Для педагогов

Попробуйте УМНЫЙ ПОИСК по курсам повышения квалификации и профессиональной переподготовки

1738 курсов от 400 руб.Повышения квалификации 436 курсов от 1200 руб.Профессиональной переподготовки

Инфоурок › Другое ›Другие методич. материалы›Методические указания по практическим работам по МДК 01.03 Электрическое и электромеханическое оборудование

Методические указания по практическим работам по МДК 01.03 Электрическое и электромеханическое оборудование

Скачать материал

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Югорский государственный университет»

Лянторский нефтяной техникум (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Югорский государственный университет»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

для студентов по выполнению практических работ

по ПМ 01 Организация технического обслуживания и ремонта электрического и электромеханического оборудования

МДК01.03 Электрическое и электромеханическое оборудование

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

Лянтор

2016

РАССМОТРЕНО

Предметной цикловой комиссией специальностей

38.02.01, 15.02.07, 13.02.11

Протокол № ___от___________2016 г.

Председатель______ Гаврилюк Г.В.

ПРИНЯТО

Методическим советом техникума

протокол №___ от___________ 2016 г.

УТВЕРЖДАЮ

Директор ЛНТ (филиала) ФГБОУ ВПО «ЮГУ»

_________ О.А.Любецкая

«_______»_______2016 г.

Методические указания по выполнению практических работ для обучающихся разработаны в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом среднего профессионального образования по специальности 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям), утвержденного приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 28 июля 2014 г. № 831.

Разработчик: Карпунина Л.Н. – преподаватель высшей квалификационной категории, ЛНТ (филиала) ФГБОУ ВО «ЮГУ»

Содержание

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1. Расчет осветительной установки методом коэффициента использования светового потока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2. Расчет осветительной установки методом удельной мощности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3. Электрический расчет осветительной

установки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 4. Расчет геометрических размеров нагревателя, проверка срока его службы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 5. Расчет нагревательных элементов для электропечей сопротивления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 6. Изучение электрической схемы установки

печи сопротивления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 7. Изучение электрической схемы питания дуговой печи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 8. Изучение электрической схемы автоматического управления режимом индукционной тигельной печи. . . . . . . . .67

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 9. Изучение работы электрической схемы управления токарно-револьверного станка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 10. Изучение работы электрической схемы управления радиально-сверлильного станка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 11. Изучение работы электрической схемы главного привода расточного станка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 12. Изучение работы электрической схемы управления вертикально-фрезерного станка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 13. Изучение работы электрической схемы управления кругло-шлифовального станка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 14. Расчет мощности двигателя главного

привода металлорежущего станка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 15. Изучение электроприводов

металлорежущих станков с ЧПУ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 16. Изучение электрической схемы

Осциллятора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 17. Изучение электрической схемы сварочного выпрямителя ВДУ-504 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 18. Изучение работы электропривода и схемы управления подвесной тележки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 19. Расчет мощности электродвигателя

механизма подъема мостового крана . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 20. Расчет мощности электродвигателя

механизма передвижения мостового крана . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 21. Расчет мощности электродвигателя одноступенчатого поршневого компрессора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 22. Расчет мощности электродвигателя двухступенчатого поршневого компрессора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 23. Изучение схемы управления

компрессорной установкой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 24. Изучение схемы управления

вентиляционной установкой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 25. Изучение схемы управления насосной установки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 26. Расчет мощности электродвигателя

насосной установки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 27. Виды исполнения электрооборудования по степени защиты от воздействия окружающей среды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 28. Расчет мощности и выбор системы электропривода буровой лебедки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 29. Расчёт мощности и выбор системы электропривода буровых насосов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .169

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 30. Расчёт мощности ПЭД. Выбор силового

кабеля и трансформатора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .195

Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Методические указания составлены в соответствии с программой профессионального модуля ПМ01 Организация технического обслуживания и ремонта электрического и электромеханического оборудования по специальности 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям) и предназначены для выполнения практических работ по МДК01.03 Электрическое и электромеханическое оборудование всех форм обучения.

Междисциплинарный курс МДК01.03 Электрическое и электромеханическое оборудование базируется на знании учебных дисциплин таких как электротехника и электроника; материаловедение; метрология, стандартизация и сертификация. Программой профессионального модуля предусмотрено 72 часа практических работ.

Дидактическая цель практических работ – осмыслить и закрепить материал лекций, сформировать умения применять полученные знания на практике, реализовать единства интеллектуальной и практической деятельности, развивать выработку при решении поставленных задач самостоятельность, ответственность, точность, творческую инициативу.

Главная задача методических указаний заключается в том, чтобы ознакомить студентов с основным электрическим и электромеханическим оборудованием, таким как электрооборудование осветительных установок, металлорежущих станков, электросварочных установок, общепромышленных машин и механизмов, а также электрооборудование отрасли.

Методические указания включают в себя методику расчета и выбора электродвигателей для привода основных механизмов электрического и электромеханического оборудования. В связи с этим предусмотрены работы по всем основным разделам курса.

В данный сборник входит 30 практических работ, в каждой работе даются краткие методические указания, и их следует строго выполнять. Далее указаны номер, наименование и количество часов, отведенного на каждую работу.

В результате выполнения практических работ студент должен:

иметь практический опыт:

- выполнения работ по технической эксплуатации, обслуживанию и ремонту электрического и электромеханического оборудования;

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;

- прогнозировать отказы и обнаруживать дефекты электрического и электромеханического оборудования;

знать:

- классификацию основного электрического и электромеханического оборудования отрасли;

- элементы систем автоматики, их классификацию, основные характеристики и принципы построения систем автоматического управления электрическим и электромеханическим оборудованием;

- классификацию и назначение электроприводов, физические процессы в электроприводах;

- выбор электродвигателей и схем управления;

Выполнение практических работ способствует формированию общих и профессиональных компетенций:

ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.

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

ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.

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.

ОК 6. Работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.

ОК 7. Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), результат выполнения заданий.

ОКУ 8. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации.

ОК 9. Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности.

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

ПК 1.2 Организовывать и выполнять техническое обслуживание и ремонт электрического и электромеханического оборудования.

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

ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ

Номер работы	Тема	Наименование работы	Кол. часов
1	2	3	4
1	3.1	Расчет осветительной установки методом коэффициента использования светового потока.	2
2	3.1	Расчет осветительной установки методом удельной мощности.	2
3	3.1	Электрический расчет осветительной установки.	2
4	3.2	Расчет геометрических размеров нагревателя, проверка срока его службы.	2
5	3.2	Расчет нагревательных элементов для электропечей сопротивления.	2
6	3.2	Изучение электрической схемы установки печи сопротивления.	2
7	3.2	Изучение электрической схемы питания дуговой печи.	2
8	3.2	Изучение электрической схемы автоматического управления режимом индукционной тигельной печи.	4
9	3.3	Изучение электрической схемы управления токарно-револьверного станка.	2
10	3.3	Изучение электрической схемы управления радиально-сверлильного станка.	2
11	3.3	Изучение электрической схемы главного привода расточного станка.	4
12	3.3	Изучение электрической схемы управления вертикально-фрезерного станка.	4
13	3.3	Изучение электрической схемы управления круглошлифовального станка.	4
14	3.3	Расчет мощности двигателя главного привода металлорежущего станка.	4
15	3.3	Изучение электроприводов металлорежущих станков с ЧПУ.	2
16	3.4	Изучение электрической схемы осциллятора	2
17	3.4	Изучение электрической схемы сварочного выпрямителя ВДУ-504.	2
18	3.5	Изучение схемы управления подвесной тележки	2
19	3.5	Расчет мощности электродвигателя механизма подъема мостового крана.	2
20	3.5	Расчет мощности электродвигателя механизма передвижения мостового крана.	2
21	3.5	Расчет мощности электродвигателя одноступенчатого поршневого компрессора.	2
22	3.5	Расчет мощности электродвигателя двухступенчатого поршневого компрессора.	2
23	3.5	Изучение электрической схемы автоматического управления компрессорной установки.	2
1	2	3	4
24	3.5	Изучение схемы автоматического управления вентиляционной установкой.	2
25	3.5	Изучение схемы автоматического управления насосной установкой.	2
26	3.5	Расчет мощности электродвигателя насосной установки.	2
27	3.5	Виды исполнения электрооборудования по степени защиты от воздействия окружающей среды.	2
28	3.6	Расчет мощности и выбор системы электропривода буровой установки	2
29	3.6	Расчет мощности и выбор системы электропривода буровых насосов	2
30	3.6	Расчет мощности ПЭД. Выбор силового кабеля и трансформатора.	4
		Всего:	72

ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ

Практические работы по ПМ 01. Организация технического обслуживания и ремонта электрического и электромеханического оборудования МДК01.03 Электрическое и электромеханическое оборудование проводятся в лекционной аудитории.

Перед выполнением практических работ студент должен строго выполнить весь объем домашней подготовки; знать, что выполнению каждой работы предшествует проверка готовности студента.

При выполнении работ студент должен самостоятельно изучить методические рекомендации по проведению конкретной работы; выполнить соответствующие задания и расчеты; пользоваться справочной и технической литературой; подготовить ответы на контрольные вопросы.

Изучая теоретическое обоснование, студент должен иметь в виду, что основной целью изучения теории является умение применить ее на практике для решения практических задач.

При решении задач рекомендуется сначала наметить ход решения. В случае простых задач рекомендуется сначала найти решение в общем виде, лишь в конце поставляя числовые значения. В случае задач с большим вычислением рекомендуется после того, как намечен ход решения, подставлять числовые значения и проводить вычисления в промежуточных формулах.

После выполнения работы студент должен представить отчет о проделанной работе с полученными результатами и выводами и устно ее защитить. Отчеты по практическим работам выполняются в отдельной тетради в клетку. Необходимо оставлять поля шириной 25…30 мм для замечаний преподавателя. Все схемы и рисунки, сопровождающие выполнение практических работ выполняются карандашом в соответствии с требованиями ГОСТ.

Неаккуратное выполнение практической работы, несоблюдение принятых правил и плохое оформление чертежей и схем могут послужить причиной возвращения работы для доработки.

Если студент не выполнил практическую работу или часть работы, то он может выполнить работу или оставшуюся часть внеурочное время, согласованное с преподавателем.

Оценку по практической работе студент получает, с учетом срока выполнения работы, если:

- задания выполнены правильно и в полном объеме;

- сделан анализ проделанной работы и вывод по результатам работы;

- студент может пояснить выполнение любого этапа работы;

- отчет выполнен в соответствии с требованиями к выполнению работы.

Зачет по практическим работам студент получает при условии выполнения всех предусмотренных программой работ после сдачи отчетов по работам при удовлетворительных оценках за опросы и контрольные вопросы во время практических занятий.

Критерии оценки выполнения практических заданий

Оценка «отлично» ставится, если студент выполнил работу в полном объеме с соблюдением необходимой последовательности действий; в ответе правильно и аккуратно выполняет все записи, таблицы, рисунки, чертежи, графики, вычисления; правильно выполняет анализ ошибок.

Оценка «хорошо» ставится, если студент выполнил требования к оценке «отлично», но допущены 2-3 недочета.

Оценка «удовлетворительно» ставится, если студент выполнил работу не полностью, но объем выполненной части таков, что позволяет получить правильные результаты и выводы; в ходе проведения работы были допущены ошибки.

Оценка «неудовлетворительно» ставится, если студент выполнил работу не полностью или объем выполненной части работы не позволяет сделать правильных выводов;

Оценивание защиты контрольных вопросов

Оценка «отлично» ставится в том случае, если студент

- правильно понимает сущность вопроса, дает точное определение и истолкование основных понятий;

- строит ответ по собственному плану, сопровождает ответ новыми примерами, умеет применить знания в новой ситуации;

- может установить связь между изучаемым и ранее изученным материалом из курса, а также с материалом, усвоенным при изучении других дисциплин.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1

Тема: Расчет осветительной установки методом коэффициента использования светового потока.

Цель: Выяснить круг вопросов, решаемых в светотехнической части проекта осветительных установок, приобрести навыки расчета осветительных установок методом коэффициента использования светового потока.

Студент должен знать:

- правила и нормы освещенности;

- требования к освещению объектов;

- расчет осветительных установок методом коэффициента использования светового потока;

уметь:

- производить расчет осветительных установок методом коэффициента использования светового потока;

- пользоваться справочной литературой.

Теоретическое обоснование

1) Искусственное освещение имеет очень большое значение, обеспечивая необходимые условия освещённости при проведении различных работ в любое время суток.

Создание благоприятных условий для глаза - залог обеспечения высокой производительности труда. Недостаточная освещённость рабочего места может привести к браку в работе, к быстрому утомлению работающего и, как следствие, к травматизму или к несчастному случаю.

В светотехнической части проекта ОУ излагаются основные технические решения и приводятся их обоснования. Рекомендуется следующая последовательность рассмотрения основных вопросов:

2) Искусственное освещение подразделяется на следующие виды:

- рабочее освещение, устройство которого обязательно во всех случаях;

- аварийное освещение, необходимое для временного продолжения работы при аварийном погасании рабочего освещения в тех помещениях, где прекращение работы может вызвать взрыв, пожар, длительное нарушение технологического процесса и т.д.;

- эвакуационное освещение, необходимое для безопасного выхода людей из помещения при аварийном погасании рабочего освещения (предусматривается в цехах, где более 50 работающих);

- охранное освещение, предусматриваемое вдоль границ территорий;

Искусственное освещение проектируется двух систем:

- общее (равномерное или локализованное);

- комбинированное (к общему освещению добавляется местное).

При выполнении в помещениях работ I-IV разрядов следует применять, как правило, систему комбинированного освещения.

3) Для освещения производственных помещений, как правило, должны применяться газоразрядные лампы низкого и высокого давления люминесцентные, ДРЛ, металлогалогенные, натриевые, ксеноновые). В случае невозможности или технико-экономической нецелесообразности применения газоразрядных источников света допускается использовать лампы накаливания. Применение ксеноновых ламп внутри помещений допускается в виде исключения, только по согласованию с Минздравом РФ.

Рекомендации по выбору источников света:

3.1) люминесцентные дампы применяются:

- для общего освещения помещений, в которых производятся работы разрядов I-V и VII;

- для общего освещения помещений с недостаточным или отсутствующим естественным освещением;

- для освещения помещений, в которых предъявляются повышенные требования к цветопередаче независимо от разряда работ.

Для местного освещения применение люминесцентных ламп желательно.

При выборе люминесцентных ламп следует учитывать, что наиболее экономичными являются лампы типа ЛБ, поэтому их следует применять во всех помещениях, где нет повышенных требований правильной цветопередачи. Если же такие требования есть, то рекомендуется применять лампы ЛДЦ-4 или ЛХБЦ (ЛЕ). Следует помнить, что в порядке лучшей цветопередачи к худшей люминесцентные лампы располагаются так: ЛЕ (ЛХБЦ), ЛДЦ-4, ЛХБ, ЛБ, ЛД, ЛТБ. В не отапливаемых помещениях люминесцентные лампы не применяются. Технические данные люминесцентных ламп мощностью 15…80 Вт приведены в таблице 1 Приложения А.

3.2) лампы ДРЛ применяются для общего освещения высоких производственных помещений (Н > 6…8 м), в которых не требуется обеспечение правильной цветопередачи. Технические данные ламп ДРЛ приведены в таблице 2 Приложения А.

3.3) лампы ДРИ (МГЛ) применяются для общего освещения высоких производственных помещений (Н > 6 м). Технические данные ламп ДРИ приведены в таблице 4 Приложения А.

4) Выбор нормы освещённости по СНиП осуществляется в зависимости от размера объекта различения, контраста объекта с фоном и коэффициента отражения фона (рабочей поверхность). Кроме того, необходимо учитывать тип принятого источника света и систему освещения.

При проектирование ОУ следует иметь в виду, что в процессе эксплуатации ОУ освещённость на рабочих местах уменьшается за счёт уменьшения светового потока источников света, снижение КПД светильников в результате загрязнения ламп и арматуры, загрязнение стен освещаемого помещения.

По этому в расчёты вводится коэффициент запаса, к_з, который регламентирован СНиП в зависимости от запыления освещаемого помещения и типа источников света.

5) Выбор светильников определяется следующими основными условиями:

- характером окружающей среды (см. таблицу 5);

- требованиями к светораспределению и ограничению слепящего действия;

- соображениями экономики.

В таблице 6 и 7 приведены данные некоторых типов светильников для ламп ДРЛ и ДРИ (МГЛ) и с люминесцентными лампами

6) Размещение светильников в плане и разрезе помещения определяется следующими размерами:

H - высота помещения;

h_c - расстояние светильника от перекрытия;

h_p - высота расчётной поверхности над полом;

h = H - h_c - h_p - расчётная высота;

L - расстояние между соседними светильниками или рядами светильников (если по длине и ширине расстояния различны, то они обозначаются L_a и L_в);

l - расстояние от крайних светильников или рядов светильников до стены.

Основное требование при расположении светильников - доступность их для обслуживания. Кроме этого, размещение светильников определяется условием экономичности. Важную роль при размещении светильников играет величина l = L/h. Значения l приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Рекомендуемые значения l для светильников с типовыми кривыми ( ГОСТ 13828-74).

Типовая кривая	l_с	l_э
Концентрированная	0,6	0,6
Глубокая	0,9	1,0
Косинусная	1,4	1,6
Равномерная	2,0	2,6
Полуширокая	1,6	1,8

6.1) Размещение светильников с люминесцентными лампами.

Светильники с ЛЛ рекомендуется устанавливать рядами преимущественно параллельно длинной стороне помещения или стене с окнами (в этом случае L- расстояние между рядами).

Зная высоту помещения Н, приняв значение h_p в зависимости от того, какие работы производятся в цехе, и задавшись величиной h_c, можно определить расчетную высоту:

h = H - h_c - h_p (1.1)

Рисунок 1.1 - Пример размещения светильников с люминесцентными лампами

Значение l принимаем по таблице 1 в зависимости от формы кривой силы света принятого светильника. Тогда

L = h · l_с (1.2)

Зная ширину помещения В и рассчитав значение L, определяем, сколько рядов светильников можно разместить в цехе.

Размер l принимается в пределах (0,3…0,5)L в зависимости от наличия вблизи стен рабочих мест.

6.2) Размещение светильников с лампами ДРЛ, ДРИ и лампами накаливания.

Светильники с «точечными» источниками света располагают по вершинам квадратных, прямоугольных и треугольных полей.

В узких помещениях допустимо однорядное расположение. По формуле (1.1) находим расчетную высоту, а затем, приняв значение l по таблице 1.1, определяем

L_а = h· l_э (1.3)

Зная длину цеха А, находим, сколько светильников можно разместить в ряд (по длине цеха).

При прямоугольных полях рекомендуется, чтобы выдерживалось соотношение

(1.4)

Зная ширину цеха В и учитывая соотношение (1.4), определяем, сколько рядов светильников можно разместить по ширине цеха.

Рисунок 1.2 - Пример размещения светильников с «точечными»

источниками света

7) Задачей расчета ОУ является либо определение числа и мощности источников света, либо определение фактической освещенности в уже спроектированной ОУ.

Расчет освещения может производиться различными методами.

Метод коэффициента использования светового потока.

Метод предназначен для расчета общего равномерного освещения горизонтальных поверхностей при отсутствии крупных затеняющих предметов.

При расчете ОУ с «точечными» источниками света (лампы ДРЛ, ЛН, ДРИ и т.д.) до расчета намечается число светильников в цехе по методике, изложенной в пункте 6.2.

Затем находится потребный световой поток ламп в каждом светильнике Ф, лм.

, (1.5)

где Е_н - нормированная освещённость, лк;

к_з - коэффициент запаса;

S - освещаемая площадь, м²;

z - коэффициент минимальной освещённости (для ламп накаливания, ДРИ и ДРЛ Z = 1,15);

N - число светильников, намечаемое до расчёта ;

к_и - коэффициент использования светового потока в долях единицы.

Для определения коэффициента использования рассчитывается индекс помещения:

, (1.6)

где А - длина помещения, м;

В - ширина помещения, м;

h - расчётная высота, м.

Коэффициенты использования светового потока К_и для светильников с лампами накаливания и ДРЛ принимается по таблице 9 в зависимости от индекса помещения, определенного по формуле (1.6), коэффициентов отражения помещения r_п, r_с,r_р приведённых в исходных данных.

Зная коэффициент использования К_и, по формуле (1.5) находим расчётный поток лампы Ф, по которому по таблицам выбирается ближайшая стандартная лампа, поток которой не должен отличаться от Ф больше, чем на (-10 - +20)%. При невозможности выбора с таким приближением корректируется N.

При расчете люминесцентного освещения первоначально намечается число рядов светильников n_p по методике, приведенной в пункте 6.1. Зная тип и мощность ламп, определяем требуемое число светильников в цехе.

(1.7)

где z = 1,1 - для люминесцентных ламп;

n - число ламп в принятом светильнике;

Ф_н - номинальный световой поток лампы, принятый по таблице 1 (тип лампы задаётся в зависимости от требований к правильной цветопередаче).

Число светильников в ряду определяется как

(1.8)

где N -число светильников в цехе;

n_p - число рядов.

Суммарная длина N_р = светильников сопоставляется с длиной помещения, причем возможны следующие случаи:

- суммарная длина светильников превышает длину помещения: необходимо применить более мощные лапы (у которых поток на единицу длины больше), или увеличить число рядов, или компоновать ряды из сдвоенных, строенных светильников;

- суммарная длина светильников равна длине помещения: задача решается устройством непрерывного ряда светильников;

- суммарная длина ряда меньше длины помещения: принимается ряд с равномерно распределенными вдоль него разрывами между светильниками.

Рекомендуется, чтобы l_т не превышало 0,5h; где l_т– расстояние между торцами светильников.

Ход работы

1) Изучить теоретическое обоснование.

2) Выписать данные для своего варианта.

3) Решить задачу согласно своему варианту, выполнив методические указания к её решению.

4) Разместить светильники на плане помещения в масштабе, указав расстояния между светильниками и от стены до первого светильника.

5) Записать ответы к решению задачи.

Задача

Выполнить светотехнический расчет освещения цеха методом коэффициента использования светового потока. Исходные данные в таблице 1.2.

Методические указания к решению задачи.

1) Выбрать вид и систему освещения.

2) Выбрать источник света, пользуясь рекомендациями.

3) Выбрать тип светильника по таблицам 6…8.

4) Разместить светильники по площади помещения и определить их количество.

5) Определить индекс помещения по формуле (1.6).

6) Определить коэффициент использования светового потока по таблице 9.

7) Определить расчетный световой поток ламп по формуле (1.5).

8) Выбрать ближайшую стандартную лампу, поток которой не должен отличаться от Ф больше, чем на (-10 - +20)%. При невозможности выбора с таким приближением скорректировать число светильников N.

9) Размести светильники на плане помещения, соблюдая масштаб, указать расстояния между светильниками L_a и L_в, и от стены до первого светильника l_a и l_в).

Таблица 1.2 - Исходные данные к решению задачи

№ варианта	Наименование помещения	Размеры помещения А×В×Н, м	Условия среды	Е_н	к_з	Коэффициенты отражения
№ варианта	Наименование помещения	Размеры помещения А×В×Н, м	Условия среды	Е_н	к_з	r_п,	r_с,	r_р
1	Компрессорная станция	42×24×7	чистое, сухое	250	1,5	0,7	0,5	0,3
2	Механический цех	60×36×8	чистое сухое	300	1,5	0,7	0,5	0,1
3	Инструментальный цех	42×18×8	чистое, сухое	300	1,5	0,7	0,5	0,1
4	Кузовное отделение	60×36×6	чистое, сухое	150	1,5	0,7	0,5	0,1
5	Шиноремонтное отделение	48×18×7	чистое, сухое	300	1,5	0,7	0,5	0,1
6	Сварочный участок	60×42×6	пыльное сухое	300	1,8	0,5	0,3	0,1
7	Сборочный цех	60×30×7	чистое, сухое	500	1,5	0,7	0,5	0,3
8	Кузнечное отделение	48×24×7	пыльное сухое	300	1,8	0,5	0,5	0,3
9	Цех ремонта аппаратов	36×18×6	чистое, сухое	500	1,5	0,7	0,5	0,3
10	Стержневое отделение	36×12×6	пыльное сухое	300	1,8	0,5	0,3	0,1

Контрольные вопросы

1) Перечислите виды и системы освещения

2) Какие требования предъявляются к электрическому освещению?

3) Какими величинами характеризуется параметры источника света?

4) Преимущества и недостатки люминесцентных ламп и ламп накаливания?

Содержание отчета

1) Номер, тема и цель работы.

2) Условие задачи.

3) Решение задач с пояснениями.

4) План размещения светильников.

5) Ответы к решению задачи.

6) Ответы на контрольные вопросы.

Литература

1) Шеховцов, В.П. Электрическое и электромеханическое оборудование [Текст]: учеб./ В.П. Шеховцов – 3-е изд. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2014. – 416 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Справочные материалы для расчета электрического освещения

Таблица 1- Параметры ЛЛ общего назначения

Мощность Вт	Ток А	Напряжения В	Световой поток, лм, после 100ч. Горения для ламп		Средняя продолжитель-ность горения, ч
Мощность Вт	Ток А	Напряжения В	ЛБ	ЛДЦ	Средняя продолжитель-ность горения, ч
15	0,33	54±5,4	820	600	15000
20	0,37	57± 6	1200	850	12000
30	0,36	104± 10,4	2180	1500	15000
40	0,43	103 ±10,3	3200	2200	12000
65	0,67	110 ±11	4800	3160	13000
80	0,865	102± 10,2	5400	3800	12000

Таблица 2 - Основные параметры ламп ДРЛ

Тип лампы	Мощность лампы, Вт.	Напряжение на лампе, В	Ток, А	Световой поток, клм.	Средняя продолжитель-ность горения, тыс. ч.
ДРЛ 80 (6)-2	80	115	0,80	3,4	10
ДРЛ 125 (6)-2	125	125	1,15	6,0	10
ДРЛ 250 (6)	250	130	2,13	13,0	12
ДРЛ 400 (6)-2	400	135	3,25	23,0	15
ДРЛ 700(6)-2	700	140	5,40	40,0	15
ДРЛ 1000(6)-2	1000	145	7,50	57,0	15
ДРЛ 2000	2000	270	8,0	120,0	6

Таблица 3 - Основные параметры ламп накаливания

Тип лампы	Мощность лампы, Вт.	Световой поток, лм, при напряжении		Средняя продолжительность горения, час.
Тип лампы	Мощность лампы, Вт.	127 В	220 В	Средняя продолжительность горения, час.
В	15	135	105	1000-5000
В	25	260	220
Б	40	490	400
БК	40	520	460
БК	60	875	790
Б	100	1560	1350
Г	150	2300	2000
Г	200	3200	2800
Г	300	4950	4600
Г	500	9100	8300
Г	750	-	13100
Г	100	19500	18600

Примечание: В обозначении типа лампы накаливания: В – вакуумная, Б – биспиральная газонаполненная; БК – биспиральная криптоновая; Г – газонаполненная.

Таблица 4 - Основные параметры ламп МГЛ типа ДРИ

Тип лампы	Мощность лампы, Вт.	Напряжение на лампе, В	Ток, А	Световой поток, клм.	Средняя продолжительность горения, тыс. ч.
С добавками йодидов натрия и скандия
ДРИ 250-5	250		2,15	19	10
ДРИ 250-6				19	3
ДРИ 400-5	400	130	3,3	35	10
ДРИ 400-6				32	3
ДРИ 700-5	700		6,0	60	9
ДРИ 700-6				56	3
ДРИ 1000-5	1000	230	4,7	90	9
ДРИ 1000-6				90	3
ДРИ 2000-5	2000		9,2	200	2
ДРИ 3500-6	3500		16,0	350	1,5
ДМЗ-3000	3000	105	15/21	240	1,5
С добавлением йодидов натрия, таллия, индия
ДРИ 250	250	125	2,15	18,7	3
ДРИ 400	400	130	3,4	34,0	6
ДРИ 700	700	120	6,5	59,5	5
ДРИЗ 700				45,0	3
ДРИЗ 700-1				38,0	3

Таблица 5 - Виды защит светильников от воздействий окружающей среды

Виды светильников	Вид светильника по степени защиты от воды
по степени защиты от пыли	водо- незащищенные	капле-защищенный	дожде-защищенный	брызго- защищенный	струе- защищенный	водо- непроницаемый	герметический
по степени защиты от пыли	0	2	3	4	5	7	8
Открытый пыле незащищенный	IP20	IP22	IP23
Перекрыть пыле незащищенный	2`0	2`2	2`3
Частично пыле защищенный	5`0	5`2	5`3	5`4	5`5
Полностью пыле защищенный	IP50	IP52	IP53	IP54	IP55
Частично пыле непроницаемый	6`0	6`2	6`3	6`4	6`5	6`7	6`8
Полностью пыле непроницаемый	IP60	IP62	IP63	IP64	IP65	IP67	IP68

Таблица 6 - Номенклатура и основные параметры светильников с ЛЛ для общего

освещения производственных помещений

Наименова-ние серии (типа)	Источник света		степень защиты	Светотехнические параметры			Способ установки
Наименова-ние серии (типа)	кол-во	Мощность Вт	степень защиты	класс светорас-пределения	КСС	КПД, %	Способ установки
ОДР	2	40, 80	IP20	П	Г-1	70	С
ЛД	2	40, 80	IP20	П	Д-2	75	С
ЛСП01	1	18, 36, 58 20, 40, 65	IP65	П	Д-2	70	С
ЛСП01	2	18, 36, 58 20,40, 65, 80	IP65	П	Д-2	80	С
ЛСП02	2	40, 65	IP20	П	Д-2	70	С
ЛСП 02В	1	20, 40	5'4	П	Д-2	75	С
ЛСП06	2	40, 65, 80	IP20 IP20	П Н	Д-2 Д-2	70 70	С С
ЛСП13	2	40, 65	IP20	П	Л	75	С
ПВМ	2 2 2 2 2 2 1 1	40, 80 40, 80 40, 80 40, 80 40, 80 40, 80 80 40, 80	5`0 5`0 5`0 5`0 5`0 5`0 5`0 5`0	П Н П Н Н Н Н П	Д-2 Д-2 Г-1 Д-2 Д-1 Д-1 Д-1 -	70 75 65 70 75 85 85 65	С.П С.П С.П С.П С.П С.П С.П С.П
ЛСП12	2	40, 65 80	5`1 5`0	П Н	Д-2 Д-2	70 75	С.П С.П

Таблица 7 - Номенклатура и основные параметры светильников с ГЛВД и ЛН для

общего освещения производственных помещений.

Наименование, серии, типа	Источник света		Степень защиты	Осветительные характеристики		Способ установки по ГОСТ 13828-74
Наименование, серии, типа	тип	мощность	Степень защиты	класс распределения по ГОСТ 13828-74	КСС	Способ установки по ГОСТ 13828-74
СД2ДРЛ	ДРЛ	250,400, 700, 1000	IP20	II	Г-1	С
С34ДРЛ		250,400, 700,1000	IP20	II	Г-3	С
С35ДРЛ		250,400, 700,1000	IP20	II	К-1	С
СД2РТС		400, 700, 1000	5`3	II	Г-1	С
РСП 18	ДРЛ	250,400, 700,100	IP20	II	Г-2	С
	ДРЛ	250, 400, 700, 1000	IP20	II	Г-4	С
РКУ 12	ДРЛ	80, 125, 250, 400	IP54	II	Л	К
РКУ 13	ДРЛ	125	IP23	II	Ш	К
РКУ 15	ДРЛ	250, 400	IP 54	II	Ш Л	К
РКУ 16	ДРЛ	125, 250, 400	IP53	II	Ш	К
РСП 07	ДРЛ	125, 250, 400	IP 54/23	II	Д	С
РСП 11	ДРЛ	125, 250,	IP20	II	Д	С
РСП 12	ДРЛ	250	IP54	II	Д	С
РСП 16	ДРЛ	400	IP20	II	Г-1	С
РСП 17	ДРЛ	250	IP20	II	Г-1	С
ГСП 18	МГЛ	250,400,	IP20	II	Г-2	С
ГСП 18	МГЛ	700,1000	IP20	II	Г-4	С
ГСП 15	МГЛ	400	IP20	II	Г-2	С
ГСП 17	МГЛ	700	IP20	II	Г-3	С
ВЗГ 100 (НСП57)	ЛН	100	IP65	II	Д-2	С
ВЗГ 200 (НСП57)	ЛН	200	IP65	II	Д-3	С
НСП 17	ЛН	100	IP20		Д-1

Таблица 8 – Коэффициент пересчета значений удельной мощности К_р

Коэффициенты отражения потолка, стен и пола помещения		Коэффициент пересчета
табличные	заданные	Коэффициент пересчета
70;50;30	70;50;10	0,9
50;30;10	70;50;10	0,9
50;30;10	70;50;30	0,8
70;50;10	30;10;10	1,1

Таблица 9- Значения коэффициентов использования светового потока

r_п	0,7	0,7	0,7	0,5
r_с	0,5	0,5	0,3	0,5
r_р	0,3	0,1	0,1	0,3

Индекс помещения

КСС	0,6	0,8	1,25	2	3	5	0,6	0,8	1,25	2	3	5	0,6	0,8	1,25	2	3	5	0,6	0,8	1,25	2	3	5
М	35	50	61	73	83	95	34	47	56	66	75	86	26	36	46	56	67	80	32	45	55	67	74	84
Д1	36	50	58	72	81	90	36	47	56	63	73	79	28	40	49	59	68	74	36	48	57	66	76	85
Д2	44	52	68	84	93	103	42	51	64	76	84	92	33	43	56	74	80	76	42	51	65	71	90	85
Г1	49	60	75	90	101	106	48	57	71	82	89	94	42	52	69	78	73	76	45	56	65	78	76	84
Г2	58	68	82	96	102	109	55	64	78	86	92	96	48	60	73	84	90	94	55	66	80	92	98	103
Г3	64	74	85	95	100	105	62	70	79	86	90	93	57	66	76	84	83	91	63	72	83	91	96	100
Г4	70	77	84	90	94	99	65	71	78	83	86	87	62	69	76	81	84	85	68	73	81	87	91	94
К1	74	83	90	96	100	106	69	76	83	88	91	92	65	73	81	86	89	90	70	78	86	92	96	100
К2	75	84	95	104	108	115	71	78	87	95	97	100	67	75	84	93	97	100	72	80	91	99	103	108
К3	76	86	96	106	110	116	73	80	90	94	99	102	68	77	86	95	98	101	74	83	93	101	106	110
Л	32	49	59	71	83	91	31	46	55	65	74	83	24	40	50	62	71	77	32	47	57	69	79	90

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2

Тема: Расчет осветительной установки методом удельной мощности.

Цель: Выяснить круг вопросов, решаемых в светотехнической части проекта осветительных установок, приобрести навыки расчета осветительных установок методом удельной мощности.

Студент должен знать:

- правила и нормы освещенности;

- требования к освещению объектов;

- расчет осветительных установок методом удельной мощности;

уметь:

- производить расчет осветительных установок методом удельной мощности;

- пользоваться справочной литературой.

Теоретическое обоснование

Метод удельной мощности применяется для предварительного определения мощности установленной осветительной установки или для ориентировочной оценки правильности выполненного расчета. Он базируется на средних значениях мощности, необходимой для создания требуемой освещенности при средних значениях коэффициента использования осветительной установки.

Сущность расчета освещения по методу удельной мощности заключается в том, что в зависимости от типа светильника и места его установки, высоты подвеса над рабочей поверхностью, освещенностью, освещенности на горизонтальной поверхности и площади помещения определяется значение удельной мощности.

Метод используется для предварительной оценки осветительной нагрузки на начальных стадиях проектирования для самоконтроля расчетов и т.д.

Удельная мощность – отношение установленной мощности ламп к величине освещаемой площади (Вт/м²).

Значения удельной мощности для различных ламп приведены в таблицах.

Большие значения удельной мощности принимаются для помещений с меньшей площадью освещения.

Удельная мощность w равна:

, (2.1)

где Р - мощность одной лампы, Вт;

N - число ламп в цехе;

S - площадь помещения, м².

Значение w принимается в зависимости от:

- типа светильника;

- коэффициента запаса к_з;

- коэффициентов отражения помещения r_п, r_с,r_р;

- значения расчетной высоты;

- площади помещения.

1) Порядок расчета при лампах накаливания и ДРЛ:

а) выбираются все решения по освещению помещения, включая число светильников N;

б) по соответствующей таблице находится удельная мощность w;

в) производится перерасчет табличного значения w на заданные значения Е_н, к_з, r_п, r_с,r_р по формуле, Вт/м²:

, (2.2)

где к_з.табл – значения к_з учтенное в таблице;

к_р – принимается по таблице 8 Приложения А.

для ламп накаливания сомножитель Е_н/100 вводится при Е_н >100 лк.

г) определяется единичная мощность каждой лампы по формуле, Вт

(2.3)

д) выбирается ближайшая по мощности стандартная лампа.

Значения w для некоторых светильников с лампами ДРЛ приведены в приложении А таблица 10; для светильников с лампами ДРИ – таблица 11.

2) Порядок расчета при люминесцентных лампах:

а) выбираются все решения, включая число рядов n_р и спектральный тип лампы;

б) по соответствующей таблице находится значение w для лампы данной мощности и типа;

в) находится расчетное значение удельной мощности w_расч по формуле (2.2);

г) определяется число светильников в цехе

, (2.4)

где n – число ламп в светильнике;

Р_н – мощность одной лампы, Вт;

определяется число светильников в ряду по формуле

, (2.5)

где N –число светильников в цехе;

n_p – число рядов.

После чего осуществляется компоновка ряда, как рассмотрено в практической работе № 1.

Ход работы

2) Изучить теоретическое обоснование.

3) Решить задачу согласно своему варианту, выполнив методические указания к её решению.

Задача

Выполнить светотехнический расчет освещения цеха методом коэффициента использования светового потока. Проверить решение методом удельной мощности. Данные для решения приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Исходные данные к решению задачи

Вариант	наименование помещения	размеры А´ В´ Н м	условия среды	Освещен-ность, Е_н, лк	коэффи-циент запаса, К_з	коэффициент отражения
Вариант	наименование помещения	размеры А´ В´ Н м	условия среды	Освещен-ность, Е_н, лк	коэффи-циент запаса, К_з	r_п	r_с	r_р
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	сборочный цех	48´36 ´12	чистое, сухое	300	1,5	0,7	0,5	0,1
2	сборочный цех	66´ 36 ´8	чистое, сухое	500	1,8	0,7	0,5	0,3
3	сборочный цех	60´30´9	чистое, сухое	300	1,5	0,7	0,3	0,1
4	кузнечный цех	50´24´10	пыльное сухое	200	1,8	0,5	0,3	0,1
5	кузнечный цех	45´30´6	пыльное сухое	150	1,3	0,7	0,5	0,3
6	компрессорная станция	52´34´9	чистое сухое	150	1,5	0,7	0,3	0,3
7	компрессорная станция	32´14´7	чистое сухое	300	1,2	0,5	0,3	0,1
8	механический участок	60´40´10	чистое сухое	500	1,3	0,7	0,5	0,1
9	котельная	30´20´10	пыльное влажное	200	1,8	0,5	0,3	0,3
10	инструментальный цех	45´20´8	чистое, сухое	300	1,5	0,7	0,5	0,1
11	инструментальный цех	22´12´5	чистое сухое	500	1,2	0,7	0,5	0,3
12	сварочный участок	60´32´8	пыльное сухое	250	1,6	0,5	0,3	0,1
13	сварочный участок	40´30´6	пыльное сухое	300	1,5	0,7	0,5	0,3
14	насосная станция	60´60´12	чистое влажное	50	1,2	0,5	0,3	0,1
15	участок намотки	8´10´4	чистое сухое	300	1,5	0,7	0,5	0,3
16	цех ремонта электродвигателей	60´24´9	чистое сухое	250	1,5	0,5	0,3	0,3
17	цех ремонта аппаратов	36´18´8	чистое сухое	300	1,5	0,7	0,5	0,3
18	высоковольтная лаборатория	10´5´4	чистое сухое	350	1,3	0,7	0,5	0,3
19	кабинет мастеров	6´6´4	чистое сухое	500	1,2	0,7	0,7	0,5
20	кабинет начальника цеха	6´4´4	чистое сухое	500	1,2	0,7	0,5	0,3

Методические указания к решению задачи.

1) Решить задачу методом использования светового потока, методика решения описана в практической работе № 1.

2) Проверить решение методом удельной мощности.

Контрольные вопросы

1) Перечислите методы расчета осветительных установок.

2) Когда применяется метод удельной мощности при расчете осветительных установок?

3) На чем основан метод удельной мощности?

4) Что называется удельной мощностью?

Содержание отчета

1) Номер, тема и цель работы.

2) Условие задачи.

3) Решение задач с пояснениями.

4) Ответы к решению задачи.

5) Ответы на контрольные вопросы.

Литература

2) Правила устройства электроустановок. 7-е и 6-е издания [Текст]. – СПб.: Издательство ДЕАН, 2012. – 1168 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Справочные материалы для расчета электрического освещения

Таблица 1- Параметры ЛЛ общего назначения

Мощность Вт	Ток А	Напряжения В	Световой поток, лм, после 100ч. Горения для ламп		Средняя продолжитель-ность горения, ч
Мощность Вт	Ток А	Напряжения В	ЛБ	ЛДЦ	Средняя продолжитель-ность горения, ч
15	0,33	54±5,4	820	600	15000
20	0,37	57± 6	1200	850	12000
30	0,36	104± 10,4	2180	1500	15000
40	0,43	103 ±10,3	3200	2200	12000
65	0,67	110 ±11	4800	3160	13000
80	0,865	102± 10,2	5400	3800	12000

Таблица 2 - Основные параметры ламп ДРЛ

Тип лампы	Мощность лампы, Вт.	Напряжение на лампе, В	Ток, А	Световой поток, клм.	Средняя продолжительность горения, тыс. ч.
ДРЛ 80 (6)-2	80	115	0,80	3,4	10
ДРЛ 125 (6)-2	125	125	1,15	6,0	10
ДРЛ 250 (6)	250	130	2,13	13,0	12
ДРЛ 400 (6)-2	400	135	3,25	23,0	15
ДРЛ 700(6)-2	700	140	5,40	40,0	15
ДРЛ 1000(6)-2	1000	145	7,50	57,0	15
ДРЛ 2000	2000	270	8,0	120,0	6

Таблица 3 - Основные параметры ламп накаливания

Тип лампы	Мощность лампы, Вт.	Световой поток, лм, при напряжении		Средняя продолжительность горения, час.
Тип лампы	Мощность лампы, Вт.	127 В	220 В	Средняя продолжительность горения, час.
В	15	135	105	1000-5000
В	25	260	220
Б	40	490	400
БК	40	520	460
БК	60	875	790
Б	100	1560	1350
Г	150	2300	2000
Г	200	3200	2800
Г	300	4950	4600
Г	500	9100	8300
Г	750	-	13100
Г	100	19500	18600

Таблица 4 - Основные параметры ламп МГЛ типа ДРИ

Тип лампы	Мощность лампы, Вт.	Напряжение на лампе, В	Ток, А	Световой поток, клм.	Средняя продолжительность горения, тыс. ч.
С добавками йодидов натрия и скандия
ДРИ 250-5	250		2,15	19	10
ДРИ 250-6				19	3
ДРИ 400-5	400	130	3,3	35	10
ДРИ 400-6				32	3
ДРИ 700-5	700		6,0	60	9
ДРИ 700-6				56	3
ДРИ 1000-5	1000	230	4,7	90	9
ДРИ 1000-6				90	3
ДРИ 2000-5	2000		9,2	200	2
ДРИ 3500-6	3500		16,0	350	1,5
ДМЗ-3000	3000	105	15/21	240	1,5
С добавлением йодидов натрия, таллия, индия
ДРИ 250	250	125	2,15	18,7	3
ДРИ 400	400	130	3,4	34,0	6
ДРИ 700	700	120	6,5	59,5	5
ДРИЗ 700				45,0	3
ДРИЗ 700-1				38,0	3

Таблица 5 - Виды защит светильников от воздействий окружающей среды

Виды светильников	Вид светильника по степени защиты от воды
по степени защиты от пыли	водо- незащищенные	капле-защищенный	дожде-защищенный	брызго- защищенный	струе- защищенный	водо- непроницаемый	герметический
по степени защиты от пыли	0	2	3	4	5	7	8
Открытый пыле незащищенный	IP20	IP22	IP23
Перекрыть пыле незащищенный	2`0	2`2	2`3
Частично пыле защищенный	5`0	5`2	5`3	5`4	5`5
Полностью пыле защищенный	IP50	IP52	IP53	IP54	IP55
Частично пыле непроницаемый	6`0	6`2	6`3	6`4	6`5	6`7	6`8
Полностью пыле непроницаемый	IP60	IP62	IP63	IP64	IP65	IP67	IP68

Таблица 6 - Номенклатура и основные параметры светильников с ЛЛ для общего

освещения производственных помещений

Наименова-ние серии (типа)	Источник света		степень защиты	Светотехнические параметры			Способ установки
Наименова-ние серии (типа)	кол-во	Мощность Вт	степень защиты	класс светорас-пределения	КСС	КПД, %	Способ установки
ОДР	2	40, 80	IP20	П	Г-1	70	С
ЛД	2	40, 80	IP20	П	Д-2	75	С
ЛСП01	1	18, 36, 58 20, 40, 65	IP65	П	Д-2	70	С
ЛСП01	2	18, 36, 58 20,40, 65, 80	IP65	П	Д-2	80	С
ЛСП02	2	40, 65	IP20	П	Д-2	70	С
ЛСП 02В	1	20, 40	5'4	П	Д-2	75	С
ЛСП06	2	40, 65, 80	IP20 IP20	П Н	Д-2 Д-2	70 70	С С
ЛСП13	2	40, 65	IP20	П	Л	75	С
ПВМ	2 2 2 2 2 2 1 1	40, 80 40, 80 40, 80 40, 80 40, 80 40, 80 80 40, 80	5`0 5`0 5`0 5`0 5`0 5`0 5`0 5`0	П Н П Н Н Н Н П	Д-2 Д-2 Г-1 Д-2 Д-1 Д-1 Д-1 -	70 75 65 70 75 85 85 65	С.П С.П С.П С.П С.П С.П С.П С.П
ЛСП12	2	40, 65 80	5`1 5`0	П Н	Д-2 Д-2	70 75	С.П С.П

Таблица 7 - Номенклатура и основные параметры светильников с ГЛВД и ЛН для

общего освещения производственных помещений.

Наименование, серии, типа	Источник света		Степень защиты	Осветительные характеристики		Способ установки по ГОСТ 13828-74
Наименование, серии, типа	тип	мощность	Степень защиты	класс распределения по ГОСТ 13828-74	КСС	Способ установки по ГОСТ 13828-74
СД2ДРЛ	ДРЛ	250,400, 700, 1000	IP20	II	Г-1	С
С34ДРЛ		250,400, 700,1000	IP20	II	Г-3	С
С35ДРЛ		250,400, 700,1000	IP20	II	К-1	С
СД2РТС		400, 700, 1000	5`3	II	Г-1	С
РСП 18	ДРЛ	250,400, 700,100	IP20	II	Г-2	С
	ДРЛ	250, 400, 700, 1000	IP20	II	Г-4	С
РКУ 12	ДРЛ	80, 125, 250, 400	IP54	II	Л	К
РКУ 13	ДРЛ	125	IP23	II	Ш	К
РКУ 15	ДРЛ	250, 400	IP 54	II	Ш Л	К
РКУ 16	ДРЛ	125, 250, 400	IP53	II	Ш	К
РСП 07	ДРЛ	125, 250, 400	IP 54/23	II	Д	С
РСП 11	ДРЛ	125, 250,	IP20	II	Д	С
РСП 12	ДРЛ	250	IP54	II	Д	С
РСП 16	ДРЛ	400	IP20	II	Г-1	С
РСП 17	ДРЛ	250	IP20	II	Г-1	С
ГСП 18	МГЛ	250,400,	IP20	II	Г-2	С
ГСП 18	МГЛ	700,1000	IP20	II	Г-4	С
ГСП 15	МГЛ	400	IP20	II	Г-2	С
ГСП 17	МГЛ	700	IP20	II	Г-3	С
ВЗГ 100 (НСП57)	ЛН	100	IP65	II	Д-2	С
ВЗГ 200 (НСП57)	ЛН	200	IP65	II	Д-3	С
НСП 17	ЛН	100	IP20		Д-1

Таблица 8 – Коэффициент пересчета значений удельной мощности К_р

Коэффициенты отражения потолка, стен и пола помещения		Коэффициент пересчета
табличные	заданные	Коэффициент пересчета
70;50;30	70;50;10	0,9
50;30;10	70;50;10	0,9
50;30;10	70;50;30	0,8
70;50;10	30;10;10	1,1

Таблица 10 - Удельная мощность общего равномерного освещения при освещенности 100 лк. Светильники с лампами типа ДРЛ.

(условный КПД = 100%; r_п =0,5; r_с = 0,3; r_р = 0,1; К=1,5; Z= 1,15)

h, м

S, м²

Удельная мощность w , Вт/м², светильника с КСС

Д-1

Д-2

Д-3

Г-1

Г-2

Г-3

К-1

К-2

3-4

10-15

15-20

20-30

30-50

50-120

120-300

Свыше 300

14,9

11,2

8,5

6,8

5,8

4,9

3,9

12,0

9,5

7,4

6,0

5,2

4,4

3,7

9,8

8,2

7,1

6,0

4,9

4,1

3,5

7,8

6,7

5,9

5,1

4,3

3,7

3,4

6,5

5,6

5,0

4,5

3,9

3,5

3,2

4-6

10-17

17-25

25-35

35-50

50-80

80-150

150-400

Свыше 400

28,5

17,4

12,5

9,8

7,1

6,4

5,4

4,2

18,4

13,6

11,2

8,5

6,5

5,7

4,8

3,9

15,7

11,2

8,9

7,6

6,5

5,5

4,5

3,7

10,8

8,5

7,1

6,2

5,5

4,7

4,0

3,4

8,2

7,0

6,0

5,4

4,7

4,2

3,7

3,3

8,5

7,0

6,1

5,3

4,6

4,1

3,6

3,3

6-8

50-65

65-90

90-135

135-250

250-500

Свыше 500

13,0

10,4

7,8

6,5

5,7

4,2

11,2

8,9

6,9

5,8

5,1

3,9

9,0

7,8

6,8

5,8

4,8

3,7

7,3

6,5

5,7

5,0

4,2

3,4

6,0

5,5

4,9

4,3

3,8

3,3

5,9

5,4

4,8

4,2

3,8

2,8

5,4

5,0

4,6

4,1

3,8

2,3

8-12

70-100

100-130

130-200

200-300

300-600

600-1500

Свыше 1500

17,4

13,6

9,8

7,5

6,4

5,4

4,2

13,6

11,2

8,5

6,5

5,7

4,9

3,9

11,2

9,2

7,6

6,5

5,6

4,5

3,7

8,5

7,3

6,3

5,5

4,8

4,1

3,4

7,0

6,1

5,4

4,8

4,2

3,7

3,3

6,8

5,9

5,3

4,7

4,1

3,7

3,3

6,1

5,4

4,9

4,4

4,1

3,6

3,3

12-16

130-200

200-350

350-600

600-1300

1300-4000

Свыше 4000

13,6

9,5

6,6

5,6

4,6

3,9

11,2

9,0

6,7

5,4

4,3

3,7

8,4

6,8

5,6

4,7

3,8

3,4

7,0

5,7

4,8

4,2

3,6

3,3

6,8

5,5

4,7

4,1

3,7

3,3

6,3

5,1

4,5

4,0

3,5

3,3

5,4

4,6

4,2

3,7

3,3

3,2

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3

Тема: Электрический расчет осветительной установки.

Цель: Изучить методику расчета осветительной сети по нагреву с последующей проверкой сети по потере напряжения.

Студент должен знать:

- методику расчета осветительной сети;

- расчет сети по потере напряжения;

уметь:

- рассчитывать осветительные сети и проверять их на потерю напряжения;

- пользоваться справочной литературой.

Теоретическое обоснование

Электрическая часть расчета осветительной установки включает в себя решение следующих основных вопросов:

1) Выбор схемы питания осветительной установки.

2) Выбор напряжения.

3) Определение мест расположения групповых щитков и трассы сети.

4) Определение мер защиты от поражения электрическим током.

5) Расчет электрической сети.

Расчет электрических осветительных сетей имеет целью определение сечений проводников, обеспечивающих:

а) необходимые напряжения на источниках света;

б) допустимые плотности тока, не вызывающие перегрева токоведущих жил проводов;

в) необходимую механическую прочность сети.

Основным является расчет сети по величине расчетных потерь напряжения.

Расчеты выполняются в следующем порядке:

1) Определение расчетных нагрузок питающей и групповой линий.

Расчетная нагрузка осветительной установки равна:

(3.1)

где К_с – коэффициент спроса;

К_ПРА – коэффициент, учитывающий потери в ПРА (для газоразрядных ламп);

К_с= 1 – для мелких производственных зданий, для групповых сетей и для всех звеньев сети аварийного освещения;

К_с = 0,95 – для производственных зданий, состоящих из отдельных крупных пролетов;

К_с = 0,8 – для производственных зданий, состоящих из большого числа помещений;

К_ПРА = 1,05 – для ламп ДРЛ и ДРИ при Р_Н > 400 Вт;

К_ПРА = 1,1 – для ламп ДРЛ и ДРИ при Р_Н ≤ 400 Вт;

К_ПРА= 1,2 – для ЛЛ в стартерных схемах включения;

К_ПРА = 1,3 ÷ 1,35 – для ЛЛ в бесстартерных схемах.

2) Выбор сечений проводников по механической прочности.

Наименьшие допустимые сечения проводников по механической прочности указаны в ПУЭ (таблица 3.1.1.).

При тросовых проводках в зависимости от нагрузки стальные тросы следует принимать диаметром 1,95 ÷ 6,5 мм, катанку диаметром – 5,5 ÷ 8 мм.

3) Выбор сечения проводников по нагреву.

Нагрев проводников вызывается прохождением по ним тока I, величина которого определяется по формулам:

Для трехфазной сети, с нулем и без нуля, при равномерной нагрузке фаз

(3.2)

для двухфазной сети с нулем, при равномерной нагрузке фаз

(3.3)

для двухпроводной сети

(3.4)

где Р – активная мощность нагрузки одной, двух или трех фаз, кВт;

cosφ – коэффициент мощности нагрузки;

U_л,U_ф,U_н – соответственно линейное, фазное, номинальное напряжение

сети, В.

Условие выбора сечений токопроводов при нормальных условиях площадки записывается так:

I_д≥ I (3.5)

где I_д – принимается для выбранного токопровода в зависимости от

условий прокладки;

Значения I_д для проводов с алюминиевыми жилами приведены в таблице 1 Приложения А.

По условию нагрева, т.е. по формуле (3.5), производится выбор сечений питающей и групповой линий.

4) Расчет осветительной сети по потере напряжения.

Допустимые потери напряжения в осветительной сети ∆U_дв зависимости от мощности трансформатора S_н, коэффициента загрузки трансформатора К_загр. и коэффициента мощности нагрузки cosφ приведены в таблице 2 Приложения А.

L₁

а) М = Р ·L₁

б) М = Р₁ L₁ +Р₂(L₁+ L₂) + P₃(L₁+ L₂+ L₃) = L₁(P₁+P₂+P₃) + L₂(P₁+P₂) + L₃ Р₃,

P1 P2 P3

Рисунок 3. 1 - Определение моментов нагрузки

Потеря напряжения на каждом участке осветительной сети может быть определена по формуле:

(3.6)

где М – момент нагрузки;

С – коэффициент, зависящий от напряжения и материала проводников;

s – сечение проводника, мм², выбранное по условию нагрева в разделе 3.3.

Потери напряжения на всех участках сети (от шин низкого напряжения трансформатора до самого удаленного светильника) суммируются и сравниваются с величиной ∆U_д.

Значения коэффициента С приведены в таблице 3 Приложения А.

Рассчитываем момент нагрузки питающей сети, Вт

М_пит = Р_пит∙ l_аб, (3.7)

где Р_пит – нагрузка питающей линии, определяемая по формуле (3.1).

Зная сечение питающей линии и М_пит, по таблицам 4 или 5 Приложения А находим потерю напряжения в питающей линии ∆U_пит.

Аналогичные расчеты производим для групповой линии:

М_гр=Р_гр∙ (l_гр+ L_вг/2)(3.8)

По таблицам 4 или 5 Приложения А находим ∆U_гр (в зависимости от М_гр и сечения групповой линии).

Условие проверки сети на потерю напряжения записывается так:

∆U_д ≥ ∆U_пит+ ∆U_гр (3.9)

Значение ∆U_гр определяется для линии, наиболее удаленной от группового щитка.

Ход работы

1) Изучить теоретическое обоснование.

2) Решить задачу № 1, 2 и 3 согласно своему варианту.

3) Выполнить методические указания к решению задач.

Задача 1

Выбрать сечения проводников в осветительной сети по условию нагрева. Проверить сеть на потерю напряжения. Исходные данные принять по таблице 3.1 и рисунку 3.2.

Таблица 2.1 – Исходные данные к задаче 1

Наименование	Варианты
Наименование	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Мощность трансформа-тора на ТП, S_н, кВА	160	250	400	630	1000	1600	2500	630	400	1000
Коэффициент загрузки трансформатора, К_загр	0,9	0,8	0,92	0,7	0,65	0,7	0,9	0,8	0,85	0,65
Коэффициент мощ-ности нагрузки, сosφ	0,9	0,95	0,8	0,7	0,9	0,9	0,8	0,7	0,95	0,81
Длина питающей линии, l_ab, м	10	8	6	12	5	14	10	7	9	11
Длина групповой линии от щитка до первого светильника, l_b_в, м	15	12	10	16	14	15	20	17	21	18
Длина ряда светильников, l_вг, м	60	48	42	66	60	48	66	72	90	66
Мощность лампы, Р_н, Вт	80	65	40	80	80	65	80	80	65	80
Число ламп в светильнике, n, шт	2	2	2	2	4	2	4	2	2	2
Число светильников в ряду, N_p, шт	36	30	32	40	35	30	36	45	55	40
Число светильников в цехе, N, шт	144	150	192	240	210	180	288	180	330	320

Напряжение сети – 380/220

Коэффициент спроса (для питающей линии) – 0,95

Примечания: 1) все линии трёхфазные, четырехпроводные.

2) схемы включения ламп – стартерные.

Рисунок 3.2 - Поясняющая схема к задаче 1

Методические указания к решению задачи 1

1) Определить расчетную нагрузку осветительной установки всего цеха по формуле 3.1.

2) Определить расчетную нагрузку осветительной установки одного ряда по формуле 3.1.

3) Определить расчетный ток для участка аб по формуле 3.2; для участка бв по формуле 3.3.

4) По условию нагрева, т.е. по формуле (3.5), произвести выбор сечений питающей и групповой линий. Значения I_д для проводов с алюминиевыми жилами приведены в таблице 1 Приложения А.

5) Рассчитать момент нагрузки для питающей линии по формуле 3.7 и групповой линии по формуле 3.8.

6) По таблицам 4 или 5 Приложения А найти потерю напряжения в питающей линии ∆U_пит и ∆U_гр.

7) Условие проверки сети на потерю напряжения записать по условию 3.9 и сравнить с величиной ∆U_д, принятой по таблице 2 приложения А.

Задача 2

Определить потерю напряжения линии питающей соответствующую нагрузку по исходным данным, приведённым в таблице 3.2.

Таблица 2.3 – Исходные данные к задаче 2

Наименование	Варианты
Наименование	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Расчётная нагрузка питающей линии, Р, кВ	30	60	62	74	55	40	88	75	80	58
Длина питающей линии, l_ab, м	25	15	20	16	30	14	22	17	25	18
Коэффициент мощности нагрузки, сos j	0,95	0,9	0,95	0,95	0,9	0,95	0,95	0,9	0,98	0,94

Примечания: 1) напряжение сети 380/220 В.

2) линия трёхфазная, четырёхпроводная.

Методические указания к решению задачи 2

1) Определить расчетный ток по формуле 3.2.

2) По условию нагрева, т.е. по формуле (3.5), произвести выбор сечений питающей линии. Значения I_д для проводов с алюминиевыми жилами приведены в таблице 1 Приложения А.

3) Определить момент нагрузки по формуле 3.7.

4) Определить потерю напряжения по формуле 3.6.

Задача 3

Определить допустимую потерю напряжения в трёхфазной четырёх-проводной групповой линии по исходным данным таблицы 3.3.

Таблица 3.3 - Исходные данные к задаче 3

Наименование	Варианты
Наименование	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Мощность трансформа-тора на ТП, S_н, кВА	160	630	250	400	1000	1600	400	630	1000	250
Коэффициент загрузки тр-ра, К_загр	0,7	0,8	0,9	0,95	0,6	0,8	0,7	0,7	0,6	0,6
Коэффициент мощности, cos j	0,95	0,8	0,9	0,8	0,6	0,6	0,9	0,7	0,6	0,6
Допустимая потеря напряжения в питающей линии, DU_пит, %	3	2,5	3,7	2	3,5	1,5	4	3,8	3	2,8

Методические указания к решению задачи 3

1) По таблице 2 Приложения А определить допустимую потерю напряжения и сравнить с указанной в исходных данных по условию 3.9.

Контрольные вопросы

1) Какие вопросы включает в себя электрическая часть расчета осветительной установки?

2) Что называется осветительной установкой?

3) Что определяет коэффициент спроса?

4) Что называется электропроводкой?

5) Способы прокладки электропроводки?

Содержание отчета

1) Номер, тема и цель работы.

2) Решение задач с пояснениями.

3) Ответы к решению задачи.

4) Ответы на контрольные вопросы.

Литература

2) Правила устройства электроустановок. 7-е и 6-е издания [Текст]. – СПб.: Издательство ДЕАН, 2012. – 1168 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Таблица 1 – Длительно допустимый ток I_д для проводов на напряжение 1 кВ с алюминиевыми жилами

Сечение, мм²	АПР, АПРТО, проложенные
	открыто	в стальных трубах
	I_д , А	I_д , А, при числе проводов
	¾	2	3	4
2 2,5 3 4 5 6 8 10 16 25 35 50 70 95 120 150	21 24 27 32 36 39 46 60 75 105 130 165 210 255 295 340	19 20 24 28 32 36 43 50 60 85 100 140 175 215 245 275	18 19 22 28 30 32 40 47 60 80 95 130 165 200 220 255	15 19 21 23 27 30 37 39 55 70 85 120 140 175 200 -

Таблица 2 – Допустимая потеря напряжения в осветительных сетях

Мощность

тр-ра, кВА

Коэффициент загрузки тр-ра

Потеря напряжения, %, при коэффициенте мощности нагрузки, равном

1,0

0,95

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

160

0,95

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

8,43

8,50

8,68

8,84

9,00

9,17

7,26

7,40

7,69

7,98

8,27

8,56

6,85

7,02

7,35

7,68

8,01

8,34

6,36

6,55

6,93

7,32

7,69

8,08

6,06

6,27

6,68

7,09

7,51

7,93

5,88

6,09

6,53

6,96

7,39

7,83

5,77

5,99

6,44

6,88

7,33

7,77

250

0,95

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

8,59

8,67

8,82

8,96

9,11

9,26

7,40

7,54

7,81

8,09

8,36

8,63

6,97

7,13

7,45

7,77

8,09

8,40

6,45

6,64

7,01

7,39

7,76

8,13

6,13

6,34

6,74

7,15

7,56

7,96

5,93

6,14

6,57

6,99

7,43

7,86

5,80

6,02

6,46

6,90

7,35

7,79

400

0,95

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

8,69

8,76

8,90

9,04

9,17

9,31

7,49

7,62

7,88

8,15

8,41

8,68

7,05

7,20

7,51

7,83

8,14

8,45

6,51

6,69

7,06

7,43

7,79

8,16

6,18

638

6,78

7,18

7,59

7,99

5,96

6,17

6,59

7,02

7,45

7,87

5,82

6,04

6,48

6,92

7,36

7,80

630

0,95

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

8,72

8,76

8,92

9,06

9,19

9,33

7,20

7,35

7,64

7,94

8,23

8,53

6,64

6,81

7,17

7,52

7,88

8,23

5,93

6,15

6,58

7,00

7,43

7,86

5,49

5,72

6,19

6,67

7,15

7,62

5,18

5,43

5,94

6,45

6,95

7,46

4,97

5,24

5,77

6,29

6,82

7,35

1000

0,95

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

8,84

8,90

9,02

9,15

9,27

9,39

7,31

7,45

7,73

8,02

8,29

8,58

6,74

6,91

7,25

7,59

7,94

8,28

6,02

6,23

6,64

7,06

7,48

7,90

5,55

5,78

6,25

6,72

7,19

7,66

5,23

5,48

5,98

6,48

6,99

7,49

5,01

5,27

5,79

6,32

6,85

7,37

1600

0,95

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

8,83

8,99

9,10

9,21

9,33

9,44

7,39

7,53

7,80

8,08

8,5

8,63

6,81

6,98

7,31

7,65

7,98

8,32

6,08

6,28

6,69

7,11

7,52

7,93

5,9

5,83

6,29

6,76

7,22

7,68

5,27

5,52

6,01

6,51

7,01

7,51

5,04

5,29

5,82

6,34

6,86

7,39

2500

0,95

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

9,05

9,10

9,20

9,30

9,40

9,50

7,49

7,63

7,89

8,15

8,42

8,68

6,91

7,07

7,39

7,32

8,05

8,37

6,16

6,36

6,76

7,19

7,57

9,98

5,67

5,89

6,35

6,81

7,26

7,72

5,32

5,37

6,06

6,55

7,04

7,54

5,08

5,33

5,85

6,37

6,89

7,41

Таблица 3 - Значение коэффициентов С, входящих в формулы для расчёта сетей по потере напряжения

U_ном сети, В

Система сети и род тока

Выражение коэффициента

Значение коэффициента С, для проводников

медных

алюминиевых

380/220

380

220/127

Трёхфазная с нулём

Трёхфазная без нуля.

Трёхфазная с нулём.

g × U²_л

10⁵

0,648

0,288

0,072

14,7

0,396

0,176

0,044

220

Трёхфазная без нуля.

380/220

220/127

Двухфазная с нулём

g × U²_л

225×10⁵

10,7

19,5

6,5

220

127

Двухпроводная переменного тока или постоянного тока.

g × U²_л

2×10⁵

0,324

0,144

0,036

7,4

2,46

0,198

0,088

0,022

Таблица 4 – Моменты для алюминиевых проводов

_DU, %	Момент нагрузки, кВт× м, линий.
	четырёхпроводных трёхфазных с нулём на U=380/220 В или трёхфазных без нуля на U=380 В.
	при сечении S, мм²
	2	3	5	8
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,2 4,4 4,6 4,8 5,0	18 35 53 70 88 106 123 144 158 176 194 211 229 246 264 282 299 317 334 352 369 387 405 422 440	26 53 79 106 132 158 185 211 238 264 290 317 343 370 396 422 449 475 502 528 554 581 607 634 660	44 88 132 176 220 264 308 352 396 440 484 528 572 616 660 704 748 792 836 880 924 968 1012 1056 1100	70 141 211 282 352 422 493 563 634 704 774 845 915 986 1056 1126 1197 1267 1338 1408 1478 1549 1619 1690 1760

Таблица 11 - Удельная мощность общего равномерного освещения при освещенности 100 лк. Светильники с лампами типа ДРИ.

(условный КПД = 100%; r_п =0,5; r_с = 0,3; r_р = 0,1; К=1,5; Z= 1,15)

h, м

S, м²

Удельная мощность w , Вт/м², светильника с КСС

Д-1

Д-2

Д-3

Г-1

Г-2

Г-3

К-1

К-2

3-4

10-15

15-20

20-30

30-50

50-120

120-300

Свыше300

9,7

7,2

5,5

4,4

3,7

3,2

2,6

7,8

6,1

4,8

3,9

3,4

2,8

2,4

6,3

5,3

4,6

3,9

3,2

2,6

2,3

5,1

4,3

3,8

3,3

2,8

2,4

2,2

4,2

3,6

3,3

2,9

2,5

2,2

2,1

4,0

3,6

3,2

2,8

2,5

2,2

2,1

4-6

10-17

17-25

25-35

35-50

50-80

80-150

150-400

Свыше 400

18,4

11,3

8,1

6,3

4,6

4,1

3,6

2,7

11,9

8,8

7,2

5,5

4,2

3,7

3,1

2,5

10,1

7,2

5,8

4,9

4,2

3,6

2,9

2,4

7,0

5,5

4,6

4,1

3,6

3,1

2,6

2,2

5,3

4,5

3,9

3,5

3,1

2,7

2,4

2,1

5,5

4,5

4,0

3,4

3,0

2,7

2,3

2,1

6-8

50-65

65-90

90-135

135-250

250-500

Свыше 500

8,4

6,8

5,1

4,2

3,7

2,7

7,2

5,8

4,5

3,8

3,3

2,5

5,8

5,1

4,4

3,8

3,1

2,4

4,7

4,2

3,7

3,2

2,7

2,2

3,9

3,6

3,2

2,8

2,5

2,2

3,8

3,5

3,1

2,7

2,4

2,1

3,5

3,2

3,0

2,7

2,4

2,1

8-12

70-100

100-130

130-200

200-300

300-600

600-1500

Свыше 1500

11,3

8,8

6,3

4,8

4,1

3,5

2,7

8,8

7,8

5,5

4,2

3,7

3,2

2,5

7,2

6,0

4,9

4,2

3,6

2,9

2,4

5,5

4,7

4,0

3,6

3,1

2,6

2,2

4,5

4,0

3,5

3,1

2,7

2,4

2,1

4,4

3,8

3,4

3,0

2,7

2,4

2,1

4,0

3,5

3,2

2,9

2,6

2,3

2,1

12-16

130-200

200-350

350-600

600-1300

1300-4000

Свыше 4000

8,8

6,1

4,3

3,6

3,0

2,5

7,2

5,2

4,3

3,5

2,8

2,4

5,5

4,4

3,6

3,0

2,5

2,2

4,5

3,7

3,1

2,7

2,3

2,1

4,4

3,6

3,0

2,8

2,3

2,1

4,1

3,3

2,9

2,6

2,3

2,1

3,5

3,0

2,7

2,4

2,2

2,1

Таблица 5 – Моменты для алюминиевых проводников

DU, %

Момент нагрузки, кВт× м, линий четырёхпроводных трёхфазных с нулём на U= 380/220 В или трёхпроводных трёхфазных без нуля на 380 В при сечении проводников S, мм², равном

2,5

0,2

0,4

0,6

0,8

1,2

1,4

1,6

1,8

2,2

2,4

2,6

2,8

3,2

3,4

3,6

3,8

4,2

4,4

4,6

4,8

110

132

154

176

198

220

242

264

286

308

330

352

374

396

418

440

462

484

506

528

550

106

141

176

211

246

282

317

352

387

422

458

493

528

563

598

634

669

704

739

774

810

845

780

106

158

211

264

317

370

422

475

528

581

634

686

739

792

845

898

950

1003

1056

1109

1162

1214

1267

1320

176

264

352

440

528

616

704

792

880

968

1056

1144

1232

1320

1408

1496

1584

1672

1760

1849

1936

2024

2112

2200

141

282

422

563

704

845

986

1126

1267

1408

1549

1690

1830

1971

2112

2253

2394

2534

2675

2816

2957

3098

3238

3379

3520

220

440

660

880

1100

1320

1540

1760

1980

2200

2420

2640

2860

3080

3300

3520

3740

3960

4180

4400

4620

4840

5060

5280

5500

308

616

924

1232

1540

1848

2156

2464

2772

3080

3388

3696

4004

4312

4620

4928

5236

5544

5852

6160

6468

6776

7084

7392

7700

440

880

1320

1760

2200

2640

3080

3520

3960

4400

4840

5280

5720

6160

6606

7040

7480

7920

8360

8800

9240

9680

10120

10560

11000

616

1232

1848

2464

3080

3696

4312

4928

5544

6160

6776

7392

8008

8624

9240

9856

10472

11088

11704

12320

12936

13552

14168

14784

15400

836

1672

2508

3344

4180

5016

5852

6688

7524

8360

9196

10032

10868

11704

12540

13376

14212

15048

15884

16720

17556

18392

19228

20064

20900

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 4

Тема: Расчет геометрических размеров нагревателя, проверка срока его службы.

Цель: Изучить методику расчета нагревателей электрических печей сопротивления, научиться пользоваться номограммами.

Студент должен знать:

- конструкцию и материалы изготовления нагревательных элементов;

- методику расчета нагревателей электрических печей сопротивления;

уметь:

- производить расчет геометрических размеров нагревателя, проверку срока его службы;

- работать с номограммой.

Теоретическое обоснование

Нагревательные элементы (нагреватели) электропечей изготавливаются из прочных жаростойких материалов с высоким удельным сопротивлением и малым температурным коэффициентом удельного сопротивления (сопротивление нагревателей должно меняться минимально при изменениях температуры от холодного до рабочего состояния печи). Они не должны подвергаться «старению» (изменению электрического сопротивления во времени), окисление их поверхности при высоких температурах должно быть минимальным, причем образовавшиеся окислы не должны лопаться и отскакивать при колебаниях температур.

Основными материалами для промышленных печей сопротивления с рабочей температурой до (1200…1250)°С является хромоникелевые сплавы (нихромы) и хромоалюминиевые (фехрали, хромали).

Для высокотемпературных печей применяют неметаллические нагреватели: карборундовые (силит, глобар), угольные или графитовые.

Металлические нагреватели выполняют в виде лент проволоки (спиралей, зигзагов), а неметаллические - в виде полых или сплошных стержней и пластин.

а - спиральные проволочные нагреватели; б – зигзагообразные проволочные и ленточные

Рисунок 4.1 – Конструктивные размеры нагревателя

Наиболее экономичной является система нагревателя - проволочный зигзаг. Спиральный нагреватель должен применяться лишь в тех случаях, когда проволочный зигзагообразный неприемлем, например, не размещается на рабочей поверхности печи. Эскизы нагревателей приведены на рисунке 4.1.

Для достижения большого срока службы нагревателей следует стремиться к большому сечению при минимальном периметре, т.е. к сечению в форме круга.

Наименее экономичными являются нагреватели из ленты, штампованные из листа и другие менее массивные.

Часто для применения таких массивных нагревателей необходимы понижающие трансформаторы, что вызывает дополнительные расходы. Тем не менее в подавляющем большинстве случаев увеличение массивности нагревателей экономически выгодно, и при конструировании нагревателей по возможности использовать схемы с более низкими напряжениях.

1) Предварительное размещение нагревателей.

Предполагаем, что нагреватели будут размещаться на боковых стенках и в поду печи. Площадь боковых стенок, м²:

2F_c_т= 2a·h, (4.1)

Площадь пода, м²:

F_под = а · в, (4.2)

Производим распределение мощности между боковыми стенками и подом. Учитывая экранирование подовых нагревателей, принимаем удельную мощность, размещенную на поду, р_под на 30 % меньше удельной мощности, размещенной на боковых стенках:

р_под = 0,7 р_ст (4.3)

Подставляем в равенство:

Р_н = F_c_т · р_ст + F_под р_под (4.4)

Значение р_под и определяем р_ст ,кВт/м²:

Р_н = F_c_т · р_ст + F_под · 0,7 р_ст (4.5)

(4.6)

Получаем мощность, размещенную на боковых стенках, F_c_т·р_ст.Отсюда мощность (Р_н - F_c_т·р_ст) разместиться на поду.

Дальнейший расчет нагревателя производится, ориентируясь на р_ст. Считаем, что при выполнении условия р_под = 0,7р_ст сроки службы нагревателей будут одинаковы.

2) Выбор материала нагревателя.

Выбираем материал нагревателя, для чего предварительно определяем по кривым по р_ст температуру t_н нагревателя (приложение В рисунок 1), соответствующую t (см. задание) - температура нагрева садки.

Выбираем материал нагревателя, ориентируясь на данные кривых (приложение В рисунок 2), где приведены рекомендуемые температуры сплавов.

По кривым (приложение В рисунок 2) можно определить и значение минимальных диаметров нагревателя для соответствующего срока службы (1000 ч), задавшись системой.

3) Определение поверхностей мощности идеального нагревателя ω_ид.

В электропечах с температурой выше 700°С передача тепла от нагревательных элементов к нагреваемым изделиям осуществляется преимущественно излучением. Интенсивность излучения характеризуется удельной поверхностной мощностью ω_ид свободно излучающего (идеального) нагревателя, которая представляет собой отношение мощности нагревателя к его поверхности.

Значение ω_ид определяется по (приложение В рисунок 1) в зависимости от заданной температуры нагрева садки t и полученной t_н - температуры нагревателя.

4) Определение действительной поверхностной мощности нагревателя ω_д.

Реальный нагреватель в отличие от идеального не все излучаемое им тепло отдает нагреваемому изделию: часть лучей попадает на соседние нагреватели и футеровку. Поэтому нужно рассчитать удельную поверхностную мощность реального нагревателя - ω_д, Вт /см²:

ω_д = ω_ид α_эфα_г α_с α_р (4.7)

где α_эф - коэффициент эффективности излучения данной системы

нагревателя;

α_г - коэффициент шага;

α_с - коэффициент, учитывающий зависимость ω от С_пр;

α_р - коэффициент, учитывающий размер садки.

Коэффициент α_эф определяется для каждой системы нагревателей при минимально допустимых по конструктивным соображениям относительных витковых расстояниях, т.е. при максимально плотном размещении нагревателя.

Значения α_э приведены в таблице 1 приложения А.

Коэффициент α_с учитывает зависимость ω_д от приведенного коэффициента излучения С_пр. Значения α_с приведены на рисунке 4.

Для случаев, когда степень черноты нагревателя ε_н > 0,7 (сплавы из нихрома, карборунда) и для которых принимается ε_н ≈ 0,8 , коэффициент из уравнения, ккал/м²·ч·(К)⁴:

(4.8)

где ε_изд - степень черноты материала изделия (садки). Обычно принимают ε_изд = ε_н = 0,8. Коэффициент α_р учитывает влияние изменения размеров садки на величину ω_д.

Значение этого коэффициента в зависимости от F_изд/F_ст приведены на рисунке 4. При F_изд/F_ст = 0,8 α_р = 1.

Коэффициента шага α_г учитывает зависимость сод относительных витковых расстояний данной системы излучателя. Значение α_г определяется по рисунку 4.

5) Определение диаметра и длины фазы нагревателя по номограммам.

Производим электрический расчет по номограмме (приложение В рисунок 5 и 6):

а) выбираем схему включения нагревателя (трехфазная, однофазная), по номограммам легко проверить возможность выполнения той или иной схемы;

б) определяем мощность фазы (для трехфазной схемы Р_ф = Р_н /3);

в) определяем напряжение на нагревателе (в зависимости от линейного напряжения питающей сети и схемы соединения нагревателей - «звезда» или «треугольник»);

г) имея три величины - Р_ф, U_ф и ω_дпо номограмме получаем диаметр проволоки d,обеспечивающий срок службы, близкий к 1000 ч.

Выполняем это следующим образом: проводим горизонтальную линию, соответствующую Р_ф при U_ф. При пересечении этой линии с кривыми ω_д в правой части номограммы получим точку А, соответствующую ω_д и дающую значение диаметра d₁. Кроме диаметра, из номограммы получаем длину нагревателя фазы l_ф.

Значение l_ф получаем, проводя вниз вертикально линию, соединяющую точку А и линию напряжения U_ф нагревателя.

6) Проверка возможности размещения нагревателя в рабочем пространстве

проектируемой печи.

Подсчитываем площадь рабочей поверхности, м²:

F = 2F_c_т + F_под, (4.9)

По таблице 2 приложения А определяем l - максимальную длину нагревателя, размещаемого на 1 м² футеровки.

Полная длина размещающегося нагревателя, м:

L = l F, (4.10)

При условии L > 3l_ф нагреватель размещается на поверхности печи. Если это условие не соблюдается, необходимо изменить систему нагревателя или предусмотреть понижающий трансформатор.

7) Проверка срока службы нагревателей.

Определяется τ₁- число часов службы нагревателя диаметром 1 мм в зависимости от температуры нагревателя, (по рисунок 3 приложение В). Срок службы выбранного нагревателя подсчитывается по формуле, ч:

τ= τ₁d, (4.11)

где d - диаметр выбранного нагревателя, мм.

При условии τ > 10000 ч нагреватель удовлетворяет предъявленным к нему требованиям.

Ход работы

4) Изучить теоретическое обоснование.

5) Выписать исходные данные своего варианта.

6) Решить задачу согласно своему варианту.

7) Выполнить методические указания к решению задач.

8) Решения задач сопровождайте пояснениями.

Задача

Рассчитать геометрические размеры нагревателя, проверить срок его службы. Тип печи - СНЗ-4.8.2,6/10, материал нагреваемых изделий - сталь, напряжение питающей сети - 380/220 В.

Исходные данные для решения задачи принять по таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Исходные данные к задаче

варианты	исходные данные
варианты	мощность печи, Р_н, кВт	степень черноты нагреваемых изделий, e_изд	рабочая температура печи, t, ⁰С	максимальная температу-ра, t_макс, ⁰С,	срок службы нагрева-телей, t_доп, час	длина рабочего пространства, а,м	ширина рабочего пространства, в, м	высота рабочего пространства, h, м
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	30	0,8	850	1000	10000	0,8	0,4	0,26
2	36	0,7	970	1000	10000	1,0	0,5	0,3
1	2	3	4	5	6	7	8	9
3	40	0,6	960	1000	8000	1,2	0,7	0,32
4	45	0,8	950	1000	8000	1,25	0,8	0,34
5	50	0,9	1000	1050	10000	1,0	0,8	0,5
6	60	0,75	1050	1070	8000	1,5	1,0	0,5
7	70	0,65	1100	1200	10000	1,8	1,2	0,7
8	72	0,8	1070	1100	8000	1,8	1,4	0,7
9	80	0,72	890	1000	10000	2,0	1,4	0,5
10	85	0,84	880	1000	8000	2,0	1,5	0,5

Методические указания к решению задачи

1) Предполагаем, что нагреватели будут находиться на боковых стенках и в поду печи. Определяем площадь боковых стенок по формуле (4.1).

2) Определяем площадь пода по формуле (4.2).

3) Производим распределение мощности между боковыми стенами и подом по формуле (4.6). Остальная мощность разместится на поду

Р_под= Р_н- р_стF_ст

4) Выбираем материал нагревателя, по р_сти t, определяем температуру нагревателя t_н при по рисунку 1 Приложения В.

5) Определяем удельную поверхностную мощность w_идпо кривым 1 Приложения В в зависимости от t и t_н

6) Определяем удельную поверхностную мощность реального нагревателя w_д по формуле (4.7).

7) Определяем коэффициент излучения по формуле (4.8).

8) Проводим электрический расчет по монограмме, рисунок 6 Приложения В, выбираем схему включения - трехфазная, определяем мощность фазы

Р_ф= Р_н/3

определяем напряжение на нагревателе U_ф= 220 В. При Р_ф, U_ф= 220 В и w_допределим диаметр проволоки d, мм, l_ф,м.

9) Проверяем возможность размещения нагревателя в рабочем пространстве проектируемой печи, подсчитываем площадь рабочей поверхности по формуле (4.9). Определяем максимальную длину нагревателя, размещаемого на 1 м²футеровки при t/d = 2, проволочная спираль на полочках.

Полная длина нагревателя по формуле (4.10). При условии L > 3l_ф нагреватель размещается на поверхности печи.

10) Проверяем срок службы нагревателя, для чего определяем число часов службы нагревателя диаметром D, мм при t_н.

Срок службы всего нагревателя по формуле (4.11). При условии t³ 10000 час нагреватель удовлетворяет предъявленным к нему требованиям.

Контрольные вопросы.

1) Основные типы конструкций печей сопротивления?

2) Из какого материала изготавливаются нагревательные элементы печей сопротивления?

3) Какую электрическую мощность потребляют нагреватели?

4) Какие трансформаторы используются для питания печей сопротивления?

Содержание отчета

1) Номер, тема и цель работы.

2) Решение задачи с пояснениями.

3) Ответы к решению задачи.

4) Ответы на контрольные вопросы.

Литература

2) Правила устройства электроустановок. 7-е и 6-е издания [Текст]. – СПб.: Издательство ДЕАН, 2012. – 1168 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Таблица 1 – Значение коэффициента эффективности излучения α_эф для различных систем нагревателей

Система нагревателя	Минимальные относительные витковые расстояния	Коэффициент
Проволочный зигзаг	e/d = 2,75	0,68
Ленточный зигзаг	e/d = 0,9	0,4
Ленточный зигзаг в балках печей типа САН или в выемных рамках	e/d = 0,9	0,34
Проволочная спираль на трубе	t/d = 2	0,32
Проволочная спираль на полочке	t/d = 2	0,32
Проволочная спираль на балках печей типа САН	t/d = 2	0,32

Таблица 2 – Максимальные и оптимальные длины, l, м, и поверхности F, см², приблочного нагревателя, размещенного на 1 м²футеровки

диаметр	Зигзагообразный нагреватель								Спиральный нагреватель
	на ребристых плитках при шаге ребер, мм				на крючках при е/d равном				на полочках при t/d равном
	12,5		17		2,75		3,5		2		4
мм	l	F	l	F	l_макс	F_макс	l_опт	F_опт	l_макс	F_макс	l_опт	F_опт
4,0	70	8800	50	6250	-	-	-	-	200	24600	100	123000
4,5	70	9910	50	7030	-	-	-	-	180	24600	90	123000
5,0	70	11000	50	7800	-	-	-	-	160	24600	85	123000
5,6	-	-	50	7850	-	-	-	-	140	24600	70	123000
6,3	-	-	50	9850	-	-	38	7450	125	24600	62,5	123000
7,0	-	-	-		43	9500	34	7450	115	24600	57,5	123000
8,0	-	-	-		38	9500	30	7450	100	24600	50,0	123000
9,0	-	-	-		34	9500	27	7450	-	-	-	-
10,0	-	-	-		30	9500	24	7450	-	-	-	-
11,0	-	-	-		27	9500	21	7450	-	-	-	-
12,0	-	-	-		25	9500	20	7450	-	-	-	-
13,0	-	-	-		23	9500	18	7450	-	-	-	-
14,0	-	-	-		21	9500	17	7450	-	-	-	-
15,0	-	-	-		20	9500	16	7450	-	-	-	-
16,0	-	-	-		19	9500	15	7450	-	-	-	-
17,0	-	-	-		18	9500	14	7450	-	-	-	-
18,0	-	-	-		17	9500	14	7450	-	-	-	-
19,0	-	-	-		16	9500	13	7450	-	-	-	-
20,0	-	-	-		15	9500	12	7450	-	-	-	-

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Рисунок 1 – Значение удельных поверхностных мощностей идеального нагревателя ω_ид и ориентировочных мощностей ρ, размещенных на 1 м² футеровки, в зависимости от температур тепловоспринимающей поверхности t_тп и нагревателя t_н. значение ρ даны для следующих свободно излучающих нагревателей: спиральных на полочках и зигзагообразных и ленточных при α_г = 1, α_с = 1, α_р = 1

Рисунок 2 – Рекомендуемые температуры нагревателей, выполненных из разных сплавов разных марок, в зависимости от массивности сечения для рекомендуемого срока службы /10000 ч/. М = S/N; толщина ленты а соответствует m =10.


Значение α_г для проволочного спирального нагревателя	Значение α_г для проволочного зигзагообразного нагревателя

Значение ε_г для ленточного зигзагообразного нагревателя

Рисунок 4 – Значения коэффициентов α_г, α_с, α_р,

Рисунок 3 – Срок службы нагревателя из проволоки диаметром 1 мм (до окисления на 20% площади первоначального сечения) в зависимости от температуры нагревателя (воздух). Срок службы для сплавов Х27Н70ЮЗ и Х5Н60ЮЭ на 30% выше, чем для сплава марки Х20Н80

Рисунок 5 – Номограмма для электрического расчета проволочного нагревателя с удельным электрическим сопротивлением ρ = 1,27 Ом·мм²/м (для сплавов марок Х20Н80, Х20Н80Т, Х15Н60 и др. со значением ρ ≈ 1,27 Ом·мм²/м) в интервале напряжений 10…127 В

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 5

Тема: Расчет нагревательных элементов для электропечей сопротивления.

Цель: Изучить методику расчета проволочных и ленточных нагревателей.

Студент должен знать:

- конструкцию и материалы изготовления нагревательных элементов;

- методику расчета нагревателей электрических печей сопротивления;

уметь:

- производить расчет проволочных и ленточных нагревателей.

Теоретическое обоснование

Расчет проволочных и ленточных нагревателей имеет целью определить сечение проволоки или ленты, ее суммарную длину и разместить нагревательные элементы (секции) в рабочей камере печи. Рассмотрим упрощенный метод расчета нагревателей для печей, в которых теплопередача осуществляется в основном излучением, т. е. при температуре печи не менее 600…700 °С. При расчете исходят из заданной номинальной электрической мощности печи (или мощности зоны - для многозонных печей) Р_ном (кВт), конечной температуры нагрева изделий t_изд (°С) и площади футеровки печи, на которой разместятся нагреватели.

Сначала выбирают схему включения нагревателей для каждой зоны печи. При питании нагревателей от цеховой трехфазной сети 380 В нагреватели можно соединять в звезду или в треугольник с последовательным или параллельным соединением нагревательных элементов (секций), т. е. с одной или несколькими фазоветвями в каждой фазе. Возможно и однофазное включение нагревателей на фазное напряжение 220 В. В ряде случаев нагреватели питаются от специальных понизительных печных трансформаторов или автотрансформаторов.

Таблица 5.1 – Рекомендуемые температуры нагревателей

Материла нагревателя	Рекомендуемая температура, °С, для режима
Материла нагревателя	непрерывного	прерывистого
Х20Н80, Х20Н80Т	1050	1060
Х15Н60	950	900
Х150Н20, Х23Н18	850	800
Х13Ю4	750	650
ОХ23Ю5А	1050	1000
ОХ27Ю5А	1150	1100
Карборунд	1350	1300
Дисилицид молибдена	1550	1500

Примечание: Для металлических нагревателей данные относятся к нагревателям с диаметром проволоки d = 4 мм или толщиной ленты а = 2 мм. При D – 7…10 мм и а = 3 мм значения могут быть увеличены на 50°С.

После выбора схемы включения известны: мощность на фазоветвь Р_ф (кВт); фазное напряжение U_ф(В). Исходя из максимальной температуры изделия t_изд (°С), выбирают по таблицы 5.1 материал нагревателя и его рекомендуемую температуру t_наг (°C). Затем с учетом принятой конструкции нагревательных элементов определяют значение допустимой удельной поверхностной мощности нагревателя W_доп, которой отвечает срок службы нагревателя не меньший, чем 10 000 ч. Удельная поверхностная мощность - есть мощность, выделяемая с единицы поверхности нагревателя (Вт/м²). На рисунке 5.1 приведены зависимости допустимой удельной поверхностной мощности идеального нагревателя W_ид от температуры изделия t_изд при различных температурах нагревателя t_наг. Под идеальным подразумевается сплошной нагреватель, окружающий изделие со всех сторон, при допущении, что тепловые потери через футеровку печи отсутствуют.

Рисунок 3 – Кривые удельной поверхностей мощности идеального нагревателя

Реальная допустимая удельная поверхностная мощность нагревателя W_доп связана с идеальной мощностью W_изд зависимостью

W_доп = α W_ид (5.1)

где α - поправочный коэффициент, учитывающий тепловые потери мощности в печи.

Рекомендуемые усредненные значения α:

- для проволочных спиралей на полочках или на трубках - 0,2…0,3;

- для проволочных зигзагов - 0,6;

- для ленточных зигзагов - 0,4;

- для ленточных литых зигзагов - 0,6.

Определив по формуле (5.1) значения W_доп, можно найти расчетные конструктивные размеры нагревателей.

Для проволочного нагревателя диаметр проволоки d, м, и ее длину на фазоветвь L_ф, м, рассчитывают по формулам:

(5.2)

(5.3)

где ρ - удельное электрическое сопротивление материала нагревателя в горячем состоянии, Ом·м.

Для ленточного нагревателя толщину ленты а, м, и ее длину на фазоветвь L_ф м, находят по формулам:

(5.4)

(5.5)

где т = b/а; b - ширина ленты, м.

Обычно для ленточных нагревателей m = 5÷15 в соответствии с сортаментом выпускаемой ленты. Наиболее распространена лента m = 10.

а – спиральные проволочные нагреватели; б - зигзагообразные проволочные и ленточные

Рисунок 5.2 – Конструктивные размеры нагревателя

Остальные конструктивные размеры нагревателей (рисунок 5.2) определяют по рекомендуемым соотношениям:

- диаметр спирали проволочного нагревателя D = (4÷6)d - для хромоалюминиевых сплавов, D = (7÷10)d - для нихромов;

- шаг витков спирали t = (3÷5)d;

- шаг проволочного зигзага t ≥ (5÷9)d,

- шаг ленточного зигзага t ≥ (2÷5)b;

- высота зигзага = 0,15÷0,3 м - для хромоалюминиевых сплавов, Н = 0,2÷0,4 м - для нихромов;

- радиус закругления зигзага R ≥ d или R= (4÷5) а.

Для температур на нагревателе до 1000 °С применяют ленту размером не менее 0,001×0,01 м, при более высоких температурах - не менее 0,002×0,02 м. Для проволочных спиралей минимальный диаметр проволоки 0,003 м, для проволочных зигзагов 0,006 м.

При расчете нагревателей можно исходить также из имеющегося сортамента проволоки или ленты. Тогда, зная расчетное сопротивление фазоветви нагревателя R_ф = U_Ф²/Р_ф и выбирая по сортаменту проволоку или ленту, находят длину нагревателя на фазоветвь, м:

(5.6)

(5.7)

Рассчитанный таким образом нагреватель проверяют на допустимую удельную поверхностную мощность. Определяют фактическую удельную поверхностную мощность нагревателя W_наг:

для проволочного нагревателя:

(5.8)

для ленточного нагревателя:

(5.9)

Если полученное значение W_наг≤ W_доп то нагреватель выбран правильно. Если W_наг> W_доп, то размер сечения нагревателя при данной схеме соединения нагревателя не подходит. Нужно либо изменить схему соединения, повышая напряжение на фазоветвь, либо уменьшить мощность фазоветви, чтобы при том же сечении получить большую длину, а значит, и площадь поверхности нагревателя.

Ход работы

1) Изучить теоретическое обоснование.

2) Выписать исходные данные своего варианта.

3) Решить задачу согласно своему варианту.

4) Выполнить методические указания к решению задач.

5) Решения задач сопровождайте пояснениями.

6) Запишите ответы к решению задачи.

Задача

Рассчитать нагреватель для шахтной печи, предназначенной для отжига стальных изделий и работающей при температуре t ° С. Мощность печи Р_ном, кВт, напряжение сети 380 В. Печь трехфазная, режим работы близок к непрерывному. Размеры шахты: диаметр d, м, высота h, м. Исходные данные для решения задачи принять по таблице 5.2.

Таблица 5.2 – Исходные данные к задаче

варианты	Исходные данные
варианты	Мощность печи, Р_ном, кВт	Рабочая температура печи, t, ⁰С	Диаметр шахты, d, м,	Высота шахты, h, м	Вид нагревателя
1	90	1150	0,3	1,1	проволочный
2	120	800	0,5	1,4
3	78	850	1,2	2,0
4	102	950	0,6	1,6
5	48	800	0,2	0,4
6	12	600	0,2	0,6	ленточный
7	240	1100	1,0	1,8
8	210	1000	0,8	1,2
9	180	950	0,4	1,6
10	150	850	0,6	0,8

Методические указания к решению задачи

1) Принимаем включение нагревателей в звезду с одной ветвью на фазу.

2) Определяем фазную мощность печи

Р_ф= Р_ном/3

фазное напряжение U_ф= 220 В.

3) Выбираем по таблице 1-1 в материала нагревателей, выписываем рекомендуемую температуру t_н ° С удельным сопротивлением ρ, Ом · м.

4) По рисунку 5.1 для t_изд = t °С находим для идеального нагревателя W_ид, Вт/м².

5) Определяем допустимую удельную поверхностную мощность для выбранного типа нагревателя по формуле (5.1).

6) Далее расчет ведем по формулам (5.2) и (5.3) для проволочных нагревателей или по (5.4) и (5.5) для ленточных нагревателей.

7) Нагреватель фазы выполняем в виде одной секции. Размещаем секции нагревателей трех фаз одну над другой. Принимаем высоту зигзага Н, расстояние между секциями по рекомендациям.

8) Определяем длину секции нагревателя по окружности шахты печи

l_ф = π·d - 0,1

(d, м - диаметр шахты, 0,1 м - расстояние между выводами).

Длина ленты на шаг зигзага с учетом закруглений (см. рисунок 5.2, б):

l_t = 2H + 2R (π - 2)

Принимаем R = 5а, м.

9) Определяем число зигзагов на фазу

n = L_ф/ l_t

Шаг зигзага t = l_ф/n, т. е. t = 2b, что приемлемо согласно рекомендуемым соотношениям.

10) Определяем фактическую удельную поверхностную мощность нагревателя W_наг по формулам (5.8) и 5.9).

11) Проверяем нагреватель на допустимую удельную поверхностную мощность по условию

W_наг≤ W_доп

Контрольные вопросы

1) Какие требования предъявляются к материалу нагревателей?

2) Перечислите материалы, из которых изготавливают нагреватели.

3) Перечислите конструкцию нагревательных элементов.

4) Что понимается под идеальным нагревателем?

Содержание отчета

1) Номер, тема и цель работы.

2) Решение задачи с пояснениями.

3) Ответы к решению задачи.

4) Ответы на контрольные вопросы.

Литература

2) Правила устройства электроустановок. 7-е и 6-е издания [Текст]. – СПб.: Издательство ДЕАН, 2012. – 1168 с.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 6

Тема: Изучение электрической схемы установки печи сопротивления.

Цель: Изучить работу электрической схемы установки печи сопротивления.

Студент должен знать:

- электрооборудование термических установок;

- схемы питания термическими установками;

уметь:

- читать электрическую схему установки печи сопротивления;

- проводить анализ работы схемы.

Теоретическое обоснование

Благодаря применению в установках электропечей coпротивления комплектных щитов и станций управления принципиальные электрические схемы установок различных печей состоят из повторяющихся типовых узлов и отличающихся друг от друга главным образом в той части, которая относится к управлению электроприводами вспомогательных механизмов.

Рисунок 6.1 – Электрическая схема установки печи сопротивления

Рассмотрим упрощенную принципиальную электрическую схему установки однозонной камерной печи (рисунок 6.1). Нагреватели печи ЭПС получают питание через автотрансформатор AT от сети 380 В. Включение и отключение нагревателей производится контактором КЛ. Силовые цепи защищены автоматическим выключателем ВА1.

Реверсивный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором Д для механизма подъема и опускания дверцы печи включается контакторами КП (подъем) и КО (опускание). В отключенном состоянии двигатель Д затормаживается механическим тормозом, снабженным электромагнитом ЭмТ. Автоматический выключатель ВА2 служит для защиты двигателя Д и его цепи управления. Конечные выключатели ВКП и ВКО контролируют верхнее и нижнее положения дверцы: размыкающий контакт ВКП открывается в верхнем положении, размыкающий контакт ВКО - в нижнем. Управление приводом дверцы - ручное дистанционное, при помощи кнопок КнП (подъем), КнО (опускание), КнС (стоп).

Схема цепей управления и сигнализации питается напряжением 220 В и содержит: автоматический выключатель ВА3; прибор теплового контроля ПТК (с датчиком температуры печи ДТ); катушки контактора КЛ и промежуточного реле РП; сигнальные лампы ЛЗ (зеленая), ЛК (красная) и ЛЖ (желтая). Схема обеспечивает ручное дистанционное и автоматическое управление тепловым процессом печи. Выбор вида управления осуществляется универсальным переключателем УП на три положения.

При нейтральном положении 0 рукоятки УП нагреватели печи отключены, горит лампа ЛЗ.

При ручном управлении рукоятка УП становится в положение Р, включается реле РП и своим контактом замыкает цепь катушки контактора КЛ. Контактор включается, подавая питание на нагреватели, лампа ЛЗ гаснет, лампа ЛК загорается. Очевидно, что включение контактора КЛ возможно только при закрытой (опущенной) дверце печи. Такая блокировка осуществлена замыкающим контактом конечного выключателя ВКО. В режиме ручного управления прибор теплового контроля ПТК не оказывает влияния на ход теплового процесса. Он лишь дает оператору информацию о температуре печи.

При автоматическом управлении рукоятка УП ставится в положение А. Теперь сигнал на включение и отключение реле РП, а следовательно, и на включение и отключение нагревателей выдается прибором теплового контроля ПТК. Реле РП включается, если замкнут контакт Мин этого прибора и отключается при размыкании контакта Мин. Если температура печи по каким-то причинам превысит максимально допустимую, замкнется контакт Макс ПТК и загорится лампа ЛЖ, привлекая внимание обслуживающего персонала.

Для печей, работающих с газовой атмосферой, в схему цепей управления вводятся дополнительные узлы, обеспечивающие управление аппаратурой газовой атмосферы и сигнализацию о ее работе (световую и звуковую).

Ход работы

1) Внимательно изучите инструкцию.

2) Начертите электрическую схему установки печи сопротивления – Рисунок 6.1.

3) При выполнении схемы все обозначения ее элементов чертятся в соответствии с требованиями ГОСТ.

4) Опишите работу электрической схемы установки печи сопротивления.

5) Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1) Какие основные элементы имеет электропечная установка?

2) Какой род тока служит для питания печей сопротивления?

3) Перечислите основные типы конструкций термических печей сопротивления.

4) Расшифруйте обозначения электропечей: СНА-5.7,5.1/10; СВС-6.10.0,5/9; ИНМ-1,5/8.

Содержание отчета

7) Номер, тема и цель работы.

8) Электрическая схема установки печи сопротивления – Рисунок 6.1.

9) Описание работы электрической схемы установки печи сопротивления.

10) Ответы на контрольные вопросы.

Литература

2) Правила устройства электроустановок. 7-е и 6-е издания [Текст]. – СПб.: Издательство ДЕАН, 2012. – 1168 с.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 7

Тема: Изучение электрической схемы питания дуговой печи.

Цель: Изучить работу электрической схемы питания дуговой печи.

Студент должен знать:

- конструктивное исполнение дуговых печей;

- электрооборудование установок дуговых печей;

- схемы питания установками дуговой печи;

уметь:

- читать электрическую схему питания дуговой печи;

- проводить анализ работы схемы.

Теоретическое обоснование

Основное назначение дуговых печей – плавка металлов и сплавов. Существуют дуговые печи прямого и косвенного нагрева. В дуговых печах прямого нагрева дуга горит между электродов и расплавленным металлом. В дуговых печах косвенного нагрева – между двумя электродами. Наибольшее распространение получили дуговые печи прямого нагрева, применяемые для плавки черных и тугоплавких металлов. Дуговые печи косвенного нагрева применяются для плавки цветных металлов и иногда чугунов.

Дуговая печь представляет собой футерованный кожух, закрытый сводом, сквозь отверстие в своде внутрь опущены электроды, которые зажаты в электрододержателях, которые соединены с направляющими. Плавление шихты и обработка металла ведется за счет тепла электрических дуг, горящих между шихтой и электродами.

Для поддержания дуги подается напряжение от 120 до 600 В и ток 10…15 кА. Меньшие значения напряжений и токов относятся к печам емкостью 12 тонн и мощностью 50000 кВА.

Конструкция дуговой печи предусматривает слив металла через сливной насос. Скачивание шлака осуществляется через рабочее окно, вырезанное в кожухе.

Установка дуговой печи включает в свой состав, кроме собственно печи и ее механизмов с электро- или гидроприводом, также комплектующее электрооборудование: печной трансформатор, токопроводы от трансформатора к электродам дуговой печи - так называемую короткую сеть, распределительное устройство (РУ) на стороне высшего напряжения трансформатора с печными выключателями; регулятор мощности; щиты и пульты управления, контроля и сигнализации; программирующее устройство для управления режимом работы печи и др.

Схема питания типовой электропечной дуговой установки для фасонного литья показана в упрощенном виде на рисунке 7.1. Здесь ЭПД - электропечь дуговая. Маломасляный или воздушный печной выключатель ВП1 предназначен для оперативного включения и отключения печного трансформатора ТрП при всех нагрузках - от холостого хода до коротких замыканий. Разъединитель В служит для подачи и снятия напряжения при отключенном выключателе ВП1. Перед печным трансформатором включен токоограничивающий реактор РТО, который по окончании расплавления шихты шунтируется выключателем ВП2. При этом первичная обмотка трансформатора пересоединяется с треугольника на звезду при помощи переключателя П (на время переключения цепь питания печи обесточивается при помощи ВП1).

Трансформаторы тока ТТ1-ТТ3 и ТТ4-ТТ6 на первичной и вторичной сторонах печного трансформатора и трансформаторы напряжения ТН1 и ТН2 служат для подключения измерительных приборов и аппаратуры управления и защиты.

Рисунок 7.1 – Электрическая схема питания дуговой печи

Установки дуговых печей оснащаются релейной защитой от токов, к. з. на стороне ВН трансформатора ТрП и от перегрузки, которая может иметь место при работе печи. Защита от к.з. отключает установку, воздействуя на выключатель ВП1, и выполняется как токовая защита мгновенного действия. Защита от перегрузки обычно воздействует с выдержкой времени на сигнал.

Все трансформаторы для питания дуговых печей снабжают газовой защитой. Газовая защита, как основная защита печного трансформатора, выполнена двухступенчатой: первая ступень воздействует на сигнал, вторая отключает установку.

Рисунок 7.2 – Короткая сеть печной установки

Короткая сеть дуговой установки (рисунок 7.2, а) состоит из ошиновки 1 в трансформаторной камере, гибкой кабельной гирлянды 2, трубошин 3, электрододержателя 4 и электрода 5, перемещающихся вместе с кареткой 6. На печах емкостью до 10 т используют схему «звезда на электродах» (рисунок 7.2, б), когда вторичные обмотки печного трансформатора соединены в треугольник на выходе из камеры. Другие схемы короткой сети, позволяющие уменьшить ее реактивное сопротивление, применяют па более мощных печах.

Ход работы

1) Внимательно изучите инструкцию.

2) Начертите электрическую схему питания дуговой печи - Рисунок 7.1.

3) При выполнении схемы все обозначения ее элементов чертятся в соответствии с требованиями ГОСТ.

4) Опишите работу электрической схемы питания дуговой печи.

5) Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1) Назначение дуговых печей.

2) Перечислите конструктивные разновидности дуговых печей.

3) Какие виды защит должны быть предусмотрены для печных трансформаторов (трансформаторных агрегатов) установок дуговых печей?

4) Какими измерительными приборами должны быть снабжены установки дуговых печей?

5) Что необходимо предусматривать для исключения возможности замыкания при перепуске электродов дуговых печей сопротивления помимо изоляционного покрытия на рабочей (перепускной) площадке?

Содержание отчета

11) Номер, тема и цель работы.

12) Электрическая схема питания дуговой печи – Рисунок 7.1.

13) Описание электрической схемы питания дуговой печи.

14) Ответы на контрольные вопросы.

Литература

1) Шеховцов, В.П. Электрическое и электромеханическое оборудование [Текст]: учебник/ В.П. Шеховцов. – 2-е издание, - М.: ФОРУМ: Инфра-М, 2013. – 416 с.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 8

Тема: Изучение электрической схемы автоматического управления режимом индукционной тигельной печи.

Цель: Изучить работу электрической схемы автоматического управления режимом работы индукционной тигельной печи.

Студент должен знать:

- конструктивное исполнение индукционных плавильных печей;

- электрооборудование индукционных плавильных установок;

- схемы автоматического управления режимом работы индукционной тигельной печи;

уметь:

- читать электрическую схему автоматического управления режимом работы индукционной тигельной печи;

- проводить анализ работы схемы.

Теоретическое обоснование

Индукционный нагрев - нагрев тел в электромагнитном поле за счёт теплового действия вихревых электрических токов, протекающего по нагреваемому телу и возбуждаемого в нём благодаря явлению электромагнитной индукции. При этом ток в нагреваемом изделии называют индуцированным или наведённым током.

Индукционными установками называют электротермические устройства, предназначенные для индукционного нагрева тел или плавки тех или иных материалов.

Индукционная печь - часть индукционной установки, включающая в себя индуктор, каркас, камеру для нагрева или плавки, вакуумную систему, механизмы наклона печи или перемещения нагреваемых изделий в пространстве и др.

Индукционная тигельная печь (ИТП), которую иначе называют индукционной печью без сердечника, представляет собой плавильный тигель, обычно цилиндрической формы, выполненный из огнеупорного материала и помещённый в полость индуктора, подключенного к источнику переменного тока. Металлическая шихта загружается в тигель, и, поглощая электромагнитную энергию, плавится.

Достоинства тигельных плавильных печей:

1) Выделение энергии непосредственно в загрузке, без промежуточных нагревательных элементов;

2) Интенсивная электродинамическая циркуляция расплава в тигле, обеспечивающая быстрое плавление мелкой шихты, отходов, выравнивание температуры по объёму ванны и отсутствие местных перегревов, гарантирующая получение многокомпонентных сплавов, однородных по химическому составу;

3) Принципиальная возможность создания в печи любой атмосферы (окислительной, восстановительной или нейтральной) при любом давлении;

4) Высокая производительность, достигаемая благодаря высоким значениям удельной мощности, особенно на средних частотах;

5) Возможность полного слива металла из тигля и относительно малая масса футеровки печи, что создаёт условия для снижения тепловой инерции печи благодаря уменьшению тепла, аккумулируемого футеровкой. Печи этого типа удобны для периодической работы с перерывами между плавками и обеспечивают возможность быстрого перехода с одной марки сплава на другую;

6) Простота и удобство обслуживания печи, управления и регулировки процесса плавки, широкие возможности для механизации и автоматизации процесса;

7) Высокая гигиеничность процесса плавки и малое загрязнение воздуха.

К недостаткам тигельных печей относятся относительно низкая температура шлаков, наводимых на зеркало расплава с целью его технологической обработки. Шлак в ИТП разогревается от металла, поэтому его температура всегда ниже, а также сравнительно низкая стойкость футеровки при высоких температурах расплава и наличие теплосмен (резких колебаний температуры футеровки при полном сливе металла). Однако преимущества ИТП перед другими плавильными агрегатами значительны, и они нашли широкое применение в самых разных отраслях промышленности.

В зависимости от того, идёт ли процесс плавки на воздухе или в защитной атмосфере, различают печи:

- открытые (плавка на воздухе),

- вакуумные (плавка в вакууме),

- компрессорные (плавка под избыточным давлением).

По организации процесса во времени:

- периодического действия

- полунепрерывного действия

- непрерывного действия

По конструкции плавильного тигля:

- с керамическим (футерованным) тиглем,

- с проводящим металлическим тиглем,

- с проводящим графитовым тиглем,

- с холодным (водоохлаждаемым) металлическим тиглем.

Принципиальная электрическая схема АУ режимом индукционной тигельной печи (Рисунок 8.1) предназначена для управления режимом индукционной тигельной печи средней частоты.

Основные элементы схемы.

И - индуктор, выполненный по автотрансформаторной схеме с отпайками. Предназначен для создания магнитного потока в печи.

Г и ОВГ - генератор и обмотка возбуждения генератора машинного преобразователя средней частоты.

ТРВ - тиристорный регулятор возбуждения генератора.

БПИ - блок переключения индуктора, для обеспечения двухпозиционного регулирования нагрузки печи.

РКМ - регулятор коэффициента мощности, для поддержания cosφ в заданных пределах.

БК - блок конденсаторов.

ТТ и ТН - трансформаторы тока и напряжения измерительные.

ТРВ предназначен для управления возбуждением генератора. Включает: выпрямительную часть регулятора - тиристорный преобразователь (ТП), блок импульсно-фазового управления тиристорами (БИФУ), блок питания (БП) и выпрямители (ВП1, ВП2).

ТП собран по простейшей полууправляемой однофазной мостовой схеме с двумя тиристорами (Т1 и Т2) и двумя диодами (Д1 и Д2). Нулевой диод (Д3) предназначен для защиты ОВГ от перенапряжений.

БИФУ выполнен на базе стандартного магнитного усилителя типа ТУМ-А. Он имеет обмотку задающую (ОЗ), в которую подается сигнал задания с потенциометра (R_зад), и обмотку отрицательных обратных связей (ООС) по напряжению (U_г) и току I_г) генератора.

Сигналы ООС поступают от ТН и ТТ через выпрямители ВП1 и ВП2, включенные параллельно.

Сопротивление резистора на входе ВП2 (R₁) выбирается так, чтобы при

(8.1)

напряжения на выходах выпрямителей были равны, т.е. U_{вых(ВП1)}= U_{вых(ВП2)}.

БПИ обеспечивает переключение числа витков индуктора с помощью контакторов К1 и К2, по сигналам, вырабатываемым при больших изменениях нагрузки.

РКМ контролирует фазовый сдвиг между напряжением и током генератора и поддерживает заданное значение коэффициента мощности установки (cosφ ≈ 1) с точностью ±3%. Это достигается автоматически путем ступенчатого (N ступеней) переключения конденсаторов (С₁ - C_N) в БК при помощи контакторов (КM₁ - КМ_N).

Автоматическое регулирование.

Закон регулирования определяется выражением

P_г = I_гU_г cosφ, (8.2)

где Р_г - мощность, получаемая с генератора на нагрев, кВт;

I_г - ток генератора, A;

U_г - напряжение генератора, В;

cosφ - коэффициент мощности.

Исходным параметром регулирования является эквивалентное сопротивление (R_э) контура индуктор - конденсаторы.

Изменение нагрузки (R_э) происходит за счет изменения емкости в контуре и изменения объема металла садки (в тигельных печах).

Управляющие сигналы возникают вследствие сравнения R_э и R_ном.

R_ном - номинальное активное сопротивление нагрузки генератора, при котором он отдает максимальную мощность, ограниченную U_г._зад и I_г.зад(внешняя характеристика генератора).

Возможны следующие варианты.

R_э > R_ном. В этом случае по каналу напряжения с помощью тока в обмотке возбуждения генератора (ОВГ) поддерживается U_г._зад с точностью ±2 %, а U_вых _(ВП1) > U_вых _(ВП2).

R_э < R_ном. По каналу тока поддерживается I_г.задс точностью ±2 %, а U_вых _(ВП1) > U_вых _(ВП2).

Таким образом, при незначительных отклонениях нагрузки автоматически поддерживаются заданные параметры генератора.

При значительных отклонениях нагрузки в блок БПИ подаются сигналы, пропорциональные напряжению и току генератора, т.е. вводится фактическая величина R_э и сравнивается с R_ном.

В начале плавки R_э > R_ном, включен К₁, в работе индуктор полный. По мере расплавления R_э постепенно уменьшается.

Когда R_э < R_ном на заранее заданную величину, контактор К₁ отключается, а К₂ включается. К генератору будет присоединена отпайка индуктора.

Когда R_э > R_ном на заранее заданную величину, контактор К₂ отключится, a К₁ включится, в работе снова полный индуктор.

Таким образом блок БПИ осуществляет двухпозиционное регулирование нагрузки. На базе такого регулятора можно построить и САР теплового режима индукционных нагревательных установок.

Ход работы

1) Внимательно изучите инструкцию.

2) Начертите электрическую схему АУ с режимом индукционной тигельной печи - Рисунок 8.1.

3) При выполнении схемы все обозначения ее элементов чертятся в соответствии с требованиями ГОСТ.

4) Опишите работу электрической схемы АУ индукционной тигельной печи.

5) Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1) Назначение индукционных печей.

2) Перечислите конструктивные элементы индукционной печи.

3) Перечислите достоинства и недостатки тигельных плавильных печей.

4) Приведите классификацию индукционных печей.

Содержание отчета

1) Номер, тема и цель работы.

2) Электрическая схема АУ индукционной тигельной печи - Рисунок 8.1.

3) Описание электрической схемы АУ индукционной тигельной печи.

4) Ответы на контрольные вопросы.

Литература

Рисунок 8.1 – Принципиальная электрическая схема АУ с режимом индукционной тигельной печи

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 9

Тема: Изучение работы электрической схемы управления токарно-револьверного станка.

Цель: Изучить работу электрической схемы управления токарно-револьверного станка.

Студент должен знать:

- электрооборудование станков;

- схемы управления станков;

уметь:

- выбирать электрооборудование управления электроприводами станков;

- читать схемы управления;

Теоретическое обоснование

1) Назначение и устройство токарных станков.

Станки токарной группы относятся к наиболее распространенным металлорежущим станкам и широко применяются на промышленных предприятиях, в ремонтных мастерских и т. п. В эту группу входят: универсальные токарные и токарно-винторезные, револьверные, токарно-лобовые, карусельные, токарно-копировальные станки, токарные автоматы и полуавтоматы.

На токарных станках производится обработка наружных, внутренних и торцевых поверхностей тел вращения цилиндрической, конической и фасонной формы, а также прорезка канавок, нарезка наружной и внутренней резьбы и т.д. Режущими инструментами на токарных станках служат в основном резцы, но применяются также и сверла, развертки, метчики, плашки и др.

Характерной особенностью станков токарной группы является осуществление главного движения за счет вращения обрабатываемой детали. Подача режущего инструмента производится путем поступательного перемещения суппортов.

Рисунок 9.1 - Общий вид токарно-револьверного станка модели 1П365

Токарно-револьверные станки предназначены для обработки в серийном производстве деталей сложной формы, в том числе болтов, гаек и др. Процесс обработки на этих станках состоит из нескольких последовательных операций, во время которых используются различные инструменты: резцы, сверла, метчики и др., закрепленные в так называемой револьверной головке, которая устанавливается на суппорте. В электромашиностроении токарно-револьверные станки применяются для обработки подшипниковых щитов, втулок и нажимных конусов коллекторов электрических машин. Применение этих станков повышает производительность труда в 2…3 раза по сравнению с обработкой на токарно-винторезных станках.

На рисунке 9.1 показан общий вид токарно-револьверного станка, основными узлами которого являются: станина 1, фартуки 2 поперечного суппорта 5 и суппорта 6 револьверной головки, коробка подач 3, шпиндельная бабка 4, револьверная головка 7. При обработке заготовки инструменты поочередно вводятся в работу путем поворота револьверной головки вокруг своей оси. Суппорт с головкой может совершать быстрые продольные перемещения по направляющим станины. Револьверные головки обычно имеют шестигранную форму, режущие инструменты закрепляются в радиальных отверстиях (гнездах) головки.

На современных токарных, токарно-винторезных станках широко применяется автоматизация вспомогательных движений, а также дистанционное управление механизмами станка. Особенностью токарно-револьверных станков является автоматическое переключение скорости шпинделя и подачи без остановки станка, которое производится с помощью электромагнитных муфт, встроенных в коробку скоростей и коробку подач.

В качестве примера рассмотрим электропривод токарно-револьверного станка модели 1П365, предназначенного для обработки в патроне чугунных или стальных деталей диаметром до 500 мм, изготовление которых требует выполнения ряда последовательных операций: точения, сверления, растачивания, нарезания резьб и др. Заготовка закрепляется в самоцентрирующем патроне, а необходимый для обработки комплект инструментов устанавливается в револьверной головке с вертикальной осью поворота.

Электрическая схема управления станком приведена на рисунке 9.2. Привод шпинделя осуществлен от асинхронного двигателя Д1 мощностью 14 кВт при 145 рад/с; двигатель Д2 мощностью 1,7 кВт при 142 рад/с приводит во вращение насос гидросистемы, а также используется для получения быстрого продольного перемещения двух суппортов станка; насос охлаждения вращается двигателем ДЗ мощностью 0,125 кВт при 280 рад/с.

Угловая скорость шпинделя регулируется ступенчато от 3,4 до 150 рад/с. Передвижение блоков шестерен в коробке скоростей производится гидроцилиндрами. В коробке скоростей находится также фрикцион, состоящий из двух муфт: одной - для включения прямого (правого) вращения шпинделя, другой - для обратного (левого) вращения. Включение этих муфт осуществляется гидроцилиндром, золотник которого соответственно переводится при помощи электромагнитов Эм1 и Эм2. Муфты соединяют вал электродвигателя Д1 с коробкой скоростей. Для быстрой остановки шпинделя в коробке скоростей предусмотрен гидравлический тормоз, управление которым осуществляется через специальный гидрозолотник с помощью электромагнита Эм3.

Рисунок 9.2 - Электрическая схема токарно-револьверного станка

модели 1П365

Подача суппортов осуществляется от главного привода. Скорость подач регулируется механически передвижением блоков шестерен в коробке подач при помощи гидроцилиндров. Установка нужных скоростей шпинделя и подач производится посредством рукояток гидропереключателей, находящихся на фартуках суппортов и воздействующих на золотники соответствующих гидроцилиндров.

Все органы управления электроприводами станка находятся на пульте, помещенном на передней стенке коробки скоростей. Напряжение на схему управления подается вводным выключателем ВВ. Лампа местного освещения ЛО включается выключателем ВО. Включение электродвигателей Д1 и Д2 производится кнопкой КнП, отключение - кнопкой КнС1. Включение и отключение двигателя Д3 насоса охлаждения производится пакетным включателем ВН. В процессе разгона двигателя Д1 при угловой скорости (0,2-0,3) ω_ном замыкается контакт реле контроля скорости РКС, подготавливающий к включению цепь быстрой остановки шпинделя, необходимой при переключении шестерен во время работы станка.

Для получения правого вращения шпинделя следует нажать кнопку Кн «Вправо». При этом срабатывает реле РП4 и замыкает свои контакты, блокируя замыкающий контакт кнопки, включая реле РП8 и подготавливая к включению электромагнит Эм1. Контакт реле РП4 включает также зеленую лампочку ЛС2. После отпускания кнопки Кн «Вправо» включается электромагнит Эм1 и шпиндель станка разгоняется до установленной угловой скорости. Если шпиндель из неподвижного положения необходимо пустить в сторону левого вращения, то нажимается кнопка Кн «Влево», при этом включается реле РП5, а после отпускания кнопки - электромагнит Эм2. Горит зеленая лампочка ЛС2. При обоих направлениях вращения шпинделя реле РП3 подготовляет к включению электромагнит Эм3, управляющий гидротормозом шпинделя.

Для изменения угловой скорости шпинделя или скорости подачи суппорта при работе станка (подключен к сети двигатель Д1 шпинделя и включен фрикцион) сначала устанавливается специальными гидропереключателями нужное значение скорости или подачи (предварительный выбор скорости или подачи), а затем нажимается кнопка Кн «Перекл». При этом включается и становится на самопитание реле РП2, гаснет зеленая лампочка ЛС2 и загорается красная лампочка ЛС1. Включается реле времени РВ. Отключается электромагнит Эм1 (при левом вращении - Эм2), и включается электромагнит Эм3. Происходит выключение фрикциона и быстрая остановка шпинделя гидротормозом, после чего гидроцилиндры переключают шестерни в коробке скоростей или коробке подач (при этом все валы и шестерни получают медленное вращение от специального гидромеханизма медленного проворота). К моменту завершения переключений размыкается контакт реле времени Р5, отключается реле РП2, электромагнит Эм3 и вновь включается электромагнит Эм1 или Эм2, что вызывает разгон и вращение шпинделя в прежнюю, сторону, но с другой скоростью (или при другой подаче). Вновь загорается лампочка ЛС2.

Если переключение скоростей или подач производится при отключенном двигателе Д1 (отключен КЛ) либо когда двигатель еще не успел разогнаться (реле РКС не сработало), то при нажатии Кн «Перекл.» электромагнит Эм3 тормоза и реле РВ не включаются (РП3 не сработало или отключено напряжение питания электромагнитов), поскольку в данном случае торможение шпинделя не требуется.

Чтобы переключить скорость при выключенном фрикционе (когда шпиндель не вращается, но двигатель Д1 остается включенным), следует установить гидропереключатели предварительного набора скоростей и подач в нужное положение и затем одновременно нажать кнопки Кн «Перекл.» и Кн. «Вправо» (или Кн «Влево»), размыкающие цепь питания электромагнитов, и удерживать их (кнопки) в течение 2…3 с, пока не закончится переключение шестерен. Нажимать кнопки «Вправо» или «Влево» при таких переключениях необходимо для того, чтобы предотвратить включение электромагнита Эм3 через замкнутые контакты реле РП2 и РПЗ.

Для реверса шпинделя нажимается кнопка противоположного направления. Остановка шпинделя производится кнопкой КнС2, при этом электродвигатели Д1 и Д2 не отключаются.

Ход работы

1) Изучить инструкцию.

2) Нарисовать электрическую схему управления токарно-револьверного станка.

3) Описать работу электрической схемы управления токарно-револьверным станком.

4) Ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1) Назначение токарных станков.

2) Какие станки входят в токарную группу металлорежущих станков?

3) Перечислите основные узлы универсального токарно-винторезного станка, токарно-револьверного станка,

4) Характерная особенность токарного станка.

5) Сколько электродвигателей и для какой цели установлены на токарном станке модели 1П365?

6) Какие марки электродвигателей применяются для привода токарных станков?

7) Как производится изменение угловой скорости шпинделя?

Содержание отчета

1) Номер, тема и цель работы.

2) Электрическая схема токарно-револьверного станка модели 1П365 - Рисунок 9.2.

3) Описание работы электрической схемы управления токарно-револьверным станком.

4) Ответы на контрольные вопросы.

Литература

1) Шеховцов, В.П. Электрическое и электромеханическое оборудование [Текст]: учебник/ В.П. Шеховцов. – 3-е издание, - М.: ФОРУМ: Инфра-М, 2014. – 416 с.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 10

Тема: Изучение работы электрической схемы управления радиально-сверлильного станка.

Цель: Изучить электропривод и работу электрической схемы управления радиально-сверлильного станка.

Студент должен знать:

- назначение и виды приводов сверлильных станков;

- назначение элементов управления сверлильных станков;

уметь:

- читать электрическую схему управления радиально-сверлильного станка.

Теоретическое обоснование

Сверлильные станки служат для получения сквозных и глухих отверстий в деталях с помощью сверл, для развертывания и чистовой обработки отверстий, предварительно полученных литьем или штамповкой, и для выполнения других операций. В сверлильных станках главное движение и движение подачи сообщаются инструменту. К станкам общего назначения относятся вертикально-сверлильные и радиально-сверлильные станки.

Рисунок 10.1 – Общий вид радиально-сверлильного станка

На рисунке 10.1 показан общий вид радиально-сверлильного станка. Станок состоит из фундаментной плиты 1 с установленной на ней неподвижной колонной, на которую надета пустотелая гильза 2. Гильза может поворачиваться вокруг колонны на 360°. На гильзу надет горизонтальный рукав (траверса) 4, который можно поднимать и опускать вдоль колонны с помощью вертикального винта механизма перемещения 3.

Закрепление гильзы с рукавом на колонне (зажим колонны) производится разрезным кольцом, которое стягивается посредством дифференциального винта, вращаемого вручную или отдельным электродвигателем. По горизонтальным направляющим рукава может перемещаться в радиальном направлении шпиндельная бабка (сверлильная головка) 5. Обрабатываемая деталь устанавливается на столе 8. От главного электродвигателя 6 сообщается вращение шпинделю 7 и производится подача инструмента (сверла).

В электромашиностроении на сверлильных станках производят сверление отверстий в торцах станин электрических машин, в подшипниковых щитах, лапах и др.

К электроприводам станков можно отнести следующее: приводы подач, приводы подачи охлаждающей эмульсии и подачи смазочных материалов, привод шпинделя, перемещения столов и траверсы и т.д. К элементам автоматики станков можно отнести следующее: реле времени, конечные выключатели, путевые выключатели, переключатели, микропереключатели, приборы активного контроля и другие.

К электроприводам сверлильных станков предъявляются следующие требования:

1) Если на станке производится нарезание резьбы, то привод шпинделя должен быть реверсивным;

2) Схема управления должна ограничивать перемещения траверсы;

3) Должна быть предусмотрена блокировка, не допускающая включение двигателя перемещения траверсы, когда она зажата;

4) Не допускается работа станка с не зажатой колонной.

Диапазон регулирования скорости главного движения составляет: (100 – 120) : 1. Главный привод сверлильных станков осуществляется от асинхронных короткозамкнутых двигателей (АД с КЗ ротором). Регулирование частоты вращения шпинделя производится переключением шестерён коробки передач. Для уменьшения числа промежуточных передач в отдельных случаях возможно применять многоскоростные асинхронные двигатели.

Для привода перемещения рукава (траверсы) и зажима колонны применяют отдельные асинхронные электродвигатели.

Привод подачи сверлильных станков обычно выполняется от главного двигателя. Для этого коробка передач располагается на шпиндельной бабке (сверлильная головка). Общий диапазон регулирования скорости подачи для вертикально – сверлильных станков (2 – 24) : 1, для радиально – сверлильных станков (3 – 40) : 1.

В качестве примера рассмотрим электропривод и схему управления радиально-сверлильного станка модели 2А55, предназначенного для обработки отверстий диаметром до 50 мм сверлами из быстрорежущей стали. Станок имеет пять асинхронных короткозамкнутых двигателей: вращения шпинделя Д1 (4,5 кВт), перемещения траверсы Д2 (1,7 кВт), гидрозажима колоны Д3 и шпиндельной головки Д4 (по 0,5 кВт) и электронасоса Д5 (0,125 кВт).

Частота вращения шпинделя регулируется механическим путем с помощью коробки скоростей в диапазоне от 30 до 1500 об/мин (12 скоростей). Привод подачи выполнен от главного двигателя Д1 через коробку подач. Скорость подачи регулируется от 0,05 до 2,2 мм/об, наибольшее усилие подачи F_n,_max= 20 000 H. Траверса может поворачиваться вокруг оси колонны на 360° и вертикально перемещается по колонне на 680 мм со скоростью 1,4 м/мин. Зажим траверсы на колонне производится автоматически. Все органы управления станком сосредоточены на сверлильной головке, что обеспечивает значительное сокращение вспомогательного времени при работе на станке.

Все электрооборудование, за исключением электронасоса, установлено на поворотной части станка, поэтому напряжение сети 380 В подается через вводной выключатель ВВ на кольцевой токосъемник КТ и далее через щеточный контакт в распределительный шкаф, установленный на траверсе.

Перед началом работы следует произвести зажим колонны и шпиндельной головки, что осуществляется нажатием кнопки Зажим. Получает питание контактор К3 и главными контактами включает двигатели ДЗ и Д4, которые приводят в действие гидравлические зажимные устройства. Одновременно через вспомогательный контакт контактора КЗ включается реле РН, подготавливающее питание цепей управления через свой контакт после прекращения воздействия на кнопку Зажим и отключения контактора КЗ. Для отжима колонны и шпиндельной головки при необходимости их перемещения нажимается кнопка Отжим, при этом теряет питание реле РН, что делает невозможным работу на станке при отжатых колонне и шпиндельной головке.

Управление двигателями шпинделя Д1 и перемещения траверсы Д2 производится при помощи крестового переключателя КП, рукоятка которого может перемещаться в четыре положения: Влево, Вправо, Вверх и Вниз, замыкая при этом соответственно контакты КП1-К П4. Так, в положении рукоятки Влево включается контактор КШВ, и шпиндель вращается против часовой стрелки. Если рукоятку переместить в положение Вправо, то отключается контактор КШВ, включается контактор КШН, и шпиндель станка будет вращаться но часовой стрелке.

При установке рукоятки крестового переключателя КП, например, в положение Вверх включается контактором КТВ двигатель Д2. При этом ходовой винт механизма перемещения вращается вначале вхолостую, передвигая сидящую на нем гайку, что вызывает отжим траверсы (при этом замыкается контакт ПАЗ-2 переключателя автоматического зажима), после чего происходит подъём траверсы. По достижении траверсой необходимого уровня переводят рукоятку КП в среднее положение, поэтому отключается контактор КТВ, включается контактор KJH и двигатель Д2 реверсируется. Реверс его необходим для осуществления автоматического зажима траверсы благодаря вращению ходового винта в обратную сторону и передвижению гайки до положения зажима, после чего двигатели разомкнувшимся контактом ПАЗ-2 отключается. Если теперь установить рукоятку переключателя КП в положение Вниз, то сначала произойдет отжим траверсы, а затем ее опускание и т.д. Перемещение траверсы в крайних положениях ограничивается конечными выключателями ВКВ и ВКН, разрывающими цепи питания контакторов КТВ или КТН.

Защита от к. з. в силовых цепях, цепях управления и освещения производится плавкими предохранителями ПР1-Пр4. Двигатель шпинделя защищен от перегрузки тепловым реле РТ. Реле РН осуществляет нулевую защиту, предотвращая самозапуск двигателей Д1 и Д2, включенных переключателем КП, при снятии и последующем восстановлении напряжения питания. Восстановление цепи управления возможно только при повторном нажатии кнопки Зажим.

Ход работы

1) Внимательно изучите инструкцию.

2) Начертите электрическую схему управления электроприводами станка модели 2А55 - Рисунок 10.1.

3) При выполнении схемы все обозначения ее элементов чертятся в соответствии с требованиями ГОСТ.

4) Опишите работу электрической схемы управления электроприводами станка модели 2А55.

5) Ответьте на контрольные вопросы.

6) Сделайте вывод о проделанной работе.

Контрольные вопросы

1) Назначение и конструктивные элементы радиально-сверлильного станка.

2) Перечислите электроприводы станков.

3) Какие требования предъявляются к электроприводам сверлильных станков?

4) Какие электродвигатели применяются для привода сверлильных станков?

5) Перечислите основные элементы схемы управления радиально-сверлильного станка.

Содержание отчета

1) Номер, тема и цель работы.

2) Электрическая схема управления электроприводами станка модели 2А55 - Рисунок 10.2.

3) Описание работы схемы управления электроприводами радиально-сверлильного станка.

4) Ответы на контрольные вопросы.

5) Вывод о проделанной работе.

Литература

1) Шеховцов, В.П. Электрическое и электромеханическое оборудование [Текст]: учеб./ В.П. Шеховцов. – 3-е издание, - М.: ФОРУМ: Инфра-М, 2014. – 416 с.

Рисунок 10.1 – Схема управления электроприводами станка модели 2А55

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 11

Тема: Изучение работы электрической схемы главного привода расточного станка.

Цель: Изучить электропривод и работу электрической схемы главного привода универсального горизонтально-расточного станка.

Студент должен знать:

- назначение и виды приводов расточных станков;

- назначение элементов управления расточных станков;

уметь:

- читать электрическую схему управления расточного станка.

Теоретическое обоснование

Расточные станки - группа металлорежущих станков, предназначена для обработки заготовок крупных размеров в условиях индивидуального и серийного производства. На этих станках можно производить растачивание, сверление, зенкерование, нарезание внутренней и наружной резьб, обтачивание цилиндрических поверхностей, подрезку торцов, цилиндрическое и торцовое фрезерование. Иногда на расточных станках можно произвести окончательную обработку заготовки корпусной детали без перестановки ее на другие станки.

Отличительной особенностью расточных станков является наличие горизонтального (или вертикального) шпинделя, совершающего движение осевой подачи. В отверстии шпинделя закрепляется режущий инструмент - борштанга с резцами, сверло, зенкер, развертка, фреза и др.

Виды расточных станков:

- Горизонтально-расточные станки;

- Координатно-расточные станки;

- Алмазно-расточные станки.

Виды станков обычно указываются на станке. Например: 2А450 - здесь цифра 2 означает группа станков (2-я группа - это сверлильно-расточные станки), буква А - модификацию, цифра 4 - это вид станков (4-й вид - координатно-расточные станки), и последние цифры означают характеристику станка.

Общий вид горизонтально-расточного станка представлен на рисунке 11.1.

Рабочий стол и шпиндельная стойка у универсальных расточных станков имеют общий фундамент, при этом стол имеет 3 степени свободы: горизонтальную подачу в двух направлениях и вращение вокруг вертикальной оси; перемещение по вертикали осуществляется подъемом-опусканием шпиндельной головки вдоль вертикальной стойки.

Универсальные расточные станки часто оснащаются так называемой план-шайбой, которая используется для расточки отверстий большого диаметра (расточные станки с ЧПУ таким приспособлением комплектуются не часто, т.к. им это не необходимо). План-шайба обладает более высоким, чем главный шпиндель, моментом вращения и большей устойчивостью к поперечным нагрузкам. При использовании план-шайбы главный шпиндель отключается, а фрезы крепятся на ее слайдере, имеющем некоторый диапазон радиального хода, смещение слайдера дает возможность менять диаметр расточки.

Для увеличения длины растачиваемых отверстий универсальные расточные станки доукомплектовываются задней стойкой - люнетом. Между люнетом и шпинделем устанавливается ось (борштанга), на которой крепится одна или несколько фрез, в последнем случае задняя стойка может служить не только для увеличения длин растачиваемых отверстий, но также и для увеличения производительности станка.

Рисунок 11.1 – Общий вид горизонтально-расточного станка

Универсальные горизонтально-расточные станки средних размеров, например моделей 2620, 265 и других, при различных мощностях электродвигателей шпинделя имеют сходные системы управления как главными приводами, так и приводами подач.

Привод главного движения: асинхронный короткозамкнутый двигатель, асинхронный двигатель с переключением полюсов, система Г-Д с ЭМУ, тиристорный привод с двигателем постоянного тока. Торможение: механическое с применением фрикционной муфты, посредством электромагнита, противо-включением, динамическое и с рекуперацией (при постоянном токе). Общий диапазон регулирования до 150 : 1.

Привод подачи: механический - от цепи главного движения, система ЭМУ - Д у современных станков, тиристорный привод с двигателем постоянного тока. Общий диапазон регулирования до 1 : 2000 и более.

Вспомогательные приводы применяют для: насоса охлаждения, ускоренного перемещения расточного шпинделя, насоса смазки, переключения зубчатых колес коробки скоростей, перемещения и зажима стойки, перемещения движка регулировочного реостата.

Рассмотрим особенности электрооборудования и работу схемы управления расточного станка модели 2620. Главное движение - вращение расточного шпинделя осуществляется от двухскоростного асинхронного двигателя мощностью 10 кВт от 1460/980 об/мин. Частоту вращения шпинделя можно изменять в пределах 12,5…1600 об/мин с помощью коробки скоростей и переключения числа пар полюсов двигателя.

Система управления главным приводом станка обеспечивает: возможность вращения шпинделя в обоих направлениях; рабочий и наладочный режимы; одновременное включение привода шпинделя и насоса смазки; возможность переключения скоростей в шпиндельной коробке только при отключенном двигателе; принуди тельное электрическое торможение шпинделя для быстрой остановки.

Рассмотрим несколько упрощенную электрическую схему главного привода, показанную на рисунке 7.2. Включение реверсивных контакторов КШВ1 и КШН1 определяет направление вращения двигателя шпинделя ДШ. Его частота вращения задается положением выключателя ВК2, который связан с устройством переключения скоростей в шпиндельной коробке. При разомкнутом контакте ВК2 включен контактор КШМ, обмотка статора соединена в треугольник и двигатель вращается с малой угловой скоростью. Если контакт ВК2 замкнут, то включены контакторы КШБ1 и КШБ2, обмотка статора соединена в двойную звезду и двигатель вращается с большой скоростью.

Переключение скоростей в шпиндельной коробке может производиться только при неподвижном положении шпинделя. Поэтому в начале операции переключения размыкается контакт выключателя ВК1, связанного с механизмом переключения, двигатель тормозится и останавливается. После завершения установки новой скорости нажатие на выключатель ВК1 прекращается, и двигатель вновь пускается.

Рассмотрим работу схемы при условии, что шпиндель станка должен вращаться с большой частотой, т.е. при замкнутом контакте выключателя ВК.2. Нажатием кнопки КнВ включаются контактор КШВ1, контактор КН двигателя насоса смазки ДН, затем реле РПС, реле времени РВС и контактор КШМ. Поэтому двигатель ДШ пускается на меньшую угловую скорость. Через некоторое время реле РВС отключает контактор КШМ и включает контакторы КШБ1 и КШБ2, двигатель теперь будет разгоняться до своей высшей угловой скорости. Во время пуска двигателя реле контроля скорости РКС замыкает свой контакт и включает реле торможения РТ1, которое своим контактом подготавливает цепь катушки контактора КШН2 к последующему процессу торможения.

При нажатии кнопки КнС отключаются контакторы КШВ1, КН, КШБ1, КШБ2, реле РВС я подается питание на катушку контактора КШН2. Этот контактор включается, подавая на статор двигателя напряжение обратной последовательности. Происходит процесс торможения противовключением при введении в цепь статора резисторов R_п, ограничивающих тормозной ток двигателя. Контроль за процессом торможения осуществляет реле РКС, контакт которого в цепи катушки реле РТ1 размыкается при угловой скорости, близкой к нулю. Реле РТ1 теряет питание и отключает контактор КШН2,

Проворот шпинделя при наладочных операциях совершается после нажатия кнопки Толч. вперед или Толя, назад, что вызывает включение контактора КШВ2 или КШН2. В цепь статора вводятся резисторы R_п, ограничивающие пусковой момент и обеспечивающие плавный пуск Привода. При наладочных режимах двигатель насоса смазки ДН не включается.

Ход работы

1) Внимательно изучите инструкцию.

2) Начертите электрическую схему главного привода универсального горизонтально - расточного станка модели 2620 - Рисунок 11.2.

3) При выполнении схемы соблюдайте правила начертания элементов в соответствии с требованиями ГОСТ и ЕСКД.

4) Опишите работу электрической схемы главного привода универсального горизонтально - расточного станка.

5) Ответьте на контрольные вопросы.

6) Сделайте вывод о проделанной работе, в котором укажите, что обеспечивает система управления главным приводом универсального горизонтально-расточного станка.

Контрольные вопросы

1) Назначение и конструктивные элементы расточного станка.

2) Перечислите виды расточных станков.

3) Для каких операций применяются вспомогательные приводы?

4) Какие требования предъявляются к электроприводам расточных станков?

5) Какие электродвигатели применяются для привода расточных станков?

Содержание отчета

1) Номер, тема и цель работы.

2) Электрическая схема главного привода расточного станка модели 2620 - Рисунок 11.2.

3) Описание работы электрической схемы главного привода расточного станка модели 2620.

4) Ответы на контрольные вопросы.

5) Вывод о проделанной работе.

Литература

Рисунок 11.2 – Электрическая схема главного привода расточного станка модели 2620

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 12

Тема: Изучение работы электрической схемы управления вертикально-фрезерного станка.

Цель: Изучить электропривод и работу электрической схемы управления приводами вертикально-фрезерного станка.

Студент должен знать:

- назначение и виды приводов фрезерных станков;

- назначение элементов управления фрезерных станков;

уметь:

- читать электрическую схему управления приводами вертикально-фрезерного станка.

Теоретическое обоснование

Фрезерные станки предназначены для обработки наружных и внутренних плоских и фасонных поверхностей, прорезки прямых и винтовых канавок, нарезки резьб наружных и внутренних, зубчатых колес и т. п. Характерная особенность фрезерных станков - работа вращающимися многолезвийными режущими инструментами - фрезами. На рисунке 12.1 показана схема фрезерования. Главным движением υ_z является вращение фрезы 2, движением подачи υ_п - перемещение изделия 1.

Рисунок 12.1 – Схема фрезерования

Каждое из лезвий фрезы снимает стружку в течение лишь доли оборота фрезы, причем сечение стружки s непрерывно меняется от нуля до наибольшей величины.

Фрезерные станки делятся на две основные группы:

1) станки общего назначения, к которым относятся горизонтальные, вертикальные и продольно-фрезерные станки;

2) специализированные станки - зубофрезерные, копировально-фрезерные и др.

Вертикально-фрезерный станок показан на рисунке 12.2. Основные узлы станка: станина 1, в верхней части которой расположена поворотная фрезерная головка 2, консоль 5, несущая салазки 4, рабочий стол 3. Консоль может передвигаться вверх и вниз по вертикальным направляющим станины. По горизонтальным направляющим консоли перемещаются салазки 4, а по направляющим салазок - рабочий стол. Таким образом, станок имеет три взаимно перпендикулярных движения подачи, осуществляемых через коробку подач 6 от встроенного внутри нее асинхронного двигателя. Вращение фрезе сообщается от двигателя 7 через коробку скоростей, расположенную внутри станины.

Вертикально-фрезерные станки применяются главным образом для обработки плоскостей торцевыми фрезами, а также для фрезерования пазов, шпоночных канавок и т. п.

Рисунок 12.2 - Вертикально-фрезерный станок

Горизонтально-фрезерные станки отличаются от вертикально-фрезерных расположением шпинделя, ось которого устанавливается горизонтально. Эти станки применяются для обработки плоскостей цилиндрическими фрезами, для прорезания канавок дисковыми фрезами, для обработки линейных поверхностей фасонными фрезами и т. п.

Обработка фрезерованием горизонтальных, вертикальных и наклонных поверхностей крупногабаритных тяжелых деталей производится на продольно-фрезерных станках, по внешнему виду напоминающих, продольно-строгальные.

Фрезерные станки относятся к группе станков с главным вращательным движением. Диапазон регулирования угловых скоростей шпинделя составляет от 20 : 1 до 60 : 1 при сохранении постоянства отдаваемой электродвигателем мощности. Изменения угловой скорости шпинделя в процессе обработки, как правило, не требуется, поэтому для фрезерных станков обычно применяется ступенчатое регулирование скорости главного привода. Особых требований в отношении пускового момента, а также продолжительности пуска и торможения привода не предъявляется.

Для приводов главного движения фрезерных станков малых и средних размеров используются одно- или многоскоростные асинхронные короткозамкнутые двигатели в сочетании с коробкой скоростей. Исполнение двигателей обычно фланцевое. Привод подачи таких станков в большинстве случаев осуществляется от главного двигателя через многоступенчатую коробку подач. Общий диапазон регулирования подачи до (20-30):1. В станках, на которых не производятся зуборезные работы, для привода подачи целесообразно применять отдельные электродвигатели, что значительно упрощает конструкцию станка.

Главный привод тяжелых продольно-фрезерных станков также выполняется от асинхронных двигателей с механическим ступенчатым изменением угловой скорости шпинделя. Для приводов подачи стола и фрезерных головок таких станков, диапазон регулирования скорости которых достигает значений (40-60):1, применяются двигатели постоянного тока, включаемые по системе Г-Д с ЭМУ в качестве возбудителя. В настоящее время для таких приводов используют систему ТП-Д.

Вертикально- и горизонтально-фрезерные станки разных моделей имеют ряд однотипных узлов и сходные схемы управления электроприводами. В качестве примера рассмотрим электрооборудование вертикально-фрезерного станка модели 654.

Шпиндель станка получает вращение от асинхронного двигателя мощностью 13 кВт при 141 рад/с через коробку скоростей, которая дает 18 ступеней угловой скорости (от 2,5 до 125 рад/с). Переключение, скоростей производится вручную. Продольное и поперечное перемещения стола (в диапазоне регулирования скоростей подачи от 10 до 1000 мм/мин) и вертикальное перемещение шпиндельной бабки (в диапазоне регулирования от 4 до 400 мм/мин) осуществляются от двигателя постоянного тока через коробку подач при бесступенчатом электрическом регулировании угловой скорости в диапазоне 10 : 1. Электромеханическое регулирование скорости обеспечивает рабочие подачи и быстрые перемещения стола и шпиндельной бабки станка. Изменение направления движения осуществляется электромагнитными муфтами, которые смонтированы внутри корпуса коробки подач. Электромагнитные муфты обеспечивают как независимое включение всех трех перемещений, так и их одновременное действие.

Электрическая схема управления электроприводами станка, обеспечивающая наладочный и рабочий режимы, приведена на рисунке 12.3. Направление вращения шпинделя задается переключателем ВП. Пуск двигателя шпинделя ДШ для продолжительной работы производится нажатием кнопки КнП1, при этом включаются контактор КШ и реле РП1. Для быстрой остановки двигателя шпинделя следует нажать кнопку КнС1 и удерживать ее в течение 1,5…2 с. При этом отключается контактор КШ и включается контактор КТ, обмотка статора присоединяется к выпрямителю Bn1 и происходит динамическое торможение двигателя. С отпусканием кнопки КнС1 контактор КТ отключается, и схема приходит в исходное состояние.

Наладочный режим, .предназначенный для проверки правильности установки обрабатываемых изделий и инструмента, а также для опробования отдельных узлов станка, может быть осуществлен кратковременным нажатием кнопки Кн «Толчок». Двигатель ДШ в этом случае будет работать в течение времени воздействия на кнопку.

Для движении подач применен привод типа МУ6М. Пуск двигателя подачи ДП производится нажатием кнопки КнП2 и возможен только после включения привода шпинделя и автоматического выключателя ВА2. Якорь двигателя ДП питается от трехфазного силового магнитного усилителя МУ, рабочие обмотки ω_pкоторого включены через диоды Д1-Д6. Угловая скорость двигателя ДП регулируется от 15 до 150 рад/с изменением напряжения, подводимого к якорю, и от 150 до 30 рад/с - ослаблением магнитного потока. Напряжение управления U_y, поступающее на обмотки управления ω_у магнитного усилителя и определяющее угловую скорость двигателя в рабочем диапазоне, равно алгебраической сумме напряжений: задающего U₃, снимаемого с регулятора - потенциометра PC; сигнал отрицательной обратной связи по напряжению U_0.н, a на зажимах якоря и сигнала положительной обратной связи по току U_п.т, получаемого с помощью трансформатора тока ТТ и выпрямителя Вп2.

Ограничение тока якорной цепи при пуске двигателя подачи выполняется с помощью реле РМ, При включении контактора КП по обмоткам управления w_y проходит ток I_у, больший номинального тока управления I_у.ном, магнитный усилитель «открывается» и пусковой ток двигателя возрастает до I_я ≈ 2I_ном; реле РМ срабатывает и размыкающим контактом отключает задающее напряжение с обмоток w_y. При этом напряжение на выходе магнитного усилителя снижается, а ток якоря уменьшается до значения, при котором реле РМ отключается и замыкает свой контакт. Обмотка w_y вновь подключается к напряжению U₃, ток якоря двигателя возрастает, РМ снова срабатывает и т. д. Таким образом, реле РМ будет работать в вибрационном режиме до окончания пуска-двигателя ДП, когда I_я=I_с.

Для выполнения быстрого установочного перемещения стола или шпиндельной бабки станка необходимо нажать кнопку Kн «Быстро». При этом включается реле РП2, и на обмотки w_y независимо от положения движка регулятора PC подается максимальное напряжение U_3мах. Двигатель разгоняется, и при угловой скорости, близкой к номинальной, включается реле РН1, в цепь обмотки возбуждения вводится добавочное сопротивление, ток возбуждения уменьшается, и двигатель доразгоняется до максимальной скорости (300 рад/с). Быстрое перемещение длится столько времени, сколько будет находиться в нажатом состоянии кнопка Кн «Быстро».

Кроме главного двигателя ДШ и двигателя подачи ДП станок имеет еще два небольших короткозамкнутых двигателя (на схеме не показаны) для насосов смазки и охлаждения, а также узел схемы, посредством которого осуществляются переключения электромагнитных муфт механизмов подачи стола и шпиндельной бабки.

Защита двигателей шпинделя, насосов смазки и охлаждения от длительных перегрузок осуществляется тепловым реле - соответственно РТ1, РТС, РТО.

Ход работы

1) Внимательно изучите инструкцию.

2) Начертите электрическую схему управления электроприводами вертикально-фрезерного станка - Рисунок 12.3.

3) При выполнении схемы соблюдайте правила начертания элементов в соответствии с требованиями ГОСТ и ЕСКД.

4) Опишите работу электрической схемы управления электроприводами вертикально-фрезерного станка.

5) Ответьте на контрольные вопросы.

6) Сделайте вывод о проделанной работе, в котором укажите, что обеспечивает система управления электроприводами вертикально-фрезерного станка.

Контрольные вопросы

1) Назначение и конструктивные элементы фрезерного станка.

2) Перечислите виды фрезерных станков.

3) Чем отличаются горизонтально-фрезерные станки от вертикально-фрезерных?

4) Какими видами защит снабжаются электродвигатели фрезерных станков?

5) Какие электродвигатели применяются для привода расточных станков?

Содержание отчета

1) Номер, тема и цель работы.

2) Электрическая схема управления электроприводами вертикально-фрезерного станка - Рисунок 12.3.

3) Описание работы электрической схемы управления электроприводами вертикально-фрезерного станка

4) Ответы на контрольные вопросы.

5) Вывод о проделанной работе.

Литература

Рисунок 12.3 – Схема управления электроприводами вертикально-фрезерного станка

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 13

Тема: Изучение работы электрической схемы управления кругло-шлифовального станка.

Цель: Изучить электропривод и работу электрической схемы управления приводами круглошлифовального станка.

Студент должен знать:

- назначение и виды приводов шлифовальных станков;

- назначение элементов управления шлифовальных станков;

уметь:

- читать электрическую схему управления приводами кругло-шлифовального станка.

Теоретическое обоснование

Шлифовальные станки применяются для чистовой обработки деталей шлифовальными абразивными, кругами, снимающими с поверхности детали тонкий слой металла. На шлифовальных станках можно обрабатывать плоские, цилиндрические наружные и внутренние поверхности, шлифовать зубья шестерен, затачивать различные инструменты и т.д. Шлифовальные станки получили широкое распространение во всех отраслях промышленности в качестве станков общего и специального назначения.

Станки общего назначения делятся на следующие основные типы:

а) круглошлифовальные;

б) внутришлифовальные;

в) плоскошлифовальные;

г) бесцентровые кругло- и внутришлифовальныее.

Специализированные шлифовальные станки предназначаются для получения весьма чистых (гладких) поверхностей - доводочные, отделочные станки и другие, либо для выполнения определенных операций над различными деталями - резьбошлифовальные, шлицешлифовальные и др.

Круглошлифовальные станки предназначены для шлифования цилиндрических поверхностей тел вращения, пологих конических и торцевых поверхностей. В электромашиностроении на таких станках шлифуют валы электродвигателей. На рисунке 13.1 изображен круглошлифовальный станок. Основными узлами круглошлифовального станка являются: станина 1 рабочий стол 2 с размещенными на нем передней 3 и задней 5 бабками; шлифовальная бабка 4, на шпинделе которой закрепляется шлифовальный круг 6. Обрабатываемая деталь устанавливается в центрах задней и передней бабки и закрепляется в патроне передней бабки. Патрон получает вращение от электродвигателя через плоскоременную передачу. Шлифовальный круг приводится во вращение от главного двигателя 7 через клиноременную передачу.

Рисунок 13.1 – Общий вид круглошлифовального станка

Внутришлифовальные станки предназначены для шлифования внутренних цилиндрических, конических и других поверхностей тел вращения. Обычно у таких станков обрабатываемая деталь вращается вокруг оси шлифуемого отверстия, осуществляя круговую подачу υ_и. Шлифовальный круг вращается вокруг своей оси, создавая скорость резания υ_к. Продольная подача s₁ получается за счет возвратно-поступательного движения шлифовального круга или детали. Поперечная подача s₂ производится путем периодического поперечного перемещения шлифовальной бабки в конце каждого прохода поверхности обрабатываемой детали.

Плоскошлифовальные станки предназначаются для обработки наружных поверхностей плоских деталей. По форме стола, на котором закрепляются шлифуемые изделия, эти станки подразделяются на станки с прямоугольным и круглым столами, а по расположению шлифовального круга на станки с горизонтальным и вертикальным шпинделем.

В плоскошлифовальных станках, кроме главного движения - вращения круга, различают следующие виды движений:

а) В станках с прямоугольным столом и при обработке деталей периферией круга (стол с деталью совершает возвратно-поступательное движение подачи υ_и, шлифовальная бабка (или стол) - периодическое перемещение s₁ на величину, несколько меньшую ширины круга, после каждого хода стола, а круг получает вертикальное перемещение - подачу s₂ на глубину резания - после очередной обработки всей плоскости шлифования.

б) В станках с круглым столом при обработке деталей торцом круга столу сообщается движение круговой подачи ω_и, а кругу - вертикальное периодическое перемещение s₀.

Шлифовальные станки относятся к точным станкам, поэтому конструкции их отдельных узлов и кинематические передачи должны быть максимально просты, что достигается широким применением индивидуального привода. В шлифовальных станках различают следующие виды электроприводов: главный привод (вращение шлифовального круга), привод вращения изделия, привод подачи, вспомогательные приводы и специальные электромеханические устройства.

В шлифовальных станках малых и средних размеров при мощности главного привода до 10 кВт вращение круга обычно осуществляется от односкоростных асинхронных короткозамкнутых двигателей. На круглошлифовальных станках при значительных размерах шлифовальных кругов (диаметр до 1000 мм, ширина до 700 мм), применяют понижающие ременные передачи от двигателя к шпинделю и электрическое торможение привода для уменьшения времени остановки.

На внутришлифовальных станках обработка ведется кругами небольших размеров, поэтому в них применяют ускоряющие передачи от двигателя к шпинделю или используют специальные высокоскоростные асинхронные двигатели, встраиваемые в корпус шлифовальной бабки. Устройство, в котором короткозамкнутый двигатель и шлифовальный шпиндель конструктивно объединены в один узел, называют электрошпинделем. Частоты вращения таких двигателей 24 000…48 000 об/мин, а при малых диаметрах шлифовальных кругов (до 5…7 мм) доходят до 150 000…250 000 об/мин.

Получили распространение приводы с тиристорными преобразователями переменного тока в постоянный, а также приводы с магнитными усилителями типа ПМУ на мощности 0,1…8 кВт. Особенностью нагрузки привода вращения изделия таких станков является большой момент сопротивления при пуске (до 2М_ном).

В средних и крупных круглошлифовальных станках система электрического управления сочетается с гидравлической. Примером может служить круглошлифовальный станок модели 3А161. Этот станок предназначен для наружного шлифования цилиндрических поверхностей изделий длиной до 1000 мм и диаметром до 280 мм; наибольший диаметр шлифовального круга 600 мм.

Рассмотрим схему управления электроприводами станка. Привод шлифовального круга осуществляется от асинхронного короткозамкнутого двигателя ДШ мощностью 7 кВт при 98 рад/с. Путем смены шкивов клиноременной передачи можно получить два значения угловой скорости круга 111 и 127 рад/с. Поперечная подача шлифовальной бабки осуществляется как вручную (при наладочных работах), так и при помощи гидравлического устройства, управляемого с помощью электромагнитов (при автоматической работе).

Для вращения изделия применен комплектный электропривод ПМУ5М с двигателем постоянного тока параллельного возбуждения ДИ типа ПБС-22 мощностью 0,85 кВт, угловая скорость которого плавно регулируется в пределах от 35 до 250 рад/с изменением напряжения, подводимого к якорю от силового магнитного усилителя МУ. Усилитель собран по трехфазной мостовой схеме и имеет шесть рабочих обмоток w_p и три обмотки управления w_y₁, w_y₂ и w₃. Рабочие обмотки w_русилителя включены последовательно с диодами Д1- Д6, которые используются как для выпрямления переменного тока, так и для осуществления внутренней положительной обратной связи по току магнитного усилителя. Обмотка w_у3 служит для создания смещения в МУ. Ток в обмотке w_y₁ обусловлен разностью задающего напряжения U₃, снимаемого с потенциометра ПЗ и напряжения обратной связи U_ос, снимаемого с якоря двигателя. По обмотке w_У2 проходит ток I_у2, пропорциональный току якоря двигателя I_я, поскольку вторичный ток трансформатора тока ТТ пропорционален рабочему току усилителя, равному I_р = 0,815 I_я. Магнитодвижущая сила обмотки w_y₂ направлена согласно с МДС обмотки w_y₁ следовательно, обмотка w_y₂ осуществляет положительную обратную связь по току якоря двигателя. Ток I_У2 можно изменять резистором R2. Угловая скорость двигателя регулируется изменением U₃ путем перемещения рукоятки потенциометра ЛЗ, которая связана также с движком резистора R2,

Стол станка получает возвратно-поступательное движение (продольную подачу) от гидропривода со скоростью от 100 до 600 мм/мин. Реверсирование стола производится в конце каждого хода переключением золотника гидроцилиндра при помощи упоров, привернутых к столу. На задней бабке стола установлен прибор для правки шлифовального круга алмазом. Насос гидросистемы станка приводится в движение двигателем ДГ мощностью 1,7 кВт при 93 рад/с; насос охлаждающей жидкости вращается двигателем ДН мощностью 0,125 кВт при 280 рад/с.

Перед пуском станка включается линейный выключатель ВЛ. При этом получают напряжение трансформаторы Tp1 и Тр2 и срабатывает реле РОП, контролирующее наличие тока в обмотке возбуждения двигателя изделия ОВДИ. Нажатием кнопки КнПГ включают контактор КГ, и получает питание двигатель ДГ. Когда давление масла в гидросистеме достигнет необходимого уровня, замыкается контакт реле давления РД, после чего кнопкой КнПШ включают контактор КШ, который главными контактами подает питание на двигатель круга ДШ.

Схема управления позволяет осуществить наладочный и автоматический режимы работы станка. В наладочном режиме выключатели ВИ, ВН и ВА1 устанавливаются в положение Ручн. упр. Включение двигателя изделия ДИ производят нажатием кнопки КнПИ. При этом включается контактор КИ, якорь двигателя присоединяется к усилителю МУ, и двигатель быстро разгоняется. Замыкается контакт реле контроля скорости РКС. Для отключения двигателя ДИ нажимают кнопку КнСИ, пpи этом контактор КИ теряет питание и включается контактор торможения КТ. Происходит процесс динамического торможения двигателя ДИ. При скорости, близкой к нулю, реле РКС отключает контактор КТ.

Работа станка в автоматическом режиме происходит в такой последовательности: 1) быстрый подвод гидроприводом шлифовальной бабки к изделию, включение двигателей ДИ и ДН; 2) шлифование при черновой подаче, затем переход на чистовую подачу с работой «до упора»; 3) автоматический отвод шлифовальной бабки и выключение двигателей ДИ и ДН.

Для выполнения данного режима переключатели ВИ, НН и ВА1 устанавливаются в положение Авт. раб., а переключатель ВА2 положение Раб. до упора. Главную рукоятку управления станком наклоняют на себя, происходит быстрый подвод шлифовальной бабки до тех пор, пока кулачок механизма врезания круга не нажмет па микропереключатель МПИ, который подключает контакторы КИ и КН. Получают питание и начинают вращаться двигатели ДИ и ДН, а также включается гидропривод перемещения стола. Происходит обработка детали.

По окончании процесса чернового шлифования кулачок механизма врезания круга нажимает на микропереключатель МПД, включается реле РП1 и получает питание электромагнит доводочной (чистовой) подачи ЭмДП, воздействующий на золотник гидропривода подачи шлифовальной бабки. Скорость поступательного движения бабки уменьшается. По достижении заданного размера нажимное устройство шлифовальной бабки через рычаг 2 нажимает на микропереключатель МПО (см. узел а на рис), получает питание реле РП2 и своим. контактом замыкает цепь электромагнита отвода ЭмО, который переключает гидропривод шлифовальной бабки на быстрый отвод. При возвращении бабки в исходное положение размыкается контакт МПИ, теряют питание контакторы КИ и КН, отключая своими главными контактами двигатели изделия и насоса охлаждения.

Защита электрооборудования от к.з. осуществляется предохранителями Пр1 - Пр5 защита двигателей ДШ, ДГ и ДИ от длительных перегрузок - тепловыми реле РТШ, РТГ и РТИ.

На станке возможно применение прибора активного контроля типа АК-3. В этом случае переключатель ВА2 устанавливается в положение Раб. со скобой и управление циклом шлифования осуществляется в зависимости от действительных размеров деталей. Прибор АК-3 подключается к точкам схемы АК, и так же как и при работе «до упора», дает две команды - на перёключение шлифовальной бабки на чистовую подачу и на быстрый отвод.

Часто цикл работы круглошлифовальных станков включает в себя так называемое «выхаживание», т.е. шлифование с выключенной подачей. Продолжительность выхаживания контролируется реле времени. В схеме управления в этом случае после замыкания контакта РП2 включается реле времени РВ, контакт которого вводится б цепь электромагнита ЭмО вместо контакта реле РП2 (указанные цепи обозначены на рис. пунктирными линиями.)

Ход работы

1) Внимательно изучите инструкцию.

2) Начертите электрическую схему управления электроприводами круглошлифовального станка - Рисунок 13.2.

3) При выполнении схемы соблюдайте правила начертания элементов в соответствии с требованиями ГОСТ и ЕСКД.

4) Опишите работу электрической схемы управления электроприводами круглошлифовального станка.

5) Ответьте на контрольные вопросы.

6) Сделайте вывод о проделанной работе, в котором укажите, что обеспечивает система управления электроприводами круглошлифовального станка.

Контрольные вопросы

1) Перечислите виды шлифовальных станков.

2) Назначение и конструктивные элементы круглошлифовального станка.

3) Назначение плоскошлифовального и внутришлифовального станков.

4) Какие виды движений различают в плоскошлифовальных станках?

5) Какие электродвигатели применяются для привода расточных станков?

6) Какие виды защит и блокировок предусмотрены на шлифовальных станках?

Содержание отчета

1) Номер, тема и цель работы.

2) Электрическая схема управления электроприводами круглошлифовального станка - Рисунок 13.2.

3) Описание работы электрической схемы управления электроприводами круглошлифовального станка.

4) Ответы на контрольные вопросы.

5) Вывод о проделанной работе.

Литература

Рисунок 13.2 – Электрическая схема круглошлифовального станка модели 3А161

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 14

Тема: Расчет мощности двигателя главного привода металлорежущего станка.

Цель: Научиться анализировать режимы работы электродвигателей станков; изучить методы расчета мощности двигателей, работающих в длительном режиме с постоянной и переменной нагрузкой; выяснить, как и в каких случаях производится проверка двигателей на перегрузочную способность.

Студент должен знать:

- методику расчета мощности двигателя главного привода металлорежущего станка;

уметь:

- рассчитывать мощность двигателя главного привода металлорежущего станка;

- анализировать режимы работы электродвигателей станков;

- проверять двигатели на перегрузочную способность;

- пользоваться справочной литературой.

Теоретическое обоснование

Необходимая для работы станка мощность, а, следовательно, и мощность, развиваемая приводным двигателем, в общем случае изменяются в процессе обработки детали. При изготовлении однотипных деталей с окончанием обработки одной из них станок останавливается, производится измерение и смена заготовки, причем на это время (t_о) отключается или двигатель, или же отключается посредством фрикционной муфты шпиндель, а двигатель продолжает работу на холостом ходу. Затем начинается обработка новой детали в течение времени t_р и т.д.

Для обеспечения нормальной работы станка при подобной переменной нагрузке двигатель должен удовлетворять двум условиям:

а) развивать наибольшую мощность, требуемую в процессе обработки;

б) не перегреваться свыше нормы при работе с переменной нагрузкой.

В длительном режиме с постоянной нагрузкой работают главные приводы крупных токарных, карусельных, зубофрезерных и других станков.

В длительном режиме с переменной нагрузкой работают двигатели приводов средних токарных и других станков. Этот же режим характерен и для продольно-строгальных станков.

В повторно-кратковременном режиме работают электроприводы сверлильных, заточных станков, станков-автоматов. В кратковременном режиме работают вспомогательные приводы станков.

Расчеты выполняются в следующем порядке:

1) Расчёт мощности двигателя, работающего в длительном режиме с постоянной нагрузкой.

1.1) Мощность резания определяется по формуле:

(14.1)

1.2) КПД стенка определяется как произведение КПД отдельных звеньев кинематической цепи при работе на данной скорости:

η_ст = η₁· η₂· η₃ (14.2)

1.3) Мощность на валу двигателя главного привода в установившемся режиме с учётом потерь в передачах определяется по формуле:

(14.3)

1.4) Выбор мощности двигателя производится по условию:

Р_н>Р_д (14.4)

при заданной скорости n_c , об/мин.

Технические данные двигателей серии 4А приведены в приложении А. (таблицы 1-2).

1.5) По данным расчётов строится нагрузочная диаграмма (см. рисунок 14.1).

Рисунок 14.1 - Нагрузочная диаграмма

Проверка двигателя на перегрузочную способность в этом режиме не требуется, так как в течение всего времени работы Р_н > P_д.

Проверка на нагрев также не требуется, так как нагрузка на валу двигателя не меняется и температура двигателя достигает установившегося значения.

2) Расчёт мощности двигателя, работающего в длительном режиме с переменной нагрузкой.

2.1) Определяется мощность резания на каждом переходе:

(14.5)

2.2) Определяется расчётная мощность на валу двигателя на каждом переходе:

(14.6)

где η_i - КПД станка на i – том переходе.

Для определения КПД на каждом переходе условно принимают максимальную мощность резания P_zi.maxза номинальную мощность Р_н при номинальном КПД станка η_н (значение η_н принимается из исходных данных).

Затем рассчитывают коэффициенты загрузки на каждом переходе:

(14.7)

и определяют коэффициенты постоянных (а) и переменных (b) потерь:

(14.8)

Для практических расчётов можно принять, что:

а = 0,6 · (а + b) (14.9)

b = 0,4 · (а + b) (14.10)

Тогда КПД станка на каждом переходе определится по выражению:

(14.11)

Далее определятся расчетная мощность на валу двигателя на каждом переходе по формуле (14.6).

2.3) Мощность на валу двигателя в периоды пауз определяется из выражения:

Р₀ = а · Р_zi
max, кВт (14.12)

где а – коэффициент постоянных потерь,

Р_{zi max}– максимальная мощность резания, определённые в п. 2.2.

2.4) По результатам расчётов строится нагрузочная диаграмма (см. рисунок 14.2).

2.5) По построенной диаграмме определяется эквивалентная мощность двигателя за цикл работы:

(14.13)

Рисунок 14.2 - Нагрузочная диаграмма

2.6) Выбор мощности двигателя по условию нагрева производится так:

Р_н > Р_экв (14.14)

Технические данные двигателя принимаются по приложению А

таблицы 1-2.

2.7) Проверка двигателя на перегрузочную способность необходима в том случае, если его номинальная мощность меньше расчётной мощности P_д.iхотя бы на одном из переходов.

Проверка состоит в сравнении максимального статического момента двигателя (М_{ст.макс}), определённого по мощности Р_дi.макснаиболее загруженного перехода, с максимальным допустимым моментом для данного двигателя (М_макс) с учётом возможного снижения напряжения в сети на 10%.

При условии

М_макс > М_{ст.макс} (14.15)

Выбранный двигатель устойчив к перегрузке.

Определение М_макс и М_{ст.макс}производится по формулам:

М_макс = М_н · λ^/ (14.16)

где

(14.17)

λ^/= 0,81 λ (14.18)

(14.19)

Значения Р_н, n_н, λ= М_макс/М_н берутся из каталога на электродвигатель или из таблиц 1-2 Приложения А.

0,81 – коэффициент, учитывающий возможное снижение напряжения в сети на 10%.

(14.20)

Если условие (14.15) не выполняется, то необходимо принять двигатель с ближайшей большей мощностью к Р_н и вновь выполнить проверку двигателя на перегрузочную способность.

Ход работы

1) Изучите теоретическое обоснование.

2) Выпишите данные для своего варианта.

3) Рассчитайте величины в соответствии с задачами 1, 2 и 3.

4) Для расчета следует пользоваться теоретическими сведениями. Расчет параметров сопровождайте пояснениями.

5) Подготовьте ответы на контрольные вопросы.

6) Оформите отчет по практической работе.

Задача 1.

Выбрать двигатель главного привода фрезерного станка, проверить его на перегрузочную способность. Построить нагрузочную диаграмму. Исходные данные принять по таблице 14.1.

Таблица 14.1 - Исходные данные к задаче 1

Наименование	Усл. обозн	Ед.изм	Варианты
Наименование	Усл. обозн	Ед.изм	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Усилия резания на переходах	F_Z1 F_Z2	Н Н	2200 3000	3100 4000	2500 3800	2800 4100	2050 3200	4000 3100	4500 2200	3700 2000	2800 4200	3600 2700
Скорости резания на переходах	υ₁ υ₂	м/мин м/мин	120 140	130 145	126 150	140 155	132 148	150 135	140 121	135 120	147 125	135 120
КПД станка при полной нагрузке	η_н	-	0,7	0,75	0,8	0,82	0,7	0,75	0,7	0,8	0,85	0,8
Время резания на переходах	t_р1 t_р2	мин мин	1 1,2	0,7 0,8	0,6 0,9	1 1,1	0,7 0,85	0,9 1,1	1,2 0,9	1 0,7	0,7 1,2	1,2 1
Время паузы	t₀	мин	1	0,7	0,8	0,9	1	1	0,8	0,6	1	0,7
Синхронная скорость двигателя	n_с	об/мин	1500	1000	1500	1500	1500	1000	1500	1500	1000	1500

Примечание. Двигатель в период пауз от сети не отключается.

Задача 2

Выбрать двигатель главного привода токарного станка, построить нагрузочную диаграмму. Режим работы – длительный с постоянной нагрузкой. Исходные данные принять по таблице 14.2.

Таблица 14.2 - Исходные данные к задаче 2

Наименование	Усл. обозн	Ед. изм	Варианты
			1	2	3	4	5	6	7	8	9	10

Мощность резания	Р_z	кВт	12	15	17	13	14	17,5	18	21	15,8	19
Кпд отдельных звеньев кинематической цепи станка	η₁ η₂ η₃	- - -	0,9 0,85 0,92	0,95 0,88 0,9	0,91 0,9 0,92	0,85 0,88 0,93	0,88 0,8 0,95	0,95 0,81 0,89	0,9 0,9 0,85	0,95 0,95 0,8	0,8 0,9 0,95	0,8 0,92 0,9
Синхронная скорость двигателя	n_с	об/ мин	1500	1500	1500	1500	1500	1500	1500	1500	1500	1500

Задача 3.

Выбрать двигатель шлифовального станка по заданному графику нагрузки, проверить его на перегрузочную способность. Исходные данные принять по таблице 14.5 и рисунку 14.3.

Рисунок 14.3 - Нагрузочная диаграмма двигателя шлифовального станка

Таблица 14.3 – Исходные данные к задаче 3

Наименование	Усл. обозн	Ед. изм	Варианты
Наименование	Усл. обозн	Ед. изм	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Мощность на валу двигателя	Р_д1 Р_д2 Р_д0	кВт кВт кВт	8 6,5 1	10 8 1,2	12 6,5 1	10,5 8,1 1	11 7,5 1,5	12 6,8 0,9	10 7,5 1	9,5 7,8 1	9,8 6,5 1,5	9 7,3 2,0
Время резания	t_р1 t_р2	мин мин	1,5 1,4	2 1,8	1,8 1	1,5 1,2	2 1,6	1,7 1,3	1,8 1,5	2 1,6	1,5 1,1	2,0 1,4
Время пауз	t₀	мин	0,7	1	0,5	0,8	0,8	0,9	0,9	1	0,6	0,8
Синхронная скорость	n_с	об/мин	1500	1500	1500	1500	1500	1500	1500	1500	1500	1500

Контрольные вопросы

1) Каким условиям должен удовлетворять двигатель при переменной нагрузке?

2) Двигатели каких станков работают в длительном режиме с переменной нагрузкой?

3) Двигатели каких станков работают в длительном режиме с постоянной нагрузкой?

4) Двигатели каких станков работают в повторно-кратковременном режиме?

Содержание отчета

1) Номер, тема и цель работы.

2) Решение задач с пояснениями.

3) Нагрузочные диаграммы к решению задач.

4) Ответы к решению задач.

5) Ответы на контрольные вопросы

Литература

1) Правила устройства электроустановок. 7-е и 6-е издания [Текст]. – СПб.: Издательство ДЕАН, 2012. – 1168 с.

2) Шеховцов, В.П. Справочное пособие по электрооборудованию и электроснабжению [Электронный ресурс]: справочник /В.П. Шеховцов В.П. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2013. - 136 с. (ЭБС Znanium.com). Режим доступа: http://znanium.com/bookread2.php?book=536570

3) Шеховцов, В.П. Электрическое и электромеханическое оборудование [Текст]: учеб./ В.П. Шеховцов – 3-е изд. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2014. – 416 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Таблица 1 - Технические данные электродвигателей серии 4А (синхронная частота вращения 1500 об/мин)

Тип

Мощ-ность, кВт

При номинальной мощности

I_пуск/I_н

М_пуск/М_н

М_min/М_н

М_max/М_н

Частота вращения, об/мин

сила тока статора, А, при 380 В

КПД,%

cos φ

4АА50А4У3

4АА50В4У3

4АА56А4У3

4АА56В4У3

4АА63А4У3

4АА63В4У3

4А71А4У3

4А71В4У3

4А80А4У3

4А80В4У3

4А90L4У3

4А100S4У3

4А100L4У3

4А112М4У3

4А132S4У3

4А132М4У3

0,06

0,09

0,12

0,18

0,25

0,37

0,55

0,75

1,1

1,5

2,2

3,0

4,0

5,5

7,5

11,0

1380

1370

1375

1365

1380

1365

1390

1420

1415

1425

1435

1430

1445

1455

1460

0,31

0,42

0,44

0,66

0,85

1,2

1,7

2,17

2,76

3,57

5,02

6,7

8,6

11,5

11,1

22,0

50,0

55,0

63,0

64,0

68,0

70,5

72,0

75,0

77,0

80,0

82,0

84,0

85,5

87,5

0,60

0,66

0,64

0,65

0,69

0,70

0,73

0,81

0,83

0,84

0,85

0,86

0,87

2,5

3,5

4,0

4,5

5,0

6,0

7,0

7,5

2,0

2,1

2,0

2,1

2,0

2,2

1,7

1,5

1,8

1,6

1,7

2,2

2,4

2,2

3,0

Таблица 2 - Технические данные асинхронных двигателей сери А4 с короткозамкнутым ротором (синхронная частота вращения 1000 об/мин)
Тип	Мощ-ность, кВт	При номинальной мощности				I_пуск/I_н	М_пуск/М_н	М_min/М_н	М_max/М_н
Тип	Мощ-ность, кВт	частота вращения, об/мин	сила тока статора, А при 380 В	КПД, %	cos φ	I_пуск/I_н	М_пуск/М_н	М_min/М_н	М_max/М_н
4А71И6У3	0,55	900	1,74	67,5	0,71	4	2	1,8	2,2
4А80А6У3	0,75	915	2,24	69	0,74	4	2	1,6	2,2
4А80В6У3	1,1	920	3,05	74	0,74	4	2	1,6	2,2
4А90L6У3	1,5	935	4,1	75	0,74	4,5	2	1,7	2,2
4А100L6У3	2,2	950	5,65	81	0,73	5	2	1,6	2,2
4А112МА6	3	955	7,4	81	0,76	6	2	1,8	2,5
4А112МВ6	4	950	9,13	82	0,81	6	2	1,8	2,5
4А132S6У3	5,5	965	12,2	85	0,8	6	2	1,8	2,5
4А132М6У3	7,5	980	16,5	85,5	0,81	6,5	2	1,8	2,5
4А160S6У3	11	975	22,6	86	0,86	6,5	1,2	1	2
4А160М6У3	15	975	30	87,5	0,87	6	1,2	1	2
4А180М6У3	18,5	975	36,6	88	0,87	6	1,3	1	2
4А200М6У3	22	975	41,3	90	0,9	5	1,3	1	2,4
4А200L6У3	30	980	56	90,5	0,9	6,5	1,2	1	2,4
4А225М6У3	37	980	69,4	91	0,89	6,5	1,2	1	2,3
4А250S6У3	45	985	84	91,5	0,89	6,5	1,2	1	2,1
4А250М6У3	55	985	103	92	0,89	6,5	1,4	1,2	2,1
4А280S6У3	75	985	139	92,5	0,9	6,5	1,4	1,2	2,2
4А280М6У3	90	985	165	93	0,9	6,5	1,4	0,9	2,2
4А315S6У3	110	985	199	93,5	0,9	6,5	1,4	0,9	2,2
4А315М6У3	132	985	239	93,5	0,9	6,5	1,4	0,9	2,2
4А355S6У3	160	985	291	93,5	0,9	6,5	1,4	0,9	2,2
4А355М6У3	200	985	362	94	0,9	6,5	1,4	0,9	2,2

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 15

Тема: Изучение электроприводов металлорежущих станков с ЧПУ.

Цель: Изучить системы программного управления металлорежущих станков с ЧПУ, электроприводы главного движения станков с ЧПУ.

Студент должен знать:

- понятие программного управления станками;

- системы программного управления (СПУ);

- структурную схему управления станком с ЧПУ;

- виды электроприводов с ЧПУ;

уметь:

- читать электрическую схему управления станком с ЧПУ;

- проводить анализ работы схемы.

Теоретическое обоснование

Понятием программное управление станками охватывают обычно такие способы автоматизации станков, которые обеспечивают управление работой станка по заранее подготовленным программам, причем одну программу можно легко заменять другой без трудоемкой переналадки станка. Носителями программы в этих случаях служат наборы переключателей, бумажные перфокарты и перфоленты, магнитные ленты и т. п.

На станках с программным управлением автоматически в нужной последовательности осуществляются поступательные и вращательные движения рабочих органов: вращение шпинделя с заданными скоростями в течение определенных интервалов времени, точная установка рабочих органов на заданные позиции, рабочие подачи на заданных участках пути, вспомогательные перемещения суппортов, столов, поворот на определенный угол револьверных головок и т. д.

Совокупность автоматических устройств, реализующих программное управление станком, называют системой программного управления (СПУ). При этом различают системы циклового и числового программного управления.

Системы циклового программного управления (СЦПУ) - это наиболее простые СПУ. В таких системах для цикла обработки детали программируют последовательность и направления движений рабочих органов станка, т. е. ускоренных перемещений и движений подачи, используемых при обработке данной детали, скорости подач и главного движения. Перемещения рабочих органов, необходимые для получения заданных геометрических размеров обрабатываемой детали, устанавливают, передвигая вручную упоры, нажимающие на путевые переключатели. Программа в СЦПУ обычно задается при помощи различных устройств типа штекерных панелей, наборов переключателей или кнопок, многопозиционных барабанов и т. п. Системы такого рода используют для токарно-револьверных, некоторых фрезерных, токарных и других станков.

Для систем числового программного управления (СЧПУ) применяют числовое задание программы, т.е. в форме совокупности чисел, характеризующих последовательность и необходимые перемещения рабочих органов станка, а также скорости этих перемещений. Программу тем или иным способом записывают на программоносителе - бумажной перфорированной ленте, перфокарте или на магнитной ленте. Все СЧПУ делят на три группы: позиционные, прямоугольные и контурные системы.

Рисунок 15.1 – Виды обработки при использовании позиционных (а), прямоугольных (б) и контурных (в) систем ЧПУ

Позиционные системы предназначены для установки (позиционирования) инструмента (или детали) в определенной последовательности в заданные положения - позиции, характеризуемые их координатами на плоскости или в пространстве. Подобные системы использую на сверлильных, расточных и других станках.

Предположим, что на координатно-сверлильном станке требуется обработать отверстия детали, показанные на рисунке 10.1, а. Каждое отверстие в программе задано двумя числами - координатами его центра относительно базовых координатных осей х и у, например отверстие 1 - координатами х₁, у₁. Если после обработки отверстия 1 нужно переместить инструмент в позицию 2 то программой задаются координаты х₂, у₂ или приращения координат Δх₂, Δу₂. Перемещения по каждой из координат могут отрабатываться одновременно или последовательно с одинаковыми или различными скоростями. Траектория движения инструмента из позиции 1 в позиции 2, 3 и т.д. может быть любой; важно, чтобы инструмент с заданной точностью был перемещен на новую позицию.

Системы с прямоугольным формообразованием (прямоугольные) используются при обработке деталей ступенчатой формы, например валов на токарном станке (рисунок 15.1,б). Здесь также программируют отдельные заданные точки плоскости 1, 2, 3, ..., 8, но продольная и поперечная подачи разделены во времени, т.е. включаются последовательно. Такие системы обеспечивают и позиционирование как частный случай. Применяют их на расточных, токарных, фрезерных станках.

Очевидно, что упомянутые выше системы циклового управления выполняют по существу те же функции, что и прямоугольные системы числового управления,

В системах с криволинейным формообразованием (контурных) программируется не только перемещение по каждой координате, но и закон перемещения. Системы используют на токарных и фрезерных, станках для обработки фасонных поверхностей, Например, при токарной обработке тел вращения (рисунок 15.1, в) подача s резца в каждый момент времени получается сложением продольной s_пр и поперечной s_поп подач. Контурные системы выполняют также функций прямоугольных и позиционных систем.

Рисунок 15.2 – Общая структурная схема управления станком с ЧПУ

В общем виде структурная схема управления станком с числовым программным управлением (ЧПУ) показана на рисунке 15.2. В этой схеме: УП - узел программы; У У - узел управления; ИП - исполнительные приводы; РО - рабочие органы станка; УАК - узел активного контроля (обратная связь). Программа работы станка, заданная в числовом виде, поступает в УП. В этом узле для реализации заданной программы команды, записанные на программоносителе, должны быть «прочитаны». С этой целью УП снабжается специальными считывающими устройствами, которые в зависимости от способа записи программы представляют собой набор щупов, фотоэлементов или магнитных головок. По мере выполнения команд программоноситель должен непрерывно или периодически перемещаться относительно считывающего устройства.

В считывающем устройстве все воспринятые команды (т.е. информация, необходимая для выполнения станком заданного технологического процесса) преобразуется в электрические импульсы, которые направляются в узел управления УУ, где происходит расшифровка команд, если те были кодированными. Кроме того, при необходимости производится пополнение и уточнение команд программы, их переработка, а также преобразование в такую форму, которая была бы пригодна для управления исполнительными приводами МП. Последние осуществляют движения рабочих органов РО станка согласно заданной программе.

В замкнутых СЧПУ результаты измерения фактического выполнения программы при помощи узла активного контроля УАК преобразуются в электрические сигналы, направляемые в УУ. Здесь сигналы, поступающие из УП и УАК, сравниваются, т. е. заданная программа сопоставляется с фактической, которая отрабатывается станком. На основании такого сравнения узел управления, воздействуя на ИИ, стремится устранить возникающие расхождения между заданной и фактической программами.

В разомкнутых СЧПУ обратная связь, т.е. элемент УАК, отсутствует. Поэтому разомкнутые системы в принципе дают меньшую точность обработки деталей по сравнению с замкнутыми системами. Однако их большое достоинство - простота.

Электроприводы главного движения станков с ЧПУ выполняются обычно с электромеханическим регулированием скорости, т.е. с несколькими механическими ступенями, переключаемыми при помощи электромагнитных муфт и ступенчатым или бесступенчатым электрическим регулированием в пределах каждой ступени.

Электроприводы подачи станков с ЧПУ можно разделить на четыре, группы: приводы со ступенчатым механическим регулированием скорости, с бесступенчатым электрическим регулированием в широком диапазоне, следящие и следящерегулируемые, с шаговыми двигателями. Первые три группы приводов используются в системах с обратной связью по положению рабочего органа, т. е. в замкнутых системах.

Электропривод подачи со ступенчатым механическим регулированием (рисунок 15.3, а) используют, как правило, в позиционных и прямоугольных системах ЧПУ с обратной связью. Для переключения скоростей подачи применяют электромагнитные муфты. Движение рабочей подачи начинается после включения от СЧПУ электромагнитной муфты Эм1. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором Д приводит во вращение ходовой винт ХВ, и стол С (или суппорт, шпиндельную бабку и т. п.) начинает поступательное перемещение. При этом от датчика положения ДП по каналу обратной связи ОС в СЧПУ поступают сигналы о пройденном пути. При под ходе стола к конечному (по программе) положению СЧПУ выдает команду на отключение муфты Эм1 и на включение электромагнитной муфты Эм2, что вызывает переход на медленное доводочное перемещение стола. По достижении столом заданного положения следует сигналит СЧПУ на отключение муфты Эм2, и стол С останавливается. В такой схеме часто используют электрическое или электромеханическое торможение для повышения точности остановки.

Рисунок 15.3 – Схемы приводов подачи станков с ЧПУ

Если для привода подачи в позиционной или прямоугольной системе ЧПУ применен двигатель Д с широким диапазоном регулирования угловой скорости благодаря питанию его от управляемого преобразователя П, то схема привода будет иметь вид, показанный на рисунке 15.3, б.

По той же схеме в принципе выполняются следящие и следяще-регулируемые приводы подачи, применяемые в контурных системах ЧПУ. При наличии следящего привода СЧПУ подает на преобразователь П, а значит, и на двигатель Д сигнал, который определяется заданной скоростью подачи и разностью между заданными фактическим перемещением. Такая система привода, не только отрабатывает заданное полное перемещение рабочего органа станка (стола С в данном примере), но и воспроизводит любой заданный закон изменения этого перемещения во времени. Следящерегулируемый привод отличается от следящего тем, что при определенном значении перемещения начинает работать как обычный регулируемый привод, обеспечивая заданную скорость подачи на оставшейся части общего перемещения.

На рисунке 15.3, в показана схема шагового привода подачи. В этом случае в качестве двигателя Д используется так называемый шаговый двигатель. От обычных двигателей он отличается тем, что при получении от СЧПУ через блок управления БУ командного импульса поворачивает свой вал на некоторый малый угол - шаг. Число импульсов определяет значение перемещения, а их частота - скорость подачи. Развиваемый шаговым двигателем момент часто недостаточен для перемещения подвижного элемента станка. Поэтому шаговый двигатель работает в подобных случаях совместно с гидроусилителем момента ГУ, который представляет собой мощный гидродвигатель. Шаговый двигатель воздействует на золотниковое устройство гидродвигателя. Как правило, системы с шаговыми двигателями выполняются без обратной связи по положению, т.е. разомкнутыми. Они используются для станков с любыми СЧПУ.

Для следящих приводов станков с ЧПУ большое значение имеет быстродействие двигателя. Оно оценивается отношением вращающего момента М, развиваемого двигателем, к моменту инерции J якоря (ротора) двигателя.

Ход работы

1) Внимательно изучите инструкцию.

2) Начертите общую структурную схему управления станком с ЧПУ - Рисунок 10.2.

3) Опишите все узлы структурной схемы управления станком с ЧПУ.

4) Начертите схемы приводов подачи станков с ЧПУ – Рисунок 15.3.

5) Перечислите группы электроприводов подачи станков с ЧПУ. Опишите каждую группу электроприводов станков с ЧПУ.

6) Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1) Что называют системой программного управления (СПУ), какие бывают СПУ?

2) Что называется системой циклового программного управления (СЦПУ)?

3) Что называется системой числового программного управления (СЧПУ)?

4) На какие группы делятся СЧПУ? Опишите каждую из них.

5) Перечислите способы записи программы для станков с ЧПУ.

6) Какие предъявляются требования к инструменту, применяемому на станках с ЧПУ?

Содержание отчета

1) Номер, тема и цель работы.

2) Общая структурная схема управления станком с ЧПУ - Рисунок 15.2.

3) Описание общей структурной схемы управления станком с ЧПУ.

4) Схемы приводов подачи станков с ЧПУ – Рисунок 15.3.

5) Группы электроприводов подачи станков с ЧПУ. Описание каждой группы электроприводов станков с ЧПУ.

6) Ответы на контрольные вопросы.

Литература

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 16

Тема: Изучение электрической схемы осциллятора.

Цель: Изучить назначение и электрическую схему осциллятора.

Студент должен знать:

- общие сведения об электрической сварке;

- назначение и электрическую схему осциллятора;

уметь:

- читать электрическую схему осциллятора.

Теоретическое обоснование

Сваркой называется процесс получения неразъемного соединения металлов в результате нагревания их источником тепла до состояния оплавления в месте соединения, давления или трения. Сварку выполняют с добавлением или без добавления присадочного материала.

Различают следующие виды сварки: газовая, дуговая, электрошлаковая, стыковая электрическая, атомная, плазменная давлением, трением, кузнечная. В настоящее время все более широкое распространение получают такие новые виды сварки, как индукционная, ультразвуковая, диффузионная, в вакууме, электронно-лучевая в вакууме, лазерная, взрывом.

При электрической сварке нагрев металла производится с помощью электричества. В зависимости от принципа превращения электрической энергии в тепловую различают следующие виды сварки: дуговая, электрошлаковая, контактная, индукционная и электронно-лучевая.

Вид дуговой сварки зависит от используемого электрода. Применяются угольные или металлические электроды.

Электрическая дуга представляет собой мощный продолжительный электрический разряд в газах, который сопровождается выделением значительного количества тепла и света. Электрическая дуга при сварке называется сварочной. Она служит для расплавливания свариваемых частей изделия и электрода, металлом которого заполняется сварной шов. Дуга может возникнуть вследствие образования искры между электродами, расположенными на небольшом расстоянии друг от друга или вследствие соприкосновения электродов и последующего их некоторого разведения.

К инструменту для дуговой сварки может быть подведен постоянный или переменный ток.

По степени механизации сварка бывает:

- ручная дуговая;

- полуавтоматическая дуговая;

- автоматическая дуговая.

По роду тока различают такие виды:

- электрическая дуга, которая питается током постоянным прямой полярности;

- электрическая дуга, которая питается током постоянным обратной полярности;

- электрическая дуга, которая питается переменным током.

По своему типу дуга бывает прямого действия (зависимая дуга) и косвенного действия (независимая дуга).

В зависимости от свойств сварочного электрода выделяют:

- сварку при помощи плавящихся электродов;

- сварку при помощи неплавящихся электродов (графитовых, угольных и вольфрамовых).

Осциллятор предназначен для питания сварочной дуги токами высокой частоты и высокого напряжений параллельно со сварочным трансформатором, что облегчает зажигание дуги и повышает ее устойчивость. Мощность осциллятора составляет всего 100…250 Вт. Частота тока 150…260 кГц и напряжение 2…3 кВ дают возможность зажигать дугу даже без соприкосновения электрода с деталью. В то же время ток такой частоты и напряжения безопасен для человека.

Рисунок 16.1 – Электрическая схема осциллятора

Схема осциллятора (рисунок 16.1) содержит: низкочастотный повышающий трансформатор Tp1; высокочастотный трансформатор Тр2 с обмотками, имеющими катушки индуктивности L1 и L2 разрядник Рк; конденсаторы С1 и С2. Напряжение вторичной обмотки Tp1, изменяясь по синусоиде, заряжает конденсатор С1 и при некотором своем значении вызывает пробой разрядника Рк. В результате колебательный контур L1, C1 оказывается практически закороченным, и в нем возникают затухающие колебания высокой частоты. Через обмотку L2 и защитный конденсатор С2 эти колебания прикладываются к дуговому промежутку. Такую схему включения осциллятора называют параллельной, поскольку колебательный контур осциллятора по отношению к дуге включен параллельно с источником питания - сварочным трансформатором ТрС. Конденсаторы С включены в первичную цепь трансформатора Tp1 для уменьшения помех радиоприему.

Осцилляторы применяют при сварке дугой малой мощности, при ручной аргонодуговой сварке неплавящимся электродом, при значительном падении напряжения в. силовой сети 380 В и в ряде других случаев.

Ход работы

1) Внимательно изучите инструкцию.

2) Начертите электрическую схему осциллятора - Рисунок 16.1.

3) Опишите электрическую схему осциллятора.

4) Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1) Что называется электросваркой?

2) Перечислите разновидности дуговой сварки.

3) Что является источником питания для сварки, перечислите группы.

4) Что Вы знаете о применении газовой сварке?

5) Что Вы знаете о контактной сварке и ее достоинствах?

Содержание отчета

1) Номер, тема и цель работы.

2) Электрическая схема осциллятора - Рисунок 16.1.

3) Описание электрической схемы осциллятора.

4) Ответы на контрольные вопросы.

Литература

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 17

Тема: Изучение электрической схемы сварочного выпрямителя ВДУ-504.

Цель: Изучить работу электрической схемы сварочного выпрямителя ВДУ-504.

Студент должен знать:

- назначение и разновидности сварочных выпрямителей;

уметь:

- читать электрическую схему сварочного выпрямителя ВДУ-504.

- проводить анализ работы схемы.

Теоретическое обоснование

Электрическая схема выпрямителя ВДУ-504 в упрощенном виде представлена на рисунке 17.1, а. Напряжение на схему подается после включения автоматического выключателя ВА. После нажатия на кнопку КнП (Пуск) срабатывает контактор КЛ1 двигателя ДВ вентилятора. При нормально работе вентилятора от потока воздуха включится ветровое реле РВ, что приведет к срабатыванию контактора КЛ2 и включению сварочного трансформатора ТрС. Одновременно с включением двигателя ДВ подается напряжение на трансформаторы управления ТрУ1 и ТрУ2, а следовательно, на блок импульсно-фазового управления БИФУ тиристорами Т1 - Т6, блок питания БП, блок управления БУ и в цепь питания датчика ДТ сварочного тока. Тем самым будет подано шестифазное напряжение на выпрямительную схему, в силовую часть которой входят тиристоры, силового вентильного блока СВБ ,уравнительный реактор РУ и сглаживающий реактор PC в цепи сварочного тока. Выпрямитель готов к работе.

Схема предусматривает возможность сварочных работ с падающими или жесткими характеристиками. Выбор вида характеристик производится переключателем ПУ на два положения: П (падающие) и Ж (жесткие). Для жестких характеристик имеется два диапазона: I - при U_B - 50...24 В (для тока I_св.ном= 500 А); II - при U_B = 25…15 В (также при I_св.ном= 500 А). Для диапазона I переключатель диапазонов ПД устанавливается в положение I, что отвечает соединению первичных обмоток ТрС в треугольник. Положение II переключателя соответствует диапазону II, при котором первичные обмотки ТрС соединяются в звезду. Одновременно переключаются в звезду и первичные обмотки трансформатора ТрУ1 для сохранения фазировки системы управления тиристорами. Для падающих характеристик используется только диапазон I.

При работе с падающими характеристиками (ПУ находится в положении II) нужный вид характеристик обеспечивается наличием отрицательной обратной связи по сварочному току I_св. Датчик тока ДТ представляет собой магнитный усилитель МУ с рабочими обмотками, питающимися от трансформатора ТрУ2, и выходом на постоянном токе (через выпрямитель Вп и фильтр R, С). Обмотка подмагничивания усилителя включена в цепь сварочного тока.

Напряжение обратной связи U_o_._c, примерно пропорциональное току I_св, подается в блок управления БУ, Здесь разность напряжения задания U_з.п (для падающих характеристик), снимаемого с потенциометра R₃, и напряжения U_о._cподается на базу транзистора Т. Напряжение управления U_y на входе блока БИФУ (величина U_y, определяет угол отпирания тиристоров, а с ним и значение выпрямленного напряжения U_в) равно разности напряжения смещения U_см, снимаемого с резистора R6, и напряжения U_к перехода эмиттер - коллектор транзистора Т, т.е. U_y = U_см - U_K. В свою очередь, напряжение U_к есть усиленное транзистором напряжение базы U_б = U_з.п – U_о.с.

При малых токах I_св напряжение U_о.с также мало, U_б» U_з.п, и транзистор практически полностью открыт (U_к » 0). Поэтому U_y » U_см, что отвечает наибольшему выпрямленному напряжению U_B. По мере увеличения I_свнапряжение U_б уменьшается, транзистор постепенно закрывается, значение U_крастет, что и приводит к уменьшению выпрямленного напряжения U_в тем сильнее, чем больше ток I_св. Изменяя U_з._n, можно получить семейство падающих характеристик U_B = f(I_св), изображенное на рисунке 17.1, б.

Для получения жестких характеристик U_в = f(I_св) переключатель ПУ ставится в положение Ж. Датчик тока ДТ транзистор Т отключаются. На вход БИФУ теперь поступает только напряжение задания для жестких характеристик U_з.ж с потенциометра R₃, т. е. U_y = U_з.ж, значение которого определяет положение жесткой характеристики. Семейства таких характеристик для обоих диапазонов I и II показаны на рисунке 17.1,б.

Защита выпрямителя при к.з. осуществляется электромагнитным расцепителем автоматического выключателя ВА. Двигатель вентилятора и схема управления защищаются плавкими предохранителями Пр. Для защиты выпрямителя перегрузок применены тепловые реле РТ. Защита тиристоров от коммутационных перенапряжений обеспечивается цепочками RC (на схеме не показаны). На входе схемы включены конденсаторы фильтра защиты от помех радиоприему С_ф. При нажатии на аварийную кнопку КнСА, (Стоп) срабатывает независимый расцепитель РНВА, отличающий выключатель ВА.

Сварочные выпрямители ВДУ-1001 и ВДУ-1601 на токи 1000 и 1600 А предназначены для сварки металлов в среде защитных газов и под флюсом на автоматах и полуавтоматах.

Ход работы

1) Внимательно изучите инструкцию.

2) Начертите электрическую схему выпрямителя ВДУ -504 - Рисунок 17.1, а.

3) При выполнении схемы все обозначения ее элементов чертятся в соответствии с требованиями ГОСТ.

4) Опишите работу электрической схемы выпрямителя ВДУ -504.

5) Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1) Назначение сварочных выпрямителей.

2) Перечислите основные элементы сварочного выпрямителя.

3) Перечислите разновидности сварочных выпрямителей.

4) Как регулируется диапазон сварочного тока в схеме сварочного выпрямителя?

5) Для чего предназначен дроссель в схеме сварочного выпрямителя?

Содержание отчета

1) Номер, тема и цель работы.

2) Электрическая схема выпрямителя ВДУ-5 04 - Рисунок 12.1.

3) Описание электрической схемы выпрямителя ВДУ-5 04.

4) Ответы на контрольные вопросы.

Литература

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 18

Тема: Изучение работы электропривода и схемы управления подвесной тележки.

Цель: Изучить назначение и электрическую схему управления подвесной тележки.

Студент должен знать:

- общие сведения о подъемно-транспортных машинах;

- режимы работы и требования к электроприводу механизмов;

- схему управления двигателем подвесной тележки;

уметь:

- читать электрическую схему управления подвесной тележки.

Теоретическое обоснование

Для подъема и перемещения грузов в цехах промышленных предприятий, на заводских территориях и складах широко применяются подвесные электротележки грузоподъемностью от 0,1 до 5 т. Они меньше мостовых кранов, что сокращает размеры промышленных зданий, а их обслуживание не требует квалифицированного персонала.

Рисунок 18.1 – Общий вид подвесной электротележки

В подвесных электротележках (рисунок 18.1) в качестве грузоподъемного механизма применяется электроталь, состоящая из грузового канатного барабана 1, приводимого во вращение двигателем 7 через редуктор 2. С главным валом привода подъема связаны диски электромагнитного тормоза 3. Электроталь смонтирована на ходовой тележке 5, колеса которой опираются на нижние полки двутавровой балки - монорельса 6 и приводятся в движение от двигателя 4 через цилиндрический редуктор (небольшие электротележки не имеют этого двигателя и перемещаются вручную).

Движение крюка 9 вверх ограничивается конечным выключателем 8. Перемещение тележки по монорельсу также ограничивается конечными выключателями. Ток к двигателям подводится от контактных проводов (троллеев), подвешенных на уровне монорельса, при помощи токосъемников, укрепленных на кронштейне ходовой тележки.

Подвесными электротележками оснащаются и кран-балки - легкие мостовые краны грузоподъемностью не более 5 т. Мост кран-балки, имеющий механизм перемещения с электроприводом выполнен в виде одной балки, по которой движется ходовая электротележка.

Для привода подвесных электротележек, как правило, применяются трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и лишь при большой грузоподъемности и необходимости регулирования скорости для плавной «посадки» грузов - асинхронные двигатели с фазным ротором. Электротележками с небольшой скоростью перемещения (0,2…0,5 м/с), имеющими привод от двигателей с короткозамкнутым ротором, обычно управляют с уровня пола (земли) при помощи подвесных кнопочных станций. В подвесных тележках и кран-балках с кабиной для оператора (при скорости движения 0,8…1,5 м/с) двигателями с фазным ротором; управляют посредством контроллеров.

Рисунок 18.2 – Электрическая схема подвесной тележки

На рисунке 18.2 показана принципиальная электрическая схема подвесной электротележки с приводом от асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Напряжение на схему подается с троллеев, подключенных к сети через автоматический выключатель ВА. Двигателями подъема Д1 и передвижения Д2 управляют при помощи реверсивных магнитных пускателей КП, КС (Подъем - Спуск) и КB, КH (передвижение Вперед - Назад), катушки которых включаются с помощью кнопок КнП, КнС и КнВ, КнН. На электротележках не применяют шунтирования замыкающих контактов кнопок вспомогательными контактами контакторов, поэтому работа каждого двигателя возможна при условии, что соответствующая кнопка удерживается в нажатом положении. Это устраняет опасность ухода тележки от оператора; так как при отпускании кнопки двигатель отключается от сети. Для предотвращения одновременного включения пускателей КП и КС, КB и КН служит блокировка размыкающими вспомогательными контактами пускателей.

Режим работы двигателей подвесных электротележек зависит от их назначения. Если грузы перемещают на небольшие расстояния, то двигатели работают в повторно-кратковременном режиме (например, у тележек, обслуживающих участки цехов или складов). Для тележек, транспортирующих грузы по территории завода на относительно большие расстояния, режимы работы двигателей подъема и перемещения различны: для первых характерен кратковременный режим, для вторых - длительный. Мощность двигателей подъема и перемещения подвесных тележек определяется так же, как для двигателей механизмов мостовых кранов.

Ход работы

1) Внимательно изучите инструкцию.

2) Начертите электрическую схему подвесной тележки - Рисунок 18.2.

3) Опишите электрическую схему подвесной тележки.

4) Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1) Назначение подвесной тележки.

2) Перечислите основные элементы схемы.

3) Перечислите все виды защиты в схеме управления подвесной тележкой.

4) Перечислите основные достоинства электротележки.

5) Перечислите режимы работ двигателей электротележек.

Содержание отчета

1) Номер, тема и цель работы.

2) Электрическая схема подвесной тележки - Рисунок 18.2.

3) Описание электрической схемы подвесной тележки.

4) Ответы на контрольные вопросы.

Литература

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 19

Тема: Расчет мощности электродвигателя механизма подъема мостового крана.

Цель: Изучить методы расчета мощности электродвигателей механизма подъема мостового крана; научиться рассчитывать статические нагрузки электро-двигателей механизмов крана.

Студент должен знать:

- методику расчета мощности двигателя механизма подъема мостового крана;

уметь:

- рассчитывать мощность двигателя механизма подъема;

- анализировать режимы работы электродвигателей кранов;

- проверять двигатели на перегрузочную способность;

- пользоваться справочной литературой.

Теоретическое обоснование

Электродвигатели кранов работают в тяжелых условиях (ударная нагрузка, значительные перегрузки, повторно-кратковременный режим работы с частыми пусками и реверсами и т.д.), поэтому к ним предъявляются особые требования в отношении надежности и удобства эксплуатации.

Для привода механизмов кранов выпускаются специальные крановые двигатели повторно-кратковременного режима работы, отличающиеся от двигателей общего применения повышенной прочностью конструкции, увеличенной перегрузочной способностью, более нагревостойкой изоляцией и меньшим моментом инерции ротора за счет уменьшения его диаметра и увеличения длины. Основное конструктивное исполнение кранов двигателей - закрытое, с горизонтальным валом на лапах.

Номинальным режимом крановых двигателей является режим при ПВ=25%.

Основные серии крановых двигателей:

а) на переменном токе: МТF, 4МТ (с фазным ротором), МТКF, 4МТК (с короткозамкнутым ротором);

б) на постоянном токе: Д; ДП.

Расчеты выполняются в следующем порядке:

Расчёт мощности двигателя механизма подъема мостового крана ведется в следующем порядке:

1) Определяется время подъема груза по формуле (время работы):

(19.1)

где Н - высота подъма, м;

υ_n- скорость подъема;

0,75 - коэффициент, учитывающий среднюю высоту подъема.

Время подъёма крюка, спуска крюка и спуска груза принимаем равным времени подъема груза t_р (изменение скорости на этих операциях не учитываем, так как двигатель ещё не выбран).

2) Определяется продолжительность включения двигателя подъема. Цикл работы механизма подъёма состоит из четырех операций: подъем и спуск груза; подъем и спуск пустого крюка. Эти операции разделяются паузами, во время которых работают механизмы передвижения моста и тележки (см. рисунок 19.1).

(19.2)

где t_р- время работы двигателя, мин;

t₀- время одной паузы, мин;

К значению ПВ_расч,%, подбирается ближайшее стандартное значение продолжительности включения ПВ_ном,% из следующего ряда: 15, 25, 40, 60, 100%.

3) Определяются статические нагрузки двигателя механизма подъема в следующих режимах:

а) при подъеме номинального груза

(19.3)

где υ_n /60 - скорость подъема в м/с;

G_н- номинальная грузоподъемность, кг;

G₀- вес крюка, кг;

h_н- номинальный КПД механизма;

б) при подъеме пустого крюка

(19.4)

где h₀- КПД механизма подъема при неполной загрузке, определяется по рисунку 19.2 в зависимости от коэффициента загрузки, равного

G₀/(G_н+ G₀) и номинального КПД механизма подъема h_н;

в) при тормозном спуске номинального груза

(19.5)

Тормозной спуск применяется при опускании средних и тяжелых грузов. Двигатель создает тормозной момент, предотвращающий свободное падение груза;

г) при силовом спуске пустого крюка

(19.6)

Рисунок 19.1 - Расчетная нагрузочная диаграмма механизма подъема

Силовой спуск имеет место при опускании пустого крана или легких грузов, сила тяжести которых не способна преодолеть силы трения в механизме. В этом случае опускание груза производится двигателем, который создает движущий момент.

4) По значениям Р_n_.н, Р_n_.о, Р_с.н, Р_с.о, t_р и t₀ строится нагрузочная диаграмма (см. рисунок 19.1), по которой рассчитывается эквивалентная мощность Р_экв за суммарное время рабочих операций, приведенная к ПВ_ном %:

(19.7)

Выбор двигателя производится по условию

Р_н > Р_экв× К_з (19.8)

При заданном значении n_с и принятом в п. 2 значении ПВ_ном%.

где К_з = 1,1…1,4 - коэффициент запаса, учитывающий дополнительную загрузку двигателя в периоды пуска и электрического торможения.

Рисунок 19.2 - Кривые зависимости КПД крановых механизмов от нагрузки

Технические данные двигателей серии MTF, 4MT, 4МТК приведены в приложении А (таблицы 1-3).

5) Выбранный двигатель проверяется по условиям допустимой кратковременной перегрузки по выражению;

0,75 · М_мах > М_ст.мах (19.9)

где М_мах- максимальный момент принятого двигателя (значение М_мах приведены в таблицах 1-3);

0,75 - коэффициент, учитывающий для асинхронных двигателей снижение напряжения сети на (10…15) %;

М_ст.мах - максимальное значение статического момента на валу двигателя, возможное при эксплуатации и испытаниях крана.

в данной задаче значение М_ст.мах определяется по наибольшей из расчетных статических нагрузок Р_n_.н:

(19.10)

где n_н - номинальная скорость принятого двигателя.

Ход работы

1) Изучить теоретическое обоснование.

2) Выписать данные для своего варианта.

3) Решить задачу согласно своему варианту, выполнив методические указания к её решению.

4) Построить нагрузочную диаграмму по полученным данным.

5) Записать ответы к решению задачи.

Задача.

Рассчитать мощность двигателя механизма подъема мостового крана, выбрать двигатель по каталогу, проверить его на перегрузочную способность. Построить нагрузочную диаграмму. Исходные данные принять по таблице 19.1.

Таблица 19.1 - Исходные данные к задаче

Наименование	Варианты
Наименование	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Номинальная грузоподъемность G_н, т	5	10	15	5	20	3	30	5	20	10
Вес крюка, G₀, т	0,25	0,5	0,75	0,3	1,0	0,15	1,5	0,25	1,2	0,6
Высота подъема, Н, м	16	16	14	14	12	18	12	14	14	14
Скорость подъема, υ_n, м/мин	10	8	7	9	8	20	12	20	6	9
Номинальный КПД, h_н	0,7	0,75	0,8	0,85	0,82	0,84	0,78	0,86	0,88	0,9
Время одной паузы, t₀, мин	1,0	0,7	0,8	1,1	0,6	0,9	1,0	0,8	0,7	1,2
Синхронная скорость двигателя, n_с, об/мин	1000	1000	1000	750	750	750	1000	1000	1000	1000
Напряжение сети, U_н, В	380	380	380	380	380	380	380	380	380	380

Контрольные вопросы

1) Перечислите основное оборудование мостовых кранов.

2) В каких режимах работают электродвигатели мостовых кранов?

3) Особенности работы электродвигателей крановых механизмов.

4) Перечислите основные серии крановых двигателей.

Содержание отчета

1) Напишите номер, тему и цель работы.

2) Запишите решение задач с пояснениями.

3) Ответьте письменно на контрольные вопросы.

Литература

1) Правила устройства электроустановок. 7-е и 6-е издания [Текст]. – СПб.: Издательство ДЕАН, 2012. – 1168 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Таблица 1- Технические данные крановых электродвигателей серии МТF с фазным ротором (50 Гц; 220/380 В; синхронная частота вращения 1000 об/мин)

Тип двигателя

Мощность на валу, кВт, при

Частота вращения

n_н, об/мин

Ток статора

I_н,А, при 380В

cosj

КПД,

Ток ротора

Напряжение между кольцами ротора

Максимальный момент Н×м

Маховой момент ротора

кг ×м²

ПВ=

15%

ПВ=

25%

ПВ= 40%

ПВ= 60%

30 мин

60 мин

МТF 011-6

2,0

1,7

1,4

1,2

1,4

1,2

800

850

885

910

7,1

5,9

5,3

5,1

0,78

0,72

0,65

0,59

55,0

60,0

61,5

60,5

16,5

12,0

9,1

7,5

116

0,85

МТF 012-6

3,1

2,1

2,2

1,7

2,2

1,7

785

840

890

920

10,4

8,9

7,6

7,0

0,78

0,74

0,68

0,57

58,0

62,0

64,0

18,5

15,0

11,5

8,4

144

0,155

МТF 111-6

4,5

4,1

3,5

2,8

3,5

2,8

850

870

895

920

12,9

11,7

10,4

9,1

0,81

0,79

0,73

0,65

66,0

68,0

70,0

72,0

21,0

18,7

15,0

11,5

176

0,195

МТF 112-6

6,5

5,8

5,0

4,0

5,0

4,0

895

915

930

950

17,5

16,0

14,4

13,2

0,78

0,74

0,70

0,62

72,0

74,0

75,0

74,0

21,8

19,0

15,7

12,0

216

137

0,270

МТF 211-6

10,5

9,0

7,5

6,0

7,5

6,0

895

915

930

945

27,5

24,0

21,0

18,2

0,78

0,74

0,70

0,63

74,0

77,0

78,0

30,0

25,0

19,8

15,5

172

314

0,900

МТF 311-6

14,0

13,0

11,0

9,0

11,0

9,0

925

935

945

960

37,0

34,5

30,5

28,0

0,76

0,74

0,69

0,63

75,5

77,0

79,0

77,0

56,0

51,0

42,0

34,0

172

314

0,900

МТF 312-6

19,5

17,5

15,0

12,0

15,0

12,0

945

950

955

965

46,5

42,5

38,0

34,0

0,80

0,77

0,73

0,66

80,0

81,0

82,0

81,0

61,0

54,0

46,0

36,0

219

471

1,250

Таблица 2 - Технические данные двигателей серии 4МТ(К)

Тип двигателя

Мощность на валу при ПВ=40%,кВт

Частота вращения n_н,, об/мин

Ток статора I_н, А, при 380 В

Cos j

КПД, %

Ток ротора, А

Напряжение между кольцами ротора, В

Макс. момент,

Н× м

Макс. частота вращения, об/мин

4МТ112L6

4МТК112L6

4МТ112LВ6

4МТК112LВ6

4МТ132L6

4МТК132L6

4МТ132LВ6

4МТК132LВ6

2,2

3,7

5,5

7,5

890

880

910

920

915

900

935

905

7,2

6,8

11,2

10,7

14,8

13,6

18,4

18,0

0,69

0,74

0,72

0,77

0,81

0,78

0,82

11,0

13,8

18,3

20,7

144

190

213

242

100

110

140

158

195

230

2500

Таблица 3 - Технические данные двигателей серии 4МТ(К)

Тип двигателя

Мощность на авлу при ПВ=40%,кВт

Частота вращения n_н,, об/мин

Ток статора I_н, А, при 380 В

cosj

КПД, %

Ток ротора, А

Напряжение между кольцами ротора,В

Макс. момент,

Н× м

Макс. частота вращения, об/мин

Заменяемый двигатель

4МТ160 L6

4МТК160 S6

4МТ160 LВ6

4МТ160 М6

4МТ160 L8

4МТ160 S6

4МТ160 LВ8

4МТК160 М8

4МТ200 L6

4МТ200М6

4МТ200LВ6

4МТК200L6

4МТ200L6

4МТK200М8

4МТ200LB8

4МТK200L8

11.0

15.0

7.5

11.0

22.0

30.0

15.0

22.0

960

940

960

940

710

695

710

700

960

935

965

940

705

695

715

700

0.72

0.76

0.8

0.67

0.73

0.61

0.68

0.76

0.83

0.74

0.80

0.72

0.77

0.66

0.72

179

213

227

185

230

255

206

248

330

400

470

570

250

310

410

510

650

870

950

1150

580

670

900

1000

2500

1900

2500

1900

МТ311-6

МТК311-6

МТ312-6

МТК312-6

МТ311-8

МТК311-8

МТ312-8

МТК312-8

МТ411-6

МТК411-6

МТ412-6

МТК412-6

МТ411-8

МТК411-8

МТ412-8

МТК412-8

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 20

Тема: Расчет мощности электродвигателя механизма передвижения мостового крана.

Цель: Изучить методы расчета мощности электродвигателей механизма передвижения мостового крана; научиться рассчитывать статические нагрузки электродвигателей механизмов крана.

Студент должен знать:

- методику расчета мощности двигателя механизма передвижения мостового крана;

уметь:

- рассчитывать мощность двигателя механизма передвижения;

- анализировать режимы работы электродвигателей кранов;

- проверять двигатели на перегрузочную способность;

- пользоваться справочной литературой.

Теоретическое обоснование

Механизмы передвижения в мостовых кранах располагаются на мосту и тележке. Расположение на мосту помогает передвижению крана по путям, а расположение на тележке способствует передвижению вдоль всего пролета. В комплект механизма передвижения мостового крана входит электродвигатель приводной. Существую две схемы механизма передвижения мостового крана – это с центральным приводом и раздельным приводом. Если привод центральный, то он расположен в средней части, а если привод раздельный, то каждое колесо крутит свой отдельный привод.

Тележка совершает возвратно-поступательное движение по рельсовому пути на всю длину моста от одного крайнего положения до другого. За исходное состояние тележки принимается нахождение ее в одном из крайних положений на мосте при поднятом грузе. Из этого положения тележка разгоняется с грузом, движется до противоположного конца моста и там затормаживается. Мост крана вместе с тележкой перемещается на требуемое расстояние и останавливается. Груз с помощью механизма подъема, находящегося на тележке, опускается и отцепляется. Затем поднимается пустой крюк и мост с тележкой, но уже без груза, перемещается в исходное положение и там затормаживается.

Опускается пустой крюк, зацепляется груз и осуществляется его подъем. На этом цикл работы механизма передвижения тележки заканчивается. При дальнейшей работе тележки этот цикл повторяется. Следует иметь в виду, что паузой для электропривода механизма передвижения тележки является время работы механизмов подъема крана и перемещение моста.

Расчет мощности механизма передвижения мостового крана ведется в следующем порядке:

1) Определяется время передвижения тележки по формуле:

(20.1)

где L - пролет моста, м;

υ_т- скорость передвижения тележки;

2) Определяется продолжительность включения двигателя тележки:

(20.2)

где 4t₀ - паузы, во время которых работают двигатели передвижения моста и подъема.

К значению ПВ_расч подбирается ближайшее стандартное значение ПВ_ном % из следующего ряда: 15, 25, 40, 60 и 100%.

3) Определяются статические нагрузки двигателя механизма передвижения тележки:

а) при передвижении с номинальным грузом

(20.3)

где К = 1,8…2,5 - коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления движению из-за трения реборд ходовых колес о рельсы;

f - коэффициент трения качения ходовых колес по рельсам, м;

m - коэффициент трения в опорах ходовых колес;

r - радиус шейки оси ходового колеса, м;

б) при движении без груза

(20.4)

Значение h₀ определяется по рисунку 20.1 в зависимости от отношения G_о/(G_р+ G_о)

Рисунок 20.1 - Кривые зависимости КПД крановых механизмов от нагрузки

4) Определяется расчетная мощность двигателя:

(20.5)

Выбор двигателя производится по условию

Р_н> Р_расч (20.6)

при принятом значении ПВ_ном %.

При заданном значении n_с и принятом в п. 2 значении ПВ_ном%.

Технические данные двигателей серии MTF, 4MT, 4МТК приведены в приложении А (таблицы 1-3).

5) Выбранный двигатель проверяется по условиям допустимой кратковременной перегрузки по выражению:

0,75 · М_мах > М_ст.мах (20.7)

где М_мах- максимальный момент принятого двигателя (значение М_мах приведены в таблицах 1-3);

0,75 - коэффициент, учитывающий для асинхронных двигателей снижение напряжения сети на (10…15) %;

в данной задаче значение М_ст.мах определяется по наибольшей из расчетных статических нагрузок Р_n_.н:

(20.8)

где n_н - номинальная скорость принятого двигателя.

Ход работы

1) Изучить теоретическое обоснование.

2) Выписать данные для своего варианта.

3) Решить задачу согласно своему варианту, выполнив методические указания к её решению.

4) Построить нагрузочную диаграмму по полученным данным.

5) Записать ответы к решению задачи.

Задача.

Выбрать двигатель механизма передвижения моста по нагрузочной диаграмме, приведенной на рисунке 20.2. Исходные данные принять по таблице 20.1.

Таблица 20.1 - Исходные данные к задаче

Величина	Единица измерений	Варианты
Величина	Единица измерений	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Р_с.н.	кВт	10	15	12	5,8	8	16	10,5	12	16	15
Р_с.о.	кВт	2	4,5	6	1	2,2	4,5	3,2	4,2	5,2	4,5
t_р	мин	0,8	1	0,6	0,8	1	0,4	0,5	0,8	0,3	0,3
t_о	мин	0,6	0,8	0,6	0,6	0,7	0,6	0,7	1	0,8	1
n_с	об/мин	1000	750	750	1000	1000	750	1000	1000	750	750

Р, кВт

Р_с.н Р_с.н Р_с.н

Р_с.о Р_с.о

t₀ t_р t₀ t_р t₀ t_р t,мин

Рисунок 20.2 - Нагрузочная диаграмма

Контрольные вопросы

1) Назначение механизмов передвижения мостовых кранов.

2) Перечислите марки электродвигателей, используемые для привода механизма передвижения мостового крана.

3) Какие требования предъявляются к крановым электродвигателям?

4) Что такое перегрузочная способность электродвигателя и какая перегрузочная способность у крановых двигателей?

Содержание отчета

1) Напишите номер, тему и цель работы.

2) Запишите решение задач с пояснениями.

3) Ответьте письменно на контрольные вопросы.

Литература

1) Правила устройства электроустановок. 7-е и 6-е издания [Текст]. – СПб.: Издательство ДЕАН, 2012. – 1168 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Тип двигателя

Мощность на валу, кВт, при

Частота вращения

n_н, об/мин

Ток статора

I_н,А, при 380В

cosj

КПД,

Ток ротора

Напряжение между кольцами ротора

Максимальный момент Н×м

Маховой момент ротора

кг ×м²

ПВ=

15%

ПВ=

25%

ПВ= 40%

ПВ= 60%

30 мин

60 мин

МТF 011-6

2,0

1,7

1,4

1,2

1,4

1,2

800

850

885

910

7,1

5,9

5,3

5,1

0,78

0,72

0,65

0,59

55,0

60,0

61,5

60,5

16,5

12,0

9,1

7,5

116

0,85

МТF 012-6

3,1

2,1

2,2

1,7

2,2

1,7

785

840

890

920

10,4

8,9

7,6

7,0

0,78

0,74

0,68

0,57

58,0

62,0

64,0

18,5

15,0

11,5

8,4

144

0,155

МТF 111-6

4,5

4,1

3,5

2,8

3,5

2,8

850

870

895

920

12,9

11,7

10,4

9,1

0,81

0,79

0,73

0,65

66,0

68,0

70,0

72,0

21,0

18,7

15,0

11,5

176

0,195

МТF 112-6

6,5

5,8

5,0

4,0

5,0

4,0

895

915

930

950

17,5

16,0

14,4

13,2

0,78

0,74

0,70

0,62

72,0

74,0

75,0

74,0

21,8

19,0

15,7

12,0

216

137

0,270

МТF 211-6

10,5

9,0

7,5

6,0

7,5

6,0

895

915

930

945

27,5

24,0

21,0

18,2

0,78

0,74

0,70

0,63

74,0

77,0

78,0

30,0

25,0

19,8

15,5

172

314

0,900

МТF 311-6

14,0

13,0

11,0

9,0

11,0

9,0

925

935

945

960

37,0

34,5

30,5

28,0

0,76

0,74

0,69

0,63

75,5

77,0

79,0

77,0

56,0

51,0

42,0

34,0

172

314

0,900

МТF 312-6

19,5

17,5

15,0

12,0

15,0

12,0

945

950

955

965

46,5

42,5

38,0

34,0

0,80

0,77

0,73

0,66

80,0

81,0

82,0

81,0

61,0

54,0

46,0

36,0

219

471

1,250

Таблица 2 - Технические данные двигателей серии 4МТ(К)

Тип двигателя

Мощность на валу при ПВ=40%,кВт

Частота вращения n_н,, об/мин

Ток статора I_н, А, при 380 В

Cos j

КПД, %

Ток ротора, А

Напряжение между кольцами ротора, В

Макс. момент,

Н× м

Макс. частота вращения, об/мин

4МТ112L6

4МТК112L6

4МТ112LВ6

4МТК112LВ6

4МТ132L6

4МТК132L6

4МТ132LВ6

4МТК132LВ6

2,2

3,7

5,5

7,5

890

880

910

920

915

900

935

905

7,2

6,8

11,2

10,7

14,8

13,6

18,4

18,0

0,69

0,74

0,72

0,77

0,81

0,78

0,82

11,0

13,8

18,3

20,7

144

190

213

242

100

110

140

158

195

230

2500

Таблица 3 - Технические данные двигателей серии 4МТ(К)

Тип двигателя

Мощность на авлу при ПВ=40%,кВт

Частота вращения n_н,, об/мин

Ток статора I_н, А, при 380 В

cosj

КПД, %

Ток ротора, А

Напряжение между кольцами ротора,В

Макс. момент,

Н× м

Макс. частота вращения, об/мин

Заменяемый двигатель

4МТ160 L6

4МТК160 S6

4МТ160 LВ6

4МТ160 М6

4МТ160 L8

4МТ160 S6

4МТ160 LВ8

4МТК160 М8

4МТ200 L6

4МТ200М6

4МТ200LВ6

4МТК200L6

4МТ200L6

4МТK200М8

4МТ200LB8

4МТK200L8

11.0

15.0

7.5

11.0

22.0

30.0

15.0

22.0

960

940

960

940

710

695

710

700

960

935

965

940

705

695

715

700

0.72

0.76

0.8

0.67

0.73

0.61

0.68

0.76

0.83

0.74

0.80

0.72

0.77

0.66

0.72

179

213

227

185

230

255

206

248

330

400

470

570

250

310

410

510

650

870

950

1150

580

670

900

1000

2500

1900

2500

1900

МТ311-6

МТК311-6

МТ312-6

МТК312-6

МТ311-8

МТК311-8

МТ312-8

МТК312-8

МТ411-6

МТК411-6

МТ412-6

МТК412-6

МТ411-8

МТК411-8

МТ412-8

МТК412-8

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 21

Тема: Расчет мощности электродвигателя одноступенчатого поршневого компрессора.

Цель: Изучить методику расчета мощности двигателя одноступенчатого поршневого компрессора. На основании анализа произведенных расчетов выяснить, какой процесс сжатия газа (изотермический или адиабатический) является наиболее экономичным.

Студент должен знать:

- методику расчета мощности двигателя одноступенчатого поршневого компрессора;

- особенности выбора электродвигателей для привода компрессоров;

уметь:

- рассчитывать мощности двигателя одноступенчатого поршневого компрессора;

- пользоваться справочной литературой.

Теоретическое обоснование

Компрессоры работают, как правило, в длительном режиме с постоянной нагрузкой, поэтому их электроприводы нереверсивные с редкими пусками. Компрессоры имеют небольшие пусковые статические моменты до 20…25% от номинального. В зависимости от назначения, мощности и характера производства, где установлены компрессоры, они могут требовать или небольшого, но постоянного подрегулирования производительности при отклонениях параметров газа от заданных значений, или же регулирования производительности в широких пределах. Регулирование производительности осуществляется, как правило, изменением сопротивления трубопровода с помощью задвижки, а. также конструктивным изменением рабочих органов механизма в процессе регулирования, поэтому для большинства компрессоров не требуется регулирования угловой скорости приводных двигателей. Исходя из этого, для привода компрессоров применяют асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и синхронные двигатели.

При мощности более 100 кВт привод с синхронным двигателем оказывается экономически выгоднее, чем с асинхронным двигателем, так как синхронные двигатели могут одновременно использоваться и в качестве источника реактивной мощности.

Поскольку поршневой компрессор создает при работе периодически изменяющийся момент сопротивления на валу, это вызывает колебания ротора синхронного двигателя. Чтобы уменьшить эти колебания и устранить возможность выпадания двигателя из синхронизма, для привода поршневых компрессоров применяют специальные тихоходные синхронные двигатели ( ω₀ до 26,2…31,4 рад/с) с большой перегрузочной способностью, повышенным моментом инерции ротора и большим значением входного (синхронизирующего) момента - двигатели серии СДК.

Расчет мощности электродвигателя одноступенчатого поршневого компрессора производится в следующем порядке.

Расчет мощности электродвигателя одноступенчатого поршневого компрессора производится по формуле

(21.1)

где – работа изотермического и адиабатического сжатия

1 м³газа от Р_ндо Р_к;

к_з– коэффициент запаса, равный 1,05…1,15 и учитывающий не

поддающие расчету факторы;

Q/60 – производительность компрессора, м³/с.

Изотермическое сжатие газа в компрессоре идет при t⁰ = const (в процессе сжатия от газа отводится все получающееся тепло, для чего необходимо применять весьма интенсивное охлаждение).

В этом случае работа, затрачиваемая на сжатие 1 м³ газа, определится по формуле

(21.2)

При адиабатическом сжатии к газу не подводится и от него не отводится тепло. При таком процессе работа, затрачиваемая на сжатие 1 м³ газа, определяется по формуле

(21.3)

где к - показатель адиабаты (для воздуха к = 1,4).

Следует отметить, что изотермический и адиабатический процессы идеальные. В реальном компрессоре можно только с той или иной степенью точности говорить о приближении процесса сжатия к изотермическому и адиабатическому, поэтому величина работы и определяется полусуммой работ изотермического и адиабатического циклов.

По расчетной мощности двигателей выбирается из каталога его номинальная мощность по условию

Р_н≥ Р_расч (21.4)

Вопрос о выборе типа двигателя окончательно решается с учетом общих положений и полученной расчетной мощности Р_расч.

Технические данные синхронных двигателей серии СДК и асинхронных двигателей серий, 4А и АИ приведены в справочнике (1).

Расшифровка обозначений двигателей серии АИ:

А - асинхронный

И – Интерэлектро

Р – увязка мощностей с установочным размером

71, 80, 90, 100 мм и т.д. – высота оси вращения

А, В – длина сердечника магнитопровода

S, L, М – установочный размер по длине станины

2,4,6 – число полюсов

У2, У3, Т2 – вид климатического исполнения по ГОСТ 15150 – 69

П – с повышенной точностью по установочным размерам

Х1, Х2 – химически стойкие

Х – станина из алюминиевого сплава, щиты чугунные (отсутствие знака означает, что станина и щиты чугунные).

Двигатель работает в длительном режиме с практически постоянной нагрузкой, поэтому нагрузочная диаграмма будет иметь вид:

Рисунок 21.1 – Нагрузочная диаграмма

Ход работы

1) Изучить теоретическое обоснование.

2) Запишите данные задачи для своего варианта.

3) Рассчитайте величины в соответствии с заданием.

5) Постройте нагрузочную диаграмму.

6) Подготовьте ответы на контрольные вопросы.

7) Оформите отчет по практической работе.

Задача 1

Рассчитать мощность двигателя одноступенчатого поршневого компрессора. Выбрать двигатель по каталогу. Построить нагрузочную диаграмму. Исходные данные для решения приведены в таблице 21.1.

Таблица 21.1 – Исходные данные к задаче № 1

Наименование	Усл. обоз	Ед. изм.	Варианты
Наименование	Усл. обоз	Ед. изм.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Производитель- ность	Q	м³/мин	10	20	30	50	20	10	30	20	50	30
Начальное давление	Р_н ·10⁵	Па	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
Конечное давление	Р_к·10⁵	Па	8	6	6	4	8	10	8	10	6	4
КПД компрессора	η_к	-	0,6	0,65	0,7	0,75	0,8	0,6	0,65	0,7	0,75	0,8
КПД передачи	η_п	-	0,95	1	0,9	1	0,95	0,9	1	0,9	0,95	0,95
Скорость вращения вала компрессора	N_с	об/мин	750	750	750	500	500	750	500	750	500	750

Задача 2

Используя исходные условия к задаче № 1, рассчитать мощность двигателя одноступенчатого компрессора для двух случаев:

1) Сжатие идет по изотермическому циклу, т.е. А = А_из.

2) Сжатие идет по адиабатическому циклу, т.е. А = А_ад.

Сравнить полученные результаты. Сделать вывод, какой из процессов сжатия более экономичный (изотермический или адиабатический).

Контрольные вопросы

1) Для чего предназначен компрессор?

2) В каком режиме работают двигатели компрессоров?

3) Как устранить возможность выпадения синхронного двигателя из синхронизма?

4) Какие серии двигателей применяют для привода поршневых компрессоров?

5) Дайте расшифровку двигателей: АИР180М2, 4АК160М8У3.

Содержание отчета

1) Номер, тема и цель работы.

2) Данные для решения задачи.

3) Решение задач с пояснениями.

4) Нагрузочная диаграмма.

5) Ответы к решению задач.

6) Ответы на контрольные вопросы.

Литература

1) Шеховцов, В.П. Справочное пособие по электрооборудованию и электроснабжению [Электронный ресурс]: справочник /В.П. Шеховцов В.П. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2013. - 136 с. (ЭБС Znanium.com). Режим доступа: http://znanium.com/bookread2.php?book=536570

2) Шеховцов, В.П. Электрическое и электромеханическое оборудование [Текст]: учеб./ В.П. Шеховцов – 3-е изд. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2014. – 416 с.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 22

Тема: Расчет мощности электродвигателя двухступенчатого поршневого компрессора.

Цель: Изучить методику расчета мощности двигателя двухступенчатого поршневого компрессора.

Студент должен знать:

- методику расчета мощности двигателя двухступенчатого поршневого компрессора;

- особенности выбора электродвигателей для привода компрессоров;

уметь:

- рассчитывать мощности двигателя двухступенчатого поршневого компрессора;

- пользоваться справочной литературой.

Теоретическое обоснование

Существует много механизмов, работающих продолжительно с неизменной или мало меняющейся нагрузкой без регулирования скорости, например компрессоры, вентиляторы и т.п.

При выборе электродвигателя для такого режима необходимо знать мощность, потребляемую механизмом. Если эта мощность неизвестна, ее определяют теоретическими расчетами или расчетами по эмпирическим формулам с использованием коэффициентов, полученных из многочисленных опытов. Для малоизученных механизмов необходимую мощность определяют путем снятия нагрузочных диаграмм самопишущими приборами на имеющихся уже в эксплуатации аналогичных установках либо путем использования нормативов потребления энергии, полученных на основании статистических данных, учитывающих удельный расход электроэнергии при выпуске продукции.

При известной мощности механизма мощность электродвигателя выбирается по каталогу с учетом КПД промежуточной передачи. Расчетная мощность на валу электродвигателя:

(22.1)

где P_м - мощность, потребляемая механизмом,

η_пер - КПД передачи.

Номинальная мощность электродвигателя, принятого по каталогу, должна быть равна или несколько больше расчетной.

Выбранный электродвигатель не нуждается в проверке по нагреву или по перегрузке, так как завод-изготовитель произвел все расчеты и испытания, причем основанием для расчетов являлось максимальное использование материалов, заложенных в электродвигателе при его номинальной мощности. Иногда, однако, приходится проверять достаточность пускового момента, развиваемого электродвигателем, учитывая, что некоторые механизмы имеют повышенное сопротивление трения в начале трогания с места.

Расчет мощности двигателя многоступенчатого поршневого компрессора проводится в следующей последовательности.

Расчет мощности двигателя многоступенчатого поршневого компрессора производится по формуле:

(22.2)

где величины А_из._iи A_ад._i определяются по формулам (22.6) и (22.7) соответственно для каждой ступени компрессора. Чтобы найти начальное (Р_н.i) и конечное (Р_к.i) давление каждой ступени, определяют сначала степень сжатия ε

(22.3)

Зная ε, можно определить конечное давление промежуточных ступеней. Например, конечное давление первой ступени

Р_1к = Р_нε (22.4)

Начальное давление второй ступени Р_2н = Р_1к (если пренебречь утечкой газа). Конечное давление второй ступени

Р_2к = Р_2нε = Р_нε² (22.5)

и т.д.

Зная для каждой i -той ступени Р_н.i и Р_к.i можно определить значения А_из._iи A_ад._i

(22.6)

(22.7)

По расчетной мощности двигателей выбирается из каталога его номинальная мощность по условию

Р_н≥ Р_расч (22.8)

Двигатель работает в длительном режиме с практически постоянной нагрузкой. Далее строится нагрузочная диаграмма.

Ход работы

1) Изучите теоретическое обоснование.

2) Запишите данные задачи для своего варианта.

3) Рассчитайте величины в соответствии с заданием.

5) Постройте нагрузочную диаграмму.

6) Подготовьте ответы на контрольные вопросы.

7) Оформите отчет по практической работе.

Таблица 22.1 – Исходные данные к задаче № 1

Варианты	Тип компрессора	Производительность, Q, м³/мин	Начальное давление, Р_н ·10⁵, Па	Конечное давление, Р_к ·10⁵, Па	Число ступеней	КПД компрессора	КПД передачи	Скорость вращения вала компрессора, n, об/мин
1	302ВП-10/8	10	1,0	8,0	2	0,7	1	750
2	202ВП-10/8	10	1,0	8,0	2	0,8	0,95	750
3	ВП-20/8М	20	1,0	8,0	2	0,75	0,9	500
4	305ВП-30/8	30	1,0	8,0	2	0,8	0,95	500
5	4ВУ1-5/12М	5	1,0	12,0	2	0,65	1	1460
6	ВУ-3/8В	3	1,0	8,0	2	0,7	1	975
7	ВУ-0,6/12	0,6	1,0	12,0	2	0,65	0,95	1440
8	2ВМ-10-50/8	50	1,0	8,0	2	0,8	0,9	500
9	ВУ-3/8	3	1,0	8,0	2	0,65	1	975
10	2ВУ1-2,5/12М	2,5	1,0	12,0	2	0,7	0,95	1455

Задача 1

Распределить давление между ступенями компрессора, рассчитать мощность приводного электродвигателя двухступенчатого компрессора.. Построить нагрузочную диаграмму. Выбрать двигатель по каталогу.

Исходные данные для решения задачи приведены в таблице 22.1.

Контрольные вопросы

1) Для чего применяется компрессор?

2) Как делятся компрессоры по принципу действия?

3) Как можно изменять производительность компрессоров?

4) Чем отличаются поршневые компрессоры от центробежных?

5) В каких компрессорах может быть получено высокое давление газа?

Содержание отчета

1) Номер, тема и цель работы.

2) Данные для решения задачи.

3) Решение задачи с пояснениями.

4) Нагрузочная диаграмма.

5) Ответы к решению задачи.

6) Ответы на контрольные вопросы.

Литература

1) Правила устройства электроустановок. 7-е и 6-е издания [Текст]. – СПб.: Издательство ДЕАН, 2012. – 1168 с.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 23

Тема: Изучение схемы управления компрессорной установкой.

Цель: Изучить работу электрической схемы управления компрессорной установкой.

Студент должен знать:

- назначение, устройство, типы и технические характеристики компрессоров;

- технологическую схему компрессорной установки;

- электрооборудование компрессорной установки;

- схемы управления двигателями компрессорной установки;

уметь:

- читать и составлять схемы управления компрессорной установкой.

Теоретическое обоснование

Компрессоры применяют для получения сжатого воздуха или другого газа давлением свыше 4·10⁵ Па (4 кгс/см²) с целью использования его энергии в приводах пневматических молотов и прессов, в пневматическом инструменте, в устройствах пневмоавтоматики и т. д.

По принципу действия компрессоры делятся на центробежные и поршневые. Центробежные компрессоры по конструкции подразделяют на турбинные и ротационные.

Электрическая схема управления компрессорной установкой, состоящей из двух агрегатов К1 и К2, приведена на рисунке 23.1. Двигатели компрессоров Д1 и Д2 питаются от трехфазной сети ~380 В через автоматические выключатели ВА1 и ВА2 с комбинированными расцепителями. Включение и отключение двигателей производятся магнитными пускателями ПМ1 и ПМ2. Цепи управления и сигнализации питаются фазным напряжением 220 В через однополюсный автоматический выключатель ВА3 с максимальным электромагнитным расцепителем.

Управление компрессорами может быть автоматическим или ручным. Выбор способа управления производится с помощью ключей управления КУ1 и КУ2. При ручном управлении включение и отключение пускателей ПМ1 и ПМ2 осуществляется поворотом рукояток ключей КУ1 и КУ2 из положения О (Отключен) в положение Р (Включен).

Автоматическое управление компрессорами производится при установке ключей КУ1 и КУ2 в положение А, а включение и отключение пускателей осуществляется с помощью реле РУ1 и РУ2. Контроль давления воздуха в ресиверах производится двумя электроконтактными манометрами, контакты которых включены в цепи катушек реле РУ1 - РУ4. Очередность включения компрессоров при падении давления устанавливается с помощью переключателя режимов ПР. Если ПР установлен в положение К1, то первым включается компрессор К1.

Предположим, что ресиверы наполнены сжатым воздухом, давление соответствует верхнему пределу (контакты манометров М1-Н и М2-Н разомкнуты) и компрессоры не работают. Если в результате потребления воздуха давление в ресиверах падает, то при достижении ими минимального значения, установленного для пуска первого компрессора, замкнется контакт М1-Н первого манометра (Н - нижний предел), сработает реле РУ1 и своим контактом включит пускатель ПМ1 двигателя первого компрессора. В результате работы компрессора К1 давление в ресиверах будет повышаться и контакт М1-Н разомкнется, но это не приведет к отключению компрессора, так как катушка реле РУ1 продолжает получать питание через свой контакт и замкнутый контакт реле РУ4. При повышении давления в ресиверах до максимального предела замкнется контакт манометра М1-В (В - верхний предел), сработает реле РУ4 и своим контактом отключит реле РУ1, потеряет питание пускатель ПМ1 и компрессор К1 остановится.

В случае недостаточной производительности первого компрессора или его неисправности давление в ресиверах будет продолжать падать. Если оно достигнет предела, установленного для замыкания контакта М2-Н второго манометра (манометры Ml и М2 регулируются так, чтобы контакт М2-Н замыкался по сравнению с контактом М1-Н при несколько меньшем давлении), то сработают реле РУ3 и РУ2. Последнее своим контактом включит пускатель ПМ2, т. е. вступит в работу компрессор К2. Реле РУ2 после размыкания контакта М2-Н остается включенным через свой контакт и замкнутый контакт реле РУ4. Когда давление в ресиверах в результате совместной работы обоих компрессоров (или только К2 при неисправном К1) поднимется до верхнего предела, замкнется контакт манометра М2-В и включится реле РУ4. В результате отключаются реле РУ1 и РУ2 и пускатели ПМ1 и ПМ2. Оба компрессора остановятся.

В схеме предусмотрен контроль исправности компрессорной установки. Если, несмотря на работу обоих компрессоров, давление в ресиверах продолжает падать или не изменяется, то контакт М2-Н нижнего предела останется замкнутым, и реле РУ3 будет включено. Оно своим контактом приведет в действие реле времени РВ, которое с некоторой выдержкой времени, необходимой для обеспечения нормального подъема давления компрессором К2, замкнет свой контакт РВ в цепи аварийно-предупредительной сигнализации, и персоналу будет подан сигнал о необходимости устранения неисправности.

Сигнальная лампа ЛЖ служит для световой сигнализации о режиме работы компрессорной установки при ручном управлении. Она загорается при падении давления в ресиверах, получая питание через контакт реле РУ3. Сигнальная лампа ЛБ и реле напряжения РКН служат для контроля наличия напряжения в цепях управления. Контроль температуры воздуха в компрессорах, охлаждающей воды и масла осуществляется специальными реле (на схеме не показаны), которые вместе с реле РКН воздействуют на цепи аварийно-предупредительной сигнализации, извещал персонал о ненормальной работе установки.

Рисунок 23.1 – Схема автоматического управления компрессорной установкой

Ход работы

1) Изучить инструкцию.

2) Нарисовать схему автоматического управления компрессорной установкой.

3) Описать работу электрической схемы автоматического управления компрессорной установкой.

4) Ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1) Назначение компрессоров.

2) Как классифицируются компрессоры по принципу действия?

3) Какими способами регулируется производительность компрессорной установки?

4) Перечислите назначение аппаратуры управления автоматического управления компрессорной установкой.

Содержание отчета

1) Номер, тема и цель работы.

2) Схема автоматического управления компрессорной установкой – Рисунок 23.1.

3) Описание работы электрической схемы автоматического управления компрессорной установкой.

4) Ответы на контрольные вопросы.

Литература

1) Правила устройства электроустановок. 7-е и 6-е издания [Текст]. – СПб.: Издательство ДЕАН, 2012. – 1168 с.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 24

Тема: Изучение схемы управления вентиляционной установкой.

Цель: Изучить работу электрической схемы управления вентиляционной установкой.

Студент должен знать:

- назначение, устройство, типы и технические характеристики вентиляторов;

- электрооборудование вентиляционной установки;

- схемы управления двигателями вентиляционной установки;

уметь:

- читать и составлять схемы управления вентиляционной установкой.

Теоретическое обоснование

Вентиляционные установки промышленных предприятий в основном предназначены для обслуживания определенных технологических процессов, поэтому их производительность зависит от потребления воздуха в ходе работы производственного участка и изменений внешних условий, например, температуры, влажности, запыленности.

Эти установки достаточно просто поддаются автоматизации путем применения специальной аппаратуры, которая дает сигнал об изменении режима работы и производит соответствующие переключения в схеме управления без участия обслуживающего персонала; задача последнего сводится лишь к периодическому контролю действия аппаратов и профилактике.

Рассмотрим построение схемы управления электроприводами, которые позволяют обеспечить автоматизацию вентиляторных установок.

Для привода вентиляторов низкого и среднего давления и малой производительности обычно применяют асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Для вентиляторов большой производительности и высокого давления устанавливают асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором высокого напряжения и синхронные двигатели.

На рисунке 24.1 приведена схема управления вентиляционной установки, состоящей из вентиляторов В1 - В4 с приводными асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором Д1 - Д4, предназначенной для проветривания помещений и поддержания при этом заданной температуры. Эти требования осуществляются ступенчатым регулированием угловой скорости двигателей путем изменения напряжения статора с помощью автотрансформатора AT, а также выбором количества находящихся в работе вентиляторов. Схема обеспечивает ручное и автоматическое управление вентиляторами; выбор режима работы осуществляется переключателем УП.

Ручное управление имеет место при переводе рукоятки УП в положение +45°, при этом подготавливаются к включению цепи катушек контакторов КЛ, К1 - К4. Двигатели вентиляторов по питанию разделены на две группы: первая группа (Д1 и Д2) подключена к шинам на вторичной стороне AT постоянно; вторая группа Д3 и Д4 присоединяется к шинам AT и включается в работу (при ручном управлении) переводом рукоятки переключателя ПК2 в положение 2, при котором срабатывает контактор К4.

Рисунок 24.1 – Схема автоматического управления вентиляционной установкой

Управление угловой скоростью двигателей вентиляторов осуществляется переключателем ПК1, имеющим четыpe положения. В положении 1 все двигатели отключены. При установке рукоятки ПК1 в положение 2 включаются контакторы К1 и КЛ, последний своими замыкающими контактами подключает к сети AT, с нижних отпаек которого через контакты К1 к статорам двигателей подводится пониженное напряжение (U₁< U_ном), при этом вентиляторы работают на минимальной скорости ω₁. При повороте рукоятки ПК1 в положение 3 отключается контактор К1 и включается контактор К2, статоры двигателей присоединяются на средние отпайки AT, вентиляторы будут работать на средней скорости ω₂и их производительность увеличится. Поворотом рукоятки ПК1 в положение 4 включается контактор К3, двигатели переключаются на полное напряжение сети U₃= U_ном скорость их ω₃ будет номинальной, а производительность вентиляторов - максимальной. Последовательно с катушками каждого из контакторов К1 – К3 включены два размыкающих вспомогательных контакта других контакторов, что предотвращает к. з. частей обмоток автотрансформатора AT при переключении контакторов.

Автоматический режим работы осуществляется при установке рукоятки переключателя УП в положение -45°. Цепи катушек контакторов К1 - К5 подключаются к источнику питания через контакты реле Р1 - Р4, которые являются выходными устройствами регуляторов температуры РТ1 и РТ2. Если температура воздуха в помещении соответствует заданной, то включается контактор К1, а размыкающие контакты Р1 и Р2 замкнуты; включен контактор К2 и вентиляторы работают на средней скорости.

При повышении температуры переключаются контакты реле Р1, контактор К2 отключается, а К3 - включается, и вентиляторы будут работать с номинальной скоростью, что обеспечивает более интенсивное проветривание помещения. Если температура воздуха станет ниже заданной, то переключаются контакты реле Р2, включается контактор К1, и интенсивность проветривания снижается.

При дальнейшем понижении температуры воздуха вступает в действие регулятор РТ2. Вначале размыкается контакт его реле Р3, отключаются контактор К4 и вторая группа двигателей Д3, Д4. Если температура в помещении продолжает понижаться, то при определенном ее значении откроется размыкающий контакт реле Р4 и отключится контактор К5, который своим контактом отключает контактор КЛ, вследствие чего все вентиляторы останавливаются, и проветривание помещения прекращается.

Ход работы

1) Изучить инструкцию.

2) Начертить схему автоматического управления вентиляционной установкой – рисунок 24.1.

3) Описать работу электрической схемы автоматического управления вентиляционной установкой.

4) Ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1) Для чего предназначены вентиляторы?

2) Как классифицируются вентиляторы по конструкции?

3) Перечислите назначение аппаратуры управления автоматического управления вентиляционной установкой.

4) Какие марки электродвигателей применяются для привода вентиляционной установки?

Содержание отчета

1) Номер, тема и цель работы.

2) Схема автоматического управления вентиляционной установкой – Рисунок 24.1.

3) Описание работы электрической схемы автоматического управления вентиляционной установкой.

4) Ответы на контрольные вопросы.

Литература

1) Правила устройства электроустановок. 7-е и 6-е издания [Текст]. – СПб.: Издательство ДЕАН, 2012. – 1168 с.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 25

Тема: Изучение схемы управления насосной установки.

Цель: Изучить работу схемы автоматического управления двумя насосными агрегатами.

Студент должен знать:

- назначение, устройство, типы и технические характеристики насосов;

- электрооборудование насосной установки;

- схемы управления двигателями насосной установки;

уметь:

- читать и составлять схему управления насосной установкой.

Теоретическое обоснование

Рассмотрим схему автоматического управления двумя насосными агрегатами Н1 и Н2 (рисунок 25.1), эксплуатируемыми без дежурного персонала. Работа схемы основана на принципе пуска и остановки насосов в зависимости от уровня жидкости в контролируемом резервуаре, из которого производится откачка. Для контроля заполнения бака жидкостью применяется электродный датчик уровня ДУ. Схема разработана для условия пуска и остановки насосных агрегатов при постоянно открытых задвижках, а выходном трубопроводе. Из двух агрегатов один является рабочим, а второй - резервным. Режим работы агрегатов задается переключателем откачки ПО: в положении I переключателя насос Н1 с двигателем Д1 будет рабочим, а насос Н2 с двигателем Д2 - резервным, который включается, если производительность насоса Н1 окажется недостаточной. В положении II рабочим является насос Н2, а резервным - Н1.

Рассмотрим работу схемы, когда ПО установлен в положение I, а переключатели ПУ1 и ПУ2 - в положение А, т. е. на автоматическое управление насосами. Контакты 1 и 3 переключателя ПО замыкают цепи катушек реле РУ1 и РУ2, но реле не включатся, так как при нормальном уровне жидкости остаются разомкнутыми электроды Э2 и Э3 датчика уровня ДУ. При повышении уровня жидкости в емкости до электрода Э2 замыкается цепь катушки реле РУ1, оно срабатывает, и через замыкающий контакт РУ1 подается питание в катушку пускателя ПМ1. Включается двигатель Д1, и насос Н1 начинает откачку. Уровень жидкости в емкости понижается, но при разрыве контакта Э2 двигатель Д1 не остановится, так как катушка реле РУ1 продолжает получать питание через свой контакт РУ1 и замкнутый контакт электрода Э1. Такая блокировка реле РУ1 применена во избежание частых пусков и остановок насосного агрегата при небольших изменениях уровня жидкости и обеспечивает отключение насоса лишь тогда, когда уровень жидкости спадет ниже нормального и разомкнется контакт Э1.

Если произойдет аварийное отключение рабочего насоса или производительность его окажется недостаточной, то уровень жидкости в резервуаре будет продолжать повышаться. Когда он достигнет электрода Э3 датчика ДУ, получит питание катушка реле РУ2. Реле сработает и включит магнитный пускатель ПМ2; включится двигатель Д2 резервного насоса. Отключение резервного агрегата произойдет при спадании уровня жидкости ниже электрода Э1.

Рисунок 25.1 - Схема автоматического управления двумя откачивающими насосами

Если по каким-либо причинам будет иметь место большой приток жидкости в резервуар, то производительность обоих насосных агрегатов может оказаться недостаточной, и жидкость поднимется до предельно допустимого уровня, на котором установлен электрод Э4. При этом замкнется цепь катушки реле РА, которое сработает и своим замыкающим контактом включит цепь аварийной сигнализации, оповещая персонал о ненормальной работе насосных агрегатов. Для подачи предупредительного сигнала при исчезновении напряжения в цепях управления служит реле контроля напряжения РКН. Цепи аварийной сигнализации питаются от самостоятельного источника. Белая сигнальная лампа ЛБ служит для оповещения о наличии напряжения в цепях управления при контрольных осмотрах аппаратуры.

Переход на ручное (местное) управление насосными агрегатами производится поворотом переключателей ПУ1 и ПУ2 в положение Р. Включение и отключение двигателей Д1 или Д2 производится нажатием кнопок КнП1 и КнС1 или КнП2 и КнС2, расположенных непосредственно у насосных агрегатов.

Схема может быть применена для управления двигателями мощностью до 10 кВт, так как цепи катушек магнитных пускателей защищаются теми же автоматическими выключателями ВА1 и ВА2, что и двигатели. При двигателях большей мощности для цепей катушек ПМ1 и ПМ2 следует применять самостоятельную защиту. Данная схема с незначительными изменениями используется и для управления работой насосов перекачки охлаждающей эмульсии для металлорежущих станков.

В рассмотренных схемах командная и исполнительная части расположены обычно в одном и том же помещении, а за пределы установки вынесены лишь оперативная и аварийно-предупредительная сигнализация. В более сложных схемах автоматизации насосных агрегатов командная и исполнительная части находятся в различных, иногда весьма удаленных друг от друга местах.

Ход работы

1) Изучите инструкцию.

2) Начертите схему автоматического управления насосной установкой, при изображении схемы соблюдайте правила начертания схем и элементов.

3) Опишите работу электрической схемы автоматического управления насосной установкой.

4) Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1) Назначение и классификация насосов.

2) Перечислите способы пуска центробежных насосов.

3) Перечислите назначение аппаратуры управления автоматического управления насосной установкой.

4) Какие марки электродвигателей применяются для привода насосной установки?

5) По какому закону изменяется мощность насосов на валу центробежного типа? поршневого типа?

Содержание отчета

1) Номер, тема и цель работы.

2) Схема автоматического управления двумя откачивающими насосами – Рисунок 25.1.

3) Описание работы электрической схемы автоматического управления двумя откачивающими насосами.

4) Ответы на контрольные вопросы.

Литература

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 26

Тема: Расчет мощности электродвигателя насосной установки.

Цель: Изучить методику расчета мощности электродвигателя насосной установки.

Студент должен знать:

- методику расчета мощности электродвигателя насосной установки;

- особенности выбора электродвигателей для привода насосов;

уметь:

- рассчитывать мощности двигателя насосной установки;

- пользоваться справочной литературой.

Теоретическое обоснование

Насосы относятся к числу механизмов с продолжительным режимом работы и постоянной нагрузкой. При отсутствии электрического регулирования скорости в насосных агрегатах небольшой мощности обычно применяют асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, питаемые от сети 380 В. Для привода насосов мощностью свыше 100 кВт устанавливают асинхронные и синхронные двигатели на 6 и 10 кВ с прямым пуском, т.е. с включением на полное напряжение сети.

Двигатели поршневых насосов соединяются с валом насоса через замедляющую передачу (клиноременную или зубчатую), поскольку поршневые насосы являются тихоходными механизмами. Центробежные насосы в большинстве случаев выполняются быстроходными, поэтому их приводные двигатели имеют высокую угловую скорость (ω₀ = 150 - 300 рад/с) и соединяются с валом насоса непосредственно.

Мощность двигателя насоса Р_дв, кВт, определяется по формуле

(26.1)

где ρ - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м³;

g = 9,81 - ускорение свободного падения, м/с²;

Q - производительность насоса, м³/с;

Н - статический напор, м;

η_н- КПД насоса, принимаемый: для поршневых насосов - 0,7 ÷ 0,9; для центробежных насосов с давлением свыше 0,4·10⁵ Па - 0,6 ÷ 0,75; с давлением до 0,4·10⁵ Па - 0,45 ÷ 0,6;

η_п - КПД передачи, равный 0,9 ÷ 0,95;

к_з- коэффициент запаса; рекомендуется принимать его 1,1 ÷ 1,3 в

зависимости от мощности двигателя;

3600 – переводной коэффициент из час в с.

Для центробежного насоса особо важен правильный выбор угловой скорости двигателя, так как производительность насоса Q, создаваемый им напор Н, момент М и мощность Р на валу двигателя зависят от угловой скорости ω. Для одного и того же насоса значения Q₁, Н₁, М₁ и Р₁ при скорости ω₁связаны со значениями Q₂, Н₂, М₂ и Р₂ при скорости ω₂ соотношениями:

(26.2)

Из этих соотношений следует, что при завышении скорости двигателя потребляемая им мощность резко возрастает, что приводит к перегреву двигателя. При заниженном значении скорости двигателя создаваемый насосом напор может оказаться недостаточным, и насос не будет перекачивать жидкость.

По расчетной мощности двигателей выбирается из каталога его номинальная мощность по условию

Р_н≥ Р_расч (26.3)

Технические данные синхронных двигателей серии СДК и асинхронных двигателей серий, 4А и АИ приведены в справочнике (1)

Рисунок 26.1 – Нагрузочная диаграмма

Ход работы

2) Изучите теоретическое обоснование.

3) Запишите данные задачи для своего варианта.

4) Рассчитайте величины в соответствии с заданием.

5) Для расчета следует пользоваться теоретическими сведениями. Расчет параметров сопровождайте пояснениями.

6) Постройте нагрузочную диаграмму.

7) Подготовьте ответы на контрольные вопросы.

8) Оформите отчет по практической работе.

Задача

Рассчитать мощность электродвигателя центробежного насоса. Выбрать двигатель по каталогу. Построить нагрузочную диаграмму. Исходные данные для решения приведены в таблице 26.1.

Таблица 26.1 – Исходные данные к задаче

Варианты	Производи-тельность Q, м³/час	Напор Н, м	КПД насоса η_н, %	КПД передачи η_п, %	Плотность перекачиваемой жидкости ρ, кг/м³	Скорость вращения вала насоса, n об/мин
1	50	350	60	100	750	3000
2	1250	60	76	95	850	1500
3	2500	80	82	95	700	1500
4	3600	90	84	90	850	1500
5	500	120	85	100	800	3000
6	125	550	72	96	850	3000
7	180	500	72	98	900	3000
8	250	475	75	97	925	3000
9	360	460	78	99	950	3000
10	710	280	80	90	1000	3000

Контрольные вопросы

1) Перечислите типы насосов.

2) Какие типы электродвигателей применяют в насосных агрегатах?

3) Почему для центробежных насосов важен выбор угловой скорости?

4) Условия выбора номинальной мощности электродвигателя насоса.

5) Почему электродвигатели насосов не проверяются на перегрузочную способность?

6) Дайте расшифровку двигателей: 5А250М-4; 4А200L4У3.

Содержание отчета

1) Номер, тема и цель работы.

2) Данные для решения задачи.

3) Решение задачи с пояснениями.

4) Нагрузочная диаграмма.

5) Ответы к решению задачи.

6) Ответы на контрольные вопросы.

Литература

1) Правила устройства электроустановок. 7-е и 6-е издания [Текст]. – СПб.: Издательство ДЕАН, 2012. – 1168 с.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 27

Тема: Виды исполнения электрооборудования по степени защиты от воздействия окружающей среды.

Цель: Изучить виды исполнения электрооборудования по степени защиты от окружающей среды.

Студент должен знать:

- классификация помещений по их взрыво- и пожароопасности;

- виды исполнения электрооборудования по степени защиты от воздействия окружающей среды;

- выбор электрооборудования для взрыво- и пожароопасных помещений;

уметь:

- классифицировать помещения по их взрыво- и пожароопасности;

- подбирать оборудования для взрыво- и пожароопасных помещений.

Теоретическое обоснование

В соответствии с ПУЭ, CENELEC, IEC, ATTEX, в зависимости от применяемых веществ опасные зоны в помещениях или вне помещений классифицируют на пожароопасные и взрывоопасные зоны. Пожароопасная зона – пространство внутри или вне помещений, где применяются горючие вещества. По степени пожароопасности эти зоны делятся на четыре класса: П – I, П – II, П – II a, П – III (таблица 27.1). Взрывоопасная зона – пространство внутри или вне помещений, где могут образоваться взрывоопасные смеси. Взрывоопасные зоны делятся на шесть классов: В – I, В – Ia, В – Iб, В – Iг, В – I I, В – IIa (таблица 27.2).

Таблица 27.1 - Классификация пожароопасных зон

Классы пожароопасных зон	Характеристика пожарных зон
П – I	Зоны, расположенные в помещениях, в которых обращаются горючие жидкости с температурой вспышки выше 61 ⁰С.
П – II	Зоны, расположенные в помещениях, в которых выделяются горючие пыли или волокна с нижним концентрационным пределом распространения пламени более 65 г/м³ объема воздуха.
П – II a	Зоны, расположенные в помещениях, в которых обращаются твердые горючие вещества.
П – III	Зоны, расположенные на открытой площадке, в которых обращаются горючие жидкости с температурой вспышки выше 61⁰С или твердые горючие вещества.

Таблица 27.2 - Классификация взрывоопасных зон

Классы взрывоо-пасности	Характеристика зон
В – 1	Зоны, расположенные в помещениях, в которых выделяются горючие газы или пары ЛВЖ в таком количестве и с такими свойствами, что они могут образовать с воздухом взрывоопасные смеси при нормальных режимах работы (например: при загрузке или разгрузке технологических аппаратов, хранении или переливании ЛВЖ, находящихся в открытых емкостях и т.п.).
В – 1 а	Зоны, расположенные в помещениях, в которых при нормальной эксплуатации взрывоопасные смеси горючих газов (независимо от нижнего концентрационного предела воспламенения) или паров ЛВЖ с воздухом не образуются, а возможны только в результате аварий или неисправностей.
В – 1 б	Зоны, расположенные в помещениях, в которых при нормальной эксплуатации взрывоопасные смеси горючих газов или паров ЛВЖ с воздухом не образуются, а возможны только в результате или неисправностей: - горючие газы в этих зонах с высоким нижним концентрационным пределом воспламенения (15% и более) и резким запахом при ПДК по ГОСТ 12.1.005-88. - помещение производств, связанных с обращением газообразного водорода, в которых по условиям технологического процесса исключается образование взрывоопасной смеси в объеме, превышающим 5% свободного объема помещения, имеют взрывоопасную зону только в верхней части помещения. Взрывоопасная зона условно принимается от отметки 0.75 общей высоты помещения, считая от уровня пола, но не выше кранового пути, если только имеется.
В – 1 г	Наружные установки, в зоне которых содержатся взрывоопасные газы, пары и ЛВЖ (газосборники, емкости, сливо-наливные станции и эстакады)
В – I I	Помещения, где выделяются переходящие во взвешенное состояние горючие пыли и волокна, способные образовывать с воздухом или другими окислителями взрывоопасные смеси при нормальных непродолжительных режимах работы (разгрузка или загрузка аппаратов).
В – I I a	К данному классу относятся помещения, где возникновение взрывоопасных состояний, приведенных для класса В – I I при нормальной эксплуатации оборудования в процессе производства не имеет места, а возможно лишь в аварийных случаях и при неисправностях.

При выборе электрооборудования для взрывоопасных зон следует учитывать классы взрывоопасных зон, физико-химические свойства взрывоопасных смесей. Характеристика взрывоопасной производственной среды приведены в таблице 27.3.

Таблица 27.3 - Характеристика взрывоопасной производственной среды

Нормативные документы	Взрывоопасная смесь присутствует при нормальной работе за год		Взрывоопасная смесь присутствует за год менее 10 часов при аварии
Нормативные документы	более 1000 часов	в течение 10-1000 часов
CENELEC, IEC	зона 0	зона 1	зона 2
ATTEX	категория 1G	категория 2G	категория 3G
ПУЭ	технологические помещения	B - 1, B - 1г	В - 1а, В - 1г, В - 1б

С учетом свойств смесей взрывоопасные смеси подразделяют по группам и категориям согласно ГОСТ серии 51330.0 – 99. Взрывоопасные смеси горючих газов, паров ЛВЖ и пыли с воздухом в зависимости от значения температуры самовоспламенения делятся на шесть групп: Т1, T2, T3, T4, T5, T6 (таблица 27.4). В зависимости от размера безопасного экспериментального максимального зазора (БЭМЗ) (тушащий зазор), взрывоопасные смеси горючих газов, паров ЛВЖ и пыли с воздухом согласно ГОСТ 12.1.011 – 78 подразделяют на четыре категории: I, I I А, I I В, I I С (табл.3.2).

Таблица 27.4 - Категория взрывоопасных смесей

Категория взрывоопасной смеси	БЭМЗ, мм
I	более 1.0
II A	более 0.9
II B	0.5 - 0.9
II C	менее 0.5

Таблица 27.5 - Температурная группа взрывоопасной смеси ЛВЖ, газов и пыли с воздухом

Температурная группа взрывоопасной смеси	Температура самовоспламенения, ⁰С
Т1	более 450
Т2	300-450
Т3	200-300
Т4	135-200
Т5	100-135
Т6	85-100

Взрывозащищенное электрооборудование в отличие от электрооборудования общего назначения подразделяется по уровням, видам взрывозащиты, группам и температурным классам электрооборудования. Установлены три уровня взрывозащиты электрооборудования: взрывобезопасный, повышенной надежности против взрыва и особо взрывозащищенный (таблица 27.6).

Таблица 27.6 - Уровни взрывозащиты электрооборудования

Уровни взрывозащиты	Характеристика уровня взрывозащиты	Знак уровня
взрывобезопасный	взрывозащита обеспечивается при нормальном режиме работы и при вероятных повреждениях, кроме повреждений средств защиты	1
повышенной надежности против взрыва	взрывозащита обеспечивается только при нормальном режиме работы	2
особо взрывобезопасный	по отношению к взрывобезопасному приняты дополнительные средства взрывозащиты, предусмотренные стандартами на виды взрывозащиты	0

Виды взрывозащиты различают средствами и мерами обеспечения взрывобезопасности взрывозащищенного электрооборудования. Виды взрывозащиты характеризуют конструктивные особенности электрооборудования (таблица 27.7).

Таблица 27.7 - Виды взрывозащиты

Вид взрывозащиты	Символ	Принцип взрывозащиты
Взрывонепроницаемая оболочка ГОСТ Р351330.1-99	d	Локализация взрыва внутри объема и предотвращение его передачи в окружающую среду.
Заполнение или продувка под избыточным давлением ГОСТ Р351330.3-99	p	Исключение контакта горючего газа с искрами и нагретыми поверхностями.
Искробезопасная электрическая цепь ГОСТ Р351330.10-99	i	Ограничение энергии электрического разряда, температуры поверхности и элементов.
Кварцевые заполнения оболочки ГОСТ Р351330.6-99	q	Локализация взрыва внутри объема и предотвращение его передачи в окружающую среду
Масляное заполнение оболочки ГОСТ Р315330.17-99	o	Исключение контакта горючего газа с возможными искрами и нагретыми поверхностями.
Герметизация компаундом ГОСТР351330.17-99	m	Исключение контакта горючего газа с возможными искрами и нагретыми поверхностями.
«e»ГОСТ Р351330.8-99	e	Отсутствие искрения и нагрева элементов электрооборудования.
«n»ГОСТ Р351330.14-99	n	Исключение при нормальной работе оборудования общего назначения опасных искр и нагревов. Ограниченные области применения зоной 2.
Специальный ГОСТ 22782.3-77	s	Методы и средства признанные достаточными испытательной лабораторией.

Взрывозащищенное электрооборудование в зависимости от категории смеси подразделяют на четыре группы электрооборудования: I, II А, II В, II С.

Температурный класс электрооборудования определяется по температурной группе взрывоопасной смеси (таблица 27.8). При выборе температурного класса электрооборудования необходимо учитывать обеспечение безопасности и экономической целесообразности; чем выше знак температурного класса электрооборудования, тем оно безопаснее, но цена его повышается.

Таблица 27.8 - Выбор температурных классов электрооборудования

Температурная группа взрывоопасной смеси	Знак температурного класса электрооборудования
Т1	Т1
Т1,Т2	Т2
Т1 – Т3	Т3
Т1 – Т4	Т4
Т1 – Т5	Т5
Т1 – Т6	Т6

Во взрывоопасных зонах необходимо применять взрывозащищенное электрооборудование, в котором имеются специальные средства, исключающие возможность взрыва окружающей взрывоопасной среды. Эти средства условно делятся на две группы. Первая допускает возможность взрыва внутри электрооборудования, но исключает его распространение в окружающую среду; вторая исключает возникновение взрыва от электрооборудования, либо путем изоляции его токоведущих частей от окружающей среды, либо в результате исключения опасного нагрева и искрения частей оборудования, которые могут соприкасаться с взрывоопасной смесью.

Типичный представитель первой группы средств взрывозащиты – взрывонепроницаемая оболочка, которая выдерживает давление взрыва. Места соединения отдельных узлов оболочки выполнены так, чтобы выходящие наружу пламя и продукты взрыва остывали до безопасных температур, что обеспечивается узкими и длинными зазорами. К этой же группе относится и заполнение неподвижных элементов изделия кварцевым песком. Средства защиты второй группы могут быть разделены на две подгруппы. В первую входят средства, предусматривающие изоляцию частей электрооборудования от окружающей атмосферы жидкостью (например, трансформаторным маслом), твердыми компаундами и находящимся под избыточным давлением инертным газом или воздухом. Во вторую – искробезопасная защита электрических цепей, где ограничена мощность искрения. Электрооборудования повышенной надежности против взрыва, характеризующееся отсутствием искрящих и нагретых до опасной температуры элементов, защитой от наружных воздействий, снижение токовых и тепловых нагрузок на контакты, улучшенной изоляцией, увеличенными по сравнению с общепромышленными путями утечек и воздушными зазорами и т. п. Возможные виды и уровни взрывозащиты приведены в таблице 27.9.

Таблица 27.9 - Виды и уровни взрывозащиты

Виды взрывозащиты	Символ	Уровень взрыво-защиты	Взрыво-опасная зона по ПУЭ
Взрывонепроницаемая оболочка	Exd	0	Техническая
Кварцевое заполнение	Exq	1	В-1
Повышенная надежность против взрыва	Exe	1	В-1
Искробезопасность	Exia	0	Техническая
	Exib	1	В-1
	Exic	2	В-1а, В-1б, В-1г
Избыточное давление	Exp	1	В-1
Заливка компаудом	Exm	1	В-1
Заполнение маслом	Exo	1	В-1
Специальный	Exs	0	Техническая
		1	В-1
«n»	Exn	2	В-1а, В-1б, В-1г

При маркировки взрывозащищенных электрооборудований необходимо:

1) Установить класс взрывоопасных зон.

2) Выбрать уровень взрывозащиты электрооборудования.

3) Выбрать вид взрывозащиты электрооборудования.

4) Установить группу электрооборудования из категории взрывоопасной смеси.

5) Установить температурный класс электрооборудования из группы взрывоопасной смеси.

На рисунках 27. 1…27.3 показана расшифровка маркировки взрывозащиты, используемой в России и странах ЕС.

Рисунок 27.1 - Маркировка взрывозащиты, согласно директиве 94/9 ЕС(ATEX).

Рисунок 27.2 - Маркировка взрывозащиты, используемая в России

Рисунок 27.3 -Маркировка взрывозащиты, используемая странами CENELEC

Ход работы

1) Внимательно изучить инструкцию.

2) Выполнить задание согласно своему варианту.

3) Ответить на контрольные вопросы.

4) Сделать вывод о проделанной работе.

Задание для студентов

Что означает маркировка электрооборудования и где применяется данное оборудование. Данные взять из таблицы 27.9.

Таблица 27.9

№ варианта	Маркировка	№ варианта	Маркировка
1	В2 Т2 В	11	О3 Т5 И
2	В3 Т4 И	12	В1 Т3 В
3	В2 Т5 М В	13	В4 Т5 П
4	В4 Т5 Н	14	В4 Т5 П
5	В4 Т5 М В	15	В4 Т5 М
6	В3 Т4 М	16	В4 Т5 К
7	Н4 Т5 Н	17	2 Ехе II Т6
8	Н2 Т3 Н В	18	2 Ехеd IIв Т3
9	Н3 Т5 И	19	2 Ехi IIС Т6
10	Н4 Т5 П	20	2 Ехр II Т6

Контрольные вопросы:

1) На какие классы делятся взрывоопасные зоны, на основании какого нормативного документа?

2) Объясните, на каком принципе основана классификация взрывоопасных зон?

3) Как классифицируется электрооборудование по уровню и виду взрывозащиты?

4) По каким признакам классифицируются взрывоопасные смеси на категории и группы?

5) Как устанавливаются группы и температурные классы электрооборудования?

6) Назовите порядок маркировки взрывозащитного электрооборудования и приведите примеры.

Содержание отчета

1) Номер, тема и цель работы.

2) Выполнение задания.

3) Ответы на контрольные вопросы.

4) Выводы.

Литература

1) Правила устройства электроустановок. 7-е и 6-е издания [Текст]. – СПб.: Издательство ДЕАН, 2012. – 1168 с.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 28

Тема: Расчет мощности и выбор системы электропривода буровой лебедки.

Цель: Научиться производить расчет мощности буровой лебедки.

Студент должен знать:

- типы буровых установок их основные характеристики;

- электрооборудование и электропривод буровой лебёдки.

уметь:

- производить расчет мощности электропривода буровой лебедки;

- пользоваться справочной литературой.

Теоретическое обоснование

При определении оптимальной мощности привода лебедки следует исходить из следующих основных положений.

1) Подъем колонны максимального веса, на который рассчитан привод с тремя двигателями, должен быть обеспечен двумя двигателями на первой скорости. Следовательно, мощность одного двигателя силового привода

(28.1)

где Q - вес поднимаемой колонны, МН;

υ - скорость подъема колонны, м/с;

η - КПД установки;

Если установлены два двигателя, то подъем колонны максимального веса должен быть обеспечен одним двигателем.

2) Скорость подъема колонны на первой скорости принимаем равной 0,3… 0,5 м/с.

3) Число двигателей на приводе принимаем равным трем. Расчет мощности, необходимой для привода лебедки. Необходимая мощность (кВт) на крюке

(28.2)

где Q_мах - наибольший вес бурильной колонны, МН;

υ_к - минимальная скорость подъема, м/с.

Откуда мощность (кВт), необходимая на барабане лебедки

(28.3)

Номинальная мощность двигателей (кВт), необходимая для привода лебедки

(28.4)

где η_дл- КПД всей установки, или

(28.5)

где η = η_тсη_цη_крη_вхη_рη_в

η_тс = 0,87 – КПД талевой системы; η_ц = 0,96 × число передач - КПД цепных передач; η_р = 0,98 - КПД понизительного редуктора; η_кр = 0,95 × число передач – КПД клиноременной передачи; η_вх = 0,95 – КПД, учитывающий потери на выхлоп; η_в = 0,95 – КПД, учитывающий потери на вентилятор.

Минимальная скорость подъема крюка в соответствии с рекомендациями размерного ряда принимается равной 0,3…0,5 м/с. При такой скорости обеспечивается высокая эффективность спускоподъемных операций. Удельная мощность, развиваемая на крюке, должна выть в пределах 3,5…6 кВт на 10 кН веса бурильной колонны.

Т.о., в БУ мощность, необходимая для привода насосов, почти всегда больше мощности, потребляемой лебедкой. Поэтому если установка имеет общий привод, то его номинальная мощность должна определяться потребностью насосной группы.

При расчете установленной мощности привода в нашем случае необходимо учитывать также дополнительную мощность, которая при бурении затрачивается на проворот или подъем колонны на некоторую высоту (турбинное бурение), либо на вращение ротора (роторное бурение). Тогда общая мощность привода (кВт)

Р = Р_нас + Р_рот (28.6)

где Р_нас - номинальная мощность, необходимая для привода насосов, кВт;

Р_рот- мощность, необходимая для привода ротора при бурении скважин (принимается равной 200…500 кВт).

Ход работы

1) Изучить теоретическое обоснование.

2) Решить задачу согласно своему варианту, выполнив методические указания к её решению.

Задача 1

Определить необходимую мощность двигателей для скважины глубиной h м при весе 1 м бурильных труб Q, Н. к_з- коэффициент затяжки колонны, υ_к- скорость подъема труб, η - КПД установки, t - число двигателей, необходимых для подъема труб на первой скорости. Исходные данные в таблице 28.1.

Таблица 28.1 - Исходные данные для решения задачи.

вариант	h, м	Q, Н	к_з	υ_к, м/с	η	t
1	2000	160	1,4	0,2	0,7	1
2	2500	180	1,21	0,2	0,72	1
3	2800	200	1,22	0,3	0,74	2
4	3000	220	1,24	0,4	0,76	2
5	3300	240	1,25	0,6	0,78	2
6	3500	250	1,26	0,8	0,80	2
7	3800	260	1,3	0,9	0,82	2
8	4000	280	1,15	0,44	0,84	3
9	4200	300	1,2	0,34	0,86	3
10	4400	340	1,1	0,26	0,88	3

Методические указания к решению задачи.

1) Определяем необходимую мощность каждого двигателя

2) Считая, что для привода лебедки должны выть установлены 3 двигателя (один в резерве) определяем их суммарную мощность

Р_д.с = Р_д · 3

3) Для расчетов рекомендуется принимать на каждые 1000 м глубины бурения 200…300 кВт мощности привода подъемного механизма.

Контрольные вопросы

1) От каких параметров зависит мощность двигателя лебедки?

2) В каких пределах должна выть удельная мощность, развиваемая на крюке?

3) Какие вспомогательные операции осуществляются с помощью лебедки?

Содержание отчета

1) Напишите номер, тему и цель работы.

2) Запишите решение задач с пояснениями.

3) Запишите ответы.

4) Ответьте письменно на контрольные вопросы.

Литература

1) Правила устройства электроустановок. 7-е и 6-е издания [Текст]. – СПб.: Издательство ДЕАН, 2012. – 1168 с.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 29

Тема: Расчёт мощности и выбор системы электропривода буровых насосов.

Цель: Научиться рассчитывать мощность для привода буровых насосов.

Студент должен знать:

- типы буровых установок их основные характеристики;

- электрооборудование и электропривод буровых насосов.

уметь:

- производить расчет мощности электропривода буровых насосов;

- пользоваться справочной литературой.

Теоретическое обоснование

Способы бурения можно классифицировать по характеру воздействия на горные породы: механическое, термическое, физико-химическое, электроискровое и т. д.

В настоящее время широко применяют только механические способы. Механическое бурение осуществляется ударным, вращательным и ударно-вращательным и способами.

При бурении нефтяных и газовых скважин применяют вращательный способ бурения. При этом способе бурения скважина как бы высверливается непрерывно вращающимся долотом. Разбуренные частицы породы в процессе бурения выносятся на поверхность непрерывно циркулирующей струей промывочной жидкости или нагнетаемым в скважину воздухом или газом. В зависимости от местонахождения двигателя вращательное бурение разделяют на роторное - двигатель находится на поверхности и приводит во вращение долото на забое при помощи колонны бурильных труб и бурение с забойным двигателем (турбинное или при помощи электробура) - двигатель перенесен к забою скважины и устанавливается над долотом.

Процесс бурения состоит из следующих операций: спускоподъемных работ (опускание бурильных труб с долотом в скважину до забоя и подъем бурильных труб с отработанным долотом из скважины) и работы долота на забое (разрушение породы долотом). Эти операции периодически прерываются для спуска обсадных труб в скважину, чтобы предохранить стенки скважины от обвалов и разобщения нефтяных (газовых) и водяных горизонтов.

Схема буровой установки для осуществления вращательного способа бурения показана на рисунке 29.1.

Самая верхняя труба в колонне бурильных труб не круглая, а квадратная (она может быть также шестигранной или желобчатой). Она называется ведущей бурильной трубой. Ведущая труба проходит через отверстие круглого стола ротора и при бурении скважины по мере углубления забоя опускается вниз. Ротор помещается в центре буровой вышки. Бурильные трубы и ведущая труба внутри полые. Ведущая труба верхним концом соединяется с вертлюгом. Нижняя часть вертлюга, соединенная с ведущей трубой, может вращаться вместе с колонной бурильных труб, а его верхняя часть всегда неподвижна.

1 - долото; 2 - турбобур; 3 - бурильная труба; 4 - бурильный замок; 5 –лебедка; 6 - двигатели лебедки и ротора; 7 – вертлюг; 8 - талевый канат 9 -талевый блок; 10 - крюк; 11 - буровой шланг; 12 - ведущая труба; 13 – ротор; 14 – вышка; 15 – желоба; 16 – обвязка насоса; 17 – буровой насос; 18 - двигатель насоса; 19 –приемный резервуар

Рисунок 29.1 - Схема буровой установки для глубокого вращательного бурения

К отверстию (горловине) неподвижной части вертлюга присоединяется гибкий шланг, через который в процессе бурения закачивается в скважину промывочная жидкость при помощи буровых насосов. Последняя, пройдя квадратную ведущую трубу и всю колонну бурильных труб, попадает в долото и через отверстия в нем устремляется на забой скважины, (при бурении турбинным способом промывочная жидкость вначале поступает в турбобур, приводя его вал во вращение, а затем в долото).

Выходя из отверстий в долоте, жидкость промывает забой, подхватывает частицы разбуренной породы и вместе с ними через кольцевое пространство между стенками скважины и бурильными трубами поднимается вверх, где направляется в прием насосов, предварительно очищаясь на всем пути от частиц разбуренной породы.

К верхней неподвижной части вертлюга шарнирно прикреплен строп, при помощи которого вертлюг подвешивается на подъемном крюке, связанном с подвижным талевым блоком. На самом верху буровой вышки установлен кронблок, состоящий из нескольких роликов. Во время бурения колонна труб висит на крюке и опускается по мере углубления. Как только долото срабатывается, всю колонну труб поднимают на поверхность для его замены.

Процесс бурения скважины осуществляется при помощи буровой установки, которая представляет собой комплекс агрегатов, механизмов и сооружений, расположенных на поверхности.

В комплекс буровой установки входят: вышка для подвешивания талевой системы и размещения бурильных труб, оборудование для спуска и подъема инструмента, оборудование для промывочной жидкости, механизмы для автоматизации и механизации спускоподъемных операций, контрольно-измерительные приборы и вспомогательные устройства. В комплекс буровой установки входят также металлические основания, на которых монтируется и перевозится оборудование.

При выборе мощности привода буровой установки прежде всего следует определить мощность, необходимую для привода насоса, а затем мощность для привода лебедки и ротора с учетом технологически необходимых вариантов одновременной эксплуатации этих механизмов.

При роторном бурении оптимальная мощность насосов и их параметры определяются, исходя из количества жидкости Q, которое необходимо закачивать в скважину, для чего пользуются формулой

Q = 0,785 (D² - d²)υ (29.1)

Если принять диаметр скважины D = 0,250 м, диаметр бурильных труб d = 0,125 м, скорость бурового раствора υ = 1,0 м/с, то

Q = 0,785 (0,25² - 0,125²) × 1 = 0,037 м³/с = 37 л/с.

При ожидаемом давлении на выкиде насоса р = 22 МПа, к. п. д. насосного агрегата η =0,8 мощность двигателей, необходимая для привода насосов

Для закачки в скважину 37 л/с бурового раствора при давлении 22 МПа потребуется два насоса с приводной мощностью 500 кВт каждый. Такими насосами могут быть насосы типа У8-6 МА2.

На всех буровых установках, как правило, устанавливают два насоса. В отдельных случаях в зависимости от геологических условий и глубин скважин монтируют дополнительно один-два насоса с индивидуальным приводом.

Ход работы

1) Изучить теоретическое обоснование.

2) Решить задачу согласно своему варианту, выполнив методические указания к её решению.

3) Ответить на контрольные вопросы.

Задача

Определить мощность и тип двигателей, необходимую для привода буровых насосов. Данные принять по таблице 29.1.

Таблица 29.1 – Исходные данные к задаче

Вариант	D, мм	d, мм	υ, м/с	р, МПа
1	194	60	0,278	25
2	219	73	1,1	32
3	238	89	1,2	40
4	289	102	0,9	7,5
5	245	114	1,0	9,5
6	273	127	1,32	4,0
7	300	140	1,03	5,040
8	324	168	1,1	5,0
9	219	60,3	0,22	4,0
10	194	102	0,5	32

Контрольные вопросы

1) Для чего предназначен буровой насос.

2) Чем характеризуется оптимальный режим работы насосной установки?

3) Какие существуют способы режима постоянства мощности?

4) Какие существуют типы станций управления буровыми насосами?

Содержание отчета

1) Номер, тема и цель работы.

2) Решение задачи с пояснениями.

3) Ответы к решению задачи.

4) Ответы на контрольные вопросы.

Литература

1) Правила устройства электроустановок. 7-е и 6-е издания [Текст]. – СПб.: Издательство ДЕАН, 2012. – 1168 с.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 30

Тема: Расчёт мощности ПЭД. Выбор силового кабеля и трансформатора.

Цель: Подобрать расчётным путём, электрооборудование, для скважин, оснащённых ПЭД.

Студент должен знать:

- электрооборудование для скважин, оснащенных ПЭД, их основные характеристики;

уметь:

- производить расчет мощности погружных двигателей;

- выбирать марки ПЭД, кабеля и трансформаторы;

- пользоваться справочной литературой.

Теоретическое обоснование

При выборе электрического оборудования для безштанговой насосной установки в первую очередь определяют мощность погружного электродвигателя, которая должна соответствовать параметрам выбранного насоса.

Номинальная подача и напор, развиваемые насосом, должны соответствовать оптимальному дебиту скважины и полному напору необходимому для подъёма жидкости.

1) Полезная мощность двигателя (кВт), необходимая для работы насоса определяется по формуле:

(30.1)

где Q - дебит скважины в сутки, в т/сут;

Н - необходимый напор в м;

η_н- КПД насоса, определяется по рабочей характеристике;

ρ = 0,85 - относительная плотность.

(30.2)

где ∆Р_к - потери мощности в кабеле длинной 100 м, кВт;

L - общая длина кабеля от станции управления до двигателя, м.

2) Кабель выбирается по нагрузке (силе тока), пользуясь таблицей 2 (см. приложение А), в которой даётся характеристика применяемых при центробежных насосах круглых и плоских кабелей.

По длине насоса и протектора (6…12 м) выбирают плоский трехжильный кабель КРБП сечением на один размер меньше, чем сечение круглого кабеля. От сечения и длины кабеля зависят потери электроэнергии в нём и КПД установки. Эти потери мощности (кВт) в кабеле длиной 100 г определяются по формуле:

(30.3)

где I - рабочий ток в статоре электродвигателя, А;

R - сопротивление в кабеле, в Ом.

Сопротивление в кабеле длиной 100 м может быть определено по формуле:

(30.4)

где р_t- удельное сопротивление кабеля при температуре t_к в скважине,

Ом/мм ²·м;

q - сечение жилы кабеля, мм;

Удельное сопротивление равно:

(30.5)

где ρ = 0,0175 Ом/мм² · м - удельное сопротивление кабеля при t = 20⁰ С;

α = 0,004 - температурный коэффициент для медных жил;

t_к - температура в скважине, ⁰С.

3) Для поддержания необходимого напряжения на зажимах погружного двигателя при изменениях потерь напряжения в кабеле и других элементах питающей сети, а также для питания двигателей ПЭД с различными номинальными напряжениями при стандартных напряжениях промысловой сети применяются трансформаторы и автотрансформаторы. Зажимы низшего напряжения (первичные) присоединяются к промысловой сети, а вторичные – кабелю КРБК (КПБК).

Применяемые автотрансформаторы выполняются сухими, трехфазными с шестью выводами у каждой фазной обмотки на стороне вторичного напряжения. Силовые трансформаторы типов ТМП и ТМПН мощностью от 40 до 400 кВА выпускаются масляными трехфазными двухобмоточными. Разработаны и изготовлены специальные подстанции типа КТППН-82 мощностью 63 – 400 кВА для питания одиночных скважин и кустов скважин в условиях холодного климата с масляными трехобмоточными трансформаторами типа ТМТПН.

Для выбора трансформатора или автотрансформатора и определения величины напряжения в его вторичной обмотке необходимо найти падение напряжения в кабеле по формуле:

(30.6)

где r₀- активное удельное сопротивление в кабеле, Ом/км;

х₀ - индуктивное удельное сопротивление в кабеле, Ом/км;

(для кабелей КРБК 3×25 и КРБК 3×35 ≈ 0,1 Ом/км);

cosφ - коэффициент мощности установки;

sinφ - коэффициент реактивной мощности;

I - рабочий ток статора, А;

L - длина кабеля, км.

Активное удельное сопротивление кабеля определяется по формуле

(30.7)

Напряжение во вторичной обмотке трансформатора будет равно сумме напряжения электродвигателя и величины потерь напряжения в кабеле. В случае неполной загрузки, напряжение электродвигателя следует определить по кривым зависимости тока статора от напряжения и полезной мощности. По величине напряжения во вторичной обмотке выбирают автотрансформатор и определяют положение клемм (перемычек) с учётом подводимого к первичной обмотке напряжения сети. Если напряжение в сети отличается от номинального, действительное напряжение на зажим вторичной обмотки автотрансформатора U^/₂ определяется в зависимости.

(30.7)

где U_сети- действительное напряжение в сети, В;

U_н= 380 В - номинальное напряжение сети;

U₂ - напряжение во вторичной обмотке автотрансформатора, В.

Характеристика автотрансформаторов типа АТС, применяемых для погружных электродвигателей, дана в таблице 3 (Приложения А). Характеристика двухобмоточных трехфазных трансформаторов типа ТМП в таблице 4.

Ход работы

1) Решить задачу согласно своему варианту. Для чего необходимо произвести следующие расчеты.

2) Определить полезную мощность электродвигателя по формуле (3.1);

3) Предварительно выбрать электродвигатель по таблице 1 (Приложения А) и записать его технические характеристики.

4) Выбрать марку кабеля по таблице 2 (Приложения А) и выписать его техническую характеристику;

5) Определить удельное сопротивления кабеля при температуре в скважине t_кпо формуле (30.5);

6) Определить сопротивление в кабеле длиной 100 м по формуле (30.4);

7) Определить потери мощности в кабеле длиной 100 м по формуле (30.3);

8) Определить потребляемую мощность двигателя по формуле (30.2) и уточнить мощность и марку электродвигателя.

9) Определить величину падения напряжения в кабеле по формуле (31.6);

10) Выбрать автотрансформатор по таблице 3 (Приложения А). Напряжение на вторичной обмотке трансформатора будет равно сумме напряжений электродвигателя и величины потерь напряжения в кабеле. Записать положение клемм.

Задача

Подобрать расчетным путём электрооборудование для эксплуатации скважин ПЭД при условии использования погружных центробежных электронасосов. Исходные данные принять по таблице 30.1.

Таблица 30.1 – Исходные данные к задаче.

Варианты	Марка насоса	Производи-тельность, Q, м³/сут	Напор, Н, м	КПД, η_н, %	Температура в скважине	Длина кабеля, L,м
1	1ЭЦН6-100-900	100	865	48,0	40	760
2	ЭЦН6-100-1500	100	1480	48,5	55	800
3	1ЭЦН6-160-750	160	855	56,5	60	1100
4	1ЭЦННИ5-40-950	40	860	38,0	45	950
5	ЭЦННИ5-80-1550	80	1500	48,0	65	980
6	1ЭЦН6-250-800	250	785	62,0	70	1200
7	3ЭЦН6-350-650	350	620	64,0	62	960
8	1ЭЦН6-500-450	500	445	62,5	75	1050
9	1ЭЦН6-160-1100	160	1150	56,5	78	920
10	ЭЦН5-80-850	80	850	49,8	80	1300

Контрольные вопросы

1) Типы кабелей, применяемые для ПЭД.

2) Для чего предназначен автотрансформатор?

3) Каким образом выбирается автотрансформатор?

4) Как производиться электропитание установок ЭЦН?

Содержание отчета

1) Номер, тема и цель работы.

2) Решение задачи с пояснениями.

3) Ответы к решению задачи.

4) Ответы на контрольные вопросы.

Список литературы

1) Правила устройства электроустановок. 7-е и 6-е издания [Текст]. – СПб.: Издательство ДЕАН, 2012. – 1168 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Таблица 1 – Технические характеристики погружных электродвигателей.

Тип электродвигателя	Мощность Р_н, кВт	Напряжение U, В	Сила тока I, А	КПД η_дв, %	cosφ	Частота вращения в мин.
ПЭД-10-103	10	350	33,0	72,0	0,72	3000
ПЭД-17-119	17	400	43,0	73,5	0,78	3000
ПЭД-20-103	20	750	28,2	70,0	0,70	3000
ПЭД-28-103	28	850	33,0	73,0	0,73	3000
ПЭД-40-103	40	100	40,0	72,0	0,78	3000
ПЭД-35-123	35	165	70,0	76,0	0,82	3000
ПЭД-46-123	46	600	70,0	76,0	0,84	3000
ПЭД-10-123	10	520	18,0	70,0	0,70	3000
ПЭД-55-123	55	800	62,0	78,5	0,81	3000
ПЭД-75-123	75	975	70,5	78,8	0,81	3000
ПЭД-100-123	100	950	84,0	79,0	0,83	3000
ПЭД-125-138	125	2000	101,0	84,0	0,83	3000

Таблица 2 – Характеристика кабелей для погружных электродвигателей.

Марка кабеля	Число и сечение жил, мм²	Номинальные наружные размеры сечения кабеля, мм	Номинальное напряжение, В	Температура пластовой жидкости не более, ⁰С
КРБК	3×10	27,5	1100	+90
КРБК	3×16	29,3	1100	+90
КРБК	3×25	32,1	1100	+90
КРБК	3×35	34,7	1100	+90
КРБК	3×50	40,0	1100	+90
КРБП	3×10	12,2×29,4	1000	+90
КРБП	3×16	13,1×32,2	1000	+90
КРБП	3×25	14,2×35,6	1000	+90
КПБК	3×10	27,0	2300	+85
КПБК	3×16	29,6	2300	+85
КПБК	3×25	32,4	2300	+85
КПБК	3×35	34,8	2300	+85
КПБП	3×4	8,8×17,3	2300	+85
КПБП	3×6	9,5×118,4	2300	+85
КПБП	3×10	12,4×26,0	2300	+85
КПБП	3×16	13,6×29,3	2300	+85
КПБП	3×25	14,9×33,5	2300	+85

Таблица 3 – Характеристика автотрансформаторов типа АТС

Положение клемм	Тип электродвигателя
	ПЭД-10, ПЭД-17, ПЭД-20, ПЭД-28		ПЭД-28, ПЭД-35		ПЭД-46, ПЭД-55
	Тип автотрансформатора
	АТС 30/0,5	АТС 3-20	АТС 30/0,5	АТС 3-30	АТС 30/0,5	АТС 3-75
	Напряжение во вторичной обмотке, В
А₁В₁С₁	587	560	682	680	781	800
А₂В₂С₂	553	530	648	650	750	770
А₃В₃С₃	518	500	613	620	718	740
А₄В₄С₄	484	470	579	590	686	710
А₅В₅С₅	449	440	544	560	635	680
А₆В₆С₆	414	410	510	530	623	650

Таблица 4 – Данные двухобмоточных трехфазных масляных трансформаторов.

Марка трансформатора	Номинальная мощность, кВА	Напряжение х.х вторичной обмотки, В	Ступень регулирования	Потери х.х , кВт	Потери к.з. кВт	Ток х.х, % номинального
ТМП-40/463	40	370-495	31	0,190	0,88	3
ТМП-63/611	63	391-675	32	0,265	1,28	2,8
ТМП-63/856	63	657-1023	41	0,265	1,28	2,8
ТМП-100/736	100	475-736	27-32	0,365	1,97	2,6
ТМП-100/844	100	633-958	35-38	0,365	1,97	2,6
ТМП-100/1170	100	920-1170	63	0,365	1,97	2,6
ТМП-100/1610	100	1270-1610	85	0,365	1,97	2,6
ТМП-100/1980	100	1750-2210	115	0,365	1,97	2,6
ТМП-160/1007	160	756-1136	46	0,540	2,65	2,4

Список литературы

Основные источники:

3) Москаленко, В.В. Системы автоматизированного управления электропривода [Электронный ресурс]: учебник / В.В. Москаленко. - М.: ИНФРА-М, 2014. – 208 с. (ЭБС Znanium.com). Режим доступа:

http://znanium.com/bookread2.php?book=402711

4) Шеховцов, В.П. Электрическое и электромеханическое оборудование [Текст]: учеб./ В.П. Шеховцов – 3-е изд. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2014. – 416 с.

Дополнительные источники:

2) Правила устройства электроустановок. 7-е и 6-е издания [Текст]. – СПб.: Издательство ДЕАН, 2012. – 1168 с.

3) Шеховцов, В.П. Справочное пособие по электрооборудованию и электроснабжению [Электронный ресурс]: справочник /В.П. Шеховцов В.П. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2013. - 136 с. (ЭБС Znanium.com). Режим доступа:

http://znanium.com/bookread2.php?book=536570

Интернет-ресурсы:

1) http://www4.electromonter.info/ Режим доспупа http://www.edu.ru/modules.php?page_id=6&name=Web_Links&l_op=viewlinkinfo&lid=84831

Скачать материал

Скачать материал "Методические указания по практическим работам по МДК 01.03 Электрическое и электромеханическое оборудование"

Как учитель может зарабатывать на Инфоуроке?

Скачать материал

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

6 667 830 материалов в базе

Найти материалы

Скачать материал

Другие материалы

docx

Конспект "Дневник воспитателя ДОЛ"

23.11.2017
1296
0

docx

Сценарий открытия Учитель года

23.11.2017
292
0

pptx

Презентация к классному часу "Юбилей МОБУ МСОШ №2"

23.11.2017
491
0

pptx

Презентация по экономике "Разделение труда" (10 класс)

Рейтинг: 5 из 5

23.11.2017
1418
26

pptx

Презентация по экономике "Проблема выбора" (10 класс)

Рейтинг: 1 из 5

23.11.2017
3640
25

docx

Конспект занятия к неделе толерантности в начальной школе на тему: "Мы такие разные и все-таки мы - вместе!"

23.11.2017
666
2

docx

Использование новых технологии в системе обучения специалистов Банковского дела.

23.11.2017
713
3

docx

Инструкционно - технологическая карта на выполнение практической работы ПМ 01 ОРГАНИЗАЦИЯ СЛУЖБЫ ПОЖАРОТУШЕНИЯ И ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТ ПО ТУШЕНИЮ ПОЖАРОВ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ ПМ 04. Тема 01 «Пожарный»

23.11.2017
755
7

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

Скачать материал
- 23.11.2017 13379
- DOCX 3.8 мбайт
- 248 скачиваний
- Рейтинг: 4 из 5
- Оцените материал:
Настоящий материал опубликован пользователем Карпунина Людмила Николаевна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Удалить материал
Автор материала

Карпунина Людмила Николаевна
- На сайте: 7 лет и 3 месяца
- Подписчики: 0
- Всего просмотров: 46554
- Всего материалов: 6