Выбор и проверка коммутационного аппарата для цепи питания электроустановки кондиционер

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» 
 

Курсовая  работа по дисциплине: «Электрические и электронные аппараты»

На тему: «Выбор и проверка коммутационного аппарата для цепи питания электроустановки кондиционер» 
 
 
 

Выполнил: студент гр.27301 Муртазин Р.

Проверила: Изотова П.А. 
 
 
 

Нижнекамск 2010

Содержание:

Введение…………………………………………………………………………3

1) Предварительный  расчет.

1.1) Расчет номинальных,  пусковых и ударных пусковых  токов электродвигателей……………………………………………………………….5

1.2) Выбор сечения  кабелей низкого напряжения……………………………..5    

1.3) Определение  сопротивления кабелей……………………………………...6

1.4) Определение  токов короткого замыкания (КЗ) в месте установки двигателя……………………………………………………………………….....7

1.5) Определение  ударного тока КЗ………………………………………...…..8

1.6) Проверка  условия нормального пуска двигателя………………………....8

2) Выбор электрических  аппаратов управления и защиты  электродвигателя.

2.1) Выбор автоматических выключателей…………………………………….8

2.2) Выбор магнитного пускателя……………………………………………….9

2.3) Выбор максимально-токовых реле………………………………………....9

2.4) Выбор предохранителей…………………………………………………….9

3) Расчет токоведущего контура.

3.1) Определение размеров……………………………………………………...10

3.2) Расчет размеров токоведущих частей……………………………………..10

3.3) Расчет температуры нагрева токоведущих частей в номинальном режиме……………………………………………………………………………10

3.4) Расчет термической стойкости…………………………………………….11

4) Определение переходного сопротивления.

4.1) Расчет силы контактного нажатия…………………………………………11

4.2) Переходное сопротивление контактирующих поверхностей……………11

4.3) Омическое  сопротивление контакта………………………………………11

4.4) Переходное сопротивление контакта……………………………………...12

4.5) Расчет превышения температуры контактного соединения……………..12

5) Расчет коммутирующих контактов

5.1) Расчет сил контактного нажатия…………………………………………..12

5.2) Расчет переходного сопротивления……………………………………….12

5.3) Расчет нагрева контактов в номинальном режиме……………………….13

5.3.1) Расчет падения напряжения в токоведущем контуре аппарата при замкнутых коммутирующих контактах………………………………………...13

5.3.2) Расчет превышения температуры контактной площадки коммутирующего контакта……………………………………………………...13

5.3.3) Расчет температуры контактной площадки…………………………. …13

5.4) Расчет износа контактов……………………………………………………13

5.4.1) Расчет удельного массового износа……………………………………..13

5.4.2) Расчет изнашиваемой части объема контакта и линейного износа…...14

5.5) Провал контакта…………………………………………………………….14

5.6) Расчет короткого замыкания………………………………………………14

5.6.1) Расчет начального тока сваривания……………………………………..14

5.6.2) Расчет тока приваривания контактов……………………………………14

5.6.3) Расчет площади S_O и силы электродинамического отталкивания…….14

6) Описание устройства  и работы аппарата 

6.1) Вентиляционные  установки………………………………………………..15

6.2) Принципиальная электрическая схема АУ электроприводом вентиляционной установки……………………………………………………..16

6.3) Принцип работы  кондиционера……………………………………………19

6.3.1) Как работает  оконный кондиционер…………………………………….20

6.3.2) Как работает  сплит система……………………………………………...21

6.4) Правила пользования……………………………………………………….21

7) Список литературы…………………………………………………………...24 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

     Электрические аппараты подразделяются на два вида - аппараты высокого напряжения и аппараты низкого напряжения.

     Среди аппаратов низкого напряжения существует несколько обособленных разновидностей:

1)автоматические регуляторы;

2) реле и электромеханические преобразователи автоматики;

3)статические преобразователи;

4)аппараты управления;

5)аппараты, устанавливаемые в распределительных устройствах;

     Под электрическими аппаратами управления будем понимать аппараты, осуществляющие управление режимом работы электрооборудования  промышленных предприятий, а также  управление режимом работы распределительных  сетей низкого напряжения.

     Аппараты  управления режимом работы электрооборудования, обычно называемые аппаратами управления, включают в себя контакторы, пускатели, контроллеры, путевые выключатели и переключатели, команд аппараты, реле управления и др.

     В аппаратах управления в качестве контактных и токоведущих материалов очень широко применяются медь или  материалы на их основе. Замена медных токоведущих частей аппаратов на алюминиевые требует прежде всего  создания надежных болтовых контактных соединений алюминиевых токоведущих  элементов.

     Разработка  и усовершенствование аппаратов  управления в промышленности ведется  сейчас в направлении уменьшения их габаритов и металлоемкости. Усовершенствование технологии аппаратов и прежде всего  автоматизация слесарно-сборочных  и контрольно-измерительных операций, где доля ручного труда наибольшая, - это важный резерв электроаппаратных производств, позволяющий снизить трудоемкость в несколько раз.

      1. Предварительные  расчеты.

     По  исходным данным выберем двигатель:

Серия 4А

Тип 4А 180М4УЗ

Р_ном=30 кВт

U_ном=0.4 кВ

N_ном=1470 об/мин

S_ном=1.9 %

S_кр=14%

η= 91%

cosφ_ном=0.89

            J=0.23 кг/м²

      1.1. Расчет номинальных, пусковых и ударных пусковых токов электродвигателей:

        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; cosj - коэффициент мощности.

     Пусковой  ток двигателя:

      , А,

где k_I – кратность пускового тока двигателя (k_I – 5…8).

Ударный пусковой ток двигателя:

       , 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.

      I_доп=70 А

      Al=15 мм^2

      Расчет мощности трансформатора:

        кВ*А

      Выбор трансформатора по мощности:

Масляный трансформатор  серий ТМГ-40/15

S_ном=40 кВ*А

 U_вн=15 кВ

U_uн=0.4 кВ

Р_х=165 Вт

Р_к=800 Вт

U_k=4.5 %

I_k=2.6 %

     Расчет  активных и реактивных сопротивлений  трансформатора:

        Ом

        Ом

      1.3. Определение сопротивления кабелей.

      Для расчета сопротивлений кабелей  по таблице 2 для выбранного сечения  кабеля находят удельное активное сопротивление  r_уд (мОм/м) и удельное реактивное сопротивление

      х_уд (мОм/м) r_уд=2.4 Ом

      х_уд=0.078 Ом/м

      Сопротивление кабеля:

       ;Ом

       ,Ом

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; x_c - приведенное индуктивное сопротивление энергосистемы, 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. Определение токов 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.

r₁ и x₁ - соответственно активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности трансформатора, Ом (r₁ = r_1Т и x₁= x_1Т ); а r₀ и x₀ находятся как

  Ом   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.

     1.5. Определение ударного тока КЗ.

      , А;

где k_уд - ударный коэффициент, зависящий от отношения (X_т + X_к)/(R_т + R_к)

     1.6. Проверка условия нормального пуска двигателя:

- в условия легкого пуска двигателя (длительность пуска не превышает 0,5 ¸ 5с)

      ; 6.72≥2,А

- в условия тяжелого пуска двигателя (длительность пуска свыше 5 с)

      , 6.72≥3.5,А

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) ~

б) U_ном.в=400>388, В

в)число контактов - 3

г) тип ВА 76-29-3

д) I_н.расц < I_{ном.нагр} < 2´I_н.  50<53.42<100, А

е) I⁽³⁾_кз < ПКС   2158.31<3000, А

ж) 120 В/час

     Выбираются  выключатели без дополнительных расцепителей, свободных контактов  и дополнительных механизмов, стационарного  исполнения, с передним присоединением.

     2.2. Выбор магнитного пускателя.        Выбор магнитного пускателя проводится по следующим параметрам:

а) Тип ПМ12 - 160

б) ~

в) U_ном=400>388, В

г) число контактов - 3

д) I_п < I_о 45<53.42, А

е)не реверсивный 

ж) теплового  реле – РТТ - 141

з) время срабатывания 25 мсек

 

     2.3. Выбор максимально-токовых реле.       Выбор максимально-токовых реле производится по следующим условиям:

а) Тип РТ 40/200

б) U_ном≥Uдв 450≥388, В

в) I_ном.р≥I_ном.дв   60≥53.42, А

г) t_п £ t_сраб £ 1,5´t_п   25≤30≤37.5, мСек

 

     2.4. Выбор предохранителей.      Предохранитель для защиты двигателя выбирается по следующим условиям:

а) U_ном.пр<Uдв 380<388, В

б) I_{ном.вст} =60, А

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 ; 60≤128.3, А

- 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. 60≤176.42, А

Для защиты цепей  управления аппаратов предохранитель выбирается из условия:

     I_{ном.вст} £ 1,25 ´ I_ном, 60≤66.7, А        где I_ном - наибольший номинальный ток в цепи управления.

     3. Расчет токоведущего контура       3.1. Определение размеров

     Расчет  токоведущих частей контактора в  номинальном  режиме работы проводим с учетом эквивалентного длительного  тока.

      А,

где ПВ=60% - продолжительность включения;

Z =2000- допустимое число циклов включения;

 =53.46А- номинальный ток главной цепи.

Сравнивая и , дальнейший расчет токоведущего контура проводим по большему из этих значений. I_экв=95.35А > I_н=53.46А

     3.2. Расчет размеров токоведущих частей

     Оценим  размеры токоведущих частей прямоугольного сечения по эквивалентному току.

м, 

где =1.74*10^-8Ом*м - удельное электрическое сопротивление;      

      _{=0.043°С^-1}- температурный коэффициент металла контактов;

       =120°С - допустимая температура; 

       =25°С- температура окружающей среды;

       =10 Вт/(м²*град) - коэффициент теплопередачи;

       =3 - коэффициент геометрии,

       м

Для дальнейших расчетов принимаются  стандартные  размеры шины, с учетом  расчетного тока.

     3.3. Расчет температуры нагрева токоведущих частей в номинальном режиме

      с,

где p =2*(a + b)=4.6*10^-2 м - периметр; 

      q = а * b=6*10^-5 м² - площадь поперечного сечения;

Правильность  расчета определяется при соблюдении условия   < т.е. 54.5<120 °С

     3.4. Расчет термической стойкости

     В режиме короткого замыкания рассчитаем термическую стойкость токоведущих  частей. Допустимую температуру нагрева  в режиме короткого замыкания  примем равной  =250 с

_, где    =8900 кг/м³- плотность материала контакта для меди,

     С =390Дж/кг* с – теплоемкость. 

     4. Определение переходного сопротивления     4.1 Расчет силы контактного нажатия

      Н,       

где 0,7 кг/мм² - удельное давление в контактирующих частя

       мм².

     4.2 Переходное сопротивление контактирующих  поверхностей

       Ом, где      =0.24*10^-3- коэффициент, зависящий от материала и состояния поверхности контактирующих поверхностей;

     4.3 Омическое сопротивление контакта

 Ом,

где   мм - длина контактного соединения.

     4.4 Переходное сопротивление контакта

   _Ом.

     4.5 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  S_K =2*(а+b)*l=3.2*10^-4 , м² - полная наружная поверхность контактного соединения.

     5. Расчет коммутирующих контактов.       5.1 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=2,4 10^-8 (В/мк)² - число Лоренца;

Нb=11*10⁸ Н/м² твердость контактной поверхности по Бринеллю;

     5.2 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.

     5.3 Расчет нагрева контактов в номинальном режиме.   5.3.1 Расчет падения напряжения в токоведущем контуре аппарата при замкнутых коммутирующих контактах.

       мВ.

     5.3.2 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 t_{k. пл} > 0,09 ⁰c. Сравниваем с допустимым значением  0,1 ⁰с > 0,09 ⁰c, Условие выполняется.

     5.3.3 Расчет температуры контактной площадки

       ⁰c

       ⁰c

     Сравнивая с  получим:  54.67 120 ⁰c Условия выполняется. 

     5.4 Расчет износа контактов        5.4.1 Расчет удельного массового износа

 где  =2 - коэффициент неравномерности;

        = 0,2 - опытный коэффициент износа;

       =0,2 - опытный коэффициент износа;

        n = 6 - кратность тока отключения.

     5.4.2 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 0,5 0,75 от первоначальной толщины.

     5.5 Провал контакта

       м³.

     5.6 Расчет короткого замыкания       5.6.1 Расчет начального тока сваривания

      А,

где   , А/кгс^0,5 - коэффициент, выбирается из таблицы в зависимости от конструкции контактов и формы их поверхности.

     5.6.2 Расчет тока приваривания контактов.

       А.

     5.6.3 Расчет площади S_O и силы электродинамического отталкивания

       м²,

 где  = 383*10⁶ Н/м²- удельное сопротивление материала контактов смятию.

       Н. 

     Выполняться условие  .

      6. Описание устройства и работа аппарата

     6.1.Вентиляционные установки

      Центробежные  вентиляторы являются основным элементом  различных вентиляционных установок.          Они обеспечивают технический процесс производства подача газа в рабочие объемы и условия трудовой деятельности кондиционеры, обще цеховая система вентиляции.          Вентиляционные установки достаточно просто поддаются автоматизации по сигналам изменения режима и регулирования на них без участия обслуживающего персонала путем переключения в схемах управления.            Это позволяет задачи обслуживающего персонала свести к периодическому контролю за установками и плановой профилактике.   Основным параметром регулирования таких установок, на который надо воздействовать, является угловая скорость проводного электродвигателя.           Это наглядно представлено на рисунке 2.2-1.      Процесс регулирования сводится к изменению количества воздуха на выходе вентиляционной установки и, в конечном итоге, к выполнению соотношении:

      ;  ;  .

Где Q1, М1 и Р1 – новые значения производительности вентиляционной установки, момента и мощности на валу приводного электродвигателя.  Производительностью ВУ можно регулировать следующими способами:            1) изменением скорости приводного ЭД (для среднего диапазона регулирования).           2) изменением количества работающих вентиляторов на общую магистраль (для широкого диапазона регулирования).     3) изменением сопротивления воздушной магистрали ( прикрытие задвижки, для местного подрегулирования).      4) поворотом лопастей рабочего колеса.