Учебное пособие: Методические указания и задания для курсовой работы Нижнекамск 2009
Название: Методические указания и задания для курсовой работы Нижнекамск 2009 Раздел: Остальные рефераты Тип: учебное пособие | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
нижнекамский институт информационных технологий и телекоммуникаций (филиал) государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования КАЗАНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА им. А.Н. ТУПОЛЕВА Кафедра Электрооборудования Специальность 140610 «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений»
П.А. Изотова
Электрические и электронные аппараты методические указания и задания для курсовой работы
Нижнекамск 2009 государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования КАЗАНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА им. А.Н. ТУПОЛЕВА Кафедра Электрооборудования Специальность 140610 «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений» Утверждаю Зав. кафедрой к.т.н., доцент А.А. Цой ________________________________ «_____»___________________200__г. ЗАДАНИЕ На курсовую работу по дисциплине «Электрические и электронные аппараты» Группа 27301 Студента _________________________________________________________________ (фамилия имя отчество) Тема курсовой работы: выбор и проверка коммутационного (защитного) аппарата для цепи питания электроустановки _________________________________________ Исходные данные к курсовой работе : - номинальная мощность двигателя, кВт__________ - номинальное напряжение, кВ__________________ - продолжительность включений ________________ - допустимое число циклов _____________________
Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов): 1. Введение 2. Предварительный расчет, выбор коммутационного (защитного) аппарата, и его проверка. 3. Расчет токоведущего контура 4.Расчет коммутирующих контактов. 5. Описание устройства и работы аппарата (по указанию преподавателя); 6. Список литературы и перечень документов Графическая часть проекта должна содержать: - электрическую схему питания электроустановки с указанием мест расположения аппаратов управления и защиты; - конструктивное исполнение аппарата. Дата выдачи задания на курсовую работу «______»_______________20____ г. Срок сдачи курсовой работы «_____»____________________20_____г. Руководитель курсовой работы _______________________________________________ (подпись, фамилия и инициалы) Задание принял к исполнению________________________________________________ (подпись студента) Содержание и оформление курсовой работы Целью данной курсовой работы является закрепление знаний по основам теории электрических и электронных аппаратов, а также развитие обучающихся навыков самостоятельного решения конкретных инженерных задач. Курсовая работа состоит из пояснительной записки и графической материала. Пояснительная записка выполняется на компьютере в объеме до 15страниц, шрифт текста Times New Roman, размер - 14 пт., межстрочный интервал – полуторный. Сокращение слов в тексте не допускается. Нумерация листов сквозная, указывается в центре страницы, в нижней части. Графический материал включает 2 листа чертежей формата А-2, а также графики и рисунки, имеющиеся в пояснительной записке. Выполнение пояснительной записки Пояснительная записка должна в краткой и четкой форме раскрывать тему курсовой работы, Во введение представляются общие сведения об исследуемом аппарате, отмечаются основные проблемы при разработке и усовершенствование аппаратов и пути их решения, обоснование выбора материала контактных соединений и токоведущих частей.
Расчетная часть курсовой работы включает: предварительные расчеты, выбор и проверку рассматриваемого аппарата, расчет коммутирующих контактов, кинематический расчет.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по выполнению расчетной части курсовой работы 1. Предварительные расчеты. 1.1. Расчет номинальных, пусковых и ударных пусковых токов электродвигателей. Номинальный ток двигателя определяется как [1]: , А, где Р ном - номинальная мощность двигателя, кВт; U ном.л - номинальное линейное напряжение на обмотке статора, В; h - коэффициент полезного действия при номинальном моменте на валу двигателя; cos j - коэффициент мощности. Пусковой ток двигателя: , А, где k I – кратность пускового тока двигателя (k I – 5…8). Ударный пусковой ток двигателя (амплитудное значение): , А, 1.2. Выбор сечения кабелей низкого напряжения , соединяющих электродвигатель с питающим трансформатором, по номинальному напряжению и току, учитывая, что длительно допустимый ток кабеля должен быть на 20 % больше номинального тока линии (см. п.п. 1.3.10. табл. 1.3.6., 1.3.7. [1]). 1.3. Определить сопротивления кабелей. Для расчета сопротивлений кабелей по таблице 2 (см. приложение 1) [3] для выбранного сечения кабеля находят удельное активное сопротивление r уд (мОм/м) и удельное реактивное сопротивление х уд (мОм/м) Сопротивление кабеля: ; ,где l к - длина соединительного кабеля, м. Суммарные сопротивления составляют: активное: , Ом, реактивное: , Ом, где r Т и x Т – соответственно активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности питающего трансформатора (таблица 1 (см. приложение 1) [3]); x c - приведенное индуктивное сопротивление энергосистемы (находим из заданного соотношения x с /x т ), Ом, r пк - переходное сопротивление контактов в местах соединения (принимаем равным 15мОм). Активным сопротивлением системы пренебрегаем. Тогда модуль полного сопротивления до точки КЗ составит: , Ом. 1.4. Определить токи короткого замыкания (КЗ) в месте установки двигателя: ток трехфазного КЗ находится как: , А; ток двухфазного КЗ , А; ток однофазного КЗ в том же месте , А;. r 1 и x 1 - соответственно активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности трансформатора, Ом (r 1 = r 1Т и x 1 = x 1Т (см. приложение 2.); а r 0 и x 0 находятся как , и , Ом, где r 0Т и x 0Т - соответственно активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности трансформатора, Ом; r 0к и x 0к - активное и индуктивное сопротивления кабелей, Ом (r 0к = r к и x 0к = x к ); r н.п и x н.п. - активное и индуктивное сопротивления нулевого проводника, Ом (находится также как и сопротивление кабеля). Необходимо рассчитать токи трех-, двух- и однофазного кз в месте установки двигателя, а также токи трехфазного кз на зажимах вышестоящих выключателей и трансформатора. 1.5. Определить ударный ток КЗ. Ударный ток КЗ находится из соотношения , А; где k уд - ударный коэффициент, зависящий от отношения (X т + X к )/(R т + R к ) и определяемый по кривым изменения ударного коэффициента рис.3.6 [4] или черт 1 (ГОСТ 28249-89) 1.6. Проверить условия нормального пуска двигателя: - в условия легкого пуска двигателя (длительность пуска не превышает 0,5 ¸ 5с) ; - в условия тяжелого пуска двигателя (длительность пуска свыше 5 с) , где I (3) кз - ток трехфазного кз на зажимах в двигателя. 2. Выбор электрических аппаратов управления и защиты электродвигателя. 2.1. Выбор автоматических выключателей. Выбор автоматических выключателей проводится по следующим параметрам: а) роду тока силовой цепи; б) номинальному напряжению выключателя (номинальное напряжение выключателя должно быть не менее номинального напряжения нагрузки); в) числу главных контактов; г) типу расцепителя (в зависимости от схемы управления выбирается выключатель с электромагнитным (ЭМ) расцепителем или с ЭМ и тепловым (Т) расцепителями); д) номинальному току расцепителя (ток расцепителя должен удовлетворять условию I н.расц < I ном.нагр < 2´I н.расц ); е) току I сраб.о уставки срабатывания ЭМ расцепителя (ток уставки ЭМ расцепителя должен удовлетворять условию (1,1 … 1,2)I уд . п £ I уст < I (1) кз ); ж) предельной коммутационной способности (ПКС) (для ПКС должно удовлетворяться условию I (3) кз < ПКС); и) времени t сраб срабатывания теплового расцепителя (для нормального пуска двигателя должно выполняться неравенство t п £ t сраб £ 1,5´t п ); Выбираются выключатели без дополнительных расцепителей, свободных контактов и дополнительных механизмов, стационарного исполнения, с передним присоединением. Проверить селективность работы выбранных автоматов и графически подтвердить соблюдение условий селективной работы. Для этого привести на одном графике времятоковые характеристики автоматов и пусковую характеристику двигателя. 2.2. Выбор магнитного пускателя или контактора. Выбор магнитного пускателя или контактора проводится по следующим параметрам: а) роду тока силовой цепи; б) номинальному напряжению пускателя (номинальное напряжение пускателя должно быть не менее номинального напряжения нагрузки); в) числу главных контактов; г) категория применения пускателя (категория применения определяется схемой управления двигателя (см. приложение 2.)); д) номинальному рабочему току (для правильно выбранного пускателя I п < I о ); е) реверсивный или нет (определяется схемой управления двигателя); ж) наличию теплового реле (определяется схемой управления двигателя); з) степени защиты. 2.3. Выбор максимально-токовых реле. Выбор максимально-токовых реле производится по следующим условиям: а) номинальному напряжению реле (номинальное напряжение реле должно быть не менее номинального напряжения нагрузки); б) числу полюсов; в) номинальному току реле (номинальный ток реле не должен быть ниже номинального тока двигателя); г) времени срабатывания реле (время срабатывания t сраб реле должно удовлетворять условию t п £ t сраб £ 1,5´t п ). Способ соединения обмоток реле выбирается из условия реализации заданных номинального тока и тока уставки реле. Если выбран пускатель со встроенным тепловым реле, то по рекомендованному в каталоге на пускатель типу реле уточняется номинальный ток нагревательного элемента I ном.нагр и по характеристикам проверяется время срабатывания t сраб теплового реле (t п £ t сраб £ 1,5´t п ). 2.4. Выбор предохранителей Предохранитель для защиты двигателя выбирается по следующим условиям: а) номинальному напряжению (номинальное напряжение предохранителей должно быть не менее номинального напряжения нагрузки); б) номинальному току плавкой вставки I ном.вст (I ном.вст меньше или равен номинальному току предохранителя и зависит от условий пуска двигателя); Для короткозамкнутых асинхронных двигателей: - при небольшой частоте включения и легких условиях пуска двигателя в течение tп = (2...10)c I ном.вст £ 0,4 ´ I п ; - при тяжелых условиях пуска в течение tп > 10 с и при повторно-кратковременном режиме с ПВ% , 40% I ном.вст £ (0,5...0,6) ´ I п . Для надежного перегорания плавких вставок требуется, чтобы при КЗ на зажимах двигателя соблюдалось условие [8]: I кз (3) /I ном.вст £ 3...4. Для защиты цепей управления аппаратов предохранитель выбирается из условия: I ном.вст £ 1,25 ´ I ном , где I ном - наибольший номинальный ток в цепи управления. 2.5. Провести проверку всех выбранных аппаратов по термической и динамической стойкости. 2.6. Расчет токоведущего контура 2.6.1. Определений размеров Расчет токоведущих частей контактора в номинальном режиме работы проводим с учетом эквивалентного длительного тока. А, где ПВ% - продолжительность включения; Z - допустимое число циклов включения; - номинальный ток главной цепи. Сравнивая и , дальнейший расчет токоведущего контура проводим по большему из этих значений. 2.6.2. Расчет размеров токоведущих частей Оценим размеры токоведущих частей прямоугольного сечения по эквивалентному току. м, где - удельное электрическое сопротивление; - температурный коэффициент металла контактов; - допустимая температура; - температура окружающей среды; =10 Вт/(м2 *град) - коэффициент теплопередачи;=3 - коэффициент геометрии,
Для дальнейших расчетов принимаются стандартные размеры шины, с учетом расчетного тока. 6.2.3. Расчет температуры нагрева токоведущих частей в номинальном режиме с, где p =2*(a + b) м - периметр; q = а * b м2 - площадь поперечного сечения; Правильность расчета определяется при соблюдении условия < 6.2.4. Расчет термической стойкости В режиме короткого замыкания рассчитаем термическую стойкость токоведущих частей. Допустимую температуру нагрева в режиме короткого замыкания примем равной =250 с , где - плотность материала контакта,С =390Дж/кг*с – теплоемкость. 1.4 Определение переходного сопротивления 1.4.1 Расчет силы контактного нажатия Н, где 0,7 кг/мм2 - удельное давление в контактирующих частях; мм2 . 1.4.2 Переходное сопротивление контактирующих поверхностей Ом, где - коэффициент, зависящий от материала и состояния поверхности контактирующих поверхностей; 1.4.3 Омическое сопротивление контакта Ом, где мм - длина контактного соединения. 1.4.4 Переходное сопротивление контакта Ом. 1.5 Расчет превышения температуры контактного соединения. При номинальном режиме температуры контактного соединения не должна превышать температуру нагрева примыкающих к нему шин больше чем на 10 градусов и быть больше допустимой. с, где SK =2*(а+b)*l , м2 - полная наружная поверхность контактного соединения. 2. Расчет коммутирующих контактов 2.1 Расчет сил контактного нажатия Для одноточечных контактов сила контактного нажатия Н, где n =2 число контактных площадок, характеризующее форму контактной поверхности, при точечном контакте; К - температура точки касания; , К температура контактной площадки; = 390 Вт/(мк) - удельная усредненная теплопроводность токоведущего проводника, применяемая здесь; В=2,410-8 (В/мк)2 - число Лоренца; Нb=11*108 Н/м2 твердость контактной поверхности по Бринеллю; 2.2 Расчет переходного сопротивления. , где n - коэффициент формы контактной поверхности, n=0,6 для линейного контакта; 2/3 - коэффициент, учитывающий уменьшение температуры по мере удаления от площадки касания; =0,11*10-3 - коэффициент, учитывающий материал и состояние контактной поверхности. 2.3 Расчет нагрева контактов в номинальном режиме. 2.3.1 Расчет падения напряжения в токоведущем контуре аппарата при замкнутых коммутирующих контактах. мВ. 2.3.2 Расчет превышения температуры контактной площадки коммутирующего контакта. 0 с; где =3,9*102 Вт (м ºС) – удельная усредненная теплопроводность материала коммутирующих контактов. При этом должно выполняться условие tk . пл > 0,09 0 c. 2.3.3 Расчет температуры контактной площадки 0 c 0 c 2.4 Расчет износа контактов 2.4.1 Расчет удельного массового износа где =2 - коэффициент неравномерности; = 0,2 - опытный коэффициент износа; =0,2 - опытный коэффициент износа; n = 6 - кратность тока отключения. 2.4.2 Расчет изнашиваемой части объема контакта и линейного износа м3 , где N =0,01 млн. допустимое число циклов включения; = 8900 кг/м3 плотность материала контакта. м. Надежная работа контактов возможна, если их износ по толщине не превышает значения 0,50,75 от первоначальной толщины. 2.5 Провал контакта м3 . 2.6 Расчет короткого замыкания 2.6.1 Расчет начального тока сваривания А, где , А/кгс0,5 - коэффициент, выбирается из таблицы в зависимости от конструкции контактов и формы их поверхности. 2.6.2 Расчет тока приваривания контактов. А. 2.6.3 Расчет площади SO и силы электродинамического отталкивания м2 , где = 383*106 Н/м2 - удельное сопротивление материала контактов смятию. Н. При верном расчете должно выполняться условие . Список рекомендуемой литературы:
1. Жукова Г.А. Курсовое проектирование по низковольтным электрическим аппаратам/ Г.А. Жукова, В.П. Жуков: Учеб. пособие – М.: Высш. шк., 2006.-160с. 2. Шеховцов В.П. справочное пособие по элетрооборудованию и элетроснабжению/ В.П.Шехоцов.- М. : ФОРУМ: ИНФРА-М, 2009._ 136с. 3. Электрические аппараты. Учебник для вузов/ под ред. Ю.К. Розанова- 2-ое изд., испр. И доп.- М.: Иформэлектро. 2001.-420 с. . Приложение 1 Исходные данные
|