприятий и электропривод»

1. Дайте понятие о системах электроснабжения, их видах, составе.

2. Перечислите электрические параметры электроэнергетических систем. Охарактеризуйте режимы работы энергетических систем.

3. Напряжение электрических сетей. Виды, значения.

4. Управление электроэнергетическими системами, понятие о графиках электрических нагрузок.

5. Дайте понятие об организации взаимоотношений между энергосистемой и потребителями.

6. Назначение и типы электрических станций, режимы их работы.

7. Структурные схемы передачи электрической энергии потребителям. Изобразите пример схемы, опишите элементы и принцип действия.

8. Типы станций и подстанций, их назначение и особенности.

9. Силовые трансформаторы, автотрансформаторы и преобразовательные агрегаты. Их назначение, виды, основные элементы конструкции.

10. Коммутационная аппаратура напряжением выше 1кВ. Виды, назначение, особенности конструкции.

11. Разъединители, отделители, короткозамыкатели, изоляторы и шины распределительных устройств напряжением выше 1 кВ. Виды, назначение, особенности конструкции.

12. Коммутационные аппараты напряжением до 1 кВ. Виды, назначение, особенности конструкции.

13. Цеховые трансформаторные подстанции. Принципы компоновки и размещения, комплектные распределительные устройства, комплектные трансформаторные подстанции. Назначение и классификация, конструктивное исполнение.

14. Дайте общие сведения о силовом и осветительном электрическом оборудовании напряжением до 1 кВ.

15. Расскажите об альтернативных электрических станциях и направлениях развития электрического снабжения.

16. Дайте понятие об основных параметрах электроприемников, режимах их работы, степени бесперебойности электроснабжения.

17. Дайте понятие о видах электроосвещения, их применяемости.

18. расскажите об устройстве и конструктивном выполнении электрических сетей. Их основные элементы, виды схем.

19. дайте понятие о воздушных линиях, виды проводов, изометоров, опор, их применяемость.

20. Дать понятие кабельных линий, конструкций кабелей, способов прокладки кабелей.

21. Дать понятие токопроводов напряжением 6-35 кВ, назначение, применяемость.

22. Дать понятие о конструктивном выполнении цеховых сетей напряжением до 1 кВ.

23. Дать понятие о основных видах защиты от короткого замыкания.

24. Дать понятие о основных видах защиты от токов перегрузки и от перенапряжения.

25. Перечислите и охарактеризуйте защиту плавкими предохранителями.

26. Перечислите и охарактеризуйте защиту автоматическими предохранителями.

27. Перечислите и охарактеризуйте защиту кабельных линий.

28. Перечислите и охарактеризуйте защиту трансформаторов напряжения.

29. Перечислите и охарактеризуйте защиту асинхронных электродвигателей до 1 кВ.

30. Дайте понятие релейной защиты и автоматики. Назначение, основные требования и принципы действия.

31. Дать понятие о видах электрических проводов и классификации.

32. Дать понятие уравнения движения электропривода и его видах.

33. Дать понятие о приведении статических и динамических моментов к валу двигателя.

34. Приведите пример схемы включения двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением. Укажите его статические характеристики.

35. Укажите способы пуска двигателя постоянного тока, охарактеризуйте их.

36. Кажите способы регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока, охарактеризуйте их.

37. Приведите пример схемы включения двигателя постоянного тока последовательного возбуждения. Укажите его статические характеристики.

38. Укажите способы торможения двигателя постоянного тока, охарактеризуйте их.

39. Приведите пример схемы включения асинхронного двигателя. Укажите его статические характеристики.

40. Виды асинхронных двигателей: с фазным и короткозамкнутым ротором. Охарактеризуйте их конструкцию.

41. Укажите способы запуска асинхронных двигателей. Охарактеризуйте их.

42. Укажите способы регулирования частоты вращения асинхронных двигателей. Охарактеризуйте их.

43. Укажите способы торможения асинхронных двигателей. Охарактеризуйте их.

44. Виды синхронных двигателей. Охарактеризуйте вентильные и шаговые двигатели.

45. Приведите пример включения синхронного двигателя. Укажите статические характеристики его.

46. Укажите способы запуска синхронных двигателей. Охарактеризуйте их.

47. Укажите способы регулирования частоты вращения синхронных двигателей. Охарактеризуйте их.

48. Укажите способы торможения синхронных двигателей. Охарактеризуйте их.

49. Охарактеризуйте потери энергии и мощности в установившемся и переходных режимах, КПД. Коэффициент мощности.

50. Охарактеризуйте критерии выбора двигателей.

Примерные критерии и показатели

оценки результатов учебной деятельности учащихся

Приложение 1

Технические данные электродвигателей серии 4А

Номинальное напряжение, _Н =380 В

Приложение 2

Технические данные проводов и кабелей на напряжение до 1кВ с алюминиевыми жилами при окружающей температуре воздуха 25^о С

Приложение 3

Технические данные проводов и кабелей на напряжение до 1 кВ с медными жилами при окружающей температуре воздуха 25^о С

Приложение 4

Технические данные автоматических выключателей допустимое напряжение до 660 В

Приложение 5

Технические данные предохранителей