Выбор осветительных приборов

ВЫБОР ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

В электрической части выпускной квалификационной работы по энергообеспечению производится выбор электрооборудования:электродвигателей, электрических генераторов, вращающихся или статических преобразователей, трансформаторов, электрических аппаратов распределительных устройств, щитов и пультов управления, проводов и жил кабелей и другого вспомогательного оборудования.

Мощность, тип, аппаратура управления и защиты электродвигателей производственных механизмов определяются из условий оптимального обеспечения технологических процессов.

Расчет мощности электродвигателей, других потребителей электроэнергии необходим и для определения расчетных нагрузок проектируемой системы электроснабжения.

Мощность и тип электродвигателей

Выбор электродвигателей производится по роду тока и напряжению, конструктивному исполнению и способу монтажа, уровню вибрации и шума, режиму работы, возможности регулирования скорости, условий обслуживания.

Выбор электродвигателя недостаточной мощности может привести к нарушению заданного технологического цикла и снижению производительности рабочей машины. При этом происходит повышенный нагрев и ускоренное старение изоляции двигателя. Это ведет к преждевременному выходу его из строя, нарушениютехнологических процессов, экономическим потерям.

Завышенная мощность электродвигателя повышает его стоимость, ведет к работе электропривода с низким КПД и снижению коэффициента мощности cosφ, увеличивает потери мощности в системе электроснабжения предприятия, ведет к повышению капитальных затрат. Таким образом, надежность работы электропривода и его экономичность зависят от правильного выбора мощности электродвигателя.

Основными критериями выбора двигателя по мощности являются температура его обмоток и способность двигателя нормально обеспечивать пуск и работу при максимальных нагрузках. Для оценки нагрева используются косвенные методы эквивалентных величин: тока, момента, мощности.

Выбор электродвигателя рекомендуется производить в следующем порядке:

– определяется расчетная мощность на валу Р_расч;

– предварительно выбранный по каталогу двигатель с Р_{ном. дв} ≥ Р_расч и n_ном проверяется по условиям пуска и перегрузочной способности;

– параллельно решаются вопросы по выбору типа, исполнения, способа пуска и регулирования скорости электродвигателя.

Расчет мощности электродвигателя в общем случае на практике производится по нагрузочной диаграмме (определяется эквивалентный момент) и диаграмме скорости (тахограмме) исполнительного органа рабочей машины [1, 2, 3].

Нагрузочная диаграмма приводимого механизма представляет собой график статического момента нагрузки, приведенного к валу двигателя во времени – М_с(t). Эта диаграмма рассчитывается на основании технологических данных, характеризующих работу машин и механизмов, и параметров механической передачи. Диаграмма скорости исполнительного органа рабочей машины после приведения представляет график изменения скорости вала двигателя во времени ω(t).

Ниже на рис. 1.1 приведен пример тахограммы с участками разгона (t_р), движения с установившейся скоростью (t_у), торможения (t_т) и паузы (t_о).

Время цикла t_р = t_п + t_у + t_т + t_о = t₁ + t₂,

М1 t1

где t₁ и t₂ – определяют время работы исполнительного механизма с моментами нагрузки М₁ и М₂.

Рис. 1.1. Пример тахограммы

Определение расчетной мощности двигателя

Р_расч = М_расч ω_расч = К_з М_сэ ω_уст.

Эквивалентный момент нагрузки находят как среднеквадратичную величину

,

где М_сi и t_i – соответственно моменты и длительности участков нагрузочной диаграммы.

Примеры определения момента нагрузки для вентилятора имеханизма подъемной лебедки приведены в прил. 1.

По расчетной мощностии каталогам выбирается двигатель с Р_ном ≥ Р_расч. Двигатель по роду и значению напряжения должен соответствовать параметрам сети или силовых преобразователей, к которым он подключается; по конструктивному исполнению – условиям его компоновки с исполнительным органом и способом крепления на рабочей машине, а по способу вентиляции и защиты от действия окружающей среды – условиям его работы.

Далее выбранный двигатель проверяется по перегрузочной способности и по условиям пуска. Для этого используется уравнение движения электропривода М = М_с + Jdω/dt = М_с + М_дин.

Динамический момент определяется суммарным приведенным моментом инерции J и заданным ускорением dω/dt.

При линейных графиках разгона и торможения (см. рис. 1.1)

М_дин.р = Jω_у/t_р и М_дин.т = – Jω_у/t_т. Должны выполняться условия: М_{max дв} ≥ М и

М _{пуск. дв} ≥ М.

Если условия выполняются, то двигатель обеспечивает заданное ускорение на участке разгона, устойчивую работу при набросах нагрузки.

М_{max дв} и М _{пуск. дв} определяются по данным каталога и номинальному моменту двигателя:

М_ном = Р_ном/ω_ном = 9,55Р_ном(Вт)/n_ном(об/мин).

При работе с постоянной и продолжительной нагрузкой при проверке выбранных двигателей по нагреву расчеты по определению их нагрева не производятся. Установленная (номинальная) мощность электродвигателей длительного режима работы равна паспортной мощности.

Ниже приводятся формулы по выбору электродвигателей для характерных приводимых механизмов, используемых в промышленной теплоэнергетике. На основании заданных параметров механизмов определяется мощность на валу и осуществляется выбор по каталогам электродвигателя и всей установки [1, 4, 5, 6].

Мощность двигателя для насоса, кВт:

, (1.1)

где К_з – коэффициент запаса (1,1–1,4);

g – вес жидкости, Н/м³ (для холодной воды 9810 Н/м³);

Q_н – производительность насоса, м³/с;

Н_н – напор насоса, м;

h_н – КПД насоса (принимают для центробежных насосов с давлением 39000 Па равным 0,6–0,75; с давлением ниже 39000 Па равным 0,3–0,6; желательно h_н определять по данным каталогов);

h_п – КПД передачи (без редукторов h_п = 1).

Пример определения мощности двигателя для поршневого насоса приведен в прил. 2.

Мощность двигателя поршневого компрессора, кВт:

, (1.2)

где К_з = 1,1–1,2;

Q_к – производительность компрессора, м³/с;

h_к – КПД компрессора (0,6–0,8);

h_п – КПД передачи;

В_к – работа, затрачиваемая на сжатие 1 м³ воздуха до заданного рабочего давления поршневого компрессора Р_к, принимается по табл. 1.1.

Таблица 1.1

Определение В_к

Мощность электродвигателя вентилятора, кВт:

, (1.3)

где К_з = 1,1–1,6;

Q_в – производительность вентилятора, м³/с;

Н – давление, Па;

h_в – КПД вентилятора, находят по каталогам (для осевых вентиляторов h_в = 0,8–0,9 и для центробежных h_в = 0,6–0,85);

h_п – КПД передачи (для клиноременной передачи h_п = 0,92–0,94; для плоскоременной h_п = 0,87–0,9).

В электроприводе используются двигатели постоянного тока (ДПТ), асинхронные двигатели (АД) и синхронные двигатели.

Электропривод с трехфазным АД является самым массовым приводом в промышленности, коммунальном и сельском хозяйстве. В основную общепромышленную серию 4А входят АД самых различных модификаций и конструктивных исполнений с мощностью от 0,06 до 400 кВт и высотами осей вращения от 50 до 355 мм. Для крановых механизмов производятся АД серий МТF (с фазным ротором) и МТКF (с короткозамкнутым ротором). Для металлургического производства – АД серий МТН (с фазным ротором) и МТКН (с короткозамкнутым ротором). Крановые и металлургические АД новой серии 4МТ отличаются улучшенными технико-экономическими показателями работы, расширенной шкалой мощностей и более высоким уровнем стандартизации. АД серии АИ с мощностью от 0,75 до 160 кВт имеют унифицированные по международным стандартам параметры. Производятся АД серий В и ВА для работы во взрывоопасных и пожароопасных средах. Для комплектации ЭП большой мощности выпускаются АД серий АН-2 (до 2 МВт), АВ (до 8 МВт), ДАЗО (до 1,2 МВт) и ряд других. В настоящее время выпускаются АД новых серий: РА, 5 и 6А.

Для массовой серии 4А применяется следующая структура условных обозначений, состоящая из 8 групповых знаков [5]:

В скобках для примера указан типоразмер двигателя 4АН180М4У3.

1 – Название серии.

2 – Исполнение серии по способу защиты: буква Н – исполнение IP23, отсутствие буквы – исполнение IP44.

3 – Исполнение по материалу станины и щитов (буква):

А – алюминиевые,

Х – станина алюминиевая, щиты чугунные или наоборот,

отсутствие буквы – станина и щиты чугунные или стальные.

4 – Высота оси вращения (цифры), мм.

5 – Код установочного размера по длине станины:

S – меньший, M – средний, L – больший.

6 – Код длины сердечника:

А – меньшая при сохранении установочного размера,

Б – большая при сохранении установочного размера,

отсутствие буквы – только одна длина при данном установочном размере.

7 – Число полюсов (одна или две цифры).

8 – Климатическое исполнение (до трех букв) и категория размещения (цифра) по ГОСТ 15150-69.

Параметры двигателя находятся по каталогу, например: мощность – 37 кВт, синхронная частота вращения – 1500 об/мин, скольжение – 2,1; КПД – 90,5 %; cosφ = 0,89; М_max/М_ном = 2,2; М_п/М_ном = 1,2; M_min/М_ном = 1; I_п/I_ном = 6,5.

Электропривод с трехфазными синхронными двигателями (СД) имеет высокие технико-экономические показатели работы: абсолютно жесткую механическую характеристику, менее подвержен колебаниям напряжения сети, обладает способностью работать с опережающимкоэффициентом мощности(cosφ) и генерировать в сеть реактивную мощность. КПД у СД на 1–1,5 % выше, чем у АД (до 98 %). СД имеют возможность регулировать перегрузочную способность посредством изменения тока возбуждения. Воздушный зазор у СД довольно значительный, поэтому их характеристики и свойства мало зависят от износа подшипников и неточности монтажа ротора. Но они дороже АД и должны иметь систему возбуждения. Для общего применения выпускаются двигатели серий СД2 и СД3 (мощностью от 132 до 1000 кВт), СДН-2 и СДН-3 (мощностью от 315 до 4000 кВт). Для вертикальных насосов выпускаются двигатели ВДС, ВДС2 (4–12,5 МВт) и ВСДН (0,63–3,2 МВт). Производятся двигатели серий СДК, СДКП (для работы во взрывоопасных зонах), СДКМ (для привода аммиачных поршневых компрессоров). Двигатели неявнополюсные серий СТД и ТДС используют для электропривода нефтяных насосов и газовых компрессоров.

Установленная (номинальная) мощность электродвигателей длительного режима работы равна паспортной мощности.

Для двигателей повторно-кратковременного режима номинальная мощность приводится к длительному режиму

, (1.4)

где Р_п и ПВ – соответственно паспортные мощность и продолжительность включения.

Крановая установка при определении нагрузок рассматривается как один электроприемник. При этом мощности всех двигателей складываются.

Для сварочных машин и трансформаторов электропечей номинальная мощность [7]

. (1.5)

Выбор осветительных приборов

Теория освещения основывается на волновой теории излучения и спектральном анализе. Частота ν и длина волны λ в пространстве связаны соотношением ν = с/λ, где с – скорость света (3∙10⁸ м/с).

Человеческие глаза воспринимают только узкую полосу видимого излучения с диапазоном длин волн от 0,38 до 0,78 мкм (спектр частот 7,9 –

3,8 ∙10¹⁴ Гц). Это является одной из основных причин того, что энергетический КПД электроосветительных установок (отношение светового излучения к потребляемой мощности) низок.

Осветительные приборы (ОП) состоят из двух главных частей – источника света (ИС) и оптического устройства (ОПУ), которые перераспределяют световой поток источника в пространстве. ОП делятся на приборы ближнего и дальнего действия, соответственно на светильники (СВ) и прожекторы (ПР). ОП характеризуются мощностью источника света, кривой силы света, напряжением сети, размерами. КПД ОП равно отношению полезного светового потока Ф_п.св к световому потоку источника Ф_л.

Световой поток источника света или мощность излучения измеряется в люменах (лм). Стеариновая свеча дает 10–15лм, а лампа накаливания 40 Вт – 340 лм. Удельной характеристикой ИС является световая отдача, измеряемая числом люменов на 1 Вт (лм/Вт).

Для потребителей основной величиной, характеризующей качество освещения, является освещенность – плотность светового потока на освещаемой поверхности: Е = Ф/S [размерность – лк(люкс) = лм/м)].

Электрическое освещение подразделяется на рабочее, охранное, аварийное, эвакуационное. Рабочее освещение следует устанавливать во всех помещениях, а также на участках территорий, где производятся работы, движется транспорт.

Проектирование осветительных установок производится в следующем порядке: определяется нормированная освещенность, качественные показатели освещения, выбор системы освещения, выбор типов источников освещения и светильников с учетом технико-экономических показателей и необходимого спектрального анализа, их размещение, расчет мощности и поверочные расчеты на минимальную освещенность [8].

Выбор освещенности связан с соблюдением санитарных правил и норм, со строительными нормами и правилами СНиП 23-05-95 в зависимости от разряда, характеристики зрительной работы, наименьшего размера объекта различения. Освещение проектируется двух систем: общее и комбинированное, когда к общему добавляется местное, в том числе рабочих мест.

При выборе источников освещения необходимо учитывать характеристики ламп (табл. 1.2) исходя из их экономичности, правильной передачи цветов освещаемых объектов, удобства эксплуатации и с учетом рекомендаций по экономии электроэнергии в осветительных приборах, которые представлены ниже.

Выбор конструкции светильников должен производиться в соответствии с условиями окружающей среды [8, 9].

Таблица 1.2

Характеристика источников света