Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

СУМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра компьютеризованных систем управления

КУРСОВая работА

на тему:

"Электропривод ротора фильтрующей подвесной центрифуги"

по дисциплине:

"Электромеханические системы автоматического управления и электроприводы"

Рук. работы,

к.т.н., доцент Червяков В.Д.

Исполнитель

студента гр. СУ-61 Никоненко М.Ю.

Сумы - 2010 г.

Сумский Государственный университет

Кафедра компьютеризованных систем управления

Дисциплина Электромеханические системы автоматического управления и электроприводы

Специальность 6.091400 Системы управления и автоматики

Курс I V Группа СУ-61 Семестр 8

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу студенту

Никоненку Максиму Юрьевичу

1 Тема : Электропривод ротора фильтрующей подвесной центрифуги

2 Срок сдачи проекта 20.05.2010

3 Исходные данные к работе вариант 1/8

4 Содержание проекта

1 Конструктивно технологические характеристики центрифуги

2 Расчет мощности и выбор приводного электродвигателя

3 Выбор электрооборудования силовой части электропривода

4 Математическое описание силовой части электропривода как объекта управления

5 Расчет переходных процессов в разомкнутой системе ЭП

5 Перечень графического материала рисунков, чертежей, схем

6 Дата выдачи задания

7. Сроки защиты проекта 20-25.05.2010 г.

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН

№ п/п	Наименование этапов курсового проекта	Сроки выполнения этапов проекта	Примечания
1	Анализ задания на курсовой проект. Составление технического описания центрифуги. Составление краткого описания технологического процесса. Определение требований к электроприводу.	10.05.10
2	Составление технического задания.	10.05.10
3	Выбор системы электропривода. Разработка функциональной схемы силовой части электропривода.	10.05.10
4	Расчет мощности и выбор приводного электродвигателя.	15.05.10
5	Выбор электрооборудования силовой части электропривода. Выполнение электротехнических чертежей	15.05.10
6	Составление математического описания силовой части электропривода.	15.05.10
7	Расчет и анализ статических характеристик разомкнутой системы электропривода.	20.05.10
8	Расчет переходных процессов в разомкнутой системе электропривода.	20.05.10
9	Оформление работы	20.05.10
10	Представление работы к защите	21-25.05.10

Руководитель __________ Червяков В. Д.

« 30 » апреля 2010г.

№ строки	Формат	Обозначение	Название	Кол-во листов	Примечание
1			Документация общая
2			Вновь разработанная
3	А4		Реферат	1
4	А4		Техническое задание	4
5	А4		Пояснительная записка	36
6	А4		Задание кафедры	1
7	А4	СУ61.6.091400.Г	Документация конструкторская	1
8			Вновь разработанная
9	А4	СУ61.6.091400.А	Листинг программы
10	А4	СУ61.6.091400.Д	Ротор центрифуги	1
11	А4	СУ61.6.091400.ТЧ1.1	Нагрузочная диаграмма Мс(t)	1
12	А4	СУ61.6.091400.ТЧ2.1	Схема кинематическая механической части ЭП	1
13	А4	СУ61.6.091400.ТЧ3.1	Нагрузочная диаграмма М(t)	1
14	А4	СУ61.6.091400.ТЧ4.1	Схема структурная силовой части ЭП	1
15	А4	СУ61.6.091400.М1.1	Обзорная схема подключения ЭП	1
16	А4	СУ61.6.091400.Э1.1	Схема электрическая функ-циональная ЭП серии КТЭУ	1
17	А4	СУ61.6.091400.Б	Переходные процессы при пуске	1

Реферат

Электропривод ротора фильтрующей подвесной центрифуги ФПН-100 с нижней выгрузкой осадка.

Работа содержит 47 листа, включающих 6 рисунков, графическую документацию, включающую 7 чертежей.

Электропривод, центрифуга, ротор, тиристорный преобразователь, двигатель постоянного тока, суспензия, система управления.

Разработано техническое задание. Выбрана система электропривода «ТП-ДПТ». Выбран приводной двигатель Д818, удовлетворяющий запросам и требованиям технологического процесса.

Составлена математическая модель силовой части электропривода. С помощью ЭВМ были рассчитаны переходные процессы в разомкнутой системе электропривода, которые подтвердили правильность расчетов работы. Был произведен анализ правильности выбора элементов силовой части электропривода.

Конечным результатом работы является конструкторская документация к силовой части электропривода.

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой КСУ _____________

"30" апреля 2010 г.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

на проектирование электропривода ротора фильтрующей подвесной центрифуги

Проектант:

студент гр. СУ-61 Никоненко М.Ю.

Согласовано:

Рук. работы Червяков В.Д.

Сумы - 2010 г.

1. Наименование разрабатываемого устройства:

Силовая часть ЭП ротора фильтрующей подвесной центрифуги

2. Область применения устройства:

Химическая, сахарная промышленность.

3. Цель и назначение разработки:

Цель - рассмотреть вопросы разработки и исследования силовой части ЭП ротора подвесной центрифуги и спроектировать ЭП.

4. Технические требования:

· приводной двигатель соединяется своим валом со шкивом ленточного тормоза через эластичную муфту;

· массой деталей шлицевого соединения и муфты пренебречь;

· вал центрифуги считать абсолютно жёстким;

· при расчёте момента инерции механизма и построении нагрузочной диаграммы принять, что центрифуга работает при максимальной загрузке суспензии;

· электропривод ротора должен обеспечивать возможность плавного регулирования скорости в диапазоне от ползучей n2 (см. табл.3) до максимальной n5 (см. табл.3)в любом направлении.

Эскиз вращающейся механической части центрифуги представлен в приложении (см. чертеж СУ61.6.091400.А - ротор центрифуги).

5. Рабочий цикл центрифуги:

Рабочий цикл центрифуги характеризуется тахограммой работы привода ротора (рис.1). Значение частоты вращения ротора (n, об/мин) заданы в табл. 3, продолжительности участков рабочего цикла (t, с) заданы в табл. 2. Основные технологические операции рабочего цикла центрифуги выполняются в следующей последовательности (рис. 1):

· разгон ротора нагруженной центрифуги до пониженной скорости n1, (длительность t1);

· загрузка центрифуги на скорости n2 (длительность t3);

· разгон ротора до максимальной скорости n2 (длительность t3);

· промывка продукта, фильтрация на скорости n2 ,(длительность t4);

· торможение ротора до пониженной скорости n3, (длительность t5);

· завершение фильтрации и слива оттека на скорости n3 (длительность t6).

· реверс ротора до скорости n4 (длительность t7, t8);

· опускание ножа, срез продукта, выгрузка на скорости n4 (длительность t9);

· разгон ротора в обратном направлении до максимальной скорости n5 (длительность t10);

· промывка сит на скорости n5 (длительность t11);

· торможение ротора до полной остановки, наложение механического тормоза (длительность t12);

· пауза, состояние готовности к выполнению очередного цикла работы (длительность t13);

5. Условие эксплуатации оборудования:

· максимальная загрузка ротора суспензией составляет 450 кг;

· загрузка и выгрузка производится на пониженной скорости вращения ротора, суспензия равномерно распределена по высоте ротора, образуя цилиндрическое тело с внутренним диаметром Dзагр, прижатое центробежной силой к обмотке ротора;

· работа в закрытых помещениях с температурой до +40 C при влажности воздуха + 95% среда агрессивная не взрывоопасная;

· питание электропривода - цеховая сеть переменного тока с напряжением 380 В.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таблица 1 - Конструктивные размеры ротора и податливость муфты

Размеры	Размерность	Размеры	Размерность
H1 = 250	Мм	H4 = 900	мм
D1 = 80	Мм	D4 = 70	мм
H2 = 100	Мм	H5 = 250	мм
D2 = 200	Мм	H6 = 30	мм
H3 = 600	Мм	D6 = 450	мм
D3 = 600	Мм	H7 = 150	мм
Dзагр. = 350	Мм	Cм = 120	Н м/рад

(см. чертеж СУ61.6.091400.Д - ротор центрифуги)

Таблица 2 - Временные параметры рабочего цикла

t1

t2

t3

t4

t5

t6

t7

t8

t9

t10

t11

t12

t13

15 c

11c

15 c

35 c

9 c

7с

6 с

5 с

10 с

13 с

20 с

19 с

25 с

Таблица 3 - Скоростные параметры рабочего цикла

n1	n2	n3	n4	n5
400 об/мин	1000 об/мин	250 об/мин	600 об/мин	2000 об/мин

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКи УКРАИНЫ

СУМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра компьютеризованных систем управления

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе на тему:

"Электропривод ротора фильтрующей подвесной центрифуги"

по дисциплине:

«Электромеханические системы автоматического управления и электроприводы»

Рук. работы Червяков В.Д.

Исполнитель

студент гр. су-61 Никоненко М.Ю.

Сумы-2010 г.

Содержание

• Перечень сокращений и обозначений
• Введение
• 1. Описание рабочей машины (центрифуги)
• 2. Технологический процесс центрифугирования. Требования к электроприводу ротора
• 3. Требования к электроприводу ротора
• 4. Расчет мощности и выбор приводного электродвигателя
• 4.1 Анализ теплового режима работы электродвигателя
• 4.2 Расчет и построение нагрузочной диаграммы механизма
• 4.3 Вычисление расчетной мощности электродвигателя
• 4.4 Выбор электродвигателя
• 4.5 Составление расчетной схемы механической части электропривода0
• 4.6 Расчет момента инерции электропривода
• 4.7Расчет и построение нагрузочных диаграмм электропривода
• 4.8 Проверка двигателя по перегрузке и по условиям пуска
• 4.9 Проверка двигателя по нагреву
• 5. Выбор электрооборудования силовой части электропривода
• 5.1 Выбор комплектного электропривода
• 5.2 Состав электропривода
• 5.3 Описание основных составляющих электропривода
• 6. Математическое описание силовой части электропривода
• 7. Расчет переходных процессов в системе ЭП
• Заключение
• Список источников информации
• Приложение А - Переходные процессы при пуске
• Приложение Б - Переходные процессы при торможении
• Приложение В - Конструкторская документация
• Перечень сокращений и обозначений

ДПТ - двигатель постоянного тока

ПЧ-АД - преобразователь частоты - асинхронный двигатель

ТП - тиристорный преобразователь

ТП_Д - тиристорный преобразователь - двигатель

УУКиС - устройство управления, контроля и сигнализации

ЭП - электропривод

ТЗ - техническое задание

Введение

Для разделения неоднородных систем, состоящих из двух и более фаз (суспензий и эмульсий), применяют метод центрифугирования, основанный на воздействии силового центробежного поля на неоднородную систему. Машины для разделения неоднородных систем в центробежном поле называют центрифугами. Их применяют в химической, пищевой, медицинской, металлургической и других отраслях народного хозяйства.

В упрощенном виде центрифуга представляет собой быстро вращающийся вокруг своей оси пустотелый ротор. Суспензия (или эмульсия) загружается в ротор периодически или непрерывно. Продукты разделения выводятся из ротора также периодически или непрерывно.

Особенностью подвесных центрифуг с верхним приводом и нижней выгрузкой продукта является шарнирная подвеска вертикального вала с ротором, допускающая отклонение системы от вертикальной оси и самоцентрирование вращающихся масс. Вследствие этого центрифуги малочувствительны к неравномерной загрузке ротора и обладают большой динамической устойчивостью во время работы.

Подвесные центрифуги получили широкое распространение во многих отраслях промышленности: химической, сахарной, пищевой, металлургической и др. Наибольшее распространение они нашли в химической и сахарной промышленности; в других производствах их используют при обработке суспензий с нерастворимой твердой фазой, когда необходимо достичь высокой степени обезвоживания твердой фазы; при обработке продуктов, измельчение которых нежелательно и т.д. Машины широко применяются для обработки поваренной соли, сульфата аммония, нафталина, поташа, кварцевого песка, серы, борной кислоты, утфеля сахарного производства и др.

В данном проекте приводится разработка электропривода ротора фильтрующей подвесной центрифуги. Результаты проектирования представлены чертежами.

1. Техническое описание центрифуги

Центрифуга (рис. 1.1) представляет собой фильтрующую подвесную вертикальную машину периодического действия с нижней ручной выгрузкой продукта через днище ротора, предназначенную для разделения суспензий с мелко- и среднезернистой твердой фазой.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Центрифугу изготавливают из углеродистой стали и чугуна. Основными узлами центрифуги являются ротор 14, привод 11, кожух 13 с крышкой 12, тормоз 9 и металлоконструкция 3.

Центрифуга устанавливается на металлоконструкции, состоящей из двух опорных стоек и двух продольных балок-швеллеров №24, соединенных болтами в верхней части стоек. Центрифуга приводится во вращение вертикальным двигателем 7, который рассчитан на непрерывную работу центрифуги при загрузке ее 800-1200 кг.

Электродвигатель рассчитан на работу при температуре окружающей среды до +40°С и относительной влажности 95%. Механический тормоз 9 в центрифуге кроме аварийного торможения осуществляет дотормаживание центрифуги после основного электрического рекуперативного торможения электродвигателя.

Электродвигатель соединен с валом центрифуги 4 посредством эластичной резиновой муфты 8; вал закреплен в приводе на шарнирной опоре. Между корпусом привода 6 и корпусом подшипников 5 установлен резиновый амортизатор 10, который при неуравновешенности вращающейся массы (особенно во время загрузки) значительно облегчает условия работы подшипников качения и вала, принимая на себя удары и колебания. Вращающийся вал может отклоняться от вертикального положения вследствие деформации резинового амортизатора, что приводит к самоуравновешиванию вращающихся масс.

Ротор центрифуги - цилиндрический, с перфорированной обечайкой, подвешен на нижнем конце вала и выложен внутри подкладным и фильтрующим ситами. Загрузка производится с помощью специального лотка 1, закрепленного на кожухе и входящего внутрь ротора. Механизированная выгрузка осадка из ротора (механизм среза 2) осуществляется с помощью ножа специальной конструкции, закрепленного на крышке кожуха.

Рассмотрим устройство основных узлов центрифуги более подробно.

Ротор подвесной центрифуги изготавливают сварным из углеродистой стали. Высокие требования предъявляют к качеству и контролю сварки. Сварку ротора должны производить только дипломированные сварщики.

Размещено на http://www.allbest.ru/



Размещено на http://www.allbest.ru/

Обечайка фильтрующего ротора обычно перфорируется отверстиями, расположенными в шахматном или коридорном порядке. Ротор подвесной центрифуги (рис. 1.2) состоит из обечайки 2, верхнего днища 3, розетки 6 и нижнего днища 1. Розетка состоит из ступицы 5, обода 7 и спиц 4, через проемы которых производится разгрузка ротора. Все фильтрующие роторы комплектуют фильтрующей основой, состоящей из подкладного дренажного сита и фильтрующей сетки. Применяют металлические сетки саржевого плетения и сетки из тонколистовой латуни со штампованными отверстиями прямоугольного или круглого сечений. Привод подвесной центрифуги (рис. 1.3)является шарнирной опорой вала и предназначен для передачи ротору вращения от электродвигателя через эластичную соединительную муфту. Муфта закреплена на тормозном шкиве и соединена с валом двигателя с помощью шлицевых втулок. Основные детали привода - корпус 12, тормозной шкив 14, эластичная резиновая муфта 15, ленточный тормоз 18. Корпус подшипников 6 опирается верхней шаровой поверхностью в гнезде корпуса привода и зафиксирован от кругового вращения специальным болтом 11. Алюминиевая коробка 4 для масла закреплена на валу 22 и вращается вместе с ним. Кроме того, имеются заборная трубка 5, подающая масло на подшипники, защитный кожух 1, манометр 7 для контроля давления масла, масленки 20 и 21, предназначенные соответственно для смазки шаровой поверхности и заливки масла в алюминиевую коробку. В корпусе подшипников расположен вал, подвешенный на двух радиальных и одном упорном подшипниках качения. Со стороны тормозного шкива корпус закрыт крышкой 13. Смазка подшипников - жидкая, с местной циркуляцией в результате скоростного напора масла, создаваемого в заборной трубке, закрепленной в нижней части корпуса подшипника. Циркуляция масла контролируется манометром (избыточное давление должно быть не менее 0,01 МПа).

Центрифуга укомплектована механизмом среза с ручным управлением (рис. 1.4). Основной его деталью является нож 12, закрепленный на нижнем цилиндрическом конце штанги 10, совершающей возвратно-поступательное движение во втулке корпуса 8. Корпус через ось 2 соединен с кронштейном 1, жестко установленным на кожухе. Поворот корпуса вокруг оси осуществляется маховиком 6 через валик 5 и шестерню 4, которая заходит в зацепление с зубчатым сектором 3. Нож в нерабочем положении (выведенный из ротора) фиксируют в специальном секторе 9 с помощью имеющегося на штанге зуба. Только при выведенном из ротора и зафиксированном ноже возможен пуск двигателя.



Размещено на http://www.allbest.ru/

2. Технологический процесс центрифугирования

Центрифугированием или фугованием называется разделение неоднородных систем при помощи центробежных сил.

Центрифугирование технических суспензий и шлаков производится двумя методами. По первому их разделение осуществляется благодаря использованию объемных сил дисперсной фазы, по второму - объемных сил дисперсной среды и частично дисперсной фазы. В первом случае центрифугирование выполняется в роторах имеющих сплошную стенку, во втором - перфорированную.

Разделение в сплошных роторах можно сравнить с отстаиванием в поле тяжести, хотя особенности центробежного поля и обуславливают разницу в протекании этих процессов.

Центрифугирование в перфорированных роторах является своеобразным процессом, отдельные элементы которого сходны с процессами фильтрации, прессования шлаков и т.д.

Основным показателем работы центрифуги является индекс производительности, характеризующий относительную разделяющую способность центрифуги. Его рассчитывают по формуле:

? = 2?rрт LFr, (2.1)

где L - длина ротора центрифуги периодического действия или цилиндрической части ротора шнековой центрифуги, м;

rрт - радиус ротора, м;

Fr - фактор разделения на радиусе ротора rрт.

Фактор разделения - безразмерный параметр, определяющий, во сколько раз ускорение центробежного поля, развиваемого в центрифуге, больше ускорения свободного падения. Его находят из уравнения:

 , (2.2)

где ?р - угловая скорость ротора, рад/с;

g - ускорение свободного падения, м/с2.

Значения rрт и ?р зависят от конструктивных особенностей центрифуги. С их увеличением фактор разделения растет. Максимальное значение его практически достигается увеличением угловой скорости (при вынужденном уменьшении радиуса ротора).

Центрифугирование суспензий и шлаков в перфорированных роторах называется центробежной фильтрацией. В общем случае оно состоит из следующих трех процессов, протекающих в результате воздействия на обрабатываемый продукт центробежных сил инерции:

фильтрации с образованием осадка, т.е. отделения частиц, взвешенных в жидкости, при прохождении последней через проницаемую стенку ротора центрифуги;

отжима жидкости из образовавшегося осадка;

удаления из осадка жидкости, удерживаемой молекулярными силами.

Центробежная фильтрация с образованием осадка протекает подобно обычной фильтрации. Вслед за этим процессом происходит отжим жидкости из осадка, сопровождающийся уплотнением последнего. Затем следует удаление жидкости, удерживаемой в местах соприкосновения частиц и на их поверхности.

Процесс, состоящий из отжима и отделения пленочной и капиллярной жидкости, называется центробежным отжимом. Примерами этого процесса являются центрифугирование сахарного утфеля и сульфата аммония.

Подвесные центрифуги с верхним приводом являются машинами периодического действия. Процесс центрифугирования в них обычно происходит следующим образом. Ротор центрифуги на ходу при неполной или полной скорости вращения загружается материалом, подлежащим обработке. Если загрузка произведена при неполном вращении ротора, то после ее окончания скорость ротора доводят до максимальной. При центрифугировании в перфорированных роторах твердая фаза к концу процесса содержит минимальное количество отделяемой жидкости, которая удерживается на поверхности частиц твердой фазы и в местах их соприкосновения. Чтобы избавиться от остатков жидкой фазы, осадок промывают другой жидкостью (иногда несколькими).

Под действием центробежного поля промывная жидкость удаляется, и содержание ее с течением времени становится минимальным. Выгрузка с помощью механических ножей осуществляется при вращении ротора с небольшой скоростью.

Рабочий цикл центрифуги характеризуется тахограммой работы привода ротора (рис. 1 см. ТЗ).

3. Требования к электроприводу ротора

Электрооборудование центрифуг обычно работает в условиях химически агрессивной, невзрывоопасной среды с повышенной относительной влажностью воздуха (до 95%) при температуре до +40 С. В этом случае, при нарушении естественного охлаждения, исполнение электродвигателей должно быть не менее IP44 или необходимо продуваемое исполнение с подводом чистого воздуха. Наибольшую мощность электродвигателей имеют центрифуги периодического действия, применяемые в производстве сахара. Поэтому перегрузочная способность двигателя должна быть достаточной для устойчивой работы электропривода в периоды максимальной нагрузки. Кроме того, аппаратура, установленная на самих центрифугах, должна работать в условиях значительных вибраций и тряски.

Основные требования к электроприводу таких центрифуг: обеспечить оптимальные динамические режимы при постоянных ускорении и замедлении центрифуги и стабилизировать ее частоты вращения при загрузке, выгрузке и фуговке.

Если учесть большие моменты инерции центрифуг, то вопрос применения экономичного электропривода, обеспечивающего рекуперацию энергии в сеть при торможении, здесь занимает важное место.

Электропривод ротора центрифуги также должен обеспечивать возможность плавного регулирования скорости от "ползучей" скорости равной 10 об/мин, до максимальной, равной 1500 об/мин. Питание электропривода осуществляется от цеховой сети переменного тока с напряжением 380 В (согласно ТЗ).

4. Расчет мощности и выбор приводного электродвигателя

4.1 Анализ теплового режима работы электродвигателя

Определим время работы:

Время цикла:

Фактическая продолжительность включения:

Принимаем стандартное значение ?ст = 100%

Исходя из тахограммы (рис.1) и фактической продолжительности включения, можно сделать вывод, что режим работы двигателя S8 - режим работы при периодическом изменении частоты вращения и нагрузки. Это последовательность идентичных рабочих циклов, каждый из которых состоит из периодов ускорения, работы при постоянной нагрузке, соответствующей заданной частоте вращения, затем одного или нескольких периодов работы при других постоянных значениях нагрузки, соответствующих другим частотам вращения.

Квалифицируем режим работы как S8 так как ?ф > 60%. S8 - перемежающийся без пауз.

4.2 Расчет и построение нагрузочной диаграммы механизма

Нагрузочная диаграмма механизма представляет собой график Мс.мех(t) изменения статического момента на валу ротора центрифуги во времени в течение рабочего цикла центрифуги. Необходимо определить значение статического момента на каждом участке рабочего цикла.

Статический момент на валу ротора центрифуги:

(4.1)

где - составляющая статического момента ,обусловленная трением вращающего ротора центрифуги о воздух ;

- момент, создаваемый силами трения вала ротора центрифуги в подшипниках.

На участке рабочего цикла, соответствующем процессу выгрузки осадка, абсолютное значение Мс.мех возрастает на величину момента Мрез, обуславливаемого усилием резания, воздействующим на лезвие ножа (Мрез = 0,6·Мв).

Момент сил трения о воздух:

, (4.2)

где H - высота (длина) ротора, м;

D - диаметр ротора, м ;

n - скорость вращения ротора, об/мин.

Момент сил трения в подшипниках:

(4.3)

где f = 0.03 - 0.09 - коэффициент трения ,зависящий от типа подшипника;

mц - масса ротора с продуктом, кг;

d - диаметр вала на котором укреплен ротор центрифуги, м.

Рассчитаем массу ротора с продуктом:

(4.4)

где mзагр - максимальная загрузка ротора суспензией и составляет 450 кг;

?mi - масса незагруженного ротора.

(4.5)

где Di 2 - диаметр i-той части ротора, м;

Hi - высота i-той части ротора, м;

? - плотность, кг/м3 (плотность стали 7900 кг/м3).

центрифуга электродвигатель электропривод силовой

Масса незагруженного ротора:

Масса ротора с продуктом:

Определим момент сил трения в подшипниках для загруженного и незагруженного ротора (f = 0,04 - подшипники качения):

МТ.загр = 4.9 · f · mц · D4 = 14,7 Н·м

МТ.незагр = 4.9 · f · ?mi · D4 = 3,71Н·м

Определим:

Определим статический момент на валу ротора центрифуги на каждом участке рабочего цикла:



Нагрузочная диаграмма Мс.мех(t) представлена на чертеже СУ61.6.091400.ТЧ1.1

4.3 Вычисление расчетной мощности электродвигателя

Определяем частоту вращения ротора на каждом участке рабочего цикла

(4.6)



Где n1 = 400 об/мин n7 = 0 об/мин n13 = 0 об/мин

n2 = 400 об/мин n8 =600 об/мин

n3 = 1000 об/мин n9 = 600 об/мин

n4 = 1000 об/мин n10 = 2000 об/мин

n5 = 250 об/мин n11 = 2000 об/мин

n6 = 250 об/мин n12 = 0 об/мин

Расчетная мощность электродвигателя вычисляется по формуле:

Ррас = Кз·Рс.мех.ср· (4.7)

где Кз - коэффициент запаса, учитывающий влияние динамических процессов на температурный режим двигателя и дополнительные потери энергии в нем;

Рс.мех.ср - среднее значение статической мощности механизма за время tp работы в пределах рабочего цикла;

?ф - фактическая (по тахограмме) относительная продолжительность включения;

?ст - стандартная продолжительность включения (для которой будет выбираться мощность двигателя по каталогу, ближайшая по значению к ?ф).

С учетом значительной доли переходных процессов в общей продолжительности рабочего цикла рекомендуется принять Кз =1.7. Если тепловой режим двигателя продолжительный, то ?ст= 1 (100%). Средняя статическая мощность за время работы вычисляется по формуле:

(4.8)

где і - условный номер участка работы электропривода (без учета пауз);

tp.i - продолжительность і-го участка работы;

?мех - частота вращения ротора центрифуги, рад/с.

Подынтегральная функция представляет собой мгновенное значение Рс.мех статической мощности механизма. В нашем случае все составляющие статического момента имеют реактивный характер, поэтому последняя формула упрощается:

(4.9)

Расчетную мощность можно вычислить более обоснованно, если в качестве Рс.мех.ср принять среднеквадратичное значение статической мощности за время работы Тр, т.е.:

(4.10)

В этом случае можно принять Кз=1,7.

Тогда:

(4.11)

Средняя статическая мощность за время работы:

Подставляя полученные значения в формулу (4.7) получаем:

4.4 Выбор электродвигателя

Исходя из Ррас и режима работы электропривода, выбираем краново-металлургический двигатель постоянного тока серии Д, возбуждение параллельное без стабилизирующей обмотки. Класс нагревостойкости изоляции обмоток и коллектора Н, допустимое превышение температуры обмоток , коллектора . Отношение максимального и пускового моментов к номинальному лежит в пределах .

Паспортные данные двигателя:

Тип двига-теля	, кВт	, А	, об/мин	, об/мин	,	Коли- чество охлажда-ющего воздуха	Стати-ческий напор, Па	Макси- мальный вращаю- щий момент,
Д818	185	460	450	1500	7,3	50	550	8480

4.5 Составление расчетной схемы механической части электропривода

Кинематическая схема представлена на чертеже СУ61.6.091400.ТЧ2.1

Механическую часть примем состоящую из двух вращающихся масс, которые имеют моменты инерции J1 и J2. Две массы связаны эластичной муфтой и имеют жесткость связи С1. Масса с моментом инерции J1 вращается со скоростью ?1 к ней приложен момент М1. Аналогично к ротору центрифуги с моментом инерции J2 имеющий скорость ?2 приложен момент М2. Учитываем элемент приведения масс двигателя, модель принимает вид изображенный на чертеже СУ61.6.091400.ТЧ2.1. К ротору двигателя приложены моменты М и Мс1 трение в подшипниках. Вторая масса нагружена статистическим моментом Мс2.

4.6 Расчет момента инерции электропривода

На основании расчетной схемы механической части вычисляется суммарный момент инерции привода J?, приведенный к скорости вращения вала двигателя. При этом получаем два значения J?, для участка рабочего цикла, когда ротор не загружен и полностью загружен суспензией.

, (4.12)

где Jдв - момент инерции ротора двигателя (якоря);

Jмех - момент инерции механизма (ротора центрифуги с продуктом).

(4.13)

(4.14)



Для того чтобы определить момент инерции привода для участков рабочего цикла, когда ротор полностью загружен, необходимо определить момент инерции утфеля.

Тогда:



4.7 Расчет и построение нагрузочных диаграмм электропривода

Статический момент, приведенный к скорости вала двигателя, определяется по формуле:

(4.15)

где М0 - момент потерь холостого хода электродвигателя;

iр - передаточное число редуктора;

?р - К.П.Д. редуктора.

Величиной М0 пренебрегаем в виду ее малости. Так как привод безредукторный, то формула (4.15) принимает вид:

(4.16)

Электромагнитный момент двигателя равен сумме статического и динамического моментов:

(4.17)

где

Рассчитаем динамические моменты:

Зная статический и динамический моменты на каждом участке рабочего цикла, по формуле (4.17) определяем электромагнитный момент:



Нагрузочные диаграммы Мс(t) и М(t) строятся на основании тахограммы ?р(t) рабочего цикла центрифуги, при котором тепловой режим работы электродвигателя будет наиболее неблагоприятный (чертеж СУ61.6.091400.ТЧ3.1)

Поскольку применяется двухзонное регулирование скорости ДПТ, то при ослаблении магнитного потока двигателя нарушается прямая пропорциональность между моментом и током якоря. Поэтому, кроме упрощенной нагрузочной диаграммы М(t), необходимо построить упрощенную токовую диаграмму I(t). При скорости, равной или меньшей номинальной (? ? ?н), ток якоря двигателя определяется соотношением:

(5.17)

Здесь значение k•Фн определяется номинальными данными двигателя:

, (5.18)

где Rя - сопротивление якорной цепи двигателя, приведенное к рабочей температуре;

Uн - номинальное напряжение якорной цепи.

При скорости, выше номинальной, ток двигателя определяется по формуле:

(5.19)

Определяем значения ?н и k•Фн:

В связи с тем, что сопротивление якоря двигателя в справочнике не дано, определим по формуле:

где .

Теперь, используя формулы (5.17) и (5.19), определяем значение тока на каждом участке рабочего цикла. Значения ?i и ni мы возмём из формулы (4.6) пункта 4.3, а значения Мi

А

 А

А

А

А

А

А

А

А

А

А

А

А

Токовая диаграмма I(t) представлена на чертеже СУ61.6.091400.ТЧ4.1

4.8 Проверка двигателя по перегрузке и по условиям пуска

На основании построенных нагрузочных диаграмм производится проверка двигателя на перегрузку. Двигатель проходит по перегрузочной способности, если выполняются условие:

М ? Мдоп (4.19)

на протяжении всего рабочего цикла работы ЭП. Здесь М - значение момента из нагрузочной диаграммы; Мдоп - максимально допустимое значение момента выбранного двигателя.

В качестве М берем максимальный момент за время работы в рабочем цикле.

М = М8 =935 Н•м

Нм

Для ДПТ известна перегрузочная способность по току, поэтому:

(5.22)

А.

В качестве I берем максимальный ток за время работы в рабочем цикле:

А.

Двигатель проходит по перегрузочной способности.

Проверка по пусковому моменту

Смысл этой проверки состоит в том, что проверяется физическая реализуемость процесса пуска ЭП из неподвижного состояния. Необходимо проверить выполнение условия

МП > МС.ТР (4.20)

где МП - пусковой момент двигателя;

МС.ТР - значение статического момента при трогании механизма из неподвижного состояния (момент трогания).

Так как пуск двигателя совершается на холостом ходу, то момент МС.ТР имеет малое значение, т.е. можно сделать вывод, что МП > МС.ТР. По пусковому моменту двигатель проходит. Теперь двигатель нужно проверить по условиям нагревания (по температурному режиму).

4.9 Проверка двигателя по нагреву

В практике проектирования ЭП из всех методов проверки двигателей

на нагрев наибольшее распространение получил метод эквивалентного момента - для случая однозонного регулирования скорости .

Значения этой эквивалентной величины находят по формуле:

(4.21)

где М1, М2, …, Мn - значения моментов на участках нагрузочных диаграмы М(t) длительностью t1, t2, …, tn, причем сумма длительностей этих участков равна времени цикла

Формула (4.21) справедлива лишь в случаях, когда условия охлаждения на всех участках работы не отличаются от расчетных, принятых при проектировании двигателя. Для самовентилируемых двигателей, теплоотдача которых зависит от частоты вращения, в эти формулы следует вводить поправочные коэффициенты для участков, где скорость двигателя меньше номинальной. При этом формула эквивалентного момента приобретает вид

(4.23)

где tП, tТ, tУСТ - продолжительность режимов пуска, торможения, работы с установившейся скоростью в течение цикла;

? и ? - коэффициенты, учитывающие ухудшение условий охлаждения при работе со скоростью, ниже номинальной, в процессах пуска () и во время паузы (?). Обычно принимают = 0,75 и ? = 0,5. Так как, выбран двигатель крановометалургической серии, то в формуле не учитывается время паузы t0 и коэффициент ?.

tП = t1 + t3+ t8 + t10 = 48 c

tТ = t5 + t7+ t12 = 34 с

tУСТ = t2 + t4+ t6 + t9 + t11 = 83 с

t0 = t13 = 25 с

Ухудшение условий теплоотдачи учитывается при определении расчетной продолжительности включения:

(4.24)

Подставляя полученные значения в формулу (4.23) имеем:

МЭ = 466,14 Нм

Так как расчетная продолжительность отличается от стандартной, то сделаем перерасчет эквивалентного момента по формуле:

(4.25)

Для приводов центрифуг считается обязательным запас мощности 20-25%, поэтому условиями пригодности двигателя по тепловому режиму будет соотношение:

Двигатель проходит по нагреву, т.к. выполняются условия (4.26) :

466, 14 ? ,83 Нм

5. Выбор электрооборудования силовой части электропривода

5.1 Выбор комплектного электропривода

Наиболее современным видом регулируемого ЭП является ЭП ПТ, в котором регулирование осуществляется изменением среднего значения напряжения приложенного к якорю электродвигателя постоянного тока и его обмотки возбуждения. В последнее время в качестве источника регулируемого напряжения постоянного тока используют ТП. Такие электроприводы называются тиристорными.

Исходя из номинального тока и номинального напряжения, выбираем комплектный тиристорный ЭП унифицированной серии КТЭУ: КТЭУ-500/380-1212 УХЛ4.

Технические данные:

IН = 500 А

UН = 380 В

1. Однодвигательный.

2. Реверсивный с изменением напряжения тока в цепи обмотки возбуждения без режима рекуперации.

3. ТП связан с сетью посредством реактора.

4. Основной регулируемый параметр - скорость.

5.2 Состав тиристорного электропривода

В состав комплектного электропривода входят:

1. Электродвигатель постоянного тока с тахогенератором;

2. Тиристорный преобразователь для питания якоря электродвигателя;

3. Тиристорный преобразователь для питания обмотки возбуждения;

4. Анодный реактор;

5. Коммутационная и защитная аппаратура;

6. Сглаживающий реактор в цепи постоянного тока;

7. Устройство динамического торможения;

8. Система управления электроприводом;

9. Комплект аппаратов, приборов и устройств, обеспечивающих оперативное управление, контроль и сигнализацию;

10. Узлы питания обмотки возбуждения тахогенератора и электромеханического тормоза;

11. Контрольно-испытательные стенды;

12. Датчики, устанавливаемые на механизмы.

5.3 Описание функциональной схемы тиристорного электропривода

На чертеже СУ61.6.091400.Э1.1 изображена функциональная схема электропривода серии КТЭУ с номинальным током 320 /500 А.

ТП состоит из двух встречено включенных мостов VSF,VSB, получает питание от сети 380 В через автоматический выключатель QF1 и анодный реактор LF. На стороне постоянного тока защита осуществляется автоматическим выключателем QF2. Линейный контактор КМ служит для частой коммутации якорной цепи (при необходимости), динамическое торможение электродвигателя М осуществляется через контактор KV и резисторы RV1, RV2. Для возбуждения двигателя применяется тиристорный возбудитель ТПВ (нереверсивный при реверсивном якоре). Напряжение управления для СИФУ возбудителя вырабатывается в СУ ЭП. Тахогенератор BR возбуждается от отдельного узла A-BR; имеется также узел питания электромагнитного тормоза YB. СУ по сигналам оператора с пульта управления ПУ, сигналам о состоянии коммутационных и защитных аппаратов, получаемым из УУКиС, сигналам из общей СУТА, сигналам о токе якоря двигателя и токе возбуждения, получаемые с шунтов RS, RS2, сигналам о напряжении на якоре электродвигателя, снимаемым с потенциометра RP, сигналам о скорости, формируемым тахогенератором BR, выдает сигналы управления в СИФУ, УУКиС и на ПУ. УУКиС по командам оператора и сигналам из СУ включает или выключает аппараты QF1 - QF3, KM, KV, а также осуществляет сигнализацию о состоянии этих и других защитных аппаратов.

Сигналы задания и обратных связей в СУ гальванически разделяются от внешних цепей с высоким потенциалом. Система управления через гальваническую развязку выдает в СУТА значения необходимых регулируемых параметров. Устройства УУКиС получает сигнал от пульта управления, датчиков, СУТА, через двухпозиционные гальванические разделители, используемые в системе. Устройства УУКиС выдает на пульт управление и в СУТА двухпозиционные логические или контактные сигналы: готовность электропривода к работе, состояние аварийной и предупреждающей сигнализации, нулевой скорости или достижения некоторой заданной скорости. Логические сигналы подаются через гальваническую развязку и преобразователи напряжения.

6. Математическое описание силовой части электропривода

На основании расчетной схемы запишем систему электрических и механических уравнений для двухмассовой упругой системы:

- оператор дифференцирования.

Определим параметры системы:

- Сопротивление якорной цепи Rя = 0.016 Ом;

- ЭДС, возникающая при вращении двигателя, В:

ея = Uн - Iн•Rя ея = 372В;

- Конструктивный коэффициент, В•с:

;

- Индуктивность цепи якоря, Гн:

рn = 4 - число пар полюсов

См = 150 Н•м/рад.

На основании полученной системы уравнений составим структурную схему силовой части ЭП (чертеж СУ61.6.091400.М1.1).

7. Расчет переходных процессов в системе ЭП

Произведем расчет переходных процессов для режима пуска (0 - t1) и торможения (t11 - t12).

В общем виде формулы для расчета переходных процессов имеют вид:

Моделирование переходных процессов будем производить с помощью программного продукта Matlab v 7.01. Графики переходных процессов приведены в Приложении А (режим пуска) и Приложении Б (режим торможения).

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы были рассмотрены вопросы проектирования электропривода ротора фильтрующей подвесной центрифуги. Для ротора центрифуги была рассчитана мощность приводного двигателя, произведен выбор асинхронного двигателя, силового оборудования. Смоделированы переходные процессы в режимах пуска и торможения электропривода. Получено математическое описание силовой части электропривода как объекта управления.

Данная задача курсовой работы позволила решить вопросы теории электропривода в неразрывной связи с виртуальными условиями работы технологических агрегатов, что способствовало глубокому осмыслению основных теоретических положений, изучаемой дисциплины и показало теоретическую связь этих положений с технологическими требованиями исполнительных механизмов.

Список источников информации

Методические указания по курсовому проектированию "Проектирование электроприводов центрифуг". Часть 1. Часть 2. Сумы: СумГУ, 1996г.

Лукьяненко В.М., Таранец А.В. Центрифуги. Справочник. Изд. - М; Химия 1988г.

Справочник по электрическим машинам. - М.:Енергоатомиздат, том 1, том 2, 1989г.

Справочник по автоматизированному электроприводу. В.А. Елисеев.- М;1983г.

Ключев В.И. Теория электро-привода: Учебник для вузов. - М.:Энергоатомиздат, 1985. - 560с.

Размещено на Allbest.ru