Электропривод вентиляции животноводческой фермы

Мтр= 0,2*2,5=5Нм

 

 

Таблица 1 – расчет механической характеристики

W	0	50	100	150	200	250	296,1	350
Мс	0,5	0,56	0,73	1,01	1,41	1,92	2,5	3,29

 

 

Рисунок 3 – Механическая характеристика вентилятора

 

2) Нагрузочная  характеристика или нагрузочная  диаграмма рабочей машины представляет  зависимость усилий или моментов  сопротивлений от времени или  пути, т. е. Fc, Mc=f(t, а). При постоянной скорости зависимость Fc, Мс =f(t) равноценна зависимости Fc, Mc=f(a). Поэтому для машин, предусмотренных заданиями, нагрузочные диаграммы строятся как зависимости приведенного к валу двигателя момента сопротивлений от времени. Характер нагрузочной диаграммы машины в значительной степени зависит от ее технологической и кинематической характеристик. Необходимо тщательно проанализировать эти характеристики и установить величины и длительность действия тех или иных моментов или усилий сопротивлений.

Для вентиляторной  характеристики характерный спокойный  пуск и постоянный момент сопротивления, равный рассчитанному выше. Нагрузочная характеристика представлена на рисунке 4.

 

 

Рисунок 4 – Нагрузочная характеристика вентилятора

 

3) Инерционная характеристика машины представляет собой данные о величине момента инерции машины и законов его изменения от различных факторов.

Величина  момента инерции машин определяется массами движущихся деталей и грузов и радиусами инерции. Приведенный к валу двигателя момент инерции зависит также or кинематической характеристики системы двигатель — машина.

Величину  приведенного к валу двигателя момента  инерции машины необходимо определить как для холостого хода, так  и для работы под нагрузкой.

Приведенный к валу электродвигателя момент инерции  машины определяется, исходя из равенства  запасов кинетической энергии до приведения и после приведения.

 

 (26)

 

где Jдв - момент инерции двигателя, кг/м²;

Jрм - момент инерции рабочей машины, кг/м²

Jрм = 8* Jдв=8*0,0008=0,0064кг/м²

J=0,0064+0,0008=0,0072 кг/м²

 

6. Построение нагрузочной диаграммы электропивода

 

Определение времени пуска проводится следующим порядке

1. По пяти точкам строится механическая характеристика АД. (рис 5)

2. На этом графике строится приведенный момент сопротивления рабочей машины (справочная величина). Н*м.

3 Находим динамический момент графическим способом.

4. Находим масштаб по моменту инерции по формуле:

 

, (15)

 

где - приведенный момент инерции, ;

- отрезок соответствующий 

Заменим график прямоугольником (ломаной линией). Стороны прямоугольников параллельные оси абсцисс знают значения . Стороны параллельные оси ординат показывают значение приращения скорости .

5.Из точки  А проведём окружность радиусом , делаем насечку на оси ординат в точке 1 соединяем точку О с горизонталью 1 линией параллельной линии [А-1], получаем на горизонтали 1 точку 1̀. Остальные построения производятся аналогично.

6.Определяем  масштаб по оси вращения, для  чего применим основное уравнение  движения электропривода.

 

, (16)

, (17)

, (18)

 

где - масштаб к моменту инерции, ;

- масштаб к частоте вращения, ;

- масштаб к моменту динамическому,  .

 

.

; (19)

 

где [O-B] – отрезок соответствующий максимальной скорости вращения, мм;

 

;

; (20)

 

где [О-Д] – отрезок соответствующий ( ) критическому

динамическому моменту, мм

 

.

 

Время разгона  определяется из выражения;

 

, (21)

 

где - масштаб по оси времени, с/мм;

- отрезок соответствующий длительности  разгона.

с/мм,

с

 

Рисунок 5. –Механическая характеристика ЭП с рабочей машиной

 

7. Обоснование и описание схемы  управления системой электроприводов

 

Требования к схеме автоматического  управления

1. Схема  должна обеспечивать плавное  или ступенчатое регулирование частоты вращения двигателей в режиме автоматического управления температурой.

2. Схема  должна предусматривать возможность  перехода на ручное управление.

3. Схема  должна предусматривать защиту  от коротких замыканий, тепловую, обрыва фаз сети и самопроизвольного пуска.

Для управления вентиляционной установкой предлагается схема представленная на рисунке 6.

Данная  схема позволяет производить  управление установкой в ручном и  автоматическом режимах. Для выбора режима предназначен переключатель SA1.

Данная  схема позволяет производить  управление установкой в ручном и  автоматическом режимах. Для выбора режима предназначен переключатель SA1.

 

 

 

 

Рассмотрим  сначала автоматический режим работы. Включение всей схемы производится автоматом QF1. Схема управления включается автоматическим выключателем SF1. Переключатель находится в положении А. Далее включаем пускатель КМ1 с помощью кнопки SB1, который в свою очередь контактом КМ1:3 подает питание на регулятор А1, блок управления тиристорами и блок питания с выходным напряжением 24 В (необходимо для питания активных датчиков BX1 и ЦАП выхода А1). Регулятор А1 предназначен для сравнивания двух контролируемых параметров (температура и

влажность) и по полученным данным формировать управляющий сигнал на выходе в пределах 4…24 мВ. Данный сигнал является основой для формирования управляющего сигнала тиристорами в силовой сети с помощью БУТС. И уже в зависимости от уровня сигнала на управляющих электродах тиристоров происходит регулирование скорости вращения электродвигателей, а следовательно и подачи.

В ручном режиме включение производится аналогично. SA1 в положении Р. Включение – выключение производится с помощью кнопок SB4 и SB3 на усмотрение оператора.

В схеме  применена следующая защита:

- от КЗ  в силовой сети автомат QF1 с электромагнитным расцепителем;

- от обрыва  фаз и перегрузки тепловые  реле КК1…КК2, защищающие группу  двигателей;

- от неполнофазного  режима реле напряжения KV1 и KV2;

- цепь  управления защищена автоматическим  выключателем SF1.

 

8. Выбор аппаратуры управления  и защиты

 

Выбор автоматического  выключателя:

1. По  номинальному напряжению: U_на=660В >U_с=380В

2. По  номинальному току: I_н >I_н.дв.

 

 

I_н.общ=I_н.гр +I_н.рг

I_н.общ=5,75+5,75=11,5 (А)

Iн › Iраб Iн=16А › Iраб=11,5А

 

Расчет  тока срабатывания электромагнитного  расцепителя:

 

I_ср.э=к• I_н.р

где к – кратность срабатывания электромагнитного расцепителя.

I_ср.э=12•16=192 (А)

 

Автомат: АЕ2030 – 100-20У3Б

Выбор магнитного пускателя.

Выбираю магнитный пускатель КМ1, КМ2:

 

U_н=660 В > U_с=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_с=380 В

I_н =25 А > I_раб=11,5 А

U_к=220 В > U_ц.упр=220 В

 

Выбираю тепловые реле РТЛ

По номинальному напряжению: U_н=660 В > U_с=380 В

Номинальный ток: I_{н.теп.р.} > I_ТР.=1,2·5,75=6,9 А

Номинальный ток теплового расцепителя: I_{н.теп.р.}=7 А

Пределы регулирования  5,5-8,0(А)

Тепловое  реле РТЛ – 1012 04

Выбор сигнальной лампы.

Для световой сигнализаций выберу аппаратуру АС – 14011У3. Лампа коммутаторная, U_л=220В, цвет светофильтра – зеленый.

Выбор кнопок управления.

КМЕ4111У3.

По рабочему току – до 6А.

По количеству контактов – 1з - 1р.

По климатическому исполнению и категорий размещения У3.

Автоматический выключатель SF1: АЕ2024-00-54У3

Блок питания: БП 24 фирмы «ОВЕН»

Реле напряжения KV1…KV2: ЕЛ-8

Многоканальный  измеритель – регулятор ТРМ 138И  фирмы «ОВЕН»

Блок  управления тиристорами и симисторами  БУТС фирмы «ОВЕН»

Термо-датчики  ТСМ 014-50М.В3.20/05

Датчик  влажности ВХЛ 72-4К.Э3

Силовой тиристор КУ 202 К

 

9. Подсчет стоимости выбранного комплекта электрооборудования

 

Таблица 2 - Расчет стоимости

Наименования оборудования.	Марка, тип	Количество штук.	Стоимость единицы.	Стоимость рублей.
1. Щит управления	ПР11	1	3560	3560
2. Многоканальный измеритель - регулятор	ТРМ 138И	1	10630	10630
3. Блок управления тиристорами	БУТС	1	4480	4480
4. Двигатель n=3000об/мин	RAH80A2BУ2	10	2065	20650
5. Силовой тиристор	КУ202К	6	390	2340
6. Автоматический выключатель.	АЕ2046М-10	1	560	560
7. Магнитный пускатель	ПЛМ2101У3	2	523	1046
8. Тепловое реле	РТЛ – 1012 04	2	165	330
9. Реле напряжения.	ЕЛ-8	2	330	330
10. Сигнальная арматура	АС – 14011У3	1	75	75
11. Кнопки управления.	КМЕ4111У3	4	120	480
12. Блок питания	БП 24	1	560	560
13. Автоматический выключатель	АЕ2024-00-54У3	1	45	45
14. Термо-датчик	ТСМ 014-50М.В3.20/05	4	225	1020
15. Датчик влажности	ВХЛ 72-4К.Э3	4	470	1880
Сумма:	------------	-----------	-----------	47986

 

Расчет  сделан на основании прайс-листов фирмы  ООО «Интерэлектрокомплект»,представленные в приложении 1.

 

10. Расчет устойчивости системы двигатель – рабочая машина

 

Рисунок 7. Функциональная схема

 

где к-усилительное безинерционное звено – наиболее простое звено АСУ. без запаздывания.

Для составления  уравнения такого звена достаточно определить только коэффициент усиления к.

В нашем  случае – это механическая передача (муфта) между фазным двигателем и ДВС.

- аппереодическое звено первого  порядка

где к  – коэффициент усиления звена (к=1)

Т – постоянная времени звена, с (Т=500с)

описывается дифференциальным уравнением в операторной  форме. В нашем случае это автоматизация  скорости движения электродвигателя с  фазным ротором.

Рассчитаем  устойчивость системы по критерию Михайлова.

 

 

Подставляя  в характеристическое уравнение  в полином р=jω. Определяем вектор Михайлова.

М(jω)=500(jω)+2=Re(ω)+jIm(ω)

где Re(ω)=2

Im(ω)=500jω

Изменяя частоту ω от 0 до ∞, устанавливаем, что конец вектора, расположенный в первом квадранте комплексной плоскасти.

 

 

Вывод:

Годограф  Михайлова начинается на положительной  вещественной полуоси и последовательно  проходит комплексной плоскости  равной порядку характеристического уравнения (1=I), следовательно система устойчива.

2) определим  устойчивость системы управления  температурой воздуха в конюшне по критерию Найквиста.

Подставляя  S=jw в выражение W(S) построим на плоскости график КЧХ разомкнутой системы W(jw) при к_р=8 Т_и=40 с. Для этого сначала построим КЧХ апериодического звена:

 

W (jw)=к_p / (jΘS+1)

 

График  этой КЧХ представляет собой полуокружность, расположенную в 4 квадранте комплексной  плоскости. Радиус полуокружности равен к_p / 2, а его центр расположен на положительной оси на расстоянии к_p / 2 от начала координат (рис.2)

 

 

Задаваясь значениями w вычисляем несколько значений угла φ, позволяющих построить несколько векторов КЧХ, Значения w рекомендуется выбирать в пределах w_* <w<w_** чтобы соответствующие значения угла φ равномерно располагались в секторе 45⁰< φ<80⁰: