Електропривод вентиляційної установки

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

"Електропривод вентиляційної установки"

Зміст

Введення

1. Опис технологічної схеми

2. Визначення необхідної продуктивності

3. Вибір електродвигуна

4. Перевірка електродвигуна по перевантажувальної здатності і пусковому моменту

5. Побудова характеристик робочої машини

6. Побудова навантажувальної діаграми електроприводу

7. Обгрунтування і опис схеми управління системою електроприводів

8. Вибір апаратури керування та захисту

9. Підрахунок вартості обраного комплекту електрообладнання

10. Розрахунок стійкості системи двигун - Робоча машина

Перелік елементів

Висновок

Література

Введення

З незапам'ятних часів людина намагається замінити важка фізична праця роботою автоматичних механізмів і машин. Для цього він використовував силу тварин на сільськогосподарських роботах, енергію вітру і води на млинах і зрошувальних системах, а пізніше - хімічну енергію палива. Так з'явився привід - сукупність енергій двигуна, пристрій передачі руху до механізму у вигляді редуктора, ремінної, ланцюговою або зубчастої передачі та пристроїв керування механічною енергією. Датою народження електроприводу вважається 1838, рік, коли російський вчений, академік Петербурзької академій наук Б.С Якобі встановив на човен винайдений ним електродвигун постійного струму.

Електропривод - це система, що складається з електродвигунні, передавального і керуючого пристроїв, призначених для приведення в рух допоміжних органів робочої машини та управління цим рухом. Електропривод сприяє підвищенню якості продукцій, зниження собівартості, вивільнення робочих, позбавлення від важкого і виснажливого праці.

Електроозброєність в сільськогосподарському виробництві набуває особливого значення, тому що вона в значній мірі визначає продуктивність праці, рівень комплексної механізації, електрифікації і автоматизації технологічних процесів. Науково - технічний прогрес у сільському господарстві викликає необхідність подальшого вдосконалення та підготовки фахівців. Метою даної курсової роботи є вивчення основних відомостей з теорії та розрахунку, вибору та застосування автоматизованих електроприводів в сільськогосподарському виробництві.

1. Опис технологічної схеми

Розглянемо схему вентиляції, виконаної за допомогою дахових осьових вентиляторів, представлену на малюнку 1.

Рисунок 1 - Технологічна схема вентиляційної установки,

де 1 - стійла для коней, 2 - вентиляційні отвори дахових вентиляторів

У зв'язку з тим, що в тваринницьких приміщеннях є виділення різного рада, що мають несприятливі поява (волога, вуглекислота, теплота і т.п.), є необхідність постійного активного вентилюванні, особливо де міститься багато тварин. Крім природної вентиляції застосовується вимушена, за допомогою застосування вентиляторів. Вентиляційні отвори розміщені рівномірно по довжині і ширині приміщення. Схема дахового осьового вентилятора зображена на малюнку 2, де відображено основні елементи та напрямки руху повітряного потоку.

2. Визначення необхідної продуктивності

Вибір типу та кількості вентиляторів здійснюється, виходячи з необхідної сумарної продуктивності вентиляційної установки. За розрахункову продуктивність системи вентиляції приймається максимально можливий необхідна витрата повітря за умовами: видалення вологи, видалення тепла, видалення вуглекислоти. В основі розрахунку продуктивності лежить співвідношення:

(1)

де Li - необхідна продуктивність вентиляційної установки з точки зору підтримки всередині приміщення i-й компоненти складу повітря, на рівні норми zi в, за умови, що кількість шкідливої ​​компоненти, що виділяється в приміщенні, так само zi і її вміст у зовнішньому повітрі одно zi н.

Витрата повітря для вентиляції тваринницького приміщення визначають за такими показниками. Витрата повітря на видалення надлишкової вологи:

(2)

де W-кількість вологи, що виділяється тваринами та іншими джерелами (випаровування з підлоги, годівниць і т. д.); d _'2; d' ₁ - допустимий вміст вологи в повітрі усередині і зовні приміщення;

(3)

де W - волога, що виділяється твариною при відносній вологості φ = 100%; W ₁ = 102,5 г / (год · гол.); W ₂ - волога, що виділяється з годівниць і підлоги;

(4)

(5)

(6)

де d _2, d ₁ - вміст вологи в повітрі в насиченому стані при даних температурах всередині і зовні приміщення; d ₂ = 25,6 г / кг; d ₁ = 1,8 г / кг; φ _2, φ ₁ - відносна вологість повітря всередині і зовні приміщення; φ ₂ = 0,7; φ ₁ = 0,9; р _2, p ₁ - щільність повітря при даних температурах; р ₂ = 1,27 кг / м ^3; р ₁ = 1,34 кг / м ^3.

Витрата повітря на видалення надлишкової вуглекислоти:

(7)

L = 126 * 50/2.5 * 0.3 = 8400 м ³ / ч.

де с - кількість шкідливих речовин, що виділяються одним кілограмом маси тварини; з = 336 см ³ / (год · кг); т _з - маса тварини: т _з = 160 кг; з _{2-допустимий} вміст вуглекислоти всередині приміщення; з ₁ - допустимий вміст вуглекислоти в зовнішньому повітрі.

Витрата повітря на видалення надлишкової теплоти:

(8)

де Q - зайва теплота в тепловому балансі за даних 6,, 0 _Н, що виділяється тваринами; с - теплоємність повітря; з = 1,282 кДж / (м ^3-К).

(9)

де Q _ж - кількість теплоти, що виділяється твариною протягом однієї години; Q _ж = 704 кДж / (год · гол.).

За розрахункову продуктивність вентиляційної установки приймаємо найбільше значення витрати повітря з трьох результатів, наведених вище, L = 8400 м ³ / ч.

3 Вибір електродвигуна

Розрахунковий напір вентилятора:

(10)

де Н _Д - динамічний напір, Па; Н _с - статичний напір, Па.

(11)

де γ - питома вага повітря; γ = 11,77 Н / м ^3; v - швидкість руху повітря; v = 0,6 м / с; g - прискорення вільного падіння; g = 9,81 м / с ^2.

(12)

де R _o - питомий опір руху повітря, Па / м.

(13)

де D - діаметр воздуховода; D = 280 мм.

Втрати напору в місцевих опорах становлять близько 10 ... 12% динамічного напору; Σβ = 0,1 Н = 0,022 Па.

За годинниковою продуктивності та розрахунковому натиску вибирають вентилятор Ц4-70 № 3;

Потрібна потужність вентилятора:

(14)

де _З - коефіцієнт запасу; До _З = 1,2; η _в - коефіцієнт корисної дії вентилятора; η _в = 0,58; η _{п-коефіцієнт} корисної дії передачі; η _п = 1.

Вибір електричного двигуна. Досвід експлуатації вентиляційних установок тваринницьких приміщень показує, що приводи припливних вентиляторів в основному працюють в тривалому режимі.

У зв'язку з цим вибирають електричний двигун, виходячи з таких умов:

1. Кліматичне виконання і категорія розміщення СУ2.

2. Спосіб захисту від впливу навколишнього середовища IP 54.

3. Конструктивне виконання і спосіб монтажу IM 1081.

4. За модифікації (двигун сільськогосподарського виконання з вбудованим температурним захистом).

5. За частотою обертання:

n _нд> n _в; 1395> 1 330 хв ^-1.

6. За родом струму і напруги (змінного струму ~ I, U _H = 380/220 В).

7. За потужністю:

За літературі [елтехсправочнік] вибираємо електродвигун

Вибирають двигун АІР80А4БСУ2, ³

Максимальні втрати у приводі вентилятора:

(15)

де М _н - номінальний момент двигуна, Н · м; ω _о і ω _{н-кутова} синхронна н номінальна швидкості обертання приводного двигуна; ω ₀ = 157 рад / с; ω _н = 146,5 рад / с.

(16)

Відносні максимальні втрати:

(17)

Втрати при номінальній швидкості обертання:

(18)

4 Перевірка електродвигуна по пусковому моменту

1) За пусковому моменту:

М _{пуск.дв.} ≥ (1,2 ... 1,3) М _тр.р.м.

або

(19)

де - Коефіцієнт, що враховує зниження напруги (до 30%) на затискачах пускаемого двигуна; М _{пуск.дв} = μ _пуск М _ном - пусковий момент двигуна; при цьому μ _пуск = М _{пуск.дв} / М _ном - кратність пускового моменту (береться з каталогу ); М _ном = Р _ном / w _ном - номінальний момент двигуна; Р _ном - номінальна потужність двигуна у Ватах (каталог); w _ном - номінальна частота обертання електродвигуна (каталог), якщо в каталозі замість w _ном наводиться синхронна w _о, то номінальну частоту обертання, рад / с, визначають як:

w _ном = w _{о •} (1 - S _ном), (20)

тут S _ном - номінальна ковзання (каталог), зазвичай воно змінюється в межах 0,06 ... 0,07. При цьому зв'язок між синхронної швидкістю обертання, об / хв, і синхронною частотою обертання, рад / с має вигляд: w _о = 0,105 n _о;

М _тр.р.м. - момент рушання робочої машини (береться з навантажувальної діаграми робочої машини для нульового значення її швидкості).

6,25 Н · м> 0,6 Н · м

Отже, умова виконується.

5 Побудова характеристик робочої машини

1) Механічна характеристика машини являє собою залежність між моментом опору, тобто M з = f (w).

Механічна характеристика механізмів у загальному випадку описується рівнянням: (24)

де Мтр - момент рушання механізму;

МСН - момент опорі при номінальній кутовий швидкості;

х - показник ступеня.

Для вентиляторів показник ступеня х = 2.

Момент рушання насосів, вентиляторів і дробарки орієнтовно можна прийняти Мтр = (0,2-0,3) МСН. Номінальний момент опору МСН визначається, виходячи з аналізу зусиль, що виникають у механізмі при його роботі.

Номінальний момент опорів дробарки, вентиляторів, насосів визначається з виразу:

(25)

де Рн - номінальна потужність машини, Вт;

ω _{Н-номінальна} кутова швидкість вала двигуна, рад / с.

Мтр = 0,2 * 2,5 = 5Нм

Таблиця 1 - розрахунок механічної характеристики

Малюнок 3 - Механічна характеристика вентилятора

2) Нагрузочная характеристика чи навантажувальна діаграма робочої машини представляє залежність зусиль чи моментів опорів від часу або шляху, тобто Fc, Mc = f (t, а). При постійній швидкості залежність Fc, Мс = f (t) рівноцінна залежності Fc , Mc = f (a). Тому для машин, передбачених завданнями, навантажувальні діаграми будуються як залежності приведеного до валу двигуна моменту опорів від часу. Характер навантажувальної діаграми машини в значній мірі залежить від її технологічної та кінематичної характеристик. Необхідно ретельно проаналізувати ці характеристики і встановити величини і тривалість дії тих чи інших моментів або зусиль опорів.

Для вентиляторної характеристики характерний спокійний пуск і постійний момент опору, рівний розрахованому вище. Навантажувальна характеристика представлена ​​на малюнку 4.

Рисунок 4 - Нагрузочная характеристика вентилятора

3) Інерційна характеристика машини являє собою дані про величину моменту інерції машини та законів його зміни від різних факторів.

Величина моменту інерції машин визначається масами рухомих деталей і вантажів та радіусами інерції. Наведений до валу двигуна момент інерції залежить також or кінематичної характеристики системи двигун - машина.

Величину приведеного до вала двигуна моменту інерції машини необхідно визначити як для холостого ходу, так і для роботи під навантаженням.

Наведений до валу електродвигуна момент інерції машини визначається, виходячи з рівності запасів кінетичної енергії до приведення і після приведення.

(26)

де J дв - момент інерції двигуна, кг / м ^2;

J рм - момент інерції робочої машини, кг / м ²

J рм = 8 * J дв = 8 * 0,0008 = 0,0064 кг / м ²

J = 0,0064 +0,0008 = 0,0072 кг / м ²

6. Побудова навантажувальної діаграми електропівода

Визначення часу пуску проводиться наступним порядку

1. По п'яти точках будується механічна характеристика АД. (Рис 5)

2. На цьому графіку будується приведений момент опору робочої машини (Довідкова величина). Н * м.

3 Знаходимо динамічний момент графічним способом.

4. Знаходимо масштаб по моменту інерції за формулою:

, (15)

де - Приведений момент інерції, ;

- Відрізок відповідний

Замінимо графік прямокутником (ламаною лінією). Сторони прямокутників паралельні осі абсцис знають значення . Сторони паралельні осі ординат показують значення приросту швидкості .

5.Із точки А проведемо коло радіусом , Робимо насічку на осі ординат в точці 1 з'єднуємо точку О з горизонталлю 1 лінією паралельної лінії [А-1], отримуємо на горизонталі 1 крапку 1. Решта побудови виробляються аналогічно.

6.Определяем масштаб по осі обертання, для чого застосуємо основне рівняння руху електроприводу.

, (16)

, (17)

, (18)

де - Масштаб до моменту інерції, ;

- Масштаб до частоти обертання, ;

- Масштаб до моменту динамічному, .

.

; (19)

де [O - B] - відрізок відповідний максимальної швидкості обертання, мм;

;

; (20)

де [О-Д] - відрізок відповідний ( ) Критичного

динамічному моменту, мм

.

Час розгону визначається з виразу;

, (21)

де - Масштаб по осі часу, с / мм;

- Відрізок відповідний тривалості розгону.

з / мм,

з

Малюнок 5. -Механічна характеристика ЕП з робочою машиною

7. Обгрунтування і опис схеми управління системою електроприводів

Вимоги до схеми автоматичного управління

1. Схема повинна забезпечувати плавну або ступінчасте регулювання частоти обертання двигунів у режимі автоматичного управління температурою.

2. Схема повинна передбачати можливість переходу на ручне управління.

3. Схема повинна передбачати захист від коротких замикань, теплову, обриву фаз мережі і самовільного пуску.

Для управління вентиляційної установкою пропонується схема представлена ​​на рисунку 6.

Дана схема дозволяє робити керування установкою в ручному і автоматичному режимах. Для вибору режиму призначений перемикач SA 1.

Дана схема дозволяє робити керування установкою в ручному і автоматичному режимах. Для вибору режиму призначений перемикач SA 1.

Розглянемо спочатку автоматичний режим роботи. Включення всієї схеми проводиться автоматом QF 1. Схема управління включається автоматичним вимикачем SF 1. Перемикач знаходиться в положенні А. Далі включаємо пускач КМ1 за допомогою кнопки SB 1, який у свою чергу контактом КМ1: 3 подає харчування на регулятор А1, блок управління тиристорами і блок живлення з вихідною напругою 24 В (необхідно для харчування активних датчиків BX 1 і ЦАП виходу А1). Регулятор А1 призначений для порівнювання двох контрольованих параметрів (температура і

вологість) і за отриманими даними формувати керуючий сигнал на виході в межах 4 ... 24 мВ. Даний сигнал є основою для формування керуючого сигналу тиристорами в силовий мережі з допомогою бутс. І вже залежно від рівня сигналу на керуючих електродах тиристорів відбувається регулювання швидкості обертання електродвигунів, а отже і подачі.

У ручному режимі включення виробляється аналогічно. SA 1 в положенні Р. Включення - вимикання проводиться за допомогою кнопок SB 4 і SB 3 на розсуд оператора.

У схемі застосована наступна захист:

- Від КЗ в силовий мережі автомат QF 1 з електромагнітним розщіплювачем;

- Від обриву фаз і перевантаження теплові реле КК1 ... КК2, що захищають групу двигунів;

- Від неповнофазного режиму реле напруги KV 1 і KV 2;

- Ланцюг управління захищена автоматичним вимикачем SF 1.

8. Вибір апаратури керування та захисту

Вибір автоматичного вимикача:

1. За номінальній напрузі: U _на = 660В> U _з = 380В

2. За номінального струму: I _н> I _н.дв.

I _н.общ = I _н.гр + I _н.рг

I _н.общ = 5,75 +5,75 = 11,5 (А)

I н> I раб I н = 16А> I раб = 11,5 А

Розрахунок струму спрацьовування електромагнітного розчеплювача:

I _ср.е = к • I _н.р

де к - кратність спрацьовування електромагнітного розчеплювача.

I _ср.е = 12 • 16 = 192 (А)

Автомат: АЕ2030 - 100-20У3Б

Вибір магнітного пускача.

Вибираю магнітний пускач КМ1, КМ2:

U _н = 660 В> U _з = 380 В

I _н = 25 А> I _раб = 11,5 А

U _к = U _ц.упр = 220В

ПМЛ 2101 У3

U _н = 660 В> U _з = 380 В

I _н = 25 А> I _раб = 11,5 А

U _к = 220 В> U _ц.упр = 220 В

Вибираю теплові реле РТЛ

За номінальній напрузі: U _н = 660 В> U _з = 380 В

Номінальний струм: I _{н.теп.р.>} I _ТР. = 1,2 · 5,75 = 6,9 А

Номінальний струм теплового розчеплювача: I _{н.теп.р.} = 7 А

Межі регулювання 5,5-8,0 (А)

Теплове реле РТЛ - 1012 2004

Вибір сигнальної лампи.

Для світлової сигналізацій виберу апаратуру АС - 14011У3. Лампа Комутаторна, U _л = 220В, колір світлофільтру - зелений.

Вибір кнопок управління.

КМЕ4111У3.

За робочому струму - до 6А.

За кількістю контактів - 1З - 1р.

По кліматичному виконанню і категорій розміщення У3.

Автоматичний вимикач SF 1: АЕ2024-00-54У3

Блок живлення: БП 24 фірми «ОВЕН»

Реле напруги KV 1 ... KV 2: ЕЛ-8

Багатоканальний вимірювач - регулятор ТРМ 138І фірми «ОВЕН»

Блок управління тиристорами і симистора Бутс фірми «ОВЕН»

Термо-датчики ПВМ 014-50М.В3.20/05

Датчик вологості ВХЛ 72-4К.Е3

Силовий тиристор КУ 202 До

9. Підрахунок вартості обраного комплекту електрообладнання

Таблиця 2 - Розрахунок вартості

Розрахунок зроблений на підставі прайс-листів фірми ТОВ «Інтерелектрокомплект», представлені у додатку 1.

10. Розрахунок стійкості системи двигун - робоча машина

Малюнок 7. Функціональна схема

де к-підсилювальний безінерційні ланка - найбільш просте ланка АСУ. без запізнення.

Для складання рівняння такої ланки досить визначити тільки коефіцієнт посилення к.

У нашому випадку - це механічна передача (муфта) між фазним двигуном і ДВС.

- Аппереодіческое ланка першого порядку

де к - коефіцієнт посилення ланки (к = 1)

Т - постійна часу ланки, з (Т = 500С)

описується диференціальним рівнянням в операторній формі. У нашому випадку це автоматизація швидкості руху електродвигуна з фазним ротором.

Розрахуємо стійкість системи за критерієм Михайлова.

Підставляючи в характеристичне рівняння в поліном р = jω. Визначаємо вектор Михайлова.

М (jω) = 500 (jω) +2 = Re (ω) + jIm (ω)

де Re (ω) = 2

Im (ω) = 500 jω

Змінюючи частоту ω від 0 до ∞, встановлюємо, що кінець вектора, розташований в першому квадранті комплексної плоскасті.

Висновок:

Годограф Михайлова починається на позитивній дійсній півосі і послідовно проходить комплексної площині рівної порядку характеристичного рівняння (1 = I), отже система стійка.

2) визначимо стійкість системи управління температурою повітря в стайні за критерієм Найквіста.

Підставляючи S = jw у вираз W (S) побудуємо на площині графік КЧХ розімкнутої системи W (jw) при до _р = 8 Т _і = 40 с. Для цього спочатку побудуємо КЧХ аперіодичного ланки:

W (jw) = к _p / (JΘS +1)

Графік цієї КЧХ представляє собою півколо, розташовану в 4 квадранті комплексній площині. Радіус півкола дорівнює до _p / 2, а його центр розташований на позитивній осі на відстані до _p / 2 від початку координат (рис.2)

Переймаючись значеннями w обчислюємо кілька значень кута φ, що дозволяють побудувати кілька векторів КЧХ, Значення w рекомендується вибирати в межах w _* <w <w _** щоб відповідні значення кута φ рівномірно розташовувалися в секторі 45 ⁰ <φ <80 ^0:

φ (w) = arctg (Θw);

φ (w) = arctg (550 w)

Значення w _* і w _** визначаються:

w _* = tg 45 ⁰ / Θ

w _** = tg 80 ⁰ / Θ

Модулі побудованих векторів А можна обчислити:

А = А (w) = / W _τ (jw) / = к _τ / √ (Θ ² w ² +1)

A = 0.8 / √ (550 ² w ² +1),

Однак замість обчислень простіше виміряти їх лінійкою. Потім побудуємо годограф КЧХ об'єкта W ₀ (jw). Для цього використовуючи циркуль і транспортир повернемо кожен вектор W _τ на кут β = w τ за годинниковою стрілкою (рис.3):

α = φ + β

Малюнок 3. Побудова КЧХ об'єкта

Для побудови необхідної ділянки КЧХ розімкнутої системи досить розташувати ділянки КЧХ об'єкта в межах 3 квадранта комплексній площині. З кінців векторів КЧХ на цій ділянці відновлюємо до них перпендикуляри, довжина яких визначається:

Δ А = А / Т _і w = А/40 w

Малюнок 4. Побудова необхідної ділянки КЧХ розімкнутої системи по відповідній ділянці характеристики об'єкта.

Висновок: оскільки годограф охоплює точку з координатами (-1; j 0), то розглянута система не стійка.

Висновок

Основна задача проектування раціонального електропривода полягає в тому, щоб найбільш правильно поєднувати властивості всіх його елементів з властивостями робочої машини і технологічного процесу, що виконується машинним пристроєм.

Властивості технологічного процесу і робочої машини, знання яких необхідно для проектування електроприводу, описуються приводними характеристиками машини. До цих характеристик відносяться: технологічна, кінематична, енергетична, механічна, навантажувальна.

Автоматизація є одним з основних напрямків у розвитків сільськогосподарського електроприводу. Після уважного вивчення технологічної, кінематичної характеристик машини і вимог до схеми автоматичного управління складається принципова схема автоматичного управління.

Література

1. Коломієць А.П., Єрошенко Г.П., Кондратьєва Н.П., Владикін І.Р., Юран С.І. та ін Пристрій, ремонт та обслуговування електрообладнання у сільськогосподарському виробництві. / Підручник. - М.: Видавничий центр «Академія», 2003. - 368 с.

2. Коломієць А.П., Потапов В.А., Кондратьєва Н.П., Владикін І.Р. Електробезпека на підприємствах. / Навчальний посібник для студентів ВНЗ - К.: РВВ «Шеп», 2003, 148 с.

3. Правила технічної експлуатації електроустановок споживачів. - М.: Изд-во НЦ ЕНАС, 2003. - 208 с.

4. Правила пристроїв електроустановок (ПУЕ), видання сьоме, розділ 1 (глави 1.1; 1.2; 1.7; 1.9), розділ 7 (глави 7.5; 7.6; 7.10) - М.: Изд під НЦ ЕНАС, 2003. - 176 с.

5. Правила пристроїв електроустановок (ПУЕ), видання сьоме, розділ 6, розділ 7 (глави 7.1; 7.2). - М.: Изд-во НЦ ЕНАС, 2002, - 80 с.

6. Коломієць А. П., Єрошенко Г.П., Кондратьєва Н.П., Фокін В.В., Владикін І.Р., Расторгуєв В.М. та ін Пристрій, ремонт та обслуговування електрообладнання у сільськогосподарському виробництві. (Підручник) - М.: Видавничий центр «Академія», 2003, - 368 с.

7. Єрошенко Г.П., Коломієць А.П., Кондратьєва Н.П., Таран М.А., Медведько Ю.А. - Експлуатація електрообладнання (Допущено М-СХ РФ як підручник для студентів вищих навчальних закладів, що навчаються за спеціальністю 311400 - електрифікація та автоматизація с.г.) (підручник) М.: Колос, - 2005