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:

 

Р_у = 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

 

Р_у = 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, К_с = 0,95

2.1.4.Расчётная мощность токарно-винторезного станка 1К62:

Р_р = К_с* Р_у

где: К_с = 0,95 – коэффициент спроса

Р_у = 19720 Вт – установленная мощность

Р_р = К_с* Р_у =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 = Р_р / U_нс

где: Р_р =18734Вт – расчётная мощность

U_нс = 380В – номинальное напряжение трёх фазной сети

I _р = Р_р / U_нс = 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 I_вст должен быть равен или больше величины пускового тока I _пуск электродвигателя, поделённой на 2,5

 

 

.

I_вст ≥ 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:

 

I_р =

 

где: Р_у = М₃ + М­₄ =120 + 1100 = 1220 Вт – установленная мощность

К_с = 0,95 – коэффициент спроса

U_л = 380В – линейное напряжение

М₃= 120Вт – потребляемая мощность двигателя электронасоса

М₄= 1100Вт – мощность электродвигателя гидронасоса суппорта

 

I_р = 1,85 А

 

Пусковой ток электродвигателя главного привода токарно-винторезного станка 1К62:

К_пуск = I_пуск / I_р

откуда

I_пуск = I_р *К_пуск

где: К_пуск = 4,8 – коэффициент пуска

I_р = 1,85А – расчётный ток

 

I_пуск = 4,8 * 1,85 = 8,88А

 

Ток плавкой вставки предохранителя:

 

I_вст ≥ I _пуск ∕ 2,5 = 8,88 / 2,5 = 3,55А

 

По шкале номинальных токов плавких вставок согласно таблице 4 принимается ток плавкой вставки: I_вст = 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 I_iа =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 Q_c.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 К_ок – коэффициент заполнения окна сердечника обмоткой.

К_ок = 0,2 – 0,4(типовое значение К_ок= 0,3).

 

Исходя из значений и Q_ок 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 Q_с.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 E_n – расстояние от крайних витков до ярма, E_n = 3 мм. Число слоев обмотки броневого или однокатушечного стержневого трансформатора определяют по формуле:

 

Полученное число М_n 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 l_Wn – средняя длина витка n–ой обмотки, см;

G_Mn – масса n–ой обмотки, кг.

q_n – сумма сечений всех обмоток

9. Потери в меди обмоток. Их вычисляют для каждой обмоток отдельно:

где Р_м – 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 Н_с и H_я – напряженности поля в стали стержня, определяемые для индукций В_с и В_я 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 Q_обм. – открытая поверхность обмотки;

Q_cep – 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