Условиями выбора муфты являются

М_вр > М_{кр i}, n_макс ≥ n_i, (6.21)

где М_вр – вращающий момент муфты, Н·м;

n_макс – максимальная частота вращения муфты, мин^-1.

Таблица 5 – Значения КПД механических передач (без учета потерь трения в подшипниках)

Тип передачи	Закрытая	Открытая
Зубчатая: с цилиндрическими колесами с коническими прямозубыми колесами	0,96 – 0,98 0,95 – 0,97	0,93 – 0,95 0,92 – 0,94
Червячная: самотормозящая несамотормозящая при: z1=1 (z1 – число заходов червяка) z1=2 z1=3 z1=4	0,30 – 0,40 0,65 – 0,70 0,70 – 0,75 0,80 – 0,85 0,85 – 0,90	― 0,45 – 0,55 0,55 – 0,65 ― ―
Цепная	0,95 – 0,98	0,94 – 0,95
Фрикционная	0,90 – 0,94	0,70 – 0,85
Ременная с плоским ремнем	―	0,93 – 0,98
Ременная с клиновым ремнем	―	0,92 – 0,97
Винт-гайка скольжения	0,50 – 0,70	―
Винт-гайка качения	0,80 – 0,95	―
Муфта соединительная	―	0,98 – 0,99
Примечание: Трение в опорах учитывается введением условного КПД подшипников: для одной пары подшипников качения ηп.к.= 0,990 – 0,995, скольжения ηп.с.= 0,98 – 0,99.

При выборе тормозных электромагнитных муфт тормозной момент муфты М_торм, Н∙м, определяется из условия торможения вращающихся инерционных масс за требуемый интервал времени

, (6.22)

где ‒ момент инерции механизма, приведенный к i-тому валу, на котором установлена муфта, кг·м²;

‒ угловая скорость i-того вала, рад·с^-1;

t_торм – требуемое время торможения, с.

Кроме этого при выборе муфты учитывают:

- назначение муфты;

• способ токоподвода;

• напряжение питания;

• максимальную частоту вращения, которую она может обеспечить;

• время срабатывания и отпускания;

• габаритные размеры муфты.

6.4 Выбор контакторов и магнитных пускателей

При выборе аппаратов управления следует учитывать в первую очередь режим работы, для которого они предназначены. В зависимости от области применения аппаратов ГОСТ 12434 – 83Е устанавливает для них категории применения (таблица 6).

Таблица 6 – Категория применения аппаратов в зависимости от рода тока и режима работы (области использования)

Категория применения при токе		Область применения
переменном	постоянном
АС1	ДС1	Электропечи сопротивления, неиндуктивная и малоиндуктивная нагрузка
АС2	―	Пуск и торможение противовключением двигателей с фазным ротором
АС3	―	Пуск и отключение вращающихся двигателей с короткозамкнутым ротором
АС4	―	Пуск и торможение противовключением двигателей с короткозамкнутым ротором
―	ДС2	Пуск и отключение вращающихся двигателей с параллельным возбуждением
―	ДС3	Пуск, отключение неподвижных или медленно вращающихся двигателей и торможение противовключением двигателей с параллельным возбуждением
―	ДС4	Пуск и отключение вращающихся двигателей с последовательным возбуждением
―	ДС5	То же, что и ДС3, но двигателей с последовательным возбуждением
АС11	ДС11	Управление электромагнитами
АС20	ДС20	Коммутация электрических цепей без тока или с незначительным током
АС21	ДС21	Коммутация активных нагрузок, включая умеренные перегрузки
АС22	ДС22	То же, что АС21 и ДС21, на смешанных нагрузках
АС23	ДС23	Коммутация двигателей или других высокоиндуктивных нагрузок

Одним из главных элементов электропривода являются контакторы. Это аппараты дистанционного действия, предназначенные для частых включений и отключений силовых электрических цепей при нормальных режимах работы. С их помощью подается напряжение на электродвигатели, включаются и выключаются другие цепи. Контакторы работают в сетях постоянного и переменного тока основной промышленной частоты.

Контакторы и пускатели выбирают с учетом:

1. мощности и рода тока коммутируемой нагрузки;

2. тока и напряжения главных контактов;

3. числа и рода главных контактов;

4. числа и рода вспомогательных контактов;

5. рода тока и напряжения катушки;

6. наличия теплового реле;

7. конструктивного исполнения по степени защиты от воздействия окружающей среды и случайных прикосновений (при установке в шкафах управления может приниматься исполнение IP00);

8. способа монтажа.

При большом числе контакторов приводят подробный выбор одного, а результаты выбора остальных заносят в таблицу по форме таблицы 7.

Таблица 7 – Выбор контакторов

Поз. обозначение Тип

Категория применения

Напряжение главных контактов, В

Ток главных контактов, А

Число главных контактов, зам./разм.

Число вспомогательных контактов, зам/разм

Род тока катушки

Напряжение катушки, В

Мощность катушки, пуск/ном, В·А (Вт)

Наличие теплового реле

Конструктивное исполнение

Способ монтажа

Способ присоединения внешних проводов

Габариты, мм

Треб.

Выбр.

6.5 Выбор реле управления

Основным видом реле, применяемого в системах управления, является электромагнитное, которое представляет собой аппарат, предназначенный для передачи команд из одной электрической цепи в другую.

Выбор реле управления производится по следующим условиям:

1. роду тока и виду коммутируемой нагрузки;

2. частоте коммутаций;

3. току и напряжению контактов;

4. числу и роду контактов;

5. числу и роду катушек, роду тока катушек;

6. напряжению (току) катушек;

7. способу присоединения внешних проводов;

8. конструктивному исполнению по способу монтажа и степени защиты;

9. механической и коммутационной износостойкости.

Для реле времени необходимо дополнительно учитывать выдержку времени и направление её действия, число и род контактов с выдержкой времени.

Ток контактов реле принимают для наиболее тяжёлого режима работы – при разрыве тока индукционной нагрузки.

При эксплуатации реле в условиях, отличных от каталожных, необходимо произвести перерасчет на реальные условия эксплуатации. Перерасчёт производят исходя из постоянства коммутационной мощности контактов реле.

В пояснительной записке приводят подробный расчёт одного реле, а остальные заносят в таблицу 8.

Таблица 8 – Выбор реле управления

Поз. обозначение Тип

Категория применения

Род коммутируемой нагрузки

Ток контактов, А

Напряжение контактов, В

Число контактов, зам/разм.

Род тока катушки

Род катушки

Напряжение (ток) катушки, В(А)

Мощность катушки пуск/ном, В∙А(Вт)

Выдержка времени, с

Направление действия выдержки времени

Контакты с выдержкой времени, зам/разм

Способ присоединения внешних проводов

Способ монтажа

Конструктивное исполнение

Габариты, мм

Треб.

Выбр.

6.6 Выбор командоаппаратов

Командными называются аппараты ручного управления, с помощью которых подаются команды на включение, переключение, регулировку скорости и отключение. К командным аппаратам относят кнопки управления, конечные выключатели, тумблеры и переключатели.

Кнопочные выключатели выбирают по следующим условиям:

1. току и напряжению контактов;

2. числу и роду контактов;

3. конструктивному исполнению, цвету и виду толкателя.

Конечные выключатели выбирают исходя из следующих показателей:

1) тока и напряжения контактов;

2. числа и рода контактов;

3. вида движения и величины хода толкателя;

4. конструктивного исполнения по степени защиты от воздействия окружающей среды.

Переключатели выбирают по следующим условиям:

1. току и напряжению контактов;

2. числу полюсов и позиций, диаграмме коммутации;

3. конструктивному исполнению.

При выборе бесконтактных выключателей учитывают:

1. напряжение питания и его род;

2. допустимый ток нагрузки;

3. расстояние срабатывания;

4. конструктивное исполнение по способу монтажа и степени защиты от воздействия окружающей среды.

В пояснительной записке приводят подробный выбор одного аппарата каждого используемого вида, а результаты выбора остальных помещают в соответствующую таблицу по форме таблиц 9, 10, 11.

Таблица 9 – Выбор кнопочных выключателей

Поз. обозначение, тип		Ток контактов, А	Напряжение контактов, В	Число контактов, зам./разм.	Вид толкателя	Цвет толкателя	Степень защиты
	Треб.
	Выбр.

Таблица 10 – Выбор конечных выключателей

Поз. обозначение, тип		Ток кон­тактов, А	Напряжение кон­тактов, В	Число кон­тактов зам./разм.	Ход толка­теля, мм	Степень защиты
	Треб.
	Выбр.

Таблица 11 – Выбор переключателей

Поз. обозначение, тип		Ток контактов, А	Напряжение контактов, В	Число полюсов	Число позиций	Исполнение по виду рукоятки	Степень защиты
	Треб.
	Выбр

6.7 Расчет и выбор трансформаторов и выпрямителей управления

6.7.1 Выбор трансформатора, питающего цепь управления переменного тока, производится по двум условиям [8]:

1) Мощность трансформатора S_тр, В∙А, должна быть не меньше суммарной мощности, потребляемой максимальным числом одновременно включенных аппаратов в длительном режиме работы

(6.23)

где k – максимальное число одновременно включенных аппаратов;

S_номi, – номинальная мощность катушки i-того аппарата, В∙А.

2) Падение напряжения в трансформаторе во всех режимах работы не должно превышать допустимой величины, для чего должно выполняться условие

S_тр ≥ ( соsφ_пуск∙ + cosφ_ном∙ ), (6.24)

где е_к – напряжение короткого замыкания, %;

DU – падение напряжения в трансформаторе, %;

cosj_пуск – коэффициент мощности катушки аппарата при включении;

m – число одновременно включаемых аппаратов;

S_пускi – мощность, потребляемая катушкой аппарата при включении, В·А;

cosj_ном – коэффициент мощности работающего аппарата;

n – число включенных аппаратов.

Приняв для трансформаторов ОСМ е_к=5%, DU =5%; для катушек аппаратов управления cosj_пуск ≈ 0,7, cosj_ном ≈ 0.3, получаем

(6.25)

Если трансформатор имеет несколько вторичных обмоток, то рассчитывают мощность каждой вторичной обмотки, а мощность трансформатора S_тр, В∙А, определяется

S_тр ≥ S₂₁ + S₂₂ +…+ S_2j, (6.26)

где S₂₁, S₂₂, S_2j – мощность соответствующей вторичной обмотки трансформатора, В·А;

j – число вторичных обмоток трансформатора.

Выбранный трансформатор должен удовлетворять следующим условиям

S_ном.тр S_тр, S_ном21 S₂₁, S_ном22 S₂₂, S_ном2j S_2j,

U_ном21 U₂₁, U_ном22 U₂₂, U_ном2j U_2j,

где S_ном.тр – номинальная мощность выбранного трансформатора, В·А;

S_ном21, S_ном22, S_ном2j – номинальные мощности вторичных обмоток трансформатора, В·А;

U_ном21, U_ном22, U_ном2j – номинальные напряжения вторичных обмоток трансформатора, В;

U₂₁, U₂₂, U_2j – требуемые напряжения вторичных обмоток трансформатора, В.

6.7.2 Расчёт выпрямителя включает в себя [7]:

а) выбор схемы выпрямления;

б) расчёт и выбор вентилей;

в) расчёт и выбор согласующего трансформатора.

Выбор схемы выпрямления определяется мощностью нагрузки, диапазоном регулирования напряжения и требованиями к пульсациям выпрямленного напряжения.

Исходными данными для выбора тиристоров и диодов являются номинальный ток нагрузки I_dном и номинальное напряжение нагрузки U_dном.

Выбор тиристоров производится в следующей последовательности:

1. определяют среднее значение тока вентиля I_в, А

I_в= k_iвI_dном, (6.27)

где k_iв – схемный коэффициент тока вентиля;

2. рассчитывают максимальную величину обратного напряжения, прикладываемого к запертому вентилю U_{обр. макс}, В

U_{обр.макс}= k_e0k_ck_pE_dном, (6.28)

где k_e0 – отношение максимального обратного напряжения к выпрямленной Э.Д.С.;

k_c – коэффициент запаса по напряжению, принимаемый равным 1.1;

k_p – отношение типовой мощности трансформатора к мощности на стороне переменного тока;

E_dном – выпрямленная Э.Д.С. преобразователя, принимаемая равной 1.05U_dном, В;

3. условия выбора тиристоров

I_в.доп I_в, (6.29)

U_{в.макс.доп} U_{обр.макс}, (6.30)

где I_в.доп и U_{в.макс.доп} – допустимые ток, А, и обратное напряжение, В, соответственно.

Если невозможно подобрать тиристоры по требуемым условиям, то можно применить последовательное и параллельное включение предварительно принятых к установке вентилей.

Число параллельных ветвей в плече выпрямителя а определяется

, (6.31)

где ‒ допустимый ток принятого вентиля, А.

Требуемое число последовательно включённых вентилей в одной ветви плеча n

, (6.32)

где ‒ допустимое обратное напряжение принятого вентиля, В.

Выбор диодов производится по тем же условиям, что и тиристоров

I_в≥ k_iвI_dном, U_{обр.макс}≥ k_e0E_dном.

Значения схемных коэффициентов приводятся в таблице 12.

Таблица 12 – Расчётные величины для выпрямительных схем

Наименование схемы	ke	ke0	kiв	ki1	ki2	kp	число пульсаций m
Однофазная мостовая	1.110	1.570	0.500	1.110	1.110	1.23	2
Трёхфазная нулевая	0.855	2.090	0.333	0.471	0.577	1.35	3
Трёхфазная мостовая	0.427	1.045	0.333	0.816	0.816	1.05	6

Для выбора согласующего трансформатора необходимо определить требуемое напряжение вторичной обмотки трансформатора и мощность трансформатора:

а) выбор трансформатора для управляемого выпрямителя.

Фазная Э.Д.С. вторичной обмотки трансформатора Е₂, В, определяется

Е₂= k_ek_ck_aE_dном, (6.33)

где k_e – схемный коэффициент вторичного напряжения;

k_c – коэффициент запаса, учитывающий возможное снижение напряжения сети, принимаемый равным 1.1;

k_a – коэффициент, учитывающий неполное открытие вентилей при максимальном управляющем сигнале. Для нереверсивных электроприводов принимают k_a=1.0, для реверсивных k_a=1.2.

Если Э.Д.С. Е₂ близка или совпадает с напряжением сети, то можно использовать бестрансформаторную схему включения (для мостовых схем).

Действующее значение тока вторичной обмотки I₂, А

I₂= k_ik_i2I_dном, (6.34)

где k_i – коэффициент непрямоугольности, учитывающий отклонение формы тока от прямоугольной, принимаемый равным 1.05-1.10;

k_i2 – схемный коэффициент вторичного тока.

Действующее значение тока первичной обмотки I₁, А

I₁= , (6.35)

где k_i1 – схемный коэффициент первичного тока;

k_тр – коэффициент трансформации трансформатора.

Типовая мощность трансформатора S_т, В∙А

S_т= k_pP_dном, (6.36)

где P_dном – мощность нагрузки постоянного тока, Вт.

б) выбор трансформатора для неуправляемого выпрямителя.

Для выбора трансформатора необходимо определить требуемые напряжение вторичной обмотки U₂, В, и мощность трансформатора S_т, В∙А

U₂= k_eE_d, S_т= k_pP_d (6.37)

6.8 Выбор аппаратов защиты

6.8.1 В электроприводах применяют следующие виды защит:

а) защиту при коротких замыканиях в силовых цепях и при недопустимо больших бросках тока двигателя;

б) защиту двигателя от перегрева, от самозапуска, от обрыва цепи обмотки возбуждения, от перенапряжений, от затянувшегося пуска синхронных двигателей и выпадения их из синхронизма;

в) защиту цепей управления при коротких замыканиях.

6.8.2 Защита при коротких замыканиях обеспечивает немедленное отключение повреждённой цепи. В силовых цепях защита осуществляется плавкими предохранителями, автоматическими выключателями с электромагнитными и комбинированными расцепителями, максимально-токовыми реле. Цепи управления защищают либо теми же аппаратами, что и силовые цепи (обычно при мощности двигателя до 5кВт), либо своими плавкими предохранителями и автоматическими выключателями. Максимально-токовые реле осуществляют также защиту двигателя от недопустимо больших толчков тока.

6.8.3 Ток плавкой вставки предохранителей I_{ном.вст}, А, определяется:

а) для защиты двигателей с короткозамкнутым ротором с пусковым током I_пуск и номинальным током I_ном

• при нормальном пуске (t_пуск 10c)

I_{ном.вст} ; (6.38)

• при тяжёлом пуске (t_пуск > 10с)

I_{ном.вст .} ; (6.39)

• независимо от условий пуска

I_{ном.вст} ; (6.40)

б) для защиты асинхронных двигателей с фазным ротором и двигателей постоянного тока с номинальным током I_ном, А

I_{ном.вст}= (1,00-1,25)I_ном . (6.41)

При выборе предохранителей также учитывают напряжение защищаемой цепи и наличие сигнальных контактов.

6.8.4 Номинальный ток электромагнитного или комбинированного расцепителя автоматического выключателя I_{ном.расц}, А, выбирается по длительному расчётному току I_дл, равному при защите одиночного двигателя номинальному току, а при защите группы двигателей – наибольшему суммарному току одновременно работающих двигателей

I_{ном.расц} , (6.42)

где 0,85 – коэффициент, учитывающий ухудшение условий охлаждения автоматического выключателя при установке в шкафу управления.

Ток срабатывания (отсечки) электромагнитного или комбинированного расцепителя I_сраб, А, проверяется по максимальному значению кратковременного тока

I_сраб 1,25I_{макс.кр.}, (6.43)

где 1,25 – коэффициент, учитывающий неточность определения характеристик автоматических выключателей;

I_{макс.кр} – максимальный кратковременный ток линии, А.

При защите одиночного двигателя максимальный кратковременный ток I_{макс.кр}, А, принимается равным пусковому току двигателя I_пуск, а при защите группы двигателей определяется следующим образом

I_{макс.кр}= I_{пуск.наиб}+ , (6.44)

где I_{пуск.наиб} – пусковой ток наибольшего двигателя в группе или группы одновременно пускаемых двигателей, А;

‒ сумма номинальных токов остальных двигателей группы, А.

При выборе автоматических выключателей необходимо дополнительно учитывать:

• напряжение цепи;

• род тока цепи;

• число полюсов;

• необходимое число вспомогательных контактов.

После приведения в пояснительной записке примера выбора автоматического выключателя, может быть приведена таблица 13 с результатами выбора автоматических выключателей.

Таблица 13 – Выбор автоматических выключателей

Поз. обозначение, тип		Вид расцепителя	Род тока цепи	Число полюсов	Напряжение цепи, В	Ток расцепителя, А	Ток автоматического выключателя, А	Ток срабатывания (уставки), А	Число и род дополнительных контактов, зам/разм	Габариты, мм
	Треб.
	Выбр.

6.8.5 Ток уставки (срабатывания) максимально-токовых реле I_уст, А:

а) для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором

I_уст= (1,3-1,5)I_пуск ; (6.45)

б) для асинхронных двигателей с фазным ротором и двигателей постоянного тока

I_уст= (1,2-1,3)I_пуск (6.46)

6.8.6 При защите цепей управления плавкими предохранителями и автоматическими выключателями с электромагнитными расцепителями

I_{ном.вст}= I_сраб= 2,5 , (6.47)

где k – максимальное число одновременно включенных аппаратов;

I_номi – номинальный ток катушки i-того аппарата, А.

6.8.7 Защита двигателей от перегрева, вызванного перегрузкой по току, осуществляется:

а) при продолжительном режиме работы – тепловыми реле или автоматическими выключателями с тепловыми или комбинированными расцепителями;

б) при повторно-кратковременном режиме – с помощью максимально-токовых реле, т. к. в этом режиме возможно срабатывание тепловых реле из-за дополнительного нагрева при пусках и торможениях.

От перегрузок защищают электродвигатели переменного тока мощностью 0,55кВт и выше. При необходимости применяют защиту от перегрузок и для двигателей мощностью менее 0,55кВт. Электродвигатели приводов насосов охлаждения и смазки, магнитных сепараторов шлифовальных станков и прочих легко загрязняющихся механизмов должны иметь защиту от перегрузок независимо от их мощности.

Номинальный ток нагревательного элемента I_{ном.нагр.}, А, теплового реле и теплового или комбинированного расцепителя автоматического выключателя I_{ном.расц.}, А, выбирают из условия

I_{ном.нагр}= I_{ном.расц} I_ном . (6.48)

Ток уставки максимально-токовых реле I_уст, А, выбирается

I_3ф< I_уст< I_2ф, (6.49)

где I_3ф и I_2ф – токи двигателя при работе на трёх и двух фазах соответственно, А.

Наиболее надёжная защита двигателей от перегрева – температурная защита с использованием заложенных в обмотки терморезисторов.

6.8.8 Защита катушек электромагнитных аппаратов от коммутационных перенапряжений. При отключении катушек электромагнитов, электромагнитных муфт и электромагнитных реле по закону электромагнитной индукции в катушках наводится ЭДС самоиндукции, которая может вызвать перенапряжения в цепи, приводящие к ускоренному изнашиванию контактных групп, пробою электрической изоляции обмоток катушек и других элементов электрических цепей.

Для снижения коммутационных перенапряжений применяют различные схемные решения, которые заключаются в разряде возникающей ЭДС самоиндукции через электрические цепи, подключенные параллельно катушке. Для этого параллельно катушке электромагнитного аппарата включают RC-цепочку, конденсатор, резистор, диод или диод и резистор (рисунок 3). Последние два схемных решения (рисунок 3, б и в) применяют в цепях постоянного тока: диод при этом включают в непроводящем направлении относительно источника питания.

а) б) в) г) д)

Рисунок 3 – Схемы защиты обмоток электромагнитных аппаратов.