2 Расчет и выбор электрооборудования цеха

2 Расчет и выбор электрооборудования цеха

Металлорежущие станки предназначены для механической обработки заготовок из металла режущими инструментами.

Целью металлорежущих станков является получение деталей заданной формы и размеров с требуемыми точностью и качеством обработанной поверхности. На станках обрабатывают заготовки не только из металла, но и из других материалов, поэтому термин «металлорежущий станок» является условным.

По виду выполняемых работ металлорежущие станки распределены по группам, каждая из которых подразделяется на типы, объединенные общими технологическими признаками и конструктивными особенностями.

Металлорежущие станки представляют собой целый класс оборудования, предназначенного для получения металлических заготовок: расточные станки, токарные станки, и др.

Для примера произведем расчет и выбор электрооборудования токарно-винторезного станка модели 16Д20.

Токарные станки предназначены для изготовления и обработки деталей, имеющих форму тел вращения. Применяются для обработки цилиндрических, конических, фасонных поверхностей, подрезки торцов, а также для сверления и развертывания отверстий, нарезания резьбы и других операций.

2.1 Выбор рода тока и величины напряжения для сети цеха

Для силовых электрических сетей промышленных предприятий в основ­ном применяется трехфазный переменный ток. Постоянный ток рекомен­дуется использовать в тех случаях, когда он необходим по условиям техно­логического процесса (зарядка аккумуляторных батарей, питание гальвани­ческих ванн и магнитных столов), а также для плавного регулирования часто­ты вращения

электродвигателей. Если необходимость применения постоянного тока не вызвана технико-экономическими расчетами, то для питания силового электрооборудования используется трехфазный переменный ток.

При выборе напряжения следует учитывать мощность, количество и распо­ложение электроприемников, возможность их совместного питания, а также технологические особенности производства.

При выборе напряжения для питания непосредственно электроприемни­ков необходимо обратить внимание на следующие положения:

1) Номинальными напряжениями, применяемыми на промышленных предприятиях для распределения электроэнергии являют­ся 10; 6; 0,66; 0,38; 0,22 кВ;

2) Применять на низшей ступени распределения электроэнергии напря­жение выше 1кВ рекомендуется только в случае, если установлено специальное электрооборудование, работающее при напряжении выше 1 кВ;

3) Если двигатели необходимой мощности изготавливаются на несколько напряжений, то вопрос выбора напряжения должен быть решен путем технико-экономического сравнения вариантов;

4) В случае, если применение напряжения выше 1 кВ не вызвано техниче­ской необходимостью, следует рассмотреть варианты использования напряже­ния 380 и 660 В. Применение более низких напряжений для питания силовых потребителей экономически не оправдано;

5) При выборе одного из двух рекомендуемых напряжений необходимо исходить из условия возможности совместного питания силовых и осветитель­ных электроприемников от общих трансформаторов;

6) С применением напряжения 660 В снижаются потери электроэнергии и расход цветных металлов, увеличивается радиус действия цеховых подстан­ций, повышается единичная мощность применяемых трансформаторов и в результате сокращается количество подстанций, упрощается схема электро­снабжения на высшей ступени распределения энергии. Недостатками напряже­ния 660 В являются невозможность совместного питания сети освещения и силовых электроприемников от общих трансформаторов, а также отсутствие электродвигателей небольшой мощности на напряжение 660 В, так как в на­стоящее время такие электродвигатели нашей промышленностью не выпуска­ются;

7) На предприятиях с преобладанием электроприемников малой мощности более выгодно использовать напряжение 380/220 В (если не доказана целесо­образность применения иного напряжения);

8) Напряжение сетей постоянного тока определяется напряжением питае­мых электроприемников, мощностью преобразовательных установок, уда­ленностью их от центра электрических нагрузок, а также условиями окружаю­щей среды.

Электронные цепи управления и сигнализации обязательно должны получать питание от трансформатора.

Для цепей управления переменного тока, питаемых от трансформатора, рекомендуются следующие величины напряжения: 1)24 или 48В, 50 и 60 Гц; 2) 110В, 50Гц или 115В, 60Гц; 3) 220В, 50Гц или 230В, 60 Гц.

Для цепей управления постоянного тока рекомендуется напряжение: 24, 48, 110, 220, 250В. Допускается применение других значений низкого напряжения электронных цепей и устройств, которые предназначены для таких напряжений. Замыкание на землю любой цепи управления не должно вызывать непредвиденного включения машины, опасных движений машины и препятствовать ее отключению.

Цепь управления должна быть разработана так, чтобы, если ограничение по времени истекло, то для включения цикла обе кнопки сначало должны быть отпущены, а потом снова нажаты.

Цепь сигнализации, которая не подключена к цепи управления, рекомендуется подключать к напряжению 24В переменного или постоянного тока. В этом случае применяются лампы на напряжение от 24В до 28В. Если используется индивидуальный трансформатор, то применяются лампы напряжение 6В или 24В. В этом случае цепь сигнализации может присоединяться к цепи управления.

Для местного освещения токарных станков запрещается применение люминесцентных ламп. Найбольшее применение получили лампы накаливания на напряжение 36В, подключаемые через понижающий трансформатор. Пользоваться местным освещением напряжением выше 36 В запрещается.

Для универсального токарно- винтрезного станка повышенной точности, модели 16Д20, найболее подходящими параметрами являются:

- питающая сеть: напряжение 380В, род тока- переменный, частота 50 Гц;

- цепь управления: напряжение 110В, род тока- переменный;

- местное освещение: напряжение 24 В.

2.2 Выбор электродвигателей по типу, мощности и условиям окружающей среды

Процесс обработки деталей на токарных станках происходит при определенных значениях величин, характеризующих режим резания. К таким величинам относятся: глубина резания t, подача S, скорость резания υ.

Назначаемая скорость резания зависит от свойств обрабатываемого материала, материала резца, вида обработки, условий охлаждения детали и резца.

Для выбора электродвигателя главного движения, принимаем режим резания – фасонное точение; обрабатываемая деталь – конструкционная легированная сталь марки 38ХН3МА; обрабатывающий инструмент – резец из твёрдой стали, материал режущей части резца Т15К6.

Расчет скорости резания:

Скорость резания при точении определяется по формуле

(2.2.1)

где – коэффициент, характеризующий свойства обрабатываемого материала. Принимаю по[1] =340;

Т – стойкость резца, мин Т=120мин по [2];

t – глубина резания, мм. По [2] для черновых работ принимаем t=1мм;

S – подача, мм/об. По [2]принимаем S=0,7мм/об;

m, x, y – показатели степени, зависящие от свойств обрабатываемого материала, материала резца и вида токарной обработки. Приведены в [1], m=0,2; x=0,15;y=0,45;

- общий поправочный коэффициент на скорость резания.

(2.2.2)

где – коэффициент, учитывающий влияние материала заготовки. По [1]принимаем 0,5;

– коэффициент, учитывающий состояние поверхностей. По [1]принимаем 0,8;

– коэффициент, учитывающий материал инструмента. По[1] принимаем =1.

0,4

м/мин

Расчет силы резания

При наружном продольном и поперёчном точении, растачивании, отрезании, сила определяется по формуле

(2.2.3)

где , x, y, n– коэффициент и показатели степени, зависящие от свойств обрабатываемого материала и вида токарной обработки. По [1]

принимаем = 300; x = 1; y = 0,75; n = 0,15;

- поправочный коэффициент, по [1] принимаем =0,825

Расчет мощности резания

Мощность резания при точении определяется по формуле

(2.2.4)

По [4], для привода главного движения выбираем электродвигатель серии АИР ближайшей стандартной мощности. Данные электродвигателя приведены в таблице 2.2.1.

Таблица 2.2.1 – Технические характеристики двигателя главного движения

Тип двигателя	,кВт	ή,%	cosφ					М	m,кг
АИР132М2			0,9		1,6	2,2	7,5	0,023

Расчет электродвигателя насоса охлаждения

Мощность двигателя насоса охлаждения определяется по формуле

(2.2.5)

где - плотность перекачиваемой жидкости. По [2] принимаем кг/ ;

- ускорение свободного падения. По [2] принимаем м/ ;

- производительность насоса. По [2] принимаем /с;

- потеря напора в трубопроводе. Принимаем ;

- КПД насоса. Принимаем ;

- КПД передач. Принимаем ;

- статический напор, определяемый как сумма высот всасывания и нагнетания . Принимаем ,

По [4], для насоса охлаждения выбираем электродвигатель серии АИР ближайшей стандартной мощности.

Данные электродвигателя приведены в таблице 2.2.2.

Таблица 2.2.2 – Технические характеристики двигателя насоса охлаждения

Тип двигателя	,кВт	ή,%	cosφ					М	n
4АА50В2У3	0,12		0,7			2,2		0,0012

Расчет электродвигателя ускоренного перемещения суппорта производим аналогично двигателю главного движения, и принимаем N= 0,69 кВт.

По[4], для привода ускоренного перемещения суппорта выбираем электродвигатель серии АИР ближайшей стандартной мощности. Данные электродвигателя приведены в таблице 2.2.3.

Таблица 2.2.3–Технические характеристики двигателя перемещения суппорта

Тип двигателя	,кВт	ή,%	cosφ					М	n
АИР71А2	0,75	78,5	0,83		2,1	2,2		0,00097

Аналогично производим расчет и выбор двигателей для других станков и сводим их данные в таблицу 2.2.4

Таблица 2.2.4 – Технические характеристики двигателей

№ ЭП двигателя	Наиме -нование	Тип двигателя	Мощ.дв. кВт	КПД %	cos φ	Крат.пуск. Iп/Iн
3,4	Вентиляция приточная	MTF211	7,5	87,5	0,86	7,5
5,6	Вентиляция вытяжная	МТКН411	18,5	90,5	0,89
7-10	Насосы	АИР180S2		90,5	0,89

Продолжение Таблицы 2.2.4

№ ЭП двигателя	Наиме -нование	Тип двигателя	Мощ.дв. кВт	КПД %	cos φ	Крат.пуск. Iп/Iн
11-15	Долбежные	АИР112М2 АИР90L6 АИР63В2	7,5 1,5 0,55	87,5	0,88 0,72 0,85	7,5
16-20	Токарно-винторезные	АИР132М2 АИР71А2 34АА50В2У3	0,75 0,12	78,5	0,9 0,83 0,7	7,5
21-25	Обдирочные	АИР132М2 АИР80А2 АИР56В2	1,5 0,25		0,9 0,85 0,78	7,5
26-31	Прессы	АИР180S4		90,5	0,87
32-38	Фрезерные	АИР112М2 АИР112МВ6 АИР63В2	7,5 4,0 0,55	87,5	0,88 0,81 0,85	7,5 2,2 5,5
41-45	Строгальные	АИР112М2 АИР63А4	7,5 0,25	87,5	0,88 0,67	7,5
	Кран мостовой	АИР180М2 АИР132М2 АИР112М2	7,5	91,5 87,5	0,9 0,9 0,88	7,5 7,5 7,5

2.3 Расчет и выбор аппаратуры управления и защиты электродвигателей

Аппараты защиты предназначены для защиты силовых цепей, цепей управления и сигнализации от недопустимых режимов работы – длительных перегрузок и токов короткого замыкания.

Коммутационные аппараты предназначены для включения и отключения электрических цепей, для соединения различных элементов электрических цепей.

Номинальный ток электродвигателя (ток нагрузки) I_ном, А определяется по формуле

I_ном = P_ном/√3∙U_ном∙cosα∙ (2.3.1)

где Р - номинальная мощность двигателя,кВт по таблице 2.2.4 ПЗ;

U - номинальное напряжение, В;

η – КПД при номинальной нагрузке по таблице 2.2.4 ПЗ;

cosφ – номинальный коэффициент мощности по таблице 2.2.4 ПЗ.

Номинальный ток I_ном, А для главного двигателя рассчитываем

I_ном = 12/√3∙0,38∙0,9∙0,88 = 23,07

Номинальный ток I_ном, А для двигателя ускоренного перемещения суппорта рассчитываем

I_ном = 0,75/√3∙0,38∙0,83∙0,785 = 1,74

Номинальный ток I_ном, А для насоса охлаждения рассчитываем

I_ном = 0,12/√3∙0,38∙0,7∙0,63 = 0,41

Выбор теплового реле осуществляется по условию

I_тер≥I_ном (2.3.2)

Для двигателя главного движения I_тер≥23,07 А

Для двигателя перемещения суппорта I_тер≥1,74 А

Для двигателя насоса охлаждения I_тер≥0,41 А

Выбираем магнитные пускатели по условию

I_{ном пускателя}≥ I_ном (2.3.3)

Согласно [5] выбираем магнитные пускатели и тепловые реле для двигателей, данные по выбору сводим в таблицу 2.3.1

Таблица 2.3.1 - Выбор магнитных пускателей и тепловых реле

Мощность двигателя, кВт	Тип магнитного пускателя	Iном, А	Тип реле	Диапазон регулирования I,А
5,5	ПМЛ 221002		ТРН-25	0,75….1,3
0,75	ПМЛ 121002		ТРН-10	0,75….1,3
0,25	ПМЛ 121002		ТРН-10	0,75….1,3

2.4 Расчет и выбор сечений проводников, питающих электродвигатели

Сечения жил проводов и кабелей напряжением до 1 кВ по нагреву определяются по [6] допустимых токов I_доп ,А составленным для нормальных условий прокладки, в зависимости от расчётных значений длительно допустимых токовых нагрузок из соотношения

I_дд ≥ I_ном / К_п, (2.4.1)

где Iр – расчётный ток проводника;

К_п – поправочный коэффициент на условия прокладки проводов и кабелей (при нормальных условиях прокладки К_п = 1) по[5].

Для цеховых электрических сетей, как правило, должны применяться провода и кабели с алюминиевыми жилами. При определении количества проводов, прокладываемых в одной трубе (или жил многожильного проводника), нулевой рабочий проводник, а также заземляющие и нулевые защитные проводники в расчёт не принимаются.

Произведем пример выбора сечения жил проводов

Расчет ведем для двигателя главного движения АИР132М2

Выбор осуществляем по условию (2.4.1)

25 23,07

Выбираем провод АПВ – 0,38 – 3 (1 2) с I_дд = 18 А

Произведем проверку провода на соответствие аппарату защиты

I_дд I_з· К_з / К_n (2.4.2)

где К_з - коэффициент защиты, для автоматических выключателей

принимаем К_з= 1;

I_з- ток срабатывания защитного аппарата, А;

К_n- поправочный коэффициент, принимаем К_n = 1.

I_дд 23,07∙1/1 = 23,07

Проводник выбран верно. Данные о выборе остальных проводов заносим в таблицу 2.4.1

Таблица 2.4.1- Выбор сечения проводников

Тип двигателя	Мощность двигателя, кВт	Сечение и марка провода	Номинальный ток, А	Iдд, А
АИР100L2		АПВ 4(1×2,25)	23,07
АИР71А2	0,75	АПВ 3(1×2)	1,74
АИР56В2	0,12	АПВ 3(1×2)	0,41

Дата добавления: 2015-08-29