Система автоматического управления электроприводом

Техническое задание

 

1. Расчетная часть

 

-   рассчитать мощность и  выбрать тип асинхронного двигателя  для случаев, когда требуемый  диапазон регулирования производительности  достигается:

а) изменением скорости вращения электродвигателя путем изменения добавочного сопротивления в цепи ротора;

б) при фазовом регулировании  скорости асинхронного двигателя с  тиристорным регулятором напряжения в статорной цепи;

в) изменением скорости вращения электродвигателя в системе асинхронно-вентильного каскада;

• рассчитать потери мощности и выбрать наиболее экономичный вариант ЭП;
• выбрать элементы силовой части наиболее экономичного варианта ЭП;
• построить механические характеристики выбранной системы ЭП на верхней и нижней скорости диапазона регулирования;
• построить графики переходных процессов М = f(t) и w = f(t) при пуске выбранной системы ЭП на установившуюся скорость.

 

2. Графическая часть

 

Изобразить:

• схемы силовых частей рассматриваемых вариантов;
• механические характеристики электроприводов на верхней и нижней скорости для рассматриваемых вариантов схем;
• диаграммы потерь мощности для рассматриваемых систем ЭП;
• графики переходных процессов М = f(t) и w = f(t) выбранной системы ЭП при пуске.

 

Технические данные вентилятора представлены в табл. 1.

 

Таблица 1

Максимальная производительность, м3/с	Q	25
Напор, мм водного столба	H	105
Диапазон регулирования  производительности	DQ	1:3,5
Напряжение сети переменного  тока, В	U1л	380

 

 

 

 

 

Содержание

 

 

1. Расчет мощности вентилятора, выбор по каталогу………………………

2. Расчет потерь мощности и выбор типа асинхронного двигателя при

        различных вариантах электропривода……………………………………

       2.1. Изменение скорости вращения электродвигателя путем изменения

         добавочного сопротивления в цепи ротора……………………………

2.2. Фазовое регулирование скорости асинхронного двигателя с

          тиристорным регулятором напряжения  в статорной цепи………….     

2.3. Изменение скорости вращения электродвигателя в системе

      асинхронно-вентильного  каскада…………………………………….

3. Расчет энергетических показателей……………………………………...

3.1 Расчет энергетических  показателей при реостатном способе  регули-рования скорости вращенияэлектропривода…………………………

3.2 Расчет энергетических показателей при параметрическом способе

регулирования скорости вращения электропривода…………………

3.3 Расчет энергетических  показателей при регулировании  скорости

скорости вращения электропривода в системе асинхронно-вентиль-

ного каскада…………………………………………………………….

4. Расчет наиболее экономичного варианта электропривода……………..

4.1. Обоснование выбранного варианта схемы…………………………

4.2. Расчет и выбор элементов силовой части…………………………..

3. Описание схемы электропривода………………………………….
5. Расчет и построение графиков переходных процессов w = f(t) при

пуске электропривода……………………………………………………… 

6. Выводы………………………………………………………………………

    Библиографический  список……………………………………………….

 

1 Расчет мощности вентилятора, выбор по каталогу

 

Вентилятор выбирается по максимальным значениям производительности и напора. Условиями выбора являются соотношения:

 и ,                (2.1)

где:  Н_К, Q_К – каталожные значения мощности и производительности соответственно.

Максимальные значения мощности и производительности Н_МАКС и Q_МАКС определяются из технического задания:

• для максимальной мощности Q_макс = 25 м³/с = 25·3600 = 90000 м³/ч;
• для максимального напора Н_макс = 105 мм.водн.ст. = 105·9,8 = 1029 Па.

По сводному графику (рис.2.1) предварительно выбирается вентилятор Е16-5. По аэродинамическим характеристикам (рис.2.2) уточняется тип вентилятора. С учетом аэродинамических характеристик выбирается вентилятор  Е16-5.

 

Условное обозначение  вентилятора:

Е16-5

условное обозначение  типа вентилятора:

Б – для В.Ц.4-76; В –  для В.Ц.14-46; Е – для В.Ц.4-75.

   номер вентилятора;

   порядковый номер рабочей характеристики.

Е16-5 – вентилятор В.Ц4-75 №16 с частотой вращения n = 640 ^об/_мин (пятая характеристика).

 

Задаваясь производительностью Q строится характеристика магистрали. Для вентилятора характеристика магистрали имеет вид:

           (2.2)

где: k = Н_макс / Q_макс² = 1030 / 90000² = 1,272·10^-7.

Данные расчетов для  построения магистрали сведены в  табл.2.1. Q-H характеристика магистрали показана на рис.2.3.

 

Таблица 2.1 Параметры  магистрали вентилятора

Qм, м3/ч	0	10000	20000	30000	40000	50000	60000	70000	80000	90000	100000	110000
Нм, Па	0	13	51	114	203	318	457	622	813	1029	1270	1537

 

Мощность на валу исполнительного механизма  определяется:

        (2.3)

где: Н_макс, Q_макс – максимальные напор и подача соответственно; м, м³/с;

       γ = 1000 кг/м³ – плотность воды;

       g = 9,8 ускорение свободного падения;

           η_мехА =0,84 -  КПД исполнительного механизма.

Тогда мощность на валу вентилятора  будет равна:

Номинальный момент на валу вентилятора будет равен:

 

QH-характеристики центробежного вентилятора В.Ц4-75 №16 приведены в приложении 2.3. В каталоге приведена только одна характеристика для номинальной скорости вращения вентилятора. Для получения QH-характеристик для скоростей, отличных от номинальной, пользуются законами пропорциональности

Q_k и H_k – значения подачи и напора, взятые на QH-характеристике вентилятора при номинальной скорости вращения, если принять w_k = w_н. Рассчитываются параболы, проходящие через выбранные точки на исходной характеристике. Каждой точке параболы согласно (2.5) соответствует определенная скорость механизма. Соединением точек парабол с одинаковым значением w, определяются QH-характеристики для w = const. Так как законы пропорциональности получены в предположении постоянства КПД, то пересчетные параболы оказываются линиями постоянного КПД механизма.

Расчетные значения QH-характеристик при различных скоростях сведены в табл.2.3, графики характеристик представлены на рис.2.4.

Таблица 3.1 Расчетные  данные для построения Q-Н характеристик

	Qк, м3/ч	Qмакс, м3/ч	Q4, м3/ч	Q3, м3/ч	Q2, м3/ч	Qмин, м3/ч
1-ая точка	55000,000	50703,125	42968,750	34375,000	25781,250	14486,607
2-ая точка	70000,000	64531,250	54687,500	43750,000	32812,500	18437,500
3-ая точка	85000,000	78359,375	66406,250	53125,000	39843,750	22388,393
4-ая точка	100000,000	92187,500	78125,000	62500,000	46875,000	26339,286
5-ая точка	110000,000	101406,250	85937,500	68750,000	51562,500	28973,214

 

	Нк, Па	Нмакс, Па	Н4, Па	Н3, Па	Н2, Па	Нмин, Па
1-ая точка	1750,000	1487,2437	1068,1152	683,59375	384,52148	121,40765
2-ая точка	1600	1359,7656	976,5625	625	351,5625	111,00128
3-ая точка	1400	1189,7949	854,49219	546,875	307,61719	97,126116
4-ая точка	1150,000	977,33154	701,9043	449,21875	252,68555	79,782167
5-ая точка	900,000	764,86816	549,31641	351,5625	197,75391	62,438217

 

n, об/мин	640	590	500	400	300	168,571
ω, с-1	67,2	61,95	52,5	42	31,5	17,7

 

Установившийся режим  работы определяется точкой пересечения соответствующей Q – H характеристики с характеристикой магистрали, подключенной к вентилятору.

При использовании  вентиляторов коэффициент полезного  действия (КПД) механизма одинаков во всех рабочих точках (см.рис.2.2), т.е.:

η_мехА1 = η_мехА2 = η_мехА3 = η_мехА4 = η_мехА5 = η_мехАк = η_мехА = 0,84

Рис. 1.1 Сводный график вентиляторов

 

 

Рис. 1.2 Аэродинамические характеристики вентиляторов

 

 

Рис. 1.3 Q-Н характеристики вентилятора

Рис.1.4 Q-Н характеристики вентилятора

 

3.Расчет потерь мощности и выбор типа асинхронного

двигателя при различных  вариантах электропривода

 

3.1  Изменение скорости  вращения электродвигателя путем  изменения добавочного сопротивления в цепи ротора

За критерий выбора двигателя принимается  условие

где DP_2.дв.max – максимальные потери мощности в обмотке ротора в заданном диапазоне регулирования скорости;

      DP_2.ном. – номинальные потери мощности в обмотке ротора.

 

Условие (3.1.1) не учитывает  изменение теплоотдачи и соотношения  потерь в статорной и роторной обмотках двигателя при изменении скорости.

Регулирование скорости при реостатном способе не вызывает увеличения потерь в двигателе. Условие (3.1.1) выполняется, если максимальный момент сопротивления равен номинальному моменту двигателя. Следовательно номинальная мощность двигателя

где Р_с.е, М_с.е – номинальная мощность и момент вентилятора.

Требуемым параметрам удовлетворяет  АД  4АК250М8У3, номинальная мощность которого равна 37 кВт, а номинальный  момент равен 471,1 Н•м (см. формула 3.1.5), т.е.:

37 кВт > 30,625 кВт  471,1 Н∙м > 456,949 Н∙м

 

Основные технические  данные АД 4АК250М8У3: