Методические указания для выполнения курсового проекта "Электрическое и электромеханическое оборудование"

министерство образования и науки Российской Федерации

Старооскольский технологический институт им. А.А. УГАРОВА

(филиал) федерального государственного автономного образовательного  учреждения 

высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский  технологический университет «МИСиС»

ОСКОЛЬСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ

                                                                               УТВЕРЖДено  НМС опк

                                                                    пРОТОКОЛ № 1

                                                                                          ОТ  «_1__» ____09________2016г.

МДК 01.03. Электрическое и электромеханическое

оборудование отрасли

Методические указания

по курсовому проектированию

для специальности

13.02.11 – Техническая эксплуатация и обслуживание  электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)

Старый Оскол 2016

Рассмотрены на заседании П(Ц)К 13.02.11 Протокол № от  _______________________2016г. Председатель _________________________ Горюнова М.В	Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой ПМ 02.  Специальности 13.02.11  – Техническая эксплуатация и обслуживание  электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)
Автор:  Комарова Ю.В.
Рецензенты: Гладких Л.А.– преподаватель ОПК СТИ НИТУ МИСиС
Нестеров В.И инженер наладчик ОАО ПНФ КМАЭМ

ВВЕДЕНИЕ

В пособии приведены основные методики расчета и выбора электрооборудования для различных станков, механизмов, машин и установок. Курсовой проект по МДК 01.03. «Электрическое и электромеханическое оборудование отрасли», является самостоятельной работой расчетного характера.

Цель курсового проекта - получить навыки расчета и выбора электрооборудования станков и механизмов, составления технической документации, закрепить навыки чтения и составления электрических схем.

В соответствии с заданием необходимо рассчитать и выбрать электрические аппараты для схемы управления  установки, составить спецификацию на выбранное оборудование, начертить принципиальную схему управления электроприводом, описать порядок ее работы, разработать и  начертить схему соединений и подключения.

При выполнении курсового проекта студентам необходимо: полностью записывать текст задания и исходные данные; чертежи, условные обозначения элементов схем и сами схемы выполнять аккуратно согласно стандартам ЕСКД и ЕСТД; во всех расчетах сначала записывать пояснения, формулу, затем подставлять в нее числовые значения. Обязательно привести список литературы, дату выполнения работы и подпись студента.

Цель методических указаний: оказание помощи студентам в выполнении курсового проекта.

Настоящие методические указания позволят студентам закрепить теорию по наиболее сложным разделам курса, и направлены на формирование следующих компетенций:

ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

ОК 5. Использовать информационно - коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.

ОК8. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации.

ПК 1.1. Выполнять наладку, регулировку и проверку электрического и электромеханического оборудования.

ПК 1.3 Осуществлять диагностику и технический контроль при эксплуатации электрического и электромеханического оборудования

В результате выполнения КП по МДК 01.03. «Электрическое и электромеханическое оборудование отрасли» Разделу 3.1 «Устройство электрооборудования общепромышленных  машин и цехов металлургического предприятия студенты должны:

уметь :

•           определять электроэнергетические параметры электрических машин и аппаратов, электротехнических устройств и систем;

•           подбирать технологическое оборудование для ремонта и эксплуатации электрических машин и аппаратов, электротехнических устройств и систем, определять оптимальные варианты его использования;

•           оценивать эффективность работы электрического и электромеханического оборудования;

знать:

•           технические параметры, характеристики и особенности различных видов электрических машин;

•           классификацию основного электрического и электромеханического оборудования отрасли;

•           классификацию и назначение электроприводов, физические процессы в электроприводах;

•           выбор электродвигателей и схем управления;

•           физические принципы работы, конструкцию, технические характеристики, области применения, правила эксплуатации электрического и электромеханического оборудования;

•           условия эксплуатации электрооборудования;

Содержание основных частей КП

ВВЕДЕНИЕ

Цели и задачи курсового проекта. Общее описание путей достижения цели и решения поставленных задач. Состав курсового проекта.

Состав и краткая техническая характеристика (станка, механизма, установки)

Назначение, основные технические возможности. Состав и краткое описание основных узлов и частей установки. Основные технические характеристики.

Требования к электрооборудованию

Выбор и обоснование рода тока, значений питающих напряжений. Требования к качеству электроэнергии. Технологические требования к электроприводам установки (необходимость реверса, торможения, регулирования скорости вращения, и т.д.). Описание условий, в которых работает электрооборудование.

Принцип действия электрооборудования и систем управления

            Полный перечень электрооборудования станка, назначение и технические данные электрических машин, электромагнитов, электронагревательных устройств и других силовых элементов, назначение блокировок, возможные режимы работы электрооборудования.  Органы управления. Включение и отключение электродвигателей и других силового электрооборудования. Подробное описание принципа действия схемы управления, блокировки, защита.

            Описание действия электрической схемы производится в последовательности, соответствующей порядку работы элементов электрооборудования для всех рабочих режимов, а также для наладочных режимов. При перечислении блокировок и защиты указывается их назначение и приводится изложение действия всех блокировок и защиты электрооборудования.

            К принципиальной схеме прилагается (или выполняется на том же чертеже в соответствии с ГОСТ 2.702.-75) перечень элементов электрооборудования (спецификация), в который заносят краткие технические данные и позиционное обозначение всех элементов и устройств, используемых в схеме. Форма спецификации приведена в приложении. Кроме того, на схеме обычно приводятся диаграммы работы переключателей управления всех видов и назначений, циклограммы срабатывания и схематическое расположение путевых (конечных) выключателей и командоаппаратов.

Расчет мощности и выбор электродвигателей

Для правильного выбора электродвигателей и всего электрооборудования следует учесть следующие условия:

1.     Климатическое исполнение.

2.     Место (категория) размещения.

3.     Степень защиты от проникновения твердых тел и жидкости.

4.     Специфические условия эксплуатации (взрывоопасность, химически агрессивная среда).

Климатическое исполнение определяется ГОСТ 15150-69. В соответствии с климатическими условиями обозначается следующими буквами:

У(N) – умеренный климат,

ХЛ(NF) – холодный климат,

ТВ(TH) – тропический влажный климат,

ТС(ТА) – тропический сухой климат,

О(U) – все климатические районы, на суше, реках и озерах,

М – умеренный морской климат,

ОМ – все районы моря,

В – все макроклиматические районы на суше и на море.

    Категории размещения:

1.     На открытом воздухе,

2.     Помещения, где колебания температуры и влажности не существенно отличаются от колебаний на открытом воздухе,

3.     Закрытые помещения с естественной вентиляцией без искусственного регулирования климатических условий. Отсутствуют воздействия песка и пыли, солнца и воды (дождь),

4.     Помещения с искусственным регулированием климатических условий. Отсутствуют воздействия песка и пыли, солнца и воды (дождь), наружного воздуха,

5.     Помещения с повышенной влажностью (длительное наличие воды или конденсированной влаги) 

Климатическое исполнение и категория размещения вводится в условное обозначение типа электротехнического изделия.

   Например: 4А200М2 У3, где У – климатическое исполнение,

                                                     3 – категория размещения.

Степень защиты от проникновения твердых тел и жидкости определяется ГОСТ 14254-80. В соответствии  с ГОСТ устанавливается 7 степеней от 0 до 6 от попадания внутрь твердых тел и от 0 до 8 от проникновения жидкости.

Таблица 1.

Обозначение степеней защиты	Защита от проникновения твердых тел и соприкосновения персонала с токоведущими и вращающимися частями.	Защита от проникновения воды.
0	Специальная защита отсутствует.
1	Большого участка человеческого тела, например, руки и твердых тел размером более 50 мм.	Капель, падающих вертикально.
2	Пальцев или предметов длиной не более 80 мм и твердых тел размером более 12 мм .	Капель при наклоне оболочки до 150 в любом направлении относительно нормального положения.
3	Инструмента, проволоки и твердых тел диаметром более 2,5 мм.	Дождь, падающий на оболочку под углом 600 от вертикали.
4	Проволоки, твердых тел размером более 1 мм.	Брызг, падающих на оболочку в любом направлении.
5	Пыли в количестве недостаточном для нарушения работы изделия.	Струй, выбрасываемых в любом направлении.
6	Защита от пыли полная ( пыленепроницаемые).	Волн ( вода при волнении не должна попасть внутрь).
7	-	При погружении в воду на короткое время .
8	-	При длительном погружении в воду.

Для обозначения степени защиты используется аббревиатура «IP». Например: IP54.

Применительно к электродвигателям существуют следующие виды исполнения:

1.     Защищенные IP21, IP22 (не ниже).

2.     Брызгозащищенные, каплезащищенные IP23, IP24

3.     Водозащищеные IP55, IP56

4.     Пылезащищеные IP65, IP66

5.     Закрытое IP44 – IP54, у этих двигателей внутренние пространство изолированно от внешней среды

6.     Герметичное IP67, IP68. Эти электродвигатели выполнены с особо плотной изоляцией от окружающей среды.     

Конструктивное исполнение электродвигателей по способу монтажа (IM).

Условные обозначения установлены ГОСТ2479-79.

1-ая цифра обозначает группу по способу монтажа от IM1 до IM9, наиболее                                                                  распространена IM1- на лапах и с подшипниковыми щитами.                     

IM2 – на лапах с двумя подшипниковыми щитами и фланцами

IM3 – без лап с фланцами на щитах

2-ая цифра обозначает более детально

0 – обычные или приподнятые лапы

3-ая цифра обозначает характер направления конца вала

4-ая цифра обозначает исполнение конца вала (цилиндрический или конический)     

Способ охлаждения электродвигателей  (IC).

Система охлаждения может включать в себя одну или две цепи циркулярного хладореагента. Она регламентируется ГОСТ 20459-75.

Для каждой цепи циркуляций вводится группа знаков . Буква обозначает вид охлаждения: А – воздух,

                      W – вода.

1-ая цифра от 0 до 9 обозначает устройство цепи циркуляции.

                         0 – свободная циркуляция.

2-ая цифра от 0 до 9 обозначает способ перемещения хладореагента

                         0 – свободная циркуляция.

Большинство взрывозащищенных двигателей имеют две цепи охлаждения.                        

Электропривод установки должен полностью удовлетворять требованиям технологического процесса и соответствовать условиям окружающей среды в процессе эксплуатации. В то же время для электропривода следует выбирать наиболее простой двигатель по устройству и управлению, надежный в эксплуатации, имеющий наименьшие массу, габариты и стоимость.

Выбор электрических двигателей производится с учетом следующих параметров и показателей:

·        рода тока и номинального напряжения;

·        номинальной мощности и скорости;

·        вида естественной механической характеристики;

·        способа пуска и торможения;

·        особенностей регулирования скорости;

·        конструктивного исполнения двигателя.

Наиболее простыми в отношении устройства и управления, надежными в эксплуатации, имеющими наименьшие массу, габариты при заданной мощности являются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.

Выбор двигателя по защите от действия окружающей среды должен производиться в соответствии с условиями, в которых он будет работать (таблица 2.).

Таблица 2 - Выбор двигателя по способу защиты от воздействия окружающей среды

Место установки двигателя	Рекомендуемый тип двигателя
Сухие помещения без пыли, грязи и едких газов	Открытый или защищенный, IP23
Пыльные или влажные помещения	Закрытый, IP44
Помещения с высокой температурой	Закрытый с независимой вентиляцией, IP44
Помещения с высокой влажностью или содержащие едкие газы	Закрытый или герметичный, IP44 или IP66
Взрывоопасные помещения	Взрывозащищенный, Ех
Открытый воздух	Закрытый (двигатель установлен под навесом) или защищенный, IP23, IP44

При выборе двигателя по мощности следует исходить из необходимости его полной загрузки в процессе работы. Кроме этого, необходимо выбирать двигатель таким образом, чтобы максимальная температура изоляции обмоток, не превышала допустимой величины. Это условие является одним из основных для обеспечения надежной работы электропривода в течение всего срока его эксплуатации.

В общем случае выбор мощности двигателя включает в себя:

1) Предварительный выбор мощности двигателя исходя из технологического режима работы по расчетным формулам, либо на основе нагрузочных диаграмм рабочей машины, либо по удельному расходу электрической энергии на выпуск единицы продукции и др.

2) Расчет переходных процессов и построение нагрузочных диаграмм электропривода в соответствии с технологическим процессом рабочей машины.

3) Проверка предварительно выбранного двигателя по нагреву и перегрузочной способности, оценка соответствия параметров нагрузочных диаграмм электропривода допустимым параметрам двигателя и технологического процесса.

В учебном проектировании достаточно процесс выбора мощности электродвигателя ограничить первым пунктом, так  как расчет переходных процессов и построение нагрузочных диаграмм является довольно трудоемкой задачей, выходящей за рамки требований к объему знаний специалистов со средним специальным образованием.

В случае если нагрузочная диаграмма работы электродвигателя известна из паспортных данных станка, то выбор электродвигателя можно провести по этой диаграмме с проверкой двигателя на нагрев по методу эквивалентной мощности или методу средних потерь.

Рассмотрим методику расчёта мощности электродвигателей типового технологического оборудования.

Для металлорежущих станков

Расчет мощности электродвигателей металлорежущих станков производится с учетом режимом резания.  В электроприводах главного движения металлорежущих станков мощность электродвигателя определяется требуемой мощностью резания.

Мощность двигателей для металлорежущих станков рассчитывается по следующей формуле:

P = F_c×q_c×v_р/1000ŋ,                            (1)            

 где, Р – мощность двигателя,  кВт ;

 F_c – удельное сопротивление резанию,  H/м ;

q _с– сечение стружки,  м² ;

v_р – скорость резания , м/с .

Обычно F_c = (2 – 5,5) F_разр, где F_разр – удельное сопротивление разрыву, Н/м,

Удельное сопротивление резанию принимают для стали: F_c = (2,5 – 3,5) F_разр,

F_разр = (294 – 1180)х 10⁶ Н/м², для чугуна: Fc = (4 – 5,5) F_разр,

F_разр = (147 – 197)х 10⁶ Н/м²

            В случае наличии в паспорте станка номинальной мощности резанья Рzном мощность на валу двигателя:

Р_ном = Р_zном / h_{ст. ном.,} где Р_zном и h_{ст. ном,} соответственно номинальная мощность резания и номинальный КПД станка (обычно составляет 0,6 – 0,75).

Мощность резания при точении (по данной мощности выбирается электродвигатель) рассчитывают по формуле:

 ,  кBт,                    (2)

где F_z – сила резания, кН; V_р – скорость резания, м/мин

Мощность подачи значительно меньше мощности резания. Можно приблизительно принять F_п = (0,001÷0,01)·F_z

Мощность на валу главного двигателя в установившемся режиме определяется по формуле:

, кВт,                                  (3)

где η_ст – коэффициент полезного действия станка при полной нагрузке (для станков токарной группы в среднем составляет 0,7÷0,8, в цепи подачи обычно равен 0,1÷0,2).

В случае если вращение шпинделя и движение подачи осуществляется в станке от одного электродвигателя, то полученные мощности на валу Р_д и мощность подачи Р_п необходимо сложить.

Для фрезерных станков

Основными элементами режима резания при фрезеровании являются глубина резания, подача, скорость резания и ширина фрезерования.

Скоростью резания v является окружная скорость режущих лезвий фрезы

, об/мин,                       (4)         

где D – диаметр фрезы, мм;

      n_ф – частота вращения фрезы, об/мин.

Потребляемая на резание мощность Р_р:

,  кBт                         (5)

Мощность на валу главного электродвигателя, соответствующая мощности резания, определяется с учетом механических передач станка по формуле:

, кВт,                                     (6)

где η_ст – к. п. д. станка при номинальной нагрузке (обычно составляет 0,75÷0,8).

Для шлифовальных станков

Мощность резания зависит от вида шлифования.

При шлифовании периферией круга мощность определяется по формуле:

, кВт                 (7)

при шлифовании торцом круга:

, кВт,                        (8)

где С_р – коэффициент, характеризующий материал изделия и твердость круга;

     v_u – окружная скорость детали или скорость движения стола, м/мин;

       t – глубина шлифования, мм;

     s₀ – подача в направлении оси шлифовального круга (поперечная) в миллиметрах на один оборот детали или стола станка или на один ход стола;

       d – диаметр шлифования, мм

       B – ширина шлифования, мм.

При плоском шлифовании глубина шлифования назначается в пределах 0,005÷0,015 мм при чистовых проходах и 0,015÷0,15 мм при черновых проходах. Поперечная подача зависит от ширины круга и назначается на чистовых проходах 0,2÷0,3, а на черновых 0,4÷0,7 его ширины. Скорость продольной подачи заготовки назначается в пределах от 3 до 30 м/мин.

Для сверлильных станков

Эффективная мощность резания, определяется по формуле:

, кВт,                            (9)

где M_кр,- крутящийся момент, Н∙м

       n_н – частота вращения шпинделя – об/мин

Для насосов

Полезная мощность насоса:

                                   (10)

где ρ - плотность жидкости, кг/м³;

g - ускорение свободного падения (9,8 м/с²);

Н – напор, м;

Q - подача насоса - объем(масса) рабочей среды, подаваемой машиной в единицу времени, м³/с.

Мощность на валу электродвигателя насоса определяется с учетом к.п.д. по формуле:

, кВт,                                           (11)

где η_н – к.п.д. насоса (обычно составляет 0,4÷0,9).

Для конвейеров, транспортёров

Мощность электродвигателя:

                                             (12)

где F – результирующее тяговое усилие конвейера, Н;

v_к – скорость движения конвейера, м/с;

к_з – коэффициент запаса (1,2÷1,5);

η - к. п. д. механизма (0,7÷0,85).

Для лифтов, механизмов подъёма крана

Мощность электродвигателя:

, кВт,                               (13)

где G_к – сила тяжести кабины, Н;

      G_п – сила тяжести поднимаемого груза, Н;

      G_к – сила тяжести противовеса, Н;

       v – скорость движения кабины, м/с;

       η – КПД механизма (0,75÷0,8).

Для механизмов передвижения тележки крана:

, кВт,                                           (14)

где G_v – сила тяжести механизма с грузом, Н;

      к_т – коэффициент, равный 4÷6 для подшипников качения и 6÷8 – для подшипников скольжения.

Для пилорам и круглопильных станков

            Мощность двигателя пилорам и круглопильных станков можно рассчитать по формуле:

, кВт,                                                      (15)              

где F – усилие резания, кг;

v – средняя скорость пилы, м/с;

h – к. п. д. станка (0,7 – 0,8).

Усилие резания:

, кг                                             (16)

где К – коэффициент резания, равный 11 – 20 в зависимости от породы дерева: для сосны – 11, ели – 12, березы – 13, дуба – 20;

S – толщина пилы, мм;

 - общая высота пропила, мм;

D – скорость подачи, мм (обычно принимается 3 – 8 мм);

Н = 2 r ( r – радиус кривошипа), мм.

Общая высота пропила равна:

, мм (Z – число пил; d – диаметр бревна, мм).

После расчёта из каталога выбирают электродвигатель мощностью, исходя из условия

Р_д  Р_ном  

РАСЧЕТ И ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

      В данном пункте производится выбор всех электрических аппаратов силовой цепи и схемы управления. При выборе аппаратов предпочтение необходимо отдавать наиболее современным и совершенным типам аппаратов.

Выбор электрических аппаратов необходимо производить после определения тока, протекающего в отдельных цепях схемы установки. Ток, протекающий в силовой цепи,  определяется электродвигателями, нагревательными элементами, исполнительными устройствами, электромагнитами, лампами освещения и сигнализации и т. д. Ниже приведены формулы определения тока типовых элементов.

Номинальный ток электродвигателя:

                      (17)

где Р_ном- номинальная мощность электродвигателя, Вт;

      U- напряжение, кВ;

  cosj- коэффициент мощности;

      η – КПД двигателя.

Номинальный ток трехфазных нагревательных элементов:

                                    (18)

Номинальный ток электромагнитов:

                                       (19)

где S - полная мощность электромагнита, ВА

Выбор электромагнитных пускателей

Электромагнитные пускатели необходимо выбирать только для управления силовыми нагрузками. В случае, если электромагнитный пускатель не коммутирует силовые цепи, преимущество при выборе необходимо отдавать промежуточным реле, которые отличаются от электромагнитных пускателей малыми габаритами и низкой потребляемой мощностью.

Электромагнитные пускатели выбирают по следующим условиям:

1) Серия электромагнитного пускателя

Наибольшее применение в настоящее время находят пускатели серии ПМЛ и ПМ12. Более дорогие, но и более качественные пускатели серии ПМУ и зарубежных фирм производителей «Сименс», «Легранд», «АББ», «Шнайдер Электрик».

2) Величина электромагнитного пускателя (ток нагрузки, который способен включать и выключать пускатель своими главными контактами)

Электромагнитные пускатели бывают 1-й величины (ток главных контактов – 10 и 16А), 2-й величины (25А), 3-й величины (40А), 4-й величины (63А). Если нагрузки выше 63 А, то в цепях управления электродвигателями и другими силовыми элементами схемы находят применение электромагнитные контакторы. Ток главных контактов аппарата должен быть больше тока нагрузки.

3) Рабочее напряжение катушки

Должно соответствовать напряжению цепей управления – стандартные значения напряжения ~24 В, ~110 В, ~220 В, ~380 В,  DC 24 В

4) Количество дополнительных контактов электромагнитного пускателя

Должно соответствовать необходимому числу контактов в схеме управления. Отдельно необходимо считать контакты замыкающие и размыкающие. В случае, если количество контактов оказывается аппарата оказывается меньше необходимого и в качестве аппарата была выбрана серия ПМЛ, то существует возможность использовать приставку  с дополнительными контактами серии ПКЛ.

5) Степень защиты, IP

Электромагнитный пускатель должен соответствовать условиям окружающей среды в которой он работает. Необходимо учитывать то, что аппарат установленный в пыльном помещении, но находящийся в шкафу управления со степенью защиты IP44, может иметь степень защиты IP20.

6) Наличие теплового реле

Если электромагнитный пускатель включает и выключает электродвигатели, которые по своим технологическим режимам могут испытывать перегрузки, то необходимо выбирать аппарат с тепловыми реле.

7) Наличие реверса

Для управления реверсивным электродвигателем существует возможность использовать реверсивный магнитный пускатель, который содержит 2 электромагнитных катушки, 6 силовых контактов, механическую блокировку и может иметь 2 тепловых реле.

8) Дополнительные элементы управления (кнопки на корпусе, лампочка)

9) Класс износостойкости (количество срабатываний)

Важный параметр в том случае, когда аппарат предназначен для коммутации нагрузки, работающей в режиме частых включений и выключений. При большом значении количества вкл/выкл в час используют бесконтактные пускатели.

Пример оформления выбора магнитных пускателей приведен в таблице 3.

  Таблица 3 - Результаты выбора магнитных пускателей

	Позиционные обозначения и типы			Напр-ние главных контактов, В	Ток главных контактов, А	Число главных контактов зам./разм	Число вспом. контактов зам./разм	Напряжение катушки,  В
	КМ1 ПМЛ-150104 с приставкой ПКЛ-2004 (+2з.)		требуется	65	5	3/0	2/1	110
		выбрано		380	10	3/0	2/1	110
	КМ2 ПМЛ-21004 с приставкой ПКЛ-1104 (1з.+1р.)		требуется	380	22,26	3/0	1/1	110
		выбрано		380	25	3/0	2/1	110
	КМ3, КМ4 ПМЛ-150104 с приставкой ПКЛ-2004 (+2з.)		требуется	380	6,7	3/0	2/1	110
		выбрано		380	10	3/0	2/1	110
	КМ5, КМ6 ПМЛ-250104 с приставкой ПКЛ-2004 (+2з.)		требуется	380	22	3/0	1/1	110
		выбрано		380	25	3/0	2/1	110

Пример оформления выбора промежуточных реле приведен в табл. 4.

     Промежуточные реле не имеют силовых контактов. Все контакты силовых реле являются дополнительными. Ток, проходящий через контакты реле незначителен (приблизительно лежит в пределах 0,1 – 2,5 А), поэтому главным условием при выборе является соответствие количества и вида контактов на реле необходимому количеству и виду контактов в схеме управления установкой.

Выбор серии промежуточного реле определяется:

 - числом замыкающих и размыкающих контактов;

 - рабочим напряжением катушки;

 - степенью защиты, IP.                                                                                                    

Пример:

Произведём выбор реле КV1, коммутирующее цепи управления. Проведем подсчет контактов реле КV1 по схеме электрической принципиальной. Согласно схеме, реле должно иметь 4 замыкающих контакта и 2 размыкающих. Из [4] выбираем реле серии РПЛ-131 с номинальным током контактов 16 А, напряжением катушки – 380 В переменного тока (включена в силовую цепь электродвигателя М1), 3-мя замыкающими контактами и 1 размыкающим.

 Так как реле серии РПЛ (по паспорту) не имеет необходимого количества контактов, то дополнительно к реле РПЛ выберем приставку ПКЛ. Реле будет установлено в шкафу управления со степенью защиты IP44, поэтому выбираем реле со степенью защиты IP20.

Выберем реле КV2, коммутирующее электромагнит быстрого хода YA1.

Номинальный ток электромагнита составляет 0,46 А.  Проведем подсчет контактов реле КV2. Согласно схеме, реле должно иметь 5 замыкающих контакта и 1 размыкающих. Так как реле серии РПЛ не имеет необходимого количества контактов, то дополнительно к реле РПЛ выберем приставку ПКЛ. Приставка ПКЛ-22М имеет 2 замыкающих контакта и 1 размыкающий. Реле выбираем с катушкой напряжением 110 В и степенью защиты IP20.

Результаты выбора промежуточных реле сводим в таблицу 4.

Таблица 4 - Результаты выбора промежуточных реле

Позиционные обозначения и типы			Число замыкающих контактов	Число размыкающих контактов	Напряжение катушки,  В	Степень защиты
КV1 РПЛ-131 с приставкой ПКЛ-22М (2з.+1р.)		требуется	4	2	380	IP20
		выбрано	5	2	380	IP20
КV2 РПЛ-131 с приставкой ПКЛ-22М (2з.+1р.)		требуется	5	1	110	IP20
		выбрано	5	2	110	IP20

Выбор реле времени

Реле времени предназначены для передачи команд из одной электрической цепи в другую с определенными, предварительно установленными выдержками времени.

 Все реле времени имеют катушку (или управляющий элемент) и набор контактов с выдержкой времени  на размыкание  (контакты размыкаются через определенный промежуток времени после подачи питания на управляющий элемент), на замыкание (контакты замыкаются с выдержкой времени) и контакты без выдержки времени (мгновенного действия).

Выбор реле производится по:

 - числу контактов;

 - времени выдержки срабатывания контактов;

 - напряжению катушки;

 - степени защиты IP.

     Если необходимо небольшое число контактов с выдержкой времени и относительно небольшие выдержки то наилучшим решением является использование промежуточного реле РПЛ в качестве управляющего элемента с приставкой ПВЛ, имеющей от 2-х до 4-х контактов с выдержкой времени. Если данное техническое решение по какой либо причине не устраивает, то предпочтение при выборе необходимо отдавать электронным реле времени (например серии ВЛ), как наиболее точным и малогабаритным.

Пример:

Произведём выбор реле времени КT1. Проведем подсчет контактов реле КV1 по схеме электрической принципиальной. Согласно схеме, реле должно иметь 1 размыкающий контакт c выдержкой времени на размыкание. Выдержка времени 5 секунд. Из [4] выбираем реле с минимальным количеством контактов - РПЛ-122 с номинальным током контактов 16 А с двумя размыкающими и двумя замыкающими контактами мгновенного действия с напряжением катушки – 110 В переменного тока. В качестве элемента с выдержкой времени дополнительно выбираем приставку ПВЛ-11М с 1-м размыкающим контактом и 1 замыкающим контактом (приставка ПКЛ-11М обеспечивает выдержку времени при коммутации контактов в диапазоне от 0,1 до 30 с). Так как реле будет установлено в шкафу управления со степенью защиты IP44, то выбираем реле со степенью защиты IP20.

Произведём выбор реле времени КT2. Согласно схемы электрической принципиальной, реле должно иметь 2 замыкающих контакта c выдержкой времени на замыкание. Выдержка времени 60 мин (3600 сек). Так как наиболее простой вариант (реле РПЛ + приставка ПВЛ) здесь не подходит, то в качестве реле времени выбираем реле серии ВС-43-34. Реле рассчитано на номинальное напряжение питания – 110 В переменного тока, потребляет мощность 20ВА. Длительный допустимый ток через контакты реле – не более 4 А, что допустимо, т. к. ток в цепи управления небольшой. Данное реле имеет 3 контакта с выдержкой времени. Диапазон выдержек: от 0,15 до 9 ч (540 – 32400 сек). Выбираем реле со степенью защиты IP40, так как эти реле выпускаются только с такой степенью защиты.

Результаты выбора реле времени сводим в таблицу 5.

Таблица 5 - Результаты выбора реле времени

Позиционные обозначения и типы		Число контактов с выдержкой времени зам/разм	Число контактов мгновенного действия зам/разм	Напряжение питания,  В	Выдержка времени, сек	Степень защиты
КT1 РПЛ-122 с приставкой ПВЛ-11М (+1з.+1р.)	требуется	0/1	0/0	110	5	IP20
	выбрано	1/1	2/2	110	0,1 ÷ 30	IP20
КT2 ВС-43-34	требуется	2/0	0/0	110	3600	IP20
	выбрано	3/0	0/0	110	540 ÷ 32400	IP40

Выбор электромагнитов

     При выборе управляющих и тормозных электромагнитов необходимо прежде всего учитывать усилие Н, которое способен создать электромагнит. Это усилие должно быть известно по технологическим данным станка. Кроме этого необходимо учесть следующие факторы:

1)    Назначение электромагнита

Каждый выпускаемый промышленностью электромагнитный механизм предназначен для определенной работы. Назначение электромагнита по паспорту должно совпадать с его функцией в схеме станка.

2)    Род напряжения

Постоянный или переменный. Большинство электромагнитов питаются постоянным током.

3)    Рабочее напряжение электромагнита

Должно соответствовать напряжению цепей в которых установлен электромагнит.

4)    Степень защиты, IP

Так как электромагнитный механизм, в большинстве случаев, устанавливается непосредственно на станке и работает в тяжелых условиях (попадание эмульсии, смазки) то степень защиты должна быть не менее IP44.

5)    Класс износостойкости (количество срабатываний)

Этот параметр необходимо учитывать при большом числе включений и выключений электромагнита в процессе работы для определения его срока службы.

Пример:

Выберем электромагнит YA1. Электромагнит в схеме станка предназначен для дистанционного управления исполнительными механизмами (в нашем случае электромагнит перемещает клапан гидравлической системы станка для осуществления быстрых перемещений стола) с номинальным усилием 29 Н. Так как напряжение цепей управления станка – 110 В переменного тока, то выберем электромагнит переменного тока на это напряжение. Всем условиям удовлетворяет электромагнит серии ЭМ33 переменного тока, однофазный (с номинальным усилием 29 Н), с продолжительностью включения ПВ = 15%, тянущий (по способу воздействия на исполнительный механизм), со степенью защиты IP20. Составим полное обозначение нужного нам электромагнита по каталогу: ЭМ33-5116-20У3.

После определения серии электромагнита по каталогу найдём номинальный ток, потребляемый электромагнитом во включенном состоянии (этот ток будет необходим для дальнейшего выбора аппаратов управления).

Для электромагнита серии ЭМ33-5116-20У3 с номинальным тяговым усилием 29 Н и напряжением питания 110 В согласно [4] номинальный ток равен 1,1 А, пусковой ток – 10,6 А. Номинальная активная мощность электромагнита – 30 Вт, пусковая мощность – 1190 ВА.

Аналогичным образом выбираются все остальные электромагниты и электромагнитные муфты. Если количество этих аппаратов более 2-х, то их параметры и характеристики сводятся в таблицу.

Выбор сигнальных ламп и ламп местного освещения

Выбор элементов сигнализации и местного освещения выполняется по условиям:

- величины рабочего напряжения (должно соответствовать напряжению цепей  в которых установлена лампа);

- выполняемых функций (размер, цвет лампы, излучаемый световой поток);

- экономичности (минимальное потребление электрической энергии).

Выбор аппаратов ручного управления

К аппаратам управления относятся кнопки управления, выключатели, переключатели, конечные и путевые выключатели.

Выбор этих аппаратов производится:

1)  по номинальному напряжению сети

U_ном  U_ном.с ,                                      (20)

где U_ном – номинальное напряжение аппарата, В;

  U_ном.с.- номинальное напряжение сети, В;

2)  по длительному расчетному току цепи

I_ном I_длит;   I_откл  I_длит,                       (21)

где I_ном – номинальный ток аппарата, А;

   I_откл – наибольший отключаемый аппаратом ток, А;

   I_длит – длительный расчетный ток цепи, А.

Длительный расчетный ток цепи:

I_длит = S/ U_ном.с, А,                          (22)

где S - наибольшую суммарную мощность, потребляемую аппаратами при одновременной работе, ВА.

S = ∑S_pi , ВА,                               (23)

где S_pi – мощность потребляемая каждым отдельным аппаратом во включенном состоянии (берется из каталога и паспортных данных аппарата). Необходимо учитывать, что суммируются мощности только тех аппаратов, которые работают одновременно. В данном случае необходимо придерживаться следующей последовательности:

- сначала необходимо учитывать только мощность потребляемую только теми аппаратами которые находятся в цепи, которую включает и отключает аппарат управления. В этом случае I_длит будет для каждой цепи свой. По этому току выбираются отдельные аппараты управления (кнопки, переключатели, конечные выключатели и т. д.)

- изучив последовательность работы схемы станка, необходимо суммировать мощность всех аппаратов цепей управления (катушек магнитных пускателей, реле, лампочек, электромагнитов) в наиболее тяжелом режиме работы, т. Е. тогда когда включено наибольшее количество мощных аппаратов. После этого определяется расчетный ток I_длит, который будет общим для всей цепи управления. По этому току производится расчет и выбор трансформатора и аппаратов защиты цепей управления.

Мощность потребляемую катушками магнитных пускателей и промежуточных реле можно принять с учетом определенных допущений согласно таблице 6

Таблица  6 - Мощность, потребляемая катушками магнитных пускателей и реле

Вид аппарата	Номинальная мощность обмотки, ВА	Пусковая мощность обмотки, ВА
Пускатель 1-й величины	8	68
Пускатель 2-й величины	8	68
Пускатель 3-й величины	20	200
Пускатель 4-й величины	20	200
Контакторы постоянного тока, на ток 20 – 75 А	20	20
Контакторы постоянного тока, на ток 63 – 630 А	30 – 70	30 – 70
Контакторы переменного тока до 600 А	50	350
Промежуточное реле переменного тока, реле времени	4 – 8	68
Промежуточное реле и реле времени постоянного тока	4 – 8	4 – 8

Мощность, потребляемая лампами сигнализации и местного освещения известна из паспортных данных ламп.

Ток, потребляемый электромагнитами также известен из паспортных данных на выбранные электромагниты.

При выборе кнопок и постов управления учитывают следующие условия:

1) ток и напряжение контактов;

2) число и род контактов;

3) конструктивное исполнение;

4) цвет толкателя

При выборе переключателей учитывают кроме всего еще и количество положений и коммутаций.

Рубильники, пакетные выключатели и тумблеры выбираются по расчетному току силовой цепи (суммарному току электроприемников, которые находятся после рубильника или пакетного выключателя).

I_ном  I_длит,                                    (24)

где I_ном – номинальный (по паспорту) ток коммутационного аппарата;

     I_длит – расчетный суммарный ток электроприемников, которыми управляет коммутационный аппарат.

Кроме этого эти аппараты должны без повреждений включать пусковые токи электроприемников, которые, как известно, могут превосходить их номинальные токи в несколько раз.

I_ном  I_пуск,                                   (25)

где I_пуск – пусковой ток, А.

Пример:

В цепи местного освещения установлен тумблер SA1 типа ТП1-2. Определим длительный расчетный ток цепи I_длит, согласно 20 [3]. Мощность осветительной лампы 40 Вт, напряжение обмотки трансформатора Т1.2 24В.

  

Выбираем переключатель открытого исполнения ПЕ011 с рукояткой на два положения, номинальным током 6,3, что удовлетворяет условию 19 [3].

Для расчёта аппаратов в схеме управления определим длительный расчётный ток в цепях управления по формуле:

  

где ΣS – наибольшую суммарную мощность, потребляемую аппаратами цепей управления при одновременной работе, ВА;

   U_ном.с – напряжение цепи управления.

Максимальное количество одновременно включенных аппаратов – пять магнитных пускателей (3 – 1-й величины, 2 – 2-й величины). Согласно таблице 2 электромагнитные пускатели 1-й и 2-й величины в рабочем состоянии потребляют 8 ВА.

В цепях управления режимами работы станка используется пакетно – кулачковый переключатель SA2 ПКП-10-1-39.

Подключение станка к сети переменного тока производится пакетно-кулачковым выключателем QS1 типа ПВК 40-2-58-58. Определим номинальный длительный ток выключателя, сложив токи всех двигателей, цепи освещения, электромагнита и схемы управления. Предварительно рассчитаем ток схемы управления, приведённый к напряжению силовой цепи по формуле:

  

где ΣS – наибольшую суммарную мощность, потребляемую аппаратами цепей управления при одновременной работе, ВА;

   U_ном.с – напряжение силовой цепи.

Ток электромагнита

  

I_длит=I_М1+I_М2+I_М3+I_у+I_осв+I_эм=22+0,26+6,7+0,1+1,7+0,46=31,2 А 

Номинальный ток выключателя QS1 составляет 40 А, что удовлетворяет условию.

Реверсирование электродвигателя привода главного движения М1 осуществляется пакетно – кулачковым переключателем QS2 типа ПКП-25-2-116. При модернизации переключатель заменяется реверсивным магнитным пускателем КМ5, КМ6, выбор которого произведён ранее.

Коммутация электронасоса охлаждающей жидкости М2 производится пакетно – кулачковым выключателем QS3 типа ПКВ-10-1-30. Ток в цепи электронасоса составляет 0,26 А. Номинальный ток выключателя 10 А, что удовлетворяет условиям. Основные характеристики выключателя приведены в таблице 7.

Таблица 7  - Характеристики переключателей

Позиционное обозначение	Серия	Номинальное напряжение, В	Номинальный ток, А	Число полюсов	Степень защиты
SA1	ПЕ011	380	6,3	1	IP44
SA2	ПКП 10-1-39	380	10	3	IP44
QS1	ПВК 40-2-58	380	40	3	IP44
QS3	ПКВ 10-1-30	380	10	3	IP44

Схема управления электродвигателем подач содержит конечные путевые выключатели SQ1, SQ5, SQ6, SQ7 типа ВПК-2010 и SQ2, SQ3, SQ4 типа ВК-200Б. Основные характеристики выключателей приведены в таблице 8.

Таблица 8 - Характеристики путевых выключателей

Серия	Номинальное напряжение, В	Номинальный ток, А	Износо- стойкость механическая	Износостойкость электрическая	Рабочий угол поворота (ход)	Степень защиты
ВПК-2010	380	6	107	104	(5.5-8)мм	IP44
ВК-200Б	380	6,3	5×109	2,5×104	12о	IP44

Номинальное напряжение в цепях управления составляет 110 В, средний ток 0,36 А, что удовлетворяет условиям.

Выбираем кнопки с цилиндрическим толкателем серии КЕ. При модернизации в схему управления добавляются две кнопки реверса электродвигателя М1 SB8 и SB9 со встроенной сигнальной лампой, и кнопка «Стоп» SB10 с толкателем грибовидной формы красного цвета.  Результаты выбора кнопок приведены в таблице 9.

 

Таблица 9 - Результаты выбора кнопок управления

Позиционные обозначения и типы		Номин-ное напряжение, В	Номинальный ток, А	Цвет толкателя	Число контактов зам./разм.	Степень защиты
SB1, SB2 КЕ-011У3	требуется	110	0,36	красный	1/1	IP44
	выбрано	500	6.3	красный	1/1	IP44
SB3–SB7 КЕ-011У3	требуется	110	0,36	чёрный	1/1	IP44
	выбрано	500	6,3	чёрный	1/1	IP44
SB8, SB9 КЕ-171	требуется	110	0,36		1/1	IP44
	выбрано	500	6,3		1/1	IP44
SB10 ПКЕ-021/2	требуется	110	0,36	красный	1/1	IP44
	выбрано	500	6,3	красный	1/1	IP44

Выбор трансформатора

Для питания цепей управления и сигнализации сложных схем с целью повышения надежности работы электрических аппаратов и обеспечения более безопасного обслуживания электрооборудования применяют понижающий трансформаторы.

Правильный выбор трансформатора имеет большое значение. Сечение провода с одной стороны должно быть такое, чтобы провод не нагревался под действием прохождения по нему тока, с другой стороны при большом сечении увеличивается затрата на изготовления проводов с алюминия и меди, то есть с цветных металлов, которые дорого стоят. При выборе номинальной мощности трансформатора управления следует исходить из следующих условия, что номинальная мощность Р_ном трансформатора должна быть равна или больше максимальной мощности, потребляемой включенными аппаратами одновременно.

Мощность трансформатора для цепей управления определяется по следующей формуле:

,  Вт                                   (26)

где m – наибольшее число одновременно включенных аппаратов;

     Р_у – мощность, потребляемая каждым отдельным аппаратом во включенном состоянии (берется из каталога);

      n – число одновременно включаемых аппаратов при наибольшем числе включенных;

      Р_в – мощность, потребляемая каждым аппаратом при включении –пусковая мощность (берется из каталога – не учитываются лампочки и аппараты постоянного тока, так как они не имеют пускового тока).

Мощность трёхфазного трансформатора определяется по формуле:

                                                                   (27)

ПРИМЕР:

Применяя исходные данные можно произвести расчет трансформатора.

Напряжение первичной обмотки                      U₁, В     220

Напряжение вторичной обмотки                      U₂, В     127

                                                                              U¢₂, В    6,3

Токи вторичных обмоток                                   I₂, A       0,6

                                                                              I¢₂, A      2

Тип стержня магнитопровода                           Стержневой

Частота питания цепи                                        F, Гц      50

Рас­чет трансформаторов начи­нают с определения его вторичной мощно­сти S₂, ВА:

,              (36)

где U₂- вторичное напряжение, В; I₂- вторичный ток, А.

 (ВА),

 (ВА).

Найдем общую вторичную мощность:

 (ВА).

Найдем его первичную мощно­сть S₁, ВА:

 ,        (37)

где S₂- вторичная мощно­сть, ВА; h- КПД трансформатора взятое из табл. 7 [5]: h=0,9.

 (ВА).

Пример:

В схеме станка используется однофазный трансформатор с напряжением первичной обмотки 380 В и вторичными обмотками с напряжениями:

110 В – питание цепей управления;

  24 В – питание лампы местного освещения;

65 В – питание двуполупериодного выпрямителя.

Определим мощность трансформатора. Рассчитаем мощность, потребляемую обмоткой цепи управления. Одновременно в схеме управления включено пять магнитных пускателя мощностью 8 ВА, одновременно включаемых – три пускателя с пусковой мощностью 68 ВА. Определим мощность по формуле 24:

 

Мощность лампы в цепи управления составляет 40 Вт.

Двуполупериодный выпрямитель питает электромагнит постоянного тока мощностью 30 Вт и цепь динамического торможения. Определим потребляемую мощность:

  

Соответственно общая мощность трансформатора

  

В качестве питающего трансформатора выбираем трансформатор типа ТБСЗ-0,63-У3 – однофазный мощностью 630 ВА, напряжением первичной обмотки 380 В, предназначенный для питания цепей управления электропривода, ламп местного освещения и выпрямителей.

Выбор элементов преобразователей

Преобразователи используются для преобразования рода тока (переменный – постоянный) и частоты питающей сети в иное значение. Основу преобразователей составляют силовые полупроводниковые приборы – диоды, тиристоры, транзисторы.

В силовой полупроводниковой технике в настоящее время применяется система предельных па­раметров, характеризующая предельные возмож­ности использования силовых полупроводниковых приборов и предельные условия их эксплуатации. При любых режимах рабо­ты значения воздействующих на прибор величин не должны быть выше предельных параметров. В противном случае силовой по­лупроводниковый прибор может выйти из строя.

Основными параметрами диодов являются:

1) предельный прямой ток I_п (I_пр.max) — максимально допустимое среднее запериод   значение тока, длительно  протекающего через диод. 

На практике силовые диоды используются совместно с определенными типами охладителей, поэтому в информационных материалах приводят­ся значения I_п с учетом влияния охладителя и условий охлаждения (указывается скорость охлаждающего воздуха или расход охлаждающей жидкости)

2) максимальное обратное напряжение U_обр.max

3) прямое падение напряжения U_пр

4) обратный ток I_обр

Первые два параметра являются предельными.

Часть параметров, которыми характеризуются мощные тиристоры, аналогична параметрам, указанным выше для силовых диодов. Кроме того, в технических условиях обычно ука­зываются:

1)      динамические параметры, характеризующие условия эксплуатации тиристоров в схемах преобразователей: время вклю­чения t_вкл, мкс – это время от момента подачи управляющего им­пульса до момента снижения прямого напряжения на тиристоре до 10% начального значения при работе на активную нагрузку; время вык­лючения     (восстановления запирающей способности) t_выкл, мкс; ток удержания I_удерж, А — минимальный прямой ток, протекающий через тиристор при разомкнутой цепи управляющего электрода, при котором прибор еще находится в открытом состоянии; ток утечки I_ут, А — ток, протекающий через тиристор с разомкнутой цепью управляющего электрода при приложении к нему напряжения в прямом направлении;

2)  параметры цепи управления (катод — управляющий электрод), характеризующие переход тиристора из закрытого состояния в открытое: отпирающий ток  управления  I_у, мА — наимень­шее значение тока управления, необходимое для переключения прибора.

Мощные транзисторы, используемые в схемах преобразовательных устройств, выбираются по следующим параметрам:

1) максимальный ток коллектора I_к.max ток, при ко­тором мощность, рассеиваемая на коллекторе, не превышает максималь­но допустимое значение;

2) максимальное напряжение между коллекто­ром и эмиттером U_кэ.max;

3) максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе,
P_к.max – мощность, при которой температура коллекторного перехода (с учетом условий охлаждения прибора) не превышает максимально до­пустимую;

4)  статический коэффициент усиления по току h₂₁ – отношение тока коллектора к току базы.

Работа транзисторов в предельных режимах соответствует границе гарантированной надежности, поэтому использование предельных режи­мов в схемах, от которых требуется высокая надежность, не допускается.

Для выпрямления переменного тока в основном используются мостовые схемы.

При небольшой мощности нагрузки (до нескольких сотен ватт) преобразование переменного тока в постоянный осуществляют с помощью однофазного мостового выпрямителя. Такие выпрямители предназначе­ны для питания постоянным током различных устройств про­мышленной электроники, обмоток возбуждения двигателей постоянного тока небольшой и средней мощности и т.д.

Приведём основные расчётные соотношения для однофазного мостового выпрямителя.

Среднее значение выпрямленного напряжения

U_н = 0,9U₂,                                  (28)

где U₂ – действующее значение напряжения на вторичной обмотке

Среднее значение выпрямленного тока в нагрузке

I_н = U_н/R_н                                   (29)

Среднее значение тока через каждый вентиль в 2 раза меньше тока I_н, проходящего через нагрузку, т.е.

I_в.ср = 0,5I_н                                  (30)

Обратное напряжение, приложенное к закрытым вентилям

U_обр.max = √2U₂ = 1,57U_н              (31)

Токи во вторичной и первичной обмотках трансформатора определяются по формулам

I₂ = U₂/R_н                                      (32)

  I₁ = I₂/n                                          (33)

Типовая мощность трансформатора

S_T = 1,23P_н                                   (34)

Оценка качества выпрямленного напряжения производится посредством коэффициента пульсации, который представляет собой отношение амплитуды первой (основной) гармонической U_н1m к среднему значению напряжения U_н и определяется по формуле

q = U_н1m / U_н = 2/(m² -1)              (35)

где m – число выпрямленных полупериодов.

Для рассматриваемой схемы частота первой гармоники пуль­сации f_n1 = 2f_c при частоте питающей сети f_c = 50 Гц состав­ляет 100 Гц. Подставляя m = 2, коэффици­ент пульсации: q = 0,67.

Питание постоянным током потребителей средней и большой мощности производится от трехфазных выпрямителей, применение которых снижает загрузку вентилей по току, уменьшает коэффициент пульсаций и повы­шает частоту пульсации выпрямленного напряжения, что облег­чает задачу его сглаживания. Коэффи­циент пульсаций напряжения на выходе выпрямителя составляет 0,057.

Трехфазная мостовая схема выпрямления состоит из трансформатора, первичные и вторич­ные обмотки которого соединяются в звезду или треугольник, и шести диодов.

     Обратное напряжение на закрытом вентиле определяется разностью потенциалов его катода и анода. Максимальное зна­чение обратного напряжения на вентиле равно амплитуде линейного напряжения вторичной обмот­ки трансформатора:

U_o6p.max = √2 U_2л = 1,05 U_н                      (36)   

Напряжение на нагрузке по сравнению с трехфазной схемой с нулевым выводом получается вдвое

U₂ = π/3√6 = 0,425U_н                            (37)

Среднее значение тока через каждый вентиль в 3 раза меньше тока I_н

I_в.ср = 0,33I_н                                          (38)

Токи во вторичной и первичной обмотках трансформатора определяются по формулам

I₂ = I_в,д = √(2/3) = 0,585I_н                   (39)  

Типовая мощность трансформатора

S_T = π/3 P_н = 1,045P_н                         (40)

Пример:

В схеме используется однофазный мостовой выпрямитель VD1-VD4 для питания электромагнита постоянного тока YA1 и цепи динамического торможения. Определим предельные параметры диодов выпрямителя. Для этого рассчитаем ток нагрузки:

I_н = I_эм + I_дт = 0,46 + 5 = 5,46 А  

где I_эм – ток электромагнита, рассчитанный по 2.9;

      I_дт - ток динамического торможения

Среднее значение тока через каждый диод определяем:

I_в.ср = 0,5I_н = 0,5∙5,46 = 2,73 А  

Максимальное обратное напряжение определяем:

U_обр.max = √2U₂ = √2∙65 = 92 В  

В соответствии с полученными значениями предельных параметров из справочника выбираем диоды марки Д215Б с эксплуатационными параметрами:

Обратное напряжение – 200 В;

Средний прямой ток – 5 А.

Предельные параметры выбранного диода превышают рассчитанные.

Выбор конденсаторов

Для асинхронных двигателей небольшой мощности используется конденсаторное торможение. Для такого торможения параллельно статору асинхронного двигателя подключают конденсаторы, обычно соединя­емые треугольником. При отключении двигателя вместе с емкостью от сети конденсаторы обеспечивают питание обмотки статора реактивным током, частота которого обусловлена емкостью конденсаторов и индуктивностью обмоток статора.

Частота вращения магнитного поля определяется частотой тока. При угловой скорости ротора, превышающей угловую скорость поля, асинхронная машина начинает работать в генераторном режиме с само­возбуждением, развивая тормозной момент.

Когда частота вращения ротора уменьшится до частоты вращения магнитного поля, торможение прекращается. Таким образом, конденса­торное торможение представляет собой притормаживание до опреде­ленной скорости.

Пример:

Рассчитаем емкость  и выберем конденсаторы   для   торможения   электродвигателя   4A132S6,   5,5   кВт, 380 В, 965 об/мин.

Номинальная емкость

 

где I₀ – ток холостого хода.

Примем пятикратное значение емкости С₃=5С_ном = 5∙31,5=157 мкФ.

Т.о. требуются конденсаторы емкостью 3X157  мкФ. Выбираем трехфазный конденсатор типа KM1-0,5-13-3, 500 В, 3X165 мкФ.

При однофазном включении емкости для получения равной эффективности торможения требуется емкость С=2,1∙157=314 мкФ.

Расчет параметров и выбор аппаратов защиты

            Независимо от параметров установки и типа применяемых защитных аппаратов и систем выделяют следующие общие требования к защите.

1. Быстродействие - обеспечение минимально возможного времени срабатывания защиты, не превышающего допустимого.

2. Селективность. Аварийное отключение должно производится только в той цепи, где возникла причина аварии. А другие участки силовой цепи при этом должны оставаться в работе.

3. Электродинамическая стойкость. Максимальный ток, ограниченный защитными устройствами, не должен превышать допустимого для данной электроустановки значения по электродинамической стойкости.

4. Уровень перенапряжений. Отключение аварийного тока не должно вызывать перенапряжений, опасных для полупроводниковых приборов.

5. Надежность. Устройства защиты не должны выходить из строя при отключении аварийных токов.

6. Помехоустойчивость. При появлении помех в сети собственных нужд и в цепях управления устройства защиты не должно ложно срабатывать.

7. Чувствительность. Защита должна срабатывать при всех повреждениях и токах, опасных для полупроводниковых приборов, независимо от места и характера аварии.

Выбор предохранителей

Предохранители выбираются по следующим условиям:

1)      по номинальному напряжению сети:

U_{ном.пред.}  >= U_ном.с.,              (41)

где U_{ном. пред.} – номинальное напряжение предохранителя;

U_ном.с.- номинальное напряжение сети;

Рекомендуется номинальное напряжение предохранителей выбирать по возможности равным номинальному напряжению сети (в этих случаях плавкие вставки имеют лучшие защитные характеристики);

2)      по длительному расчетному току линии:

_{Iном. вст}. >= I_длит;                     (42)

где _Iном. вст.- номинальный ток плавкой вставки; I_длит – длительный расчетный ток цепи.

            Кроме того при использовании безынерционных предохранителей не должно происходить перегорание плавкой вставки от кратковременных толчков тока, например от  пусковых токов электродвигателей. Поэтому при выборе предохранителей таких электроприемников необходимо также выполнение и другого условия:

_{Iном. вст}. >= I_пуск/2,5 ,              (43)

где I_пуск – пусковой ток двигателя.

            Часто возникает необходимость в защите магистральной линии, по которой питается группа электродвигателей, причем часть из них или все они могут пускаться одновременно. В этом случае предохранители выбираются по следующему соотношению:

I_ном. _вст. >= I_кр/2,5 (при легких условиях пуска)и

 I_ном. _вст. >= I_кр/(1,5-2)(при тяжелых условиях пуска)  ,

где I_кр = I’_пуск + I’_длит – максимальный кратковременный ток линии; I’пуск – пусковой ток электродвигателя или группы одновременно включаемых двигателей, при пуске которых кратковременный ток линии достигает наибольшего значения; I’длит – длительный расчетный ток линии до момента пуска электродвигателя (или группы электродвигателей), определяемый без учета рабочего тока пускаемого электродвигателя (или группы двигателей).

            В цепях управления и сигнализации плавкие вставки выбираются по соотношению:

 ,           (44)     

где I_раб. _макс. – наибольший суммарный ток, потребляемый катушками аппаратов, сигнальными лампочками и т. д. при одновременной работе; - наибольший суммарный ток, потребляемый при включении катушек одновременно включаемых аппаратов.

            Следует отметить, что плавкие предохранители, выбранные в соответствии с (16) или (17) не всегда будут защищать электродвигатель от перегрузки. Так, например, если номинальный ток двигателя составляет 10А, а пусковой ток 70А, то номинальный ток плавких вставок, выбранный по (17), составляет 28А (ближайшая плавкая вставка предохранителей имеет номинальный ток 30А). Такая защита не будет чувствительна к токам перегрузки, не  превышающим номинальный ток двигателя в три раза. В таких случаях плавкие предохранители осуществляют защиту только от токов короткого замыкания, а защиту от перегрузок можно выполнить, например, с помощью тепловых элементов, встроенных в магнитные пускатели.

            Если известны номинальные мощности электроприемников, то их номинальные токи могут быть определены по следующим соотношениям:

, А              (45)

- для трехфазных электроприемников переменного тока;

, А                      (46)

- для однофазных электроприемников, присоединенных у одной фазе сети трехфазного тока;

, А                       (47)

- для электроприемников постоянного тока,

где Р – номинальная мощность электроприемника (или группы электроприемников), кВт; U_ном – номинальное напряжение (для электроприемников переменного тока – линейное напряжение сети), кВ; соs f – коэффициент мощности; h – КПД электродвигателя.

Таблица 12

Результат выбора предохранителей

	Позиционное обозначение		Тип предохранителя		Напряжение, В	Номинальный ток, А	Номинальный ток плавкой ставки, А
FU1		ПРС-100		требуется	380	73.1	80
				выбрано	380	100
FU2		ПРС-20		требуется	380	17,5	20
				выбрано	380	20

Выбор автоматических выключателей

Выбор автоматических выключателей производится по номинальным напряжению и току с соблюдением следующих условий:

U_ном.а.  >= U_ном.с.; I_ном. _а >= I_длит;                 (48)

где U_{ном. а.} – номинальное напряжение автоматического выключателя;U_ном.с.- номинальное напряжение сети; где Iном.а.- номинальный ток автоматического выключателя; Iдлит – длительный расчетный ток цепи.

            Кроме того, должны быть правильно выбраны: номинальный ток расцепителей I_ном._расц.; ток уставки электромагнитного расцепительного элемента комбинированного расцепителя I_уст._эл._магн.; номинальный ток уставки теплового расцепителя или теплового элемента комбинированного расцепителя  - I_ном._уст._тепл.

            Номинальные токи электромагнитного, теплового или комбинированного расцепителя должны быть не меньше номинального тока двигателя:

I_ном._расц. >= I_{ном. дв}.                 (49)

            Ток уставки электромагнитного расцепителя (отсечки) или электромагнитного элемента комбинированного расцепителя с учетом неточности срабатывания расцепителя и отклонений действительного пускового тока от католожных данных выбирается из условия

I_уст._эл._магн. >= 1,25I_пуск.,                    (50)

где I_пуск.- пусковой ток двигателя.

Для группы двигателей:

,       (51)

где - сумма номинальных токов одновременно работающих двигателей до момента пуска двигателя (группы двигателей), дающего наибольший прирост пускового тока; I’пуск –пусковой ток двигателя (или группы двигателей, пускаемых одновременно), дающего наибольший прирост пускового тока.

            Номинальный ток уставки теплового расцепителя или теплового элемента комбинированного расцепителя:

I_ном._уст._тепл. >= I_ном. _дв.                       (52)

            Так же выбираются уставки расцепителей автоматических выключателей и для защиты цепей других электроприемников системы электропитания, например цепей контрольно-измерительных приборов и др. (разумеется, если в этом возникает необходимость, так как в большинстве случаев для защиты приборов и других подобных электроприемников малой мощности по соображениям чувствительности оказывается необходимым применять плавкие предохранители). При этом надо учитывать, что если автоматический выключатель с электромагнитным расцепителем устанавливается в цепях электроприемников, при включении которых не возникают броски пускового тока, то надобности в отстройке от последних нет и ток уставки электромагнитного расцепителя в этом случае должен выбираться минимально-возможным.

Выбор тепловых реле магнитных пускателей

Тепловые реле выбираются по номинальному току двигателя (или длительному расчетному току):

I_ном.т.р  I_{ном. дв}                   (53)

При выборе теплового реле необходимо стремиться к тому, чтобы ток уставки находился в центре диапазона регулирования. При выборе тепловых реле предпочтительнее выбирать трехполюсное реле серии РТЛ, при больших токах – 3 однополюсных реле серии РТТ.

Расчет и выбор проводов и кабелей

     При выборе вида электропроводки и способа прокладки проводов и кабелей должны учитываться требования электробезопасности и пожарной безопасности. Сечение проводов и кабелей цепей питания, управления, сигнализации, измерения и т.п. должны выбираться из условия допустимого их нагрева электрическим током. 

Условия нагрева проводов длительным расчетным током имеет вид:

I_{длит. доп} ≥ I_расч ,                      (54)

а условие соответствия выбранному аппарату защиты:

I_{длит. доп.} ≥ К_з∙I_з                  (55)

где I_{длит.доп} – допустимый длительный ток для провода или кабеля при нормальных условиях прокладки, определяемый по таблицам допустимых токовых нагрузок на провода и кабели;

         I_расч – длительный расчетный ток линии (суммируются все номинальные токи электроприемников, которые получают питание по данному проводу или кабелю);

         I_з – номинальный ток или ток срабатывания защитного аппарата;

        К_з – кратность допустимого длительного тока для провода или кабеля по отношению к номинальному току или току срабатывания защитного аппарата (согласно ПУЭ для провода, который защищен автоматическим выключателем К_з=1, а предохранителем К_з = 0,33).

При проектировании и модернизации электрооборудования для подвода электрической энергии в настоящее время применяются следующие установочные провода:

ПВ1 - провод (П) с медной жилой, с поливинилхлоридной изоляцией (В). Провода изготавливаются сечением от 0,5 до 95 мм². Пример полной марки: ПВ 1х1,5.

ПВ2 - то же, но гибкий. Сечение от 2,0 до 70 мм².

ПВ3 - повышенной гибкости. Изготавливается одножильным или двухжильным. Сечение одножильного от 0,5 до 95 мм². Двухжильный - сечение от 0,5 до 4 мм² каждой жилы. Примеры: ПВ3 1х2,5; ПВ3 2х2,5.

ППВ - провод с медными жилами, с поливинилхлоридной изоляцией, плоский (вторая П), с разделительным основанием. Выпускается одножильным, сечение от 0,75 до 95 мм²; двухжильным и трехжильным - сечением от 0,75 до 4 мм². Примеры: ППВ 1х1,5; ППВ 2х1,5; ППВ 3х1,5.

Установочные провода выпускаются также и с алюминиевыми жилами. Эти провода изготавливаются одно-, двух- и трехжильными. Примеры обозначений: АПВ 1х2,5; АПВ 3х2,5; АППВ - 2х2,5

Таблица 10

Допустимый длительный ток для проводов с резиновой

 и поливинилхлоридной изоляцией с медными жилами

Сечение токопроводящей жилы, мм2	Ток, А, для проводов, проложенных
	открыто	в одной трубе
		двух одно жильных	трех одно жильных	четырех одно жильных	одного двух жильного	одного трех жильного
0,5.	11	-	-	-	-	-
0,75	15	-	-	-	-	-
1	17	16	15	14	15	14
1,2	20	18	16	15	16	14,5
1,5	23	19	17	16	18	15
2	26	24	22	20	23	19
2,5	30	27	25	25	25	21
3	34	32	28	26	28	24
4	41	38	35	30	32	27
5	46	42	39	34	37	31
6	50	46	42	40	40	34
8	62	54	51	46	48	43
10	80	70	60	50	55	50
16	100	85	80	75	80	70
25	140	115	100	90	100	85
35	170	135	125	115	125	100
50	215	185	170	150	160	135
70	270	225	210	185	195	175
95	330	275	255	225	245	215
120	385	315	290	260	295	250
150	440	360	330	-	-	-
185	510	-	-	-	-	-
240	605	-	-	-	-	-

Таблица 11

Допустимый длительный ток для проводов с резиновой

 и поливинилхлоридной изоляцией с алюминиевыми жилами

Сечение токопроводящей жилы, мм2	Ток, А, для проводов, проложенных
	открыто	в одной трубе
		двух одножильных	трех одножильных	четырех одножильных	одного двух жильного	одного трех жильного
2	21	19	18	15	17	14
2,5	24	20	19	19	19	16
3	27	24	22	21	22	18
4	32	28	28	23	25	21
5	36	32	30	27	28	24
6	39	36	32	30	31	26
8	46	43	40	37	38	32
10	60	50	47	39	42	38
16	75	60	60	55	60	55
25	105	85	80	70	75	65
35	130	100	95	85	95	75
50	165	140	130	120	125	105
70	210	175	165	140	150	135
95	255	215	200	175	190	165
120	295	245	220	200	230	190
150	340	275	255	-	-	-
185	390	-	-	-	-	-
240	465	-	-	-	-	-
300	535	-	-	-	-	-
400	645	-	-	-	-	-

При значительных токах, в основном для питания силовых элементов станка (электродвигателей, электромагнитов и т. д.), могут применяться кабели.

Пример:

Выберем провод для цепей управления

Расчетный ток цепей управления равен 0,36, цепи управления защищены предохранителем ПРС-6 с номинальным током плавкой вставки 6 А. Выбираем для цепей управления провод ПВ1 сечением 0,5 мм², т.к. по данному проводу может протекать длительно допустимый ток 11А. Так как провода цепей управление лежат в шкафу управления в жгутах, то длительно-допустимый ток провода уменьшаем на 20% и он составит 8,8 А.

8,8 ≥ 0,36        

Проверим выбранный провод по второму условию - соответствия выбранному аппарату защиты. Так как провод защищен предохранителем (ток плавкой вставки равен 6А), то Кз = 0,33, соответственно:

8,8 ≥ 6 ∙ 0,33 = 8,8 ≥ 1,98

Выбранный провод (ПВ1 1×0,5) соответствует условиям.

Выбираем кабель для питания двигателя М1.

Расчетный ток в цепи электродвигателя равен 22А. Двигатель защищен предохранителем ПРС-100 с номинальным током плавкой вставки 80А. Выбираем кабель ВВГ 4 х 2,5 с допустимым током 25 А, т.к. 25 ≥ 22

Проверим выбранный кабель по второму условию:

25 ≥ 80 ∙ 0,33 = 25 ≥ 26,4

Выбранное сечение кабеля не подходит, т.к. предохранитель с номинальным током плавкой вставки 80А, не будет защищать данный провод.

 Значит, выбираем сечение кабеля ВВГ 3 Х 4 + 1 х 2,5 с длительно допустимым током 35 А, соответственно:

35 ≥ 80 ∙ 0,33 = 35 ≥ 26,4

Соответственно выбранный кабель подходит для питания данного двигателя. Аналогичным образом выбираются кабели для остальных электродвигателей.

Структурная схема электрооборудования станка

Схема структурная определяет основные функциональные части электрооборудования, их назначение и взаимосвязи и служит для общего ознакомления с разрабатываемой установкой. На структурной схеме раскрывается не принцип работы от­ельных функциональных частей, а только взаимодействие между ними. Поэтому составные части изображены упрощенно в виде прямоугольников произвольной формы.

Графическое построение схемы даёт наглядное представление о последовательности взаимодействия функциональных частей в электрооборудовании установки. На линиях взаимо­действия стрелками обозначается направление хода процессов, происходящих в схеме.

Схемы функциональные разъяс­няют определенные процессы, протекающие в отдельных функциональных цепях или в установки в целом. Этими схемами пользуются для изучения принципов работы из­делия, а также при их наладке, контроле, ремонте. Функциональная схема по срав­нению со структурной более подроб­но раскрывает функции отдельных элементов и устройств. Функциональные части и связи меж­ду ними на схеме изображают в виде условных графических обозначений, установленных соответствующими ГОСТами ЕСКД.

Для построения структурной (функциональной) схемы электрооборудование разрабатываемой установки (с учётом внесённых изменений) разбивают на основные функциональные блоки.

Размещение ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ И СХЕМА СОЕДИНЕНИЙ И ПОДКЛЮЧЕНИЯ

Все оборудование служащие для управления, защиты, и контроля за двигателем, обычно располагается в шкафу управления. Размещается оно в нем следующим образом:  XA – клемник или клемниковая колодка. Внутри шкафа управления размещаются: автоматические выключатели, магнитные пускатели, промежуточные реле, реле защиты. На передней панели или панели управления размещаются: ключи управления, измерительные приборы, сигнальные лампочки. Электрические соединения между обмотками элементов внутри шкафа осуществляется обычно при помощи клемника, так же через клемник подводится питание к шкафу.        

            Схемы соединений и подключения необходимы для выполнения монтажа электроустановок. Схемы соединений определяют все электрические соединения в электрических устройствах, входящих в состав монтируемой установки, а схемы подключения показывают внешние соединения между этими устройствами. На схемах соединений электрических устройств обязательно показывают выводы входящих в них аппаратов и приборов, отображая их расположение и нумерацию. Для большей наглядности выводы каждого аппарата или прибора заключают в общую рамку. Кроме того, если это необходимо, дают внутреннюю схему прибора или аппарата. Для изображения отдельных элементов (резисторов, конденсаторов, электрических ламп, проводов, катушек аппаратов и др.) на схемах соединений используют обозначения, приведенные в стандартах ЕСКД.

            На схемах соединений должны быть обозначены все контактные элементы, через которые осуществляются электрические соединения (выводы аппаратов и приборов, клемники, зажимы) и отходящие от них проводники. На простых схемах полностью показывают все проводники, которыми соединяются аппараты, приборы и другие элементы, примерно отображая их примерное расположение. На сложных схемах для уплотнения монтажа используют жгуты проводов и группы проводов в лотках показывают одной линией. В непосредственной близости от контактных элементов каждый провод показывают отдельной линией.  У каждого вывода и зажима показывают адреса (нумерацию) концов отходящих проводов. На схемах соединений сложных комплектных электрических устройств обязательно показывают перемычки.

ВЫБОР ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ МОДЕРНИЗАЦИИ

Описание сути предлагаемой модернизации. Последовательность действий проведения модернизации.

Приведём примеры возможных направлений проведения модернизации:

- повышение функциональных возможностей установки;

- частичная автоматизация режимов работы установки;

- замена механических контактов (релейных элементов, контакторов, переключателей) бесконтактными элементами;

- реализация схемы управления на микроконтроллерах;

- использование регулируемых электроприводов с частотными преобразователями;

- замена электроприводов старых типов на современные;

- повышение электробезопасности работы на установке;

- защита дорогостоящего и наиболее нагруженного электрооборудования, инструмента, механических деталей и элементов установки;

и др.

Выбранное техническое решение модернизации обязательно должно экономически обосновываться. Экономически обосновывается модернизация, обеспечивающая:

- снижение энергопотребления;

- повышение производительности;

- автоматизацию работы (сокращение обслуживающего персонала, либо снижение требований к его квалификации);

- повышение надёжности (снижение количества ремонтов);

- повышение электробезопасности работы;

- улучшение условий труда (снижение затрат на охрану труда)

и т.п.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Заключение должно содержать: краткие выводы по результатам выполненной работы, оценку полноты решений поставленных задач, разработку рекомендаций по конкретному использованию результатов работы.

Список использованных источников

1.         Петросов, С.П., Диагностика и сервис бытовых машин и приборов [Текст]: учебник для студентов учреждений СПО / С.П. Петросов, С.Н. Алехин, А.В. Кожемяченко.   - М.:, Издательство: Академия, 2013. – 320с.

2. Дьяков В.И. Типовые расчеты по электрооборудованию. - Изд.: Высшая школа, 2012 – 166с.

3. Шеховцов В.П. Расчет и проектирование ОУ и электроустановок промышленных механизмов. Учебное пособие. – Изд. 2-е. М.: ФОРУМ, 2014 – 354с.

4. Кудрин Б.И. Электрооборудование промышленности: учебное пособие. - «Теплотехник» Москва, 2013 – 704с.

5. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей/ КноРус, 2012 – 280с.

6. Шеховцов В.П. Справочное пособие по электрооборудованию и электроснабжению / В.П. Шеховцов; - 3-е изд -. М.: ФОРУМ: ИНФРА-М,, 2016 – 136с.

Интернет-ресурсы:

1.         www.ozon.ru.  Сайт технической литературы.

2.         www.colibri.ru. Сайт технической литературы.

3.         www.diafilmov.ru.  Диафильмы профессиональной тематики, 2400dpi (можно демонстрировать на компьютере).

4.         http://freesoftmebel.ru/forum/showthread.php?p=13118. Учебные пособия