Расчёт сечения провода по допустимой длительной токовой нагрузке при подключении токарно-винторезного станка 1К62 к линии сети
Для расчёта сечения проводов питающей линии необходимо знать расчётно- электрическую мощность потребляемую токарно-винторезным станком 1К62. Нагрузка на провода должна быть рассчитана достаточно, так как завышенная нагрузка приведёт к выбору провода большого сечения, а заниженная – меньшего сечения, что целом экономически невыгодно, так как возникнут потери электроэнергии и напряжения в проводах. Расчёт ведётся общепринятым методом.
Установленная мощность токарно-винторезного станка 1К62:
Ру = М1+М2 + М3 + М4
где: М1 = 11000Вт – мощность электродвигателя главного привода;
М2= 7500Вт – потребляемая мощность двигателя быстрых ходов;
М3= 120Вт – потребляемая мощность двигателя электронасоса;
М4= 1100Вт – мощность электродвигателя гидронасоса суппорта
Ру = 11000 + 7500 + 120+1100 = 19720Вт
Выбирается коэффициент спроса по таблице 1
Таблица 1 - Коэффициент спроса для потребителей электроэнергии
Наименование помещений и зданий, в которых прокладываются провода и кабели | Величина коэффициента спроса, Кс |
Жилые дома, торговые помещения, мелкие мастерские, наружное и аварийное освещение | 1,0 |
Библиотеки, столовые, административные здания | 0,9 |
Большие производственные объекты | 0,95 |
Средние производственные объекты | 0,85 |
Лечебные, детские, учебные заведения, конторы | 0,8 |
Подстанции | 0,6 |
Склады, подвалы | 0,6 |
Принимается коэффициент спроса, Кс = 0,95
2.1.4.Расчётная мощность токарно-винторезного станка 1К62:
Рр = Кс* Ру
где: Кс = 0,95 – коэффициент спроса
Ру = 19720 Вт – установленная мощность
Рр = Кс* Ру =0,95 * 19720 =18734Вт
2.1.5.Расчётный ток токарно-винторезного станка 1К62, который равен в данном случаи номинальному току, I р = I н:
I р = Рр / Uнс
где: Рр =18734Вт – расчётная мощность
Uнс = 380В – номинальное напряжение трёх фазной сети
I р = Рр / Uнс = 18734 / 380 =49,3А
По таблице 2 выбирается сечение жил проводов для прокладки в одной трубе и тока 49,3А.
Таблица 2 - Длительно допустимые токовые нагрузки, А, на провода с поливинилхлоридной и резиновой изоляцией
Сечение токопроводя - щей жилы, мм2 | Провода, проло-женные открыто | Провода проложены в одной трубе | |||||||
Два провода | Три провода | ||||||||
Медные | Алюминие-вые | Медные | Алюминие-вые | Медные | Алюминие-вые | ||||
0,75 | – | – | – | – | – | ||||
– | – | – | |||||||
1,5 | – | – | – | ||||||
2.5 | |||||||||
Выбираются три провода медные с сечением 10 мм2, проложенные в одной трубе или три провода алюминиевые с сечением 16 мм2, проложенные в одной трубе.
Выбирается марка провода согласно таблице 3
Таблица 3 - Данные установочных проводов
Марка | Конструкция провода | Сечение токопроводящей жилы, мм2 | Количество жил | Напря-жение, В |
ПР | Провод с медной жилой, резиновой изоляцией, в оплётке из пропитанной противогнилостным составом хлопчатобумажной ткани | 0,75–120 | ||
АПР | То же, но токопроводящая жила алюминиевая | 2,5 – 400 | ||
ПРГ | То же, но токопроводящая жила состоит из многих скрученных вместе проволок | 0,75 – 400 | ||
ПВ | Провод с медной жилой, изолированной поливинилхлоридной изоляцией | 0,5 – 120 | ||
АПВ | То же, но с алюминиевой жилой | 2,5 – 120 | ||
ППВ | Провод плоский с 2 или 3 медными жилами, изолированными поливинилхлоридной изоляцией | 0,75 – 4 | 2 – 3 |
Продолжение таблицы 3
ППВС | Провод плоский, изолированный поли-винилхлоридной изоляцией, но без разъединительной плёнки для скрытой прокладки | 0,75 – 2,5 | 2 – 3 | |
АППВС | То же, но с алюминиевыми жилами | 2,5 – 6 | 2 – 3 | |
АППВ | То же, но с разъединительной плёнкой | 2,5 – 6 | 2 – 3 | |
ПРТО | Провод с медными жилами, резиновой изоляцией в общей хлопчатобумажной оплётке для прокладки в трубах | 1 – 120 | 1 – 37 | |
АПРТО | То же, но с алюминиевыми жилами | 2,5 – 400 | 1 – 4 |
Для прокладки в одной трубе выбирается 3-х жильный провод ПРТО-3×10 с медными жилами сечением 10 мм2 или 3-х жильный провод АПРТО-3×16 с алюминиевыми жилами сечением 16 мм2.
2.2 Расчет токов плавких вставок предохранителей и их выбор
При расчёте тока плавкой вставки предохранителя необходимо руководствоваться условиями:
– если в линию включена силовая нагрузка, например электродвигатель, то номинальный ток плавкой вставки предохранителя Iвст должен быть равен или больше величины пускового тока I пуск электродвигателя, поделённой на 2,5
.
Iвст ≥ I пуск ∕ 2,5
– должна быть соблюдена избирательность защиты линий, т.е. каждый предохранитель должен срабатывать только тогда, когда повреждение
произойдёт на защищаемом им участке электропроводки. Обычно предохранители с плавкими вставками устанавливают в начале участка и при изменении сечения проводов.
Расчёт ведём согласно методике, указанной в [6]
Расчётный ток для трёх фазной четырёх и трёх проводной сети:
Iр =
где: Ру = М3 + М4 =120 + 1100 = 1220 Вт – установленная мощность
Кс = 0,95 – коэффициент спроса
Uл = 380В – линейное напряжение
М3= 120Вт – потребляемая мощность двигателя электронасоса
М4= 1100Вт – мощность электродвигателя гидронасоса суппорта
Iр = 1,85 А
Пусковой ток электродвигателя главного привода токарно-винторезного станка 1К62:
Кпуск = Iпуск / Iр
откуда
Iпуск = Iр *Кпуск
где: Кпуск = 4,8 – коэффициент пуска
Iр = 1,85А – расчётный ток
Iпуск = 4,8 * 1,85 = 8,88А
Ток плавкой вставки предохранителя:
Iвст ≥ I пуск ∕ 2,5 = 8,88 / 2,5 = 3,55А
По шкале номинальных токов плавких вставок согласно таблице 4 принимается ток плавкой вставки: Iвст = 4 А.
Таблица 4 - Данные для выбора плавких вставок предохранителей в силовых цепях
Ток плавкой вставки,А | Сечение проводов и кабелей,мм2 | |||||||
Ответвление при прокладке их | Магистрали при прокладке их | |||||||
открыто | в трубах | кабели | открыто | в трубах | кабели | |||
– | – | – | ||||||
1,5 | 1,5 | 1,5 | – | – | – | |||
1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | – | ||||
2,5 | 1,5 | 2,5 | 2,5 | – | ||||
1,5 | 1,5 | 2,5 | 1,5 | |||||
2,5 | 1,5 | 2,5 | ||||||
1,5 | ||||||||
2,5 | ||||||||
По таблице 5 выбирается предохранитель.
Таблица 5 - Технические данные некоторых плавких предохранителей
Тип | Номинальное напряжение, В | Номинальный ток патрона, А | Номинальный ток плавкой вставки, А |
ПР – 15 | 220 и 500 | 6,10,15 | |
ПР – 60 | 220 и 500 | 15,20,25,35,45,60 | |
ПР – 100 | 220 и 500 | 60,80,100 | |
ПНБ5 – 380 | 40.63,100 | ||
НПР – 100 | 60,80,100 | ||
НПР – 200 | 100,125,160,200 | ||
НПН – 15 | 6,10,15 | ||
НПН – 60 | 15,20,25,35,45,60 | ||
ПНБ5 – 600/100 | 63,100 | ||
Ц – 14 | 4,6,10 | ||
Ц – 27 | 4,6,10,15,20 | ||
Ц – 33 | 10,15,20,25,35,60 | ||
ПН – 2 | 0,15;0,25;0,5;1;4 |
Предохранитель выбирается ПН –2 .
Расчет трансформатора
Исходные данные:
Номинальное напряжение первой обмотки U1 = 220 В
Частота питающей сети f = 50 Гц
Номинальное напряжение обмотки W2 U2 = 24 В
Номинальная мощность обмотки W2 S2 = 100 ВА
Коэффициенты мощности обмотки:
– обмотки W2 = 0,9
Температура окружающей среды окр.ср. = 40°С.
Расчет трансформатора ведем по методике, предложенной в [].
1. Определение токов первичной обмотки
а) ориентировочная мощность трансформатора определяется по формуле:
где – ориентировочная мощность первичной обмотки, ВА;
– номинальная мощность вторичных обмоток, отдающих мощность
синусоидального тока, ВА;
б) ориентировочный КПД трансформатора принимаем по литературе []
в) активная составляющая тока первичной обмотки:
г) реактивная составляющая тока первичной обмотки:
где Iμ – ток намагничивания для маломощного трансформатора (может быть принят в пределах 30–50% от активной составляющей);
принимаем Iμ = 0,3 Iiа =0,3
– коэффициент мощности обмотки принимаем 0,587 []
д) полный ток первичной обмотки:
2. Определение поперечного сечения стержня сердечника трансформатора.
Оно связано с мощностью на стержень и с индукцией в нем, отношением массы стали к массе меди, частотой питающей сети и плотностью тока в обмотке соотношением:
;
где – полная мощность первичной обмотки трансформатора
(U1 – напряжение первичной обмотки);
f – частота тока, Гц;
j – плотность тока, А/мм2; (согласно правил эл. установок принимаем 3)
– предварительное значение индукции в стержне, Т;
С – конструктивный коэффициент.
Индукция в стержне при токе холостого хода до 50% от полного тока может быть принята в следующих пределах:
Для трансформаторов броневого типа с числом стыков в сердечнике составляет = 1,2 – 1,3 Тл; принимаем = 1,2 Тл.
Коэффициент при расчете на минимум веса d = 2–3; принимаем = 2,5.
Полное сечение стержня Qc.pacч (с учетом междулистовой изоляции) будет равно:
,
где К3 – коэффициент заполнения площади сечения сердечника сталью, зависящий от толщины листа. К3 = 0,96 для эл. техн стали 3411 толщиной 0,35 мм.
3. Определение числа витков обмоток трансформатора. Установив ЭДС одного витка по формуле:
вычисляем число витков первичной обмотки трансформатора:
где -падение напряжения в первичной обмотке; величину найдем по кривой U% = f(Р) для 100 ВА;
= витков;
Напряжение, приходящееся на один виток обмотка при нагрузке:
Так как число витков обмотки напряжения получилось целым, то пересчета , , , и , не делаем. Принимаем = 0,26 В; = 1,2 Тл;
W1 = 896 вит; W2 = 98 вит.
4. Определение сечений и диаметров проводов обмоток.
Предварительное значение площадей поперечных сечений проводов обмоток подсчитывается по формулам:
Выбираем стандартные сечения и диаметры без изоляции и с изоляцией. Для провода типа ПЭВ – 2 имеем:
Уточняем плотности:
5. Определение площади окна сердечника трансформатора. Ориентировочно она находится по формуле:
где Кок – коэффициент заполнения окна сердечника обмоткой.
Кок = 0,2 – 0,4(типовое значение Кок= 0,3).
Исходя из значений и Qок выбираем броневой ленточный сердечник ШЛ следующего типа – размера ШЛ 16×32, у которого:
6. Выбор сердечника трансформатора.
Размеры сердечников стандартизированы. По таблицам выбирают тот сердечник, который удовлетворяет следующим требованиям:
а) площадь поперечного сечения стержня Qс.выб. должна быть равна или близка к расчетной, т.е.
;
=10,76 см
б) площадь окна должна быть достаточной для размещения обмоток, т.е.
где – высота окна;
– ширина окна.
7. Укладка обмоток на стержне и проверка размеров окна выбранного сердечника.
Приступая к размещению обмотки в окне трансформатора, задаются расстоянием от крайних витков до ярма, которое обычно принимается равным 2–5 мм. Тогда число витков в обмотке в одном слое составит
Число витков первичной обмотки в одном слое:
где En – расстояние от крайних витков до ярма, En = 3 мм. Число слоев обмотки броневого или однокатушечного стержневого трансформатора определяют по формуле:
Полученное число Мn округляется до ближайшего большого числа.
Толщина первичной обмотки будет равна:
где -толщина изоляционной прокладки между слоями. Но т.к. изоляционную прокладку применяют в случае, когда напряжение между слоями > 50В, а в нашем случае < 50В. Следовательно, изоляционную прокладку не используем и не учитываем в расчетах.
Те же самые параметры определяем для второй и третьей обмотки.
N вит
М = слоя
Ширина окна сердечника с одной прямоугольной катушкой:
где К2 – коэффициент вспучивания, за счет не плотностей прилегания слоев, обычно К2 = 1,2–1,3.
-зазор от стержня до катушки, принимаем =3мм.
=1,0/2,0мм-толщина изоляции между катушкой и стержнем;
Высота окна сердечника определяется по формуле:
Н=
где -коэффициент заполнения окна сердечника обмоткой, =2,0 4,0, принимаем = 0,3
К – оптимальное отношение ширины и высоты окна сердечника,
Н=
=0,3
Проверку правильности выбора высоты и ширины окна сердечника произ-водим по их соотношению:
-оптимальное соотношение К=2,0 ;
8. Масса медных обмоток трансформатора.
Она представляет собой сумму масс отдельных обмоток.
Масса меди обмотки определяется формулой:
где lWn – средняя длина витка n–ой обмотки, см;
GMn – масса n–ой обмотки, кг.
qn – сумма сечений всех обмоток
9. Потери в меди обмоток. Их вычисляют для каждой обмоток отдельно:
где Рм – потери меди в n–ой обмотке, Вт;
а затем суммируют.
10. Вес стали сердечника трансформатора.
Для удобства вычисляют отдельно вес стержней и вес ярмя.
Для однофазного трансформатора броневого типа:
вес стержней:
вес ярма.
Полный вес сердечника:
11. Промежуточная проверка результатов расчета. После определения массы стали и массы меди проектируемого трансформатора по их строению проверяется выполнение заданного условия расчета трансформатора (на минимум веса).
12. Потери в стали сердечника трансформатора. Они зависят от частоты и величины индукции. Их вычисляют отдельно от сердечника и ярма.
При частоте f = 50 Гц потери в стали сердечника:
13. Определение тока холостого хода трансформатора.
Величина его в основном определяется током намагничивания, так как активная составляющая мала по сравнению с реактивной.
Ток намагничивания находится по формуле:
где Нс и Hя – напряженности поля в стали стержня, определяемые для индукций Вс и Вя из кривых намагничивания.
14. Коэффициент полезного действия трансформатора.
Вычисляется при номинальной нагрузке всех обмоток:
где Р– суммарная активная мощность вторичных обмоток трансформатора, Вт:
15. Проверка трансформаторов на нагревание.
Теплоотдача с единицы поверхности для маломощных трансформаторов составляет в среднем , причем считается, что между сердечником и обмотками имеется достаточный теплообмен. Исходя из сказанного выше:
где Qобм. – открытая поверхность обмотки;
Qcep – открытая поверхность сердечника;
– температура перегрева наиболее нагретой части над температурой окружающей среды, величина открытой поверхности прямоугольной катушки;
– перепад температуры от внутренних слоев обмоток к наружным, который для пропитанных лаком обмоток принимается равным 10–15 °С;
Величина открытой поверхности сердечника трансформатора броневого типа:
где 105 °С – соответствует классу изоляции А для проводов ПЭЛ.
Температура нагрева обмотки не должна превышать допустимой величины температуры, зависящей от класса изоляции по нагревостоикости, то есть ,
где – температура окружающей среды, принимается обычно равной
35–50 °С;
– допустимая температура нагрева:
– для изоляции класса ;
– для изоляции класса ;
– для изоляции класса .
ОРГАНИЗАЦИОННАЯ ЧАСТЬ