Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Электрооборудование и электроснабжение : проектирование электропривода прокатных агрегатов

Покупка
Артикул: 754035.01.99
Доступ онлайн
2 000 ₽
В корзину
Приведены основные сведения об источниках и системах электроснабжения заводов и цехов, принципах оценки состояния электрооборудования цеха, методике расчета и выбора электроприемников, определения загрузки электродвигателей и выбора мощности трансформаторов, а также краткие сведения о системах управления электроприводом и мероприятиях по экономии электроэнергии. Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлениям 051300 «Металлургия» (специальность 1106 «Обработка металлов давлением») и 051600 «Технологические машины и оборудование» (специальность 1703 «Металлургические машины и оборудование»). Могут быть полезны для студентов других направлений и специальностей.
Фединцев, В. Е. Электрооборудование и электроснабжение : проектирование электропривода прокатных агрегатов : методические указания к дипломному проектированию / В. Е. Фединцев, Ф. И. Маняхин. - Москва : ИД МИСиС, 2002. - 47 с. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1244250 (дата обращения: 21.07.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
 
Кафедра электротехники и микропроцессорной электроники 

В.Е. Фединцев, Ф.И. Маняхин 

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
И ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ 

Проектирование электропривода 
прокатных агрегатов 

Методические указания  
к дипломному проектированию 
для студентов специальностей 110600, 170300 

МОСКВА 2002

№ 1443

 

 

УДК 621.3 
 
Ф 32 

Ф 32  Фединцев В.Е., Маняхин Ф.И. Электрооборудование и электроснабжение: Проектирование электропривода прокатных 
агрегатов: Метод. указания к дипломному проектированию. 
М.: МИСиС, 2002. – 47 с. 

Приведены основные сведения об источниках и системах электроснабжения заводов и цехов; принципах оценки состояния электрооборудования цеха; методике расчета и выбора электроприемников, определения 
загрузки электродвигателей и выбора мощности трансформаторов; а также 
краткие сведения о системах управления электроприводом и мероприятиях 
по экономии электроэнергии. 
Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлениям 051300 «Металлургия» (специальность 1106 «Обработка металлов давлением») и 051600 «Технологические машины и оборудование» (специальность 1703 «Металлургические машины и оборудование»). 
Могут быть полезны для студентов других направлений и специальностей. 
 

 Московский государственный 

институт стали и сплавов 
(Технологический университет) 
(МИСиС) 2002

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение .................................................................................................... 5 
1. Общие вопросы электроснабжения металлургического завода и 
цеха ....................................................................................................... 7 
2. Краткая характеристика электрооборудования цеха ...................... 10 
3. Расчет мощности и обоснование выбора типа 
электроприемника ............................................................................. 13 
3.1. Выбор электродвигателей ........................................................... 13 
3.1.1. Выбор электродвигателей по роду тока ............................. 13 
3.1.2. Выбор электродвигателей по мощности ............................ 14 
3.1.3. Выбор электродвигателей по частоте вращения ............... 15 
3.1.4. Выбор электродвигателей по степени защиты и 
конструктивному исполнению ............................................ 16 
3.1.5. Выбор типа электродвигателей ........................................... 20 
3.2. Выбор индукционных нагревательных установок ................... 22 
3.3. Основы расчета и выбора электрических печей 
сопротивления ............................................................................. 24 
3.4. Установки электроконтактного нагрева .................................... 24 
4. Определение коэффициента загрузки электродвигателей, 
присоединенной, фактической и установленной мощности 
производственного агрегата ............................................................. 26 
5. Функциональная схема автоматизированного электропривода 
производственного агрегата ............................................................. 29 
5.1. Аппаратура для защиты электродвигателей ............................. 29 
5.2. Системы управления двигателями постоянного тока .............. 32 
5.3. Системы управления асинхронными двигателями .................. 34 
6. Расчет электрических нагрузок цеха. Выбор числа и мощности 
трансформаторных подстанций ....................................................... 36 
7. Мероприятия по экономии электроэнергии ..................................... 39 
8. Пример выполнения раздела «Электрооборудование и 
электроснабжение» дипломного проекта по реконструкции 
проволочного прокатного стана «150» ............................................ 40 
8.1. Электроснабжение завода и цеха ............................................... 40 
8.2. Краткая характеристика электрооборудования цеха ............... 41 
8.3. Расчет мощности и выбор типа двигателя блока клетей ......... 42 

8.4. Определение коэффициента загрузки электродвигателей, 
присоединенной, фактической и установленной мощности 
стана «150» .................................................................................. 44 
8.5. Функциональная схема автоматизированного 
электропривода ........................................................................... 45 
8.6. Мероприятия по экономии электроэнергии .............................. 47 
9. Библиографический список ............................................................... 48 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Современные металлургические цехи содержат большое количество электрооборудования. Так, например, непрерывные широкополосные станы содержат более 2000 электродвигателей, мощностью от сотен ватт до 12600 кВт. Поэтому рациональное проектирование и реконструкция таких цехов требуют комплексной проработки механического и электротехнического оборудования.  
Выбор электродвигателей, схем управления, блокировок, 
сигнализации и схемы распределения электроэнергии являются основными вопросами, рассматриваемыми при проектировании электропривода. 
При проектировании электрооборудования необходимо учитывать новейшие достижения науки и техники в области электропривода металлургических предприятий. 
Основной задачей проектирования является выбор таких технических решений, которые бы отвечали требованиям, изложенным 
в действующих «Правилах устройств электроустановок», правилах 
пожарной безопасности, указаниям по проектированию силового 
оборудования, автоматики и отличались бы наилучшими техникоэкономическими показателями. 
Для выполнения электротехнической части дипломного проекта уже в период прохождения преддипломной практики студент 
должен собрать необходимые сведения о режимах работы производственных механизмов, технических характеристиках токоприемников, о категориях предприятий по надежности электроснабжения и 
подготовить ответы на другие вопросы, связанные с электрооборудованием, электроснабжением, силовым оборудованием и освещением. 
В данных методических указаниях освещены вопросы, которые должны быть рассмотрены в разделе «Электрооборудование и 
электроснабжение», а также комментарии к ним. Однако эти вопросы могут быть изменены в зависимости от темы дипломного проекта. 

Далее приводится краткий перечень вопросов, подлежащих 
разработке в разделе «Электрооборудование и электроснабжение» 
дипломного проекта. 
1. Электроснабжение завода и цеха (источники электроэнергии, напряжение, количество и тип трансформаторных подстанций 
завода и цеха, род тока и величина напряжений, принятых в цехе, 

коэффициент мощности по цеху). Категории потребителей электроэнергии цеха по надежности электроснабжения. 
2. Техническая характеристика электрооборудования цеха. 
Краткое описание состояния электрооборудования и его соответствие современному уровню развития техники. Обоснование замены 
устаревшего оборудования или выбора электроприемников для проектируемых установок. 
3. Расчет мощности и выбор типа электроприемника (электродвигателей, индукторов, печей сопротивления и др.) для проектируемого производственного механизма или проверка по мощности 
действующего оборудования при разработке нового технологического режима. 
4. Определение коэффициента загрузки электродвигателей, 
присоединенной и установленной мощности основного производственного агрегата (прокатных, трубных и волочильных станов и др.) с 
обоснованием отклонения их значений от нормативных параметров. 
5. Функциональная схема автоматизированного электропривода или системы автоматизации производственного агрегата, реконструкция или модернизация которого производится в дипломном 
проекте. Краткое описание схемы. 
6. Расчет электрических нагрузок цеха. Компенсация коэффициента мощности. Выбор числа и мощности трансформаторных 
подстанций. Определение мощности на шинах высокого напряжения. 
7. Мероприятия по экономии электроэнергии.  

Эти вопросы подробно рассматриваются в последующих разделах, где приводятся методики и примеры расчетов в соответствии с 
конкретными темами дипломных проектов. 

1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ЗАВОДА И ЦЕХА 

Современный металлургический завод – это мощный потребитель электроэнергии, суммарная установленная мощность которого достигает 1200 МВт. Завод получает электроэнергию из сети районных энергосистем напряжением 110, 220 или 330 кВ. Источниками 
электроэнергии являются тепловые, атомные электростанции и гидроэлектростанции. На заводах с полным металлургическим циклом 
используется вспомогательный источник электроэнергии – теплоэлектроцентраль (ТЭЦ), назначение которой заключается в выработке пара и резервировании электропитания наиболее ответственных 
потребителей. При отсутствии ТЭЦ в качестве резервного источника 
используются дизельные электростанции. 
Передача электроэнергии от источника к потребителю осуществляется через систему электроснабжения. Заводская система 
электроснабжения начинается, как правило, с главной понизительной 
подстанции (ГПП), на которой высокое напряжение районной энергосистемы понижается до напряжения 10 или 6 кВ внутренней распределительной сети. Для распределения электроэнергии по цехам и 
службам завода используются радиальные, магистральные линии и 
глубокий ввод высокого напряжения. Выбор типа линии производится в зависимости от числа и взаимного расположения цеховых подстанций или других электроприемников по отношению к питающему 
пункту. 
К крупным потребителям, к которым относятся и некоторые 
прокатные цеха, электроэнергия напряжением 110 или 220 кВ подводится по радиальным линиям. В этом случае ГПП устанавливается 
непосредственно на территории цеха. 
Для питания низковольтных потребителей применяются комплектные 
трансформаторные 
подстанции 
(КТП) 
напряжением 
10(6)/0,4/0,23 кВ, в стандартный ряд мощностей которых входят следующие значения: 100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500 кВА. 

Системы электроснабжения должны обеспечивать потребителей надежным и бесперебойным питанием электроэнергией надлежащего качества. В правилах устройства электроустановок (ПУЭ) 
все потребители (приемники) по надежности электроснабжения подразделяются на три категории. 

К 1-й категории относятся приемники, для которых перерыв 
в электроснабжении связан с опасностью для жизни людей, значительным материальным ущербом, браком продукции, порчей оборудования или длительным расстройством технологического процесса. 
Потребителей 1-й категории на металлургических заводах около 
25 %. Перерыв в подаче электроэнергии таким потребителям допускается не более 1,5 с. Системы электроснабжения потребителей 1-й 
категории обязательно резервируются. К потребителям этой категории относятся доменные и электросталеплавильные цеха, воздуходувки, насосы водоснабжения, непрерывные широкополосные станы, 
нагревательные методические печи и др. 
К потребителям 2-й категории относятся электроприемники, 
для которых перерыв в электроснабжении связан с существенным 
снижением выпуска продукции, простоем большого числа людей и 
механизмов. Основная масса потребителей на заводах относится ко 
2-й категории (около 70 %). К этой категории относятся прокатные, 
трубные и другие цеха основного производства. Допускается резервирование систем электроснабжения, отключение электроэнергии на 
время ручного ввода резерва. 
К 3-й категории относятся все цеха несерийного производства, желдорцех, депо, склады, вспомогательные объекты, не относящиеся к потребителям 1-й и 2-й категорий. Допустимый перерыв в 
подаче электроэнергии соответствует длительности ремонта системы 
электроснабжения. 
Основными потребителями электроэнергии в прокатных, 
трубных, кузнечно-прессовых и других цехах являются электродвигатели. Мощные синхронные и асинхронные двигатели выполняются 
с высоким номинальным напряжением 10 или 6 кВ и подключаются 
к шинам с соответствующим напряжением. Двигатели постоянного 
тока главных приводов прокатных и трубных станов питаются от 
электромашинных или тиристорных преобразователей. Синхронные 
(асинхронные) двигатели электромашинных преобразователей имеют высокое номинальное напряжение. В состав тиристорных преобразователей входят понижающие трансформаторы с первичным напряжением 10 или 6 кВ. 
В металлургических цехах имеется большое количество 
асинхронных двигателей средней и малой мощности. Такие двигатели выполняются на напряжение 380/220 В и подключаются к КТП 
напряжением 10(6)/0,4/0,23 кВ. 

Большую мощность потребляют установки для электронагрева металла: индукционные печи, печи сопротивления и устройства 
электроконтактного нагрева. 

2. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА 
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ЦЕХА 

Основными электроприемниками в металлургических цехах 
являются электродвигатели, индукционные печи, печи сопротивления и установки электроконтакторного нагрева. Наибольшее распространение в цехах ОМД нашли электродвигатели, так как являются 
основным средством механизации и автоматизации производства. 
Дипломник должен дать оценку состояния электрооборудования и его соответствие современному уровню развития. В этом 
разделе приводится техническая характеристика электрооборудования цеха (участка) (таблицы 2.1, 2.2). 
Номинальные параметры электрооборудования: 
Рн, Uн, Iн – номинальные мощность, напряжение и ток, соответственно; 
nн, nmax – номинальная и максимальная частота вращения 
двигателя, соответственно; 
λ = Imax/Iн = Mmax/Mн – перегрузочная способность двигателя; 
Imax, Mmax – максимальные ток и момент двигателя; 
ηн – номинальный КПД двигателя; 
mДст
2, mДд
2 – маховой момент производственного механизма 
и двигателя, соответственно; 
uред – передаточное число редуктора; 
а, b – ускорение и замедление привода, соответственно; 
ПВ – продолжительность включения, ПВ = (tр/tц) ∙ 100 %; 
tр, tп, tц – время работы, паузы и цикла, соответственно; 
tц = tр + tп; 
cosϕ – коэффициент мощности электроприемника. 

Таблица 2.1 

Параметры главного электропривода прокатного стана 

Номер 

клети

Тип 
двигателя 

Рн, 
кВт

Uн, 
В 
Iн, 
А 

nн/nmax
, 
об/мин 

λ

ηн
, 
% 

mДд
2

, тм2 
mДст
2

, тм2 

а, 
об/ 
мин/с

b, об/ 
мин/с uред
при
nн 
при 
nmax

Таблица 2.2 

Техническая характеристика электрооборудования 
вспомогательных механизмов 

Название 
механизма

Тип

двигателя

Рн, 
кВт
Uн, В Iн, А 
n,

об/мин ηн, % cosϕ f, Гц ПВ, %

В качестве примера оценки состояния электрооборудования 
рассмотрим привод широкополосного стана «2800». В состав стана 
входят две реверсивные клети: двухвалковая и четырехвалковая. В 
приводе обоих клетей используются двигатели постоянного тока 
1959-го года выпуска. Питание двигателей производится от генераторов постоянного тока с приводными синхронными двигателями. Как 
известно, основной недостаток подобной системы генератор –
двигатель заключается в низком КПД и большой инерционности. 
Системы управления, контроля, защиты и сигнализации построены с 
использованием аналоговых элементов и релейно-контакторной аппаратуры. 
Регулируемый привод индивидуальных рольгангов, правильной машины, нажимных устройств выполнен с использованием двигателей постоянного тока. В нерегулируемых приводах других механизмов используются асинхронные двигатели с короткозамкнутым 
или фазным ротором. Все электроприводы обслуживаются с пультов 
управления, расположенных на установленных в цехе постах управления. 
Анализ состояния электрооборудования цеха показывает, что 
оно физически изношено и морально устарело. 

При реконструкции цеха следует учесть новейшие разработки российских и иностранных фирм. В главном приводе мощных реверсивных станов российские фирмы применяли двигатели постоянного тока (ДПТ), в то время как зарубежные фирмы («Simens» и др.) 
широко используют синхронные двигатели (СД) с номинальной частотой меньше 50 Гц. Для регулирования скорости ДПТ применяются 

тиристорные преобразователи постоянного тока, синхронных двигателей – преобразователи частоты с непосредственной связью. 
В электроприводе вспомогательных механизмов в основном 
используются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором 
и преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного 
тока (с инвертором). Преобразователи частоты выполняются на тиристорах или IGBT-транзисторах. 
Системы управления строятся на бесконтактных элементах 
(аналоговых и цифровых). Релейно-контакторная аппаратура заменяется логическими элементами в интегральном исполнении. Вместо 
силовых коммутационных аппаратов (магнитных пускателей) следует применять бесконтактные тиристорные пускатели. Системы автоматизации выполняются на микропроцессорах и других программируемых устройствах. 
Регулирование электроприводов постоянного тока осуществляется по принципу подчиненного регулирования параметров с аналоговой обработкой сигналов. Поэтому системы управления с последовательной коррекцией необходимо строить на интегральных операционных усилителях. В качестве датчиков частоты вращения используются тахогенераторы с постоянными магнитами или импульсные датчики скорости. В электроприводах переменного тока применяются системы векторного управления. 

Доступ онлайн
2 000 ₽
В корзину