2.5 Разработка схемы управления и описание её работы

Для подключения станка к сети включаем линейный автоматический выключатель QF1 и автоматический выключатель QF2, запитывается силовая цепь, разделительный трансформатор TV2.

При установке одной из трёх скоростей при помощи рукоятки коробки скоростей, конечный выключатель SQ4 подготавливает к включению одну из катушек герконового реле KV1 или KV2. Нажатием на кнопку SB2 включается катушка реле KV1 или KV2 герконовых реле привода пилы. Контактом KV1.4 или KV2.4 ставит себя на самопитание. Замыкаются контакты KV1.1- KV1.3 или KV2.1-KV2.3 соответственно, срабатывает тиристорный пускатель, тем самым подавая трёхфазное переменное напряжение на обмотку статора и вращая пилу в разных направлениях.

Рассмотрим работу тиристорного блока на примере фазы А. В момент прохождения положительной полуволны в фазе А происходит открытие тиристора VS1, так как положительная полуволна является прямой для VS1 и закрытие тиристора VS2, так как положительная полуволна является обратной для VS2, формируется управляющий импульс тока, открывающий импульс на управляющий электрод тиристора VS1 поступает по цепи: фаза А, диод VD1, токоограничивающий резистор R1, нормально разомкнутый контакт KV1.1 или KV2.1, 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 происходит закрытие VS1 и открытие VS2, открывающий импульс на управляющий электрод тиристора VS2 поступает по цепи: другая фаза (на которой сейчас положительная полуволна), обмотка статора двигателя, диод VD2, нормально разомкнутый KV1.1 или KV2.1, резистор R1, управляющий электрод VS2 и катод VS2. Работа остальных тиристорных блоков аналогична.

Для остановки электродвигателя нажимаем кнопку SB1. Для пуска электродвигателя М2 нажимаем кнопку пуска SB4, запитывается катушка герсиконового контактора, контактом KM1 ставит себя на самопитание, замыкает свои главные контакты в цепи электродвигателя М2, осуществляя подачу трехфазного переменного напряжения на обмотку статора электродвигателя М2. Для остановки электродвигателя М2 нажимаем кнопку стоп SB3.

Включение трансформатора TV1 паяльного аппарата осуществляется герсиконовым контактором KM2, который управляется кнопкой SB5. Управление трансформатора ведётся в толчковом режиме.

Местное освещение включается с помощью переключателя SA.

В станке предусмотрены следующие блокировки:

-При обрыве пильной ленты срабатывает конечный выключатель SQ3, размыкая свой нормально замкнутый контакт в цепи герконового реле KV1 и

KV2, тем самым останавливая и обесточивая электродвигатель М1.

-При открытых дверцах ограждения, ведущего и ведомого шкивов ленточной пилы, нормально разомкнутые контакты SQ1 и SQ2 разомкнуты.

-При включении паяльного аппарата цепь герсиконового контактора KM3 размыкается нормально замкнутой кнопкой SB5.

Защита силовой цепи и разделительного трансформатора TV2 от токов короткого замыкания и перенапряжения осуществляется с помощью автоматического выключателя QF1 и QF2. Защиты цепи управления и цепи освещения от токов короткого замыкания осуществляется с помощью плавких предохранителей. Защита электродвигателей М1 и М2 от перегрузок осуществляется с помощью тепловых реле KK1 и KK2 соответственно. Нулевая защита осуществляется с помощью герконовых реле KV1 или KV2.

2.6 Выбор элементов в схеме управления

Выбор силовых тиристоров VS1-VS10 для тиристорного пускателя производим по условиям:

I_ном.т ≥ (0,5 ∙I_max.кр)/(2К_о ∙К_Q ∙К_x∙К_ф), (6)

U_{обр.ном.т} ≥ 1,1 ∙ √2 ∙U_ном.с , (7)

где I_ном.т - номинальный ток тиристора, А;

I_{max кр} - максимальный возможный кратковременный ток через тиристор, А;

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

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

К_x- коэффициент, учитывающий угол проводимости тиристора, К_x=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 двигателе М1:

I_max.кр= I_п1, (8)

где I_п1; – пусковой ток электродвигателя М1, А.

I_max.кр=14,2 А

I_ном.т ≥ (0,5 ∙ 14,2)/(2∙0,5 ∙1 ∙1,1∙1,0)=6,45 А

U_{обр.ном.т} ≥ 1,1 ∙ 1,41 ∙ 380=589,38 В

По [ ] выбираем VS1-VS10 тиристоры марки Т112-10-8 с I_ном.т=10A, U_{обр.ном.т}=800 B, I_упр.т=40 mA, U_упр.т=3 В. Выбор остальных тиристоров аналогичен, данные заносим в таблицу 5.

Таблица 5

Поз. Обозначение	Марка тиристора	Iном.т, A	Uобр.ном.т, B	Iупр.т, A	Uупр.т, B	Iмах.кр, А
VS1-VS10	Т112-10-8	10	800	0,04	3	14,2

Выбор диодов VD1-VD10 для тиристорного пускателя производим по условиям:

I_доп.пр≥I_упр.т , (9)

U_{обр.доп}≥√2 ∙ U_ном.с , (10)

где I_доп.пр – допустимый прямой ток диода, А;

I_упр.т – ток управления тиристором, А;

U_{обр.доп} - обратное допустимое напряжение диода, В.

I_доп.пр≥0,04 А

U_{обр.доп}≥1,41∙380=535,8 В

По [ ] выбираем диоды VD1-VD10 марки Д211 с I_доп.пр=0,1 A, U_{обр.доп}=600 В. Выбор остальных диодов аналогичен, данные заносим в таблицу 6.

Таблица 6

Поз. обозначение	Марка диода	Iдоп.пр , A	Uобр.доп , B	Iупр.т , A
VD1-VD10	Д211	0,1	600	0,1

Выбор резисторов R1-R5 тиристорного пускателя производим по условиям:

R_р≥(0,05 ∙ U_max-U_упр.т)/(1,1 ∙ I_упр.т), (11)

Р_рас≥I²_упр.т ∙R_р , (12)

где R_р - активное сопротивление резистора, Ом;

U_mах - максимальное значение напряжения сети, В;

P_рас - мощность рассеивания резистора, Вт.

Максимальное значение напряжения сети U_maх, В, рассчитываем по формуле:

U_max=√2 ∙ U_ном.c (13)

U_max=1,41 ∙ 380=535,8 В

По условию (11):

R_р≥(0,05 ∙ 535,8-3)/(1,1 ∙ 0,04)=540,68 Ом

По условию (12):

Р_рас≥0,04 ² ∙540,68=0,865 Вт

По [ ] выбираем R1-R5 резисторы марки МЛТ с R_р =560 Ом, Р_рас=1 Вт. Выбор остальных резисторов аналогичен, данные заносим в таблицу 7.

Таблица 7

Поз. обозначение	Марка резистора	Rр, Ом	Ррас, Вт
R1-R5	МЛТ	560	1

Выбор герконового реле KV производим по условиям:

- по напряжению:

U_{ном.кат.р}.≥U_{ном.ц.у.} ; (14)

- по току:

I_ном.к.р≥I_дл.к.ц ; (15)

- по количеству и виду контактов в цепи,

где U_{ном.кат.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_длк.ц. - длительный ток коммутируемой цепи, А.

Покажем выбор герконового реле KV1:

U_{ном.кат.р} .≥24 В,

I_ном.к.р≥0,04 А

По [ ] выбираем герконовое реле KV1 модели РПГ-110411, с четырьмя замыкающими контактами, с одной обмоткой в катушке с Р_ном=2,0 Вт.

Выбор оставшихся реле аналогичен, данные заносим в таблицу 8

Таблица 8

Наименование	Марка	Тип контактов	Число контактов	Потребляемая мощность, Вт
KV1	РПГ-110411	Замыкающие	4	2,0
	РПГ-110222	Размыкающие	2	1,4

Выбор герсиконового контактора KМ1 производим по условиям:

(16)

U_{ном.кат.к}.≥U_{ном.ц.у.} ,

(17)

I_ном.к.≥I_дл.к.ц ,

где U_{ном.кат.к} - номинальное напряжение катушки контактора, В;

I_ном.к. - номинальный ток контактора, А;

По схеме длительный ток коммутируемой цепи — это номинальный ток электродвигателя М2.

По формуле (4):

I_ном2=0,09/(1,73 ∙ 0,38 ∙ 0,6 ∙ 0,75)=0,3 А

По условиям (16) и (17):

U_{ном.кат.к}.≥24 В

I_ном.к.≥0,3 A

По [ ] выбираем герсиконовый контактор КМГ-17-190-00У2.0 с I_ном.к.=6,3 А, U_{ном.кат.к}=24 В, с потреблением мощности Р_потр.=4 Вт.

Выбор оставшихся герсиконовых контакторов аналогичен, данные заносим в таблицу 9.

Таблица 9

Наименование	Марка	Iном.к, A	Uном.кат.к, B	Рпотр, Вт
KM1, KM2	КМГ-17-190-00У2.0	6,3	24	4

Выбор конечных выключателей производим по условиям:

U_{ном кон в.} ≥ U_ном.ц.у (18)

I_{ном кон.в.} ≥ I_{дл к.ц.} (19)

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

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

Покажем выбор SQ1:

U_{ном к.в.}≥ 24В

Длительный ток коммутируемой цепи равен:

I_дл.к.ц =P_{потр.КV1}/U_{ном. ц.у} (20)

I_дл.к.ц=(2+1,4)/24=0,141 А

По [13] выбираем конечный выключатель SQ1 марки ВПК2010БУХЛ4 с U_{ном кон.в.}=24В, I_{ном кон.в.}=10А, усилием нажатия F=13Н.

Выбор остальных выключателей аналогичен, данные заносим в таблицу 10.

Таблица 10

Поз. обозначение	Тип	Uном кон.в., В	Iном кон.в., А
SQ1-SQ4	ВПК2010БУХЛ4	24	10

Покажем выбор кнопки SB1.

Длительный ток комутационной цепи I_дл.к.ц , А, определяем по формуле:

I_дл.к.ц=P_потр.KV1/U_ном.ц.у, (21)

I_дл.к.ц=2+1,4/24=0,141 А

По [ ] выбираем кнопку SB1 марки КЕ021 исполнение 5 с красным грибовидным толкателем, I_ном.кн=10 А.

Выбор остальных кнопок аналогичен, данные заносим в таблицу 11.

Таблица 11

Наименование	Марка	Вид управляющего элемента	Цвет управляющего элемента	Кол. замыкающих контактов	Кол. размыкающих контактов
SB1, SB3	КЕ021 исп. 5	Грибовидный	Красный	-	1
SB2,SB4	КЕ011 исп. 4	Цилиндрический	Черный	1	-
SB5	КЕ011 исп. 2	Цилиндрический	Черный	1	1

Сигнальную лампу выбираем по условиям:

- по конструктивному исполнению;

- по номинальному напряжению:

(22)

U_ном.с.л≥U_ц.с ,

где U_ном.с.л – номинальное напряжение сигнальной лампы, В;

U_ц.с – напряжение цепи сигнализации(в нашем случае это напряжение цепи управления, так как сигнальная лампа установлена в цепи управления), В.

Выбор сигнальной лампы HL осуществляем с учётом условия (18):

U_ном.с.л≥24 В

По [ ] выбираем светодиодную лампу СКЛ16.3А-КМ-1-24 с I_ном=20мА.

Выбор лампы местного освещения производим по условиям:

- по мощности;

- по номинальному напряжению:

(23)

U_{ном.л.м.о}≥U_ц.м.о ,

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

U_ц.но – напряжение цепи местного освещения, В.

Выбор лампы местного освещения EL выбираем с учётом условия (19):

U_{ном.л.м.о}≥24 В

По [ ] выбираем энергосберегающую лампу марки КЛЛ 3U-20 с U_{ном л.м.о.}=24 В, Р_{ном.л.м.о.}=20 Вт.

Выбор переключателей в цепи управления производим по следующим условиям:

- по назначению;

- по конструктивному исполнению;

- по рабочему напряженнию:

(24)

U_{ном.пер}≥U_ком.ц. ;

- по току контактов переключателя

(25)

I_{ном.к.пер}≥I_дл.к.ц ,

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

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

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

Длительный ток комутационной цепи I_дл.к.ц , А, определяем по формуле (21):

I_дл.к.ц= 20/24=0,83 А ,

Покажем выбор переключателя SA1 в цепи местного освещения:

U_{ном.пер}≥24 В

I_{ном.к.пер}≥ 0,83 А

По [ ] выбираем переключатель типа 2В-200K с U_{ном.пер}=24 В, I_{ном.к.пер}=10 А. Выбор переключателя заносим в таблицу 12.

Таблица 12

Наименование	Тип переключателя	Uном,пер, В	Iном.к.пер , А	Iдл.к.ц. , А
SA1	2В-200K	24	10	0,83

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

-

(26)

по обратному напряжению

U_обр≥1,57 U_ц.у ;

- по прямому току

(27)

I_доп.пр.≥0,5 ∙ I_d ,

где I_d - ток нагрузки диодов, А.

Ток нагрузки диодов определяем по формуле:

(28)

I_d=(∑P_потр)/(U_ц.у),

где ∑Р_потр - сумма активных мощностей потребителей цепи управления, Вт.

Покажем выбор диодов VD11-VD14.

По условию (26):

U_обр≥1,57 ∙24=37,68 В

По условию (28):

I_d=((2+1,4)+4+0,02*24)/24=0,2 А

По условию (27):

I_доп.пр.≥0,5 ∙ 0,2=0,1 А

По [ ] выбираем диоды серии КД106А с I_доп.пр=0,3 А и U_обр=100В.

Выбор понижающего трансформатора TV2 для питания цепей управления, местного освещения и сигнализации производим по условиям:

- по напряжению обмоток

(29)

U_ном.1тр≥U_ном.с ;

(30)

U_ном.2тр≥U_р.2TV ;

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

(31)

U_{ном.2м.о}≥U_ц.м.о ;

- по мощности трансформатора

(32)

S_ном.тр≥S_расч.1 ;

где U_ном.1тр - номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора,

В;

U_р.2TV - номинальное напряжение вторичной обмотки

питания выпрямителя, В;

U_ном.2с. - номинальное напряжение вторичной обмотки питания сигнализации, В;

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

S_ном.тр - номинальная мощность трансформатора, ВА;

S_расч.1 - полная расчетная нагрузка первичной обмотки трансформатора, ВА.

Расчетную нагрузку трансформатора S_расч.1, ВА, определяем по формуле:

(33)

S_расч.1 =S₂/η_тр ,

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

η_тр - коэффициент полезного действия трансформатора (принимаем по [ ]).

Суммарную мощность нагрузки S₂, ВА, определяем по формуле:

(34)

S₂=К_u(I_d ∙ U_ц.у) + I_л.м.о ∙ U_{ном.л.м.о} ,

где I_л.м.о – ток лампы местного освещения, А;

I_с.л.— суммарный ток сигнальных ламп, А.

К_u – коэффициент соотношения напряжений U₂ и U_d , о.е.(принимаем по [ ])

По условию (34):

S₂=1,23∙(0,2∙24)+20=25,9 В∙А

По формуле (33):

S_расч.1 =25,9/0,81=31,9 В∙А

По условиям (29), (30), (31), (32):

U_ном.1тр≥380 В

U_ном.2тр≥26,64 В

U_{ном.2м.о}≥24 В

S_ном.тр≥31,9 В∙А

По [ ] выбираем трансформатор ОСМ1-0,063-380/29/24 трёхобмоточный с S_ном=63 В∙А, U_ном.1тр=380 В, U_ном.2тр=29 В, U_{ном2м.о.}=24 В.

В качестве понижающего трансформатора TV1 принимаем к установке трансформатор ОСМ1-0,25-380/29 c S_ном=250 В∙А, U_ном.1тр=380 В, U_ном.2тр=29 В.

2.7 Выбор защитной аппаратуры и питающих проводников

Выбор автоматического выключателей QF2 производим по условиям:

(35)

I_ном.р.≥I_дл ,

где I_ном.р. - номинальный ток теплового расцепителя автоматического воз

душного выключателя, А;

I_дл - длительный ток нагрузки цепи, А.

Длительный ток нагрузки цепи, I_дл , А, находим по формуле:

(36)

I_дл=∑I_ном.+I_{1ном.тр.} ,

где ∑I_ном - сумма номинальных токов электродвигателей, А;

I_{1ном.тр.} - номинальный ток первичной обмотки понижающих трансформаторов, А.

Номинальный ток первичной обмотки понижающего трансформатора TV1, I_{1ном.тр1.}, А, находим по формуле:

(37)

I_{1ном.тр.}=S_ном.тр1/U_{ном 1 тр}

I_{1ном.тр1.}=250/380=0,65 А

Номинальный ток первичной обмотки понижающего трансформатора TV2, I_{1ном.тр2.}, А, находим по формуле:

(38)

I_{1ном.тр.}=S_ном.тр2/U_{ном 1 тр}

I_{1ном.тр2.}=63/380=0,17 А

I_дл=I_ном.1+I_ном.2 +I_1ном.тр+ I_{1ном.тр2.}, (39)

I_дл=2,84+0,3+0,65+0,17=3,96 А

I_ном.р.≥3,96 А

По [ ] выбираем автоматический воздушный выключатель QF2 марки ВА51-25 с I_ном.в.=25 А, I_ном.р.=4 А, I_ср.э.р=56 А.

Так как выбираем автоматические выключатели с комбинированными расцепителями, то проверяем их по току срабатывания электромагнитного расцепителя по условию:

I

(40)

_ср.э.р≥1,25∙I_кр,

где I_ср.э.р. - ток срабатывания электромагнитного расцепителя, А;

Для QF2:

(41)

I_кр=I_п1 +I_ном.2+ I_ном1TV1+ I_ном1TV2

I_кр=14,2+0,30+0,65+0,17=15,32 А

1,25∙I_кр=1,25∙15,32=19,15 А

Так как 56 А > 19,15 А, то автоматический воздушный выключатель выбран правильно.

Для защиты питающей линии, идущей от распределительного устройства (РУ) к станку выбираем выключатель по условию селективности на одну ступень выше.

Таблица 13

Поз. обозначение	Марка Выключателя	Iном.в, , А	Iном.р. , А	Iср.э.р. , А
QF1	ВА51-25	25	5	70
QF2	ВА51-25	25	4	56

Выбор плавких предохранителей производим по условию:

(42)

I_вст≥I_ном.з.ц ,

где I_вст - номинальный ток плавкой вставки, А;

I_{ном.з.ц.} - номинальный ток защищаемой цепи, А.

Номинальным током защищаемой цепи для предохранителя FU1 является номинальный ток лампы освещения.

По условию (37):

I_ном.з.ц=P_{ном м.о.}/U_{ном ц.у.}

I_ном.з.ц=20/24=0,83А

I_вст≥0,83А

По [ ] выбираем плавкий предохранитель FU1 марки ПП-21 с I_ном.пр=16 А, I_вст=1 А. Выбор остальных предохранителей аналогичен, данные заносим таблицу 14.

Таблица 14

Поз. обозначение	Марка предохранителя	Iном.пр., А	Iвст , А	Iном.з.ц , А
FU1	ПП-21	16	1	0,83
FU2	ПП-21	16	1	0,20

Тепловые реле для защиты электродвигателей от перегрузок выбираем по условиям:

I_{ном.т.р.}≥I_ном , (43)

I_{ном.т.э.р.}≥I_ном , (44)

где I_{ном.т.р.} - номинальный ток теплового реле, А;

I_{ном.т.э.р.} - номинальный ток теплового элемента реле, А;

I_ном – номинальный ток защищаемой цепи, А.

Покажем выбор теплового реле КК1.

По условиям (43), (44):

I_{ном.т.р.}≥2,84 А

I_{ном.т.э.р.}≥2,84 А

По [ ] выбираем тепловое реле марки РТЛ100804 с I_{ном.т.р.}=25 А, I_{ном.т.э.р.}=3,2 А с пределом регулирования тока несрабатывания 2,40-4,00 А. Выбор тепловых реле сводим в таблицу 15.

Таблица 15

Поз. обозначение	Марка реле	Iном.т.р , А	Iном.т.э.р, А	Предел регулирования тока несрабатывания, А	Iном , А
КК1	РТЛ100804	25	3,20	2,40-4,00	2,84
КК2	РТЛ100304	25	0,32	0,24-0,40	0,30

Выбор сечения питающей линии к станку производим по большему значению тока из двух условий:

(45)

(46)

_Iдоп≥I_дл/К_попр ,

I_доп≥(К_защ ∙I_{ном.р.РУ})/К_попр ,

где I_доп - длительно допустимый ток проводника стандартного сечения при расчетных условиях прокладки, т.е. при t_окр.ср=+25⁰С (прокладка в воздухе) и при t_окр.ср=+15⁰С (при прокладке в земле), А;

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

I_{ном.р.РУ} - номинальный ток теплового расцепителя выключателя, установленного в РУ, А.

K_защ – коэффициент защитной аппаратуры, о.е..

I_доп≥3,96/1=3,96 А

I_доп≥(1,0 ∙5)/1=5 А

При прокладке провода в трубе для четырёхпроводной сети по [ ] выбираем АПВ-3(1х2,5)+1х2,0 с I_доп=19 А.