Специальное задание. 
Расчет электроснабжения электрооборудования механического цеха

Назначение производственной машины, описание режима работы и требования к электрооборудованию Российское станкостроение — это крупная отрасль машиностроения. Она в состоянии полностью удовлетворить потребность всей нашей промышленности в шлифовальном оборудовании, и от уровня его развития зависит успех всей промышленности Российской Федерации.

Уже давно промышленная робототехника является одним из главных направлений автоматизации производственных процессов. Промышленные роботы, совместно с системами автоматического управления, являются базой для создания автоматических цехов и заводов.

Для шлифовального оборудования, выпускаемого в настоящее время, характерно быстрое расширение сферы применения числового программного управления с использованием микропроцессорной техники. Особое значение приобретает создание гибких производственных систем, благодаря неограниченным возможностям которых, без участия оператора, можно выполнять функции управления технологическими процессами, профилактической диагностики, самоподналадки для поддержания регламентированных параметров процесса обработки, управления приборами, транспортными и другими вспомогательными операциями, а так же осуществлять автоматизированное планирование и учет загрузки оборудования.

Внутришлифовальный станок для посадочных отверстий подшипников, высокой точности, модели 3485 ВЗЕ имеет упрощенную конструкцию, сравнительно небольшие размеры, и, в сравнении с аналогичными станками той же модификации, удобен в обслуживании, эксплуатации и ремонте.

В отличие от модернизированного станка модели 3485 ВЗЕ М, станок 3485 ВЗЕ имеет простую принципиальную схему, которая легка в управлении, и, без особых электрических усложнений, способна выполнять те же операции в рабочем процессе.

При всей простоте принципиальной схемы, станок обеспечивает высокое качество и точность обрабатываемых деталей, не уступающих по качеству более сложным станкам.

Защита станка выполнена по всем стандартам ГОСТа, и обеспечивает надежную и безопасную работу станка при коротких замыканиях и перегрузках.

Питание электрооборудования станка осуществляется от трехфазной сети переменного тока с напряжением 380 В и частотой 50Гц. Кнопки управления станком сосредоточены на пульте управления.

На станке установлены электродвигатели:

• 1. Ml — электродвигатель для привода шлифовального круга, модель 4A90L2У3, Рн = 3 кВт, ш = 2840 об/мин.
• 2. М2- электродвигатель для привода вращения изделия, модель 4А80В2УЗ, Рн = 2,2 кВт, ш = 2850 об/мин.
• 3. МЗэлектродвигатель гидронасоса, модель 4АА50В4УЗ, Рн = 0,09 кВт, n = 1370 об/мин.
• 4. М4- электродвигатель шлифовальной бабки, модель 4АА56А4УЗ, Рн = 0,12 кВт, n = 1375 об/мин.

Напряжение:

Силовых цепей, В…380.

Цепей управления, В…127.

Цепи местного освещения, В…36.

Общее количество электродвигателей на станке, шт…4.

Размеры станка:

Длина, мм…2000.

Ширина, мм…1000.

Высота, мм…1500.

Масса, кг…2000.

Основные требования к электроприводу.

Одним из основных вопросов для электрооборудования станков является выбор типа электропривода.

Основные требования к электроприводу:

• 1. Диапазон регулирования скорости.
• 2. Плавность регулирования в большом диапазоне.
• 3. Экономичность регулирования скорости за счет уменьшения пусковых и регулировочных реостатов.
• 4. Плавный переход регулирования скорости.
• 5. Высокий КПД.
• 6. Высокий cosц
• 7. Механическая характеристика электропривода должна быть жесткой, то есть обороты электродвигателя при изменении нагрузки должны меняться незначительно.
• 8. Период угловой скорости на валу двигателя при изменении нагрузки не должен превышать 5−10% от холостого хода до номинального.

Электропривод данного станка отвечает следующим требованиям: № 5, 6, 7, 8.

Расчет мощности и выбор типа электродвигателей.

1. Выбор мощности электродвигателя привода шлифовального круга. При шлифовании, мощность электродвигателя определяется по формуле:

Р= CnVr*tx*Sy*d; кВт, где:

Сn = 0,3 — коэффициент при нагружении шлифования;

V3 =30 м/мин — скорость шлифования;

t = 0,01 мм — глубина шлифования;

S = 0,5 м/мин — подача шлифовального круга;

d = 20 мм — диаметр шлифования;

r = 0,35.

x = 0,4 — значения коэффициентов.

У = 0,4.

Р = 0,3 •300'35 •0,01 м •0,5 м •20; Р = 2,4; кВт.

По справочнику Алиева «Электротехника и электрооборудование» выбираем электродвигатель типа 4A90L2Y3 для шлифовального круга мощностью 3 кВт с частотой вращения 2840 об/мин.

2. Выбор мощности электродвигателя гидронасоса определяется по формуле:

Р = к •j •Q •Н / зн •зп;

где: к = 1,1 — коэффициент запаса; J = 800 кг/мм2 — удельный вес жидкости; Q = 0,3 м2/м — производительность насоса; Н = 2 м — напор; зн = 0,5 — КПД центробежности насоса; зп= 1 — КПД передачи при непосредственном соединении насоса с электрооборудованием.

Р = 1,1−800−0,3−2 /0,5• 1 •10 = 0,01; кВт.

По справочнику И. И. Алиева «Электротехника и электрооборудование» выбираем электродвигатель типа 4АА50В4УЗ для гидронасоса мощностью 0,09 кВт с частотой вращения 1370 об/мин.

3. Выбор мощности электродвигателя вращения изделия. Мощность определяется по формуле:

Р= Cn * Vr* tx * Sy * d; кВт,

где:

Сn = 0,3 — коэффициент при нагружении шлифования;

V3 = 30 м/мин — скорость шлифования;

t = 0,008 мм — глубина шлифования;

S = 0,3 м/мин — подача шлифовального круга;

d = 25 мм — диаметр шлифования;

r = 0,35.

X = 0,4 — значения коэффициентов.

У = 0,4.

Р = 0,3 · 300'35 · 0,008 м · 0,30,4 · 25;

Р = 2,1; кВт.

По справочнику выбираем электродвигатель типа 4А80В2УЗ для шлифовального круга мощностью 2,2 кВт с частотой вращения 2850 об/мин.

Основные требования к электроприводу.

Одним из основных вопросов для электрооборудования станков является выбор типа электропривода.

Основные требования к электроприводу:

• 1. Диапазон регулирования скорости.
• 2. Плавность регулирования в большом диапазоне.
• 3. Экономичность регулирования скорости за счет уменьшения пусковых и регулировочных реостатов.
• 4. Плавный переход регулирования скорости.
• 5. Высокий КПД.
• 6. Высокий cosц
• 7. Механическая характеристика электропривода должна быть жесткой, то есть обороты электродвигателя при изменении нагрузки должны меняться незначительно.
• 8. Период угловой скорости на валу двигателя при изменении нагрузки не должен превышать 5−10% от холостого хода до номинального.

Электропривод данного станка отвечает следующим требованиям: № 5, 6, 7, 8.

Построение нагрузочных диаграмм и проверка двигателей по мощности В качестве электродвигателя главного привода берется электродвигатель привода шлифовального круга типа 4А90Ь2УЗ, Рн = 3 кВт, n = 2840 об/мин.

Техническая характеристика:

Таблица 11.

Все данные берутся из справочника Алиева «Электротехника и электрооборудование», стр. 100, табл. № 7.31.

1. Определение потери мощности в электродвигателе по формуле:

ДР = Рн· (1 — зн)/ зн; кВт, где:

Рн = 3 кВт — номинальная мощность электродвигателя; зн= 84,5 — КПД двигателя.

ДР = 3-(1 — 0,845)/ 0,845 = 0,55; кВт.

2. Определение номинального момента электродвигателя по формуле:

М= 9,55' Рн/ nн; Нм,.

где:

Рн = 3 кВт — номинальная мощность двигателя;

nн = 2840 об/ мин. — номинальные обороты двигателя.

M = 9,55· 3·103 / 2840 = 10;Нм.

3. Определяем угловую скорость вращения вала при номинальных оборотах:

щугл = р · n н /30.

т.к. n н в каталогах дается в об/ мин.,.

то ее необходимо пересчитать в об/ сек., тогда:

щугл = р · n н /30· 60; рад/сек, щугл = 180- 2840/ 30· 60; рад/сек, щугл 284; рад/сек.

4. Определение расчетной мощности электродвигателя:

Рр = Рн — ?Рн; кВт, где:

Рн = 3 кВт — номинальная мощность электродвигателя;

?Рн = 0,55 кВт — номинальные потери мощности в электродвигателе.

РР = 3−0,55−2,45 кВт.

5. Определение статического эквивалентного момента:

Мсэ = Рр/ Кз•щугл; Н · м, где: Кз = 1,1 — коэффициент запаса;

щугл =284 рад/сек. — угловая скорость вращения вала.

Мсэ =2,4- 103/ 1,1· 284 = 7,7 н· м.

6. Устойчивость электродвигателя определяется из соотношения:

Мн> Мсэ;

• 8,37> 7,7.
• 7. Для построения нагрузочных диаграмм, определяется динамический момент разгона и торможения двигателя:

Время разгона принимаем равным 2с. Время торможения принимаем равным 1 с.

8. Динамический момент разгона и торможения:

Мдин.р=j· щугл /tp = 35,3- 10 -4•250/2 =0,4 н· м.

Мдин.т = j•щугл / t т = 35,3- 10 -4−250/ 1 = - 0,8 н· м.

Диаграмма эквивалентного момента:

Мc = f (t).

Рисунок 11

Таблица 12.

Диаграмма угловой скорости:

щ = /(t).

Рисунок 12

Таблица 13.

Диаграмма динамического разгона и торможения:

Мдин = f (t).

Рисунок 13

Таблица 14.

Нагрузочная диаграмма электродвигателя:

M = f (t).

Рисунок 14

Таблица 15.

Краткое описание принципиальной схемы управления электродвигателями.

Схема питается от трехфазной сети переменного тока с напряжением 380 В и частотой 50Гц. Схема управления питается от понижающего трансформатора 380/127/36 В. Лампа местного освещения питается от 36 В того же трансформатора.

Защита силовой цепи осуществляется блоками плавких предохранителей FU1., цепи местного освещения — FU2., цепи управления — FU3. От перегрузки двигателей — тепловыми реле KK1 — KK4. Автоматом QF 1 станок отключается от питающей сети.

Для запуска станка включаем автоматический выключатель QF 1, при этом напряжение через блок плавких предохранителей FU 1 поступает на трансформатор ТU. 380/127/36 В. Загорается лампа местного освещения EL1 на 36 В, питаемая от этого трансформатора через блок предохранителей FU 2. Ключ управления SB1 переводим в положение «вкл.», напряжение подается на схему управления, загорается лампа HL1 на 127 В, сигнализируя о наличии напряжения в цепи.

При нажатии кнопки SB1 срабатывает блок — контакт KM1, шунтируя кнопку KM1, катушка магнитного пускателя обтекается током и срабатывают его контакты в силовой схеме, запуская двигатель шлифовального круга (Ml). Остановка двигателя осуществляется нажатием кнопки SA1 — она разрывает цепь управления двигателем, размыкая контакт KM1, вследствие чего катушка магнитного пускателя KM1 перестает обтекаться током и ее контакты в силовой цепи разрываются, после чего двигатель начинает останавливаться.

Аналогичным образом осуществляется пуск и торможение двигателей вращения изделия (М2) и гидронасоса (МЗ).

Двигатель шлифовальной бабки (М4) может быть запущен как прямо, так и реверсивно. Для прямого пуска двигателя необходимо нажать кнопку SB3, вследствие чего замкнется блокконтакт KM1, шунтируя кнопку SB3 и делая невозможным обратный пуск. Катушка магнитного пускателя KM3 обтекается током и замыкает свои контакты KK3 в силовой схеме. Двигатель вращается «вперед». Для реверсивного пуска двигателя необходимо сперва остановить его, нажав кнопку SA5, в результате чего контакт KK1 разомкнётся, обесточив катушку магнитного пускателя KK1, и контакты KM4 разомкнутся. Нажимаем кнопку SB5, замыкается блок — контакт KK2, срабатывает катушка магнитного пускателя KK2, замыкая свои контакты KM5 в силовой схеме. Двигатель вращается «назад». Остановка двигателя осуществляется кнопкой SA6.

Для отключения станка необходимо нажать кнопку отключения «откл.», после чего все двигатели остановятся, затем, ключ управления SВ1 переводим в положение «откл.», лампа HL1 погаснет, сигнализируя о том, что цепь управления не под напряжением. После чего автоматом QF1 отключаем станок от источника питания.

Расчет и выбор пускорегулирующей аппаратуры.

— Расчет мощности понижающего трансформатора и его выбор.

Исходные данные:

U 1 = 380 Внапряжение сети.

U 2 = 127 В — напряжение вторичной обмотки цепи управления;

U 3 = 36 В — напряжение вторичной обмотки цепи местного освещения;

I 2 = 2,5 А — ток нагрузки вторичной обмотки U2.

I 3 = 1,5 А — ток нагрузки вторичной обмотки U 3.

• 1. Определение мощности, потребляемой вторичными обмотками:
  • S = УUф *Iф; В*А,
  • S = 127*2,5+ 36*1,5 = 371,5; В-А
• 2. Определение мощности первичной обмотки трансформатора:

S1 =S2 / зт ;В*А, где 0,85 — КПД трансформатора;

S1 = 371,5/0,85 = 437; В*А.

3. Определение поперечного сечения сердечника трансформатора по формуле:

Qс= k (Si/f); cм2,.

где:

к = 8 — постоянный коэффициент для воздушных трансформаторов;

f = 50 Гц — частота питающей сети;

Qс = 8V (437/50) = 23,6; см2.

4. С учетом изоляции сердечника увеличиваем сечение сердечника на 10%.

Qс = k· Qc; см2,.

Qс = 1,1.23,6 = 25,9; см2.

Выбираем стандартное сечение сердечника 26 см².

5. Определение тока первичной обмотки трансформатора:

I1 = S1/ U1= 437/ 380 = 1,2 А.

6. Определение сечения проводников первичной и вторичной обмотки по плотности тока. Плотность тока у медных проводов принимается: а = 3,5; А/мм2.

S1 =I1/у =1,2/3,5 = 0,34; мм2.

S2 = I2/у= 2,5/ 3,5 = 0,71; мм2.

S3 = I3/ у = 1,5/ 3,5 = 0,43; мм2.

По справочнику Алиева «Электротехника и электрооборудование» для первичной и вторичной обмотки трансформатора выбираем провод марки ПЭВ — 1 диаметром:

d1 = 0,44; мм.

d2 = 0,72; мм.

d 3 = 0,75; мм.

7. Определение числа витков первичной и вторичной обмоток при магнитной индукции В = 1,3 Тл.

щ 1 = U 1 • 104/222•В•Qc;

щ 1 = 380• 104/222- 1,3−23,6;

щ 1 = 558; витков.

щ2= щ 1•U2/U1=558- 127/380= 186; витков.

щ 3 = юг Us/ Ui = 558- 36/ 380 = 52; витка.

8. С учетом компенсации падения напряжения в трансформаторе при нагрузке, количество витков увеличивается на 10%:

щ 2= 1,1•щ 1= 1,1• 186 = 205; витков.

щ 3= 1,1• щ 3= 1,1• 52 = 57; витков.

9. Определение площади окна, занимаемой первичной и вторичной обмотками:

Q 3 = Q1+ Q2+ Q3 = щ1 • d1+ щ2• d2+ щ3• d3; мм2.

Q3 = 558- 0,44+ 205- 0,72+ 57- 0,75 = 435,8;мм2.

10. Определение площади окна трансформатора, используя приложение ПЗ, табл. № ПЗ — 1, стр. 311−313.

Qт = Н· В; мм2,.

где Н = 20 — высота окна;

В = 25 — ширина окна;

Qт = 20- 25 = 500; мм2.

11. Определение коэффициента заполнения окна.

Кз= Q3/Qт = 435,8/ 500 = 0,87.

С учетом увеличения изоляции между обмотками на 10%, принимаем коэффициент заполнения:

К3= 1,1- 0,87 = 0,96.

На основании этого по справочнику Алиева выбираем трансформатор типа ОСМ — 0,40 на 0,4 кВ-А с обмотками напряжением 380/127/36 В.

Выбор пускорегулирующей аппаратуры производится по минимальным токам, напряжениям и мощностям.

1. Определение номинального тока электродвигателей и понижающего трансформатора.

Iн1 = Рн- 103/3- Uн• cosц; А.

Ml — электродвигатель для привода шлифовального круга, модель 4A90L23,.

Рн = 3 кВт, cosц = 0,88, Uн = 380 В.

Iн1 = 3- 103/1,73•380• 0,88 = 5,2; А.

М2- электродвигатель для привода вращения изделия, модель 4А80В2УЗ, Pн = 2,2 кВт, cosц> = 0,87, Uн = 380 В.

Iн1 = 2,2- 103/1,73• 380•0,87 = 3,8; А.

МЗэлектродвигатель гидронасоса, модель 4АА50В4УЗ, Рн = 0,09 кВт, cosц = 0,6, Uн = 380 В.

Iн1= 0,09- 10 3 /1,73- 380- 0,6 = 0,22; А.

М4- электродвигатель шлифовальной бабки, модель 4АА56А4УЗ, Рн — 0,12 кВт, cosц = 0,66, Uн = 380 В.

Iн1 = 0,12•103/1,73• 380• 0,66 = 0,27; А.

Тр. — Трансформатор понижающий ОСМ — 0,40 Рн = 0,4 кВт, cosц = 0,85, Uн = 380 В.

Iн.т= 0,4- 103/1,73- 380- 0,85 = 0,72; А.

2. Выбор вводного автомата.

Выбор вводного автомата производится по номинальному току и кратковременной токовой нагрузке по формуле:

УIн = Iн1+Iн2+ Iн3+Iн4 + Iн. т =5,2 + 3,8+ 0,22+ 0,27+ 0,72; А

УIн = 10,21; А.

Iктн — k· УIн; А, где к = 6,5 — кратность пускового тока к номинальному (Iп / Iн);

Iктн = 6,5• 10,21 = 38,8; А.

По справочнику Алиева «Электротехника и электрооборудование» (стр. 142, табл. № 9.3.1.) выбираем автомат серии АЕ 2443;

• 1н >1ктн;
• 40А>38,8А.
• 3. Выбор предохранителей.

Выбор плавких вставок предохранителей производится по формуле:

Iпл.вст — к · Iн/ 2,5; А, где к = 6,5 — кратность пускового тока к номинальному; 1н — номинальный ток;

Предохранитель цепи силовой (Шр.).

Iпл.вст= 6,5- (5,2+ 3,8+ 0,22+ 0,27+ 0,72)/ 2,5 = 26,5; А.

Выбираем стандартный ток плавкой вставки: 1ст.пл.вст > 1пл. вст;

35 А > 26,5 А.

По справочнику Алиева выбираем 3 предохранителя типа ПР-2−60 с плавкой вставкой на 35 А.

Предохранитель цепи местного освещения (2Пр.).

Iпл.вст= 6,5- 1,5/ 2,5 = 3,9; А.

Выбираем стандартный ток плавкой вставки: 1ст.пл.вст > Iiui. вст;

6 А>3,9 А.

По справочнику Алиева выбираем 2 предохранителя типа ПР-2−15 с плавкой вставкой на 6 А.

Предохранитель цепи управления (3 Пр.).

Iiui.вст = 6,5Ч 2,5/ 2,5 = 6,5; А.

Выбираем стандартный ток плавкой вставки:

I.iut.bct > Iiui. bct;

10 А > 6,5 А.

По справочнику Алиева выбираем 2 предохранителя типа ПР-2−15 с плавкой вставкой на 10 А.

4. Выбор магнитных пускателей.

Выбор магнитных пускателей производится по мощности электродвигателей и подключенной к ним ном нагрузке, току.

Магнитный пускатель для электродвигателя привода шлифовального круга (Р1).

Iн1 = 5,2 А. По справочнику Алиева «электротехника и электрооборудование» (стр. 144, табл. № 9.2.3) выбираем магнитный пускатель с катушкой на 127 В типа ПМЕ — 114;

Iн>Li;

6 А > 5,2 А.

Магнитный пускатель для электродвигателя привода вращения изделия (Р2).

Iн1 = 3,8 А. По справочнику Алиева «электротехника и электрооборудование» (стр. 144, табл. № 9.2.3) выбираем магнитный пускатель с катушкой на 127 В типа ПМЕ — 114;

Iн>Iн1;

6А>3,8А.

Магнитный пускатель для электродвигателя гидронасоса (РЗ).

Iн1 = 0,22 А. По справочнику И. И. Алиева «электротехника и электрооборудование» (стр. 144, табл. № 9.2.3) выбираем магнитный пускатель с катушкой на 127 В типа ПМЕ — 001;

Iн>IнЙ;

• 1,5 А > 0,22 А.
• 4. Выбор магнитных пускателей.

Выбор магнитных пускателей производится по мощности электродвигателей и подключенной к ним ном нагрузке, току.

Магнитный пускатель для электродвигателя привода шлифовального круга (Р1).

Iн1 = 5,2 А. По справочнику И. И. Алиева «электротехника и электрооборудование» (стр. 144, табл. № 9.2.3) выбираем магнитный пускатель с катушкой на 127 В типа ПМЕ — 114;

Iн>Iн1;

6 А > 5,2 А.

Магнитный пускатель для электродвигателя привода вращения изделия (Р2).

Iн1 = 3,8 А. По справочнику Алиева «электротехника и электрооборудование» (стр. 144, табл. № 9.2.3) выбираем магнитный пускатель с катушкой на 127 В типа ПМЕ — 114;

Iн>Iн1;

6А>3,8А.

Магнитный пускатель для электродвигателя гидронасоса (РЗ).

Iн1 = 0,22 А. По справочнику И. И. Алиева «электротехника и электрооборудование» (стр. 144, табл. № 9.2.3) выбираем магнитный пускатель с катушкой на 127 В типа ПМЕ — 001;

Iн>Iн1;

1,5 А > 0,22 А.

Магнитный пускатель для электродвигателя привода шлифовальной бабки (Р4−1,Р4−2).

Iн1 — 0,27 А. По справочнику И. И. Алиева «электротехника и электрооборудование» (стр. 144, табл. № 9.2.3) выбираем 2 магнитных пускателя с катушкой на 127 В типа ПМЕ — 003;

Iн>Iн1;

1,5 А > 0,27 А.

Выбор тепловых реле.

выбор тепловых реле производится с учетом перегрузки электродвигателя на 10% выше Iн по формуле:

I т.р. = 1,1· Iн; А, где I н — номинальный ток двигателя;

Тепловое реле для электродвигателя привода шлифовального круга (РТ1).

Iт.р. = 1,1· Iн1; А,.

Iт.р. = 1,1•5,2 = 5,72; А.

Выбираем тепловое реле типа РТИ-25 с нагревательным элементом на 6 А

Тепловое реле для электродвигателя привода вращения изделия (РТ2).

I т .р. = 1,1•Iн1; А,.

I т .р.= 1,1•3,8 = 4,18; А.

Выбираем тепловое реле типа РТИ-25 с нагревательным элементом на 5 А.

Тепловое реле для электродвигателя гидронасоса (РТЗ).

I т .р= 1,1· Iн; А,.

Iт.р= 1,1• 0,22 = 0,24; А.

Выбираем тепловое реле типа РТИ-25 с нагревательным элементом на 1 А.

Тепловое реле для электродвигателя привода шлифовальной бабки (РТ4).

Iт.р = 1,1· Iн1; А,.

Iт.р= 1,1•0,27 = 0,29; А.

Выбираем тепловое реле типа РТИ-25 с нагревательным элементом на I А.

Модернизация электрооборудования.

С целью повышения надежности и долговечности работы станка, старое оборудование необходимо заменить новым. Вопрос повышения производительности станка зависит от внедрения электрооборудования с улучшенными техническими характеристиками, более высокого по надежности и долговечности. Также замена электрооборудования на новое выгодна по причине прекращения выпуска устаревших комплектующих и деталей. Замену электрооборудования нужно проводить по техническим характеристикам. Выбор производим по справочнику Алиева «Электротехника и электрооборудование»:

Таблица 16.