Книга
← К списку книгЗагрузка разделов…
активнаАктивные записи участвуют в каталоге и синках. Неактивная книга скрыта, но не удалена из базы.
Книга
ОГЛАВЛЕНИЕ
Scanned by A.Lushnikov
Предисловие 3
Глава I. Асинхронные электродвигатели.4
Расчеты при перемотке обмотки статора на напряжения, отличные от номинального.. .4
Расчет обмоток статора асинхронных двигателей, не имеющих паспортных данных14
Расчеты при перемотке обмоток статора асинхронного диигателя на новую частоту вращения .20
Расчет конденсаторов для работы трехфазного асинхроного двигателя в однофазном режиме 25
Расчет обмоток однофазного электродвигателя при перемотке его из трехфазного ....28
Глава II. Машины постоянного тока 30
Расчет обмоток статора н якоря на другое напряжение 30
Расчет обмоток при изменении частоты вращения двигателя32
Глава III. Упрощенный расчет маломощных трансформаторов 33
Глава IV. Расчеткатущекэлектрических аппаратов38
Глава V. Расчетнагревательныхприборов ....44
Глава VI. Расчет пусковых и тормозных устройств электродвигателей 53
Электродвигатели постоянного тока параллельного и независимого возбуждения53
Асинхронные электродвигатели . . ...60
Глава VII. Расчет проводов и кабелей72
Определение сечений проводов и кабелей по допустимому нагреву72
Определение сечений проводов и кабелей по допустимой потере напряжения87
Выбор аппаратов защиты90
Расчет токов короткого замыкания (т. к. з) в си
стемах электроснабжения напряжением до 1000 В 100
Расчет статических конденсаторов для компенсации реактивной мощностиМО
ГлаваVIII. Расчет освещения .,-.113
ГлаваIX. Расчет мощности зарядныхустройств.,129
ГлаваX. Выбор полупроводниковыхвентилей.132
Неуправляемые выпрямвтелн (дводы)...132
Управляемые выпрямители (тиристоры).,136
Расчет сглаживающих фильтров..,139
Глава XI. Расчет защитного заземления .142
Глава XII. Зануление 150
Глава XIII. Расчет мощности двигателей типовых установок 155
Транспортеры.155
Металлообрабатывающие станки . . . . 4156
Насосы156
Вентиляторы157
Компрессоры157
Рекомендуемая литература158
Дополнения
Токи плавления проводов159
Лебедки160
Пилорамы и круглопильные станки161
Учебное издание
Дьяков Василий Иванович
ТИПОВЫЕ РАСЧЕТЫ ПО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЮ
Заведующая редакцией С. В. НикитинаРедактор В. И. Ратникова
Мл. редакторы И. Л. Жуховицкая, Е. Л. ГрандовекаяОбложка художника В. В. КореневаХудожественный редактор В. Г. ПасичникТехнический редактор Г. Л. Виноградова
Корректор Г. Н. Буханова
ИВ № 8398
Изд. № ЭГ-258. Сдано в набор 21.03.90. Подп. в печать 27.07.90. Формат 84X1087». Бум. тип. № 2. Гарнитура литературная. Печать высокая. Объем 8,40 усл. печ. л. 8,61 усл. кр.-отт. 8.53 уч.-изд. л. Тираж 92 000 экз.
Зак. № 525. Цена 45 коп.
Издательство «Высшая школа», 101430, Москва, ГСП-4, Неглинная ул„Д. 29/14.
Владимирская типография Госкомпечати СССР.
600000, г. Владимир, Октябрьский проспект, д. 7
ББК 31.26 Д 93
УДК 621.313
Рекомендовано к язданию Государственным комитетом СССРпо народному образованию
Рецензент — канд. техн, наук А. М. Бонч-Бруевич
Дьяков В. И.
Д 93 Типовые расчеты по электрооборудованию: Практ. пособие — 7-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш, шк., 1991,— 160 с.: ил.
ISBN 5-06-000865-7
Даны практические расчеты по электрооборудованию, приведены теоретические сведения, методика расчета, расчетные примеры и важнейшие справочные данные.
Седьмое издание (6-е — в 1985 г.) дополнено сведениями о стабилизаторах, фильтрах и др.
Пособие может быть использовано при профессиональном обучении рабочих иа производстве, учащимися и преподавателями
2202070000(4307000000)—002ББК 31.2в
А052(01)—916П2.1.08
ISBN 5-06-000865-7© в. И. Дьяков, 1991
ПРЕДИСЛОВИЕ
Одним из факторов создания материально-технической базы социалистического общества является развитие энергетики, а для этого требуется огромное количество квалифицированных рабочих, способных освоить и эксплуатировать новую технику.
Во время эксплуатации промышленного электрооборудования часто приходится выполнять различные электротехнические расчеты.
Книга «Типовые расчеты по электрооборудованию» имеет цель научить электромонтера технически правильно производить расчеты, связанные с ремонтом и монтажом промышленного электрооборудования, установленного на различных промышленных предприятиях.
Для электромонтеров, получивших теоретическую подготовку в профессионально-технических училищах, и электромонтеров-практиков освоение расчетов по электрооборудованию не представит затруднений.
При подготовке данной книги автором существенно переработан материал предыдущего издания, учтены замечания и пожелания специалистов-электриков.
Значительно переработаны главы, в которых изложены основные положения по расчету неуправляемых и управляемых полупроводниковых выпрямителей, электрическому освещению, зарядным устройствам. Увеличено число расчетных примеров. Прежние примеры обновлены. Существенные изменения и дополнения внесены в расчеты двигателей, не имеющих паспортных данных, нагревательных приборов, проводов и кабелей. Вновь подготовлены расчеты токов короткого замыкания трансформаторных подстанций, фильтров, полупроводниковых выпрямителей, работающих на индуктивную нагрузку.
Автор считает своим приятным долгом выразить благодарность рецензенту кандидату технических наук А. М. Бонч-Бруевичу за ценные замечания, которые были учтены при доработке рукописи.
Автор
ГЛАВА IАСИНХРОННЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ
§ 1. Расчеты при перемотке обмотки статорана напряжения, отличные от номинального
При перемотке обмотки на новое напряжение при сохранении частоты вращения, плотности тока и мощности число эффективных проводников в пазу
М УцоВ Снов
JVHOB ,VCT’
ист °ст
где А^нов и Nct — новое и старое число эффективных проводников в пазу; UBOb и UCt — новое и старое фазное напряжение, В; анов и аст — новое и старое число параллельных ветвей.
Когда число проводников в пазу большое (не менее 25), полученное значение ЫЮв можно округлить до целого числа. При меньшем числе дробное значение можно превратить в целое (или близкое к нему) путем изменения числа параллельных ветвей новой обмотки.
Диаметр провода без изоляции при ^нов^эл.нов6” =Лст^эя.ст> где ^эл.нов и ^эл.ст ■— новое и старое ЧИСЛО элементарных проводников, входящих в эффективный проводник, определяется по рис. 1. Например, при t/CT=220 В диаметр провода </=1,2 мм'. Проводя от найденной точки 1,2 мм иа вертикали 220 В горизонтальную линию, находим диаметры при других напряжениях: 1,57 мм— при 127 В; 0,92 мм — при 380 В. Полученные результаты округляют до ближайших значений диаметров. Диаметры проводов и толщину изоляции определяют по табл. 1, 2, 3.
При ановПэл.новт^астПэл.ст определенный по рис. 1 диаметр умножают на коэффициент кд (табл. 4), Например, по рис. 1 диаметр с?» 1,2 мм. В старой обмотке аСтПэл.ст = 2-2 = 4, В НОВОЙ ВЫбраНО Омв^эл-нов”* =2-1 =2. На пересечении графы 4 и строки 2 (табл. 4) находим Лй=1.41. Новый диаметр dB0B= 1,2-1,41 =» = 1,68 мм.
tt о § tt о о. с
к 3 35 S
м о о. S ч
£ А
к 3 S 5 Е
« S S 5 и
о 3 S
S
S л
S
3 о.
S
cd sf s
ч ю
cd Ь
8 2
& О CQ О О. В е i S ч
е К 1
3
1
i-sieu
see 88883998
ООО **
ОООOOOOOООО
aVeeu van
S22 § Й
О О*ООО
weieu
оог-ieu
г-ничнеи 'z-iriaeu
op 5* co^ 00 СЧ IOto to Ь- о О]о to о
883О о oo§22 22222
ОООО О О ОО о о о оо о* о
t-ifieeu
о-;одаоооюг—тою
ооо88ооS82S2222
ОООо оооо о о о оо о o'*
[-Hiriaeu ‘ifeeu ‘ireu
S^2^Й1РРоююосчоtoо
$2 XS S5 3 о сч соvю
0^0 О0,000ОО^-^^
ООООООООООООООО
ПЯ16Ы ‘015 -aieu ‘z-aieu
S У о со оо82222ю ю со
о ооооооо о* о"
I-06U
иооюСО 1Д 00ОООООО^ОО
о о о о о ооо о
ООО ООООоооооо
deieu ‘Жя-aieu
3835S8§Sе § ^82 2 2 2S2 ^2 2 2
О О О С о О 0*0 со" Н 0*0 оо*о@о*Но* о* о* с8
gWW ‘НМ01Г0Я
•odu эннэьээ
2ооОООСОiOCOCOlQlO—1 ь-
CO^QQC4OWQQ0QOC00000СО СО СЧ
§§§8§§11§8§§§§§
ООООООООООООООО
им *имоиоа •odu dWMBHtf дннчкениион
9ю$8 2оооо2 2 8 со ОО” О О_ -О ООО"-* - —- " 0*0*0, о*о*2о* О* О*О* О* О* 2-0*0*
зё 5 = 1
2 g a
1 ° о ® § X tfo
= X
s s
5 о
5 s
Максимальный внешний диаметр провода, мм
и .и ®^® СйС
О Ch с
CQCQCQ
со ®®® ССк
CQ Ф С
^Х $CQ
§
с
со
С
Й .4 Чй и® ЕЕ
СО
Л с
0,14
0,01539
0,16
0,164
0,17
0,160
0,165
0,170
0,18
0,16
(0,15)
0,01767
0,18
0,19
0,170
0,18
0,190
0,20
0,170
0,16
0,0201
0,19
0,186
0,198
0,180
0,19
0,200
0,21
0,185
(0,17) -
0,0227
0,20
0,198
0,21
0,19
0,20
0,210
0,22
0,195
0,18
0,0255
0,21
0,208
0,22
0,20
0,21
0,220
0,23
0,205
(0,19)
0,0284
0,22
0,22
0,23
0,21
0,22
0,230
0,24
0,215
0,20
0,0314
0,23
0,23
0,24
0,225
0,23
0,240
0,25
0,225
(0,21)
0,0346
0,24
0,25
0,235
0,24
0,250
0,26
0,235
0,224
0,0394
0,256
0,264
0,250
0,265
0,275
0,282
0,255
(0,236)
0,0437
0,286
0,261
0,276
0,286
0,294
0,266
0,25
0,0491
0,29
0,284
0,30
' 0,275
0,29
0,300
0,31
0,31
0,280
(0,265)
0,0551
0,314
0,305
0,315
0,325
0,325
0,300
0,28
0 0615
0,314
0,33
0,320
0,330
0,340
0,340
0,315
0,30
0,0706
0,350
0,340
0,350
0,360
0,360
0,335
0,315
0,0779
0,352
0,364
0,355
0,365
0,375
0,375
0,350
(0,335)
0,0989
0,384
0,375
0,385
0,395
0,395
0,375
0,355
0,099
0,394
0,414
0,395
0,415
0,425
0,415
0,395
(0,38)
0,1134
0,43
0,44
0,42
0,420
0,440
0;44
0,450
0,450
0,420
0,40
0,1256
0,440
0,46
0,440
0,460
0,470
0,470
0,440
(0,425)
0,1417
0,484
0,465
0,485
0,495
0,495
0,465
0,45
0,159
0,490
0,510
0,490
0,510
0,520
0,530
0,495
(0,475)
0,1771
0,534
0,515
0,535
0,545
0,555
0,520
0,50
0,1963
0,548
0,560
0,545
0,565
0,57
0,58
0,585
0,545
(0,53)
0,221
0,59
0,600
0,58
0,580
0,600
0,610
0,56
0,2462
0,610
0,630
0,610
0,630
0,63
0,640
0,645
0,610
0,60
0,2826
0,670
0,650
0,670
0,680
0,695
0,650
0,63
0,3116
0,680
0,700
0,680
0,705
0.71
0,720
0,725
0;680
(0,67)
0,353
0,73
0,750
0,72
0,720
0,750
0,760
0,720
0,71
0,3957
0,760
0,790
0,760
0,790
0,79
0,800
0,765
0,75
0,4416
0,800
0,830
0,810
0,840
0,83
0,840
0,805
0,80
0,503
0,87
0,800
0,880
0,86
0,860
0,890
0,89
0,890
0,860
0,85
0,5672
0,910
0,930
0,910
0,940
0,94
0,940
0,910
0,90
0,636
0,97
0,960
0,990
0,96
0,960
0,990
0,99
0,990
0,960
0,95
0,7085
1,010
1,040
■ 1,010
1,040
1,04
1,040
1,010
1,00
0,785
1,09
1,060
1,090
1,07
1,080
1,110
1,09
1,110
1,065
1,06
0,882
1,130
1,150
1,140
1,170
1,16
1,170
1,130
1,12
0,985
1,21
1J9
1,210
1,20
1,200
1,230
1,22
1,230
1,190
— о о о ьо— о о о ьоСечение про. волоки, мм*Сечение про. волоки, мм*
— о о о ьо
— о о о ьо
Сечение про. волоки, мм*
Сечение про. волоки, мм*
III р§ Sis
О" н
ё»
Ф о о S
Максимальный внешний диаметр провода, мм
г О.
с . е
с
О’ . 3
СОСО _со
СЕмС
SSg
5 CD <7) С
ЕЁ
8
Л
Е
2 со
2
а со ЕС
со % V
1,18
1,093
1,34
1,25
1,270
1,260
1,290
1,28
1,230
1,250
1,25
1,227
1,32
1,350
1,33
1,330
1,360
1,35
1,360
1,320
1,32
1,368
1,49
1,39
1,420
1,400
1,430
1,42
1,43
1,370
1,40
1,539
1,59
1,47
1,500
1 48
1 480
1,510
1,51
1,475
1,50
1,767
1,58
1,600
1,58
1,580
1,610
1,61
1,580
1,60
2,0096
1,68
1,710
1,665
1,686
1,710
1,71
1,680
1,70
2,269
1,78
1,810
1,80
2,543
1,88
1,910
1,92
1,90
2,834
1,99
2,010
2,02
2,00
3,14
2,090
2,120
2,12
2,12
3,528
2,210
2,240
2,24
2,24
3,939
2,330
2,360
2,37
2,36
4,372
2,450
2,480
2,49
2,50
4,906
2,600
2,630
2,63
Примечание. Провода, размеры которых указаны в скобках, следует применять только в отдельных случаях при обосновании технико-экономической целесообразности.
Номинальный диаметр проволоки. мм
оооооооо;,оооооооооооооооооооооооооооооооооооо
*4 *4 О О О СЛ СЛ СЛ ^. >UСР СР СР СР СР СР Ю ГО ЬОЬОЬОЬОЬОЬО — — — — — — ————ОО оооооо
О ЬО Ср СИ — Ср У? ЬООС^ЮФЧСЛ >> ЬО О с© “Чо^срьо-ооорослсл^СР ЬО — О <© ОО00*4СЛ^.^.СР
ОО ооослослоослслСЛООСЛОСЛО О О О ОО О СЛ СЛ О СЛСЛСЛСЛСЛСЛСЛслослслосл
ПЭВ-1
оооооооооооооооооОооОООООО0 000 00'000000ОО
ЧЧЧООфСЛСЛСЛ ф. 4k ^ 4k СРСР СР СР СР СР ЬОЬОЬО*ОЮЬОЮьо ——— ———— — — —ооо|11I
СО СЛ Q -4 СО О -4 4k-ODO* —00О СЛ СО — О 00-^ СЛ 4k СР ЬО —О С©*4О СЛ СЛ4кСО ЬО —СОСО 001*1*
О ОООСЛОСЛООСЛСЛОЮОСЛОСЛооооооооослООО
ПЭВ-2
о о о о о о о о о о о ооооо о о оооооо
I ^ 1 о I *СЛ | "ел 1 4к 1 4к 1 СО 1 ср | со I ьо I "ьо"ьо"ьо*ьо | I ”— I — — —*—О О 1 1 I I I I СО 1 О 1 СО * О * — 1 О — О) 1 У 1 О 1 ©‘фУЮО^'^ У1 ^ЬО — о со 00 1 1 * • 1 1 О О о 00 О О 4к 4к О О 4к ОООО 00 О 4* О 0Р О СЛ СЛ СЛ
ПЭС-2
ооооооооооооооооооооооооооооооооооооооо
-4 ^ ^ О О О СЛ СЛСЛ4кф-4к4кфСРСРСРСРСРЬОьо ьо to ьо ьо ьоьо — — — — ——— — — — оо|11I1
О СЛ — *4 СО О *4 4кЬООО^ООРОСЛСР — 0D*4 О СО ЬО —О CD *4 О СЛ СЛ4к СО ЬО — О CDСО1*11
СЛООООСЛСЛСЛООСЛ СЛоО О СЛ О ОООО
ПЭТ-155
О^ОООООООооооооооооооооооооООООООООООООО ОО о
"«Ч МО ОО сл’сл СЛ^ ^.^ХсоозСОСРСОСЛЬЭЬО'ьоьэ toTolo——— — — — —— — *— 0*00О'*0*0*0 |1
О to QD СЛ — 00 * ЬО С0-4^ЬОС0*4 О V — О ОР-4 СЛ СР ЬО Q CD ОР *4 О СЛ 4к 4к СР ЬО — ф QP *4О СЛ 1 1
■^J о Фь 4к — — О СРСЛОЬОЬОСЛСЛЮЧСЛОФООЬООООФ4 4 0 0C0 4k4к— о 00 00 0РУ?К>ОО
ПЭТимид. ПНЭТимиД
000000.0.000 0.0.. . .. ..ОО.
*41СПО СЛ1ел1*4к|*4к срСР1031 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1111ОО1 1 1 1 1 |
ОСЛОСР О—О—срСР
ОООООООООО
ПЭФ-155
Продолжение табл. 2
Максимальный внешний диаметр провода.
ИМ
2 2»
Л К4 2
С S
5 S
КЗ
to
S
К
1
X « й
и 8
Е
Е
Е
Е
ее
Е
0,750
0,4416
0,81
0,84
0,830
0,83
0,809
0,83
0,80
0,503
0,86
0,89
0,880
0,89
0,861
0,88
0,85
0,5672
0,91
0,94
0,930
0,94
0,913
0,93
0,90
0,636
0,96
0,99
0,990
0,99
0,965
0,99
0,95
0,7085
1,01
1,04
1,040
1,040
1,017
1,040
1,000
0,785
1,07
1,10
1,090
1,090
1,068
1,090
1,06
0,882
1,13
1,16
1,150
1,160
1,13
1,150
1 12
0,985
1,19
1,22
1,210
1,22
1,192
1,210
1,18
1,093
1,26
1,28
1,270
1,28
1,254
1,270
1,25
1,227
1,33
1,35
1,350
1,35
1,325
1,350
1,32
1,368
1,4
1,42
1,420
1,42
1,397
1,420
1,400
1 539
1,48
1,51
1,50
1,51
1,479
1,500
1,500
1,767
1,58
1,61
1,60
1,61
1,581
1,60
1,600
2,0096
1,68
1,71
1,710
1,71
1,683
1,71
1,700
2,269
1,78
1,81
1,810
1,81
1,785
1,810
1,80
2,543
1,89
1,92
1,910
1,92
1,886
1,910
1,90
2,834
1,99
2,020
2,010
2,02
1,990
2,00
3,14
2,09
2,12
2,120
2,12
2,092
—
2,12
3,528
2,21
2,24
2,240
2,24
2,22
2,24
3,939
2,34
2,37
2,36
2,37
2,340
2,36
4,372
2,46
2,49
2,480
2,49
2,460
2,50
4,906
2,6
2,63
2,630
2,63
2,600
—
Таблица 3, Диаметры и расчетные сечении обмоточных проводов типа ПЭТВЛО, ПЭЛ Ш КО, ПЭВТЛЛО, ПЭЛО, ПЭШО, ПЭПЛОТ, ПЭЛБД, ПЭТВБД, ПЭБО, ПЭЛШКД
я ° 5 с §
Ч р »
§ | О X § м
6« &S
V * S S к о Si
Максимальный внешний диаметр провода, мм
о°
88
о
Е
оо gS ЕЕ
О
Е
Ч из § Е
л со
л С
О
(7) с
0) с
0,05
0,00196
0,14
(0,06)
0,00280
—
—
0 15
—
—
—
0,063
0,00283
—
—
0,16
——
0,071
0,00385
—
—
0,16
—
—
0,08
0,00503
—
0,17
0,19
—
0,09
0,00636
—
—
0,18
0,20
—
0,10
0,00785
—
0,18
0,19
0,21
—
0,112
0,00985
0,20
0,20
0,23
—
(0 12)
0,01131
—
0,20
0,21
0,23
0,125
0,0123
0,21
0,22
0,24
(0,13)
0,01327
—
0,21
0,22
0,24
—
—
—
—
Продолжение табл. 3
5 с 8
||8 lii
6*
eg s s 55
Максимальный внешний диаметр провода, мм
О° ai
о
Е
II ЕЕ
о ч
Е
5 § Е
л со
8
О to л с
Ч
Е
0,14
0,01539
0,22
0,23
0,25
0,15
0,01767
—
0,23
0,24
0,27
—
0,16
0,0201
—
0,24
0,25
0,28
—
0,17
0,0227
0,25
0,26
0,29
0,18
0,0255
—
0,26
0,27
0,30
—
0,19
0,0284
—
0,27
0,28
0,31
0,20
0,0314
0,32
0,29
0,30
0,32
——
0,21
0,0346
0,34
0,31
0,31
0,34
—
0,224
0,0394
0,35
0,32
0,33
0,37
—
——
0,236
0,0437
0,37
0,33
0,34
0,38
—
—
0,25
0,0491
0,39
0,35
0 35
0,40
——
——
0,265
0,0551
0,40
0,38
0,39
0,41
0,28
0,0615
0,42
0,40
0,40
0,43
0,30
0,0706
0,44
0,42
0,42
0,45
—
—
0,315
0,0779
0,45
0,43
0,44
0,46
—
0,335
0,0989
0,47
0,45
0,46
0,48
—
0,355
0,099
0,49
0,47
0,48
0,50
——
0,38
0,1134
0,52
0,50
0,50
0,53
0,51
0,40
0,1256
0,54
0,52
0,52
0,55
0,58
—
0,425
0,1417
0,57
0,55
0,55
0,58
0 60
—
0,45
0,159
0,60
0,58
0,59
0,61
0,63
—
0,475
0,1771
0,63
0,61
0,61
0,64
0,66
—
0,50
0,1963
0,65
0,63
0,63
0,67
0,69
—
0,53
0,221
0,69
0,66
0,66
0,71
—
0,56
0,2462
0,72
0,69
0,69
0,74
—
0,60
0,2826
0,76
0,73
0,73
0,78
0,63
0,3116
0,79
0,76
0,76
0,81
0,67
0,353
0,84
0,80
0,80
0,85
0,71
0,3957
0,89
0,85
0,85
1,05
0,90
—
0,75
0,4416
0,94
0,90
0,90
0,95
0,96
0,80
0,503
0,99
0,95
0,95
—
1,0
1,01
0,85
0,5672
1,04
1,0
1,0
1,05
1,06
0,90
0,636
1,09
1,05
1,05
—
1,10
1,П
0,95
0,7085
1,14
1,10
1,10
1,25
1,29
1,15
1,16
1,0
0,785
1,20
1,16
1,16
—
1,35
1,39
1,23
1,21
1,06
0,882
1,26
1,22
1,22
—
1,41
1 45
1 29
1,27
1,12
0,985
1,32
1,28
1,28
—
1,41
1,51
1,35
1,33
1,18
1,093
1,38
1,34
1,34
—
1,53
1,57
1,41
1,39
1,25
1,227
1,45
1,41
1,41
——
1,6
1,64
1,48
1,46
1,32
1,368
1,52
1,48
1,48
1,67
1,71
1,55
1,53
1,40
1,539
—
1,56
1,56
—
1,75
1,79
1,63
1,61
1,5
1,767
—
1,68
1,68
—
1,85
1,89
1,74
—
1,6
2,0096
—
1,68
—.
1,95
1,99
1,84
1,7
2,269
—
—
—
—
2,05
2,09
1,99
1,8
2,543
—
—
—
—
2,15
2,19
2,04
——
1,9
2,834
—
—
—
2,25
2,29
2,14
2,0
3,14
—
—
—
—
2,35
2,39
2,85
2.12
3,528
—
—
—
—
2,47
2,51
3,37
—
Таблица 4. Значения коэффициента Ка
Произведение анов-пэл.нов
fe4 при произведении аст пэл ст
1
1
1,41
1,73
2
2,24
2,45
2,83
3
—
—-
—-
—-
2
0,71
1
1,22
1,41
1 58
1,73
2
2,12
2,24
2,45
2,74
2,83
3
—
3
0,58
0,82
1
1,16
1,29
1,41
1,64
1,73
1,83
2
2,24
2,31
2,45
2,58
4
0,5
0,71
0,87
1
1,12
1,23
1,41
1,5
1,58
1,73
1,94
2
2,12
2,24
5
0,45
0,63
0,78
0,9
1
1,1
1,27
1,34
1,41
1,55
1,73
1,79
1,9
2
6
0,41
0,58
0,71
0,82
0,91
1
1,16
1,22
1,29
1,41
1,58
1,63
1,73
1,83
8
—
0,5
0,61
0,71
0,79
0,87
1
1,06
1,12
1,22
1,37
1,41
1,5
1,58
9
—
0,47
0,58
0,67
0,75
0,82
0,94
1
1,05
1,16
1,29
1,33
1,41
1,49
10
—
—
0,55
0,63
0,71
0,78
0,9
0,95
1
1,1
1,22
1,27
1,34
1,41
12
—
—
0,5
0,58
0,65
0,71
0,82
0,87
0,91
2
1,12
1,16
1,22
1,29
15
—
. —
—
0,52
0,58
0,65
0,73
0,78
0,82
0,9
1
1,03
1,1
1,16
16
—
—
—
0,5
0,56
0,61
0,71
0,75
0,79
0,87
0,97
1
1,06
1,12
18
—
—
—
—
0,53
0,58
0,67
0,71
0,75
0,82
0,91
0,94
1
1,05
20
—
—
—
—
0,5
0,55
0,63
0,67
0,71
0,78
0,87
0,9
0,95
1
й^лсл^з ггг: 8^3
ро
*01*
*<ре>сльэ uiboobi
Принимают в новой обмотке один элементарный проводник в эффективном проводе, Г» е. Л^днон—1.
Диаметр провода прн напряжении 220 В dHOB=d'kd= = 1,14-1,41 = 1,6 мм, где d'=l,14 мм (по рис. 1 для (7=220 В).
Из табл. 4, исходя из произведений астлэл.ст=2-2=4, получают аНовПэл.яов=2-1 = 2, &d=l,41.
По табл, 1 выбирают новое стандартное сечение проводника ^нов=1,6 ММ И dB-Boa— 1,665 мм,
Проверяют, разместятся ли 38 новых эффективных проводников в старых пазах:
^нов ^ииов "эл.нов _ 38‘ 1,6652-1
N ^ п ~ 22-1,565*2 " '
' ст И.СТ "эл.ст
Из расчета видно, что проводники новой обмотки поместятся в пазу.
§ 2. Расчет обмоток статора асинхронных двигателей, не имеющих паспортных данных
В производственной практике для ремонта могут поступать электродвигатели, у которых отсутствуют паспортные данные, а обмотка повреждена в такой степени, что не представляется возможности определить ее обмоточные данные. Чтобы восстановить обмотку таких двигателей, необходим полный расчет машины. Ниже приводится расчет для наиболее распространенных трехфазных двигателей мощностью до 100 кВт.
Вначале снимают с натуры следующие основные размеры:
наружный диаметр статора Da, мм;
внутренний диаметр статора Diw мм;
полная длина сердечника статора //, мм;
число пазов статора zu
площадь паза sn, мм2;
высота паза Нгъ мм;
высота спинки статора hc, мм.
Число полюсов 2р принимают по паспорту (если он имеется) или определяют возможное наименьшее число полюсов, исходя из размеров электродвигателя, по формуле
2р = q,5 2l .
h0
Далее определяют следующие основные величины: полюсное деление, мм, т=л£>,/(2р);
синхронная частота вращения ле=60//р, где f —- частота питающей сети, Гц;
число пазов на полюс и фазу <7=Zi/(2pm), где т— число фаз.
Определяют ориентировочно полезную мощность, кВт, электродвигателя по формуле P=ADtlinc, где А — коэффициент использования (постоянная мощности), значение которого в зависимости от полюсного деления т приведено на рис. 2.
Рис. 2. Постоянная мощности Л в зависимости от полюсного деления т
Постоянная мощности А для двигателей серий 4А принимается по рис. 2 с уменьшением на 20%.
Определенная по формуле мощность электродвигателя является приближенной. Вычисление ее производится только для возможности пользования при расчетах табл. 6, где допустимые электромагнитные нагрузки указаны в зависимости от мощности электродвигателя.
Далее выбирают тип и шаг обмотки статора, обмоточный коэффициент. В асинхронных двигателях единых серий при наружном диаметре статора более 200—250 мм применяют двухслойные обмотки, при меньших диаметрах обычно используют однослойные обмотки.
Шаг обмотки статора ух принимают:
при однослойной обмотке — диаметральный ^У\ = =2Л2р)У,
при двухслойной — укороченный (t/i = pzi/ (2р)), где р — коэффициент укорочения (обычно 0,75—-0,85).
Наименование08UМощность. кВтдо 11-1010-100Тл0,3—0,60,6—0,70,7—0,9Индукция в воздушном зазоре В60,4—0,760,7—0,710,76—0,9Тл1,1—1,51,2—1,61,3—1,6Индукциявспинке статора Во1,2—1,61,3-1,71,4—1,7Плотность токаА/мм?6—85—64—5,57—8,56,5—84—6,5в обмотке статора 6Наименование08UМощность. кВтдо 11-1010-100Тл0,3—0,60,6—0,70,7—0,9Индукция в воздушном зазоре В60,4—0,760,7—0,710,76—0,9Тл1,1—1,51,2—1,61,3—1,6Индукциявспинке статора Во1,2—1,61,3-1,71,4—1,7Плотность токаА/мм?6—85—64—5,57—8,56,5—84—6,5в обмотке статора 6Таблица 6. Значение электромагнитных нагрузок для асинхронных двигателей*Таблица 6. Значение электромагнитных нагрузок для асинхронных двигателей** Данные в знаменателе для двигателей серий 4 А.* Данные в знаменателе для двигателей серий 4 А.
Наименование
08
U
Мощность. кВт
до 1
1-10
10-100
Тл
0,3—0,6
0,6—0,7
0,7—0,9
Индукция в воздушном зазоре В6
0,4—0,76
0,7—0,71
0,76—0,9
Тл
1,1—1,5
1,2—1,6
1,3—1,6
Индукцияв
спинке статора Во
1,2—1,6
1,3-1,7
1,4—1,7
Плотность тока
А/мм?
6—8
5—6
4—5,5
7—8,5
6,5—8
4—6,5
в обмотке статора 6
Наименование
08
U
Мощность. кВт
до 1
1-10
10-100
Тл
0,3—0,6
0,6—0,7
0,7—0,9
Индукция в воздушном зазоре В6
0,4—0,76
0,7—0,71
0,76—0,9
Тл
1,1—1,5
1,2—1,6
1,3—1,6
Индукцияв
спинке статора Во
1,2—1,6
1,3-1,7
1,4—1,7
Плотность тока
А/мм?
6—8
5—6
4—5,5
7—8,5
6,5—8
4—6,5
в обмотке статора 6
Таблица 6. Значение электромагнитных нагрузок для асинхронных двигателей*
Таблица 6. Значение электромагнитных нагрузок для асинхронных двигателей*
* Данные в знаменателе для двигателей серий 4 А.
* Данные в знаменателе для двигателей серий 4 А.
Обмоточный коэффициент А® трехфазных однослойных обмоток зависит от числа пазов на полюс и фазу (<7i). Принимается А®= (0,955—0,966). Обмоточный коэффициент двухслойных обмоток зависит также и от шага у (табл. 7).
Зная фазное напряжение обмотки статора 17ф, при котором электродвигатель должен работать, определяют число последовательно соединенных витков в обмотке одной фазы w$=U\j(222А®Ф), где Ф — магнитный поток на один полюс (Ф=0,637Ват/1), В?,— индукция в воздушном зазоре (см. табл. 6).
Определив число витков в фазе, находят число эффективных проводников в пазу:
N _^а
где а — число параллельных ветвей в обмотке статора.
Для практических целей при выборе числа параллельных ветвей электродвигателей мощностью до 100 кВт можно пользоваться табл. 8.
Далее определяют полное сечение, мм2, меди всех проводников паза sM=snAM, где sn— площадь паза, мм2; &м— коэффициент заполнения паза медью, который можно определить по табл. 9.
Затем определяют сечение, мм2, элементарного провода без изоляции $эл=$м/(М1эл).
Таблица 8. Число параллельных ветвей в обмотке статора
Тип обмотки
Число полюсов 2 р
2
4
6
8
10
12
Двухслойная
1
1; 2
1; 2; 3
1; 2; 4
1; 2; 5
1; 2; 3; 4; 6
Однослойная
1
1; 2
1; з
1; 2; 4
1; 5
1; 2; 3; 6
Далее определяют мощность электродвигателя. Для этого предварительно необходимо подсчитать фазный ток, А, статора 1ф=8ЭлЬпала, где 6 — плотность тока, определяемая по табл. 6.
Таблица 9. Коэффициент заполнения паза медью
Форма паза
Тип обмотки
Коэффициент заполнения
Трапецеидальный
Однослойная
0,36—0,43
Двухслойная
0,30—0,40
Грушевидный
Однослойная
0,42—0,50
Двухслойная
0,36—0,43
Полная мощность, кВ-А, электродвигателя S = —^р —при соединении фаз в треугольник
или
S = 1С1^Ф_ — при соединении фаз в звезду. 1000
Активная мощность, кВт, Р=5т)созф, где ц и cos ф — коэффициенты полезного действия и мощности, которые приближенно можно принимать по данным, взятым из каталогов типовых электродвигателей, или по табл. 10.
Пример 2
Определить диаметр провода, число витков обмотки статора и мощность электродвигателя серии А.
18
Таблица 10. Кпд 1] и cos ф асинхронных трехфазных двигателей защищенного исполнения с короткозамкнутым ротором
Мощность. кВт
П1
COS Ф
при частоте вращения
(синхронной), о
б/мин
3000
1500
1000
750 j
3000
1500
1000
750
0,6
0,74
0,76
—
1
0,79
0,785
0,77
—
0,86
0,79
0,72
1,7
0,81
0,81
0,79
0,87
0,82
0,75
2,8
0,84
0,83
0,82
0,88
0,84
0,78
4,5
0,85
0,85
0,84
0,83
0,88
0,85
0,80
0,76
7
0,87
0,87
0,86
0,85
0,89
0,86
0,81
0,78
10
0,875
0,875
0,865
0,85
0,89
0,88
0,82
0,80
14
0,875
0,88
0,87
0,87
0,89
0,88
0,83
0,81
20
0,885
0,89
0,88
0,88
0,90
0,88
0,84
0,82
28
0,89
0,90
0,89
0,89
0,90
0,88
0,85
0,83
40
0,90
0,90
0,90
0,90
0,91
0,89
0,86
0,84
55
0,90
0,91
0,91
0,91
0,91
0,89
0,87
0,84
75
0,91
0,915
0,92
—
0,91
0,89
0,87
100
0,915
0,92
—
0,92
0 89
—
При обмере статора стало известно: внутренний диаметр Df=140 мм, наружный диаметр О„=245 мм, высота спиикн йс= =30,7 мм, плошадь паза Sn=290 мм4, количество пазов статора Z|=24 (трапецеидальные). Длина сердечника статора /< = 140 мм. Обмотка статора должна быть рассчитана на напряжение 220/380 В.
Р.е шенне
Определяют возможное наименьшее число полюсов 2р= =0,56 </Ас=0,5-140/30,7=2,3.
Принимают 2р=2.
Полюсное давление
Ориентировочная мощность электродвигателя Р=ЛО(/(пс.
По рис. 2’ при г=219,8 мм и 2р=2 коэффициент использования А составляет 1,5-10—э. Мощность Р = 1,5-10-9-1402-140Х X3000 =12,4 кВт.
Величина индукции в воздушном зазоре В6, согласно табл. 6, принимается 0,6 Тл.
Индукция в спинке статора, равная т219,8
6С = 0,366. — = 0,36-0,6-= 1,54 Тл,
6 he30,7
находится в допустимых пределах (см. табл. 6).
Обмотка статора выбирается двухслойной с сокращением шага, равным 0,75,
Шаг обмотки статора
У1 =У1 =^ =0,75 -^-=8,4.2р2^ =0,75 -^-=8,4.2р2Принимают у=8(1—9), По табл. 7
У1 =
У1 =
^ =0,75 -^-=8,4.2р2
^ =0,75 -^-=8,4.2р2
z.24
^ = 0,831 при 91 = —— =—- =4. ZpmZ'u
Магнитный поток на один полюс Ф=0,637В6т/,10-е = 0,637-0,6-219,8-140-10-«=0,012 Вб.
Число последовательно соединенных иитков фазы статора
а>ф =а>ф =U1U1220220222^0222.0,831-0,012222^0222.0,831-0,012= 99,38.= 99,38.Число витков фазы статора принимают а>ф=96, так как 96 делится иа Zi/6.
а>ф =
а>ф =
U1
U1
220
220
222^0222.0,831-0,012
222^0222.0,831-0,012
= 99,38.
= 99,38.
Число эффективных проводников в пазу
aZ=^_ = ^^-1=24
24
гдеа=1 (см. табл. 8).
Полное сеченне меди эффективных проводников паза при двухслойной обмотке и трапецеидальном пазе sM=snAM=290X Х0,30=66 мм8.
Сечение элементарного проводника без изоляции
sB = -Л!— ==1,375 мм2.
ел Nnea 24-2
По табл. 1 выбирают провод марки ПЭТВ1 с диаметром без изоляции 1,4 мм, сечением элементарного проводника Зэл= = 1,539 мм2.
Мощность электродвигателя определяют следующим образом.
Предварительно необходимо подсчитать фазный ток статора. По табл. 6 принимают плотность тока 8=6А/мм2; /ф=5М8/18яХ Ха» 1,539-6-2-1 = 18,5 А.
По току статора и напряжению определяют полную мощность двигателя:
5 =5 =3/ф(/ф3-18,5-2203/ф(/ф3-18,5-2201000100010001000= 12,2 кВ-А.= 12,2 кВ-А.Активная мощность двигателя P=St;cos ф= 12,2-0,875-0,89= =9,5 кВт, где л н cos ф — коэффициенты полезного действия и мощности.
5 =
5 =
3/ф(/ф3-18,5-220
3/ф(/ф3-18,5-220
1000
1000
1000
1000
= 12,2 кВ-А.
= 12,2 кВ-А.
По табл, 10 принимают 4=0,875, соаф=0,89.
§ 3. Расчеты при перемотке обмоток статора асинхронного двигателя на новую частоту вращения
При изменении частоты вращения двигателя необходимо изменить число полюсов в статоре, а следова* 20
тельно, подобрать другой шаг обмотки по пазам, число пазов на полюс и фазу. При изменении частоты вращения иногда наблюдают, что двигатель с короткозамкнутым ротором, перемотанный на новое число полюсов, работает плохо, хотя расчет произведен совершенно правильно. Плохая работа двигателя после перемотки в этом случае объясняется несоответствием соотношения чисел пазов статора и ротора, что вызывает в работе двигателя застревание во время пуска, ненормальное гудение при работе и т. д. Во избежание этого при пересчете на новое число полюсов следует производить проверку соотношения чисел пазов статора и ротора по табл. 11.
Данные табл. 11 не относятся к двигателям с фазными роторами, пускаемым с помощью реостатов; однако при переделке фазных роторов иа короткозамкнутые они должны быть учтены, так как возможность залипания и застревания таких роторов очень велика.
После проверки соотношения числа пазов на статоре и роторе определяют число эффективных проводников в пазу и их сечение:
= ПСТ анов Ашот .„ „ Мст
“нов “ СТ,> "НОВ "ст .,•
"НОВ аст "шнов“нов
где N„ и NH0B — старое и новое количество эффективных проводников в пазу; sHOb и sCT — новое и старое сечения эффективных проводников обмотки; ист и «нов — старая и новая частоты вращения; кШст и ^шнов — обмоточные коэффициенты старой и новой обмоток.
Число последовательных витков в фазе при перемотке
Мощность электродвигателя после перемотки р р лнов * нов * ст • "СТ
Из этой формулы видно, что при пересчете на меньшую частоту вращения уменьшается мощность двигателя, при пересчете на большую частоту вращения мощность двигателя растет. При пересчете на большую частоту вращения (иа меньшее число полюсов) магнитная индукция в спинке статора может увеличиться за допустимые пределы (см. табл. 6).
Таблица 11. Рекомендуемые числа пазов для короткозамкнутых двигателей
S о
!- в e
Число пазов ротора г.
8 с
B'S
прямые пазы
скошенные пазы
18
24
[16J, 32
26
(18), (30), 31, 33 34,
2
30
36
42
48
22,
26,
32,
38,
38
28, 44, 46
34, 50, 52
40, 56, 58
(18), 20 , 21, 23, (24), 37, 39, 40
25, 27, 29, 43, 45 47
59
4
24
36
42
48
60
72
[32]
44, 46
(34), (50), 52, 54
38,56,58,62,64
52,68,70,74
64,80,82,85
[20], 30, 33, 34,
36
(24), 27 , 28 , 30, [32],
48
(33), 34, [38], (51), 53 (36), (39), 40, [44],
48,’ 49 , 51, 56 , 64 , 69, 71
63, 68, 76, 81, 83
6
36
54
72
90
26, 44, 56, 86, 74, 102
42, [48]
64, 66, 68
58, 62, 82,
88
76, 78, 80, 104
84,
100,
47, 49, 50
42, 43, 65, 67
57, 59, 60, 61, 83,
85, 87
55, 77, 79, 101, 103, 105
8
48
72
84
96
34,
58,
66,
102
78,
62, [64]
86, 88, 90
(68), 70, 98, 100, 104
82, 110, 112, 114
61, 63, 65
57, 59, 85, 87, 89 (68), (69), (71), (97), (99), (101)
80, 81, 83, 109,
111, 113
10
60
90
120
44,
68, 106
86,
102,
144,
74, 76
74, 76,
108, ПО,
92, 94,
104, 106,
134, 138,
104, 112, 114
96,
142,
140
63, 77, 78, 79
71, 73, 87, 93,
107, 109
101, 108, 117, 123,
137, 139
Примечания: 1. Числа пазов, заключенные в круглые скобки, дают ухудшенные пусковые характеристики. 2. Числа пазов, заключенные в квадратные скобки, не следует применять дли машин, работающих в режиме тормоза.
В результате чрезмерного увеличения индукции в спинке резко возрастает намагничивающий ток и двигатель вообще может оказаться неработоспособным.
Магнитную индукцию в спиике статора и воздушном зазоре можно определить по формулам:
магнитная индукция, Тл, в воздушном зазоре
В6 = 6400--еУф ,
^о> Qn ^ф
где ке (отношение ЭДС к напряжению) принимается равным:
0,86—0,90 при Qn=5000—10 000 мм2;
0,90—0,93 при Qn = 10 000—15 000 мм2;
0,93—0,95 при Qn = 15 000—40 000 мм2;
0,96—0,97 при Qn свыше 40 000 мм2;
Qn — площадь полюсного деления, мм2:
п _ з,14Ог/г хп;
2р
магнитная индукция, Тл, в спиике статора
Вс = 0,36Вб— , hc где hc — высота спинки статора, мм.
Индукции в воздушном зазоре и спиике статора не должны превышать значений, приведенных в табл. 6. Если окажется, что индукция в спиике статора будет больше допустимых значений, то количество эффективных проводников в пазу необходимо увеличить следующим образом:
N' =N — при 2р = 2;
нов нов (1,2 _ 1,7) н “>
N' = N — при 2р > 2.
НОВ НОВ 0 15)~
После перемотки асинхронного двигателя на работу с другой частотой вращения необходимо учитывать следующее.
Увеличение частоты вращения двигателя сопровождается увеличением нагрева подшипников. В этом случае следует проверить нагрев подшипников при обкатке двигателя.
При увеличении частоты вращения вылет лобовых частей из-за удлинения шага возрастает, поэтому необходимо проверить расстояние от лобовой части до
щита электродвигателя. Оно должно быть при напряжении 660 В не меиее 8—Ю мм.
При выполнении обмотки электродвигателя круглым проводом необходимо диаметр проводников выбирать таким, чтобы ои проходил через шлиц.
При снижении частоты вращения ухудшается охлаждение электродвигателя, вследствие чего полученную мощность рекомендуется уменьшать на 10— 15%. При увеличении частоты вращения плотность тока можно повысить иа 10—15% и соответственно повысить мощность электродвигателя.
Пример 3
Требуется перемотать обмотку статора двигателя мощностью 13 кВт, 1500 об/мии (2р=4), 220/380 В на 1000 об/мин (2р=6). Обмотка двухслойная. О, = 180 мм, Z(=120 мм, ZV„=40, а„=2, Пэл.ст=2, Zi=36, z2=26 (пазы ротора прямые), Ае=29,6 мм, </„=1,25 мм ($„=1,227 мм2), марка пронода ПЭТВ—1.
Решение
По табл. 11 определяют, что требуемая перемотка двигателя на новую частоту вращения по соотношению пазов статора и ротора при новом числе полюсов 2р=6 возможна.
Число пазов на полюс и фазу
2!3636
qcT-2pCTm~ 4-3 “3: 9вов~ 6-3
Шаг обмотки по пазам
г.36
Уст = 0,83 —= 0,83= 7,45.
2рст4
Принимают у„=7 (т. е, 1—8).
Уаов = 0,83 ~~ =О,83~—- = 5.
2рН0в 6
Принимаем рНо»=5 (т. е. 1—6).
Обмоточные коэффициенты (по табл. 7) *„„-0,902; *„Во.= = 0,933.
Число эффективных проводников в пазу при перемотке
,.Дет «нов fewer ,А 1500-2.0,902
«нов «ст Линов 1000.2.0,933'
где авов=2 (по табл. 8).
Число последовательных витков при 2УВО,= 58
6. Полюсное деление
3,14Df3,14 180_
т = —:— = = 94,2 мм.
2рцов®
7. Площадь полюсного деления
Qn —
У1^_Ы1^»_|131„.
2рвов"
8. Индукция в воздушном зазоре
В6 = 6400
hPU60,9-220
——- -« 6400 ■ г-
Лшнов Qn ^нов0,933-1121•174
= 0,692 Тл,
где fee=0,9.
9. Индукция в спинке статора
т94,2 л „
Вс = 0,36В. = 0,36-0,692—— =0,8 Тл.
hc29,6
Из приведенных расчетов видно, что магнитная индукция после перемотки ие превышает допустимых значений (см. табл, 6).
Новое сечение проводников обмотки
$нов = $ст "71= * >227 , = 0,85 мм2,
"нов58
По табл. 1 выбирают провод марки ПЭТВ-1 с сечением shob=0,882 мм2 и дваметром аЯо«=1,06мм.
Проверяют, разместится ли новая обмотка в пазу:
N d2 нов нов
58-1,Об2 40-1,252
=0,996<
1.
Следовательно, проводники новой обмотки разместятся в пазу.
§ 4. Расчет конденсаторов для работы трехфазного асинхронного двигателя в однофазном режиме
Для включения трехфазного электродвигателя в однофазную сеть обмотки, статора могут быть соединены в звезду (рис. 3, а) или треугольник (рис. 3,6). Напряжение сети подводят к началам двух фаз. К началу третьей фазы и одному из зажимов сети присоединяют рабочий конденсатор / и отключаемый (пусковой) конденсатор 2, который необходим для увеличения пускового момента.
Пусковая емкость конденсаторов СП = СР4-СО, где Ср — рабочая емкость, Со — отключаемая емкость.
После пуска двигателя конденсатор 2 отключают. Рабочую емкость конденсаторного двигателя для частоты 50 Гц определяют по формулам:
24
25
Рис. 3. Принципиальные электрические схемы включения конденсаторов в цепь статора трехфазного асинхронного двигателяРис. 3. Принципиальные электрические схемы включения конденсаторов в цепь статора трехфазного асинхронного двигателяТип конденсатораЕмкость, мкФНоминальное напряжение, ВМБГО124102030400, 500160, 300, 400, 500160, 300, 400160, 300, 400, 500160, 300, 400, 500160, 300МБ Г 41; 2; 4; 10; 0,5; 1; 2; 4250, 500К73П-21; 2; 4; 6; 8; 10400, 630К75-121; 2; 3; 4; 5; 6; 8; 10400К75-121, 2, 4, 6, 8630К75-404, 6, 8, 10, 40, 60, 80, 100750Тип конденсатораЕмкость, мкФНоминальное напряжение, ВМБГО124102030400, 500160, 300, 400, 500160, 300, 400160, 300, 400, 500160, 300, 400, 500160, 300МБ Г 41; 2; 4; 10; 0,5; 1; 2; 4250, 500К73П-21; 2; 4; 6; 8; 10400, 630К75-121; 2; 3; 4; 5; 6; 8; 10400К75-121, 2, 4, 6, 8630К75-404, 6, 8, 10, 40, 60, 80, 100750Таблица 12. Технические характеристики некоторых конденсаторовТаблица 12. Технические характеристики некоторых конденсаторов
Рис. 3. Принципиальные электрические схемы включения конденсаторов в цепь статора трехфазного асинхронного двигателя
Рис. 3. Принципиальные электрические схемы включения конденсаторов в цепь статора трехфазного асинхронного двигателя
Тип конденсатора
Емкость, мкФ
Номинальное напряжение, В
МБГО
1
2
4
10
20
30
400, 500
160, 300, 400, 500
160, 300, 400
160, 300, 400, 500
160, 300, 400, 500
160, 300
МБ Г 4
1; 2; 4; 10; 0,5; 1; 2; 4
250, 500
К73П-2
1; 2; 4; 6; 8; 10
400, 630
К75-12
1; 2; 3; 4; 5; 6; 8; 10
400
К75-12
1, 2, 4, 6, 8
630
К75-40
4, 6, 8, 10, 40, 60, 80, 100
750
Тип конденсатора
Емкость, мкФ
Номинальное напряжение, В
МБГО
1
2
4
10
20
30
400, 500
160, 300, 400, 500
160, 300, 400
160, 300, 400, 500
160, 300, 400, 500
160, 300
МБ Г 4
1; 2; 4; 10; 0,5; 1; 2; 4
250, 500
К73П-2
1; 2; 4; 6; 8; 10
400, 630
К75-12
1; 2; 3; 4; 5; 6; 8; 10
400
К75-12
1, 2, 4, 6, 8
630
К75-40
4, 6, 8, 10, 40, 60, 80, 100
750
Таблица 12. Технические характеристики некоторых конденсаторов
Таблица 12. Технические характеристики некоторых конденсаторов
для схемы на рис. 3, п: Ср=2800/н/(7;
для схемы на рис. 3,6: Ср = 4800/н/(7;
для схемы на рис. 3, в: Ср=1600/н/(7;
для схемы на рис. 3, г; Ср=2740/н/(7, где Ср— рабочая емкость при номинальной нагрузке, мкФ;
/н — номинальный ток фазы двигателя, A; U — напряжение сети, В.
Нагрузка двигателя с конденсатором не должна превышать 65—85 % номинальной мощности, указанной на щитке трехфазного двигателя.
Если пуск двигателя происходит без нагрузки, то пусковая емкость не требуется — рабочая емкость будет в то же время пусковой. В этом случае схема включения упрощается. При пуске двигателя под нагрузкой, близкой к номинальному моменту, необходимо иметь пусковую емкость Сп = (2,5—3)СР.
Выбор конденсаторов по номинальному напряжению производят по соотношениям:
для схемы на рис. 3, а, б; UK= 1,15(7;
для схемы на рис. 3, в: UK=2,2U;
для схемы на рис. 3, г; (7К = 1,3(7, где UK и U — напряжения на конденсаторе и в сети.
Основные технические данные некоторых конденсаторов приведены в табл. 12.
Если трехфазный электродвигатель, включенный в однофазную сеть, не достигает номинальной частоты вращения, а застревает на малой скорости, следует увеличить сопротивление клетки ротора проточкой короткозамыкающих колец или увеличить воздушный зазор шлифовкой ротора на 15—20%. В том случае, если конденсаторы отсутствуют, можно использовать
резисторы, которые включаются по тем же схемам, что и при конденсаторном пуске (см. рис. 3). Резисторы включаются вместо пусковых конденсаторов (рабочие конденсаторы отсутствуют).
Сопротивление, Ом, резистора может быть определено по формуле R=0,86(7/(&./), где R— сопротивление резистора; hi—кратность пускового тока; I— линейный ток в трехфазном режиме.
Пример 4
Определить рабочую емкость для двигателя АО 31/2, 0,6 кВт, 127/220 В, 4,2/2,4 А, если двигатель включен по схеме, изображенной на рис. 3, а, а напряжение сети равно 220 В. Пуск двигателя без нагрузки,
Решение
Рабочая емкость Ср=2800-2,4/200= 33,6 мкФ.
Напряжение на конденсаторе при выбранной схеме t/„ = = 1,1517=1,15-220=253 В.
По табл. 12 выбирают четыре конденсатора МБГО по 10 мкФ каждый с рабочим напряжением 300 В, Конденсаторы включать параллельно.
Расчет обмоток однофазного электродвигателя при перемотке его из трехфазного
Однофазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором должен иметь пусковую и рабочую обмотки. Их расчет производят так же, как расчет обмоток трехфазных асинхронных двигателей.
Число проводников в пазу рабочей обмотки (укладывается в 2/3 пазов статора) Np = (0,54-0,7)N^UJU), где N — число проводников в пазу трехфазного электродвигателя; Uс — напряжение однофазной сети, В; U — номинальное напряжение фазы трехфазного двигателя, В.
Меньшие значения коэффициента берутся для двигателей большей мощности (около 1 кВт) с кратковременным и повторно-кратковременным режимами работы.
Диаметр, мм, провода (голого) по меди рабочей обмотки: dp.r—dr V^INP, где dr — диаметр провода по меди трехфазного двигателя, мм.
Пусковая обмотка укладывается в */з пазов.
Наиболее распространены два варианта пусковых обмоток: с бифилярными катушками и с дополнительным внешним сопротивлением.
Обмотка с бифилярными катушками наматывается из двух параллельных проводников с разным направлением тока (индуктивное сопротивление рассеяния бифилярных обмоток близко к нулю).
Пусковая обмотка с бифилярными катушками
Число проводников в пазу для основной секции N'o = (1,34-1,6)^.
Число проводников в пазу для бифилярной секции N”n = (0,454-0,25) N'n.1
Общее число проводников в пазу Na=Nn-VNn.
Сечение проводов sn=sn«0,5sp, где sp— сечение рабочей обмотки.
Пусковая обмотка с внешним сопротивлением
Число проводников в пазу Nn = (0,74-1)^.
Сечение проводов sn= (1,4-s-l)sp.
Добавочное сопротивление, Ом (окончательно уточняется при испытаниях двигателя): Рд = (1,6-528
4-8) 10-3([/c/sn), где Ut — напряжение однофазной сети,В.
Для получения большого пускового момента предпочтение следует отдать второму варианту пусковой обмотки, так как в этом случае существует возможность получения наибольшего пускового момента путем изменения внешнего сопротивления.
Ток однофазного электродвигателя определяют по вычисленному сечению для рабочей обмотки и плотности тока в обмотке трехфазиого двигателя /i=sp6, где 6 — допустимая плотность тока (6—10 А/мм2).
Мощность однофазного электродвигателя Р= =Ш1 соЗф-т|.
Произведение cos ср на кпд можно определить из табл. 13. При мощности двигателя свыше 500 Вт значения т] и cos<p можно брать как для трехфазных асинхронных двигателей, снизив мощность однофазного двигателя по приведенной выше формуле на 10— 15%.
Таблица 13. Произведение cos ф иа кпд
Мощность двигателя, Вт
cos <р« и при 2 р—2
cos <р' q при 2 р=4
Мощность двигателя, Вт
cos (р • q при 2 р=2
cos <р- п при 2 р*4
25
0,29
0,18
250
0,47
0,39
50
0,315
0,22
300
0,49
0,415
75
0,34
0,26
350
0,505
0,435
100
0,365
0,295
400
0,52
0,45
150
0,42
0,33
450
0,53
0,46
200
0,45
0,36
500
0,53
0,46
Пример 6
Пересчитать трехфазный двигатель иа однофазную обмотку. Мощность электродвигателя 0,125 кВт, напряжение 220/380 В, снихроииая частота иращеиия 3000 об/мин; число проводников в пазу 270, число пазои статора 18. Провод марки ПЭВ-2, диаметр по меди 0,355 мм, сечеиие 0,0989 мм2. Заданное напряжение однофазного двигателя 220 В.
Решение
Рабочая обмотка занимает 2/з пазов, а пусковая — Уз пазов («е=12, zn—6).
Число проводиикои в пазу рабочей обмотки Ne—0,6NUe/ IU)-0fi^0-(220/220) -161
Диаметр провода рабочей ■ обмотки по меди dp г = —dr /Wp-0,355- /270/162-0,458 мм, где dr ”0,355 мм — диаметр провода по меди трехфазиого двигателя.
29
Берут провод ПЭВ-2, dp.r=0,45 мм, spr=0,159 мм2.
Пусковую обмотку принимают с внешним сопротивлением.
Число проводников в пазу Л'п=0,8-Ур=0,8-162« 128.
Сечение проводов пусковой обмотки sn = 1,1-sp = 1,1 х ХО,159-0,163 мм2.
Берут провод ПЭВ-2 диаметром по меди dnr=0,475 мм, sni.-0,1771 мм2.
Добавочное сопротивление: Дд=4-IO-3-(t/c/sn) =4-10-3Х X (220/0,1771) *5 Ом.
Ток однофазного электродвигателя при 6—8 А/мм2 /1 = =sp.r6=0,159-8=1,28 А.
Мощность однофазного электродвигателя P=UIt cos <рт) = = 220-1,28-0,4 = 110 Вт.
ГЛАВА IIМАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Расчет обмоток статора и якоряна другое напряжение
Рабочее напряжение машин постоянного тока можно изменить переключением или перемоткой обмотки.
Напряжение генератора постоянного тока может быть снижено за счет уменьшения частоты вращения первичного двигателя, одиако при этом необходимо, чтобы ток в обмотке возбуждения генератора не менялся. Если схему соединения катушек полюсов оставить неизменной, то при понижении напряжения генераторов параллельного возбуждения ток возбуждения в этих катушках уменьшается, ослабив магнитное поле машины/Поэтому, если требуется уменьшить напряжение генератора параллельного возбуждения в т раз, необходимо снизить частоту вращения якоря во столько же раз, а катушки полюсов, соединенные последовательно, переключить на т параллельных групп.
В частности, если требуется уменьшить напряжение вдвое, в обмотке возбуждения необходимо удвоить число параллельных ветвей. Так как число главных полюсов всегда четное, это не связано с затруднениями. Единственное требование при этом — ие включать в состав каждой параллельной ветви катушки рядом лежащих полюсов, а образовывать одну параллельную ветвь из катушек нечетных полюсов, а другую — из катушек четных полюсов. При таком переключении обмоток и снижении частоты вращения сила тока в обмотке якоря ие изменится, а напряжение уменьшится вдвое; мощность машины при этом также уменьшится вдвое.
Двигатели постоянного тока переключают на большее напряжение увеличением числа последовательно соединенных проводников в пазу пропорционально напряжению, т. е. Ky = UHOb/Uct, где Кч— коэффициент увеличения напряжения; UH0B — новое повышенное напряжение, В; UCt — старое напряжение, В.
Новое количество проводников в пазу #иов = = /(y/V ст.
Новое сечение провода, мм2, 8П0В = $Ст/Лу.
Проверка заполнения паза проводниками новой обмотки осуществляется так же, как и для асинхронных двигателей.
Так как обмотка возбуждения была рассчитана на меньшее напряжение, ее необходимо перемотать. Количество витков и сечение провода, мм2, при этом к»нов = и>ст&у; $нов=$Ст/^у, где Юнов и 1Уст — новое и старое число проводников обмотки возбуждения; sH0B и $ст — новое и старое сечения.
Обмотки последовательного возбуждения главных полюсов и добавочных полюсов не меняются, если не меняется обмотка якоря; в противном случае количество витков и сечение, мм2, проводников обмоток определяют по формулам: 1Унов = 1Уст(/СтДнОв); $нов = Sct (/новДст), где /нов и /ст— новая и старая силы тока якоря.
/вов=/ст&у, так как при неизменной мощности машины рост напряжения вызывает такое же снижение силы тока.
Пример 6
Требуется рассчитать обмотку двигателя постоянного тока параллельного возбуждения ПО В для работы при напряжении 220 В.
Исходные данные следующие: мощность двигателя 2,5 кВт, номинальный ток якоря /в.я—28 А, количество проводников в пазу якоря /Vn=4, количество витков обмотки возбуждения на полюс too.B= 1150, сечение проводников обмотки якоря s„= 1,227 мм2, сечеиие проводника обмотки возбуждения so.B=0,3116 мм2. Количество витков обмотки добавочных полюсов щд.п=6, сечеине проводника обмотки добавочных полюсов $д.п = 1,227 мм2, номинальный ток параллельной обмоткн 7п н=0,48 А. Обмоткн выполнены проводом марки ПЭВ-2.
Решение
Коэффициент увеличения напряжения Ау= (Увов/(/Ст = = 220/110=2.
Новое количество проводников в пазу якоря Л^Н0ВЯ=АУх ХЛ^ст.я=2-4=8.
Новое сечение проводника обмотки якоря $яое.»=$ст.я, АУ= 1,227/2=0,6135 мм2.
По табл, 2 принимают новые стандартные сечения проводника ®ЯОВ.Я=0,636 мм2.
Количество витков обмотки возбуждения и обмотки добавочных полюсов а/ЯоВ.о.«=А!уИ’ст.ол=2-1150= 2300 витков; £Унм.д.п=(/ст//иов)£УсТ.д.п= (28/14) -6=12 витков.
Ток /Я0В=/стЛу=28/2=14 А.
Сечения проводников обмоток возбуждения и добавочных ПОЛЮСОВ $яов.о.в = 5ст.о.в//!у = 0,3116/2=0,1558 мм2; 5яов.д.п = = (/нов//'ст)$ст.я.п= (14/28) -1,227=0,6135 мм2.
По табл. 2 принимают стандартные сечении проводников обмоток Shob.о в=0,159 ММ2; Звов.д.п = 0,636 мм2.
§ 7. Расчет обмоток при изменении частотывращения двигателя
Частота вращения двигателя постоянного тока
_ (V —/ягя) 60аФМр ’
где U — напряжение двигателя, В;
/я — номинальная сила тока якоря двигателя, А;
а — число пар параллельных ветвей;
г я — номинальное сопротивление якоря, Ом;
N — число проводников якоря;
Ф — магнитный поток, Вб;
р — число пар полюсов.
Из этой формулы видно, что при увеличении частоты вращения необходимо уменьшить число проводников в пазу:
*’нов *'6т
инов
Сечение проводника определяется по формуле
При изменении частоты вращения машин при неизменном напряжении параллельная обмотка возбуждения не меняется. Новое количество витков и сечение проводников последовательной обмотки и обмоток дополнительных полюсов должны быть рассчитаны по формулам для пересчета машин на другое напряжение.
Пример 7
Четырехполюсный двигатель параллельного возбуждения мощностью 2,8 кВт с номинальным напряжением /7=220 В, но
минальной частотой вращения п=1000 об/мии перемотать для работы с частотой вращения 1500 об/мии.
Данные для якоря: сечение проводника s= 1,539 мм2, количество проводников в пазу А=6.
Решение
Новое количество проводников в пазу
., ., пст д 1000
Анов —Аст —6—4.
Пнов 1500
Новое сечеиие проводника обмотки
инов ,1500
s„OB = Зпт= 1 >539=2,3 мм9.
0 ст ист1000
По табл. 2 выбирают стандартный провод ПЭВ-2 сечением 2,269 мм2.
ГЛАВА III
УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ МАЛОМОЩНЫХТРАНСФОРМАТОРОВ
Маломощные однофазные и трехфазные трансформаторы (автотрансформаторы) применяют для освещения, питания цепей управления, в выпрямителях и различных электронных аппаратах. Расчет трансформаторов начинают с определения его вторичной мощности, В-А:
S^U^h — для однофазных трансформаторов;
52=3//2ф/2ф— длЯ трехфазных трансформаторов, где Un— вторичное напряжение, В; /2ф — вторичный фазный ток, А; /2— вторичный ток, А; U^— вторичное фазное напряжение, В.
По известной вторичной мощности 32 определяют первичную мощность трансформатора, В-A, Si=S2/t] где т] — кпд трансформатора, который можно принимать по табл. 14.
Поперечное сечение, мм2 сердечника трансформатора Qc можно определить по следующим эмпирическим (т. е. найденным опытным путем) формулам; Qc=& /SJ2M02 — для трансформаторов стержне- вого типа (рис. 4, а);
Qc=A /S./МО2 — для трансформатора броневоготипа (рис. 4, б);
QC=A /S^-IO2— для трехфазных трансформато-ров (рис. 4, в).
Таблица 14. Рекомендуемые значения индукции, плотности тока и кпд трансформаторов
.Мощность трансформатора, В-А
Индукция Вс, Тл
Код трансформатора Г)
Плотность тока, А/мм2
10
1 1
0 82
4,8
20
1,25
0,85
3,9
40
1,35
0,87
3,2
70
1,40
0,89
2,8
100
1,35
0,91
2,5
200
1,25
0,93
2
400
1,15
0,95
1,6
700
1,Ю
0,96
1,3
1000
1,05
0,96
1,2
Более 1000
0,8-1,05
0,96—0,98
1,2
Рис. 4. Типы сердечников трансформаторов:
а — стержневой, 6 — броневой, в — трехфазный: Я — ярмо. Ст — стержень
где f— частота тока в сети, Гц; к — постоянная (4— 6 для масляных и 6—8 для воздушных трансформаторов). ■
Поперечное сечение стержня автотрансформаторов рассчитывается по вышеприведенным формулам, но постоянная к увеличивается на 15—20 %. Сечение, мм2, сердечника может быть выражено через его размеры Qc = a-b, где а — ширина пластин, мм; b — толщина пакета пластин, мм.
Сечение стержня обычно имеет квадратную, прямоугольную или ступенчатую форму, вписанную в окружность. Стержни прямоугольного сечения обычно применяют для трансформаторов до 700 В-А. Высоту, мм, прямоугольного стержня можно вычислить по формуле Не= (2,54-3,5) -а.
Соотношение размеров сечения сердечника может находиться в пределах Ь/а — 1,2-г-1,8. Ширину окна сердечника (рис. 4) принимают по формуле c — Hejm,
где ш— коэффициент, учитывающий наивыгоднейшпе размеры окна сердечника (/п=2,5ч-3).
Сечение ярма трансформатора с учетом изоляции между листами принимается
QH= (1,04-1,15) • Qc — для трансформаторов стержневого типа; „
л -. ( 1,0 1 ’15 ) О Для трансформаторов броиево- я (2/ с го типа.
Сечение проводов для первичной и вторичной обмоток определяют в зависимости от тока в обмотках и допустимой плотности тока.
Токи первичной и вторичной обмоток определяют следующим образом:
Ii=SJUi; 12=SJU2— для однофазных трансформаторов,
к=5хЦУ^идхУ» 12 = 5-2ЦУ"ЗиЛ2') — для трехфазных трансформаторов.
где Unx и ид2 — линейные напряжения первичной и вторичной обмоток. При соединении обмоток в звезду Un — Р^ЗПф, а в треугольник Un = U$, где Уф фазное напряжение.
Токи, А, в отдельных частях обмотки автотрансформатора (рис. 5) могут быть определены из выражений / х=§2/ (И, г]); 12=S2IU2.
Рис. 5. Схемы понижающего (а) и повышающего (б) автотрансформаторов
Сечения проводов первичной и вторичной обмоток определяют по формулам:
S[ = /i/6; s2 = /2/6— для одно- и трехфазных трансформаторов;
51 = Л/б; s2—(/2—/|)/6 — для понижающего автотрансформатора (рис. 5, а);
Si=(/i—/2)/6; s2 —/г/б — для повышающего авто
трансформатора (рис. 5, б)
где s, и s2— сечения проводов первичной и вторичной обмоток, мм2; 6 — плотность тока в обмотке, А/мм2 (принимается по табл. 14).
Число витков первичной и вторичной обмоток определяют по формулам:
l/r№U г
'У1 =: ф2 = ^i ~7Для одно- и Трех-
2, zzScQcUy
и • Ю4—2для понижа-2,22ВС Qeи • Ю4—2для понижа-2,22ВС Qe411121411121фазных трансформаторов;
и • Ю4
—2для понижа-
2,22ВС Qe
и • Ю4
—2для понижа-
2,22ВС Qe
411121
411121
cl = w. -4- к>„= "‘ '-—; w9= 11'2 2,22BcQc 2
ющего автотрансформатора (см. рис. 5, а);
из = _41122L • из =—412221 — для повышающе-
2,22BCQC2,22BCQC
го автотрансформатора (см. рис. 5,6),
где Вс — магнитная индукция в сердечнике (см. табл. 14).
Для компенсации потери напряжения в проводах обмоток нужно увеличить число витков вторичных обмоток на 5—10%. Радиолюбители обычно определяют число витков на 1 В рабочего напряжения по упрощенной формуле wo=45OO/Qc, где 4500 — постоянная величина для трансформаторной стали.
Далее определяют количество витков первичной и вторичной обмоток w2= (1,05-1-1,1) ty06/2; wx = w0Ux.
После расчета основных параметров трансформатора необходимо проверить, разместятся ли обмотки в окне выбранного магнитопровода.
Пользуемся упрощенным способом проверки. Для этого по наружному диаметру провода и числу витков находим площадь, занимаемую каждой обмоткой в ок- не сердечника, затем складываем площади всех обмоток и полученную сумму сравниваем с площадью окна, т. е. определяем коэффициент заполнения окна сердечника обмоткой: Ko=QO6m?Qo, где Qo6M = (/2ty — площадь, занимаемая обмоткой; dH— диаметр провода с изоляцией; w — число витков обмотки; Q0 = H0C — площадь окна сердечника трансформатора.
Коэффициент заполнения окна сердечника обмоткой для маломощных трансформаторов принимают fc0 = 0,2-г 0,4.
Пример 8
Определить основные параметры понижающего трансформатора для радиоприемника, первичная обмотка которого на напряжение Ui = 220 В и две вторичные обмотки на напряжение 6/2=6,3 В и U^ =4 В. Токи вторичных обмоток соответственно равны /2=4 А и L2=2 X. Трансформатор однофазный стержневого типа.
Решение
На основании заданных нагрузок подсчитывают вторичную полную мощность трансформатора S2=6,3-4+4-2=33,2 В-А.
Первичная полная мощность трансформатора Si = S2/t) — =33,2/0,86=38,6 В-А.
Поперечное сечение сердечника трансформатора: Qc=kX X / Se/2/■ IО2 = 8-38,6/2 ■ 50 -102=496 мм2.
При учете изоляции между листами сечеиие сердечника получается иа 10 % больше, т. е. Qc= 1,1-496=545 мм2. Принимают его размеры следующими: ширина стержня а=20 мм, высота стержня //с=2,5-а=2,5-20=50 мм, ширина окна с=Нс!т= = 50/2,5=20 мм, толщина пакета пластин 6 = 30 мм.
Фактическое сечеиие выбранного сердечника Qc*=a-6= =20-30 = 600 мм2.
Определяют ток первичной обмотки: /l=S1/(7i = 38,6/ /220=0,175 А.
Определяют сечеиие провода первичной и вторичной обмоток, исходя из плотности тока, равной 3,5 А/мм2: st=Itfb= = 0,175/3,5= 0,05 мм2; s2 = /2/б = 4/3,5 = 1,14 мм2; s2 =/2/6 = =2/3,5 = 0,57 мм2.
Принимают по табл. 2 для первичной и вторичной обмоток провод ПЭВ-1 со следующими данными:
диаметры проводов без изоляции di = 0,265 мм, d2=l,25 мм, dz=0,85 мм;
диаметры проводов с изоляцией d„i=0,305 мм, dB2=l,33 мм, d„2=0,91 мм.
Определяют число витков первичной и вторичной обмоток, приняв магнитную индукцию сердечника Sc=l,3 Тл:
621-10*220-10*
= = 2~22^17з-600 = 1270
и,6,3
= т1 ~ = 1270= 36 ВИТКОВ,
U'24
1270120"= 23 витка>
С учетом компенсации падения напряжения в проводах число витков вторичных обмоток принимают t»2= 1,1 -36=39 витков, 4*2= 1,1-23=25 витков.
Проверяют, разместятся ли обмотки в окне сердечника.
Площадь, занимаемая первичной и вторичной обмотками.
Qo6m — Qo6mi4~Qo6m2"4~Qo6m2—0,3052-1270 + l,332-39 + 0,912‘25 — = 207,82 мм2.
Площадь окна сердечника Qo=Hcc = 50-20 = 1000 мм2.
Отношение расчетной и фактической площадей окна сердечника ко=(?обм/9==207,82/1000=0,20782.
Следовательно, обмотки свободно разместятся в окне выбранного сердечника трансформатора.
Пример 9
Рассчитать повышающий автотрансформатор по следующим данным: напряжение питающей сети L/r=127 В, частота питающей сети /=50 Гц, напряжение вторичной обмотки U2=220 В, мощность вторичной обмотки S2=220 В-А.
Решение
Первичная полная мощность автотрансформатора Si = =S2/ti=220/0,93=236,5 В-А.
Поперечное сечение сердечника трансформатора (трансформатор стержневого типа) Qc = l,2&^ST/2f-102 = 1,2-8^236.5/2Х Х50-102 = 1477 мм2.
Прн учете изоляции между листами размер сечения сердечника получается на 10 % больше, т. е. Qc= 1,1 • 1477= 1620 мм2. Принимают 9с,ф=30-60=1800 мм2.
Определяют токи первичной н вторичной обмоток: /| = =S1/t/1=236,5/127= 1,86 A; J2=S2/U2=220/220=1 А.
Находят сечение первичной и вторичной обмоток: $! = = (71—/2)/6= (1,86—1)/2=0,43 мм; S2 =72/6=1/2=0,5 мм2.
По табл. 2 принимают провод марки ПЭВ-1 для обеих обмоток одинакового сечения, т. е. Si=s2 = 0,5672 мм2.
Определяем число витков отдельных секций обмотки: t/i ,127
щ, = 4500 = 4500= 318 витков,
1ОсФ1800
U2 — Uv 220— 127 „
®2 = —7,Ю1 = —777.— 318 = 135 витков.
U 2ZZU
ГЛАВА IV
РАСЧЕТ КАТУШЕК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХАППАРАТОВ
Основной частью многих аппаратов, например, контакторов, магнитных пускателей, реле, тормозных электромагнитов и др., является втягивающая катушка. При прохождении тока по катушке создается магнитное поле, под действием которого стальной сердечник катушки намагничивается и притягивает якорь.
Якорь включает или выключает соответствующие контакты электромагнитного аппарата.
Катушка является ответственным узлом аппарата дистанционного или автоматического управления, поэтому при выходе ее из строя (это случается в производственных условиях довольно часто) очень важно знать, как перемотать эту катушку.
Восстановить обмоточные данные катушки, если есть паспорт, нетрудно. В этом случае наматывают новую катушку, количество витков которой и сечение провода должны соответствовать паспортным данным.
Иногда приходится перематывать катушки электромагнитных аппаратов на напряжение, отличное от паспортного. Число витков в катушке, при котором четко срабатывают контактор и пускатель, можно считать прямо пропорциональным напряжению, подводимому к катушке, ибо на каждый виток должно приходиться определенное напряжение для четкости срабатывания аппарата, сечение же провода катушки — обратно пропорционально напряжению. При уменьшении сечения провода катушка может нагреваться до недопустимой величины, при увеличении же сечения ее габариты могут превзойти допустимые размеры.
Пересчет обмоточных данных катушек электромагнитных аппаратов (при сохранении их нормального объема) основан на следующих условиях.
Магнитный поток, создаваемый катушкой, а следовательно, ее намагничивающие силы должны оставаться неизменными I\U)v=Uw2=...Iw = пост., где Л, U...wX) Wz...— ток и число витков катушки при напряжениях в сети Ux, U2...
Тепловые потери в катушке должны оставаться неизменными RtIi=RzlL..=Rl2 — nocT., где Rx, R2... /ь /2 — сопротивление и ток катушки при напряжениях в сети U\, U2,...
Пересчет катушек аппаратов постоянного и переменного тока на другие значения напряжений производим по формулам иу2=®1- (^2/^1); d2=d, VUt]U2, где ds и d2 — диаметры проводов без изоляции соответственно при напряжениях Ux и U2.
При пересчете катушек аппаратов с одной продолжительности включения S3t % на другую продолжительность включения S32 % основные параметры катушек определяются из выражений:
d*=d*Vd*=d*V4/332 %4/332 %где db d2 и wbгде db d2 и wbРис. 6. График для определения числа витков катушки:/ длительный режим St, 2— повторно-кратковременный S3-40 %Рис. 6. График для определения числа витков катушки:/ длительный режим St, 2— повторно-кратковременный S3-40 %Рис. 7. График для определения коэффициента заполнения окна магнитопровода £3Рис. 7. График для определения коэффициента заполнения окна магнитопровода £3Рис. 8. Магнитопроводы аппаратов переменного тока:Рис. 8. Магнитопроводы аппаратов переменного тока:° — клапанный, б — броневой, в — трехфазного тока; / — катушка 2 сердечник’° — клапанный, б — броневой, в — трехфазного тока; / — катушка 2 сердечник’
d*=d*V
d*=d*V
4/332 %
4/332 %
где db d2 и wb
где db d2 и wb
Рис. 6. График для определения числа витков катушки:
/ длительный режим St, 2— повторно-кратковременный S3-40 %
Рис. 6. График для определения числа витков катушки:
/ длительный режим St, 2— повторно-кратковременный S3-40 %
Рис. 7. График для определения коэффициента заполнения окна магнитопровода £3
Рис. 7. График для определения коэффициента заполнения окна магнитопровода £3
Рис. 8. Магнитопроводы аппаратов переменного тока:
Рис. 8. Магнитопроводы аппаратов переменного тока:
° — клапанный, б — броневой, в — трехфазного тока; / — катушка 2 сердечник’
° — клапанный, б — броневой, в — трехфазного тока; / — катушка 2 сердечник’
w2 = wtдля аппарата по- A стоянного тока;
ш2 = ш, —для аппаратов переменного тока, w2— диаметры проводов без изоляции и число витков соответственно для продолжительности включения S3\ и S32.
Иногда приходится рассчитывать катушки заново или по известным размерам сердечника восстанавливать обмоточные данные, т. е. определять число витков и диаметр провода для заданного напряжения сети.
Обмоточные данные катушки переменного тока с достаточной для практики точностью можно рассчитывать по графику, приведенному на рис. 6. На графике по горизонтальной оси отложено значение , сечения стержня магнитопровода Qc в квадратных миллиметрах, а по вертикальной оси — число витков, приходящихся на 1 В рабочего напряжения, wQ=w/U, r^U — напряжение сети, В.
Для расчета числа витков на 1 В рабочего напряжения катушки в зависимости от режима работы пользуются наклонными линиями, одна из которых соответствует длительному режиму работы S/ = 100 %, а другая — повторно-кратковременному режиму при 83= =40%. Количество витков катушки w = WoU.
Для расчета диаметра провода необходимо учитывать так называемый коэффициент заполнения к3. Коэффициент заполнения показывает отношение суммарной площади поперечного сечения изолированных проводов к площади окна магнитопровода Qo. Он зависит от типа изоляции, формы и сечения провода и вида намотки. Коэффициент заполнения определяют по графику, приведенному на рис. 7, в котором промежуточная линия является средним значением коэффициента заполнения.
Вычислив сечение окна магнитопровода магнитной системы (рис. 8) и умножив его на коэффициент заполнения к3, получим площадь, занимаемую обмоткой, Qo6m = kaloho = kaQo.
Когда известна площадь Q06m, можно определить число витков, приходящихся на 1 мм2 этой площади, шо = w/Qo6M, где wo—число витков, приходящихся на 1 мм2 площади сечения обмотки.
Рис. 9. Графики для определе- Рис. И. Схема включения катушки переменного тока водов ПЭЛБО (/) И ПСД, на постоянный с добавоч- псдц, ыьд (2)ным сопротивлениемРис. 9. Графики для определе- Рис. И. Схема включения катушки переменного тока водов ПЭЛБО (/) И ПСД, на постоянный с добавоч- псдц, ыьд (2)ным сопротивлениемРис. 10. Графики для определения диаметра обмоточных проводов ПЭЛПЭВ1, ПЭВ2, ПЭЛШКО:г-ДЛЯ ПЭЛ, ПЭВ1, ПЭВ2, 2 - для ПЭЛШКОРис. 10. Графики для определения диаметра обмоточных проводов ПЭЛПЭВ1, ПЭВ2, ПЭЛШКО:г-ДЛЯ ПЭЛ, ПЭВ1, ПЭВ2, 2 - для ПЭЛШКО
Рис. 9. Графики для определе- Рис. И. Схема включения катушки переменного тока водов ПЭЛБО (/) И ПСД, на постоянный с добавоч- псдц, ыьд (2)ным сопротивлением
Рис. 9. Графики для определе- Рис. И. Схема включения катушки переменного тока водов ПЭЛБО (/) И ПСД, на постоянный с добавоч- псдц, ыьд (2)ным сопротивлением
Рис. 10. Графики для определения диаметра обмоточных проводов ПЭЛ
ПЭВ1, ПЭВ2, ПЭЛШКО:
г-ДЛЯ ПЭЛ, ПЭВ1, ПЭВ2, 2 - для ПЭЛШКО
Рис. 10. Графики для определения диаметра обмоточных проводов ПЭЛ
ПЭВ1, ПЭВ2, ПЭЛШКО:
г-ДЛЯ ПЭЛ, ПЭВ1, ПЭВ2, 2 - для ПЭЛШКО
По найденному значению w’o и графикам, приведенным на рис. 9 и 10, определяют диаметр требуемого провода d. Следует отметить, что для контакторов, реле и магнитных пускателей чаще всего берут провода с эмалированной изоляцией ПЭЛ, ПЭВ-1, ПЭВ-2.
В эксплуатационной практике для увеличения надежности работы контакторов переменного тока катушки их иногда включают на постоянный ток по схеме рис. 11. При включении катушки в сеть переменного тока она обладает активным Rk и индуктивным хк сопротивлением zK= VR^-VXk, где гк — полное сопротивление катушки, Ом.
Ток катушки при этом
И^+хк2
При включении катушки в сеть постоянного тока она обладает лишь активным сопротивлением, в результате чего ток K — U]RK будет в несколько раз больше номинального и катушка сгорит. Поэтому при включении катушки в сеть постоянного тока последовательно с ней необходимо подключить резистор, который ограничивает ток катушки до номинального. Сопротивление резистора определяют по формуле Rp=UPliH.K, где 7н.к — номинальный ток катушки; Up — падение напряжения на резисторе Up = Uc—7н.кГк, где U с — напряжение сети постоянного тока; г к — сопротивление катушки постоянному току (активное сопротивление катушки).
Пример 10
Катушку, рассчитанную на 220 В с числом витков 880 из провода ПЭЛ диаметром 0,75 мм, пересчитать на напряжение 36 В.
Решение
Новое число витков wj^^i/l^a/^i) =880'36/220= 144 витка. Диаметр провода после перемотки
,т Г 220
аг = di У = 0,75 у — = 1,85 мм.
По табл. 1 выбирают провод ПЭЛ диаметром 1,9 мм.
Пример 11
Катушка электромагнита постоянного тока на 220 В S3i = = 25 % имеет данные: <71=0,95 мм; гу = 6560; марка ПЭЛ, Требуется пересчитать катушку на 83з=40 %.
Решение
Диаметр провода d2 при $32=40 %
^-"■iXitS--0-85!/^=0'76™'
Выбирают по табл. 1 провод ПЭЛ, dj=0,85 мм.
Число витков при $32=40 % o^a^-dj/dl =6560-0,952/ /0,852=8425 витков.
Пример 12
Определить число витков и диаметр обмоточного провода катушки контактора при напряжении 220 В.
Сечение стержня магннтопровода Qc=4,84 см2=484 мм8.
Площадь окна магннтопровода /Ойо=44-34=1496 мм2.
Решение
По рис. 6 определяют число витков w6 на 1 В, полагая, что режим работы повторно-кратковременный с $3=40 %: к>о=6.
Общее число витков w=te>oC/=6-22O=132O витков.
По рис. 7 по средней лнннн графика определяют коэффициент заполнения #3=0,28.
Площадь сечения обмотки 0о0м=1оМез= 1496-0,28=418 мм2.
Число витков, приходящихся на 1 мм2 площади сечения обмотки, wo=w[Qo5„ = 1320/418=3,16.
Выбирают обмоточный провод ПЭЛШКО и по рис. 9 определяют его диаметр 3=0,5 мм.
По табл. 3 берут провод диаметром 3=0,5 мм.
Пример 13
Определить сопротивление резистора в цепи переменного тока катушки контактора для включении его иа постоянный ток напряжением НО В.
Технические данные контактора: /п.к=0,1 A; t/„=127 В; Z?K=185 Ом (измерено с помощью универсального моста).
Решение
Падение напряжения на резисторе при включении катушки на постоянный ток 17р=(/с—/„„/?„= 110—0,1-185=91,5 В.
Сопротивление резистора R»=UP/IU.«=91,5/0,1 = 915 Ом.
ГЛАВА V
РАСЧЕТ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Основная задача при расчете электрического нагревательного прибора с отдельными нагревателями сводится к следующему.
Требуется нагреть заданное количество материала известной теплоемкости с какой-либо начальной температурой до определенной конечной температуры в заданное время. Исходя из этих условий находят сечение и длину нагревателей, питаемых током известного напряжения. Расчет обычно начинают с определения полезного количества теплоты, кДж, необходимой для повышения температуры нагреваемого материала до заданной величины без учета тепловых потерь Qnofl = cm(tK—/н), где т—масса нагреваемого материала, кг; /н — начальная температура материала, °C; 1К — конечная температура материала, °C; с — удельная теплоемкость материала, кДж/(кг-°C) (табл. 15).
Таблица 15. Удельная теплоемкость некоторых материалов в интервале температур 0—100 °C
Материал
Удельная теплоемкость, кДж/(кг°С)
Материал
Удельная теплоемкость, кДж/(кг. °C)
Алюминий
0,91
Сталь
0,5
Латунь
0,38
Цннк
0,4
Медь
0,39
Вода
4,2
Нейзильбер
0,4
Дерево
0,24—0,27
Никель
0,45
Строительный кирпич
0,92
Олово
0,23
Сухой песок
0,71—0,92
Свинец
0,13
Хлопчатобумажная ткань
0,25
Определив полезное, количество теплоты, можно найти общее количество теплоты, кДж, необходимой для нагрева изделия до заданной температуры с учетом излучения теплоты в окружающую среду, 5обЩ = == ОполА],
где г) — кпд нагревательного прибора (табл. 16).
Таблица 16. Кпд электрических нагревательных приборов
Электрические нагревательные приборы
Кпд и
Электрические печи сопротивлении (для термообработки)
Кастрюли н чайники
Аккумулирующие электрические водонагреватели
0,6—0,85
0,65-0,8
0,85—0,95
Электроплитки закрытого типа Электронагрев форм для прессовании Электроплитки открытого типа
0,6—0,8 0,5-0,7 0,56
Мощность, кВт, нагревательного прибора определяют по формуле Р=0,0028 й^ОбщД, где к— коэффициент запаса (1,1—1,3), учитывающий уменьшение напряжения сети, старение нагревательных элементов, увеличение теплоемкости нагреваемого изделия при повышении температуры; t — время нагрева изделий, ч.
При мощности 5—10 кВт нагреватели изготовляют обычно однофазными. При больших мощностях для равномерной загрузки сети нагреватели лучше делать трехфазными.
Затем по технологическим условиям нагрева выбирают материал для нагревательных элементов по табл. 17.
Расчет нагревательных элементов начинается с выбора допусгимой удельной поверхностной мощности, т. е. мощности, выделяемой с единицы внешней поверхности нагревателя. Эта величина показывает, какое количество тепла может быть отдано с единицы поверхности нагревателя. Удельная поверхностная мощность зависит от температуры нагреваемого материала, а также от конструктивного выполнения нагревателей.
Для высокотемпературных печей (при температуре более 700—800 °C) допустимая удельная поверхностная мощность, Вт/м2, равна рдоп — Рэф«, где рЭф — поверхностная мощность нагревателей в зависимости от температуры тепловоспринимающей среды (принимается по табл. 18), а — коэффициент эффективности излучения (принимается по табл. 19).
Для низкотемпературных печей (температура менее 200—300 °C) допустимую поверхностную мощность можно принимать равной (4—6) • 104 Вт/м2. После выбора материалов и допустимой удельной поверхностной мощности расчет нагревательных элементов сводится к определению их размеров.
Диаметр, м, нагревателя круглого сечения
V ^и^Мъ
где Р — мощность нагревателей, Вт;
U — напряжение нагревателей, В;
л=3,14;
р/ — удельное сопротивление нагревательных элементов при различной температуре нагрева; р<=р20&,
л Таблица 18. Эффективная удельная поверхностная мощность нагревателей в зависимости от температуры тепловоспрннимающей среды
Температура тёПловосПрн- нимаКкцёй поверхности, °C
0эф-Ю‘, Вт/смг, при температуре нагревателя, °C
800
850
900
950
1000
1050
1100
1150
1’200
1250
1300
1350
103
6,1
7,3
8,7
10,3
12,5
14,15
16,4
19
21,8
24,9
28,4
36,3
200
5,9
7,15
8,55
10,15
12
14
16,25
18,85
21,65
24,75
28 2
36,1
300
5,65
6,85
8,3
9,9
11,7
13,75
16
18,6
21,35
24,5
27,9
35,8
400
5,2
6,45
7,85
9,45
11,25
13,3
15,55
18,1
20,9
24
27,45
35,4
500
4,5
5,7
7,15
8,8
10,55
12,6
14,85
17,4
20,2
23,3
26,8
34,6
600
3,5
4,7
6,1
7,7
9,5
11,5
13,8
16,4
19,3
22,3
25,7
33,7
700
2
3,2
4,6
6,25
8,05
10
12,4
14,9
17,7
20,8
24,3
32,2
800
1,25
2,65
4,2
6,05
8,1
10,4
12,9
15,7
18,8
22,3
30,2
850
—
—
1,4
3
4,8
6,85
9,1
11,7
14,5
17,6
21
29
900
—
1,55
3,4
5,45
7,75
10,3
13
16,2
19,6
27,6
950
—
—
1,8
3,85
6,15
8,65
11,5
14,5
18,1
26
1000
—
—
—
—
—
2,05
4,3
6,85
9,7
12,75
16,25
24,2
1050
—
—
2,3
4,8
7,65
10,75
14,25
22,2
1100
—
—
—
——
—
2,55
5,35
8,5
12
19,8
1150
—
—
—
—
—
—
—
—
2,85
5,95
9,4
17,55
1200
—
—
—
—
—
—
—
—
—
3,15
6,55
14,55
1300
—•
—
—
—
7,95
»»Таблица 19. Значение коэффициента эффективностиТаблица 19. Значение коэффициента эффективности
»
»
Таблица 19. Значение коэффициента эффективности
Таблица 19. Значение коэффициента эффективности
Стандартные сечения круглых и прямоугольных нагревателей приведены в табл. 20.
Таблица 20. Стандартные размеры проволок и лент из разных сплавов
Диаметр ПрО- ЕОЛОКИ, мм
Размеры сечения ленты, мм
Размеры сечения ленты, мм
2
2X10
2,2x30
2,2
1,5x15
2,5x30
2,5
2X15
3X30
2,8
2,2X20
2,2x36
3,2
2,5x20
2,5x36
3,6
3X20
2,2X40
4
2,2X25
2,5X40
4,5
2,5x25
3,0x40
5
3X25
Диаметр спирали нагревателя принимают: для хромоалюминиевых сплавов D = (44-6) d; для нихромов и его сплавов D = (74-10)d.
Для устранения местных перегревов спираль необходимо растянуть, чтобы расстояние между витками было в 1;5—2 раза больше диаметра проволоки.
Определение размеров нагревательных элементов из круглой нихромовой проволоки можно определять следующим образом.
Таблица 21. Нагрузки, соответствующие определенным температурам нагрева нихромовой проволоки, намотанной на керамику
Диаметр
Температура нагрева, СС
Сечеиие, мм2
200
400
соо
800
1000
проволоки,
Нагрузка,
А
3
7,07
11
22
34,6
50
60
о
3,14
6,4
12,1
18,4
25,5
30,5
1,5
1
1,77
4,5
8,4
12,2
16,6
19,7
0,785
2,8
4,8
6,9
9,3
11,4
0,9
0,636
2,33
4,1
5,9
7,9
9,9
0,8
0,503
1,9
3,5
4,9
6,6
8,4
0,7
0,385
1,5
2,9
4
5,4
7
0,6
0,342
1,2
2,3
3,2
4,3
5,6
0,5
0,196
0,9
1,7
2,5
3,3
4.3
0,4
0,126
0,7
1,2
1,8
2,4
3,1
0,3
0,085
0,45
0,8
1,1
1,6
2
0,2
0,0314
0,3
0,5
0,7
1
1,3
Таблица 22. Нагрузки, соответствующие определенным температурам нагрева нихромовой проволоки, подвешенной горизонтально в спокойном воздухе нормальной температуры
Диаметр проволоки,
Сеченне, мм8
Температура нагрева, °C
200
400
600
700
800
900
юоо
мм
Нагрузка, А
5
19,6
52
83
105
124
146
173
206
4
12,6
37
60
80
93
ПО
129
151
3
7,07
22,3
37,5
54,5
64
77
88
102
2,5
4,91
16,6
27,5
40
46,6
57,5
66,5
73
2
3,14
11.7
19,6
28,7
33,8
39,5
47,0
51
1,8
2,54
10
16,9
24,9
29
33,1
39
43,2
1,6
2,01
8,6
14,4
21
24,5
28
32,9
36
1,5
1,77
7,9
13,2
19,2
22,4
25,7
30
33
1,4
1,54
7,25
12
17,4
20
23,30
27
30
1,3
1,33
6,6
10,9
15,6
17,8
21
24,4
27
1,2
1,13
6
9,8
14
15,8
18,7
21,6
24,3
1,1
0,95
5,4
8,7
12,4
13,9
16,5
19,1
21,5
1
0,785
4,85
7,7
10,8
12,1
14,3
16,8
19,2
0,9
0,636
4,25
6,7
9,35
10,45
12,3
14,5
16,5
0,8
0,503
3,7
5,7
8,15
9,15
10,8
12,3
14
0,75
0,442
3,4
5,3
7,55
8,4
9,95
11,25
12,85
0,7
0,385
3,1
4,8
6,95
7,8
9,1
10,3
11,8
0,65
0,332
2,82
4,4
6,3
7,15
8,25
9,3
10,75
0,6
0,342
2,52
4
5,7
6,5
7,5
8,5
9,7
0,55
0,238
2,25
3,55
5,1
5,8
6,75
7,6
8,7
0,5
0,196
2
3,15
4,5
5,2
5,9
6,75
7,7
0,45
0,159
1,74
2,75
3,9
4,45
5,2
5,85
6,75
0,4
0,126
1,5
2,34
3,3
3,85
4,4
5
5,7
0,35
0,096
1,27
1,95
2,76
3,3
3,75
4,15
4,75
0,3
0,085
1,05
1,63
2,27
2,7
3,05
3,4
3,85
0,25
0,049
0,84
1,33
1,83
2,15
2,4
2,7
3,1
0,2
0,0314
0,65
1,03
1,4
1,65
1,82
2
2,3
0,15
0,0177
0,46
0,74
0,99
1,15
1,28
1,4
1,62
0,1
0,00785
0,1
0,47
0,63
0,72
0,8
0,9
1
Примечания: 1. Если нагреватели находятся внутри нагреваемой жидкости, нагрузку можно увеличить в 1,1—1,5 раза.
При закрытом расположении нагревателей (например, в камерных электропечах) необходимо уменьшить нагрузки в 1,2 1,5 раза. Меньший коэффициент берется для более толстой проволоки, больший — для тонкой проволоки.
Определяется сила тока, А, нагревательного элемента по формулам:
для однофазного тока
I — У22?" и ’
для трехфазного тока
/ = р‘1000
Узи
где U — линейное напряжение, В; Р— мощность нагревателей, кВт.
По силе тока нагревательного прибора и табл. 21, 22 определяют сечение нагревателей из нихромовой проволоки, а затем по ранее приведенным формулам и их длину I.
Пример 14
Определить мощность водонагревателя, сечение и длину нагревательных элементов для иагрева воды до 100 °C, если масса воды 30 кг. Время нагрева 0,5 ч.
Решение
Количество теплоты, требуемое для нагрева воды, QnOTp= =ст (/?—/")=4,2-30- (100—20) = 10 080 кДж.
Общее количество теплоты с учетом потерь QO6m=QDoTp/ /т)== 10 080/0,9= 11 200 кДж.
Мощность нагревателей Р= 0,00028й<?общ//=0,00028-1,1 X Х11 200/0,5=6,9 кВт=6900 Вт.
Принимают, что водонагреватель подключен к сети однофазного тока напряжением 220 В, нагреватель Х20Н80-Н, допустимая удельная поверхностная мощность рДоп=6.104 Вт/м2, тогда диаметр нагревателя
4pt Р2 3/4 1.13-69002 Л
d~V л2 IP Рдоп ~ V10е•3,142-2202 - 6-104‘°019 М"
р,=р20.^= 1,07- IO-6-1,07= 1,13. ю-e.
Выбирают по табл. 20 ближайший диаметр—2 мм,
Длина нагревателей
3 /" Р№V 4лр( Рд0Г|3 /" Р№V 4лр( Рд0Г|1Q6.69OQ.22O2~ м
3 /" Р№
V 4лр( Рд0Г|
3 /" Р№
V 4лр( Рд0Г|
4.3,14.1,13(6-104)2 ~
ГЛАВА VI
РАСЧЕТ ПУСКОВЫХ И ТОРМОЗНЫХУСТРОЙСТВ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
8. Электродвигатели постоянного токапараллельного и независимого возбуждения
Пусковые резисторы (сопротивления)
При пуске двигателя с параллельным возбуждением необходимо выполнить два основных условия: не допустить чрезмерно большого пускового тока, опасного для обмотки якоря, щеточных контактов и коллектора; обеспечить пусковой момент, необходимый для разгона двигателя с механизмом. Эти условия обеспечиваются надлежащим выбором пускового резистора.
При неподвижном якоре (п=0) индуцированная в обмотке якоря эдс равна нулю, поэтому при пуске двигателя без пускового резистора Rn ток в обмотке якоря Iu = UIRH, где Ra — сопротивление якоря, включающее сопротивление обмотки якоря, добавочных полюсов и щеток; U — напряжение сети.
Так как в машинах постоянного тока сопротивление якоря составляет десятые и даже сотые доли ома, то в случае непосредственного пуска двигателя в ход при полном напряжении сети ток якоря будет недопустимо большим. Поэтому пуск двигателя путем включения якоря на полное напряжение в сети применяется только для двигателей малой мощности, имеющих сравнительно большое внутреннее сопротивление.
Во всех прочих случаях ток в цепи якоря при пуске двигателя в ход ограничивают включением в цепь якоря пускового резистора. При этих условиях ток в цепи якоря
По мере увеличения частоты вращения якоря сопротивление пускового резистора (рис. 12) следует уменьшить, так как будет возрастать эдс, индуцируемая в якоре. Снижением сопротивления резистора при пуске, а также надлежащим выбором его значения добиваются того, что пусковой ток и момент двигателя за время пуска колеблются в заданных пределах, обеспечивая требуемые условия разгона исполнительного механизма. Ri, Ri и т. д. (рис. 12) будем называть со-
противлениями ступеней, ri, г2 и т. д. — резисторами секций. Рассчитывают эти резисторы двумя методами: графическим и аналитическим. При графическом расчете пускового резистора строят пусковую диаграмму
Рис. 12. Схема включения пусковых резисторов
Рис. 13. Пусковые характеристики двигателя
(рис. 13), по горизонтальной оси которой откладывают пусковые моменты или токи: максимальный ЛЛ(Л) и минимальный Л42(/2) моменты двигателя в конце разгона на любой из ступеней сопротивления, который обычно называют переключающим моментом. Моменты Mi (Л) и М2(/2) для двигателей постоянного тока обычно принимают:
М,= (2004-250) % от Мн; Л =(2004-250) % от /„; М2 = (1104-120) % от Мн; /2= (1104-120) % от /„;
где Мн(1„)— номинальный момент и ток двигателя, которые в данном случае принимаются равными нагрузочному Мс, т. е. МН=МС; /н=7с.
Ra принимается по каталогу или определяется по формуле
Яя =-^0,5(1'н
где т]н — кпд двигателя при номинальной нагрузке.
На вертикальной оси в определенном масштабе откладывают частоту вращения холостого хода по, которую можно определить по формуле
или
”н
где пн — номинальная частота вращения двигателя; /н — номинальный ток двигателя.
Из точки, соответствующей номинальному моменту, проводят перпендикуляр Мна, откладывают на нем в масштабе частоту вращения якоря пн и получают точку б (см. рис. 13).
Соединяя прямой точку б с точкой идеального холостого хода по, получают естественную механическую характеристику двигателя поб.
Отрезок аб между горизонтальной прямой Поа и естественной механической характеристикой поб соответствует сопротивлению якоря R„.
Прямая 1п0 будет первой характеристикой, соответствующей полному сопротивлению резистора. С точки / начинается разгон двигателя. При достижении двигателем переключающего момента М2 первую секцию резистора выключают, что изобразится горизонталью, проведенной через точку 2. При пересечении этой горизонтали с перпендикуляром Mia' находится точка 3 второй искусственной характеристики.
Отрезок гд в масштабе сопротивлений и дает сопротивление первой секции резистора. Дальнейшее построение характеристик ясно из рис. 13. Отрезки дг, гв, вб соответствуют сопротивлению отдельных секций пускового резистора в порядке их замыкания.
Масштаб для сопротивления, Ом/мм, mc — Rnla6, где аб — отрезок прямой, соответствующий сопротивлению якоря Кя.
Если при построении окажется, что последняя горизонталь 6, 7 не пересекает естественную характеристику в точке 7, то необходимо несколько изменить значение момента ^(Л) и повторить построение.
При аналитическом расчете необходимо помнить, что число пусковых ступеней ускорения для двигателей малой мощности (до 10 кВт) равно 1—2, для двигателей средней мощности (до 50 кВт) — 2—3, а для двигателей большей мощности — 3—4.
Если число ступеней неизвестно, то их можно определить по формуле
п nU и X — 1
О = R^ — R3 = -X- . —- и т. д.
/1 Л2
Пример 15
Для двигателя постоянного тока параллельного возбуждения П-81, 220 В, Р„=32 кВт, п„=1500 об/мин, //я—0,034 Ом, 1Н = = 169 А требуется рассчитать пусковой резистор по следующим условиям: нагрузочный момент Мс при пуске постоянный и равен 0,8Л?н, пуск нормальный, число пусковых секций резистора т=3.
Решение
Аналитический метод
18т _ _5я21ig х
Так как пуск нормальный, принимаем ток переключения примерно на 20 % больше /с-
Отношение максимального пускового тока к переключающему
где т — число ступеней пускового резистора;
1\ — максимальный пусковой ток электродвигателя;
X = Л//2 — отношение максимального пускового тока к переключающему.
Если т получается дробным, изменяют Л или 1г так, чтобы получилось целое число. Если число ступеней резистора известно, то отношение X можно определить по формулам:
для нормального режима пуска (при редких пусках) задаемся током переключения Ь^Мг)
«4-1 Г и
Х = 1/ _Е«_;
V Ra к
для форсированного режима пуска (для напряженно работающих приводов с большим числом включений в час) задаемся максимальным током Л (ЛЕ)
X = 1/ -Ея-.
V R»h
Сопротивления отдельных ступеней определяют следующим образом: Rx = UHfIx> R2=RJX; Rs=R2?X и т. д.
Сопротивление секций пускового резистора
„ _ п n _ Uh X— 1
ri —Ka- { • ^•
Uh
Rh Л1
,V 220
V 0,034-169 ~ 2’49’
откуда Ц — ^Х—169-2,49=420 А.
3, Сопротивления секций резистора:
Uh
Uh
•4 = —
UH X — 1
Гз ~ It Xs
X — 1
X
Xx — t
Л2
220
= 420
220
420
220
420
2,49— 1
2,49
2,49 — 1
0,314 Ом;
56
2,492
2,49—1
2,493
= 0,126 Ом;
= 0,0506 Ом = 0,051 Ом.
4. Сопротивление пускового резистора /?п=г1+г2+гз=0,314+ +0,126+0,051 = 0,491 Ом,
Графический метод
1. Частота вращения идеального холостого хода
«о = Пн
Uh
Uh In Rh
220
= Ы° 220- 169-0,034 = 1535 ^и™-
Для построения пусковых характеристик выбираем масштабы: для скорости 1 мм=20 об/мин, для токон 1 мм =4,2 А. По этим данным строим пусковые характеристики двигателя (см. рис. 13): /,=420 А, /2=169 А, /с=135 А.
Зиая величину сопротивления /?я=0,034 Ом, по отрезку аб находим масштаб сопротивления me=R,la6=0,034/1,8 = = 0,0189 Ом/мм.
Измерив отрезки дг, гв, вб, находим сопротивления секций пускового резистора: ri = mC'da=0,0189-1,55=0,293 Ом; г2= = /.‘2с-ге=0,0189-6,2=0,117 Ом; га=тй-еб=0,0189-3=0,057 Ом.
57
Сопротивление пускового резистора /?п=0,293+0,117+0,057= = 0,463 Ом. Небольшая разница по сравнению с результатом аналитического расчета 6 % объясняется неизбежной неточностью графических построений.
Сопротивление резистора предварительнойступени включения
Сопротивление резистора предварительной ступени включения определяется таким образом, чтобы момент двигателя МПр(1пр) получился меньше момента нагрузки Мс(1с) или равным ему:
RMp='ипр'пр
где RH = U„]IH— номинальное сопротивление двигателя, которое при неподвижном якоре и номинальном напряжении сети ограничивает ток в якоре до номинальной величины;
Rn — сопротивление пускового резистора;
Л4пр — момент предварительного включения (Л4пр^ ^Мс).
Пример 16
Для двигателя примера 15 рассчитать сопротивление резистора предварительной ступени включения.
Решение
Приняв /пр=/с=135 А, сопротивление резистора предварительной ступени включения Run» = 230/135—0,034—0,491 = = 1,105 Ом.
Тормозные резисторы
Генераторный тормозной режим с отдачей энергии в сеть имеет место, если на вал двигателя одновременно действуют моменты двигателя и механизма. Если момент механизма компенсирует момент холостого хода (трения), то'Электродвигатель сначала достигает частоты вращения идеального холостого хода п0, а при дальнейшем ускорении частота вращения становится больше по. Соответственно эдс превысит напряжение сети и ток можно определить по формуле
7 = Е — и
~ Ra ’
где Ra — полное сопротивление якорной цепи, Ra= = R»+Ra;
58
RA — сопротивление добавочного резистора.
Ток будет иметь направление, обратное направлению тока при двигательном режиме, что соответствует отдаче тока и энергии в' сеть. Момент М будет также иметь обратное направление и являться тормозным моментом. Такой режим работы наблюдается, например, при включении кранового двигателя на спуск груза, когда под влиянием момента нагрузки, действующего в сторону спуска, частота вращения электродвигателя может превысить частоту вращения холостого хода. Сопротивление добавочного резистора Ra в этом режиме вводится в цепь якоря для получения желательной частоты вращения при заданном моменте иа валу машины.
Для получения частоты торможения пт при заданном тормозном токе /т или тормозном моменте Мт сопротивление добавочного резистора в цепи якоря Ra определяется выражением
Uh пт по ^ 17н Л1Т Пт ^/т«оТ14н / и«о
Тормозной режим противовключения применяется в подъемно-транспортных устройствах, когда электродвигатель, включенный на подъем, вследствие того, что его момент меньше момента груза, вращается на спуск.
Режим противовключения применяется также для быстрого торможения и реверсирования электродвигателей, что достигается изменением полярности на зажимах якоря или на обмотке возбуждения.
Тормозной момент Мт или ток /т регулируют введением добавочного резистора R^ в цепь якоря, сопротивление которого определяют из выражения
/?д = 2-^--Яя-Яп = 2-^.Ra-Rn.
Тормозной момент AfT или ток /т обычно принимают не более (2+-3)/Ин.
В режиме динамического торможения якорная обмотка электродвигателя отключается от сети и замыкается на тормозной резистор Rn, а обмотка возбуждения остается включенной в сеть. В этом случае в якоре, который вращается по инерции, по-прежнему индуцируется эдс (—Е), и ток /=—E/Ra создает тормозной момент Мт
Для определения сопротивления добавочного резис-
тора Rn необходимо задаться максимальным тормозным моментом Мт или током 7Т, который обычно принимают не более (24-3) Мн или (24-3) 7Н:
, Иф^Н R ^Т^Н^и
ДПо^тпо7ц34
где пт — частота вращения двигателя в начале торможения.
Пример 17
Для двигателя примера 15 рассчитать сопротивление резистора динамического торможения, исходя из того, чтобы пик тока якоря при торможении был равен 2/н.
Решение
Сопротивление резистора динамического торможения получают, предполагая, что двигатель работал с номинальной частотой вращения, т. е. пт=1500 об/мин:
R„ = -^• -^—-0,034 = 0,603 Ом.
д «о 7т1535 2-169
Пример 18
Для двигателя примера 15 рассчитать резистор противовключения по условию, чтобы пик момента при противовключении Л4г=2Ж„.
Решение
Сопротивление секции резистора
Л4Н« 22020,8 л ...
Кд = 2 "7Г Мт “ Я” “ Ra ~ 2 169 '2-20,8~ ’“
— 0,491 =0,775 Ом.
9. Асинхронные электродвигатели
На практике для построения механических характеристик асинхронных двигателей применяются расчеты по экспериментальным и паспортным данным. В этих случаях должны быть известны Рн; 7Н; UH; пн; cos фн; г]н.
Механическая характеристика строится для рабочей части по двум точкам.
1-я точка: М=0; n=ni=60(/p,
где /— частота питающего тока, Гц;
р — число пар полюсов обмотки статора;
п, — синхронная частота вращения, об/мин;
2-я точка: п=пй; М=Мй=9550 VPHlnaV
По уравнению механической характеристики м _2МК(1 + ?зи) .
s SK’
—+-JL+29$k
или
S«к ’
sKs
где Мк — максимальный момент, развиваемый двигателем (определяется по каталогу или по формуле);
М — значение момента двигателя при скольжении s;
q^=r1.'r1 — учитывает падение напряжения в статорной цепи;
г, — активное сопротивление обмотки статора;
г^ — сопротивление ротора, приведенное к статору;
sK — максимальное скольжение, при котором двигатель развивает максимальный момент Мк.
Далее, задаваясь скольжением s от 0 до 1, по формулам (1) или (2) строится механическая характеристика двигателя.
Для крупных машин, у которых сопротивлением г^ можно пренебречь, механическую характеристику можно строить по упрощенной формуле (2).
Максимальное скольжение можно определить:
по параметрам машины
sK = ± г?V ГХ + (ж1 + х2)2
где xt— индуктивное сопротивление обмотки статора;
х.^—индуктивное сопротивление обмотки ротора, приведенное к статору;
по упрощенному соотношению sK=5sH, где зн = = (Mi—Пн)/и1 — номинальное скольжение;
по приближенной формуле sK=sH (Х-Ц^Х2—1), где \=мк1Мн — перегрузочная способность двигателя (принимается по паспорту или каталогу).
S.nSoSkS.nSoSkооми Нц Мкми Нц МкРис. 14. Механическая характеристика асинхронного двигателяРис. 14. Механическая характеристика асинхронного двигателяРнс. 15. Схема включения пусковых резисторов в цепь ротора (а) н пусковые характериетнки двигателя (б)Рнс. 15. Схема включения пусковых резисторов в цепь ротора (а) н пусковые характериетнки двигателя (б)Rp.H ~Rp.H ~5р.н1,73/р.н5р.н1,73/р.н
S.n
So
Sk
S.n
So
Sk
о
о
ми Нц Мк
ми Нц Мк
Рис. 14. Механическая характеристика асинхронного двигателя
Рис. 14. Механическая характеристика асинхронного двигателя
Рнс. 15. Схема включения пусковых резисторов в цепь ротора (а) н пусковые характериетнки двигателя (б)
Рнс. 15. Схема включения пусковых резисторов в цепь ротора (а) н пусковые характериетнки двигателя (б)
Rp.H ~
Rp.H ~
5р.н
1,73/р.н
5р.н
1,73/р.н
Момент асинхронного двигателя прямо пропорционален квадрату напряжения M=U2.
Поэтому для построения механической характеристики при изменении напряжения нужно критический Мк и пусковой Мп моменты изменить пропорционально квадрату изменения подводимого
напряжения.
Механическая характеристика двигателя, построенная по уравнению (1), приведена на рис. 14.
Пусковые устройства
Двигатели с фазным ротором. Пуск в ход асинхронных электродвигателей с фазным
ротором производится с помощью резистора, включенного в цепь ротора (рис. 15, а). Это уменьшает начальный пусковой ток и позволяет получить пусковой момент, близкий к максимальному моменту двигателя. Ступени пускового резистора могут служить также для регулирования частоты вращения двигателя. В этом случае пускорегулирующие резисторы должны выдерживать без опасного для них нагрева достаточно длительное
включение.
Рассчитывают эти резисторы двумя спосооами: графическим и аналитическим.
Графический метод основан на прямолинейности механических характеристик и аналогичен расчету для двигателей постоянного тока параллельного возбуждения. Вначале строится рабочая часть механической характеристики в соответствии с § 8. Далее, задаваясь максимальным Mi и переключающим М2 пусковыми моментами двигателя, строят пусковые характеристики двигателя (рис. 15,6).
П пя асинхронных электродвигателей обычно принимают М.= (180-250) % от ?ЛН; М2= (110—120) % от Мн где Мн — номинальный момент двигателя, ко- -горый’в данном случае принимается равным нагрузочному Мс, т. е. МН=МС.
Отрезок аб между горизонтальной прямой п^а и ес-
тественной механической характеристикой п^б соответствует внутреннему активному сопротивлению, Ом, обмотки ротора гР:
- $н р100 рш
где $н — номинальное скольжение электродвигате- теля, %;
7?р.н— активное сопротивление неподвижного ротора, Ом.
где 7Р н — номинальный ток ротора, А;
Ер.„—эДс между кольцами неподвижного разомкнутого ротора, В.
Электродвижущую силу между кольцами замеряют с помощью вольтметра при заторможенном роторе или принимают по каталогу.
Отрезок дг в масштабе сопротивлений дает величину первой секции пускового резистора. Отрезки дг, гв и т. д. соответствуют сопротивлениям отдельных секций пускового резистора в порядке их замыкания.
Масштаб для сопротивлений, Ом/мм, тс=г¥!аб,
При аналитическом расчете необходимо помнить, что для асинхронных двигателей обычно принимают три—пять ступеней ускорения. Если число ступеней
неизвестно, то их можно определить10 000т -lg $н%М1%.
ig ь
где т—число ступеней резистора;
Mv — максимальный пусковой момент электродвигателя, % номинального;
sH — номинальное скольжение электродвигателя, %;
к = MJM2 — отношение максимального пускового момента к переключающему.
Если число ступеней резистора известно, то X можно определить по следующим формулам:
для нормального режима пуска (задаемся моментом М2)
X -туГ 10 000
V $Н%М2% ’
для форсированного режима пуска (задаемся моментом М|)
I „
V sH % Ml %
Сопротивление отдельных секций резистора каждой фазы г3=гр(Х—1); r2=r3X; rl—r2k.
Пример 19
Определить аналитическим способом сопротивление пускового резистора электродвигателя мощностью 7,4 кВт с частотой вращения п2=955 об/мин, если номинальный ток в рОторе 7рн = = 53 А.
Электродвижущая сила между кольцами неподвижного разомкнутого ротора Ер.„=94,5 В, а номинальный момент Мч = = 77,1 Н-м. Частота вращения поля статора щ = 1000 об/мин. Нагрузочный момент механизма Мс=72 Н-м. Режим пуска форсированный.
Решение
Принимают пусковой резистор, состоящий из трех ступеней сопротивления.
Номинальное скольжение электродвигателя
«1 — «2 Slt —-«1 — «2 Slt —-1000 —■ 95510001000 —■ 9551000100% = 4,5%.100% = 4,5%.Отношение максимального пускового момента к переключающему
«1 — «2 Slt —-
«1 — «2 Slt —-
1000 —■ 955
1000
1000 —■ 955
1000
100% = 4,5%.
100% = 4,5%.
з /Х = |/з /Х = |/10 000 _ i /10 000
з /
Х = |/
з /
Х = |/
4,5-200
= 2,23,= 2,23,если принять Mi = 200 % от МИ.
= 2,23,
= 2,23,
Номинальное сопротивление ротора электродвигателя
Ср и94,5
Внутреннее активное сопротивление ротора sH4,5
'р = -^ Яр.н=1 .°3 = 0,0463 Ом.
Сопротивление отдельных секций резистора на фазу г3= =гр (X— 1) = 0,463 (2,23— 1) = 0,06 Ом; г2=г3Х= 0,06 • 2,23=0,127 Ом; г1 = г2Х=0,127-2,23 = 0,283 Ом.
Первая секция сопротивления резистора 0,283 Ом, вторая — 0,127 Ом, третья — 0,06 Ом. Стандартные сопротивления секций пусковых резисторов можно определить из справочной литературы.
Выбранное стандартное сопротивление резистора не должно отличаться от расчетного более чем на ±10 %.
Двигатели с короткозамкнутым ротором. Пусковой ток короткозамкнутого электродвигателя достигает 5—8-кратной величины номинального тока. При маломощной сети толчки тока вызывают значительное падение напряжения и тем самым отрицательно влияют на работу других приемников.
Практически короткозамкнутые двигатели можно пускать в ход следующими способами:
прямым включением в сеть на полное напряжение; переключением при пуске обмотки статора со звезды на треугольник;
введением при пуске в цепь статора активных и реактивных резисторов;
введением при пуске в одну фазу статора активного резистора;
с помощью автотрансформатора.
Прямое включение двигателя на полное напряжение сети обеспечивает максимальный пусковой момент, но связано со значительными пусковыми токами, которые могут вызвать в сетях большие падения, напряжения. Падение напряжения в сети, в свою очередь, зависит от соотношения между мощностями пускаемого в ход двигателя и питающего его трансформатора. В связи с этим предельную мощность двигателя с короткозамкнутым ротором можно принимать по табл. 23.
Таблица 23. Предельная мощность короткозамкнутых двигателей, при которой возможен пуск при полном напряжении сети
Источник питания
Предельная мощность короткозамкнутого двигателя
Трансформатор, питающий сеть, которая является одновременно силовой и осветительной
Трансформатор, питающий чисто силовую сеть
Электростанция малой мощности
4 % мощности трансформатора при частых пусках
8 % мощности трансформатора при редких пусках
20 % мощности трансформатора при частых пусках
30 % мощности трансформатора при редких пусках
12 % мощности электростанции
Пуск переключением обмотки статора со звезды на треугольник (при пуске обмотку статора соединяют в звезду, а когда ротор достигает скорости, близкой к номинальной, — в треугольник) применяют обычно там, где требуется снижение пусковых токов, а пуск производят при небольшой нагрузке или вхолостую (насосы, вентиляторы, пилы и т. д.). Конечно, это возможно лишь в том случае, когда обмотки двигателя в нормальном режиме включены в треугольник.
Так как фазовое напряжение при этом способе пуска уменьшается в V3 раз, то пусковой момент Мп=Шг уменьшается в три раза. Так могут быть пущены в ход механизмы, имеющие статическую нагрузку не более 30—40 % номинального момента двигателя.
Пуск с помощью активного сопротивления резистора в цепи статора применяют обычно для двигателей мощностью до 50 кВт; при большей мощности — с помощью индуктивного сопротивления.
В момент пуска в цепь каждой фазы статора включаются активный или индуктивный резистор, который шунтируется по достижении двигателем частоты вращения, близкой к номинальной.
Резистор, включаемый в статор, определяют заданными условиями снижения тока. Например, если требуется, чтобы ток при пуске с резистором составлял часть а от пускового тока без резистора, то 7П.Р = = а/п, где /п.р — ток при включенном резисторе; /п — ток при отсутствии пускового резистора.
Активное или индуктивное сопротивление резистора на фазу:
гд = V^W"^-^ № дополнительного активного резистора);
хг = ]/"(zjay— г2 — хк (для дополнительного индуктивного резистора), где гк=Пн/(1,737п)—полное сопротивление фазы двигателя при пуске, Ом;
Иц — номинальное линейное напряжение двигателя, В; rK==zKcosq)n — активное сопротивление фазы двигателя при пуске, Ом; xK=zK sin фп — индуктивное сопротивление фазы двигателя при пуске, Ом;
cos фп = cos фн . Пн 4- ТМ1— Ли)! — к°-
L Мя (1—sH)^
эффициент мощности двигателя при пуске;
&,=/„//„ — кратность пускового тока;
у = 1/3— отношение потерь в меди к номинальным потерям.
Автотрансформаторный пуск вследствие большой стоимости пусковых устройств применяется лишь для высоковольтных короткозамкнутых двигателей большой мощности или в тех случаях, когда требуется значительное снижение пускового тока при сохранении достаточного пускового момента.
Пуск с помощью автотрансформатора заключается в том, что на период пуска к двигателю подводят пониженное напряжение, а при достижении частоты вращения, близкой к номинальной, автотрансформатор шунтируют и к двигателю подводят полное напряжение сети. Пусковые автотрансформаторы изготовляют обычно на три значения вторичного напряжения, составляющие 75, 65, 55 или 45, 35, 25 % номинального. Напряжения 65 и 35 % номинального считаются основными напряжениями вторичной обмотки.
Пусковой автотрансформатор выбирают следующим образом.
Для данного двигателя определяют пусковой ток при номинальном напряжении сети 7п=й;/н, где к; — кратность пускового тока (по каталогу или паспорту).
Вычисляют пусковой ток при автотрансформаторном пуске (ток, потребляемый из сети при пуске через автотрансформатор) /п.а=7п(77п%/100)2, где Un— вторичное напряжение автотрансформатора, % номинального.
Определяют пусковую мощность, кВ-А, автотрансформатора Sa = P^ 36/н/па-10-3.
По найденной пусковой мощности в каталогах подбирают пусковой автотрансформатор.
Пример 20
Для двигателя 11 кВт; 380 В; 685 об/мин: ЛТП/Л1Н = 3; к11и = = 4,5; cos (рн = 0,73; /„ = 28,8 А рассчитать пусковой резистор в цепи статора дли снижения пускового тока в два раза (а=0,5).
Решение
Номинальное скольжение s„= (750—685)/750=0,087.
Кпд двигателя
Р-100011-1000
Т1Н —
1,736/H/Hcos <рн 1,73-380-28,8-0,73
Коэффициент мощности при пуске
= 0,795.= 0,795.Г мп cos <рп = cos <рн —ГТ- •
= 0,795.
= 0,795.
[
Пн (1$н) ^1Пн (1$н) ^10 79511
Пн (1$н) ^1
Пн (1$н) ^1
3 0,913-4,5 + 4,5 Т °’205] ^°'65’ WV=l/3-
Пусковой ток двигателя /п-6.А = 4,5-28,8 =130 А,
Полное сопротивление фазы двигателя при пуске _ Un 380
Zk~ 1,73/п" 1,73-130 = 1,7 °М"
6. Активное н индуктивное сопротивления при пуске Гк=2к cos фп=1,7-0,65=1,1 Ом; Х0,76= 1,29 Ом.6. Активное н индуктивное сопротивления при пуске Гк=2к cos фп=1,7-0,65=1,1 Ом; Х0,76= 1,29 Ом.фазы двигателя хк=2к sin <рп= 1,7хфазы двигателя хк=2к sin <рп= 1,7х7. Пусковое активное сопротивление резистора в цепи статора7. Пусковое активное сопротивление резистора в цепи статора= 2,06 Ом.= 2,06 Ом.
6. Активное н индуктивное сопротивления при пуске Гк=2к cos фп=1,7-0,65=1,1 Ом; Х0,76= 1,29 Ом.
6. Активное н индуктивное сопротивления при пуске Гк=2к cos фп=1,7-0,65=1,1 Ом; Х0,76= 1,29 Ом.
фазы двигателя хк=2к sin <рп= 1,7х
фазы двигателя хк=2к sin <рп= 1,7х
7. Пусковое активное сопротивление резистора в цепи статора
7. Пусковое активное сопротивление резистора в цепи статора
= 2,06 Ом.
= 2,06 Ом.
Тормозные резисторы
Динамическое торможение асинхронных двигателей подобно динамическому торможению двигателей постоянного тока и заключается в том, что статор отключается от сети переменного тока и на время торможения подключается к источнику постоянного тока. Постоянный ток создает в статоре неподвижное магнитное поле, в котором по инерции будет вращаться 68
замкнутый ротор. В обмотках ротора при этом индуцируется эдс и ток, т. е. двигатель превращается в синхронный генератор с неподвижными полюсами, который обусловливает значительный тормозной момент, останавливающий двигатель. Тормозной момент зависит от тока статора, а следовательно, от подводимого напряжения постоянного тока, сопротивлений статорной и роторной цепей, частоты вращения двигателя.
Для увеличения тормозного момента в обмотку ротора вводят резистор активного сопротивления или увеличивают значение постоянного тока, включенного в цепь статора.
У электродвигателей с короткозамкнутым ротором начальные тормозные моменты торможения малы и для повышения их приходится подавать в статор постоянный ток, равный 4—5-кратным значениям трехфазного тока холостого хода. У электродвигателей с фазным ротором постоянный ток берется равным 2— 3-кратному току холостого хода. В этом случае обеспечивается тормозной момент в пределах (1,25ч- -2,2) Мн.
Ток холостого хода можно определять по табл. 24.
Таблица 24. Предельно допустимые токи холостого хода электродвигателей, % номинального
Мощность электродвигателя , кВт
Частота вращения электродвигателя, об/мин
3000
1500
1000
750
500
0,1—0,5
60
75
85
90
—
0,51—1
50
70
75
80
90
1,1-5
45
65
70
75
85
5,1—10
40
60
65
70
80
10,1—25
30
55
60
65
75
50,1—100
40
45
50
60
25,1—50
20
50
55
60
70
Сопротивление, Ом, добавочного тормозного резистора, введенного в обмотку ротора, равно
гд = (0,2 —0,4).
д v1,73/р.н
Напряжение постоянного тока, подводимое к обмотке статора при различных схемах соединения обмоток (рис. 16), определяют по формулам:
для схемы на рис. 16,a; Un=ln-2rf,
для схемы на рис. 16, б: ип=1п-3гь
для схемы на рис. 16, в, г: [/n=7n-2/3ril
для схемы на рис. 16, д: U„=I„-Шп, где л — ак« тивное сопротивление фазы статора, 7П — постоянный гои
Рис. 16. Схемы соединения обмоток статора при питании постоянным током
Торможение противовключением асинхронного двигателя может быть получено изменением направления вращения магнитного поля двигателя путем переключения двух фаз обмотки статора или под действием активного момента от перетягивающего груза при включении в цепь ротора добавочного резистора.
В режиме противовключения двигателем из сети потребляется большое количество энергии и протекает значительный ток. Введение резистора в цепь ротора уменьшает ток, потребляемый из сети, и изменяет тормозной момент двигателя.
Полное активное сопротивление резистора в цепи ротора для торможения противовключением
р _ „ $пр.н
~ гр ~— >
где 5пр.н — номинальное скольжение при противо- включении:
°пр.п — Зпр »
Мпр
где Зн — номинальное скольжение двигателя; Мпр момент двигателя при противовключении;; snp— 70
скольжение двигателя при противовключении _ П1 + n2 J 6пр/
Так как полное активное сопротивление в режиме противовключения Rp состоит из активного сопротивления обмотки ротора гр резистора Rn и резистора ступени противовключения гпд, то оно определится из выражения 7?р = ГпР+/?п + Гр.
Сопротивление резистора ступени противовключения rnp=Rp—Rn— /-р, где Rn — сопротивление пускового резистора, гр — активное сопротивление ротора.
Пример 21
Для двигателя А 61/4, 10 кВт, 380 В, 1450 об/мин: п = = 0,587 Ом, /„=19,7 А. Определить мощность возбуждения при динамическом торможении.
Решение
Принимают постоянный ток /п=4-/х.х = 4"11,8=47,3 А, где Zx.x=60 %; Zx.x=0,6-19,7=11,8 А — ток холостого хода, определяемый по табл. 24.
Напряжение постоянного тока, если торможение осуществляется по схеме на рис. 16, a, t/n=/„‘2ri = 47,3-2-0,587=55 В, Мощность постоянного тока Pn=UBIT=55-47,3=2600 Вт= = 2,6 кВт.
Пример 22
Для двигателя с фазным ротором примера 19 определить сопротивление резистора противовключения при реверсе двигателя с начальным тормозным моментом, равным 1,ЗМВом, если до переключения двигатель работал с установившейся частотой вращения «2=955 об/мии.
Решение
Скольжение двигателя при противовключении: snp=(n1+ +пг)/щ = (1000+955)/1000= 1,955.
Номинальное скольжение при противовключении snp.H= = 5Пр(Мя/Мпр) = 1,955- (77,1/1,3 ■ 77,1 ) = 1,5.
Полное сопротивление в цепи ротора при противовключении Rv=’'v (5пр.п/$н) =0,0463- (1,5/0,045) = 1,53 Ом.
Сопротивление пускового резистора /?п=Г1+г2+гз=0,283+ +0,127 +0,0569 = 0,467 Ом.
Сопротивление резистора ступени противовключения гПр= = R,—rp—Rc = 1,53—0,0463—0,467 = 1,016 Ом.
ГЛАВА VII
РАСЧЕТ ПРОВОДОВ И КАБЕЛЕЙ
§ 10. Определение сечений проводов и кабелейпо допустимому нагреву
Сечение проводов и кабелей напряжением до 1000 В по условию нагрева выбирается в зависимости от длительно допустимой токовой нагрузки. Выбор сечения производится:
по условию нагрева длительным расчетным током
1- /р •
по условию соответствия выбранному аппарату максимальной токовой защиты
Лсдоп
^3 /з .
к^ кг ’
где /р — расчетный ток нагрузкиг /н.доп — длительно-допустимый ток на провода, кабели и шинопроводы (табл. 25—30); k3— коэффициент Защиты или
Сечеине
Ток, А, для проводов и кабелей
одножильных
двухжильных
трехжильных
жилы, мм2
при
прокладке
в воздухе
в воздухе
в земле
в воздухе
в земле
1,5
23
19
33
19
27
2,5
30
27
44
25
38
4
41
38
55
35
49
6
50
50
70
42
60
10
80
70
105
55
90
16
100
90
135
75
115
25
140
115
175
95
150
35
170
140
210
120
180
50
215
175
265
145
225
70
270
215
320
180
275
95
325
260
385
220
330
120
385
300
445
260
385
150
440
350
505
305
435
185
510
405
570
350
500
240
605
—
—
—
—
Таблица 25. Допустимый длительный ток дли проводов - с медиыми жилами с резиновой изоляцией в металлических защитных оболочках и кабелей с медиыми жилами с резиновой изоляцией в свинцовой, поливииихлоридиой, иайритовой или резиновой оболочке, бронированных и иеброиироваииых
Токовые нагрузки. А,
иа провода,
проложенные
5
открыто
в трубе
с медными
жилами
с
алюминиевыми жилами
S
$ В
о й у я
о й
g О *
£-5
^
К п
н
6 X
6 «
6
3 в§
>>«
й
8
= i V ч
si и*
« 5
S*
= i si
в Ч
51
1®
5*
Я щ 8*
8 § о я
о X
0,5
11
0,75 1
15
17
—
16
15
14
15
14
—
—
—
—
—
1,2
20
18
16
15
16
14,5
1,5
23
19
17
16
18
15
—
—
—
2
26
—
24
22
20
23
19
—
—
—
—
—
2,5
30
24
27
25
25
25
21
20
19
19
19
16
3
34
27
32
28
26
28
24
24
22
21
22
18
4
41
32
38
35
30
32
27
28
28
23
25
21
5
46
36
42
39
34
37
31
32
30
27
28
24
6
50
39
46
42
40
40
34
36
32
30
31
26
8
62
46
54
51
46
48
43
43
40
37
38
32
10
80
60
70
60
50
55
50
50
47
39 .
42
38
16
100
75
85
80
75
80
70
60
60
55
60
55
25
140
105
115
100
90
100
85
85
80
70
75
65
35
170
130
135
125
115
125
100
100
95
85
95
75
50
215
165
185
170
150
160
135
140
130
120
125
105
70
270
210
225
210
185
195
175
175
165
140
150
135
95
330
255
275
255
225
245
215
215
200
175
190
165
120
385
295
315
290
260
295
250
245
220
200
230
190
150
440
340
360
330
—
—
—
275
255
—
—
—
185
510
390
240
605
465
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
300
695
535
400
830
645
Таблица 26. Допустимый длительный ток дли проводов и шнуров с поливинилхлоридной и резиновой изоляцией
Примечание. При количестве одновременно нагруженных проводов более четырех, проложенных в трубах, коробах, а также в лотках пучками, токи дли проводов должны приниматься, как дли проводов, проложенных открыто (в воздухе), с введением снижающих коэффициентов 0,68 для 5 и 6; 0,63 для 7—9 и 0,6 для 10—12 проводов,
Таблица 27. Допустимый длительный ток для кабелей с алюминиевыми жилами с резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной и резиновой оболочках, бронированных и небронированныхТок, А, для кабелейСече-иеодножильныхдвухжильиыхтрех жильныхжилы, мм8при прокладкев воздухев воздухев землев воздухев земле2,52321341929431294227386383855324610605580427016757010560902510590135751153513010516090140501651352051101757021016524514021095250200295170255120295230340200295150340270390235335185390310440270385240465—-———Таблица 27. Допустимый длительный ток для кабелей с алюминиевыми жилами с резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной и резиновой оболочках, бронированных и небронированныхТок, А, для кабелейСече-иеодножильныхдвухжильиыхтрех жильныхжилы, мм8при прокладкев воздухев воздухев землев воздухев земле2,52321341929431294227386383855324610605580427016757010560902510590135751153513010516090140501651352051101757021016524514021095250200295170255120295230340200295150340270390235335185390310440270385240465—-———Примечание. Допустимые длительные токи для четырехжильных кабелей с пластмассовой изоляцией иа напряжение до 1 кВ могут выбираться по табл. 27, как для трехжильных кабелей, но с коэффициентом 0,92.Примечание. Допустимые длительные токи для четырехжильных кабелей с пластмассовой изоляцией иа напряжение до 1 кВ могут выбираться по табл. 27, как для трехжильных кабелей, но с коэффициентом 0,92.
Таблица 27. Допустимый длительный ток для кабелей с алюминиевыми жилами с резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной и резиновой оболочках, бронированных и небронированных
Ток, А, для кабелей
Сече-ие
одножильных
двухжильиых
трех жильных
жилы, мм8
при прокладке
в воздухе
в воздухе
в земле
в воздухе
в земле
2,5
23
21
34
19
29
4
31
29
42
27
38
6
38
38
55
32
46
10
60
55
80
42
70
16
75
70
105
60
90
25
105
90
135
75
115
35
130
105
160
90
140
50
165
135
205
110
175
70
210
165
245
140
210
95
250
200
295
170
255
120
295
230
340
200
295
150
340
270
390
235
335
185
390
310
440
270
385
240
465
—-
—
—
—
Таблица 27. Допустимый длительный ток для кабелей с алюминиевыми жилами с резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной и резиновой оболочках, бронированных и небронированных
Ток, А, для кабелей
Сече-ие
одножильных
двухжильиых
трех жильных
жилы, мм8
при прокладке
в воздухе
в воздухе
в земле
в воздухе
в земле
2,5
23
21
34
19
29
4
31
29
42
27
38
6
38
38
55
32
46
10
60
55
80
42
70
16
75
70
105
60
90
25
105
90
135
75
115
35
130
105
160
90
140
50
165
135
205
110
175
70
210
165
245
140
210
95
250
200
295
170
255
120
295
230
340
200
295
150
340
270
390
235
335
185
390
310
440
270
385
240
465
—-
—
—
—
Примечание. Допустимые длительные токи для четырехжильных кабелей с пластмассовой изоляцией иа напряжение до 1 кВ могут выбираться по табл. 27, как для трехжильных кабелей, но с коэффициентом 0,92.
Примечание. Допустимые длительные токи для четырехжильных кабелей с пластмассовой изоляцией иа напряжение до 1 кВ могут выбираться по табл. 27, как для трехжильных кабелей, но с коэффициентом 0,92.
кратность защиты (отношение длительно-допустимого тока для провода к номинальному току или току срабатывания защитного аппарата), определяется по данным табл. 31; 73 — номинальный ток или ток срабатывания защитного аппарата (табл. 31); к\—поправочный коэффициент на условия прокладки проводов и кабелей (табл. 32); к^— поправочный коэффициент на число работающих кабелей, лежащих рядом в земле в трубах или без труб (табл. 33).
В тех случаях, когда указанные выше соотношения не выполняются, желательно избегать завышения сечения проводников, например выбирая автоматы не с электромагнитными, а с комбинированными расцепителями. В случае, когда требуемая длительная токовая нагрузка проводника, выбранная по условиям нагрева, не совпадает с требуемыми данными по приведенным выше условиям, допускается применение проводника ближайшего меньшего сечения, но не менее чем это требуется по расчетному току.
Таблица 29. Токовые нагрузки на силовые кабели с бумажной пропитанной изоляцией в свинцовой или алюминиевой оболочке, прокладываемые в земле
Площадь сечения, мм2
Токовые нагрузки. А, на кабели
с медными жилами
с алюминиевыми жнламн
одножильные до 1 кВ
Двух- жнльные до 1 кВ
трехжильные
четырех - жильные до 1 кВ
одножильные До 1 кВ
двух- жильные до 1 кВ
трехжильные
четырех- жильные
до 1 кВ
до 3 кВ
до 6 кВ
до 10 кВ
до 3 кВ
до 6 кВ
До 10 кВ
6
80
70
60
55
10
140
105
95
80
85
по
80
75
60
65
16
175
140
120
105
95
115
135
ПО
90
80
75
90
25
235
185
160
135
120
150
180
140
125
105
90
115
35
285
225
190
160
150
175
220
175
145
125
115
135
59
360
270
235
200
180
215
275
210
180
155
140
J 65
70
440
325
285
245
215
265
340
250
220
190
165
200
95
520
380
340
295
265
310
400
290
260
225
205
240
129
595
435
390
340
310
350
460
335
300
260
240
270
150
675
500
435
390
355
396
520
385
335
300
275
305
185
755
490
440
450
450
580
—
380
340
310
345
240
880
570
510
460
—
675
—
440
390
355
—
300
1000
—
—
—
—
—
770
—
—
—
—
—
400
1220
—
—
—
—
——
940
——
——
—
—
—
500
1400
—
—
—
—
—
1080
—
—
—
—
—
625
1520
—
—
—
—
—
1170
—
—
—
—
800
| 1700
—
—
—
—
—
1310
—
—
—
—
Примечание к т а б л. 25, 26, 27, 28, 29. Допустимые длительные токи для проводов с резиновой изоляцией и кабелей с резиновой или пластмассовой изоляцией в свинцовой, поливинилхлоридной и резиновой оболочках приведены из расчета нагрева жнл 4-65 °C при окружающей температуре воздуха 4-25° и земли 4-15° С.
О Д
2 ”
д а
л
Е
та -я )з
а to а о со
Е Е
Е х
О
_ К О СО Q со
CD
Де
^о
Я
Е — со
о о ® н н го
5 я <~>
К 33 ст со S о а п
О S S X
со
CD to о ь > СО Q Д
СО 2 о
£ д х со а 2
2 о 5 со со -
Д х to
* со
со а о
to о
ь 5 го о Я 2 К го
Е Е х го
= 3
§ * я го
я-ох
со 9 Я ОХ ь я 5 н я g я Е го х со д
У ° я 2
Д со о д г » н X 2 д г о X .
^23 о та ja
° "к Е ”35 го 6 я н 5 я Я 3 2 Н х 3 "я ь со О' н я • н Е я та го -•. ' <
to
В
2 к о
о о ОХ ЯЗ 5 Е го 2 го 8
НСГ
со я го я
X О
Я' я н го
Н Sa £ g 3 &
ю о д ь о
X5 X Д О д Л О 5 со
Е со Д д Де а 3D о
о К со Д Д ст со to to Е я
Е го я я Е S я
ГО *—' Я я ” Е Е ^ ® 2 22 го ® ш О Я ® н to а а о о со ь g
S со CD
£ К to Щ д д ►у Дс Д S * а
Я Q
Я о 2 ай" о й ^ О Д ^5 Д CD н > я 2 я Е н я го я я " я о 2 5 S н§ Д £ о 5 3^
9 Ята ° ° о *< 3 to со Я Я ” я Е " 8 g Е § Е ?°
Д к to to & to t-J Я я Е « Я S ш г я я
я и
Я ГО 3 2 ° Е е S = о 5 Е „ я я 9 н го н та 5 = 3 Е " го " та о Н Ё ® S3 " Я 03 о я я го о я н н Н го О О Ь g»g я я 9 9 ”
Номинальный ток, А
Номинальное иапря жение, В
Динамическая стойкость к току к. з., кА
активное
о
9 я
о
я Е
Is § я У о
8
индуктивное
активное
*<
индуктивное
Таблица 30. Основные технические данные шинопроводов переменного тока напряжением до 1000 В
Сети, для которых защита от перегрузки обязательна
Тип защитного аппарата ^3
проводники с резиновой и аналогичной ей изоляцией в о —■—1в
невзрыво-5
взрыво-и по-пожароопас-s
жароопасныеиые произ-\ов
помещения,водственныеи
жилые, тор-помещенияк §
говые поме-промышлен-§ g
щеиия ит.п,ных пред-'о о
приятий16 S
1
Vo's ф 16 Си Л о£
с
U о
Номинальный ток плавкой вставки предохранителей
1,251,01
1,2511
0,33
0,22
Ток уставки автоматического выключателя с максимальным мгновенным расцепителем
Номинальный ток расцепителя автоматического выключателя с нерегулируемой обратнозависимой от тока характеристикой
111
1
Ток трогания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой обратно-зависимой от тока характеристикой (при наличии на автоматическом выключателе отсечки)
110,8
0,8
Таблица 31. Значения Кэ>/э
требуют защиты от перегрузки и защищаются только от токов короткого замыкания.
Расчетный ток, А, нагрузки для одного двигателя определяют следующим образом:
/ — ЛгЮООр 1,7317 cos ФнП
где Рн—номинальная мощность двигателя, кВт;
U — линейное напряжение, В;
Я—кпд двигателя (можно принимать его равным номинальному);
cos <рн— номинальный коэффициент мощности.
g Таблица 34. Коэффициенты использования йи и спроса £с для определения потребной мощности силовых установок
ОО
Группы электроприемников
Установки
6и
COS ф
tg <р
6с
Электродвигатели, работающие с полной нагрузкой и непрерывно работающие
Вентиляторы, насосы, компрессоры, двигатель — генераторы и т, д.
0,65
0,8
0,75
0,75—0,8
Электродвигатели металлообрабатывающих станков
Станки универсального назначения (токарные, фрезерные, строгальные, сверлильные)
Специализированные станки, станки-автоматы, агрегатные
Механизмы кузнечных (кривошипные прессы, ковочные машины, прессы горячей штамповки и т. п.), литейных цехов (бегуны, шаровые мельницы и т. д.)
Автоматические поточные линии
0,12—0,14
0,22—0,25
0,25—0,35
0,6
0,4—0,6
0,65
0,65
0,7
1,17
1,17
1
0,14—0,16
0,35—0,40
Электродвигатели механизмов непрерывного транспорта
Транспортеры, конвейеры, элеваторы и сблокированные с ними механизмы
0,6
0,75
0,88
0,55
Электродвигатели повторно-кратковременного режима работы
Краны, кранбалки, тельферы н т. п. (механические, сборные и им подобные цехи)
0,15—0,35
0,45
1,98
0,2—0,5
Электрические печи
Печи сопротивления, нагревательные аппараты, сушильные камеры периодического действия
0,5—0,55
0,85—0,95
0,62—0,53
0,8
Поверхностная закалка и высокочастотный нагрев
Печи сопротивления непрерывного действия, методические, конвейерные
Индукционные печи низкой частоты
То же, высокой частоты
0,75
0,75
0,6
0,95
0,35
0,7
0,33
2,68
1
0,85
0,8
0,8
Электрическая сварка
Трансформаторыдуговой
сварки
Аппараты стыковой, шовной и точечной сварки
Однопостовые сварочные дви- гатель-генераторы
0,3
0,35
0,3
0,35
0,55
0,65
2,68
1,52
1,17
0,35
0,4—0,5
0,35
Текстильная промышленность
Прядильные машины
Крутильные и перемоточные машины
Ткацкие станки
Отделочные фабрики
0,8
0,75
0,7
0,77—0,85
0,75
0,88
1
0,83—0,62
0,7—0,9
0,65—0,8
0,8—0,9
0,5—0,9
Таблица 33. Поправочные коэффициенты на число работающих кабелей, лежащих рядом в земле (в трубах или без труб)
Расстояние в свету, мм
Коэффициент Д2
при числе кабелей
1
2
3
4
5
6
100
200
300
1,00
1,00
1,00
0,90
0,92
0,93
0,85
0,87
0,90
0,80
0,84
0,87
0,78
0,82
0,86
0,75
0,81
0,85
Для магистрали (фидера), по которой передается энергия для нескольких потребителей, силу тока можно определить по коэффициенту спроса или методу упорядоченных диаграмм (метод коэффициента максимума).
Метод коэффициента спроса. Коэффициентом спроса называется отношение расчетной (в условиях проектирования) или потребляемой (в условиях эксплуатации) активной мощности к номинальной (установленной).
Для определения тока, проходящего по магистральному или фидерному проводу, в зависимости от коэффициента спроса прежде всего находят расчетную активную мощность, кВт, Р = 1Ж.-Рау.
1
где Р — расчетная активная мощность электроприемника п-ft группы, кВт; РП,7— установленная мощность электроприемников п-й группы, кВт; кс — коэффициент спроса п-й характерной группы электроприемников (табл. 34).
Затем находят реактивную мощность, п
квар, Q=SP-tg<p, где Q — расчетная реактивная мощность п-й группы электроприемников; tg ср — значение, соответствующее коэффициенту мощности п-й группы электроприемников.
Далее определяют полную мощность, кВ-А, потребляемую всеми электроустановками:
Расчетную нагрузку питающей осветительной сети определяют умножением установленной мощности
ламп на коэффициент спроса кс, а при газоразрядных лампах — еще на коэффициент, учитывающий потери мощности в пускорегулирующей аппаратуре (ПРА): Р=Руетке-кпра., где йс = 1 —для мелких производственных зданий; ^с = 0,95 для производственных зданий, состоящих из отдельных крупных пролетов; Ас = = 0,8 — для производственных зданий, состоящих из большого числа отдельных помещений; £с=1—для крупных сетей й всех звеньев сети аварийного освещения; &Пра = М—Для ламп ДРЛиДРИ; Апра=1,2— для люминесцентных ламп в стартерных схемах включения; ^пра = 1,3-ь 1,35 — для люминесцентных ламп в бесстартерных схемах.
Расчетный ток, А:
, _ S-IOOQр~ 1,73 и
Метод упорядоченных диаграмм. Определение расчетных нагрузок этим методом производят следующим образом.
Расчетная мощность одного электронриемннка, работающего в длительном режиме, принимается равной его номинальной мощности Р?=Ра=Ру, где Ру — установленная мощность токоприемника, кВт.
Расчетная мощность двигателя, работающего в повторно-кратковременном режиме:
р = J_I_ = 1,НРУ,р 0,875
где Ру="К53н-Рн.п — установленная мощность, 83н — паспортная продолжительность включения, Рн.и—паспортная мощность двигателя при паспортной S3H.
При повторно-кратковременном режиме работы электродвигателя установленная мощность его должна быть приведена к длительному режиму работы по вышеприведенной формуле.
Расчетная реактивная мощность одного электроприемника определяется из выражения QP=.PPtg(p.
Для группы электроприемников (до трех включительно) активная и реактивная мощности определяются как суммы соответственно активных и реактивных нагрузок электроприемников группы.
При числе токоприемников в группе больше трех расчетная нагрузка группы определяется следующим образом.
По табл. 34 показателей электрических нагрузок приемников энергии для соответствующей отрасли промышленности находят коэффициенты использования ки и мощности cos ф по группам однотипных приемников.
Коэффициент использования равен отношению средней мощности приемника (или группы) к номинальной мощности. При активной мощности кк — =Ро1Рн.
Подсчитывают общее количество токоприемников п, питающихся от одного распределительного пункта.
Находят в группе токоприемников, питающихся от данного распределительного пункта (шинной сборки), самый мощный токоприемник и все токоприемники, мощность которых не менее половины мощности наиболее мощного приемника. Обозначают их количество «ь Назовем их условно крупными токоприемниками.
Подсчитывают суммарную установленную мощность, кВт, всех токоприемников SPy.
Подсчитывают суммарную установленную мощность, кВт, крупных токоприемников группы ЁРуь
Определяют средние максимальные активную и реактивную мощность, кВт, для каждой группы однотипных токоприемников Рсм.гр=А„2Ру, где 2РУ — суммарная установленная мощность группы однотипных токоприемников.
Максимальная средняя мощность для всех токоприемников определяется как сумма максимальных средних мощностей однотипных групп РСм=2Рсм.гР; QcM=SQCM.rp; QcM.rP = PcM.rp tg <р, где tgф— значение, соответствующее средневзвешенному cos ф, характерному для электроприемников данного режима работы.
Определяют относительные величины n»=njn; р.^Р^Р^.
Определяют средневзвешенный коэффициент использования Ан.ср — 5Рсм/5Ру
Определяют относительное значение эффективного числа электроприемников пэ*=пэ1п в зависимости от п* и р* (по табл. 35).
Под эффективным числом приемников группы, различных по номинальной мощности и режиму работы, понимается такое число однородных по режиму работы приемников одинаковой мощности, которое обуслов-
—
ГМ СО Ф 1/5 СО 00О ф 05 Ф 05 со00 СО 00 СМ^ СМСО —СО Ю ю
ООООООCDСМ СМ СОСО ф Ф ЮЮ СОСО Ь*Ь* 00 00 05
CD О О О О ОООООООО CD О ОО ОО ОО О CD О
СМ СО Ф Ю со 00 CD О’— О’СМ Г- СМ Ь-со Г-со оо £0 00 СО ОС СМ , CD О О О О О —* —* СМ СМ СО СО Ф Ф 1/5 1/5 СО СО ^^^“ 30 00 05 | CD О О О О CD О О О CD О О CD CD CD CD CD CD О О О О CD
ем Ф1/5СОГх.05СМГ-со05 1/5—Ь- СМ 00 СО 03 ФО1/5 03 СО 1/5
О ООООо—-—СМСМ соФФ Ю Ю О О0000^00^05 05^|
CD ООООоОООCD ООО О О О О ООО О О CD
8
СО Ф Ю Г- 00 —-соО СО СМ05 1/5СМ00 Ф Оз ю —О ФЮ
ООООО——СМ СМ СООФU5ио Осог- 00оо^о05| |
О О О О О ООО О CDО ООCD О О О ООCD ОО
00
СО ФОГ-О СМ1/5СО03СОСОГ-ФЮ — со_ СО Ю
О ООCD CD ——СМСМСОФ Ю1/5Юb-fx- 00 0005 03 05। ||
CD ООО О ООООCDО ООCDО О О ОООО
О
03 Ю S 0O 00Г- Ю СО —' 00 сосоСОсо Г^- —45*1/5
CD О О О — —— см со Ф Ф ЮCD Г—Ь-оо оо ОзОз 05| । | ।
ооооооООООООО CDОО О ООО
О
Ф CD 00 CD СМ Ю 05 00 Ь» Ю СО СМ 05 со см — ф ю ООО——— — СМ СО Ф Ю CD со Ь- 00 00 05 оз 05 | | | | | оооооо оооооо оооооо о
В
Ф Ь- 05 — СО Ь- СМ СМ СМ —430 1/5—*Ь-—ФЮ
О О О — — —* см со Ф Ю О О г^- оо со оз 05 05{ I | { | {
оооооо оооооо оооооо
о
1/5 00 CD СО Ю CD 1/5 b-b-b-<D Ф — Г-— ф Ю
О о — — — см СМ со Ф 1/5 О Г- 00 00 05 05 05 || | | | | |
оооооо оооооо о о о о о
О
CD О) СМ Ю 00 Ф 05 СМ Ф Ф СО — СО —* Ф из
CD CD —. —. — СМ см Ф 1/5 со Ь- оо 00 05 05 03 | || | | | | |
оооооо оооооо оооо
О
г- —-1 из оо оо Ф оо *Ф —* со —сою
о——4 СМ см СО ф СО ^ 00^ 00^ 05^05^05 |[| I 1 1 | I |
ОООООО ОООООО ООО
В
05 со 00 СМ СО СО О СО 05 00 СО — сою
О — — СМ СМ СО Ф Ю со Ь- С0^О5^ 05^05^ ||||1 I | 1 | I
оооооо оооооо оо
о
— со СМ со —4Ь- со из Ф ю
— — СМ СМ со Ф Ф СО ь-оо 05 05^ ^ | | | | || 1 1 I | I
оооооооооооо о
8
ф — Гх. со 00 оо СО СМ СО О Ф ю
— СМ СМ СО СО ф ^^ОО 05 °з^О5| | | | | || I | I 1 |
оооооо оооооо
О
Оз Гх. Ф — tx. Гх. СО Оз со 1/5
— сч со in цэ х да от от | | | | | | | 1 1 1 1 1 | оооооо ооооо
8
СО СО Ф — 00 30 СО ОС со Ю
С4 СО-У LO 1Л-СО Р-ОООТОТ ||| | [ | | |1 1 1 | 1 1
ОООООО оооо
8
СОЗОЬхфОЮСОЮ. .
«'*игц= ч^ чч01. Ml 1 1 1 1 1 1 MINI
ОООООО ‘ООО
о
^SSS”” SA I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 MINI оооооо о о
. ч.””^^-^ ® II II 1 11 II 1 1 II 1 1 II ооооооо
е| е
II *
см со ф ю со оо ю ю ю
ОООООО — — СМ см со со ФФ1/5ЮС0С0 t^b-^OO оо 03^ оооооо оооооо оооооо ооооо—
ливает ту же расчетную нагрузку, что и данная рассматриваемая группа различных по номинальной мощности и режиму работы приемников.
Определяют эффективное число токоприемников пэ=пэ*п. При числе электроприемников в группе четыре и более допускается принимать лэ, равное действительному числу приемников, если
ГП = 2j™ <3
^H.niln
где Рнлмх — номинальная мощность наибольшего электроприемника, кВт;
Рн.ты — номинальная мощность наименьшего электроприемника, кВт.
При т>3 и Аи>0,2 эффективное число электроприемников равно лэ=2Рн.£/Ртах ь где PH.s— суммарная номинальная мощность группы электроприемников, кВт; Ртах 1 — мощность одного наибольшего электроприемника группы, кВт. Если пэТ>п, следует принимать п3=п; при л>3 и лэ<4 расчетная максимальная нагрузка принимается Ртах = ^з2Рн, где &а—коэффициент загрузки, равный 0,9 для длительного и 0,75 для повторно-кратковременного режимов.
По табл. 36 определяют коэффициент максимума км в зависимости от лэ и &и.ср.
Коэффициент максимума км — отношение расчетного максимума активной нагрузки группы электроприемников к средней нагрузке за наиболее нагруженную смену.
Определяют расчетную активную мощность, кВт, группы электроприемников Рр=кмкн.СрХР^=- = кмТ,Р см.гр-
Определяют реактивную расчетную мощность, квар, группы электроприемников Qp=A„SQCM.rp. В соответствии с практикой проектирования принимают QP = l,lSQcM.rP при ла<10; Qp = SQcM.rp при Лэ^Ю. Если в группе имеются электроприемники, работающие с опережающим током, то их реактивные мощности Qc принимаются со знаком минус и вычитаются из общей реактивной мощности. Подсчитывают полную мощность, кВ-А, группы Sp = K^+(Qp-Qc)2.
Определяют расчетный ток А, электроприемников
У7Рп
группы 7р= ——■ или /р =,
/з Un^/^3 t/u cos <рр
пэ
км ПРИ *И.СР
0,1
0,15
0,2
0,3
0,4
0,5
0,8
0,7
0,8
4
3,43
3,11
2,64
2,14
1,87
1,65
1,46
1,29
1,14
5
3,23
2,87
2,42
2,00
1,76
1,57
1,41
1,26
1,12
6
3,04
2,64
2,24
1,88
1,66
1,51
1,37
1,23
1,10
7
2,88
2,48
2,10
1,80
1,58
1,45
1,33
1,21
1,09
8
2,72
2,31
1,99
1,72
1,52
1,40
1,30
1,20
1,08
9
2,56
2,20
1,90
1,65
1,47
1,37
1,28
1,18
1,08
10
2,42
2,10
1,84
1,60
1,43
1,34
1,26
1,16
1,07
12
2,24
1,96
1,75
1,52
1,36
1,28
1,23
1,15
1,07
14
2,10
1,85
1,67
1,45
1,32
1,25
1,20
1,13
1,07
16
1,99
1,77
1,61
1,41
1,28
1,23
1,18
1,12
1,07
18
1,91
1,70
1,55
1,37
1,26
1,21
1,16
1,11
1,06
20
1,84
1,65
1,50
1,34
1,24
1,20
1,15
1,11
1,06
25
1,71
1,55
1,40
1,28
1,21
1,17
1,14
1,10
1,06
30
1,62
1,46
1,34
1,24
1,19
1,16
1,13
1,10
1,05
35
1,56
1,41
1,30
1,21
1,17
1,15
1,12
1,09
1,05
40
1,50
1,37
1,27
1,19
1,15
1,13
1,12
1,09
1,05
50
1,40
1,30
1,23
1,16
1,14
1,11
1,10
1,08
1,04
60
1,32
1,25
1,19
1,14
1,12
1.Н
1,09
1,07
1,03
70
1,27
1,22
1,17
1,12
1,10
1,10
1,09
1,06
1,03
80
1,25
1,20
1,15
1,11
1,10
1,10
1,08
1,06
1,03
90
1,23
1,18
1,13
1,10
1,09
1,09
1,08
1,05
1,02
100
1,21
1,17
1,12
1,10
1,08
1,08
1,07
1,05
1,02
120
1,19
1,16
1,12
1,09
1,07
1,07
1,07
1,05
1,02
140
1,17
1,15
1,11
1,08
1,06
1,06
1,06
1.05
1,02
160
1,16
1,13
1,10
1,08
1,05
1,05
1,05
1,04
1,02
180
1,16
1,12
1,10
1,08
1,05
1,05
1,05
1,04
1,01
200
1,15
1,12
1,09
1,07
1,05
1,05
1,05
1,04
1,01
Таблица 36. Коэффициент максимума kM для различных коэффициентов использования й„ СР в зависимости от числа электроприемников п3
СО8ф = ^см-гр
Уфсм.гр) 2+ (2QcM.rp)2
гдегдеДля электроприемников постоянного тока /р = =Рр/ия.
где
где
§11. Определение сечений проводов и кабелейпо допустимой потере напряжения
Сечение проводов и кабелей по допустимой потере напряжения определяют главным образом для осветительных сетей. Для силовых сетей этот метод расче-
Рис. 17. Линия с несколькими нагрузкамиРис. 17. Линия с несколькими нагрузками
Рис. 17. Линия с несколькими нагрузками
Рис. 17. Линия с несколькими нагрузками
та применяют лишь при сравнительно большой их протяженности (внецеховые сети). Сечение проводов и кабелей с одинаковым сечением по всей длине рассчитывают по следующим формулам.
Для трехфазной сети с сосредоточенной нагрузкой в конце линии, мм2:
РЬ 10» S .
oUa-№%
где Р— расчетная нагрузка, кВт. U — линейное напряжение, В; А1/%—допустимая потеря напряжения сети, %; I — общая длина линии.
Для трехфазной сети с несколькими нагрузками (рис. 17) и одинаковым сечением проводов,
s = _^1А±^2А±1лД121
сиг. ди %’
где/ь/2... — длины отдельных участков линии, м; Pt, Рч — нагрузки отдельных участков линии, кВт; о — удельная проводимость, м/(0м-мм2) [а в расчетах принимается для алюминия 34,5 м/(Ом-мм2); для меди 57 м/(0м-мм2)].
Согласно ПУЭ допустимую потерю напряжения от шин подстанций до наиболее отдаленной нагрузки (в прог(ёНТах номинального напряжения) можно принимать:
для силовых сетей ±5 %;
для сетей электрического освещения промышленных предприятий и общественных зданий от +5 до —2,5 %;
для сетей электрического освещения жилых зданий и наружного освещения ±5 %.
В приведенных выше расчетах линий переменного тока сделано допущение; что провод линии обладает только активным сопротивлением.
Для алюминиевых и медных проводов с учетом активного и индуктивного сопротивлений сечение провода, мм2:
РЬ 10»
оДиаи% *
где MJa —MJ—MJp— потеря напряжения в актив- ном сопротивлении, %; MJP— потеря напряжения, %, в реактивном (индуктивном) сопротивлении; Q—S sin <р — реактивная мощность, квар; S— полная нагрузка, кВ-А; / — длина линии, км; х0 — индуктивное сопротивление проводов, Ом/км.
Индуктивное сопротивление проводов и кабелей из цветного металла можно принимать по табл. 37.
Таблица 37. Активные и индуктивные сопротивления для проводов и кабелей с медными и алюминиевыми жилами
3s
«я о о
Сопротивление, мОм/м
активное г для жнл
индуктивное х0
медных
алюминиевых
3^5 м
S <и h ДЬ К Я
О д
§ а
L Ч О
СО
К-4 3 °
темпера
тура, °C
S я
А
30
50
30
45
х 5 В
-VXD К У
§ §
Я
° ч
1,5
12,3
13,3
0,113
0,126
0,374
—
2,5
7,4
8
12,5
13,3
0,104
0,116
0,358
—
4
4,63
5
7,81
8,34
0,095
0,107
0,343
—
6
3,09
3,34
5,21
5,56
0,09
0,0997
0,33
—
10
1,85
2
3,12
3,33
0,073
0,099
0,307
—
16
1,16
1,25
1,95
2,08
0,0675
0,0947
0,293
0,354
25
0,741
0,8
1,25
1,33
0,0622
0,0912
0,278
0,339
35
0,53
0,57
0,89
0,951
0,0637
0,0879
0,268
0,33
50
0,371
О',4
0,62
0,666
0,0625
0,0854
0,256
0,317
70
0,265
0,29
0,45
0,447
0,0612
0,0819
0,245
0,307
95
0,195
0,21
0,33
0,351
0,0602
0,0807
0,236
0,297
120
0,154
0,17
0,26
0,278
0,0600
0,0802
0,229
0,293
Для осветительных сетей сечение, мм2, проводов по допустимой потере напряжения:
s= —для сети с сосредоточенной нагрузкой сД(/
в конце линии;
5= £к^+£?!2+_11д_ —для сети с несколькими на- сДи
грузками и одинаковым сечением проводов, где с — коэффициент, зависящий от напряжения и удельного сопротивления-(табл. 38); Р — расчетная нагрузка, кВт,
Таблица 38. Значение коэффициента с
Номинальное напряжение сети. В
Система сети и род тока
Коэффициент с
для медных проводов
для алюминиевых проводов
380/220
Трехфазная с нулевым проводом
77
46
380/220
Двухфазная с нулевым проводом
34
20
220
Двухпроводная переменного или постоянного тока
12,8
7,7
220/127
Трехфазная с нулевым проводом
25,6
15,5
220/127
Двухфазная с нулевым проводом
И,4
6,9
127
Двухпроводная переменного илг постоянного тока
4,3
2,6
120
Двухпроводная переменного нлн постоянного тока
3,8
2,3
110
То же
3,2
1,9
42
>
0,34
0,21
24
»
0.153
0,092
12
»
0,038
0,023
§ 12. Выбор аппаратов защиты
В качестве аппаратов защиты применяются плавкие предохранители или автоматические воздушные выключатели с встроенными тепловыми (для защиты от перегрузок) и электромагнитными (для защиты от токов короткого замыкания) реле.
Защита автоматами. Выбор автоматов производится:
по напряжению установки UyCT<.UH;
по роду тока и его значению /Р^7Н;
ПО коммутационной способности 7п.о(7п.о1) С7Откл, где UyCT— напряжение на установке, В;
ин— номинальное напряжение автомата, В;
/р— рабочий ток установки, А;
/н— номинальный ток автомата;
7П.О—ток трехфазного короткого замыкания, кА;
/п,01— ток однофазного короткого замыкания.
Определение уставок автоматов производят, исходя из следующих условий.
Номинальный ток теплового расцепителя, защищающего от перегрузки, выбирается только по длительному расчетному току линии 1^1 дл.
Номинальный ток электромагнитного или комбинированного расцепителя автоматических выключателей выбирается та^же по длительному расчетному току линии Iw^I^.
Ток срабатывания (отсечки) электромагнитного расцепителя или комбинированного расцепителя /срлл проверяется по максимальному кратковременному пиковому току ЛИНИИ 7ср.эл>7пик&.
Коэффициент к учитывает неточность в определении пикового тока и разброс характеристик электромагнитных расцепителей автоматов. При отсутствии заводских данных для автоматических выключателей с номинальным током до 100 А кратность к пикового тока относительно уставки следует принимать не менее 1,4, а для автоматических выключателей с номинальным током более 100 А — не менее 1,25 (автомат с электромагнитным расцепителем). Коэффициент к^ ^3, если автомат с обратнозависимой от тока характеристикой.
Пиковый ток ответвления, идущего к одиночному двигателю, равен его пусковому току 7Пнк=7Пус.
Пиковый ток линии, питающей группы токоприемников (не более трех), определяется из выражения /ппк=2/и—/н-б(1—А'), гДе S/н — сумма номинальных токов всех двигателей группы; 7н.б — номинальный ток двигателя, имеющего наибольший пусковой ток; к'= =7Пус/7н.б — кратность пускового тока двигателя, имеющего наибольший пусковой ток.
Пиковый ток линии, питающей группу токоприемников (более трех), определяется по формуле
7пин — 7Р 4- & / н.б 1н.б р ,
где /р—расчетный ток линии, А; 7н.б, к' — номинальный ток и кратность пускового тока двигателя, имеющего наибольший пусковой ток; 27и — сумма номинальных токов всех двигателей группы.
Если автоматы установлены в закрытых шкафах, номинальный ток автомата, теплового или комбинированного расцепителя уменьшается до 85 % номиналь-
Таблица 39. Автоматические выключатели серии А3000
Тип
Номинальный ток. А
Напряжение, В
Число полюсов
Ток уставки расцепителя, А
Предельный ток отключения, кА
А3160
50
НО, 220
1, 2, 3
15—50
2,5—4,5
А3110
100
220
2, 3
15—100
2,5—10
АЗ 120
200
220
2, 3
15—100
18
АЗ 130
200
220
2, 3
100—200
14—25
А3140
600
220
2, 3
250—600
32—40
А3710Б-А3740Б
160—630
440
2, 3
—
40—60
660
ных значений, указанных в каталогах. Технические данные автоматов приведены в табл. 39, 40.
Защита предохранителями. Предохранитель — это коммутационный аппарат, предназначенный для отключения защитной цепи разрушением специально предусмотренных для этого токоведущих частей под
Таблица 40. Технические данные автоматических выключателей серии АЕ, АК, АП, А, АС
Тип
Номинальный ток.
А
Номинальное напряжение, В
Число полюсов
Ток уставки, А
Предельный ток отключения, кА
АК-63
63
200—400
2, 3
0,63—63
9
АК-50
50
320—400
2, 3
2-50
9
АП-50
50
220—500
2, 3
1,6—50
0,3—2
А-63
25
110—220
1
0,63—25
2,5
АЕ-1000
25
240
1
6—25
1,5
АЕ-2000
25, 63, 100
220—500
1, 2, 3
16
АС-25
25
220—380
2, 3
1—20
2
действием тока, превышающего определенное значение. В большинстве предохранителей отключение цепи происходит за счет расплавления плавкой вставки, которая нагревается протекающим через нее током защищаемой цепи. После отключения цепи необходимо заменить перегоревшую вставку на исправную (стандартную).
Выбор предохранителей производится;
цо напряжению 1/уСт^<7н;
по току предохранителя (основания) /р^/н;
по току отключения /п.о (/п.о1)^/н.откл, где /н—номинальный ток отключения, кА (табл. 41); /п.о(/п.о1) — трех- и однофазный токи короткого замыкания, кА.
Номинальный ток плавкой вставки для инерционных предохранителей определяется только по длительному расчетному току линии.
Номинальный ток плавкой вставки для безынерционных предохранителей должен удовлетворять двум УСЛОВИЯМ; /вст>/Р; /вст^/пик/^-
Коэффициент к выбирается в зависимости от длительности прохождения пикового тока и колеблется в пределах 1,6—2,5.
Расчет токов короткого замыкания /п.о, /п.о! приведен в § 13.
Таблица 41. Технические данные предохранителей С закрытыми патронами до 1000 В
Тип
Номинальное напряжение. в
Номинальный ток, А
Предельный ток отключения, кА
предохранителя
плавкой вставки
~380 В
—220 В
НПН2-60
500
60
6, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 60
10
—
ПН2-100
-380
100
30, 40, 50, 80, 100
100
100
ПН2-250
250
80, 100, 120, 150, 200, 250
100
100
ПН2-400
—220
400
200, 250, 315, 355, 400
40
60
ПН2-600
600
300, 400, 500, 600
25
40
ПР-2
-220
15
6, 10, 15
8
—
—440
60
100
15, 20, 25,
35, 45, 60
60, 80 100
4,5
ПР-2
-500
200
100, 125, 160, 200
11
10
—440
350
600
200, 225, 260, 300, 350
350, 430, 500, 600
13
23
11
20
-380
1000
600, 700, 850, 1000
20
20
Число параллель-но включенныхпроволокЧисло параллель-но включенныхпроволок156100,250,351160150,451200,551250,61350,751450,916011100800,82100122001251,121600,933502001,1533001,243501,34156100,250,351160150,451200,551250,61350,751450,916011100800,82100122001251,121600,933502001,1533001,243501,34Номинальный ток патрона, АНоминальный ток патрона, АНоминальный ток плавкой встаг-ки. АНоминальный ток плавкой встаг-ки. АДиаметр Проволоки, ммДиаметр Проволоки, ммШСШСРис. 18. Схема питания электрооборудованияРис. 18. Схема питания электрооборудования
Число параллель-но включенныхпроволок
Число параллель-но включенныхпроволок
15
6
10
0,25
0,35
1
1
60
15
0,45
1
20
0,55
1
25
0,6
1
35
0,75
1
45
0,9
1
60
1
1
100
80
0,8
2
100
1
2
200
125
1,1
2
160
0,9
3
350
200
1,15
3
300
1,2
4
350
1,3
4
15
6
10
0,25
0,35
1
1
60
15
0,45
1
20
0,55
1
25
0,6
1
35
0,75
1
45
0,9
1
60
1
1
100
80
0,8
2
100
1
2
200
125
1,1
2
160
0,9
3
350
200
1,15
3
300
1,2
4
350
1,3
4
Номинальный ток патрона, А
Номинальный ток патрона, А
Номинальный ток плавкой встаг-ки. А
Номинальный ток плавкой встаг-ки. А
Диаметр Проволоки, мм
Диаметр Проволоки, мм
ШС
ШС
Рис. 18. Схема питания электрооборудования
Рис. 18. Схема питания электрооборудования
При длительности пуска до 8 с принимается & = =2,5; при более длительных пусках — А=1,6ч~2.
При защите двигателей ответственных механизмов ток плавкой вставки равен /вст=/пик/1,6 независимо от условий пуска электродвигателя. Номинальный ток плавкой вставки для защиты ответвления к сварочному аппарату /вст = 1,27св УЗЗ, где /св — номинальный ток сварочного аппарата при номинальной продолжительности включения S3.
Технические данные некоторых предохранителей приведены в табл. 41.
Перегоревшие плавкие вставки следует заменять запасными заводской калибровки. Если таких нет, их можно временно заменить заранее подготовленными проволочками, рассчитанными на определенный ток (по данным табл. 42, 43).
Т а б л и ц а 42. Выбор диаметра проволоки для плавких вставок предохранителей ПР-2
Примечание. В качестве плавких вставок применяют медную луженую проволоку. Если пользуются несколькими параллельно включенными проволоками, скручивать их нельзя.
Пример 23
От шинной сборки ШС (рис. 18) питаются металлорежущие станки 1, 2, ♦„> 10, вентиляторы 11, 12, распределительный пункт
94
Таблица 43. Выбор диаметра проволоки для плавких вставок предохранителей пробочного типа*
1 л ч ГС - к<
хе
Свинец
Медь
1 X
Ч ГС _ Х<
§ и
О 5 хе
Свинец
Медь
о о. с
о м ч о о Ч К о 17 И
6 о.
S о
§и
с
О « Ч О О Ч к о В* CQ
6
2 о
К О
Kt й
6
к о а ч о О Ч X о у оа
6
;■
о
Е
О К ч о О Ч S о
6
н -
£ М
га §
4
1
0,6
1
0,1
25
1
2,2
2
0,3
6
1
0,9
1
0,15
35
2
2,2
3
0,3
10
1
0,2
1
0,2
50
5
0,3
15
1
1,6
1
0,3
60
7
0,3
20
1
1,8
2
0,2
—*
—
—
* Активная длина вставок около 60 мм.
РП, от которого, в свою очередь, питаются две печи сопротивления 13, 14 и пять заточных станков /5, 16, ..„ 19,
Паспортные данные токоприемников приведены в табл. 44. Выбрать шинную сборку; сечение провода к распределительному пункту РП, к станкам I, 3 н печн сопротивления 14; проверить выбранный провод к Станку 3 на защиту от перегрузки с помощью плавких вставок,
Р е ш е и н е
Считая, что указанное технологическое оборудование установлено в цехе металлообрабатывающего завода, находим по табл. 44 показатели электрических нагрузок токоприемников при мелкосерийном производстве.
95
Таблица 44. Паспортные данные токоприемников
Я i
е а
Наименование механизма
га Й х 9 м
5
О. §
8°
COS ф
”и- %
^пус^ /'н
1
Токарные станки
7,5
1500
0,87
88,5
7
1,5
1500
0,81
80
7
2
0,6
1500
0,76
72
7
3
Фрезерные стаи-
13
1500
0,89
88,5
7
4
К И
3
1500
0,84
83,5
7
5
1.1
1500
0,8
78
7
0,8
1500
0,78
74,5
7
0,6
1500
0,76
72
7
6
Радиально-
5,5
1500
0,86
88
7
7
сверлильные стаи-
2,2
1500
0,83
82,5
7
8
ки
0,8
1500
0,78
74,5
7
9
Шлифовальные
5,5
1530
0,86
88
7
10
станки
3,0
1500
0,84
83,5
7
0,6
1500
0,76
72
7
11
Вентиляторы
22
3000
0,9
88
7
12
22
3000
0,9
88
7
13
Печи сопротив-
35
—
0,85
—
14
ления
35
—
0 85
—
—
15
Заточные станки
1,5
3000
0,88
80,5
7
16
1,5
3000
0,88
80,5
7
17
1,5
3000
0,88
80,5
7
18
1,5
3000
0,88
80,5
7
19
1,5
3000
0,88
80,5
7
Коэффициент использования и cos ф для металлорежущих станков ^„i = 0,12; созф|=0,4; для электрических печей с периодической загрузкой &и2=0,5: cos ф2=0,85 для вентиляторов &из = =0,65; со5фз=0,8,
Определим сначала расчетный ток шинной сборки. Общее количество токоприемников, питающихся от шинной сборки, п— = 45. Самый крупный токоприемник, питающийся от шинной сборки — печь сопротивления, мощность которой 35 кВт. Общее количество крупных токоприемников п( = 4 (две печи сопротивления по 35 кВт и два двигателя вентилятора по 22 кВт).
Суммарная установленная мощность крупных токоприемников SPyi = 114 кВт.
Максимальные средние активные мощности: металлорежущих станков Pcn.rpi = ^HiSPy = 0,12-124,9 = 15 кВт; вентиляторов Ремгр.з=^из2Ру=0,65-44=28,6 кВт; печей РСм.гР2=6и22Ру=0,5х X 70=35 кВт.
Максимальные средние реактивные мощности: металлорежущих станков QcM.rpi = PcM.rpi-tgф1 = 15-2,29 = 34,4 квар; печей QcM.rp2=PcM.rp2-tg ф2= 35-0,62=21,7 квар; вентиляторов QCM.rp3= =PeM.rp3-tg ф3=28,6-0,75=21,4 квар.
Суммарные максимальные средине мощности всех токоприемников PCM=SPCMrp=15-|-35+28,6=78,6 кВт; QcM=SQCMrp = = 34,4+21,7+21,4=77,5 квар.
Средневзвешенный tg ф=9См/Рсм=77,5/78,6=0,985, со$ф = = 0,7К
Относительное число крупных токоприемников nt=njn=* = 4/45 = 0,089.
Относительная мощность крупных токоприемников P»=SPt/ /SPy= 114/238,9=0,478.
Средневзвешенный коэффициент использования ^и ср=Рем гр/ /Ру=рсм/ру=78,6/238,9=0,329.
Относительное значение эффективного числа электроприемников (см. табл. 35) «э* = 0,56.
Эффективное значение токоприемников пэ=Пэ*и=0,56-45= =25,2.
Коэффициент максимума (см. табл. 36) йм=1,28.
Расчетная активная мощность шинной сборки Рр=к«кя срХ XSPV= 1,28-0,329-238,9= 100 кВт.
Расчетная реактивная мощность при пэ=25,2>10 Qp=QCm“ =SQcM.rp=77,5 квар.
Полная мощность шинной сборки
Зр = У"?р + Qp = V100® +77,52 = 126,5 кВ-А.
Расчетный ток шинной сборки /Р=5р/(/31/) = 126,5/ /(/3-0,38) = 192 А.
По табл. 30 выбираем шинопровод ШРА 73, /„=250 А.
Подобным образом определяется расчетный ток для ответвления от ШС к распределительному пункту РП.
Общее количество токоприемников, питающихся от РП, п=7, крупных токоприемников Л1=2.
Суммарная установленная мощность SPy=77,5 кВт.
Суммарная установленная мощность крупных токоприемников 2Ру| = 70 кВт.
Для заточных станков PCH.rPi = АшРу = 0,12-7,5 = 0,9 кВт; QcMrpi = PcM.rpi tg ф[ = 0,9-2,29=2,0 квар; для печей Рсм.гР2= = йи25Ру=0,5-70=35 кВт; 9см.гр2=Рсм.гр2 tg ф2=35-0,62=21,7 квар.
Суммарные максимальные средние мощности 2Рсм.гР=0,9-г +35=35,9 кВт; QCM = SQCM.rP=2,06+21,7=23,76 квар.
Средневзвешенный tg ф=Qcм/Pcм=23,76/35,9=0,66; cos ф= =0,83.
Относительное число крупных токоприемников п. = 2/7=0,286.
Относительная мощность крупных токоприемников Р* = = SP,/SPy=70/77,5=0.9.
Средневзвешенный коэффициент использования Аи.сР=Рсм/ /Ру=35 9/77,5=0,46.
Относительное значение эффективного числа электроприемников (см. табл. 35) пэ, = 0,29.
Эффективное число токоприемников /;#=л3«л=0,29-7=2,03.
Так как при расчете получилось л>3, а л3<4, то расчетная нагрузка определяется из выражения Рр=йз2Рв=О,9-77,5= = 70 кВт; Qp= 1,1-QCM = 1,1'23,76 = 26 квар.
Полная мощность
S = V"Pp + Qp = V/O2 + 262 =74,6 кВ-А.
Расчетный ток ответвления Ip=Sp/h^3U) = 74,6/(у^З-0,38) = = 114 А.
По табл. 25 выбираем провод марки АПРТО в стальной трубе (три одножильных провода сечением жилы 50 мм2; /в=130А).
Расчетные токи ответвлений к производственным машинам определяются как сумма номинальных токов двигателей, если количество двигателей на механизме не более трех, и вышеприведенным методом, если двигателей более трех.
При этом номинальные токи двигателей вычисляют по формуле
t/H cos фн Т)н
Расчетный ток ответвления к станку 1:
7,5 /hi = = 14,8 А,
И 3 - 0,38-0,87-0,885
7,5/нз = ——= 3,52 А,
V 3-0,38-0,81-0,8 ,0,6
/нз = —~= 1,67 А,
КЗ-0,38-0,76-0,72
/Р=/Н1+/«2+/Вз= 14,8+3,52+1,67 = 20 А.
По табл. 25 выбираем трехжильный провод марки АПРТО в стальной трубе (сечением жилы 4 мм2; /„ = 28 А). Расчетный ток ответвления к печи сопротивления
35
/р = —= 63 А.
ИЗ-0,38-0,85
По табл. 25 выбираем трехжильный провод марки АПРТО в стальной трубе (сечением жилы 25 мм2, /„=80 А).
Расчетный ток ответвления к станку 3 определяют по методу упорядоченных диаграмм /, = 27 А.
Номинальные токи двигателей станка /„, = 25,2 А; /н2= =6,45 А; /„з=2,68 А; /в4=2,1 А; /н5=1,67 А. По табл. 25 выбираем провод марки АПРТО (сечением жилы 4 мм2; /„=28 А).
Плавкая вставка выбирается из условий;
/вст>/р; 2) /вст>/п„к/2,5, где /„„„— пиковый ток в ответвлении к станку,
/пик = Ip "V klн 5 /нд - _р = 27 + 7-25,2 —
— 25,2= 185,2 А.
38,1
По первому условию /„0 = 35 А>/Дл=27 А.
По второму условию /„„>185,2/2,5 = 74 А.
По второму условию выбираем по табл. 41 плавкую вставку /пст=80 А. Проверим провод сечением s = 4 мм2 на защищае- мость от перегрузки
г ^3/3
/доп > Д "
где й3=1 (см табл. 31), 6=1 (нормальные условия прокладки). Так как 63/3/*= 1'80/1 =80>/„=28 А, то выбранный провод сечением s = 4 мм2 ие будет защищен от перегрузки. Следует принять провод сечением $=25мм2 на допустимый ток /„=80 А.
Если бы линия не требовала защиты от перегрузки, то по 0,33-80'
табл. 31 й3=0,33, тогда /н >j =26,4 А и можно было выбрать провод сечением s = 4 мм2 на /н=28 А.
Пример 24
Определить сечение магистрального провода в механическом цехе с подсчетом нагрузки по коэффициенту спроса для следующих данных: напряжение сети 380 В, суммарная установленная мощность двигателей всех станков (14 шт.) 45 кВт. Пусковой ток будет наибольшим при пуске двигателя А —62—6 мощностью 10 кВт; /н=21,5 А; й, = /п//„=4,5.
Суммарный номинальный ток двигателей S/H=99 А. Проводка выполнена проводом АПР-500 в тонкостенной трубе.
Решение
По табл. 34 принимаем: коэффициент спроса йс = 0,6; коэффициент мощности cos ф=0,8. 2. Активная мощность Р= 45 -0,6=27 кВт. 3. Реактивная мощность Q = Ptg ф=27-0,754=20,3 квар. 4. Полная потребляемая мощность
5 = уpa + Qi = У27а + 20 ,За = 33,8 кВ-А.
Ток в магистральном проводе
S-1000 33,.8-1000,
= == 51,5 А.
р 1,73//1,73-380
Номинальный ток плавкой вставки /п, 51,5
/р + ^/нб-/иб-^-51,5 + 4,5-21,5-21,5 —
/зет-2,5“2,5
= 50,4 А.
По табл. 41 принимаем к установке предохранитель ПН-2 с плавкой вставкой, номинальный ток которой равен 60 А.
По табл. 25 (три одножильных проводах в одной трубе) току 51,5 А соответствует сечение провода 16 мм2, /н=60 А. Проверим провода иа защищаемость от перегрузки: /д0П >
h 7
>—; ^з=1 (см. табл. 31), &= 1. Так как (£зА)Д= (1-60)/1 = к
= 60 /н.ДОП=60 А, то выбранный провод зашишен от перегрузки.
Пример 25
Определить сечение алюминиевого провода четырехпроводной линии трехфазного тока напряжением 380/220 В длиной_ 100 м, по которой передается осветительная нагрузка 10
кВт. Провода сосредоточена А1/% = 2,5 %.кВт. Провода сосредоточена А1/% = 2,5 %.проложены на роликах. Считаем, что нагрузка в конце линии. Допустимая потеря напряжения
кВт. Провода сосредоточена А1/% = 2,5 %.
кВт. Провода сосредоточена А1/% = 2,5 %.
кого замыкания До, кА:
I _ ^ср.й
'ПО — '. " ” г
Уз V 4 + 4
где ^СР.н — среднее номинальное напряжение ступени, на которой находится точка короткого замыкания ({/ср.н=690, 525, 400, 230, 127 В); rs и xs — суммарное активное и индуктивное сопротивления цепи короткого замыкания, мОм.
Схема замещения для расчета трехфазного к. з. может быть представлена в виде (рис. 19, а) цепочки по-
Решение
Сечение фазных проводов
Р1 ю-ЮО _„
s = = = 8,69 мм2,
cNJ% 46-2,5
где с=46 (см. табл. 38).
По табл. 25 выбираем ближайшее стандартное сечение. Ойо равно 10 мм2. Сечение жилы нулевого провода при четырехпроводной системе проводки должно быть не меиее 50 % сечения фазного провода. Ввиду этого сечение нулевого провода принимается равным 6 мм2.
Расчет токов короткого замыкания (т. к. з.) в системах электроснабжения напряжением
до 1000 В
Расчет токов короткого замыкания в системах электроснабжения напряжением до 1000 В требуется для проверки работы электроаппаратов и проводников в режиме сверхтоков, а также для проверки автоматического отключения линий в сетях до 1000 В с глу- хозаземленной нейтралью при возникновении замыканий на корпус.
В соответствии с ПУЭ по режиму к. з. в электроустановках напряжением до 1000 В проверяются только распределительные щиты, токопроводы и силовые шкафы. Стойкими при токах к. з. являются те аппараты и проводники, которые при расчетных условиях выдерживают воздействия этих токов, не подвергаясь электрическим, механическим и иным разрушениям. Для проверки коммутационной способности автоматов и предохранителей используется начальное значение периодической составляющей тока трехфазного корот- 100
Рис. 19. Схема замещения для расчета трехфазного короткого замыкания
следовательно включенных сопротивлений, расположенных между точкой короткого замыкания и шинами высшего напряжения цехового трансформатора, на которых приложено среднее номинальное напряжение исе.н, приведенное ко вторичной обмотке трансформатора.
Рекомендуется при расчете тока короткого замыкания учитывать сопротивление хс системы, примыкающей к цеховому трансформатору, что дает некоторое уточнение при расчете электрически неудаленных к. з. за мощным цеховым трансформатором (1600, 2500 кВ-А) при относительно небольшой мощности системы, которая характеризуется током или мощностью к. з. на шинах высшего напряжения цеховой подстанции. В частности, сопротивление системы учитывается, если Sc<50SH, где Sc — мощность системы; SH— номинальная мощность трансформатора, за которым рассчитывается ток короткого замыкания. При этом схема замещения принимает вид рис. 19, б.
В соответствии с рис. 19 активные и индуктивные сопротивления короткозамкнутой цепи определяются следующим образом:
rS = Гт + гт.т + гк.в + гш + гк + гиаб>
Xs Хт “Ь ^т.т + ^к.в “Ь ^ш + ^каб “Ь ^с.
где г, и хт — активное и индуктивное сопротивления понижающего трансформатора;
Гг.т и хтт — активное и индуктивное сопротивления первичных обмоток трансформаторов тока;
/"к.в и хк.в — активное и индуктивное сопротивления токовых катушек автоматических выключателей;
гш и хш — активное и индуктивное сопротивления шинопроводов;
гк — суммарное сопротивление различных контактных соединений;
Гкаб и Хкаб — активное и индуктивное сопротивления кабелей.
Здесь иср.в — среднее номинальное напряжение ступени, соответствующей обмотке высшего напряжения трансформатора:Здесь иср.в — среднее номинальное напряжение ступени, соответствующей обмотке высшего напряжения трансформатора:хсхси2VCp,Bи2VCp,Bгде SH.o — номинальная чателя, установленного трансформатора.где SH.o — номинальная чателя, установленного трансформатора.Sh.O мощность отключения выклю- в сети питания понижающегоSh.O мощность отключения выклю- в сети питания понижающегоАктивное и индуктивное сопротивления для шинопроводов некоторых типов приведены в табл. 30.Активное и индуктивное сопротивления кабелей приведены в табл. 37.Активное и индуктивное сопротивления катушек автоматических выключателей определяются по табл. 46.Активное и индуктивное сопротивления для шинопроводов некоторых типов приведены в табл. 30.Активное и индуктивное сопротивления кабелей приведены в табл. 37.Активное и индуктивное сопротивления катушек автоматических выключателей определяются по табл. 46.Значения гт и хт, мОм, принимаются по таблицам или определяются по формулам:Значения гт и хт, мОм, принимаются по таблицам или определяются по формулам:т S2т S2Хт'=Хт'=2.2.г.г.ихих'Т с'Т сгде SH — номинальная мощность трансформатора, кВ-A; U н — номинальное напряжение обмотки низшего напряжения, В; АРК — потери короткого замыкания, кВт; Uк—напряжение короткого замыкания, %.Значения АРК и UK принимают по табл. 45.где SH — номинальная мощность трансформатора, кВ-A; U н — номинальное напряжение обмотки низшего напряжения, В; АРК — потери короткого замыкания, кВт; Uк—напряжение короткого замыкания, %.Значения АРК и UK принимают по табл. 45.Номинальный юк катушки (расцепите-Значения сопротивлений, мОм, катушек (расцепителей) максимального тока автоматических выключателейля), Аиндуктивное|активное (при 65 WU)1000,861,31402004000,55 0,280,100,740,360,156000,0840,12Номинальный юк катушки (расцепите-Значения сопротивлений, мОм, катушек (расцепителей) максимального тока автоматических выключателейля), Аиндуктивное|активное (при 65 WU)1000,861,31402004000,55 0,280,100,740,360,156000,0840,12Таблица 46. Активное и нидуктивиое сопротивления автоматических выключателейТаблица 46. Активное и нидуктивиое сопротивления автоматических выключателейИндуктивное сопротивление внешней системы до понижающего трансформатора, приведенное к ступени низшего напряжения, равно
Здесь иср.в — среднее номинальное напряжение ступени, соответствующей обмотке высшего напряжения трансформатора:
Здесь иср.в — среднее номинальное напряжение ступени, соответствующей обмотке высшего напряжения трансформатора:
хс
хс
и2
VCp,B
и2
VCp,B
где SH.o — номинальная чателя, установленного трансформатора.
где SH.o — номинальная чателя, установленного трансформатора.
Sh.O мощность отключения выклю- в сети питания понижающего
Sh.O мощность отключения выклю- в сети питания понижающего
Активное и индуктивное сопротивления для шинопроводов некоторых типов приведены в табл. 30.
Активное и индуктивное сопротивления кабелей приведены в табл. 37.
Активное и индуктивное сопротивления катушек автоматических выключателей определяются по табл. 46.
Активное и индуктивное сопротивления для шинопроводов некоторых типов приведены в табл. 30.
Активное и индуктивное сопротивления кабелей приведены в табл. 37.
Активное и индуктивное сопротивления катушек автоматических выключателей определяются по табл. 46.
Значения гт и хт, мОм, принимаются по таблицам или определяются по формулам:
Значения гт и хт, мОм, принимаются по таблицам или определяются по формулам:
т S2
т S2
Хт'=
Хт'=
2.
2.
г.
г.
их
их
'Т с
'Т с
где SH — номинальная мощность трансформатора, кВ-A; U н — номинальное напряжение обмотки низшего напряжения, В; АРК — потери короткого замыкания, кВт; Uк—напряжение короткого замыкания, %.
Значения АРК и UK принимают по табл. 45.
где SH — номинальная мощность трансформатора, кВ-A; U н — номинальное напряжение обмотки низшего напряжения, В; АРК — потери короткого замыкания, кВт; Uк—напряжение короткого замыкания, %.
Значения АРК и UK принимают по табл. 45.
Номинальный юк катушки (расцепите-
Значения сопротивлений, мОм, катушек (расцепителей) максимального тока автоматических выключателей
ля), А
индуктивное|
активное (при 65 WU)
100
0,86
1,3
140
200
400
0,55 0,28
0,10
0,74
0,36
0,15
600
0,084
0,12
Номинальный юк катушки (расцепите-
Значения сопротивлений, мОм, катушек (расцепителей) максимального тока автоматических выключателей
ля), А
индуктивное|
активное (при 65 WU)
100
0,86
1,3
140
200
400
0,55 0,28
0,10
0,74
0,36
0,15
600
0,084
0,12
Таблица 46. Активное и нидуктивиое сопротивления автоматических выключателей
Таблица 46. Активное и нидуктивиое сопротивления автоматических выключателей
Таблица 45. Каталожные данные силовых трансформаторов
Тип и мощность, кВ-А
Номинальные напряжения обмоток, кВ
ДРК, кВт
ик- %
вн |
НН
ТС-160
6; 10
0,4
2,7
5,5
ТС-250
6; 10
0,23; 0,4
3,8
5,5
ТС-400
6; 10
0,23; 0,4
5,4
5,5
ТС-630
6; 10
0,23; 0,4
7,3
5,5
ТС-1000
6; 10
0,4
11,2
5,5
ТС-1600
6; 10
0,4
16
5,5
ТМ-160*
6; 10
0,4
2,65; 3,1
4,5; 4 7
ТМ-250*
6; 10
0,4
3,7; 4,2
4,5; 4,7
ТМ-400*
6; 10
0,4
5,5; 5,9
4,5; 4,7
ТМ-630*
6; 10
0,4
7,6; 8,5
4,5; 4,7
ТМ-1000
6; 10
0,4
12,2
5,5
ТМ-1600
6; 10
0,4
18,0
5,5
ТМ-160*
35
0,4
2,65; 3,1
6,5; 6,8
ТМ-250*
35
0,4
3,7; 4,2
6,5; 6,8
ТМ-400
35
0,4
5,5
6,5
ТМ-630
35
0,4
7,6
6,5
ТМ-1000
35
0,4
12,2
6,5
ТМ-1600
35
0,4
18
6,5
* Изготовляются с различными ДР«, UK вне зависимости от ВЫ. Первое значение ДРК соответствует первому значению UK.
Активное и индуктивное сопротивления трансформаторов тока напряжением до 1000 В определяются по табл. 47.
Таблица 47. Активное и индуктивное сопротивления трансформаторов тока напряжением до 1000 В
Коэффициент трансформа-
Сопротивление, мОм, первичных обмоток катушечных трансформаторов тока классов точности
дни трансформатора тока
2
индуктивное
сктирное
индуктивное
активное
20/5
67
42
17
19
30/5
30
20
8
8,2
40/5
17
11
4,2
4,8
50/5
11
7
2,8
3
75/5
4,8
3
1,2
1,3
100/5
2,7
1,7
0,7
0,75
150/5
1,2
0,75
0,3
0,33
200/5
0,67
0,42
0,17
0,19
300/5
0,3
0,2
0,08
0,088
400/5
0,17
0,11
0,04
0,05
50015
0,07
0,05
0,02
0,02
Суммарное сопротивление различных контактных соединений гк носит выраженный вероятностный характер и зависит от таких факторов, как состояние контактных поверхностей, степени затяжки болтов, силы сжатия пружины и др. При этом сопротивление контактных соединений может существенно влиять на ток трехфазного к. з., снижая его на 50 % и более.
Суммарное сопротивление контактов (активное) в соответствии с ПУЭ можно принимать:
для распределительных щитов на подстанциях — 15 мОм:
для первичных цеховых распределительных щитков и на зажимах аппаратов, питаемых радиальными линиями от щитов трансформаторных подстанций или от магистралей, — 20 мОм;
для вторичных цеховых распределительных пунктов и на зажимах аппаратов, питаемых от первичных распределительных пунктов, — 25 мОм;
для аппаратуры, установленной непосредственно у приемников электрической энергии, получающих питание от вторичных распределительных пунктов, — 30 мОм.
Для проверки коммутационной способности автоматов и предохранителей требуется знать и наиболь
шее действующее значение полного тока к. з. /у, кА, которое определяется по выражению
/У = /ПОГ1 +2(Ау-1>,
где &у = 1-|-е-0'т-'7—ударный коэффициент, зависящий от постоянной времени Т.
Постоянная Т может быть определена отношением результирующего индуктивного сопротивления х^ короткозамкнутой цепи и ее результирующего активного сопротивления rs:
~ 3,14л2
Ориентировочные значения для рассматриваемых электроустановок лежат в пределах l.OC&y^lA причем большие значения соответствуют точкам к. з., расположенным вблизи выводов трансформаторов цеховых подстанций, а меньшие — более удаленным точкам. Приближенно для трансформаторов с ST=630-r 4-1000 кВ-А и {7К = 5,5 % значение/?у= 1,3; для трансформаторов мощностью ST=100-T-400 кВ-А значение &у= 1,2; для удаленных точек сети Ау = 1.
Для проверки электродинамической стойкости аппаратов и проводников требуется расчет ударного тока к. з.: 1у=£уК2/по.
Для проверки термической стойкости нужно знать тепловой импульс SK, который воздействует на проверяемый аппарат или проводник при протекании по нему тока к. з. за время/отк. Если принять периодическую составляющую тока к. з. неизменной по всей амплитуде, т. е. / = /«>, что близко к истине в электроустановках напряжением до 1000 В из-за их большой электрической удаленности от основных источников питания, то тепловой импульс к. з. можно найти по формуле Вк= [/поР^отк + ТК гДе ^отк—время отключения тока короткого замыкания.
При проектировании системы электроснабжения промпредприятий для проверки быстрого и надежного отключения однофазных к. з. в сети напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью (сеть 380/220 В промпредприятий) необходимо уметь рассчитывать минимальное значение тока однофазного к. з. /поь Очевидно, что при этом расчетная точка к. з. должна выбираться, в конце каждого участка сети, защищаемого автоматом или предохранителем.
В принятой проектной практике расчет, однофазных к. з. для проверки их автоматического отключения упрощается. В частности, ток однофазного к. з., кА, определяется лишь с учетом сопротивлений силового трансформатора и линии по формуле
г ^ср.н
1 ПО! ”"-,
г 3 (2Т/3 4- 2П)
где 2Т/3 — сопротивление фазы трансформатора, мОм; 2П -* полное сопротивление петли фаза — нуль линии от шин низшего напряжения трансформатора до точки к. з. Для трансформаторов мощностью более 630 кВ-А сопротивление фазы трансформатора можно принять равным нулю.
Сопротивление, мОм, петли фаза — нуль состоит из ряда последовательно включенных сопротивлений и равно 2П = У(гф 4- г0)2 + (хф + х0 + х„)2 , где гф, г0 — активные сопротивления фазного и нулевого защитного проводов, мОм; хф, х0— индуктивные сопротивления фазного и нулевого защитного проводов, мОм; хп— сопротивление взаимоиндукции петли фаза — нуль, мОм.
Активные и индуктивные сопротивления на единицу длины можно определить по табл. 37.
Индуктивные сопротивления медных и алюминиевых проводов малы и ими можно пренебречь.
Сопротивление взаимоиндукции зависит от расстояния между проводами D и их диаметра d. Обычно при отдельно проложенных нулевых защитных проводах принимают хп = 0,6/, при прокладке кабелей или в стальных трубах значением хп можно пренебречь.
В случае использования в качестве нулевого защитного проводника стальных труб, корпуса шинопроводов сопротивления их можно определить по формулам.
Сопротивление трубы, мОм, равно
—4Z"103
ГТ Р, «*
ул (D2 - D2)
где у — удельная проводимость стали [обычно 10,2 м/(Ом-мм2)], / — длина участка трубы, м; DH — наружный диаметр трубы, мм; DB — внутренний диаметр трубы, мм.
Технические данные труб приведены в табл. 48, 49.
Таблица 48. Трубы стальные тонкостенные для электропроводок
Внутренний диаметр DB, мм
Наружный диаметр DH, мм
Толщина стенки, мм
15
20
1,6
20
26
1,8
25
32
2
40
47
2
50
59
2
Сопротивление, мОм, короба шинопровода равно 2кор=2гШра, где 2КОр— сопротивление короба; 2Шра — сопротивление, мОм, фазы распределительного алюминиевого шинопровода (ШРА)
= 1 У + х'• нг,шра г ф 1 ф ’
где Хф, Гф — погонные сопротивления шинопроводов с алюминиевыми шинами, Ом/км.
Условный проход, мм
Диаметр, мм
Толщина стенки, мм
внутренний DB
наружный DH
15
15,7
21,3
2,8
20
21,2
26,8
2,8
25
27,1
33,5
3,2
32
35,9
42,3
3,2
40
41
48
3,5
50
53
60
3,5
приведены
Технические
шинопроводов
данные
Таблица 49. Трубы стальные водогазопроводиые, обыкновенные
в табл. 30. Надежное отключение опасного участка сети будет обеспечено при /noi^fc/н, где /н — номинальный ток плавкой вставки предохранителя или ток срабатывания автоматического выключателя, А; к — коэффициент кратности тока (принимается по данным, приведенным в § 12).
На основании расчета токов короткого замыкания проверяются предохранители и автоматические выключатели по предельно отключаемому току; шины проверяются на динамическую и термическую стойкость, если' по причине наличия у автомата выдержки
времени могут оказаться под действием тока к. з. более одной секунды; трансформаторы тока напряжением до 1000 В на динамическую и термическую стойкость не проверяются при присоединении их к сетям, питаемым от трансформатора мощностью 1000 кВ'А и ниже.
Пример 26
Требуется рассчитать ток трехфазного к. з. в точке й| и ток однофазного к. з. в точке к2 (рис. 20),
Рис. 20. Схема электрической сети
Цеховой трансформатор мощностью 1000 кВ-А, напряжением 10/0,4 кВ, с соединением обмоток Д/Уо связан с РУ-0,4 кВ алюминиевыми шинами длиной 20 м, В цепи трансформатора установлен трансформатор тока 1500/5 н автомат АВМ-20.
Решение
Для расчета тока трехфазного к. з. в точке kt (за автоматом АВМ-20) составим расчетную схему (рис. 21),
Рис. 21. Схема замещения
Сопротивления расчетной схемы
А^Х12,2-0,4?
г, =;= —=0,002 мОм; АР«=12,2 кВт (см.
S210002 табл 45).
5,5-0,4?
т = -.7+7+' ° inn шло" =0,0088 мОм; UK=5,5 % (см. табл. 45);
J UvOh JvU« lUUv
ХТ = V'z^ ~ + = 0,0088^ — 0,0022 = 0,0085 мОм.
Сопротивления трансформатора тока принимаем по табл. 47 равными Гт.т=0,05 мОм; хт.т=0,07 мОм.
Для автоматического выключателя АВМ-20 имеем: активное сопротивление га=0,06 мОм; индуктивное сопротивление ха = = 0,13 мОм.
Для алюминиевых плоских шин сечеиием 100x8 мм3 от трансформатора до РУ-0,4 кВ сопротивления равны:
4=0,049 мОм/м, Хщ=0,157 мОм/м;
гш=4-/ш=0,042-20=0,84 мОм.
х = хш-/ш=0,157-20=3,14 мОм.
В соответствии с ПУЭ суммарное сопротивление контактов при к. з. около распределительного шита цеховой подстанций следует принять гк= 15 мОм.
Ток трехфазного короткого замыкания будет равен|
,^ср.п
7 по —
КзК 4+4
г£=0,002+0,05+0,06+0,84+15= 15,95 мОм,
х^= 0,0085+0,07+0,13+3,14=3,35 мО м.
400/„0= -= 14,2 кА.
У 3 У 15,953 + 3,35?
Коммутационная способность автоматического выключателя АВМ-20 составляет 35 кА,
Расчет тока однофазного короткого замыкания в точке k2 (см. рис. 20).
Ток однофазного тока к. з. в точке Ь2 равен
,^ср.н
/ по1 —•
У 3 (гт/3 + гп)
Из первой части примера полное сопротивление фазы трансформатора zT=0,0088 мОм. Пусть линия длиной 20 м выполнена проводом с алюминиевыми жилами ЗхЮ мм3, проложенными в стальной трубе диаметром условного прохода 40 мм (Дн = 48 мм, £>в=41 мм). Сопротивление провода гПр находим по табл. 37: Гор=Го •/„р=3,33-20 = 66,6 мОм.
Сопротивление трубы
4/-1Q34-20-103
ГтР“ Tn(D2-£>2) = Ю,2-3,14(482-4Р) М М'
Пренебрегая индуктивным сопротивлением проводов, рассчитаем полное сопротивление петли фаза — нуль: хп‘=2т/3+гЯр+гтр= = 0,0088+66,6+3=69,61 мОм. Величина однофазного тока короткого замыкания /по1 = Йф/гп=220/69,61=3,1о кА более 3/нв= = 3-125=375 А. Поскольку значение однофазного тока короткого замыкания 3,16 кА превышает наименьшее допустимое по условиям срабатывания зашиты тока 375 А, нулевой защитный проводник выбран правильно, т. е. отключающая способность системы зануления обеспечена.
Коммутационная способность предохранителя ПР-2 составляет 11 кА (7откл~11 кА; 7откл7^/ло1).
Расчет статических конденсаторов для компенсации реактивной мощности
Электрическая энергия, вырабатываемая на электростанциях и потребляемая различными электроприемниками, подразделяется на активную и реактивную. Активная энергия обеспечивает полезную работу электроприемников — электродвигателей, печей, освещения и т. п. и превращается в них в механическую, тепловую, световую и другие виды энергии; реактивная же энергия никакой полезной работы не производит, а затрачивается на создание магнитных потоков в асинхронных двигателях, трансформаторах и других электротехнических устройствах.
Реактивная энергия переходит от источника (например, генератора) к потребителю, а затем обратно к источнику.
В связи с этим увеличение реактивной энергии (мощности) приводит к недостаточному использованию установленной мощности генераторов или трансформаторов. При увеличении реактивной мощности с неизменной активной мощностью ток, проходящий по проводам, растет, что приводит к необходимости увеличить сечение проводов линий электропередач и расход металла на их изготовление.
Для компенсации реактивной мощности эксплуатируемых или проектируемых электроустановок потребителей обычно применяют генерирование реактивной мощности на самом предприятии. Одним из распространенных способов компенсации реактивной мощности является установка статических конденсаторов.
Реактивная мощность, квар, статических конденсаторов определяется как разность между фактической наибольшей реактивной мощностью QM нагрузки предприятия и предельной реактивной мощностью Q3, представляемой предприятию энергосистемой по условиям режима ее работы:
Qk = Qm — Qi = Рм (tg Фм — tg Фэ), где Qм = Pмtgфм•, P« — мощность активной нагрузки предприятия в часы максимума энергосистемы, принимается по средней расчетной мощности наиболее загруженной смены (см. § 10); tgфм— фактический тангенс угла, соответствующий мощностям нагрузки Р« и Q„(tg фм=<2м/Рм); tg фэ — оптимальный тангенс
угла, соответствующий установленным предприятию условиям получения от энергосистемы мощностей нагрузки Рм и QM.
Значение Q3 для предприятия с Snp^750 кВ А, получающих питание от сети с несколькими ступенями трансформации, определяют по формулам.
Тип и мощность конденсаторов выбираются по табл. 50.
Таблица 50. Основные данные конденсаторных установок
Типовое обозначениеТиповое обозначениеНоминальная мощ-ность, квар
Типовое обозначение
Типовое обозначение
Для внутренней установки 0,38 кВ
УК-0.38-75УЗ
УК-0,38- 150УЗ
УКБ-0.38-150УЗ
УКБ-0.38-300УЗ
УКБ-0,38-50УЗ
УКБН-0.38-150УЗ
Для внутренней установки 6 кВ
УК-6,3-450П(Л)УЗ УК-10,5-450П(Л)УЗ УК-6,3-900П(Л)УЗ УК-Ю,5-900П(Л)УЗ УК-6,3-1125П (Л )УЗ УК-10,5-1125П(Л)УЗ
75150150300 5015075150150300 501504504509009001125112545045090090011251125Реактивная мощность QK) представляемая энергосистемой предприятию для действующих потребителей с присоединенной мощностью менее 750 кВ-А, определяется следующим образом.
75
150
150
300 50
150
75
150
150
300 50
150
450
450
900
900
1125
1125
450
450
900
900
1125
1125
Вначале рассчитывают Q^ = (0,2+0,5d)Sпр^з, где 5ПР — присоединенная мощность трансформаторов 6— —10/0,4 кВ; d— доля установленной мощности асинхронных двигателей и сварочных трансформаторов в составе приемников электроэнергии низкого напряжения; к3 — коэффициент загрузки трансформаторов 6—10 кВ.
Далее определяют мощность компенсирующих устройств QK по следующей шкале:
QP, квар...до50 50—120 120—190 190—260 260—380 более 380
QK, квар...075150225300450
Если Qk окажется меньше мощности устройства, уже
J10
111
установленного в сети потребителя, в качестве QK принимают фактическую мощность установленного устройства.
При питании потребителя от сети 380 В в качестве присоединенной мощности Snp принимают его максимальную нагрузку (независимо от периода максимальных нагрузок энергосистемы), определяемую измерением. Для таких потребителей Qp определяют по той же формуле, при этом коэффициент к3 принимают равным единице.
При выдаче технических требований для проектирования электроснабжения потребителей с Snp-< -<750 кВ-А мощность компенсирующих устройств можно определить: Q” =РраСч (tg фраСч—0,2), где tg фрасч соответствует стороне высокого напряжения трансформаторов.
При питании потребителей от сети 380 В значение QK устанавливают равным стандартной мощности батарей конденсаторов, ближайшей к расчетной реактивной нагрузке потребителя.
В цехах промышленных предприятий батареи статических конденсаторов рекомендуется размещать у групповых распределительных пунктов, на подстанции, магистральных и распределительных шинопроводах.
Если распределительная сеть выполнена только кабельными линиями, конденсаторную установку (КУ) любой мощности рекомендуется присоединять непосредственно к шинам цеховой подстанции. При питании от одного трансформатора двух и более магистральных шинопроводов к каждому из них присоединяется только по одной батарее конденсаторов. Общая расчетная мощность батарей распределяется между шинопроводами пропорционально их суммарной реактивной нагрузке.
Если нагрузка распределена равномерно по шинопроводу, то точка присоединения конденсаторов определяется по формуле для определения £ш, м:
/-ш = Ро+ (1—Qk/ (2Q)) L,
где Lo, L — соответственно длина магистральной и распределительной части шинопровода, м (рис. 22); QK — мощность конденсаторов, квар; Q — суммарная реактивная мощность шинопровода, квар.
Чтобы обеспечить при отключении разряд статиче-
ских конденсаторов, к батарее должно быть постоянно подключено разрядное сопротивление, например трансформатор напряжения (для батарей высокого напряжения) или лампы накаливания (для батарей низкого напряжения).
Рис. 22. Схема нагрузки шинопровода
Разрядное сопротивление, Ом, определяют по формуле
Гр<15.10в—Р Q«
где С/ф — фазное напряжение сети, кВ.
В сети напряжением 380 В в качестве разрядных сопротивлений рекомендуется применять три группы по две последовательно соединенные лампы на 220 В, подключенные треугольником параллельно батарее конденсаторов.
Пример 27
Определить мощность конденсаторной батареи Q« для компенсации реактивной мощности при следующих данных: присоединенная мощность Snp=630 кВ-А; доля асинхронной и сварочной нагрузки составляет 80%; коэффициент загрузки трансформатора ^з=0,8.
Решение
Реактивная мощность, передаваемая энергосистемой предприятию, равна Qk= (0,2+0,5d)SnP£3= (0,2+0,5-0,8)630-0,8= =302,4 квар.
По шкале стандартных мощностей Q, равна 300 квар. По табл. 50 выбираем конденсаторную установку УКБ-0.38-300УЗ мощностью 300 квар.
ГЛАВА VIIIРАСЧЕТ ОСВЕЩЕНИЯ
В соответствии со СН и П2-4-79 для освещения помещений, как правило, следует предусматривать газоразрядные лампы низкого и высокого давления (лю-
Таблица 51. Нормы освещенности рабочих поверхностей в производственных помещениях
СЛ
Характеристика зрительной работы
£ В "3
8 о «3 ей
Освещенность, лк
Наименьший размер объекта различения, мм
5
h
к Ct
£ S
Контраст объекта различения с фоном
Характеристика фона
при комбинированном освещении
при общем освещении
Наивысшая точность
Менее 0,15
I
а
б
в
г
Малый »
Средний
Малый Средний Большой
Средний
Большой »
Темный
Средний
Темный Светлый Средний Темный
Светлый Средний Светлый
5000 4500
4000
3500 2500
200
1500 1250
1500 300
1250
300 750
300
400 300
Очень высокая точность
От 0,15 до 0,3
II
а
б
в
г
Малый
»
Средний Малый Средний Большой
Средний Большой
»
Темный
Средний
Темный Светлый Средний Темный
Светлый Средний Светлый
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
750
1250
750
500
300
200
Высокая точность
Свыше 0,3 до 0,5
III
а
б
в
г
Малый
»
Средний
Малый Средний Большой
»
Средний
Большой
Темный
Средний Темный
Светлый Средний Темный
Средний
Светлый
»
2000
1500
1000
750
750
600
400
400
500
300
200
300
203
200
150
Средняя точность
Свыше 0,5 до 1
IV
б в
Малый
»
Средний
Малый
Средний Большой
Темный Средний
Темный
Светлый Средний Темный
750
630
500
400
300
200
200
150
200
150
Продолжение табл. 51
Характеристика зрительной работы
Наименьший размер объекта различения, мм
L о. ^ £ °
is
п« «1 О
ей
Контраст объекта различения с фоном
Характеристика фона
Освещен!
при комбинированном освещении
{ОСТЬ, лк
при общем освещении
Г
Средний Большой
Светлый
Средний
300
150
100
Малая точность
Свыше 1 до 5
V
а
б
в
г
Малый
»
Средний
Малый
Средний
Большой
Средний
Большой
»
Темный
Средний
Темный
Светлый Средний Темный
Светлый Средний Светлый
300
200
200
150
150
100
150
100
100
75
Грубая, очень малая точность
Более 5
VI
Независимо от характеристик фона и контраста объекта с фоном
150
75
Работа со светящимися материалами в горячих цехах
Более 0,5
VII
»
200
150
Общее наблюдение за ходом производственного процесса:
постоянное
периодическое илн постоянное пребывание людей в помещении
периодическое при периодическом пребывании людей в помещении
VIII
а
б
в
»
»
75
30
50
20
30
10
Продолжение табл. 51
Примечания:
Нормы освещенности, приведенные в табл. 51, следует повышать на одну ступень стандартной шкалы освещенности — 0,2; 0,3; 0,5; 1; 2; 3; 5; 7; 10; 20; 30, 50; 75; 100; 150; 200; 300; 400: 500; 600; 750; 1000; 1250; 1500; 2000; 2500; 3000; 3500; 4000 4500; 5000 лк в следующих случаях: а) при расположении объекта различения от глаз далее, чем на 0,5 м; б) при работах 1— IV разрядов, если напряженная зрительная работа выполняется в течение всего рабочего дня (например, визуальный контроль изделий, проборка нитей в текстильном производстве и т. д.); в) при повышенной опасности травматизма, если освещенность от системы общего освещения составляет 150 лк и менее (например, работа на дисковых пилах, гильотинных ножницах и т. п.); г) при специальных повышенных санитарных требованиях (например, на предприятиях пищевой и химико-фармацевтической промышленности), если освещенность от системы общего освещения составляет 500 лк и менее; д) при работе или производственном обучении подростков, если освещенность от системы общего освещения составляет 300 лк и менее; е) при отсутствии у помещении естественного света и постоянном пребывании работающих, если освещенность от системы общего освещения составляет 300 лк и менее; е) при отсутствии в помещении естественного света и постоянном пребывании работающих, если освещенность от системы общего освещения составляет 1000 лк и менее.
При наличии одновременно нескольких случаев нормы освещенности следует повышать не более чем на одну ступень.
Освещенность для системы комбинированного освещения является суммой общего и местного освещения.
В знаменателе приведены данные для ламп накаливания.
Светильники общего освещения должны составлять 10 % нормируемой освещенности комбинированной системы.
минесцентные, ДРЛ, ДРИ, металлогенные, натриевые, ксеноновые). В случае невозможности или техникоэкономической нецелесообразности применения газоразрядных источников света допускается использование ламп накаливания.
Для расчета общего равномерного совещения при горизонтальной рабочей поверхности основным является метод светового потока (коэффициента использования), учитывающий световой поток лампы Фл, лм, при лампах накаливания или световой поток группы ламп светильника при люминесцентных лампах.
Расчет по методу коэффициента использования ведется в следующем порядке.
Определяется требуемая нормами освещенность £, лк, (табл. 51). Выбор нормируемой освещенности осуществляется в зависимости от размера объекта различения, контраста объекта с фоном и коэффициента отражения фона (рабочей поверхности). Фон
и $=■
к s X V S
s о e
es s M H и »S
V st
О u. О X « 8 о e
о H X V s я s •e •e cn о s
к s X V S' c5 X CO oj Ю
cd
ЯГ
S
VO cd
Ь
•чР
Ен
О
Я a
о
о о
o'-
Ен
О О.
3
S
S
О*4
ц о a о.
о
о
о
ОО
к X X
S’
2 О С
о м
Е? X
X
tn
со
сч
to сч
00
о
со
о
tn
со
сч
сч
гн
00
о
со
о
in
со
СЧ
СЧ
00
о
оXT) Q о
ъ~аооооосо^5>г^ cDcooob-aaoooooooo
сосЛ’фао’Ф’Ф’-'-сосо ююь.ь.ооооооаосл
сослсооеососо’^^' ’Ф'^юсоь.ь-.ь.соао
соососчосооъсою CO'tf'fiOCDCDCObH.t'-i.
CDOOCOOJOON-OJlOti СЧС^СО^ч^ЮСОСОСО
(OOJN^tDCOSNO Q0t**0)0)0)0)000)0
Loro^aiNOco-' г*-е*н.ооаооааоосьо
CDCOCDC^CDCOCOQOUD COCON.0O0O000O0OO0
СОСО^—нООО^ООСОЬ- ЮЮСОЬ.ЬнЬ'ЬнОООО
О r< CO 00
^«е)<ЮЮСОЬ»е*н.Ь»Ь»
^(DCJOOlOCMlOO)^ cOCO^-^iOCDCDCDb»
UDOCOCDO^iOOCDlO CDOSOOOOCDO—'
СО—<С0*-н<МО"^О00 Q000OJOOOOJOO
OOOJ’^C’COlOOCpTf
-мООООЮСМЮ^ОЮ СОЮС0Ь.ООООХСЛСП
ООСЧОСО^^^З^ COtOtOCDCDh~h~00(X)
n-iCO-^-CTiOO'^fO'^tD COCQ'^’cfVOCOb-b^b^
аоминчунхааэ iquuXdj
.н
to
Продолжение табл. 52
70
70
50
30
о
рст
%
X
50
50
30
10
X
30
10
К
0
Индекс помещения t
&
0,6
0,8
1,25
2
3
5
0,6
0,8
1,25
2
3
0,6
0,8
1,25
2
3
5
0,6
0,8
1,25
2
5
Ml
32
45
55
67
74
84
31
43
53
63
72
80
23
36
45
56
65
75
17
29
38
46
58
67
Д1
36
48
57
66
76
85
34
47
54
63
70
77
27
40
48
55
65
73
27
35
42
52
61
68
Д2
42
51
65
71
90
85
40
48
61
74
82
84
33
42
52
69
75
86
28
36
48
63
75
81
Г1
45
56
65
78
76
84
44
53
69
77
83
80
.41
48
64
76
70
88
35
45
60
73
63
77
Г2
55
66
80
92
98
103
53
63
76
85
90
94
48
58
72
83
86
93
43
54
68
79
85
90
ГЗ
63
72
83
91
96
100
61
68
78
84
88
91
57
65
75
83
86
90
53
62
73
80
84
86
Г4
68
73
81
87
91
94
65
71
78
81
84
85
62
68
74
81
83
85
61
66
72
78
81
S3
KI
70
78
86
92
96
100
68
77
83
86
89
90
64
73
80
86
88
90
62
71
77
83
86
88
K2
72
80
91
99
103
108
71
78
87
93
98
99
68
74
84
92
93
99
68
72
80
89
93
97
Я
X
X о X
X
£Xba oQ® Sax
XxbaXba Ео-ПП x^obaX
XX
xx_ — 3^o 7£x~ a
E s
5
bD
* о
X О
X
О CO 2
ахй-
a
r^t L2 *± M —i /*) s rn a
00
s
*3
ba7
=>ba^ ^X
S 5
и и S
О X
зх-5
П X
00
X Ьа >t* QXS §°x
S'
s
X
О
s s
a
Ь)
X
3
X
Ьа-g ba
X ba
a
X
X
СЛ
ел
ba
oxx cooo Осл to
XXO oox
^1
5 E a
a
s
to-
a s
5
aa
a
Q»
I к
§t
По табл. 51 имеют: разряд зрительной работы 1, подрязряд б. Освещенность при комбинированном освещении газоразрядными лампами 4000 лк (общее 400 лк, местное 3600 лк).
Определяется тип светильников (табл. 52) и их предварительное число п при наивыгоднейшем расположении. Наивыгоднейшее расстояние между светильниками или рядами светильников L к высоте подвеса над рабочей поверхностью (Llh) для получения наименьшей неравномерности распределения освещенности на горизонтальной поверхности для различных классификационных групп светильников (табл. 52) равно: (Д1) —1,3; (Д2) — 0,96; (П) — 0,91; (Г2) — 0,77; (ГЗ)—0,66; (Г4) — 0,57; (К1) — 0,49; (К2) — 0,42.
Расстояние от стены до ближайшего светильника с газоразрядными лампами Z= (0,25—0,3)L, когда работа проводится непосредственно у стены, и /=(0,4— —0,5) Л, когда у стены работа не производится.
Относительное расстояние между светильниками с лампами накаливания для I—IV конструктивно-светотехнических схем светильников (табл. 53) принимается ЦК=1,24-1,7.
Определяется индекс помещения
• = 5
h (Л + 5) ’
Таблица 53. Эксплуатационные
где S — площадь помещения, м2; h — расчетная высота (расстояние от светильника до рабочей поверхности), м; А и В — длина и ширина помещения, м.
Индекс помещения может быть взят непосредственно из табл. 54. В горизонтальной строке, соответствующей данному отношению А:В,находим принятую величину расчетной высоты h. Затем по вертикальной графе опускаемся до значения площади помещения. Справа по этой горизонтали находится индекс помещения i.
По табл. 52 определяются кпд светильника г]с и кпд помещения Цп. Далее определяется коэффициент использования светового потока т]=т]с-г]п.
Определяегся необходимый поток каждого светильника Ф, лм,по формуле
ПТ] ’
где Е— нормируемая освещенность, лк;
/г3— коэффициент запаса (табл. 55);
освещаемая площадь, м2;
z — коэффициент минимальной освещенности, значения которого для ламп накаливания и ДРЛ равны 1,15; для люминесцентных ламп— 1,1.
По найденному потоку Ф выбирается стандартная лампа (табл. 56).
группы светильников
КонструктиВно-сбето- технические схемы[
светильников
ДШ
С лампами накаливания и ГЛВД
С люминесцентными лампами
Таблица 54. Определениеиндекса помещения
Расчетная
высота й, м
1-1,5
1,8
2
2,2
2,4
2,6
2,8
3
3,2
3,4
3,6
3,9
4,2
4,5
4,8
5,1
5,5
6
6,5
3
СО
1,5—2.5
1,7
1.9
2,1
2,3
2,5
2,7
2,8
3
3,2
3,4
3,7
4
4,3
4,6
4,9
5,2
5,7
6,2
к
8
2,5-3.5
1,6
1,8
1,9
2,1
2,3
2,5
2,6
2,8
3
3,2
3,4
3,7
4
4,2
4,5
4,8
5,3
5,7
X
Площадь
4
5
6
7,2
8,5
9,7
11,2
12,7
14,4
16,2
19
22
25
29
32,5
37
45
52
0,5
помете-
5,6
6,9
8,3
10
11,8
13,5
15,6
17,7
20
22,6
26,4
30,5
35
40
45
52
62
73
0,6
НИЯ
S, м-
7,5
9,2
11,3
13,2
15,6
18
20,7
23,5
26,5
30
35
40
46,5
53
60
70
83
87
0,7
9,5
11,8
14,3
17
20,1
23,2
26,7
30
34
38,5
45
52
60
68
76
90
106
125
0,8
11,9
14,8
17,8
21,2
25
29
33
37,7
42
48
56
65
75
85
96
111
132
156
0,9
14,6
17,6
22
26
30
35,2
40
46
52
58
68
80
91
104
117
136
162
191
1
18
23
27
33
37
44
51
58
65
73
86
100
114
130
147
170
203
240
1,1
25
.31
37
45
52
61
70
80
89
101
118
137
157
180
203
233
280
330
1,25
35
43
52
62
73
85
97
ПО
124
142
165
191
219
251
282
327
390
460
1,5
47
57
69
83
97
112
130
147
16b
188
220
253
291
333
351
433
515
610
1,75
60
73
89
107
125
144
168
189
21J
241
280
325
375
426
480
555
660
780
2
75
92
111
134
156
180
209
236
266
301
350
407
460
533
600
700
830
980
2,25
101
124
150
180
210
244
280
317
360
406
470
545
630
720
810
930
1120
1320
2,5
139
172
208
250
295
340
390
440
ьии
560
660
760
870
1000
ИЗО
1300
1560
1840
3
185
230
275
330
390
450
520
580
660
750
880
1010
1160
1330
1500
1750
2070
2450
3,5
270
339
400
480
560
650
750
850
960
1090
1270
1470
1700
1920
2180
2350
3000
3580
4
399
48)
580
700
820
950
1070
1240
1400
1580
1850
2130
2450
2800
3150
3650
4400
5100
5
Таблица 55. Значения коэффициента запаса к»
Освещаемые объекты
k3 при лампах
газоразрядных
накаливания
Производственные помещения с воздушной средой, содержащей 10 мг/м3 пыли, дыма, копоти:
а) при темной пыли ,
2,0
1,7
б) прн светлой пыли (хлопковая)
1,8
1,5
Производственные помещения с воздушной средой, содержащей 5—10 мг/м3 пылн, дыма, копоти:
а) прн темной пыли . . , . .
1,8
1,5
б) при светлой пыли .,.
1,6
1,4
Производственные помещения с воздушной средой, содержащей не более 5 мг/м3 пылн, дыма, копоти. Вспомогательные помещения с нормальной воздушной средой н помещения общественных и жилых зданий
1,5
1 ,з
Площадки промышленных предприятий: а) с воздушной средой, содержащей более 5 мг/м3 пылн, дыма, копоти
1,5
1,3
б) с воздушной средой, содержащей 0,5 мг/м3 и меиее пыли, дыма и копоти
1,5
1,3
Улицы, площади, дороги, территории общественных зданий, жилых районов и выставок, парки, бульвары , . ,
1,5
1,3
При расчетах люминесцентного освещения, если намечено число рядов N, которое подставляется в формулу вместо п, под Ф следует понимать поток одного ряда.
Таблица 56. Лампы накаливания н люминесцентные
Лампы накаливания
Люминесцентные лампы
Мощность, Вт
Тип
Световой поток Ф, лм, при напряжении
Мощность, Вт
Тип
Световой поток Ф, лм, расчетный
127 В
220 В
15
В
135
105
20
лдц
783
25
В
260
220
20
лд
870
40
Б
490
400
20
ЛБ
1120
40
БК
520
460
30
ЛДЦ
1375
60
БК
875
790
30
лд
1560
100
Б
1560
1350
30
ЛБ
1995
150
Г
2300
2000
40
ЛДЦ
1995
200
Г
3200
2800
40
ЛД
2225
300
г
4950
4600
40
ЛБ
2850
500
г
9100
8300
80
ЛДЦ
3380
750
г
—
13 100
80
ЛД
38б5
1000
г
19 500
18 600
80
ЛБ
4960
Примечание. В обозначении типа ламп накаливания: В — вакуумная, Б — биспиральная газонаполненная, БК — бнспнраль- ная криптоновая, Г — газонаполненная.
Одним из наиболее простых и приближенных способов определения мощности ламп, необходимых для равномерного освещения какого-либо помещения, является расчет по методу удельной мощности.
Удельной мощностью, Вт!м\ называется отношение установленной мощности ламп к величине освещаемой площади.
При таком методе расчета принимают, исходя из опытных данных, что для создания средней освещенности 100 лк на каждый квадратный метр площади освещаемого помещения требуется удельная мощность 16—20 Вт/м2 при прямом освещении лампами накаливания и 6—10 Вт/м2 при прямом Освещении люминесцентными лампами. Эти расчеты верны для расчета при светлых потолках и стенах. Так как между освещенностью Е и удельной мощностью о существует прямая пропорциональность, то при освещенности, отличной от 100 лк, удельная мощность будет равна (о*=(йЕх! 100. Так, например, если о при освещенности 100 лк равна 8 Вт/м2, то при освещенности 300 лк она будет в три раза больше, т. е.
Чэдо=®юо jqq = 8*3 = 24Вт/м2.
Большие значения удельной мощности принимаются для помещений с меньшей площадью освещения. Задаваясь числом светильников (с лампами накаливания и лампами ДРЛ), определяют мощность, Вт, одной лампы: Р = ш5!п, где S — освещаемая площадь помещения, м2; п — число светильников.
Если расчетная мощность лампы не равна ее стандартной мощности, то выбирается ближайшая по мощности большая стандартная лампа (см. табл. 56). При люминесцентных лампах предварительно определяют число рядов светильников N, затем принимают значение удельной мощности о. Далее определяют число светильников в ряду:
Npa
где р — мощность одной лампы, Вт: а — количество ламп в светильнике.
Прожекторное освещение. При прожекторном освещении очень важно световые пятна на освещаемой территории располагать равномерно. Устанавливать прожекторы следует так, чтобы не было теней от обору
дования, зданий, штабелей и т. д. Этого достигают встречным направлением световых потоков.
На экономичность и качество прожекторного освещения большое влияние оказывает высота установки прожектора. Чем выше установлен прожектор, тем короче тени и меньше блескость. Рекомендуется следующая высота установки прожекторов:
для создания только вертикальной освещенности — 10—15 м;
для освещения горизонтальных и вертикальных плоскостей небольших размеров — 15—20 м;
для освещения горизонтальных и вертикальных плоскостей больших или удаленных площадей — 20— 30 м.
Расстояние между соседними опорами прожекторов следует брать равным 4—10-кратной высоте опоры.
Число прожекторов можно определять, зная: коэффициент, учитывающий потери света по сторонам щ = 1,15ч-1,5, где т = 1,15 — для больших площадей; m ==1,5 — для узких участков;
коэффициент запаса k = 1,24-1,3;
световой поток выбранной лампы при напряжении 220 В;
коэффициент полезного действия прожектора т] = =0,55.
Если известны минимальная освещенность ЕМИН и освещаемая площадь S, тогда
_ ^мин 8к
Г л Ч
где п — количество прожекторов.
Пример 28
Определить мощность и количество ламп дневного света для освещения конторского помещения при следующих данных: площадь освещения 5 = 6-10=60 м2; высота подвеса светильников 2 м, напряжение сети 220 В, освещенность £=200 лк. Потолки побелены, стены светлые.
Решение
Метод коэффициента использования светового потока
Принимают к установке светильники тира ШОД 2X80, группа светильника Г1. Располагают светильники в два параллельных ряда по три в каждом. Чтобы определить наивыродней- шее расстояние между рядами светильников для группы Г1, надо принять £/Л=0,91. Тогда £=2-0,91 = 1,82 м.
Индекс помещения находят по табл. 54: 1=2,0.
Коэффициенты отражения принимают: рпот=70 %; р, = 50 %, р„ол= 10 %.
Коэффициенты полезного действия:
светильника qc = 42 % =0,42 (см. табл. 52, примечание);
помещения т]я=82 % =0,82 (см. табл. 52).
Коэффициент использования светового потока равен П=ПсТ1п=0,42-0,82=0,344.
Световой поток одного ряда светильников
Ек38г 200-1,5-60-1,1
Ф = —2— =4— = 28 779 лм.
Л/г)Световой поток на одну лампуФ ф. = =13-2Л/г)Световой поток на одну лампуФ ф. = =13-22-0,3442-0,34428 779 = 4796 лм.
Л/г)
Световой поток на одну лампу
Ф ф. = =
13-2
Л/г)
Световой поток на одну лампу
Ф ф. = =
13-2
2-0,344
2-0,344
6
Световой поток люминесцентной лампы Л Б 80 Вт равен 4960 лм (см. табл. 56).
Метод удельной мощности
Принимают удельную мощность светильников
200200
ш2оо = б»1оо ~^ = 8 ",7)5" = 16 Вт/м •
При частоте сети f=50 Гц емкость конденсатора, мкФ, будет равна
1-10»
С " 2nfxc •
где л=3,14.
Пример 29
Определить добавочное сопротивление R, в цепи лампы при следующих данных: рл=15 Вт; (/*=220 В; ия=0,75ии.
Решение
Наприжеиие на лампе £/л=0,75£/а=0,75^220= 165 В,
Сопротивление лампы /?л=1/^/рл=2202/15 = 3220 Ом.
Ток в цепи лампы /=(/л//?л= 165/3220= 0,051 А,
Добавочное сопротивление в цепи лампы Ra = (Ua—U„)l //= (220-165)/0,051 = 1080 Ом.
В случае применения конденсатора его сопротивление Хс = =Дд=1080 Ом.
Емкость конденсатора будет равна
= 160 Вт.= 160 Вт.Мощность одного светильника toS16-60
= 160 Вт.
= 160 Вт.
Р == —с—
N 6
Ra =Ra =Uh-ОлUh-ОлIIII
Ra =
Ra =
Uh-Ол
Uh-Ол
I
I
I
I
Мощность каждой лампы (в каждом светильнике две лампы)
рп = 160/2 = 80 Вт.
В производственных условиях для увеличения срока службы ламп накаливания при колебаниях сетевого напряжения последовательно с ними включаются сопротивления (резисторы), конденсаторы, диоды. На добавочном сопротивлении или конденсаторе создается падение напряжения, которое снижает напряжение на лампе до требуемой величины, обычно (0,75ч-0,8)(/я.
Величина добавочного сопротивления, Ом, в цепи лампы накаливания равна
где Un — номинальное напряжение сети, В; U„ — напряжение на лампе (0,75ч-0,8)UH; I — ток в цепи лампы, А.
Ток в цепи лампы равен I=U„!R„, где Rn—сопротивление лампы Ом, определяемое из номинальных данных, Rn = Uy/p„, где рл~ мощность лампы, Вт.
В случае включения последовательно с лампой конденсатора по аналогии с вышеприведенным расчетом имеем
Uh — U пх,. =,
где Хс — емкостное сопротивление. Ом.
ГЛАВА IXРАСЧЕТ МОЩНОСТИ ЗАРЯДНЫХУСТРОЙСТВ
Промышленность производит значительное количество типов аккумуляторных батарей, различных по емкости, напряжению, режиму заряда, области применения. Для приведения аккумуляторных батарей в заряженное состояние созданы специализированные и универсальные средства заряда; зарядные, подзарядные, буферно-зарядные, буферные, зарядно-разрядные. Заряжают батареи обычно двумя способами, при постоянном токе; при постоянном напряжении. Заряд батарей при постоянном токе проводят при неизменном значении тока заряда в течение всего режима. Этого достигают изменением напряжения источника тока при применении автоматических регуляторов тока. Перед зарядом аккумуляторные батареи (АБ) одного и того же типа подбирают в группы и соединяют последовательно. Число АБ в каждой группе заряжаемых одновременно зависит от типа батарей, напряжения и мощности зарядного источника. Режим заряда
может быть одно- или многоступенчатым. Значение тока заряда определяет номинальная емкость Сном аккумулятора или можно его определить по табл. 57.
Таблица 57. Зарядный ток кислотных батарей
Состояние батарей
Зарядный ток, А
Батареи, бывшие в употреблении
Новые батареи, не бывшие в употреблении
Сульфатированные батареи
Подзаряд отстающих элементов
/3=Q/10
/3= (0,7-^0,8)Q/10 для батарей С, СК, СП, СПК и стартерных Ia=QflQ для радионакальных батарей
/з=0/20
A=Q/20
Примечание. Для щелочных батарей при нормальном заряде /a=Q/4, при ускоренном заряде U=Q/2, где Q —емкость батарей, А-ч.
Основное достоинство заряда батарей при постоянном токе — возможность заряда батарей до полной номинальной емкости; основные недостатки — обильное газовыделение и опасность перезаряда АБ.
Заряд батарей при постоянном напряжении источника электроэнергии характерен тем, что напряжение источника электроэнергии поддерживают в течение всего времени заряда, а ток заряда при этом постепенно уменьшается. Положительными особенностями заряда батарей при постоянном зарядном напряжении по сравнению с зарядом при постоянном токе являются: отсутствие необходимости регулировки, контроля значения тока заряда, отсутствие обильного газовыде- ления и перезаряда батарей. Основные недостатки: степень заряженности может достигнуть только 95— 97 % номинальной емкости; неравномерность загрузки зарядного источника вследствие значительного снижения зарядного тока к крицу заряда. Заряд при постоянном напряжении без обильного газовыделения свинцовых стартерных батарей проводят при напряжении из расчета 2,25—2,40 В на один аккумулятор батареи, что соответствует 13,5—14,4 В на 12-вольтовую и 27— 28 В на 24-вольтовую батареи. При таком уровне зарядного напряжения батареи, разряженные иа 50 %, за 2,5—3 ч заряжаются до 90 % емкости.
Выбор средства заряда и его мощность производятся на основании следующих данных:
характер работы (стационарный, с частой переменой места при размещении в помещении или на открытом воздухе);
тип заряжаемых аккумуляторов или АБ;
число одновременно заряжаемых АБ;
способ заряда.
Мощность зарядного средства должна быть достаточной для заряда АБ и одновременного питания электроэнергией потребителей постоянного тока, если по условиям работы батарея постоянно питает определенную нагрузку.
В этом случае наибольшая мощность, кВт, требуется для заряда АБ одноступенчатым способом при последовательно соединенных аккумуляторах в группе (секции) или батарее: Рзс = (m/34-/H)nUK-10-3, где т — число параллельных групп (секций) в батарее; /3 — ток заряда аккумуляторов одной параллельной группы, А; /„ — ток нагрузки потребителей постоянного тока, А; п — число последовательно соединенных аккумуляторов в группе (секции) или батарее; Uк — напряжение на аккумуляторе в конце заряда, В.
Зарядное устройство можно использовать как подзарядное для компенсации режима саморазряда АБ. В этом случае мощность, кВт, зарядного средства должна быть достаточной для подзаряда АБ и одновременного обеспечения электрической энергией потребителей постоянного тока: Апз= (т/Пз + /н)т7/пзХ ХЮ-3, где/пз — ток подзаряда одной группы (секции) аккумуляторов, А; [/пз — напряжение на одном аккумуляторе при подзаряде, В.
По значениям мощности, напряжения н тока с учетом необходимых пределов регулирования и метода использования АБ выбирают средства заряда и подзаряда так, чтобы номинальные мощности были больше расчетных. Напряжение для свинцовых С (СК) и стартерных батарей в конце заряда постоянным током принимают 2,7 В.
Пример 30
Определить мощность выпрямителя для одновременной зарядки восьми аккумуляторных батарей 6-СТ-60. Напряжение выпрямителя 7/в=42 В. Заряд батарей производят при постоянной силе тока.
Емкость аккумулятора 60 А-ч.
Решение
Количество аккумуляторов, включенных последовательно в группу л=(/,/Ук=42/(6-2,7)=2,6, где (/„ = «'-2,7—напряжение иа аккумуляторе в конце заряда; п' — количество банок в аккумуляторной батарее; 2,7 — напряжение в конце заряда на одну аккумуляторную банку.
Принимаем две батареи в группе. Так как аккумуляторов восемь, то заряд батареи производят четырьмя параллельными группами (т=4) по два аккумулятора в каждом.
По табл. 57 зарядный ток принимаем равным /3=0/10= = 60/10=6 А.
Мощность выпрямителя Р = mIanUK- 10~s = 4-6-2-16,2Х X Ю-’= 0,778 кВт, где Ук=6-2,7= 16,2 В
ГЛАВА XВЫБОР ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХВЫПРЯМИТЕЛЕЙ
. Неуправляемые выпрямители (диоды)
Соединение неуправляемых диодов осуществляют в основном по схемам, приведенным на рис. 23. В боль-
Рис. 23. Схемы выпрямления переменного тока на постоянный:
а — одиополупериодиая, б —однофазная с нулевым вы-водом, в — однофазная мостовая, г — трехфазная с нуле-вым выводом, д — трехфазиая мостовая
шинстве схем источником питания служит трансформатор Тр, первичная обмотка которого включается в сеть переменного тока, а вторичная — питает через диоды цепь нагрузки.
Двухполупериодную схему (рис. 23, б) применяют в низковольтных выпрямителях. По сравнению с однофазной мостовой она позволяет уменьшить вдвое число диодов и тем самым понизить потери.
Однофазная мостовая схема (рис. 23, в) характеризуется высоким коэффициентом использования мощности и поэтому может быть рекомендована в устройствах повышенной мощности (до 1 кВт) при выходных напряжениях от десятков до сотен вольт.
Трехфазная схема с нулевым выводом (рис. 23, г) имеет малое падение напряжения на диодах и поэтому может быть использована для выпрямления низких напряжений при повышенных мощностях (свыше 500 Вт). Схема характеризуется низким1 коэффициентом использования мощности трансформатора, сравнительно большим обратным напряжением на диоде и наличием вынужденного намагничивания трансформатора, которое вызывает увеличение потерь в магии- топроводе.
Трехфазная мостовая схема (рис. 23,6) обладает лучшим коэффициентом использования мощности трансформатора, наименьшим обратным напряжением на диоде и высокой частотой пульсации выпрямленного напряжения. Схема применяется в широком диапазоне выпрямленных напряжений и мощностей.
При расчете полупроводниковых преобразователей исходными данными для расчета обычно являются выпрямленное напряжение Ud, ток Id, напряжение сети переменного тока Ut.
Расчет полупроводниковых выпрямителей сводится к определению нужного числа последовательно ус- тацовленных диодов в ветви и числа параллельных ветвей, к определению напряжения трансформатора и его мощности.
Необходимое число параллельных ветвей в плече можно определить по формуле a=Id!Id, где Id — среднее значение тока диода, А; /^ — допустимый ток на один диод, А.
Допустимые токи для кремниевых диодов приведены в табл. 58.
Среднее значение тока диода принимают равным:
Таблица 58. Техиико-вкономические показатели силовых неуправляемых кремниевых диодов
Тип диодов
Номинальный ток диода» А
Номинальное обратное амплитудное напряжение, В
Прямое падение напряжения (амплитудное значение), В
Диоды штыревые
вю
10
150—1400
До 1,35
В25
25
150—1400
» 1,35
В50
50
150—1400
» 1,35
В200
200
100-1400
» 1,6
В320
320
100—1400
» 1,7
ВВ320
320
150—1400
я 1,7
ВВ500
500
300—1600
> 1,8
Д141—100
100
300—1600
я 1,45
Д151—125
125
300—1600
я 1,35
Д151—160
160
300—1600
» 1,35
Д161—200
200
300—1600
» 1,35
Д161—250
250
300—1600
я 1,35
Д161—320
320
300—1600
я 1,35
Д171—400
400
300—1600
я 1,5
Диоды лавинные штыревые
ВЛ 10
10
600—1200
До 1,35
ВЛ25
25
600—1200
я 1,35
ВЛ50
50
600—1200
я 1,35
ВЛ200
200
600—1200
я 1,35
ВЛ 300
300
600—1200
я 1,35
ВЛ32О
320
400—1500
> 1,6
ВЛВ320
320
600—1300
» 1,7
ДЛ161—200
200
400—1400
» 1,45
ДЛ171—320
320
400—1400
я 1 45
ДЛ123—320
320
400—1400
ДЛ 133—500
500
400—1400
—
Диоды таблеточные
В8—200
200
100—4200
До 1,85
В8—250
250
100—4200
» 1,9
В2— 320
320
150—4000
я 1,9
В500
500
150—3800
» 2
В800
800
150—2400
» 1,85
ВВ1000
1000
150—2400
я 2
ВВ2—1250
1250
150—1400
я 2,1
В2—1600
1600
300—1600
я 1,50
Д133—400
400
1000—4000
я 1,50
Д133—500
500
1000—2800
—
Д143—630
630
1000—4000
Д133—800
800
400—1400
—
Д143—800
800
1800—2800
Д143—1000
1000
400—1600
Д253—1500
1600
400—2000
—
для однополупериодной схемы (см. рис. 23, a) Id=
для однофазной с нулевым выводом (см. рис. 23, б) /d=0,5/d;
для однофазной мостовой (см. рис. 23, в) Id = =0.51'd;
для трефазной с нулевым выводом (см. рис. 23, г) /d=0,33 l'd;
для трехфазной мостовой (см. рис. 23, 6) Id= =0,33 rd.'
Необходимое число последовательно включенных диодов в одной ветви плеча
_ U обртах^обр.н
ГДе ^обр.max — амплитудное обратное напряжение на одном плече выбранной схемы выпрямления; УОбр.н— допустимое обратное напряжение на одном плече выбранной схемы выпрямления.
Амплитудное обратное напряжение на одном плече выбранной схемы выпрямления принимают равным:
для однополупериодной схемы (см. рис. 23, а) ^обр.тах = 3,14 Uд",
для однофазной с нулевым выводом (см. рис. 23, б) t/o6p.max=:3,14 Ud\
ДЛЯ однофазной МОСТОВОЙ (см. рис. 23, 8) £/обр.тах = = 1,57 Uа;
ДЛЯ Трехфазной МОСТОВОЙ (см. рис. 23,6) t/O6p.max = = 1,045 Ud.
Допустимое обратное амплитудное напряжение на диодный элемент принимают по табл. 58. Общее число диодных элементов в выпрямителе равно N= = ткпа, где т— число фаз; к — число последовательно соединенных диодных плечей в выпрямительной схеме (для мостовых схем ^=2, для схем с нулевым выводом к = \у
Напряжение вторичной обмотки трансформатора U2 и мощность его РТ при активной и индуктивной нагрузках можно определить по табл. 59.
Выпрямленная мощность, Вт, равна Pd=UdU.
Расчет сердечника и обмоточных данных трансформатора приведен в гл. III.
1 1,5 2 2,5 3 3,5 4561 1,5 2 2,5 3 3,5 456Класс ....0,5 ^сбр н В.. .50Класс ....0,5 ^сбр н В.. .50
1 1,5 2 2,5 3 3,5 456
1 1,5 2 2,5 3 3,5 456
Класс ....0,5 ^сбр н В.. .50
Класс ....0,5 ^сбр н В.. .50
Таблица 59. Расчетные соотношения для определения Ui и Рт
Схема выпрямления
и^а
pVpd
активная нагрузка
индуктивная нагрузка
Одиополупериодиая (см. рис. 23, «)
2,22
3,09
3,09
Однофазная с нулевым выводом (см. рис. 23, 6)
1,И
1,48
1,34
Однофазная мостовая (см. рис. 23, в)
1,11
1,23
1,11
Трехфазиая с нулевым выводом (см. рис. 23, г)
0,855
1,345
1,345
Трехфазиая мостовая (см. рис. 23, д)
0,428
1,045
1,045
§16. Управляемые выпрямители (тиристоры)
Соединение управляемых выпрямителей (тиристоров) осуществляют обычно по тем же схемам, что и неуправляемых (рис. 23). Выбор тиристоров производится по тем же формулам, что и для диодов.
Для надежной работы тиристоров и упрощения схемы управления следует избегать их последовательного и параллельного включения.
Обратное номинальное напряжение <70бр.н определяет класс тиристора и выражается числом (7Обр.н/Ю0. Для каждого класса тиристора предусматривается следующая шкала обратных номинальных напряжений:
100 150 200 250 300 350 400 500 600
7 8 910
700 800 900 1000
Технические данные некоторых тиристоров приведены в табл. 60.
Силовой трансформатор выбирают по расчетным значениям токов Л, 1г, напряжения U2 и типовой мощ-
Таблица 60. Технико-экономические показатели силовых управляемых кремниевых тиристоров
Тип тиристора
Номинальный ток, А
Номинальное обратное амплитудное напряжение, В
Прямое падение напряжения (амплитудное значение), В
Тиристоры штыревые
Т25
25
100—1400
1,9
Т50
50
100—1400
До 1,75
тюо
100
100—1400
» 1,95
Т160
160
100—1400
» 1,74
ТЗ-160
160
600—2200
» 1,95
Т151-100
100
300—1600
» 1,85
Т16Ы25
125
300—1600
» 1,75
1161-160
160
300—1600
» 1,76
Т171-200
200
300—1600
» 1,75
Т171-250
250
300—1600
» 1,75
Т171-320
320
300—1600
» 1,6
ТВ2-320
320
100-1400
» 1,83
Тиристоры лавинные штыревые
ТЛ160
160
800—900
До 1,9
ТЛ2-160
160
600—900
» 1 9
ТЛ200
200
600—900
» 1,6
ТЛ2-200
200
600—900
» 1,6
ТЛ250
250
400—1000
» 1,?
T9-100
100
400-2200
» 1,95
T9-160
160
400—2200
» 1,9
Т9-200
200
400—2200
» 1,9
Т9-250
250
400—1600
» 1,85
Т2-320
320
100—1400
» 2,1
T3-320
320
1600—2400
» 2,36
Т500
500
100—1600
» 2,1
Т630
630
1600—2400
» 2,3
ности Ртр. Расчетное значение напряжения вторичной обмотки трансформатора Т/гф определяют по формуле U^^kakckak^Ud. Коэффициент ки, характеризующий соотношение напряжений U^Ud в реальном выпрямителе, приведен в табл. 61.
Коэффициент запаса кс=1,054-1,1 учитывает возможное снижение напряжения сети. Коэффициент ка= 1,054-1,1 учитывает неполное открывание тиристоров. Коэффициент Ат = 1,05 учитывает падение напряжения в обмотках трансформатора и в тиристорах.
Расчетные значения тока вторичной обмотки определяют по формуле li^—kikild.
Таблица 61. Значения коэффициентов кв, к,-, к», кяобр при различных схемах включения тиристоров
Схема выпрямления
йи
ki
*3
^и.обр
при активной нагрузке
при индуктивной нагрузке
Однополупернодная
1,32
0,707
0,707
1 77
3,72
Однофазная с нулевым выводом
1,11
0,79
0,707
1,34
3,14
Однофазная мостовая
1,11
1,11
1
1.П
1,57
Трехфазная с нулевым выводом
0,855
0,578
0,578
1,35
2,25
Трехфазная мостовая
0,427
0,815
0,815
1,065
1,065
Пример 32
Выбрать тиристорный преобразователь для питания обмотки возбуждения двигателя постоянного тока П-91; Р„=14 кВт, /н = =81 А, (/„=220 В, (/„„=110 В, /„„=10 А. Выпрямитель выбран ■о однофазной схеме с нулевым выводом и питается от сети переменного тока (/с=220 В.
Решение
Среднее значение тока тиристора /т=0,5/^=0,5-10=5 А.
Максимальное обратное напряжение на тиристоре 1/0«р п»а,= = 3,14(/d=3,14-110=345 В.
По табл. 60 выбираем тиристор Т25; /„=25 А; (/в=600 В.
Расчетная мощность силового трансформатора РТр=квквХ Xkak'jUdId-10-»=\,34-1,11-1,1-1,1 • 110'10-10~3—,98 кВ А.
Напряжение вторичной обмотки U^k^k^kaktUd^l,! IX XI,1-1,1-1,05-110=155 В,
Коэффициент к, характеризует отношение токов /2ф//<^ в идеальном выпрямителе (см. табл. 61). Коэффициент к'(, равный 1,05—1,1, учитывает отклонение формы анодного тока тиристоров от прямоугольной.
Действующее значение тока первичной обмотки 11р==12р1ктр.
Коэффициент трансформации ^тр=®1/^2 = ^1ф/^2ф.
Определяют расчетную типовую мощность, кВ-А, силового трансформатора P-rp=kskak&kl • Udld-10~3.
Коэффициент k3 = P-rpl(Udld) характеризует отношение мощностей для идеального выпрямителя (см. табл.61).
§-17. Расчет сглаживающих фильтров
В большинстве случаев переменная составляющая выпрямленного напряжения (пульсация), действующая на выходе выпрямителя, недопустимо велика для потребителей. Для уменьшения пульсаций между выходом выпрямителя и нагрузкой включается сглаживающий фильтр.
Пример 31Выбрать выпрямитель для питания обмотки возбуждения двигателя постоянного тока (50 кВт, 220 В, 600 об/мин), параллельная обмотка которого имеет данные: UBn=220 В; /В„=5,5А. Выпрямитель включен по однофазной мостовой схеме (см. рис. 23, в) и питается от сети переменного тока {/с=380 В,Пример 31Выбрать выпрямитель для питания обмотки возбуждения двигателя постоянного тока (50 кВт, 220 В, 600 об/мин), параллельная обмотка которого имеет данные: UBn=220 В; /В„=5,5А. Выпрямитель включен по однофазной мостовой схеме (см. рис. 23, в) и питается от сети переменного тока {/с=380 В,РешениеСреднее значение тока через диод /d=0,5/d=0.5-5,6=2,8 А.Амплитудное обратное напряжение на диод 1/обрты= = 1,57-220 = 345,4 В. По табл. 58 принимаем для диодов В-10: /в„=10 A; UH=600 В.Напряжение вторичной обмотки трансформатора U2= = 1,11(/<=1,11-220=242 В. Нагрузка принята индуктивной.Мощность трансформатора РГр= LH-220-5,6= 1367,5 В-А,Выбираем однофазный трансформатор ТВО 2—1,6; SH = = 1600 В-А, (/,.„=244 В,РешениеСреднее значение тока через диод /d=0,5/d=0.5-5,6=2,8 А.Амплитудное обратное напряжение на диод 1/обрты= = 1,57-220 = 345,4 В. По табл. 58 принимаем для диодов В-10: /в„=10 A; UH=600 В.Напряжение вторичной обмотки трансформатора U2= = 1,11(/<=1,11-220=242 В. Нагрузка принята индуктивной.Мощность трансформатора РГр= LH-220-5,6= 1367,5 В-А,Выбираем однофазный трансформатор ТВО 2—1,6; SH = = 1600 В-А, (/,.„=244 В,Рис.. 24. Основные схемы сглаживающих фильтровРис.. 24. Основные схемы сглаживающих фильтровНаиболее широко применяются сглаживающие фильтры, состоящие из дросселя и конденсатора (типа LC) или из резистора и конденсатора (типа ЯС). Эти фильтры могут быть однозвенными или двухзвенными. Возможно также применение комбинированных
Пример 31
Выбрать выпрямитель для питания обмотки возбуждения двигателя постоянного тока (50 кВт, 220 В, 600 об/мин), параллельная обмотка которого имеет данные: UBn=220 В; /В„=5,5А. Выпрямитель включен по однофазной мостовой схеме (см. рис. 23, в) и питается от сети переменного тока {/с=380 В,
Пример 31
Выбрать выпрямитель для питания обмотки возбуждения двигателя постоянного тока (50 кВт, 220 В, 600 об/мин), параллельная обмотка которого имеет данные: UBn=220 В; /В„=5,5А. Выпрямитель включен по однофазной мостовой схеме (см. рис. 23, в) и питается от сети переменного тока {/с=380 В,
Решение
Среднее значение тока через диод /d=0,5/d=0.5-5,6=2,8 А.
Амплитудное обратное напряжение на диод 1/обрты= = 1,57-220 = 345,4 В. По табл. 58 принимаем для диодов В-10: /в„=10 A; UH=600 В.
Напряжение вторичной обмотки трансформатора U2= = 1,11(/<=1,11-220=242 В. Нагрузка принята индуктивной.
Мощность трансформатора РГр= LH-220-5,6= 1367,5 В-А,
Выбираем однофазный трансформатор ТВО 2—1,6; SH = = 1600 В-А, (/,.„=244 В,
Решение
Среднее значение тока через диод /d=0,5/d=0.5-5,6=2,8 А.
Амплитудное обратное напряжение на диод 1/обрты= = 1,57-220 = 345,4 В. По табл. 58 принимаем для диодов В-10: /в„=10 A; UH=600 В.
Напряжение вторичной обмотки трансформатора U2= = 1,11(/<=1,11-220=242 В. Нагрузка принята индуктивной.
Мощность трансформатора РГр= LH-220-5,6= 1367,5 В-А,
Выбираем однофазный трансформатор ТВО 2—1,6; SH = = 1600 В-А, (/,.„=244 В,
Рис.. 24. Основные схемы сглаживающих фильтров
Рис.. 24. Основные схемы сглаживающих фильтров
двухзвенных фильтров (одно звено типа LC, другое— типа RC). Основные схемы фильтров приведены на рис, 24, а—г.
Сглаживающие фильтры характеризуются коэффициентом сглаживания q, который можно представить как отношение амплитуды первой гармоники пульсации на входе фильтра Ugt~ к амплитуде первой гармоники пульсации иа выходе первого звена Uu~ или на выходе второго звена U2t~ фильтра: q = = Uoi~IUn~ или q = UQX~IUlx~.
Коэффициент сглаживания принимается:
для однозвениых фильтров ^i =3—16;
для двухзвенных фильтров </12> 16.
Резистивно-емкостные фильтры (RC)
Сглаживающие фильтры RC имеют малые габаритные размеры, массу и стоимость, но низкий кпд. Применяются иногда при малых выпрямленных токах (не более 10—15 мА).
Сопротивлением резистора R\ обычно задаются в пределах Ri = (0,15...0,5) R*. где Ra— сопротивление нагрузки, Ом.
Коэффициент полезного действия резистивно-емкостного фильтра сравнительно мал и обычно составляет 0,6...0,8, причем при т)ф=80% /?1=0,25 RH.
Зная коэффициент сглаживания фильтра qx, определяют произведение RxCt и из него находят Ct.-
при /с=50 Гц RxCx^-Wqltn, Сх = (3-l№q)l /(mRx);
при h=400 Гц RiCx=QA-X^qlm, Cx = ^AWqM
!W,
где Ci — в микрофарадах;
tn — число пульсаций за период, который принимается равным: т = 1—для однополупернодных (см. рис. 23, а) и т—3— для трехфазных схем выпрямления с нулевым выводом (см. рис. 23, г); т = 2— (для однофазных с нулевым выводом (см. рис. 23, б) и однофазных мостовых схем выпрямления (см. рис. 23, в); т=6 — для трехфазных мостовых схем выпрямления (см. рис. 23, б).
Далее выбирают по справочнику стандартный конденсатор. Если фильтр двухзвенный, то коэффициент сглаживания будет равен qx2 = qiqi, где qx, qi— коэффициенты сглаживания первого и второго звена соответственно.
Обычно в расчетах_при«имают Рх=Рг; Ci=C2, тогда RxCx=R2C2=^^7, где fc — частота питающей т2л/с сети.
Индуктивно-емкостный фильтр (LC)
Индуктивность фильтра Lx определяется по формуле
U = Vqt-V I р/щ 2л/с, где р — волновое сопротивление фильтра, Ом, принимается обычно равным (0,15—0,25) RH; qx—коэффициент сглаживания фильтра.
Зная коэффициент сглаживания фильтра qx, определяют произведение ЦСх и из него находят Сп
при /с=50 Гц
LA = 10<^ + №, ->С, = JO&dJL .
при /с = 400 Гц
Lt Ct = 0,16 (ft + W ->Ct = -^’16(91+0, где Cx— в микрофарадах; L — в генри.
Если фильтр двухзвенный и U = L2, Сх = С2, то необходимое произведение LC одного звена LxCt = = L2C2=V Qv^ V^toX), где (ос=2л/с — круговая частота питающей сети; qi2 = qxq2 — коэффициент сглаживания двухзвенного фильтра.
Пример 33
Определить параметры однозвениого сглаживающего фильтра типа RC при следующих данных:
схема выпрямления — однофазная с нулевым выводом (см. рис. 23, б);
сопротивление нагрузки /?н=800 Ом;
частота питающей сети /с=50 Гц;
выпрямленное напряжение (/<1=12 В;
коэффициент сглаживания фильтра 91=5.
Решение
Сопротивление фильтра /?1=0,2/?„=0,2-800= 160 Ом, Принимаем сопротивление резистора С2—24 равным 160 Ом.
Произведение RxCx = 3- 1039/m=3-103-5/2=75001 По Ci = = 7500/160=47 мкФ выбираем конденсатор К50=6> 6=50 мкФ, (/„=50 В.
ГЛАВА XI
РАСЧЕТ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ
Защитное заземление — преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетокопроводящих частей электроустановок, которые могут оказаться под напряжением.
Защитное заземление применяется в сетях напряжением до 1000 В переменного тока — трехфазные трехпроводные с изолированной нейтралью; однофазные двухпроводные, изолированные от земли; двухпроводные сети постоянного тока с изолированной средней точкой обмоток источника тока; в сетях выше 1000 В переменного и постоянного тока с любым режимом нейтрали.
Заземление обязательно во всех электроустановках при напряжении 380 В и выше переменного тока, 440 В и выше постоянного тока, а в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках при напряжении 42 В и выше переменного тока, 110 В и выше постоянного тока; при любых напряжениях во взрывоопасных помещениях.
В зависимости от места размещения заземлителей относительно заземляемого оборудования различают два типа заземляющих устройств: выносное и контур- ное.
При выносном заземляющем устройстве заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование.
При контурном заземляющем устройстве электроды заземлителя размещают по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, а также внутри этой площадки.
В открытых электроустановках корпуса присоединяют непосредственно к заземлителю проводами. В зданиях прокладывается магистраль заземления, к которой присоединяют заземляющие провода. Магистраль заземления соединяют с заземлителем не менее чем в двух местах.
В качестве заземлителей в первую очередь следует использовать естественные заземлители в виде проложенных под землей металлических коммуникации (за исключением трубопроводов для горючих и взрывчатых веществ, труб теплотрасс), металлических конструкций зданий, соединенных с землей, свинцовых
оболочек кабелей, обсадных труб артезианских колодцев, скважин, шурфов и т. д.
В качестве естественных заземлителей подстанций и распределительных устройств рекомендуется использовать заземлители опор отходящих воздушных линий электропередачи, соединенных с заземляющим устройством подстанции или распределительным устройством с помощью грозозащитных тросов линий.
Если сопротивление естественных заземлителей удовлетворяет требуемым нормам R3) то устройство искусственных заземлителей не требуется.
Когда естественные заземлителй отсутствуют или использование их не дает нужных результатов, применяют искусственные заземлители: стержни из угловой стали размером 50X50, 60X60, 75X75 мм с толщиной Стенки не менее 4 мм, длиной 2,5—3 м; стальные трубы диаметром 50—60 мм, длиной 2,5—3 м с толщиной стенки не менее 3,5 мм; прутковая сталь диаметром не менее 10 мм, длиной до 10 м и более.
Заземлители забивают в ряд или по контуру на такую глубину, при которой от верхнего конца заземлителя до поверхности земли остается 0,5-^0,8 м. Расстояние между вертикальными заземлителями должно быть не менее 2,5—3 м.
Для Соединения вертикальных заземлителей между собой применяют стальные полосы толщиной не менее 4 мм и сечением яе менее 48 мм-2 или стальной провод диаметром не менее 6 мм. Полосы (горизонтальные заземлители) соединяют с вертикальными заземлителями сваркой.
Магистрали заземления внутри зданий с электроустановками напряжением до 1000 В выполняют стальной полосой сечением не менее 100 мм2 или сталью круглого сечения той же проводимости. Ответвления от магистрали к электроустановкам выполняют стальной полосой сечением не менее 24 мм2 или круглой сталью диаметром не менее 5 мм.
Нормируемые сопротивления заземляющих устройств приведены в табл. 62.
Для электроустановок напряжением до 1000 В значения Рз даны при условии, что удельное сопротивление грунта р^ЮО Ом-м. При удельном сопротивлении грунта более чем 100 Ом-м разрешается увеличивать вышеуказанные величины в А=р/100, но не более чем в 10 раз.
Наибольшие допустимые значения R^, ОмХарактеристика электроустановокДля электроустановок напряжением выше 1000 В и расчетным током замыкания на землю /8>500 АR3 = 250//3 < 10Для электроустановок напряжением выше 1000 В н расчетным током замыкания на землю /а<500 АRa = 125//а < 10Я3 ^ 2/?з<4^з ®При условии, что заземляющее устройство является общим для электроустановок напряжением до н выше 1000 В и расчетном токе замыкания на землю /э<500 АВ электроустановках напряжением 660/380 ВВэлектроустановкахнапряжением380/220 ВВэлектроустановкахнапряжением220/127 ВНаибольшие допустимые значения R^, ОмХарактеристика электроустановокДля электроустановок напряжением выше 1000 В и расчетным током замыкания на землю /8>500 АR3 = 250//3 < 10Для электроустановок напряжением выше 1000 В н расчетным током замыкания на землю /а<500 АRa = 125//а < 10Я3 ^ 2/?з<4^з ®При условии, что заземляющее устройство является общим для электроустановок напряжением до н выше 1000 В и расчетном токе замыкания на землю /э<500 АВ электроустановках напряжением 660/380 ВВэлектроустановкахнапряжением380/220 ВВэлектроустановкахнапряжением220/127 ВТаблица 62. Допустимые сопротивлении заземляющего устройства в электроустановках до п выше 1000- ВТаблица 62. Допустимые сопротивлении заземляющего устройства в электроустановках до п выше 1000- ВНаименование грунтаУдельное сопротивление, ОммПесок700Супесок300Суглинок100Глина40Садовая земЛя40Глина (слой 7—7010 м) или гравий Мергель, известняк, крупный песок с валунами1000—2000Скала, валуны2000—4000Чернозем20Торф20Речная вода (на равнинах)10—100Морская вода0,2—1Наименование грунтаУдельное сопротивление, ОммПесок700Супесок300Суглинок100Глина40Садовая земЛя40Глина (слой 7—7010 м) или гравий Мергель, известняк, крупный песок с валунами1000—2000Скала, валуны2000—4000Чернозем20Торф20Речная вода (на равнинах)10—100Морская вода0,2—1Таблица -63. Приближенные значении удельных сопротивлений грунтов и воды р, Ом-мТаблица -63. Приближенные значении удельных сопротивлений грунтов и воды р, Ом-мРнс. 25. Расположение вертикального заземлителя в землеРнс. 25. Расположение вертикального заземлителя в землелеи ррасч.в==^сР> для протяженного заземлителя (горизонтальных полос)леи ррасч.в==^сР> для протяженного заземлителя (горизонтальных полос)Ррасч.г — ^СР-S. Определяют сопротивление, Ом, растеканию одного вертикального заземлителя — стержневого круглого сечения (трубчаРрасч.г — ^СР-S. Определяют сопротивление, Ом, растеканию одного вертикального заземлителя — стержневого круглого сечения (трубча4/'+А4/'+А
Наибольшие допустимые значения R^, Ом
Характеристика электроустановок
Для электроустановок напряжением выше 1000 В и расчетным током замыкания на землю /8>500 А
R3 = 250//3 < 10
Для электроустановок напряжением выше 1000 В н расчетным током замыкания на землю /а<500 А
Ra = 125//а < 10
Я3 ^ 2
/?з<4
^з ®
При условии, что заземляющее устройство является общим для электроустановок напряжением до н выше 1000 В и расчетном токе замыкания на землю /э<500 А
В электроустановках напряжением 660/380 В
Вэлектроустановкахнапряжением
380/220 В
Вэлектроустановкахнапряжением
220/127 В
Наибольшие допустимые значения R^, Ом
Характеристика электроустановок
Для электроустановок напряжением выше 1000 В и расчетным током замыкания на землю /8>500 А
R3 = 250//3 < 10
Для электроустановок напряжением выше 1000 В н расчетным током замыкания на землю /а<500 А
Ra = 125//а < 10
Я3 ^ 2
/?з<4
^з ®
При условии, что заземляющее устройство является общим для электроустановок напряжением до н выше 1000 В и расчетном токе замыкания на землю /э<500 А
В электроустановках напряжением 660/380 В
Вэлектроустановкахнапряжением
380/220 В
Вэлектроустановкахнапряжением
220/127 В
Таблица 62. Допустимые сопротивлении заземляющего устройства в электроустановках до п выше 1000- В
Таблица 62. Допустимые сопротивлении заземляющего устройства в электроустановках до п выше 1000- В
Наименование грунта
Удельное сопротивление, Омм
Песок
700
Супесок
300
Суглинок
100
Глина
40
Садовая земЛя
40
Глина (слой 7—
70
10 м) или гравий Мергель, известняк, крупный песок с валунами
1000—2000
Скала, валуны
2000—4000
Чернозем
20
Торф
20
Речная вода (на равнинах)
10—100
Морская вода
0,2—1
Наименование грунта
Удельное сопротивление, Омм
Песок
700
Супесок
300
Суглинок
100
Глина
40
Садовая земЛя
40
Глина (слой 7—
70
10 м) или гравий Мергель, известняк, крупный песок с валунами
1000—2000
Скала, валуны
2000—4000
Чернозем
20
Торф
20
Речная вода (на равнинах)
10—100
Морская вода
0,2—1
Таблица -63. Приближенные значении удельных сопротивлений грунтов и воды р, Ом-м
Таблица -63. Приближенные значении удельных сопротивлений грунтов и воды р, Ом-м
Рнс. 25. Расположение вертикального заземлителя в земле
Рнс. 25. Расположение вертикального заземлителя в земле
леи ррасч.в==^сР> для протяженного заземлителя (горизонтальных полос)
леи ррасч.в==^сР> для протяженного заземлителя (горизонтальных полос)
Ррасч.г — ^СР-
S. Определяют сопротивление, Ом, растеканию одного вертикального заземлителя — стержневого круглого сечения (трубча
Ррасч.г — ^СР-
S. Определяют сопротивление, Ом, растеканию одного вертикального заземлителя — стержневого круглого сечения (трубча
4/'+А
4/'+А
Расчетные токи замыкания на землю принимают по данным энергосистемы либо путем расчетов.
Расчет заземления методом коэффициентов использования производится следующим образом.
В соответствии с ПУЭ устанавливается необходимое сопротивление заземления R8.
Определяют путем замера, расчетом или на основе данных по работающим аналогичным заземлительным устройствам возможное сопротивление растеканию естественных заземлителей Re.
Если Re<R», то устройство искусственного заземления не требуется.
Если Re>Ка, то необходимо устройство искусственного заземления.
Сопротивление, Ом, растекания искусственного заземления
R„ = R3R№-R3).
Далее расчет ведется по RH.
Определяют удельное сопротивление грунта р из табл. 63. При производстве расчетов эти значения должны умножаться на коэффициент сезонности, зависящий от климатических зон и вида заземлителя (табл. 64).
Расчетное удельное сопротивление грунта для стержневых заземлителей (вертикальных заземлите- 144
тый или уголковый) в земле (рис. 25):
> 0,366ррасч в ( 21 , 1
„+-
при этом l^>d, /0>0,5 м;
для уголка с шириной полки b получают </=0,95 Ь.
Все размеры даны в метрах, а удальное сопротивление грунта в омах, умноженных на метр (Ом-м).
Сопротивление, Ом, растеканию вертикального заземлителя можно определить по упрощенным формулам:
для уголка 50X50X5 мм' /?в=0,348 ррасч.в&с;
для уголка 60X60X6 мм RB = 0,298рРасч.в^с!
для уголка 75X75X8 мм /?в=0,292 рРасч.в^с-,
для трубы диаметром 60 мм / = 2ч-2,5 м, RB =
-—-0,302 рРасч.в ^с.
Установив характер расположения заземлителей (в ряд или контуром), определяют число вертикальных заземлителей пв=RbK^bRu) , где г]в—коэффициент использования вертикальных заземлителей, зависящий от количества заземлителей и расстояния между ними (табл. 65, 66).
Таблица 64. Признаки климатических эон и значения коэффициента кс
Данные, характеризующие климатические зоны и тип применяемых заземляющих электродов
Климатические зоны СССР
1
II
in
IV
Климатические признаки зон:
ОтО до
средняя многолетняя
От —20
От — 14
От— 10
низшая температура (январь)
ДО — 15 °C
до
— 10 °C
до0°С
4-5 °C
средняя многолетняя
От 4- 16
От+ 18
От 4-22
От 4-24
высшая температура
ДО
до
ДО
до
(июль)
+ 18 °C
4-22 °C
4-24сС
4-26 °C
среднегодовое количество осадков, мм
-400
-500
-500
-300 — 500
продолжительность замерзанпя вод, ди
190—170
150
100
0
Значение коэффициента кс при применении стержневых электродов длиной 2—3 м п глубине заложения их вершины 0,5—0,8 м
1,8 — 2
1,5—1,8
1,4—1,6
1,2—1,4
Значение коэффициента кс при применении протяженных электродов и глубине заложения их вершин 0,8 м
4,5—7,0
3,5-4,5
2,0—2,5
1,5—2,0
Значения ке при длине стержней 5 м и глубине заложения вершины 0,7—0,8 м
1,35
1,25
1,15
1,1
Примерное распределение республик и областей СССР по климатическим зонам следующее.
/ зона: Карельская АССР севернее Петрозаводска, Коми АССР, Архангельская и Кировская области, Заволжье восточнее Казани и Куйбышева, Урал, северные области Казахской ССР, Омская, Новосибирская, Иркутская и Читинская области, южные районы Тюменской области, Хабаровского и Красноярского краев, Приморская и Сахалинская области.
77 зона: Ленинградская область, южная часть Карельской АССР, Вологодская область, центральные районы РСФСР до Волгоградской области на юге, центральные области Казахстана (у Аральского моря и озера Балхаш).
Ill зона: Латвийская, Эстонская, Литовская ССР, БССР, УССР (кроме южных областей). Псковская, Новгородская, Смоленская, Брянская, Курская н Ростовская области, южные области Казахстана.
7V зона; Молдавская ССР, Одесская, Херсонская и Крымская области УССР, Краснодарский и Ставропольский края, Астраханская область, Азербайджанская, Грузинская, Армянская, Узбек- 146
Таблица 65. Коэффициенты использования т], вертикальныхэлектродов из труб, уголков или стержней, размещенных в рядбез учета влияния полосы связи
Отношение расстояния между электродами к их длине аЦОтношение расстояния между электродами к их длине аЦЧисло электродов nfiqBЧисло электродов nfiqB1122332351015202351015202351015202351015202351015202351015200,84—0,87 0,76—0,80 0,67—0,72 0,56—0,62 0,51—0,56 0,47—0,50 0,90—0,92 0,85—0,88 0,79—0,83 0,72—0,77 0,66—0,73 0,65—0,70 0,93—0,95 0,90—0,92 0,85—0,88 0,79—0,83 0,76—0,800,74—0,790,84—0,87 0,76—0,80 0,67—0,72 0,56—0,62 0,51—0,56 0,47—0,50 0,90—0,92 0,85—0,88 0,79—0,83 0,72—0,77 0,66—0,73 0,65—0,70 0,93—0,95 0,90—0,92 0,85—0,88 0,79—0,83 0,76—0,800,74—0,79
Отношение расстояния между электродами к их длине аЦ
Отношение расстояния между электродами к их длине аЦ
Число электродов nfiqB
Число электродов nfiqB
1
1
2
2
3
3
2
3
5
10
15
20
2
3
5
10
15
20
2
3
5
10
15
20
2
3
5
10
15
20
2
3
5
10
15
20
2
3
5
10
15
20
0,84—0,87 0,76—0,80 0,67—0,72 0,56—0,62 0,51—0,56 0,47—0,50 0,90—0,92 0,85—0,88 0,79—0,83 0,72—0,77 0,66—0,73 0,65—0,70 0,93—0,95 0,90—0,92 0,85—0,88 0,79—0,83 0,76—0,80
0,74—0,79
0,84—0,87 0,76—0,80 0,67—0,72 0,56—0,62 0,51—0,56 0,47—0,50 0,90—0,92 0,85—0,88 0,79—0,83 0,72—0,77 0,66—0,73 0,65—0,70 0,93—0,95 0,90—0,92 0,85—0,88 0,79—0,83 0,76—0,80
0,74—0,79
ская, Таджикская, Киргизская и Туркменская ССР (кроме горных районов).
Количество вертикальных заземлителей для определения т]в можно принять равным RBIR«.
При устройстве простых заземлителей в виде короткого ряда вертикальных стержней расчет на этом можно закончить и не определять проводимость соединяющей полосы, поскольку длина ее относительно невелика (в этом случае фактически сопротивление заземляющего устройства будет несколько завышено) .
При устройстве заземлителей по контуру из ряда вертикальных заземлителей целесообразно учитывать и сопротивление растеканию полос (горизонтальный заземлитель). Для этого на площади установки заземления намечают, как будут размещены вертикальные заземлители пв, и определяют длину, м, соединительной полосы /г=1,05 пва, где а — расстояние между вертикальными заземлителями (обычно отношение расстояния между вертикальными заземлителями к их длине принимают равным a]l= 1; 2; 3).
Определяют сопротивление, Ом, растеканию го-
Таблица 66. Коэффициенты использования Чв вертикальных электродов из труб, уголков, стержней, размещенных по контуру без учета влияния полосы связи
Отношение расстояния между электродами к нх длине all
Число электродов лв
Пв
1
4
0,66—0,72
6
0,58—0,65
10
0,52—0,58
20
0,44—0,50
40
0,38—0,44
60
0,36—0,42
100
0,33—0,39
2
4
0,76-0,80
6
0,71—0,75
10
0,66—0,71
20
0,61—0,66
40
0,55-0,61
60
0,52—0,58
100
0,49-0,55
3
4
0 84—0,86
6
0,78—0,82
10
0,74—0,78
20
0,68—0,73
40
0,64-0,69
60
0,62—0,67
100
0,59—0,65
Рис. 26. Расположение горизонтального заземлителя в землеРис. 26. Расположение горизонтального заземлителя в земле
Рис. 26. Расположение горизонтального заземлителя в земле
Рис. 26. Расположение горизонтального заземлителя в земле
ризоитального заземлителя. Для стержневого круглого сечения (рис. 26):
о 0|366ррасч.г Р 1g— •
Iat
Здесь l>d; l^>4t'. Для полосы шириной b получают d = 0,5b. Действительное сопротивление, Ом, растеканию горизонтального заземлителя с учетом коэффициента использования Rr=Rrhv, где тр — коэффи-
Таблица 67. Коэффициенты использования t]r горизонтального полосового электрода (трубы, уголки, полосы н т. д.) при размещении вертикальных электродов и ряд
Отношение рас* стояния между электродами к длине all
qr при числе электродов в ряду
4
5
8
10
20
30
50
65
1
0,77
0,74
0,67
0,62
0,42
0,31
0,21
0,20
2
0,89
0,86
0,79
0,75
0,56
0,46
0,36
0,34
3
0,92
0,90
0,85
0,82
0,68
0,58
0,49
0,47
циент использования горизонтального заземлителя определяется по табл. 67, 68.
Уточняется сопротивление, Ом, растеканию заземлителей с учетом сопротивления горизонтального заземлителя RB =RrRa/ (Rr —RH).
Определяют уточненное количество вертикальных заземлителей. Здесь п' округляется в сторону увеличения пв =RBlb\BRB).
Таблица 68. Коэффициент использования гр горизонтального полосового электрода (трубы, уголки, полосы н т. д.) при размещении вертикальных электродов по контуру
Отношение расстояния между электродами к длине а(1
<1г при числе электродов в контуре заземления
4
5
8
10
20
30
50
70
100
1
0,45
0,40
0,36
0,34
0,27
0,24
0,21
0,20
0,19
2
0,55
0,48
0,43
0,40
0,32
0,30
0,28
0,26
0 24
3
0,65
0,64
0,60
0,56
0,45
0,41
0,37
0,35
0,33
Пример 34
Определить необходимое число уголков размером 50Х50Х Хб мм длиной 3 м для устройства заземления трансформаторной подстанции. Заземлитель горизонтальный — стальная полоса 40X4 мм. Расстояние между уголками 4,5 м. Уголки забиты по контуру подстанции. Глубина заложения горизонтального заземлителя 0,7 м. Грунт — песок с удельным сопротивлением ргр= = 300 Ом-м. Климатическая зона II. Нормируемое сопротивление заземляющего устройства Rs»=4 Ом.
Решеине
1. Согласно ПУЭ допустимое сопротивление заземляющего устройства с учетом удельного сопротивления грунта ргр равно
R3 = R =4 = 12 Ом
8100 3100
2. Сопротивление растеканию вертикального заземлителя
о 0»366рраеч.в «в —,
2/
d
1^T,g
«'4-Л 4/' - I)
0,366-510/2-3, 14 2,2Ч-3\
—f tffС — iff | = 139,6 Ом.
3 V 0,95-0,05т 24-2,2 —3/
Здесь d=0,95&; 6 — ширина полки уголка; /'=fo+O,5/=O,7+ 4-0,5-3=2,2 м; р,а<ч.1=РпЛс=300-1,7 = 510 (значение коэффициента сезонности для вертикальных электродов &с= 1,7 принято по табл. 64 для климатической зоны II).
Количество вертикальных заземлителей пв=Лв/(г1вЛэ) = = 139,6/(0,6-12) = 19,38, где ^ — коэффициент использовании вертикальных заземлителей с учетом интерполяции по табл. 66, равный 0,6.
Считают, что число труб прн этом 139,6/12=12. Принимают к установке 20 уголков.
Длина горизонтального заземлителя (полосы) /,= 1,05Х Хпв-а = 1,05-4,5-20=94,5 м.
0,366-120094,50,366-120094,594,53Ig0,5-0,04-0,794,53Ig0,5-0,04-0,7Сопротивление растеканию горизонтального заземлителя
0,366-1200
94,5
0,366-1200
94,5
94,53
Ig0,5-0,04-0,7
94,53
Ig0,5-0,04-0,7
- 0,366рраеч.г г
Rr -/6 dt'
= 26,98 Ом.
где р^с«.г = Рп>й =300-4= 1200 Ом-м (значение коэффициента сезонности для горизонтальной полосы А«=4 принято по табл. 64 для климатической зоны II).
Действительное сопротивление растеканию горизонтального заземлителя с учетом коэффициента использования Rr= = /?г/Пг= 26,98/0595=91,5 Ом.
t)r=0,295 (ем. табл. 68).
Сопротивленце растеканию заземлителей с учетом сопротивления горизонтального заземлителя RB= (Я^зУ^г-^) = = 91,5-12/91,5-12= 13,8 Ом.
Уточненное количество вертикальных заземлителей пв— =Rj (Мв) =139.6/ (0,6-13,8) = 16,8.
Принимаем к установке 17 вертикальных заземлителей (уголков).
ГЛАВА XII
ЗАНУЛЕНИЕ
Зануление — преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетокопроводящих частей, которые могут оказаться под напряжением.
Нулевой защитный проводник — проводник, соединяющий зануляемые части с глухозаземленной нейтральной точкой источника тока или ее эквивалентом.
Область применения зануления — трехфазные сети до 1000 В с заземленной нейтралью, сети постоян-
ного тока, если средняя точка источника заземлена, а также однофазные сети переменного тока с заземленным выводом.
В случае пробоя фазы на металлический корпус электрооборудования возникает однофазное короткое замыкание, что приводит к быстрому срабатыванию защиты и тем самым автоматическому отключению поврежденной установки от питающей сети. Такой защитой являются: плавкие предохранители или максимальные автоматы, установленные для защиты от токов короткого замыкания; автоматы с комбинированным расцепителем.
Быстрое отключение поврежденного электроприемника от сети приводит к тому, что прикосновение персонала с оказавшимися под напряжением металлическими корпусами будет кратковременным, что значительно уменьшает опасность поражения.
При замыкании на зануленный корпус в цепи одного из фазных проводов возникает ток короткого замыкания /„оь Этот ток определяется фазным напряжением источника питания [/ф, сопротивлением цепи фазного z$ и нулевого проводов: /пО! = Уф/(гф4-гв).
При надлежащем выполнении зануления /not должен превышать ток срабатывания защиты /ср и тем самым обеспечивать срабатывание максимальной токовой защиты и безопасность лиц, имеющих контакт с зануленным электрооборудованием.
При выполнении зануления проводники цепи «фаза— нуль» должны быть выбраны таким образом, чтобы при замыкании иа корпус возникал ток короткого замыкания, превышающий не менее чем в три раза номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя (во взрывоопасных помещениях не менее чем в четыре раза).
Если установка защищена автоматом с обратнозависимой от тока характеристикой, подобной характеристике предохранителей, ток короткого замыкания должен превышать не менее чем в три раза номинальный ток расцепителя (во взрывоопасных помещениях не менее чем в шесть раз).
При защите сетей автоматическими выключателями, имеющими только электромагнитный расцепитель, сопротивление цепи «фаза—нуль» должно быть таким, чтобы был обеспечен ток короткого замыкания, равный значению уставки тока мгновенного срабаты-
вания, умноженный на коэффициент, учитывающий разброс (по заводским данным).
При отсутствии заводских данных для автоматов с номинальным током до 100 А кратность тока короткого замыкания относительно значения уставки следует принимать равной 1,4, для автоматов с номинальным током более 100 А кратность равна 1,25. Выполнение указанных требований обеспечивает необходимое быстродействие защиты. При этом полная проводимость нулевых защитных проводников во всех случаях должна быть не менее 50 % проводимости фазного проводника, что обеспечивает необходимое снижение напряжения прикосновения до срабатывания защиты.
В качестве нулевых защитных проводников правила рекомендуют применять голые или изолированные проводники, металлические конструкции зданий, фундаменты, стальные трубы электропроводок, алюминиевые оболочки кабелей, металлические кожухи и опорные конструкции шинопроводов, металлические короба и лотки электроустановок, металлические стационарные открыто проложенные трубопроводы всех назначений, кроме трубопроводов горючих и взрывоопасных веществ, канализации и центрального отопления и т. д.
Зануление рассчитывается: на отключающую способность; безопасность прикосновения к корпусу при замыкании фазы на землю (расчет заземления нейтрали); безопасность прикосновения к корпусу при замыкании фазы на корпус (расчет повторного заземления нулевого защитного проводника).
Расчет на отключающую способность проводится для наиболее удаленных в электрическом смысле точек сети, так как им соответствуют наименьшие значения токов короткого замыкания 7поь
Методика расчета зануления на отключающую способность приведена в § 13. Если при расчете на отключающую способность получится /П01>^/н, то расчет на отключающую способность считается законченным.
Если получится 1п^<М«, то необходимо увеличить сечение нулевого защитного проводника и расчет повторить. Пример расчета зануления на отключающую способность приведен в § 13.
Расчет зануления на безопасность прикосновения
к корпусу при замыкании фазы на землю сводится к расчету заземления нейтральной точки трансформатора. Согласно требованиям ПУЭ сопротивление заземления нейтрали источника тока (генератора, трансформатора) в любое время года должно быть не более 8 Ом при напряжении 220/127 В, 4 Ом при напряжении 380/220 В и 2 0м при 660/380 В.
При удельном электрическом сопротивлении земли р, превышающем 100 Ом-м, допускается увеличивать указанные значения сопротивления до значений р/100, но не более чем в 10 раз.
Расчет зануления на безопасность прикосновения к корпусу при замыкании фазы на корпус сводится к расчету повторного заземления нулевого проводника. Согласно правилам общее сопротивление растеканию заземлителей (в том числе естественных) всех повторных заземлений нулевого рабочего провода каждой воздушной линии передачи в любое время года должно быть не более 5, 10 и 20 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380, 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока. При этом сопротивление растеканию заземлителя каждого из повторных заземлений должно быть не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при тех же напряжениях.
При удельном сопротивлении земли р более 100 Ом-м допускается увеличивать указанные нормы в р/100, но не более чем в 10 раз. Согласно ПУЭ повторные заземления выполняются на концах воздушных линий и их ответвлений, а также на вводах в здания, электроустановки которых подлежат занулению.
Методика расчета количества вертикальных и горизонтальных заземлителей нейтрали источника и повторных заземлений аналогична расчету заземления.
В некоторых случаях при замыкании фазы на корпус и отказе защиты (по причине неисправности автоматического выключателя, завышенных уставок и т. д.) напряжение корпуса относительно земли может существовать длительное время. Для устранения возникающей при этом опасности поражения людей током необходимо, чтобы напряжение корпуса относительно земли не превышало допустимого значения напряжения прикосновения Unp.Aon (табл. 69).
Это условие будет выполнено при определенном значении сопротивления повторного заземления, которое
Таблица 69. Предельно допустимые уровни токов и напряжений прикосновения и№П.жр. в зависимости от продолжительности воздействия тока на человека
Характеристик а
электроустановки
Нормируемая величина
Продолжительность воздействия тока, с
0,1
ОД
0,5
0,7
1,0
3,0
Свыше
3 до
10
Электроустановки 50 Гц до 1000 В с изолированной нейтралью
^ДОП.ПР’ в
509
250
100
75
50
36
36
/ч, мА
500
250
100
75
50
6
6
можно найти из выражения
»по: гоз "пр.Доп
где гп — сопротивление одного повторного заземления нулевого защитного проводника (все повторные заземления обладают одинаковым сопротивлением); п — количество повторных заземлений нулевого защитного проводника; /noi— ток однофазного короткого замыкания; 2оз — полное сопротивление участка нулевого защитного проводника, по которому проходит ток короткого замыкания /nOi:
где /?в$, х8$ — активное и индуктивное сопротивление нулевого защитного проводника; хя— сопротивление взаимоиндукции петли «фаза — нуль».
Пример 35
Для линии, изображенной на рис. 27, повторные заземления нулевого провода выполнены в точках Д я Б. Определить допустимые значения сопротивлений гв исходя из длительно допустимого напряжения прикосновения (/waOa=75 В при следующих данных:
п=2; сопротивление заземления нейтрали трансформатора R,=4 Ом. Для участка I: R6,=0,308 Ом; хОз=0,184 Ом; х,= =0,12 Ом; £во1=390 А. Для участка 1+11: R6,=452 Ом; хез= =0,272 Ом; хп=0,15 Ом; /„о,=282 А.
Решение
1, Полное сопротивление участка /
Zto = К ^0з + (*М + «.ЧГ =
Рис. 27. Расчетная электрическая схемаРис. 27. Расчетная электрическая схема
Рис. 27. Расчетная электрическая схема
Рис. 27. Расчетная электрическая схема
= Ко,ЗО82+(0,184 + 0,5-0,12)» =0,394 Ом'
Полное сопротивление для участка 1^11
г03 = Ко,452 +(0,272 + 0,5-0,15)» = 0,57 Ом.
Допустимое повторное сопротивление н точке А
гп < «Лз—Р—=2-4—= 8,7 Ом.
/по1г0э-УпР.доп 390.0,394 - 75’
Допустимое повторное сопротивление в точке Б
= 2-4= 2-4282-0,57 — 75'6,9 °М‘282-0,57 — 75'6,9 °М‘75
= 2-4
= 2-4
282-0,57 — 75'6,9 °М‘
282-0,57 — 75'6,9 °М‘
ГЛАВАХШ
РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙТИПОВЫХ УСТАНОВОК
§ 18. Транспортеры
Мощность, кВт, двигателя транспортера определяют по формуле
Р= (cL + Н),10001^' т ”
где ^з — коэффициент запаса мощности транспортера, равный 1,1—1,25; Q — производительность транспортера, ///с; L — расстояние между осями концевых барабанов, м; Н — высота подъема грузов, м; т)м—коэффициент полезного действия механизма редуктора 0,7+0,85; с=1,5-ь2 — для скребковых транспортеров; с=0,14+0,32— для пластинчатых транспортеров.
Мощность, кВт, двигателя шнеков определяют по
формуле
Р= (^ l + Н).
1000Ям'
где &с — коэффициент сопротивления материала: £с= = 1,854-2,0—для неабразивного (зерно и т. д.); &с= =2,5—для малоабразивного; &с=3,2— для абразивного (песок, гравий, цемент); &с=4,0—для сильноабразивного и липкого (зола, известь, сера, формовочная земля).
Для перемещения груза в вертикальном направлении применяют в основном элеваторы. Мощность, кВт, двигателя элеваторов определяют по формуле
Р = fe3//Q/(1000riM),
где к$ — коэффициент запаса по мощности (принимается 1,2—1,5). Значение кпд элеватора обычно принимается в пределах 0,3—0,45.
Металлообрабатывающие станки
Мощность, кВт, двигателя для токарных, токарновинторезных, карусельных и строгальных станков определяют по формуле Р = Рс^сУр/(1000 т]с), где дс— сечение стружки, м2; оР — скорость резания, м/с; Рс— удельное сопротивление резанию, Н/м, обычно Рс = = (2—5,5) Рразр; Рра»р — сопротивление разрыву, Н/м; т]с — кпд станка (при полной загрузке он равен 0,6— 0,7).
Удельное сопротивление резанию принимают: для стали Рс = (2,54-3,5) Рразр, РРазР= (2944-1180) X 10° Н/м2; для чугуна Рс= (4ч-5,5) Рразр, Рразр=(1474- -И97) • 10е Н/м1.
Насосы
Мощность, кВт, двигателя для насоса подсчитывают по формуле P=^3yQ/7/(1000 т]нт]п), где ^ — коэффициент запаса (1,14-1,4); у— плотность перекачиваемой жидкости, Н/м3 (для холодной воды 9810 Н/м3); Q— производительность насоса, м3/с; Н — напор насоса, м; т]п —кпд передачи (при непосредственном соединении насоса с двигателем т}п=1); Ли— КПД насоса (принимают для центробежных насосов с давлением свыше 39 000 Па кпд равным 0,6—0,75; с давлением 156
ниже 39 000 Па равным 0,3—0,6; лучше всего кпд определять по данным каталогов).
При выборе двигателя к центробежному насосу необходимо обращать внимание на частоту вращения двигателя, так как у центробежного насоса мощность, напор, производительность и частота вращения связаны следующими соотношениями: PjP2=n3/n2; HJ IH<2=n2ln^-, Q\IQ»—nxln2, MJM2=n2Jn2, где М—момент двигателя.
Пример Зв
Определить мощность двигатели насоса при следующих данных: Q=50 м3/ч; Я=30 м; пдв=1460 об/мин, г]„=0,5.
Определить мощность двигателя, напор насоса и производительность, если двигатель вращается с частотой 965 об/мин.
Решение
Мощность двигателя насоса при /iM=1460 об/мин
„1,19810.60.30
1000-0,5-360О-1,0 -"8>99кВт>
•'де 3600 — коэффициент перевода производительности из м'/ч в м’/с.
При частоте вращения насоса пд»=965 об/мин мощность Двигателя, напор насоса и производительность PxIP^r^ln^, Р^ =Р1(п^) = 8,99.(9653/14603)=2,63 кВт; HJH^t?^ Н^НхХ х(п2/”1)=30-(9652/14602) = 13,1 м; Q^-ndn^, Q2=Qx(n2ln^ = =50-(965/1460) =33 м3/ч,
§21. Вентиляторы
Мощность, кВт, электродвигателя вентилятора определяют по формуле Р=6з9Я/(1000т]вТ1п), где Q — производительность вентилятора, м3/с; Н — давление, Па; кпд вентилятора определяют по каталогам. Однако при отсутствии данных в среднем можно принимать для осевых вентиляторов т]в=0,54-0,85 и для центробежных вентиляторов т]в=0,44-0,7; кпд передачи т]п=0,924-0,94 (для клиноременной), ^„=0,874- -г0,9 (для плоскоременной); &3 = 1,14-1,6.
§ 22. Компрессоры
Мощность, кВт, двигателя для поршневого компрессора определяют по формуле P=^3QB/(1000r]KT]n), где Q— производительность компрессора, м3/с; т]к—
кпд компрессора (принимается равным 0,6 = 0,8); т]п — кпд передачи; В — работа, затрачиваемая па сжатие 1 м3 воздуха до заданных рабочих давлений, Па (принимается по табл. 70), й3 = 1,14-1,2.
Таблица 70. Работа, затрачиваемая иа сжатие 1 м3 воздуха
Конечное давление, Па
Работа на сжатие, Дж/м®
Конечное давление, Па
Работа на сжатие, Дж/м’
2-Ю&
71 600
7- 105
224 000
З-Ю5
117 300
8-105
242 000
4-105
152 200
9- 103
263 000
5-Ю3
179 000
10-103
273 000
6-10»
203 000
Пример 37
Ток плавления проводов
Для тонких проводников (d = 0,02...0,2 мм) расплавляющий ток
, d - 0,005 к
/пл =т. А,
к
где d — диаметр проводника, мм, к — постоянный коэффициент, зависящий от материала проводника:
серебро 0,031никелин 0,060
медь 0,034константан. . .0,070
латунь 0,050железо0,127
Для более толстых проводников ток плавления можно рассчитать по формуле
/Пл = т^ - А,где т — коэффициент, зависящий от материала:
медь 80,0железо 24,6алюминий . . 59,2олово 12,8никелин 40,8свинец 10,8медь 80,0железо 24,6алюминий . . 59,2олово 12,8никелин 40,8свинец 10,8
медь 80,0железо 24,6
алюминий . . 59,2олово 12,8
никелин 40,8свинец 10,8
медь 80,0железо 24,6
алюминий . . 59,2олово 12,8
никелин 40,8свинец 10,8
Производительность компрессора 10 м3/мин, давление 8-105 Па. Определить мощность двигателя компрессора.
Решение
По табл. 70 принимают 8 = 242 000 Дж/м3; кпд компрессора равен 0,7; кпд передачи 0,9.
Мощность двигателя компрессора
„ £3QS 1,2-10.242 000„ „ „
Р === 76,8 кВт.
1000дкдп 1000.0,7 0,9.60
Приводим величины расплавляющего тока для медных про
водов:
Диаметр провода, мм
0,05
0,08
0,11
0,15
0,23
0,25
Ток плавления, А
1,3
2,2
3
4,5
7
10
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Дьяконов В. П. Справочник по расчетам на микрокалькуляторах. М.. 1986.
Инструктивные материалы Главэнергонадзора. 2., 1983.
Кацман М. М. Расчет и конструирование электрических машин. М., 1984.
Кокорев А С. Справочник молодого обмотчика электрических машин. М., 1985.
Козлов В. А., Билик Н. И., Файбнсович Д. Л. Справочник по проектированию электроснабжении городов. Л., 1986.
Правила устройства электроустановок Минэнерго СССР. М., 1985.
Резисторы: Справочник/ В. В. Дубровский и др.; под ред. И. И. Четверткова н В. М. Терехова. М., 1987.
Электрические кабели, провода и шнуры: Справочник/ Н. И. Белоруссов. А. Е. Саакин, А. И. Яковлев; Под ред. Н. И. Бе- лоруссова. М., 1988.
Электротехнический справочник: В 3 т, Т, 2. Электротехнические изделия и устройства. М„ 1986.
§ 23. Лебедки
Необходимую для подъема груза мощность (кВт) двигателя, приводящего в движение лебедку, определяют по формуле
Р _ *з (Q + Qo)у1000цп
где Q— масса поднимаемого груза, Н; Qo — масса захватывающего приспособления (кр^ж, грейфер и т. п.); и— скорость подъема, м/с; т]п — кпд передачи. Практически т)п принимается равным: для одноступенчатого редуктора — 0,8—0,9; двухступенчатого — 0,75—0,8; трехступенчатого— 0,65—0,75; Аэ=1,14-1,2.
При использовании лебедки для такелажных работ мощность (кВт) двигателя определяют по формуле
р Fv
1000 цп ’
где F — тяговое усилие, Н.
Тяговое усилие лебедки при передвижении по горизонтальной и наклонной плоскости F=<p(Q), Н; F= = 9(ф+а), Н, где Q —масса груза, Н; ф — коэффициент трения, который можно принимать по данным табл. 65; a—h/l— коэффициент подъема; h— высота подъема при длине пути /, м.
§ 24. Пилорамы и круглопильные станки
Мощность (кВт) двигателя к пилораме
где F — усилие резания, Н; о —средняя скорость пилы, м/с; i) — кпд станка (0,7—0,8); Л = 1000.
Усилие резания (Н)
F=hs
2Я
где к— коэффициент резания, равный (114-20) • 107, в зависимости от породы дерева: для сосны—П-107, ели—• 12-Ю7, березы—13-107, дуба — 20-Ю7; s— толщина пилы, м; "Lh-—общая высота пропила, м; А — скорость подачи, м/с, обычно принимается 0,003—0,008 м/с; Н=2г, где г — радиус кривошипа, м.
Общая высота (м) пропила S/i=0,75zd, где z— число пил; d — диаметр бревна, м.
Мощность (кВт) двигателя круглопильного станка определяют по формулам
Р= (84-10)0;
Z)=0,3+"/0,14-2,5tZ2 (м), где d — диаметр бревна, м.
Наименование поверхностейКоэффициент трения фДеревянные полозья:по сухой земле, песку0,6—0,8сырой и глинистой земле0,3мостовой0,4деревянному настилу0,5—0,2металлической полосе0,5—0,2снегу и льду0,035Сталь:по стали0,25—0,15камню0,7—0,3льду0,02Катки деревянные диаметром 15 и 20 см:по деревянному настилу0,08—0,05камню0,067—0,05Металлические катки диаметром 5 и10 см:по камню0,032—0,016деревянному настилу0,09-0,05Наименование поверхностейКоэффициент трения фДеревянные полозья:по сухой земле, песку0,6—0,8сырой и глинистой земле0,3мостовой0,4деревянному настилу0,5—0,2металлической полосе0,5—0,2снегу и льду0,035Сталь:по стали0,25—0,15камню0,7—0,3льду0,02Катки деревянные диаметром 15 и 20 см:по деревянному настилу0,08—0,05камню0,067—0,05Металлические катки диаметром 5 и10 см:по камню0,032—0,016деревянному настилу0,09-0,05Таблица 65. Коэффициент трения фТаблица 65. Коэффициент трения ф2-0,4.250601860-3,33102-0,82-0,4.250601860-3,33102-0,8= 3,33 м/с.= 7,74 кВт.= 3,33 м/с.= 7,74 кВт.Пример 38Пример 38
Наименование поверхностей
Коэффициент трения ф
Деревянные полозья:
по сухой земле, песку
0,6—0,8
сырой и глинистой земле
0,3
мостовой
0,4
деревянному настилу
0,5—0,2
металлической полосе
0,5—0,2
снегу и льду
0,035
Сталь:
по стали
0,25—0,15
камню
0,7—0,3
льду
0,02
Катки деревянные диаметром 15 и 20 см:
по деревянному настилу
0,08—0,05
камню
0,067—0,05
Металлические катки диаметром 5 и
10 см:
по камню
0,032—0,016
деревянному настилу
0,09-0,05
Наименование поверхностей
Коэффициент трения ф
Деревянные полозья:
по сухой земле, песку
0,6—0,8
сырой и глинистой земле
0,3
мостовой
0,4
деревянному настилу
0,5—0,2
металлической полосе
0,5—0,2
снегу и льду
0,035
Сталь:
по стали
0,25—0,15
камню
0,7—0,3
льду
0,02
Катки деревянные диаметром 15 и 20 см:
по деревянному настилу
0,08—0,05
камню
0,067—0,05
Металлические катки диаметром 5 и
10 см:
по камню
0,032—0,016
деревянному настилу
0,09-0,05
Таблица 65. Коэффициент трения ф
Таблица 65. Коэффициент трения ф
2-0,4.250
601860-3,33102-0,8
2-0,4.250
601860-3,33102-0,8
= 3,33 м/с.
= 7,74 кВт.
= 3,33 м/с.
= 7,74 кВт.
Пример 38
Пример 38
Пример 37
Определить мощность электродвигателя для пилорамы при следующих данных: <1 = 0,25 м; z = 6; r=0,2 м; s=0,02 м; Д = 0,06 м/с; дерево — сосна; А = 11-107, п=250 об/мин; т) = 0,8.
Решение
Общая высота пропила S/i = 0,75zd = 0,75-6-250= 1,125 м.
Усилие резания
„Д0,06
F = Its У h= 1Ь 107.0,02-1,125- —:= 1860 Н.
"Ш2-0,4
Средняя скорость пилы v = ———
60Fv
Мощность двигателя Р = ——— = 102ц
Определить мощность электродвигателя дли круглопильного станка при распиловке бревен диаметром 0,3 м.
Решение
Расчетный диаметр
£) = 0,3+/0,1 +2,5d2 = 0,3+/0,l +2,5-0,32=0,87 м.
Мощность двигателя станка Р=(8-ь 10) 0=10-0,87=8,7 кВт
ОГЛАВЛЕНИЕ
Scanned by A.Lushnikov
Предисловие 3
Глава I. Асинхронные электродвигатели.4
Расчеты при перемотке обмотки статора на напряжения, отличные от номинального.. .4
Расчет обмоток статора асинхронных двигателей, не имеющих паспортных данных14
Расчеты при перемотке обмоток статора асинхронного диигателя на новую частоту вращения .20
Расчет конденсаторов для работы трехфазного асинхроного двигателя в однофазном режиме 25
Расчет обмоток однофазного электродвигателя при перемотке его из трехфазного ....28
Глава II. Машины постоянного тока 30
Расчет обмоток статора н якоря на другое напряжение 30
Расчет обмоток при изменении частоты вращения двигателя32
Глава III. Упрощенный расчет маломощных трансформаторов 33
Глава IV. Расчеткатущекэлектрических аппаратов38
Глава V. Расчетнагревательныхприборов ....44
Глава VI. Расчет пусковых и тормозных устройств электродвигателей 53
Электродвигатели постоянного тока параллельного и независимого возбуждения53
Асинхронные электродвигатели . . ...60
Глава VII. Расчет проводов и кабелей72
Определение сечений проводов и кабелей по допустимому нагреву72
Определение сечений проводов и кабелей по допустимой потере напряжения87
Выбор аппаратов защиты90
Расчет токов короткого замыкания (т. к. з) в си
стемах электроснабжения напряжением до 1000 В 100
Расчет статических конденсаторов для компенсации реактивной мощностиМО
ГлаваVIII. Расчет освещения .,-.113
ГлаваIX. Расчет мощности зарядныхустройств.,129
ГлаваX. Выбор полупроводниковыхвентилей.132
Неуправляемые выпрямвтелн (дводы)...132
Управляемые выпрямители (тиристоры).,136
Расчет сглаживающих фильтров..,139
Глава XI. Расчет защитного заземления .142
Глава XII. Зануление 150
Глава XIII. Расчет мощности двигателей типовых установок 155
Транспортеры.155
Металлообрабатывающие станки . . . . 4156
Насосы156
Вентиляторы157
Компрессоры157
Рекомендуемая литература158
Дополнения
Токи плавления проводов159
Лебедки160
Пилорамы и круглопильные станки161
Учебное издание
Дьяков Василий Иванович
ТИПОВЫЕ РАСЧЕТЫ ПО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЮ
Заведующая редакцией С. В. НикитинаРедактор В. И. Ратникова
Мл. редакторы И. Л. Жуховицкая, Е. Л. ГрандовекаяОбложка художника В. В. КореневаХудожественный редактор В. Г. ПасичникТехнический редактор Г. Л. Виноградова
Корректор Г. Н. Буханова
ИВ № 8398
Изд. № ЭГ-258. Сдано в набор 21.03.90. Подп. в печать 27.07.90. Формат 84X1087». Бум. тип. № 2. Гарнитура литературная. Печать высокая. Объем 8,40 усл. печ. л. 8,61 усл. кр.-отт. 8.53 уч.-изд. л. Тираж 92 000 экз.
Зак. № 525. Цена 45 коп.
Издательство «Высшая школа», 101430, Москва, ГСП-4, Неглинная ул„Д. 29/14.
Владимирская типография Госкомпечати СССР.
600000, г. Владимир, Октябрьский проспект, д. 7