Проектирование электроснабжения участка с двумя кузнечными индукционными нагревателями и одним ИНМ

Чувашский Государственный Университет имени И.Н.Ульянова

Электротехнический факультет

Кафедра АЭТУС

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ УЧАСТКА С ДВУМЯ КИН И ОДНИМ ИНМ

Выполнил: студент

группы МП-13-07

Григорьев А.В.

Проверил: преподаватель

Миронова А.Н.

Чебоксары - 2007 г.

АННОТАЦИЯ

Пояснительная записка состоит из 34 страниц, включает в себя 15 рисунков, 8 таблиц.

Ключевые слова: НАГРЕВАТЕЛЬ, ИНДУКТОР, ШИНА, ПРИВОД, ЗАГОТОВКА.

В данном курсовом проекте было спроектировано электроснабжение участка цеха включающего в себя 2 кузнечных индукционных нагревателя (КИН) и один индукционный нагреватель (ИНМ). Был составлен индивидуальный и групповой график нагрузки участка. Разработана схема электроснабжения участка, выбрано силовое оборудование ЭТУ. Рассчитаны токи короткого замыкания на шинах печной подстанции. Разработана схема управления, защиты и сигнализации. Подобраны контрольно-измерительные приборы.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

1.                 Техническая характеристика

2.                 Описание технологического процесса участка

3.                 Планировка цеха

4.                 Описание ЭТУ как приемника электроэнергии

5.                 Графики нагрузки участка

6.                 Выбор комплектной трансформаторной подстанции

7.                 Расчет токов короткого замыкания

8.                 Выбор силового оборудования ЭТУ

9.                 Расчет параметров срабатывания релейной защиты

10.             Разработка силовой схемы питания установки

11.             Схема управления, защиты и сигнализации

Заключение

Список используемой литературы

ВВЕДЕНИЕ

Индукционный нагрев металлов в настоящее время получил широкое распространение во многих областях промышленности. Причиной такого успеха индукционного нагрева являются те достоинства, которые присущи этому виду нагрева. Они в основном определяются тем, что при индукционном нагреве теплота выделяется непосредственно в нагреваемом теле, благодаря чему использование тепла оказывается более совершенным и обеспечивается значительно большая скорость нагрева.

Устройство для индукционного нагрева металлов в самом общем виде представляет собой обмотку, питаемую переменным током. В переменном магнитном поле, создаваемом этой обмоткой, называемой индуктором, помещается нагреваемое металлическое тело. Переменный магнитный поток возбуждает в металлическом теле переменную э.д.с. и вихревые токи, которые и нагревают тело. Таким образом, теплота, выделяющаяся в теле, зависит, помимо других факторов, от удельного сопротивления нагреваемого металла. Так как в непроводниках ток проводимости не возникает, то в них тепло не выделяется; это позволяет при индукционном нагреве выделять энергию исключительно в нагреваемом металле.

В настоящее время индукционный нагрев применяется почти во всех областях нагрева металлов: в печах для плавки металлов, в установках для нагрева под горячую обработку (ковку и штамповку), для термической обработки металлов (закалки и отпуска) и в ряде других областей.

Многообразие установок индукционного нагрева можно классифицировать по принципу действия и по основным конструктивным признакам (табл.1).

Таблица.1

Развитие индукционного нагрева идет по пути совершенствования его технологии и автоматизации, в том числе и на основе достижений современной вычислительной техники. Расширяется применение высоких температур, как при традиционных способах нагрева, так и при индукционном плазменном нагреве. В связи с ростом мощности установок и расширением их использования в промышленности особое значение приобрело совершенствование основной аппаратуры и источников питания, направленное на улучшение энергетических показателей и надежности установок для нагрева проводящих материалов и диэлектриков.

1. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Таблица 2. Техническая характеристика КИН-500/1,0

Таблица 3. Техническая характеристика ИНМ-50П-15/50НБ

2. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА УЧАСТКА

В методических нагревателях мерные заготовки с постоянной скоростью или через интервалы (с равным темпом) перемещаются через индуктор. В индукторе одновременно находятся несколько заготовок, нагретых от 20°С на входе до 1250°С на выходе. Длина индуктора, число заготовок и скорость перемещения их рассматриваются таким образом, чтобы заготовки на выходе достигали ковочной температуры и заданного перепада по сечению.

Желательно, чтобы в индукторе находилось не менее трех заготовок, так как электрический режим работы в момент загрузки холодной заготовки и выгрузки нагретой в этом случае практически остается без изменения.

В индукторе периодического действия нагревается только одна заготовка (или часть ее) в течение времени tH, достаточного для прогрева ее до ковочной температуры и до заданной степени равномерности (перепада). Если по условиям производительности требуется темп выдачи t0 меньше необходимого времени нагрева tH, нужно иметь два или несколько нагревателей (индукторов), в которых одновременно нагревается. Несколько заготовок. Число их будет равно n = tH /t0. Загрузка заготовок в индукторы должна быть сдвинута по времени на t0.

Кузнечные индукционные нагреватели методического действия. Нагреватели серии КИН-К с кулисным приводом толкателя предназначены для нагрева мерных заготовок по всей длине из стали, цветных металлов и их сплавов цилиндрического и квадратного сечения в широком диапазоне типоразмеров.

На рис.1 показан принцип работы нагревателя серии ИНМ с толкателем. Перемещение заготовок в этом нагревателе осуществляется толкателем с кривошипным механизмом, который, в свою очередь, приводится от электродвигателя постоянного тока.

Толкатель непрерывно совершает возвратно-поступательное движение, заталкивает холодную заготовку, поступившую из загрузочного лотка на линию толкания, и перемещает одновременно все заготовки в индукторе, выбрасывая с другого его конца нагретую. Число ходов толкания в минуту, а следовательно, и темп выдачи нагретых заготовок регулируется в пределах 3—20 с оборотами приводного двигателя серии ПМУ. При этом электродвигатель остается постоянно включенным. Темп толкания свыше 20 с регулируется реле времени. Привод толкателя в этом случае работает с остановками электродвигателя.

Загрузка заготовок на лоток ручная. Одновременно загружается 10—20 заготовок. Дальнейшее движение их с лотка до выдачи происходит автоматически. Конструкция не предусматривает механизированную загрузку вибробункерами, кассетами или другими средствами. На выходе из индуктора имеется разгрузочное устройство, состоящее из редуктора и вращающегося ролика. Нагретая заготовка при выталкивании попадает передним концом на ролик и быстро удаляется из индуктора. Индуктор легкосъемный и быстро может быть заменен на другой. Однако длина его для каждого типа нагревателя сохраняется постоянной.

Индукционные нагреватели серии ИНМ-Ш (с шаговым механизмом) показаны на рис.2.

Заготовки, подлежащие нагреву, загружаются в бункер или кассеты, откуда они автоматически подаются на три направляющие, проходящие через индуктор. Средняя из них подвижная и конструктивно сделана так, что заготовки на ней легко удерживаются. Подвижная направляющая приводится в возвратно-поступательное движение электродвигателем посредством червячного редуктора и кулачкового диска. При своем движении она поднимает заготовки с крайних направляющих и перемещает их небольшими шагами через индуктор. Скорость перемещения определяется числом ходов в минуту и длиной перемещения за один шаг. Изменяя число оборотов двигателя, можно менять темп выдачи нагретых заготовок. Такая система позволяет полностью освобождать индуктор от заготовок в конце нагрева и подавать их по одной на время настройки нагревателя или штампов. Кроме того, в этом случае направляющие практически не изнашиваются, а требования к торцам заготовок могут быть менее жесткими, рекомендуются для заготовок больших сечений и сравнительно небольшой длины.

Некоторым недостатком нагревателей является обязательное увеличение воздушного зазора между индуктором и заготовкой, а следовательно, повышенная мощность конденсаторной батареи.

3. ПЛАНИРОВКА ЦЕХА

Индукционный нагревательные установки промышленной частоты комплектуются: индукционным нагревателем с комплектом сменных индукторов; конденсаторной батареей; механизмами загрузки, выгрузки и транспортировки заготовок через индуктор; маслонапорной установкой и гидравлическими панелями с электромагнитными золотниками; панелями с контакторами и автоматическими выключателями; щитами и пультами управления с коммутационной и контрольно-измерительной аппаратурой.

На уровне пола цеха устанавливают: индукционный нагреватель с загрузочным бункером, механизмами загрузки и выгрузки, шкафы управления, панели с гидроаппаратурой. В подвальном помещении, в непосредственной близости от нагревателя устанавливают конденсаторные батареи, маслонапорную установку, вольтодобавочный трансформатор, контакторный панели, автоматический выключатель и измерительные трансформаторы.

Установки индукционного нагрева с кузнечным нагревателем комплектуются оборудованием выполненным в виде унифицированных блоков: нагревательного блока, трансформаторного шкафа, шкафа управления. В нагревательном блоке находятся индуктор, водораспределитель и сливная воронка; на выходе блока размещены механизм разгрузки и датчик контроля темпа выдачи заготовок. В блоке подачи заготовок размещены механизм загрузки, толкатель, его привод и элементы смазки.

Рис. 3 Планировка участка

1-трансформатор ТМ-1600/10; 2- шкаф ВН; 3-соединительное устройство; 4-шкаф инвертора; 5-шкаф реакторов; 6-выпрямительный шкаф; 7-шкаф управления; 8-трансформаторный шкаф КИН; 9-батарея конденсаторов КИН; 10-нагревательный блок КИН; 11-индукционный нагреватель ИНМ; 12-загрузочный бункер ИНМ; 13-панель с гидроаппаратурой ИНМ; 14-шкаф управления ИНМ; 15-автоматический выключатель ИНМ; 16-контакторный панели; 17-конденсаторные батареи ИНМ; 18-вольтодобавочный трансформатор ИНМ;

4. ОПИСАНИЕ ЭТУ КАК ПРИЕМНИКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Наибольшее распространение получили индукционные нагревательные установки для нагрева заготовок перед обработкой давлением (кузнечные нагреватели), установки для поверхностной закалки деталей и вакуумные индукционные нагревательные установки. Частота тока в них лежит в пределах 2,4 кГц—1,76 МГц. Они весьма разнообразны по мощности: от 25 до 250 кВт —индукционные закалочные установки, до 700 кВт — вакуумные и от 150 до 1500 кВт — кузнечные нагреватели. Мощность наиболее крупных групп таких установок достигает 10—40 МВт. Их питание осуществляется как от индивидуальных источников, так и от систем централизованного питания. Источниками могут быть электромашинные преобразователи частоты и все более широко применяемые в последние годы статические преобразователи. Относительно питающей энергосистемы все эти установки являются приемниками переменного трехфазного тока промышленной частоты, по надежности электроснабжения— потребителями второй категории. Их режим работы определяется режимом работы технологической линии, куда встроены рассматриваемые нагреватели. Коэффициент мощности установок меняется в широких пределах — от 0,03 при пустом индукторе до 0,3 при заполненном. С целью уменьшения значения реактивной мощности, потребляемой установкой, в комплект оборудования входит конденсаторная батарея, включаемая параллельно или последовательно-параллельно с индукционным нагревателем.

Особенностью индукционных установок средней частоты, питаемых от статических преобразователей, является нагрузка питающей сети током несинусоидальной формы и искажение формы кривой напряжения в общей точке системы, куда присоединены рассматриваемые установки. Для питающей сети преобразователь частоты эквивалентен входящему в его состав выпрямителю. В случае трехфазной мостовой схемы это приводит к наличию в выпрямленном токе 5, 7, 11, 13 гармоник.

Для обеспечения нормируемого ГОСТом коэффициента несинусоидальности количество подключаемых преобразователей должно быть ограничено. Если мощность преобразователей до 200 кВт, их должно быть не более двух при мощности питающего трансформатора 1000 кВ-А; не более трех - при 1600 и не более четырех - при 2500 кВ-А. В рассматриваемой схеме последовательно с преобразователем в сеть 0,4 кВ включается реактор с относительным сопротивлением 8%.

Для компенсации реактивной мощности в схемах электроснабжения участков или цехов с индукционными установками применяются конденсаторные батареи КБ, которые постоянно перегружаются токами высших гармоник, генерируемых статическими преобразователями. Если мощность конденсаторных батарей составляет не менее 40% суммарной мощности преобразователей, то их перегрузка не выходит за 30%, допускаемых ПУЭ. Однако емкость батарей конденсаторов и индуктивность элементов сети могут образовывать резонансные контуры, что ведет к необходимости подключения последовательно с КБ токоограничивающих реакторов.

5. ГРАФИКИ НАГРУЗКИ УЧАСТКА

Индивидуальные графики нагрузки

Номинальная мощность приемника:

Средняя нагрузка приемника:

Коэффициент использования:

Коэффициент включения:

Среднеквадратичная нагрузка:

Коэффициент максимума:

Коэффициент спроса по активной мощности:

Номинальная мощность приемника:

Средняя нагрузка приемника:

Коэффициент использования:

Коэффициент включения:

Среднеквадратичная нагрузка:

Коэффициент максимума:

Коэффициент спроса по активной мощности:

Групповой график:

Номинальная мощность приемника:

Номинальная мощность приемника:

Средняя нагрузка приемника:

Коэффициент использования:

Коэффициент включения:

Среднеквадратичная нагрузка:

Расчетная нагрузка по допустимому нагреву:

где коэффициент максимума принят равным:

 из рис.1.9 [1];

Коэффициент спроса по активной мощности:

6. ВЫБОР КОМПЛЕКТНОЙ ТРАНСФОРМАТОРНОЙ ПОДСТАНЦИИ

Таблица. 4 Параметры определения расчетных нагрузок.

Страницы: 1, 2