Разработка принципиальной схемы управления.

Работа схемы.

Исходное состояние, поданы все виды питания (замкнуты пакетные выключатели питания станка, пуска насоса охлаждения и включение освещения). Цепи управления и освещения получают питание от трансформатора (T). Деталь закреплена и готова для обработки.

Включение в работу: Нажимается кнопка пуска (SB2.), в результате запитывается током катушка контактора двигателя шпинделя (KM), следовательно запитывается его силовой контакт (KM), также кнопка пуска шунтируется дополнительным контактом (KM), в следствии чего можно не держать кнопку пуска в нажатом положении. Подключается к сети двигатель шпинделя (М) и пускается, становится на самопитание через контакт (KM). Одновременно с этим через дополнительный замыкающий контакт запитываются герсиконовые магнитные пускатели КМ3 и КМ2. Герсиконовые контакторы запитываются и включают свои силовые контакты, котороые в свою очередь включают в работу двигатели станции смазки (М2) и системы охлаждения (М3). Управление главным приводом двигателя (М) осуществляется с помощью СИФУ. Замкнутая схема «тиристорный регулятор напряжения – асинхронный двигатель» с использованием обратной связи по его скорости. Силовую часть ТРН образуют три пары встречно-параллельно соединенных тиристоров VS1-VS6. Управляющие электроды тиристоров подсоединены к выходам СИФУ ТРН, которая распределяет управляющие импульсы на все тиристоры и осуществляет их сдвиг в зависимости от входного сигнала управления (U_У). К валу двигателя для реализации обратной связи по скорости подсоединен тахогенератор (PF). Его ЭДС сравнивается с задающим напряжением скорости, снимаемым с задающего потенциометра ZP, причем эти напряжения действуют навстречу друг другу, а их разность образует сигнал управления U_У, который поступает на вход СИФУ. При увеличении этого сигнала угол управления тиристорами уменьшается, подаваемое на двигатель напряжение увеличивается, и наоборот. Важно отметить, что при снижении скорости двигателя в цепи ротора увеличиваются потери мощности (потери скольжения), которые вызывают дополнительный нагрев двигателя, снижая экономичность работы электропривода.

Перед обработкой детали пускается двигатель шпинделя при помощи кнопки пуска (SB2). Включение шпинделя производится фрикционной муфтой с помощью рукоятки. Управление быстрым перемещением суппорта от рукоятки; замыкается рукоятка контактного выключателя быстрого перемещения (SB2), следовательно пускается двигатель быстрого перемещения суппорта (М1).

Двигатель быстрого перемещения суппорта остановится при повороте рукоятки, расположенной на фартуке станка, в положение 2.

Остановка двигателя осуществляется нажатием кнопки SB, вследствии чего электропитания лишаются все магнитные пускатели и катушки.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

270843.КП.Д-6-Э.000.ПЗ

2.3 Расчет внутренних силовых цепей и выбор ПЗА .

Выбор вводного автоматического выключателя производим по условию [1]:

I_{НОМ. Р .}<I _ДЛ (2.1)

где I_{НОМ. Р .} - номинальный ток теплового расцепителя автоматического выключателя, (А);

I _ДЛ - длительный ток нагрузки цепи, (А);

Для вводного автоматического выключателя QF1 [1]:

I_ДЛ = I_НОМ.Д. + I _{1НОМ.ТР.}(2.2)

где I _НОМ.Д. - сумма номинальных токов электродвигателей, (А);

I _{1НОМ.ТР.}- номинальный ток первичной обмотки понижающего трансформатора (T).

I_НОМ.Д.= I_НОМ.М1. + I_НОМ.М1 + I_НОМ.М1 + I_НОМ.М1, (2.3)

I _1НОМ.ТР= S_НОМ.ТР. + U_{НОМ.1ТР.}(2.4)

I _НОМ.Д =11,3+0,9+0,4+0,4=13,0 (А)

I _1НОМ.ТР =160/380=0,42 (А)

По формуле получим:

I _ДЛ.=13,0+0,42=13,42 (А)

По условию (1) имеем:

I _НОМ.Р = 13,42 (А)_.

Выбираем автоматический выключатель QF2 марки ВА 5131 с I _НОМ.В =100 А; I _НОМ.Р =16 А; К_Т.О.=10.

Поскольку автоматический выключатель имеет комбинированный расцепитель, то проверим выбранный выключатель на возможное срабатывание электромагнитногорасцепителя по условию [1]:

I _СР.Э.Р. = 1,25 •I _КР (2.5)

где I _СР.Э.Р.– ток срабатывания электромагнитного расцепителя выключателя, (А);

I _КР - наибольший возможный кратковременный ток в защищаемой цепи, (А).

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

270843.КП.Д-6-Э.000.ПЗ

Для автоматических выключателей серии ВА ток срабатывания электромагнитного расцепителя можно определить по формуле:

I_СР.Э.Р.= 10 • I_НОМ.Р.

I _СР.Э.Р.= 10 •16 =160,0 (А)

В нашем случае наибольший кратковременный ток в защищаемой цепи определяется как сумма пускового тока двигателя М и номинальных токов двигателей М1, М2 и М3 плюс номинальный ток первичной обмотки трансформатора:

I _КР = 79,1 + 0,9 + 0,4 + 0,4 + 0,42 = 81,22 (А)

Мы получили

1,25 • 81,22=101,5 (А)

Условие соблюдается, значит, автоматический выключатель выбран верно. Окончательно выбираем автоматический выключатель QF1 марки ВА 5131 с I _НОМ.В =100 (А), I _НОМ.Р. = 15 (А), К_Т.О. = 10.

Для защиты питающей линии выбираем автоматический выключатель, устанавливаемый в распределительном устройстве, по селективности на одну ступень выше, чем вводной выключатель.

Выбор оставшихся выключателей аналогичен. Данные выбора выключателей сводим в таблицу 2.

Таблица 2

Позиционное обозначение	Марка выключателя	I НОМ.Р. (А)	I ДЛ. (А)	I КР (А)
QF1	ВА5131	20,0	13,42	81,22
QF2	ВА5131	16,0	13,42	81,22
QF3	ВА5131	2,0	1,70	3,10

Тепловые реле для защиты электродвигателей от перегрузок выбираем по условиям [7]:

I_НОМ.ТР = I_ном. ; (2.6)

I_{НОМ.Т.Э.Р.} = I_ном, (2.7)

где I _НОМ.ТР. - номинальный ток теплового реле, (А);

I _{НОМ.Т.Э.Р.} - номинальный ток теплового элемента реле, (А).

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

270843.КП.Д-6-Э.000.ПЗ

Произведем выбор теплового реле КК1 для защиты от перегрузок двигателя главного движения М1.

I _НОМ.ТР.=_. 11,3 (А)

I _{НОМ.Т.Э.Р.} = 11,3 (А)

Выбираем тепловое реле КК1 марки РТЛ 101604 с I _НОМ.ТР. = 25 (А), I _{НОМ.Т.Э.Р.} = 12 (А), и с пределами регулирования тока несрабатывания 9,514 (А).

Выбор остальных тепловых реле аналогичен. Данные заносим в таблицу 3.

Таблица 3

Позиционное обозначение	Марка реле	I НОМ.ТР. (А)	IНОМ.Т.Э.Р. (А)	Пределы регулирования тока несрабатывания, (А)	I ном, (А)
КК1	РТЛ 101604	25	12,00	9,5014,00	11,3
КК2	РТЛ 100404	25	0,52	0,380,65	0,4
КК3	РТЛ 100404	25	0,52	0,380,65	0,4

Выбор плавких предохранителей производим по условию [7]:

I_ВСТ< I_{НОМ.З.Ц.}(2.8)

где I _ВСТ - номинальный ток плавкой вставки, (A);

I_НОМ.З.Ц - номинальный ток защищаемой цепи, (А).

Произведем выбор предохранителя FU1 в цепи местного освещения.

В данном случае I _{НОМ.Э.Ц.} = I _Л.М.О.

I _ВСТ = 1,04 А

Выбираем плавкий предохранитель FU1 марки ПРС6П с I=6 А, I=2 A.

Выбор остальных предохранителей аналогичен. Данные заносим в табл.4.

Таблица 4

Позиционное обозначение	Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 270843.КП.Д-6-Э.000.ПЗ Марка предохранителя	I ВСТ (А)	I НОМ.З.Ц. (А)
FU1	ПРС6П	2,0	1,04
FU2	ПРС6П	4,0	3,35
FU3	ПРС6П	4,0	3,35

Выбор сечения проводов питающей линии производим по условиям [7]:

I _ДОП = I _ДЛ / К _ПОПР (2.9)

I _ДОП = К _ЗАЩ •I _{НОМР.РУ} / К _ПОПР (2.10)

где I_ДОП - длительно допустимый ток проводника стандартного сечения при нормальных условиях прокладки, (А);

К_ПОПР - поправочный коэффициент на фактическую температуру окружающей среды, о.е.;

К _ЗАЩ - коэффициент защитной аппаратуры, о.е.;

I_{НОМР.РУ} - номинальный ток расцепителя автоматического выключателя, установленного в РУ, (А).

Определяем К_ПОПР = 1, находим К _ЗАЩ = 1.

I _доп. = 13,42/ 1=13,42 (А)

I _доп. = 1 • 20/ 1=20 (А)

Выбираем питающий провод марки АПВ 3 •2,5 с I = 22 А, с сечением токопроводящей жилы 2,5 мм.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

270843.КП.Д-6-Э.000.ПЗ

2.4 Выбор элементов схемы и контрольно-измерительной аппаратуры.

Выбор силовых тиристоров производим по следующим условиям [1]:

- по току тиристора:

I_НОМ.Т = (0,5•I_MAX.КР )/( 2 К_О •К_О •К •К_Ф) (2.11)

- по обратному напряжению тиристора [1]:

U_{ОБР.НОМ.Т.} = 1,1• 2 •U_с, (2.12)

где I_НОМ.Т– номинальный ток тиристора, (А);

I_MAX.КР - максимальный возможный ток через тиристор, (А);

К_о– коэффициент учитывающий условия охлаждения,

К_о = 0,5;

К_о- коэффициент учитывающий загрузку тиристора в зависимости от температуры окружающей среды,

К_о =1;

К- коэффициент учитывающий угол проводимости Тиристора К= 1;

К_Ф - коэффициент учитывающий форму тиристора,

К_Ф = 1,1;

U_{ОБР.НОМ.Т} – обратное номинальное напряжение тиристора, (В);

Произведем выбор тиристоров VS1-VS6 в цепи питания двигателя главного движения М1.

Максимальный кратковременный ток через тиристор в нашем случае принимаем равным пусковому току двигателя М1.

I_НОМ.Т. = (0,5 • 79,1 )/( 2 • 0,5 •11• 1,1) = 35,9 А

U_{ОБР.НОМ.Т.} = 1,1• 2 • 380 = 591,1 (В)

Так как в схеме не предусмотрена защита от перенапряжений с помощью RC цепочек, то выбираем тиристоры по напряжению на два класса выше, чем получилось по расчету.

Выбираем по справочнику (4) тиристоры VS1-VS6 класса Т122206 с I_НОМ.Т= 40 (А); U_{ОБР.НОМ.Т} = 800 (В);

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

270843.КП.Д-6-Э.000.ПЗ

I_упр.т = 0,18 (А); U_УПР.Т. = 4 (В).

Выбор герсиконовых контакторов производим по условиям [1]:

U_НОМ.К.К = U_Ц.У. (2.13)

I_{НОМ.КОН}<I_ДЛ.К.Ц. (2.14)

где U _НОМ.К.К - номинальное напряжение катушки контактора, (В);

U_Ц.У. - напряжение цепи управления, (В);

I _{НОМ.КОН.} - номинальный ток контактов контактора, (А);

I _ДЛ.К.Ц.- длительный ток коммутируемой цепи, (А).

Произведем выбор герсиконового контактора КМ1. В данном случае I_ДЛ.К.Ц. будет равен номинальному току двигателя М2.

U _НОМ.К.К = 24 (В)

I _{НОМ.КОН} = 0,9 (А)

Выбираем по справочнику (4) герсиконовый контактор КМ1 марки КМГ18193000У.2.04 с U_ном.к.к=24 (B), I_{НОМ.КОН.} = 6,3 (A), P_ПОТР = 4 (Вт).

Выбор оставшихся герсиконовых контакторов аналогичен, данные выбора заносим в табл. 4.

Таблица 4

Обозначение	Марка контактора	UЦ.У. (В)	IДЛ.К.Ц. (А)	UНОМ.К.К. (В)	I НОМ.КОН (А)	PПОТР. (Вт)
КМ1	КМГ18193000У.2.04	24	0,9	24	6,3	4
КМ2	КМГ18193000У.2.04	24	0,4	24	6,3	4
КМ3	КМГ18193000У.2.04	24	0,4	24	6,3	4

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

270843.КП.Д-6-Э.000.ПЗ

Выбор лампы местного освещения производится по следующим условиям [3]:

- по мощности;

- по номинальному напряжению:

U _{НОЛ.М.Л.О.}=U _Ц.М.О (2.15)

где U _{НОЛ.М.Л.О.} - номинальное напряжение лампы местного освещения, (В);

U _ЦМО- напряжение цепи местного освещения, В.

U _{НОЛ.М.Л.О.} = 24 (В)

Выбираем лампу местного освещения ЕL типа МО2425 с U _{НОЛ.М.Л.О.} = 24 (В), Р_ПОТР = 2,5 (Вт).

Выбор сигнальной лампы HL2 производим по условиям [1]:

по конструктивному исполнению;

по номинальному напряжению:

U _{НОМ.С.Л.} = U _Ц.С. (2.16)

где U _НОМ.С.Л– номинальное напряжение сигнальной лампы, (В).

U _Ц.С. – напряжение цепи сигнализации, (В).

Имеем U _{НОМ.С.Л.} =5 В_.

Выбираем сигнальную лампу HL2 марки МН 03 с U _{НОМ.С.Л.} = 24 (В), Р_ПОТР = 2,5 (Вт).

По паспорту [4] выбираем устройство HL1 марки УПС2У3.

Из паспортных данных выбираем амперметр типа Э8031 У3.

Выбор переключателей производим по следующим условиям:

- по назначению;

- по конструктивному исполнению;

- по рабочему напряжению:

U _{НОМ.ПЕР} =U_КОМ (2.17)

- по току контактов переключателя:

I_{НОМ.К.ПЕР.} = I_ДЛ.К.Ц.(2.18)

где U _{НОМ.ПЕР} - номинальное напряжение переключателя, (В);

U_КОМ -номинальное напряжение коммутируемой цепи, (В);

I _{НОМ.К.ПЕР.}- номинальный ток переключателя, (А).

Произведем выбор переключателя SВ1 . Определяем длительный ток коммутируемой цепи:

I _ДЛ.К.Ц = 25/24 = 1,04 (А)

U _{НОМ.ПЕР} = 24 (В)

I _{НОМ.К.ПЕР.} = 1,04 (А)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

270843.КП.Д-6-Э.000.ПЗ

Переключатель SВ1 марки ПКн105 с U _{НОМ.ПЕР .}= 24 (В), I _{НОМ.К.ПЕР.} = 4 (А).

Выбор кнопок управления производим по следующим условиям [7]:

- по напряжению:

U _НОМ.КН. = U _Ц.У. (2.19)

- по току контактов кнопки:

I_{НОМ.К.Н.}=_.I_ДЛ.К.Ц.(2.20)

- по виду и цвету толкателя;

- по количеству и виду контактов, где U _{НОМ.К.Н.} - номинальное напряжение кнопки, (B);

I _{НОМ.К.Н.} - номинальный ток контактов кнопки, (А).

Вид толкателя может быть грибовидный или цилиндрический, цвет красный или черный . Следует иметь в виду, что кнопка «Общий стоп» должна быть с грибовидным толкателем красного цвета.

Покажем выбор кнопки SB2. Определяем длительный ток коммутируемой цепи:

I _ДЛ.К.Ц. = 4/24 = 0,17 (А)

U _НОМ.К.Н = 24 (В)_.

I _{НОМ.К.Н.}= 0,17 (А)

Выбираем по справочнику [4] кнопку SB2 марки КЕ011У3 с I_{НОМ.К.Н.} = 6 (А), U_{НОМ.К.Н. ..}= 24 (В), с цилиндрическим толкателем черного цвета.

Выбор оставшихся кнопок аналогичен. Данные выбора сводим в таблицу 7.

Таблица 7

Позиционное обозначение	Марка кнопки	Вид управляющего элемента	Цвет управляющего элемента	Количество замыкающих контактов	Количество размыкающих контактов
SB	КЕ021У3	Грибковидный	Красный		1
SB1	КЕ011У3	Цилиндрический	Черный	1
SB2	КЕ011У3	Цилиндрический	Черный	1

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

270843.КП.Д-6-Э.000.ПЗ

Выбор понижающего трансформатора TV для питания цепей управления и местного освещения производим по условиям [7]:

по напряжению обмоток:

U_{ном.1тр.} = U _с. ; (2.21)

U_{ном.2тр.} = U_ц.у. (2.22)

U_{ном.2мо.} = U_ц.мо. (2.23)

S_ном.тр. = S_расч.1, (2.24)

где U_ном.1тр - номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора, (В);

U_ном.2тр - номинальное напряжение вторичной обмотки питание выпрямителя, (В);

U_ном.2мо - номинальное напряжение питания обмотки местного освещения, (В);

S_ном.тр - номинальная мощность трансформатора, (В А);

S_расч.1 - полная расчетная нагрузка первичной обмотки, (В А).

Расчетную нагрузку трансформатора определяем по формуле [7]:

S_расч.1 = S₂ /ô (2.25)

где S₂ - суммарная полная мощность нагрузки вторичных обмоток, (В А);

ô - коэффициент полезного действия трансформатора

Суммарную полную мощность нагрузки в нашем случае определяем по формуле [7]:

S₂ =I_d U_ц.у. + I_л.моU_ц.у., (2.26)

где I_л.мо - ток лампы местного освещения, (А).

По формуле имеем:

I_л.мо =25 /24 = 1,04 А

По формуле получим:

S₂= 3,35• 24 + 1,04 • 24 = 105,36 В•А

Принимаем = 0,875.

По формуле получим:

S_расч.1 =105,36 / 0,875 = 120,4 В•А

Получим:

U_{ном.1тр.} = 380 В

U_{ном.2тр.} = 29 В_.

U_{ном.2мо.} = 24 В_.

S_ном.тр. = 120,4₁

Выбираем разделительный трансформатор TV1 типа ОСМ 0,160 с S_ном.тр =160 В А, U_ном.1тр =380, U_ном.2тр =29 В, U_ном.2мо =24 В.

3.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

270843.КП.Д-6-Э.000.ПЗ

Расчет функциональных параметров технологического процесса.

Расчет функциональных параметров технологического процесса начинают с расчета мощности установки, выбора и расчета электропривода. Начнем с расчета мощности установки.

Расчет мощности установки.

Выбор электродвигателей

Электродвигатели выбирают по следующим условиям:

- по роду тока и величине напряжения;

- по конструктивному исполнению;

- по степени защиты от воздействия окружающей среды;

- по частоте вращения ротора;

- по мощности.

Покажем выбор электродвигателя для главного привода. Выбор осуществляем по условиям [7]:

n_ном = n_мех (3.1)

Р_ном = Р_z/ф (3.2)

где n_ном – номинальная частота вращения электродвигателя, об/мин;

n_мех– частота вращения входного вала механизма, об/мин;

Р_ном–номинальная мощность электродвигателя, кВт;

КПД - коэффициент полезного действия станка, по паспорту принимаем =0,9.

По условиям имеем:

n_ном = 1500 об/мин

Р_ном = 4,47 / 0,9 = 4,97 кВт

Выбираем по справочнику (4) электродвигатель марки АИР112 М4 с Р_ном = 5,5 кВт,

КПД= 85,5 %, n_ном= 1500 об/мин, cos =0,86, I_п/I_ном=7,0.

Выбор электродвигателей М1-М3 аналогичен. Данные выбора заносим в таблицу [3].

Номинальный ток электродвигателя I_ном (А), определяем по формуле:

I_ном = Р_ном / ( 3•U_{c ном} •cos_ном• КПД) (3.3)

где U_c–номинальное напряжение сети, (кВ);

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

270843.КП.Д-6-Э.000.ПЗ

КПД – коэффициент полезного действия электродвигателя.

cosф_ном– номинальный коэффициент мощности.

Пусковой ток электродвигателя - I_п, (А), определяем по формуле [7]:

I_п = I_ном•К_п (3.4)

где I_п / I_ном – кратность пускового тока;

Для электродвигателя М1 получаем:

I_ном = 5,5 / (3 • 0,38 • 0,855 • 0,86) =11,3 (А)

I_п =11,3• 7 =79,1 (А)

Расчет номинальных и пусковых токов остальных электродвигателей аналогичен. Данные заносим в таблицу 3.

Таблица 3

Обо зна чение	Марка двига теля	nмех, об/ мин	Рмех, кВт	nном, об/ мин	Рном, кВт	сosн о.е	ном, %	Iп Iном, о,е	Iном, А	Iном, А
М1	АИР 112М4	1500	5,00	1500	5,500	0,86	85,5	7,0	11,3	79,1
М2	АИР 63А2	3000	0,37	3000	0,370	0,86	72,0	5,0	0,9	4,5
М3	П25	3000	0,12	3000	0,125	0,75	70,0	5,0	0,4	2,0
М4	АИР 50В2	3000	0,12	3000	0,120	0,75	63,0	4,5	0,4	1,8

Чтобы оценить энергопотребление и, соответственно, рассчитать стоимость затрат на потребление электроэнергии необходимо произвести расчет мощности станка. Расчет мощности установки представляет собой суммирование мощностей электрических элементов станка (5).

Pобщ = P1 + P2 + P3 + Р4(3.5)

где P1 - мощность двигателя М1(главный привод)

P2 - мощность двигателя М2 (привод быстрого перемещения каретки)

Р3 - мощность двигателя М3 (привод системы охлаждения)

Р4 - мощность двигателя М4 (привод станции смазки)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

270843.КП.Д-6-Э.000.ПЗ

Суммарная мощность составит:

Робщ=5,5 +0,37 +0,125 + 0,12 = 6,115 кВт.