2.6 Разработка схемы управления и описание ее работы

Разработку схемы электрической принципиальной универсально-фрезерного станка модели 679 ведём согласно с предложениями по модернизации.

Схему электрическую принципиальную после модернизации покажем на листе 1 графической части проекта.

Работа схемы заключается в следующем:

Подключение к сети электрического станка производим вводного выключателя QF1, далее включаем автоматический выключатель QF2 и подаем питание на силовую цепь главного привода. Нажатием на кнопку SB1 «пуск» получают питание пускатель КV1 и катушки тепловых реле КК1 и КК2. Пускатель КV1 своими контактами включает электродвигатель М1 и электронасос М2. При переключении скоростей цепь питания катушки пускателя КV1 разрывается конечным выключателем КВ, отключая при этом электродвигатели от сети.

Нажатием на кнопку SB2 «стоп» электродвигатели отключаются.

При необходимости, электронасос М2 может быть отключен от сети пакетным выключателем QF3.

Рассмотрим работу тиристорного блока на примере фазы А.

В момент прохождения положительной полуволны в фазе А, тиристор VS1 закрывается, так как положительная волна является прямой для тиристора VS1 и обратной для тиристора VS2. Открывающий импульс тока на управляющий электрод тиристора VS1 поступает по цепи: фаза А – токоограничивающий резистор R1 – замкнутый контакт KV1.1 – управляющий электрод VS1 – катод VS1.

Напряжение на обмотку статора двигателя поступает по цепи: фаза А – тиристор VS1 – обмотка статора двигателя – тиристор VS4 – фаза В или тиристор VS6 – фаза С.

В момент прохождения отрицательной полуволны в фазе А тиристор VS1 закроется, а тиристор VS2 откроется, открывающий импульс на управляющий электрод тиристора VS2 поступает по цепи: другая фаза (на которой сейчас положительная полуволна) – обмотка статора двигателя – диод VD2 – замкнутый контакт KV1.1 – токоограничивающий резистор Rуправляющий электрод VS2 – катод VS2. Работа остальных тиристорных блоков аналогична.

Оснащение рабочего места станка обеспечивается светильником местного освещения с энергосберегающей лампой EL1, которое питается от понижающего разделительного трансформатора TV и включается выключателем SA1.

Защиту понижающего разделительного трансформатора TV в первой вторичной обмотке, питающей местное освещение, производим плавкими предохранителями FU1.

Защиту силовой цепи и понижающего разделительного трансформатора TV1 от токов короткого замыкания и перегрузок осуществляется с помощью автоматического выключателя QF2.

Защита электродвигателей М1 и М2 осуществляется с помощью тепловых реле KK1 и КК2.

2.7 Выбор элементов схемы управления

Выбираем все аппараты защиты и элементы схемы принципиальной электрической.

Выбор силовых тиристоров VS1-VS6 производим по условиям:

I_ном.т. ≥ (0,5∙I_max.кр.)/(2K_o∙K_Q∙K_a∙K_ф), (7)

U_{обр.ном.т.} ≥ 1,1∙ 2 ∙ U_ном.с., (8)

где I_ном.т. - номинальный ток тиристора, А;

I_max.кр. - максимальный возможный кратковременный ток через тирис-тор, А;

К_о - коэффициент, учитывающий условия охлаждения тиристора, о.е., K_о=0,5;

К_Q - коэффициент, учитывающий загрузку тиристора в зависимости от температуры окружающей среды, о.е. Принимаем К_Q=1;

К_а - коэффициент, учитывающий угол открытия тиристора, К_a=1;

К_ф - коэффициент отклонения формы анодного тока тиристора от прямоугольной, о.е.. Принимаем К_ф=1,1;

U_{обр.ном.т} - обратное номинальное напряжение тиристора, В;

U_ном.с. - номинальное напряжение сети, В;

В нашем случае возможный максимальный кратковременный ток проходящий через тиристор I_{max. кр} , А, будет иметь место при пуске одновременно двух двигателей М1 и М2:

I_max.кр= I_п1 + I_п2 , (9)

где I_п1; I_п2 – пусковые токи электродвигателей М1 и М2, А.

I_max.кр=46,9+1,71=48,61А

Для тиристоров VS1 – VS6 выбираем марку по условиям (7) и (8):

I_ном.т ≥ (0,5∙48,61)/(2∙0,5∙1∙1∙1,1) = 22,09 A

U_{обр.ном.т} ≥ 1,1∙ ∙380 = 589,38 В

Так как в схеме не предусмотрена защита от перенапряжения R-C-цепочной, то выбираем тиристоры по напряжению на два класса выше чем по расчету.

Выбираем тиристоры марки Т122-25с I_ном.т =25 A; U_{обр.ном.т} =800 В;

I_упр.т =130 мА; U_упр.т=7,5 В. Данные заносим в таблицу 4.

Таблица 4

Поз. обозначение	Марка тиристора	Uобр.ном.т., В	Uобр.ном.т,В	Iном.т., А	Uупр.т., В
VS1 – VS6	Т122-25с	589,38	800	25	7,5

Выбор диодов VD1-VD6 для тиристорного блока производим по условиям:

U_обр.≥√2 ∙ U_с., (10)

I_пр.доп. ≥I_{упр. т}, (11)

где U_обр. – обратное допустимое напряжение диода, В.

I_пр.доп. – допустимый прямой ток диода, А;

U_обр.≥1,41∙380=537,4 В

I_доп.пр≥0,13 А

Выбираем диоды марки КД105В с I_доп.пр = 0,3A, U_обр.=600 В.

Таблица 5

Поз. обозначение	Марка диода	Iдоп.пр., А	Uобр.ном.т,В	Iупр.т., А
VD1 – VD6	КД105В	0,3	600	0,13

Выбор резисторов R1 - R3 для тиристорного блока производим по условиям:

R_p ≥ 0,05∙U_max-U_упр.т./(1,1∙I_упр.т.); (12)

P_рас ≥ I²_упр.т. ∙ R_р (13)

где R_p – активное сопротивление резистора, Ом;

U_max – максимальное значение напряжения сети, В;

P_рас – мощность рассеивания резистора, Вт.

Максимальное напряжения сети U_max, В, определяем по формуле:

U_max.≥√2 ∙ U_с., (14)

U_max.≥1,41 ∙380 = 537,4 В

По условиям (12) и (13):

R_p ≥ 0,05∙537,4-7,5/(1,1∙0,13) = 135,5 Ом

P_рас. ≥ 0,13² ∙135,5 = 2,3 Вт

Выбираем резисторы марки СП3-39 R_ном.р.=2,2Ом, Р_ном.р.=3Вт. Данные заносим в таблицу 6.

Таблица 6

Поз. обозначение	Марка резистора	Rном.р., Ом	Рном.р., Вт
R1 - R3	СП3-39	2,2	3

Выбор герконового реле KV1 производим по условиям:

- по номинальному напряжению катушки реле,

- по номинальному току контактов реле.

U_{ном.к.р.} ≥ U_{ном.ц.у.} (15)

I_{ном.к.р.} ≥ I_{ном.к.ц.} (16)

где U_{ном.к.р.} – номинальное напряжение катушки реле, В;

U_ном.ц.у – номинальное напряжение цепи управления, В;

I_{ном.к.р.} – номинальный ток контактов реле, А;

I_{ном.к.ц.} – номинальный ток коммутируемой цепи, А.

По схеме длительный ток коммутируемой цепи это ток электродвигателей М1 и М2.

По условиям (15) и (16):

U_{ном.к.р.} ≥ 24В

I_{ном.к.р.} ≥ 6,4+0,38=6,78А

Выбираем герконовое реле KV1 марки РПГ- 010411, с четырьмя замыкающими контактами, с одной обмоткой в катушке с Р_ном.=2,0Вт. Данные заносим в таблицу 7.

Таблица 7

Поз. обозначение	Марка реле	Тип контактов	Число контактов	Потребляемая мощность, Вт
KV1	РПГ- 010411	Замыкающие	4	2,0

Выбор кнопок управления производим по условиям:

- по виду и цвету толкателя;

- по номинальному напряжению:

U_{ном.к.н.}.≥U _ц.у. , (17)

I_{ном.кн..}≥I_дл.к.ц , (18)

где U_ном.к.н - номинальное напряжение кнопки, В;

I_ном.к.н - номинальный ток контактов кнопки, А;

Производим выбор кнопки SB1. Длительный ток коммутируемой цепи I_дл.к.ц., А, определяем по формуле:

I_дл.к.ц=P_потр.KV1 /U_ц.у , (19)

I_дл.к.ц=2/24=0,08А

По условиям (17) и (18):

U_{ном.к.н.}.≥24В

I_{ном.кн..}≥0,08А

Выбираем кнопку SB1 марки КЕ183У3 исп. 2 с I_ном.кн.=6А, U_ном.кн.=24 В. Выбор остальных кнопок аналогичен, данные заносим в таб­лицу 8.

Таблица 8

Поз. обозна­чение	Марка кнопки	Вид управляю­щего элемента	Цвет управляющего элемента	Кол. зам. контактов	Кол. раз. контактов
SB1	КЕ011У3 исп. 4	Цилиндрический	Черный	1	-
SB2	КЕ183У3 исп. 2	Грибовидный	Красный	-	1

Выбор конечного выключателя производим по условиям:

U_{ном.кон.в.}≥U_{ном.ц.у.}, (20)

I_{ном.кон.в.}≥I_дл.к.ц , (21)

где U_{ном.кон.в.}– номинальное напряжение конечного выключателя, В;

I_{ном.кон.в.}– номинальный ток конечного выключателя, А.

Покажем выбор SQ1:

U_{ном.кон.в.}≥24В

Длительный ток коммутируемой цепи равен:

I_дл.к.ц.= Р_потр.KV1/U_{ном.ц.у.} (22)

I_дл.к.ц.=2,0/24=0,083А

Выбираем конечный выключатель SQ1 марки ВПК2110У2 с U_{ном.кон.в.}=24В,

I_{ном.кон.в.}=4А, с усилием нажатия F=10H. Данные заносим в таблицу 9.

Таблица 9

Поз. обозначение	Марка конечного выключателя	Uном.кон.в., В	Iном.кон.в., А
SQ1	ВПК2110У2	24	4

Выбор лампы местного освещения ЕL1 производим по условиям:

- по мощности;

- по номинальному напряжению:

U_{ном.л.м.о.}≥U_ц.м.о., (23)

где U_{ном.л.м.о} – номинальное напряжение лампы, В;

U_ц.но – напряжение цепи местного освещения, В.

U_{ном.л.м.о}≥24 В

Выбираем энергосберегающую лампу местного освещения EL1 марки

SP-15, с U_{ном.л.м.о.}=24 В, P_{ном.л.м.о.}=15 Вт. Данные заносим в таблицу 11.

Таблица 10

Поз. обозначение	Марка лампы	Uном.л.м.о., В	Pном.л.м.о., Вт	Uц.м.о., В
EL1	SP-15	24	15	24

Выбор переключателя SA1 производим по следующим условиям:

- по назначению;

- по конструктивному исполнению;

- по рабочему напряженнию:

U_{ном.пер}≥U_ком.ц. ; (24)

- по току контактов переключателя

I_{ном.к.пер}≥I_дл.к.ц , (25)

где U_{ном пер} - номинальное напряжение переключателя, В;

U_ком.ц. - номинальное напряжение коммутируемой цепи, В;

I_{ном.к.пер} - номинальный ток переключателя, А.

Покажем выбор переключателя SA1, коммутирующего цепь лампы местного освещения EL1. Длительный ток коммутируемой цепи определяем по формуле:

I_дл.к.ц.= Р_EL1/U_л.м.о.

I_дл.к.ц= 15/24=0,62 А

По условиям (22), (23):

U_{ном.пер}≥24 В

I_{ном.к.пер}≥ 0,62А

Выбираем переключатель SA1 марки ПТ2-1 U_{ном.пер.}= 24В, I_{ном.к.пер}= 2А. Данные заносим в таблицу 11.

Таблица 11

Поз. обозначение	Тип переключателя	Uном,пер, В	Iном.к.пер , А	Iдл.к.ц. , А
SA1	П2Т-1	24	2	0,62

Выбор диодов однофазного мостового выпрямителя для питания цепи управления производим после выбора всех элементов схемы управления. Выбор производим по условиям:

- по обратному напряжению

U_обр.≥1,57 ∙ U_ц.у, (26)

- по прямому току

I_доп.пр.≥0,5∙I_d, (27)

где I_d - ток нагрузки диодов , А.

Ток нагрузки диодов определяем по формуле:

I_d=(∑P_потр)/(U_ц.у), (28)

где ∑P_потр – сумма активных мощностей потребителей цепи

управления, Вт.

Покажем выбор диодов VD7-VD10. По условию (28) :

U_обр.≥1,57 ∙ 24=37,5 В

По условию (30):

I_d=P_потрKV1/U_ц.у. ,

I_d=2/24=0,083 A

По условию (29):

I_доп.пр.≥0,5∙0,083=0,0415 А

Выбираем диоды VD7-VD10 серии КД103А с I_доп.пр=0,1А и U_обр=50В. Данные заносим в таблицу 12.

Таблица 12

Поз. обозначение	Марка диода	Iдоп.пр., А	Iдоп.пр, , А	Uобр. , В
VD7-VD10	КД105Д	0,0415	0,1	50

Выбор понижающего трансформатора для питания цепей управления и местного освещения производим по условиям:

- по напряжению обмоток:

U_{ном.1тр.} ≥ U_ном.с ; (29)

U_{ном.2тр.} ≥ U_р.2TV ; (30)

При наличии вторичной обмотки для питания местного освещения дополнительно должно выполняться условие:

U_{ном.2м.о.}≥U_ц.м.о ; (31)

- по мощности трансформатора:

S_ном.тр.≥S_расч.1 ; (32)

где U_{ном.1тр.} - номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора, В;

U_{ном.2тр.} - номинальное напряжение вторичной обмотки трансформатора, В;

U_р.2TV - номинальное напряжение вторичной обмотки питания выпрямителя, В;

U_{ном.2м.о.} - номинальное напряжение вторичной обмотки питания местного освещения, В;

S_ном.тр. - номинальная мощность трансформатора, В∙А;

S_расч.1 - полная расчетная нагрузка первичной обмотки трансформатора, В∙А.

Расчетную нагрузку трансформатора S_расч.1, В∙А, определяем по формуле:

S_расч.1 =S₂/η_тр , (33)

где S₂ - суммарная полная мощность нагрузки вторичных обмоток, ВА;

η_тр - коэффициент полезного действия трансформатора, о.е.

Суммарную мощность нагрузки S₂, ВА, определяем по формуле:

S₂= K_u ·(I_d∙ U_ц.у )+ I _л.м.о ·U_{ном.л.м.о} (34)

где К_u – коэффициент соотношения напряжений U₂ и U_d , о.е., принимаем К_u=1,23;

I _л.м.о – ток лампы местного освещения, А;

Произведем выбор трансформатора TV1по формуле (36) получаем:

S₂=1,23∙(0,083∙24)+1,6∙24=40,85В∙А

Принимаем η_тр.=0,87.

По формуле (35) получаем:

S_расч.1 =40,85/0,87=46,95В∙А,

Номинальное напряжение вторичной обмотки трансформатора цепи питания выпрямителя U_р.2TV, В, определяем по формуле:

U_р.2TV =U_d∙К_u , (35)

U_р.2TV =24∙1,23=29,52В

По условиям (31), (32), (33), (34):

U_ном.1тр≥380В

U_ном.2тр≥29,52В

U_{ном.2м.о.}≥24В

S_ном.тр.≥49,95В∙А

Выбираем понижающий трансформатор TV1 марки ОСМ1-0,063 с S_ном=63В∙А,U_ном.1тр=380 В, U_ном.2тр=29 В, U_{ном.2м.о}=24 В.

Данные заносим в таблицу 13.

Таблица13

Поз. обозначение	Марка трансформатора	Uном.1тр, В	Uном.2тр, В	Uном.2м.о, В	Sном.тр, В∙А
TV1	ОСМ1-0,063	380	29	24	63