2. Выбор электродвигателей, их коммутационных и защитных аппаратов

Выбор электродвигателей для привода производственных механизмов производим с соблюдением следующих условий:

• наиболее полное соответствие электродвигателя механизму по механическим свойствам;

• соответствие электродвигателя параметрам питающей сети;

• соответствие электродвигателя условиям окружающей среды (по контруктивному исполнению) ;

• максимальное использование мощности электродвигателя в процессе работы.

Выбор по мощности производим по условию:

, (2.1)

где - номинальная активная мощность электродвигателя, кВт; - мощность на валу исполнительного механизма, кВт.

Номинальный ток электродвигателя определяется по выражению:

, (2.2)

где P_Н – номинальная мощность двигателя, кВт;

U_Н – номинальное напряжение, В;

 _Н - КПД при номинальной нагрузке;

cos  _н- номинальный коэффициент мощности.

Пусковой ток двигателя:

, (2.4)

где к_пуск - кратность пускового тока по отношению к I_Н.

Электроснабжение электропривода производственных механизмов будет осуществляться по одной из схем показанных на рис.1.(а, б, в).

Выбор коммутационных и защитных аппаратов

Применяем магнитные пускатели серии ПМЛ с тепловыми реле типа РТЛ. Условие выбора магнитного пускателя:

, (2.5)

где I_НП – номинальный ток пускателя, А;

I_НОМ – номинальный ток электродвигателя, A.

Условия выбора теплового реле:

(2.6)

, (2.7)

где I_Н,Т,Р. – номинальный ток теплового реле, А;

I_СР.Т.Э. – ток срабатывания теплового элемента реле, А.

Электрические сети и электроприемники необходимо защищать от токов короткого замыкания и от длительных токовых перегрузок.

В качестве аппаратов защиты от коротких замыканий следует широко применять плавкие предохранители. Автоматы должны устанавливаться только в следующих случаях:

- необходимость автоматизации управления;

- необходимость обеспечения более скорого по сравнению с предохранителями восстановления питания, если при этом не имеют решающего значения вероятность неселективных отключений и отсутствие эффекта ограничения тока короткого замыкания;

- частые аварийные отключения.

Проанализировав все выше изложенное, принимаем решение - выполнить защиту электродвигателей автоматическими выключателями серии ВА с комбинированным расцепителем, которые выбираются по следующим условиям:

; (2.8)

, (2.9)

где I_НА – номинальный ток автомата, А;

I_Н.Т.Р. – номинальный ток расцепителя, А.

Ток срабатывания электромагнитного расцепителя I_СР проверяется по максимальному кратковременному току линии I_ПИК:

(2.10)

Для подключения электроприемников к распределительным шинопроводам необходимо обеспечить защиту отходящих линий, которая осуществляется плавкими предохранителями или автоматическими выключателями.

Номинальный ток плавкой вставки I_В предохранителя определяется:

1) по величине длительного расчетного тока I_Р:

, (2.11)

где I_Р – расчетный ток, А.

2) по условию перегрузок пусковыми токами:

, (2.12)

где I_ПИК – максимальный кратковременный (пиковый) ток, A;

 - коэффициент кратковременной тепловой перегрузки, который при легких условиях пуска принимается равным 2,5, при тяжелых - 1,6 …2,0, для ответственных потребителей – 1,6.

При выборе предохранителя для одного электродвигателя в качестве I_Р принимается его номинальный ток I_Н, а в качестве I_ПИК – пусковой ток I_ПУСК.

При числе электроприемников в группе больше одного расчетный ток I_Р может быть определен по методу расчетных коэффициентов. Исходной информацией для выполнения расчетов по данному методу является перечень электроприемников с указанием их номинальных мощностей P_Н.

Для каждого электроприемника по справочной литературе подбираются средние значения коэффициентов использования К_и, активной (cos ) и реактивной (tg  ) мощности. При наличии интервальных значений К_и рекомендуется принимать большее.

Расчетная активная нагрузка группы электроприемников определяется по выражению:

, (2.13)

где К_Р – коэффициент расчетной нагрузки.

Величина К_Р принимается по [1] в зависимости от эффективного числа электроприемников n_Э и группового коэффициента использования К_и.

Эффективное число электроприемников определяется по формуле

, (2.14)

где P_Нi – номинальная мощность i-го электроприемника, кВт;

n – действительное число электроприемников в группе.

Для группы электроприемников различных категорий ,т.е. с разными К_и, средневзвешенный коэффициент использования находится по формуле:

(2.15)

Расчетная реактивная нагрузка группы электроприемников определяется следующим образом:

, (2.16)

где к_Р` - расчетный коэффициент,

при к_Р` =1,1; при к<sub>Р</sub>` =1.

Тогда расчетный ток для группы электроприемников:

(2.17)

где U_H – номинальное напряжение сети, В.

Пиковый ток группы определяется по формуле:

, (2.18)

где I_ПУСКМ – наибольший из пусковых токов приемников в группе, А;

I_НМ – номинальный ток электроприемника, имеющего

максимальный пусковой ток, А;

К_иМ – коэффициент использования, характерный для приемников с I_ПУСКМ.

По селективности номинальные токи расцепителей автоматов, расположенных последовательно по направлению потока мощности, должны различаться не менее, чем в 1,5 раза.

Сечение проводов, питающих электроприемник от РП, определяется по следующим условиям:

1) по допустимому нагреву:

, (2.19)

где I_ДОП – допустимый ток по нагреву, А;

К_П – поправочный коэффициент по условиям прокладки. По [3] К_П=1,12.

2) соответствия аппарату максимальной токовой защиты:

, (2.20)

где К_З – принятая в соответствии с ПУЭ кратность I_ДОП /I_З; По [3]принимаем для плавкого предохранителя К_З =0,33; для используемых автоматических выключателей типа ВА 51Г К_З =1;

I_З – номинальный ток (ток срабатывания) защитного аппарата, А.

Покажем выбор электрооборудования на примере.

Однодвигательный потребитель – токарный станок с Р_МЕХ=7,0 кВт, обозначенный на плане № 6.

В соответствии с условием (2.1):

Р_н 7,0 кВт

По [1]выбираем электродвигатель АИР132S4 c P_Н = 7,5 кВт; cos _н = 0,86; _Н = 87,5 %; I_П/I_Н =7,5.

По формуле (3):

По формуле (4)

В соответствии с условием (2.5) по [1] выбираем магнитный пускатель

ПМЛ 210004 с I_НП = 25 А

По условиям (2.6) и (2.7) по [2] выбираем тепловое реле РТЛ102104 с I_Н.Т.Р. = 25 А, с I_СР.Т.Э. = 16 А и пределами регулирования тока теплового элемента 13,0-19,0 А.

По условиям (2.8) и (2.9) по [1] выбираем автоматический выключатель ВА51Г-25 с I_НА = 25 А, I_НР = 16 А и К_ТО=14.

;

.

Проверяем выбранный автоматический выключатель по условию (2.10):

.

По условиям (2.11) и (2.12) по [1] выбираем предохранитель ПН2-100/50 с I_В =50 А

;

.

По условиям (2.19) и (2.20) по [1] на участке ШР-QF выбираем провод АПВ-5(12,5) с I_ДОП =19 А

;

.

По условиям (2.19) и (2.20) по [1] на участке QF- M выбираем провод АПВ-4(12,5) с I_ДОП =19 А

;

.

Двухдвигательный потребитель – токарно- винторезный станок с Р_МЕХ =14 кВт, обозначенный на плане №2.

По условию (2.1) по [1] выбираем электродвигатели АИР132М4 c P_Н = 11 кВт; cos _н = 0,87; _Н =87,5%; I_П/I_Н =7,5 и АИР100S4 c P_Н =3 кВт; cos _н=0,83; _Н =82,0 %; I_П/I_Н =7.

Р_н1+ Р_н2 Р_мех;

11+3 кВт 14 кВт

По формулам (2.3) и (2.4) определяем номинальные и пусковые токи электродвигателей данного электроприемника.

;

;

;

.

В соответствии с условием (2.5) по [1] выбираем следующие магнитные пускатели: ПМЛ 210004 с I_НП=25А - для первого и для второго электродвигателя..

;

По условиям (2.6) и (2.7) по [2] выбираем тепловые реле РТЛ102204 с I_Н.Т.Р. = 25 А и пределами регулирования тока теплового элемента 18,0-25,0 А и РТЛ101204 с I_Н.Т.Р. = 6,8 А и пределами регулирования тока теплового 5,5-8,0 А.

;

По условиям (2.8) и (2.9) по [1] выбираем автоматические выключатели: для первого электродвигателя - ВА 51Г-25 с I_НА= 25А, I_НР=25А и К_ТО =14

;

и для второго электродвигателя - ВА 51Г-25 с I_НА=25А, I_НР=8 А и К_ТО=14

;

Проверяем их по условию (2.10):

По [1] для токарно-револьверного станка определяем средневзвешенный коэффициент использования К_и = 0,14 , коэффициент активной мощности cos коэффициент реактивной мощности tg 1,73

По формуле (2.14) определяем эффективное число электроприемников:

Принимаем n_Э =1.

По[1] определяем коэффициент расчетной нагрузки К_Р=f( К_и=0,14;n_Э =1)=5,86

По выражению (2.13) определяем расчетную активную нагрузку:

По выражению (2.16) определяем расчетную реактивную нагрузку:

Расчетный ток группы электроприемников по (2.17):

Определим кратковременный ток:

По условиям (2.11) и (2.12) по [1] выбираем плавкий предохранитель ПН2-100/80 с I_В=80А.

;

По условиям (2.19) и (2.20) по [1] на участке ШР-QF выбираем провод АПВ-5(14,0) с I_ДОП =28 А

;

По условиям (2.19) и (2.20) по [1] на участке QF- M1 для первого электродвигателя выбираем провод АПВ-4 (14,0) с I_ДОП =28 А

;

и для второго электродвигателя на участке QF- M2 выбираем провод АПВ-4(12,5) с I_ДОП =19 А

;

Трехдвигательный потребитель – горизонтально-проточной станок с Р_МЕХ=20 кВт, обозначенный на плане № 54.

По условию (2.1) по [1] выбираем электродвигатели АИР160S4 c P_Н = 15кВт; cos _н = 0,89; _Н =89,5%; I_П/I_Н =7; АИР100L4 c P_Н =4кВт; cos _н=0,84; _Н =85%; I_П/I_Н =7 и АИР100S4 c P_Н =3кВт; cos _н=0,83; _Н =82%; I_П/I_Н =7.

Р_н1+ Р_н2+ Р_н3 Р_МЕХ

15+4+3 кВт 20 кВт

По формулам (2.3) и (2.4) определяем номинальные и пусковые токи электродвигателей данного электроприемника.

;

;

;

В соответствии с условием (2.5) по [1] выбираем следующие магнитные пускатели: ПМЛ 310004 с I_НП=40А - для первого, ПМЛ 110004 с I_НП=10А - для второго и третьего.

;

;

По условиям (2.6) и (2.7) по [2] выбираем тепловые реле РТЛ205304 с I_Н.Т.Р. =80 А и пределами регулирования тока теплового элемента 23,0-32,0 А, РТЛ101404 с I_Н.Т.Р. = 25 А и пределами регулирования тока теплового элемента 7,0-10,0 А и РТЛ101204 с I_Н.Т.Р. = 25 А и пределами регулирования тока теплового элемента 5,5-8,0 А.

;

;

По условиям (2.8) и (2.9) по [1] выбираем автоматические выключатели: для первого электродвигателя - ВА 51Г-31 с I_НА=100А, I_НР=31,5А и К_ТО =14

;

для второго электродвигателя - ВА 51Г-25 с I_НА=25А, I_НР=10А и К_ТО=14

;

и для третьего электродвигателя - ВА 51Г-25 с I_НА=25А, I_НР=8А и К_ТО=14

;

Проверяем их по условию (10):

По [1] для горизонтально-проточного станка определяем средневзвешенный коэффициент использования К_и = 0,14 , коэффициент активной мощности cos коэффициент реактивной мощности tg 1,73

По формуле (2.14) определяем эффективное число электроприемников:

Принимаем n_Э =1.

По[1]определяем коэффициент расчетной нагрузки

К_Р=f( К_и=0,14;n_Э =1)=5,86.

По выражению (2.13) определяем расчетную активную нагрузку:

По выражению (2.16) определяем расчетную реактивную нагрузку:

Расчетный ток группы электроприемников по (2.17):

Определим кратковременный ток:

По условиям (2.11) и (2.12) по [1] выбираем плавкий предохранитель ПН2-100/100

с I_В=100А.

;

По условиям (2.19) и (2.20) по [1] на участке ШР-QF выбираем провод АПВ-5(15,0) с I_ДОП =30 А

;

По условиям (2.19) и (2.20) по [1] на участке QF- M1 для первого электродвигателя выбираем провод АПВ-4 (1´5,0) с I_ДОП =30 А

;

для второго электродвигателя на участке QF- M2 выбираем провод АПВ-4(1´2,5) с I_ДОП =19 А

;

и для третьего электродвигателя на участке QF- M3 выбираем провод АПВ-4(1´2,5) с I_ДОП =19 А

;

Выбор оборудования к другим электроприемникам аналогичен и сведен в таблицу 2.1.

Электродвигатели, коммутационные и защитные аппараты Таблица 2.1.

№ на плане	Технические данные эл. приёмника							Пускатель		Тепловое реле			Автоматический выключатель				Предохранитель		Провода АПВ
	тип	Рн, кВт	КПД	cos 	Кпуск	Iн, А	Iпуск, А	тип	Iн, А	тип	Iн, А	Пределы	тип	Iн, А	Iн.р, А	Kто	тип	Iв, А	Iдоп, А	F, мм2
																				Участок QF – M	Участок ШР(СП) – M
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22
1	АИР132М4	11	0,875	0,87	7,5	21,95	164,66	ПМЛ210004	25	РТЛ102204	25	18,0-25,0	ВА51Г-25	25	25	14	ПН2-100/80	80	28	4(1X4,0)	5(1X4,0)
2	АИР132М4	11	0,875	0,87	7,5	21,95	164,66	ПМЛ210004	25	РТЛ102204	25	18,0-25,0	ВА51Г-25	25	25	14	ПН2-100/80	80	28	4(1X4,0)	5(1X4,0)
	АИР100S4	3	0,82	0,83	7	6,70	46,88	ПМЛ110004	10	РТЛ101204	25	5,5-8,0	ВА51Г-25	25	8	14				4(1X2,5)
6	АИР132S4	7,5	0,875	0,86	7,5	15,14	113,57	ПМЛ210004	25	РТЛ102104	25	13,0-16,0	ВА51Г-25	25	16	14	ПН2-100/50	50	19	4(1X2,5)	5(1X2,5)
9	АИР112М4	5,5	0,875	0,88	7	10,85	75,97	ПМЛ210004	25	РТЛ101604	25	9,5-14,0	ВА51Г-25	25	12,5	14	ПН2-100/31,5	31,5	28	4(1X2,5)	5(1X2,5)
11	АИР132М4	11	0,875	0,87	7,5	21,95	164,66	ПМЛ210004	25	РТЛ102204	25	18,0-25,0	ВА51Г-25	25	25	14	ПН2-100/80	80	30	4(1X4,0)	5(1X4,0)
12	АИР160S4	15	0,895	0,89	7	28,61	200,28	ПМЛ310004	40	РТЛ205304	80	23,0-32,0	ВА51Г-31	100	31,5	14	ПН2-250/100	100	30	4(1X5,0)	5(1X5,0)
13	АИР160S4	15	0,895	0,89	7	28,61	200,28	ПМЛ310004	40	РТЛ205304	80	23,0-32,0	ВА51Г-31	100	31,5	14	ПН2-250/100	100	19	4(1X5,0)	5(1X5,0)
14	АИР100S4	3	0,82	0,83	7	6,70	46,88	ПМЛ110004	10	РТЛ101204	25	5,5-8,0	ВА51Г-25	25	8	14	ПН2-100/31,5	31,5	19	4(1X2,5)	5(1X2,5)
15	АИР112М4	5,5	0,875	0,88	7	10,85	75,97	ПМЛ210004	25	РТЛ101604	25	9,5-14,0	ВА51Г-25	25	12,5	14	ПН2-100/31,5	31,5	19	4(1X2,5)	5(1X2,5)
16	АИР112М4	5,5	0,875	0,88	7	10,85	75,97	ПМЛ210004	25	РТЛ101604	25	9,5-14,0	ВА51Г-25	25	12,5	14	ПН2-100/31,5	31,5	19	4(1X2,5)	5(1X2,5)
17	АИР100S4	3	0,82	0,83	7	6,70	46,88	ПМЛ110004	10	РТЛ101204	25	5,5-8,0	ВА51Г-25	25	8	14	ПН2-100/31,5	31,5	19	4(1X2,5)	5(1X2,5)
18	АИР100L4	4	0,85	0,84	7	8,51	59,58	ПМЛ110004	10	РТЛ101404	25	7,0-10,0	ВА51Г-25	25	10	14	ПН2-100/31,5	31,5	19	4(1X2,5)	5(1X2,5)
19	АИР90L4	2,2	0,81	0,83	6,5	4,97	32,32	ПМЛ110004	10	РТЛ101004	25	3,8-6,0	ВА51Г-25	25	5	14	ПН2-100/31,5	31,5	19	4(1X2,5)	5(1X2,5)
22	АИР112М4	5,5	0,875	0,88	7	10,85	75,97	ПМЛ210004	25	РТЛ101604	25	9,5-14,0	ВА51Г-25	25	12,5	14	ПН2-100/31,5	31,5	19	4(1X2,5)	5(1X2,5)
23	АИР80А4	1,1	0,75	0,81	5,5	2,75	15,13	ПМЛ110004	10	РТЛ100804	25	2,4-4,0	ВА51Г-25	25	3,15	14	ПН2-100/31,5	31,5	19	4(1X2,5)	5(1X2,5)
25	АИР112М4	5,5	0,875	0,88	7	10,85	75,97	ПМЛ210004	25	РТЛ101604	25	9,5-14,0	ВА51Г-25	25	12,5	14	ПН2-100/31,5	31,5	28	4(1X2,5)	5(1X2,5)
30	АИР132М4	11	0,875	0,87	7,5	21,95	164,66	ПМЛ210004	25	РТЛ102204	25	18,0-25,0	ВА51Г-25	25	25	14	ПН2-100/80	80	19	4(1X4,0)	5(1X4,0)
31	АИР132S4	7,5	0,875	0,86	7,5	15,14	113,57	ПМЛ210004	25	РТЛ102104	25	13,0-16,0	ВА51Г-25	25	16	14	ПН2-100/50	50	28	4(1X2,5)	5(1X2,5)
32	АИР132М4	11	0,875	0,87	7,5	21,95	164,66	ПМЛ210004	25	РТЛ102204	25	18,0-25,0	ВА51Г-25	25	25	14	ПН2-100/80	80	19	4(1X4,0)	5(1X4,0)
33	АИР112М4	5,5	0,875	0,88	7	10,85	75,97	ПМЛ210004	25	РТЛ101604	25	9,5-14,0	ВА51Г-25	25	12,5	14	ПН2-100/31,5	31,5	30	4(1X2,5)	5(1X2,5)
34	АИР160S4	15	0,895	0,89	7	28,61	200,28	ПМЛ310004	40	РТЛ205304	80	23,0-32,0	ВА51Г-31	100	31,5	14	ПН2-250/100	100	28	4(1X5,0)	5(1X5,0)
46	АИР132М4	11	0,875	0,87	7,5	21,95	164,66	ПМЛ210004	25	РТЛ102204	25	18,0-25,0	ВА51Г-25	25	25	14	ПН2-100/80	80	19	4(1X4,0)	5(1X4,0)
47	АИР132S4	7,5	0,875	0,86	7,5	15,14	113,57	ПМЛ210004	25	РТЛ102104	25	13,0-16,0	ВА51Г-25	25	16	14	ПН2-100/50	50	28	4(1X2,5)	5(1X2,5)
48	АИР132М4	11	0,875	0,87	7,5	21,95	164,66	ПМЛ210004	25	РТЛ102204	25	18,0-25,0	ВА51Г-25	25	25	14	ПН2-100/80	80	19	4(1X4,0)	5(1X4,0)
49	АИР132S4	7,5	0,875	0,86	7,5	15,14	113,57	ПМЛ210004	25	РТЛ102104	25	13,0-16,0	ВА51Г-25	25	16	14	ПН2-100/50	50	28	4(1X2,5)	5(1X2,5)

Электродвигатели, коммутационные и защитные аппараты Продолжение таблицы 2.1.

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22
50	АИР132S4	7,5	0,875	0,86	7,5	15,14	113,57	ПМЛ210004	25	РТЛ102104	25	13,0-16,0	ВА51Г-25	25	16	14	ПН2-100/50	50	19	4(1X2,5)	5(1X2,5)
51	АИР100S4	3	0,82	0,83	7	6,70	46,88	ПМЛ110004	10	РТЛ101204	25	5,5-8,0	ВА51Г-25	25	8	14	ПН2-100/31,5	31,5	19	4(1X2,5)	5(1X4,0)
52	АИР132М4	11	0,875	0,87	7,5	21,95	164,66	ПМЛ210004	25	РТЛ102204	25	18,0-25,0	ВА51Г-25	25	25	14	ПН2-100/80	80	28	4(1X4,0)	5(1X4,0)
53	АИР90L4	2,2	0,81	0,83	6,5	4,97	32,32	ПМЛ110004	10	РТЛ101004	25	3,8-6,0	ВА51Г-25	25	5	14	ПН2-100/31,5	31,5	19	4(1X2,5)	5(1X2,5)
54	АИР160S4	15	0,895	0,89	7	28,61	200,28	ПМЛ310004	40	РТЛ205304	80	23,0-32,0	ВА51Г-31	100	31,5	14	ПН2-100/100	100	30	4(1X5,0)	5(1X5,0)
	АИР100L4	4	0,85	0,84	7	8,51	59,58	ПМЛ110004	10	РТЛ101404	25	7,0-10,0	ВА51Г-25	25	10	14				4(1X2,5)
	АИР100S4	3	0,82	0,83	7	6,70	46,88	ПМЛ110004	10	РТЛ101204	25	5,5-8,0	ВА51Г-25	25	8	14				4(1X2,5)
55	АИР90L4	2,2	0,81	0,83	6,5	4,97	32,32	ПМЛ110004	10	РТЛ101004	25	3,8-6,0	ВА51Г-25	25	5	14	НПН2-63/16	16	19	4(1X2,5)	5(1X2,5)
57	АИР90L4	2,2	0,81	0,83	6,5	4,97	32,32	ПМЛ110004	10	РТЛ101004	25	3,8-6,0	ВА51Г-25	25	5	14	ПН2-100/31,5	31,5	19	4(1X2,5)	5(1X2,5)