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 станов

Покупка
Артикул: 754587.01.99
Доступ онлайн
2 000 ₽
В корзину
Методические указания предназначены для выполнения раздела «Электрооборудование и электроснабжение» дипломного проекта. 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. Указания предназначены для студентов, обучающихся по направлениям 150100 «Металлургия» (профиль 150106 «Обработка металлов давлением») и 150400 «Технологические машины и оборудование» (профиль 150404 «Металлургические машины и оборудование»). Могут быть полезны студентам других направлений и специальностей.
Фединцев, В. Е. Электрооборудование и электроснабжение : проектирование электропривода прокатных станов : методические указания / В. Е. Фединцев, Ф. И. Маняхин, М. С. Анисимова. - 2-е изд., перераб. и доп. - Москва : Изд. Дом МИСиС, 2008. - 48 с. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1247081 (дата обращения: 23.06.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
№ 1140

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Кафедра электротехники и микропроцессорной электроники

В.Е. Фединцев
Ф.И. Маняхин
М.С. Анисимова

Электрооборудование 
и электроснабжение

Проектирование электропривода
прокатных станов

Методические указания

Рекомендовано редакционноиздательским
советом университета

2е издание, переработанное и дополненное

Москва   Издательский Дом МИСиС
2008

УДК 621.3 : 621.77 
 
Ф32 

Р е ц е н з е н т  
проф. С.М. Ионов 

Фединцев В.Е., Маняхин Ф.И., Анисимов М.С. 
Ф32  
Электрооборудование и электроснабжение. Проектирование 
электропривода прокатных станов: Метод. указ. – 2-е изд., перераб. 
и доп. – М.: Изд. Дом МИСиС, 2008. – 48 с. 

Методические указания предназначены для выполнения раздела «Электрооборудование и электроснабжение» дипломного проекта. 
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. 
Указания предназначены для студентов, обучающихся по направлениям 
150100 «Металлургия» (профиль 150106 «Обработка металлов давлением») и 
150400 «Технологические машины и оборудование» (профиль 150404 «Металлургические машины и оборудование»). Могут быть полезны студентам 
других направлений и специальностей. 

© Государственный технологический  
университет «Московский институт 
стали и сплавов» (МИСиС), 2008 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение...................................................................................................................4 
1. Общие вопросы электроснабжения металлургического завода и цеха ...7 
2. Краткая характеристика электрооборудования цеха.................................9 
3. Расчет мощности и обоснование выбора  типа электроприемника .......11 
3.1. Выбор электродвигателей.......................................................................11 
3.1.1. Выбор электродвигателей по роду тока .....................................11 
3.1.2. Выбор электродвигателей по мощности.....................................12 
3.1.3. Выбор электродвигателей  по частоте вращения ......................13 
3.1.4. Выбор электродвигателей по степени защиты и 
конструктивному исполнению ..............................................................14 
3.1.5. Выбор типа электродвигателей ...................................................17 
3.2. Выбор индукционных нагревательных установок.............................19 
3.3. Основы расчета и выбора электрических печей сопротивления.....22 
3.4. Установки электроконтактного нагрева...............................................23 
4. Определение коэффициента загрузки электродвигателей, 
присоединенной, фактической и установленной мощности 
производственного агрегата ...........................................................................24 
5. Функциональная схема автоматизированного электропривода 
производственного агрегата ...........................................................................27 
5.1. Аппаратура для защиты электродвигателей........................................27 
5.2. Системы управления двигателями постоянного тока .......................30 
5.3. Система двухзонного регулирования скорости ДПТ ........................32 
5.4. Системы управления асинхронными двигателями............................33 
6. Расчет электрических нагрузок цеха. Выбор числа и мощности 
трансформаторных подстанций .....................................................................35 
7. Мероприятия по экономии электроэнергии .............................................38 
8. Пример выполнения раздела «Электрооборудование и 
электроснабжение» дипломного проекта при реконструкции 
проволочного прокатного стана 150..............................................................39 
8.1. Электроснабжение завода и цеха...........................................................39 
8.2. Краткая характеристика электрооборудования цеха.........................40 
8.3. Расчет мощности и выбор типа двигателя блока ...............................41 
8.4. Определение коэффициента загрузки электродвигателей, 
присоединенной, фактической и установленной мощности стана 150....43 
8.5. Функциональная схема автоматизированного электропривода......43 
8.6. Мероприятия по экономии электроэнергии........................................46 
Библиографический список................................................................................46 
Приложение...........................................................................................................47 

Введение 

Современные металлургические цехи оснащены большим количеством электрооборудования. Так, непрерывные широкополосные 
станы имеют более 2000 электродвигателей мощностью от сотен ватт 
до 12 600 кВт. Поэтому рациональное проектирование и реконструкция таких цехов требуют комплексной проработки механического и 
электротехнического оборудования. 
Все вопросы, встречающиеся при проектировании, должны освещаться с непременным отражением новейших достижений науки и 
техники в области электропривода металлургических предприятий. 
Выбор электродвигателей, схем управления, блокировок, сигнализации и разработка схем распределения электроэнергии – основные 
вопросы, рассматриваемые при проектировании электропривода. 
Основной задачей проектирования является выбор таких решений, которые отвечали бы действующим «Правилам устройств электроустановок», пожарной безопасности, указаниям по проектированию силового оборудования, автоматики и отличались бы наилучшими технико-экономическими 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 и подготовить ответы на другие вопросы, связанные с электрооборудованием, электроснабжением, силовым оборудованием и освещением. Вопросы, рассматриваемые в разделе 
«Электрооборудование и электроснабжение», а также комментарии к 
ним, освещены в данном пособии. Однако эти вопросы не всегда являются обязательными и могут быть изменены в зависимости от темы дипломного проекта. 
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, принятые в цехе, коэффициент мощности по цеху). Категории потребителей электроэнергии 
цеха по надежности электроснабжения. 
2. Техническая 
характеристика 
электрооборудования 
цеха 
(табл. В1 и В2). Краткое описание состояния электрооборудования и 

его соответствие современному уровню развития техники. Обоснование замены устаревшего оборудования или выбора электроприемников для проектируемых установок. 

Таблица В1 

Параметры главного электропривода прокатного или трубного стана 

λ 

Номер клети 

Тип двигателя 

Рн, 
кВт

Uн, 
В 
Iн, 
А

nн/nmax, 
об/мин
при 
nн 
при 
nmax 

ηн, 
% 
mДд 2, 
т·м2 
mДст 2, 
т·м2 

а, 
об/

/мин/с

b, 
об/

/мин/с

uред

П р и м е ч а н и е:  Рн, Uн, Iн – номинальные мощность, напряжение и ток; 
nн, nmax – номинальная и максимальная частота вращения 
двигателя (для асинхронного двигателя nmax = no – синхронная частота вращения); 
λ – перегрузочная способность двигателя, λ = Mmax /Mн; 
ηн – номинальный к.п.д.; 
mДст
2, mДд
2 – маховой момент прокатного стана и двигателя; 
uред – передаточное число редуктора; 
а, b – ускорение и замедление привода. 

Таблица В2 

Техническая характеристика электрооборудования  
вспомогательных механизмов 

Механизм Тип электроприемника 
Рн, 
кВт 
Uн,
В 
Iн,
А 
n, 
об/мин 
ηн,
% 
cosϕ 
f, 
Гц 
ПВ, 
% 

П р и м е ч а н и е:  ПВ – продолжительность включения, ПВ = (∑ tрi / tц)100 %; 

tр, tп, tц – время работы, паузы и цикла, 
ц
р
п
1
1

;

m
N

i
t
t
t
=
+
∑
∑
 

cosϕ – коэффициент мощности электроприемника. 

3. Расчет мощности и выбор типа электроприемника (электродвигателей, индукторов печей сопротивления, установок электроконтактного нагрева 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 производствен
ного агрегата (прокатные, трубные и волочильные станы 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 технологического и 
электротехнического характера. Автоматизированные системы контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ). 

1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ЗАВОДА И ЦЕХА 

Современный металлургический завод – мощный потребитель 
электроэнергии, суммарная электрическая 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 которого заключается в выработке 
пара и резервировании питания наиболее ответственных потребителей. При отсутствии ТЭЦ в качестве резервного источника используют 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 10 или 6 кВ внутренней распределительной 
сети. Для распределения электроэнергии на заводе 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 цехи, электроэнергия напряжением 110 или 220 кВ подводится по радиальным линиям. В этом случае ГПП устанавливают непосредственно в районе цеха. 
Для питания низковольтных потребителей применяют 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. По надежности электроснабжения в правилах устройства 
электроустановок (ПУЭ) все потребители подразделяются на три категории. 
К 1-й категории относятся приемники, для которых перерыв в 
электроснабжении связан с опасностью для жизни людей, значи
тельным материальным ущербом, браком продукции, порчей оборудования или длительным расстройством технологического процесса. Таких потребителей на металлургических заводах около 
25 %. Перерыв в подаче электроэнергии допускается не более 1,5 с. 
Системы электроснабжения потребителей 1-й категории обязательно резервируются. К потребителям 1-й категории относятся доменные и электросталеплавильные цехи, 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 цехи основного производства. Допускается резервирование систем электроснабжения, отключение электроэнергии на 
время ручного ввода резерва. 
К 3-й категории относятся все цехи несерийного производства, 
железнодорожный цех, 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 др. 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 

В этом пункте приводится техническая характеристика электрооборудования цеха (участка). Дипломник должен дать оценку состояния электрооборудования и его соответствия современному 
уровню. В качестве примера рассмотрим электрооборудование широкополосного стана 2800 (табл. 2.1). 

Таблица 2.1 

Параметры главного электропривода прокатного стана 

λ 

Номер клети 

Тип 
двигателя 
Рн, 
кВт

Uн, 
В 
Iн,
А 
nн/nmax, 
об/мин при 
nн 
при 
nmax

ηн, 
% 
mДд
2, 
т⋅м2 mДст
2, 
т⋅м2 

а, 
об/

/мин/с

b, 
об/

/мин/с

uред

1 
2 
МП3500-30
МП7500-60

2580
5520

900
900

3250
6650

30/60 
60/120

2,2
2,5

1,0
1,0

– 
92

180 
275 
20 
100 
30 
30 
40 
40 
1 
1 

В состав стана входят две реверсивные клети: двух- и четырехвалковая. В приводе обеих клетей используются двигатели постоянного тока 1959 г. выпуска. Питание двигателей – от генераторов постоянного тока с приводными синхронными двигателями. Как известно, основной недостаток системы генератор–двигатель заключается в низком к.п.д. и большой инерционности. Системы управления, 
контроля, защиты и сигнализации построены на аналоговых элементах и релейно-контакторной аппаратуре. 
Регулируемый привод индивидуальных рольгангов, правильной 
машины, нажимных устройств выполнен с двигателями 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 широко используют синхронные двигатели (СД) 
с номинальной частотой меньше 50 Гц. Для регулирования скорости 

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

3. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА  
ТИПА ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКА 

3.1. Выбор электродвигателей 

3.1.1. Выбор электродвигателей по роду тока 

Выбор электродвигателей производится в зависимости от режима 
работы производственной машины. В приводе машин, не требующих 
регулирования скорости, рекомендуется применять электродвигатели 
переменного тока. 
Для привода производственных машин, требующих регулирования частоты вращения, выбор двигателей по роду тока следует производить по следующим соображениям: 
1. В зависимости от заданного режима работы машины, т.е. в соответствии с требованиями технологического процесса. 
2. В зависимости от заданных пределов регулирования частоты 
вращения и плавности регулирования. 
3. От характера нагрузки на валу производственного механизма и 
требований пуска. 
4. От условий эксплуатации и условий обслуживания электродвигателей. 
5. На основании технико-экономического сравнения возможных 
вариантов системы электропривода. При выборе типа привода прежде всего должна быть проверена технико-экономическая целесообразность применения асинхронных и синхронных электродвигателей. 
В настоящее время рекомендуется выбирать электродвигатели с 
номинальным напряжением 380 или 660 В переменного тока и 220 
или 440 В постоянного тока на низком напряжении, а на высоком 
напряжении использовать двигатели на 6 или 10 кВ. В сетях напряжением 380 В, как правило, применяют двигатели мощностью не 
выше 250 кВт. 
В отдельных случаях, особенно когда для распределения электроэнергии по предприятию применяется напряжение 10 кВ, целесообразно мощность двигателей, питаемых от сети 380 В, повысить до 
320 кВт. В сети напряжением 660 В можно применять электродвигатели мощностью до 600 кВт. 
При применении асинхронных двигателей предпочтение отдается 
электродвигателям с короткозамкнутым ротором, как более надеж
Доступ онлайн
2 000 ₽
В корзину