Расчет автоматизированного электропривода сельскохозяйственной технологической установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

БРЯНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

Факультет энергетики и природопользования

Кафедра электротехнологий

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему:

Расчет автоматизированного электропривода сельскохозяйственной технологической установки

Выполнил: студент гр.Е-842

Сопранцов В.С.

БРЯНСК 2011

1. Введение

Поточные линии для производства кормов: сочных, грубых, концентрированных, комбинированных, гранулированных брикетированных -- значительно повышают производительность труда и находят все более широкое применение.

Технологический комплекс по приготовлению гранулированных кормов состоит из агрегата для приготовления муки, оборудования для гранулирования, транспортеров, бункеров для хранения продукции.На рис. 1 приведена технологическая схема приготовления травяной муки на агрегате АВМ-1,5. Агрегат предназначен для искусственной сушки и помола травы, фуражного зерна, листьев, хвои, жома, сахарной свеклы. Продукты перед сушкой измельчают, высыпают в лоток конвейера загрузчика зеленой массы, сушат в барабанной сушилке, куда из теплогенератора засасываются нагретый до высокой температуры воздух и продукты сгорания жидкого топлива.

Кормовая масса транспортируется конвейером, транспортером и вращающимся барабаном сушилки. Сухая масса увлекается потоком газов, который создается вентилятором большого циклонного охладителя. Из большого циклона высушенный продукт через дозатор попадает в дробилки.В применяемые для указанных целей автоматизированные установки и комплекты оборудования входят тысячи дробилок. Существующие агрегаты и линии имеют три способа подачи продуктов в дробилку: последовательный, параллельный и порциями.

При последовательной подаче различных продуктов после дробления ими заполняются большие емкости-бункера, каждый из которых предназначен для своего компонента. Из бункера продукты попадают в смеситель. В случае перехода на новый компонент необходимо перенастраивать систему подачи продукта в дробилку, что связано со снижением показателей технологической линии.



Рис. 1. Технологическая схема приготовления кормов на агрегате АВМ-1,5

При параллельной подаче несколько зерновых необработанных компонентов из разных бункеров после индивидуальной дозировки поступают в дробилку, где производится их общее дробление и смешивание. При подаче продуктов порциями характерны непрерывные частые переходы от одного компонента корма к другому, так как в линии после дробилки отсутствуют большие емкости-бункера, как это имеет место при последовательной подаче, а все компоненты после дробления один за другим подаются в циклично работающие смесители ограниченной вместимости. Приводной двигатель зернодробилки подвергается значительным перегрузкам, обусловленным изменением вида продукта. При ручном регулировании электропривода средняя загрузка дробильного агрегата и его электродвигателя составляет 60 -- 80% номинальной производительности и мощности. На зернодробильных агрегатах автоматизируется загрузка дробилки, чтобы не допустить перегрузку электродвигателя и агрегата. Одним из основных элементов системы управления производительностью и мощностью электропривода зернодробилок является загрузочный механизм (питатель), выполняющий роль регулирующего устройства, воздействующего на регулируемую переменную технологического процесса. После дробилок мука за счет потока, создаваемого вентиляторами, перемещается в малые циклоны, а затем затворами-дозаторами -- в шнековый разгрузчик, из которого ее можно направлять в отделение гранулирования или затаривать в мешки.

2.Выбор электродвигателя привода смесителя кормов

Нагрузочная диаграмма смесителя задана повторяющимся циклом в соответствии с требованиями технологического процесса. На первом участке (3 мин) двигатель отключен, мощность на втором участке (2 мин) нагрузочной диаграммы-5 кВт, на третьем (2 мин) 6 кВт, на четвертом (2 мин) -5кВт.

Т.к. в дальнейшем диаграмма повторяется, расчеты будем проводить на одном цикле, изображенном на рисунке.

Используя метод эквивалентной мощности, проведем расчет необходимой мощности привода. Режим работы привода -S3- повторно-кратковременный с продолжительностью включения

где t_p - время работы электропривода за цикл нагрузочной диаграммы;

t_ц -длительность цикла;

Эквивалентная мощность на участке работы привода:

где - мощность сопротивления и длительность i-го участка нагрузочной диаграммы,

-длительность участка работы привода.

Для привода механизма будем использовать двигатель, предназначенный заводом изготовителем для длительного режима работы. Поэтому его стандартной ПВ% считаем 100%. Мощность выбираемого двигателя должна удовлетворять условию

Выбираем электродвигатель 4А100L4У3

С параметрами:

· Номинальная мощность =4 кВт

· Номинальное скольжение =5,3%

· Коэффициент мощности cos=0.84

· Номинальный КПД %

· Кратность пускового момента

· Кратность критического момента

· Кратность минимального момента

· Кратность пускового тока =6

Проверим выбранный двигатель на перегрузочную способность. Максимальная мощность по нагрузочной диаграмме =7 кВт.

Проверим выполнение условия перегрузочной способности

электродвигатель привод смеситель

Т.к. скорость вращения при работе асинхронного двигателя меняется незначительно, отношение моментов можно заменить отношением мощностей.

Тогда условие перепишется в виде

,

,

1.751.95,

Условие выполняется.

Методы эквивалентных величин не точно учитывают постоянные потери в двигателе, поэтому проверим двигатель по нагреву более точным методом средних потерь. Для этого найдем номинальные потери двигателя по формуле

=4000*(1-0,84)/0,84=761 Вт

Для асинхронных двигателей базового закрытого исполнения отношение постоянных и переменных потерь:

где ДР_с-постоянные потери,

ДР_v.н- номинальные переменные потери.

Для двигателей постоянного тока б=0,75.

Поэтому для асинхронного двигателя треть номинальных потерь составляют постоянные потери, а две трети - переменные потери.

По формуле

Найдем потери на каждом участке нагрузочной диаграммы.

Средние потери за цикл:

Чтобы тепловой режим работы двигателя не был нарушен необходимо выполнение условия:

Условие выполняется, поэтому тепловой режим двигателя не будет нарушаться.

3. Расчет продолжительности пуска электропривода

Для расчета продолжительности пуска используем графоаналитический метод площадей.

Произведем расчет механической характеристики двигателя. Вычислим значения момента и частоты вращения в характерных точках характеристики:

· Синхронная точка.

Скорость двигателя равна синхронной

где f-частота токов статора,

р-число пар полюсов.

Момент двигателя равен 0.

· Номинальная точка.

Номинальная частота вращения

Номинальный момент



-номинальная мощность двигателя,

-номинальная частота вращения

· Критическая точка.

Критическое скольжение

Критическая частота вращения

Критический момент

м_к-кратность критического момента (м_к=2,2);



· Точка минимального момента.

Минимальный момент определяется

где м_min-кратность минимального момента (м_min=1,6);

Частота вращения в min точке приблизительно равна 20% от синхронной.

· Пусковая точка.

Частота вращения в пусковой точке равна 0. момент рассчитывается:

где м_п-кратность пускового момента (м_п=2);

Дополнительно к этим точкам необходимо рассчитать еще три, используя упрощенную формулу Клосса



Скольжение в первой точке возьмем приблизительно равным половине от номинального, во второй и третей точках приблизительно равномерно между номинальным и критическим

s1=0.025	s2=0.1	s3=0.15	S4=0.2

Соответствующие им частоты вращения

Моменты в точках

Данные расчетов сведем в таблицу

s	0	0,025	0,05	0,1	0,15	0,2	0,22	0,8	1
n, мин-1	1500	1461,5	1420,5	1350	1275	1200	1170	300	0
M, Н*м	0	13,273	26,89	44,571	55,08	58,89	59,158	30,23	24,8

Рассчитаем механическую характеристику производственного механизма, которая является вентилляторной и может быть рассчитана по формуле Бланка.

-начальный момент сопротивления,

-номинальный момент сопротивления и частота вращения,

Согласно заданию

=1420,5

Таблица 2 -Механическая характеристика производственного механизма

n,	0	300	600	900	1200	1500
M,HM	5,378	6,24	8,82	13,12	19,14	26,9

Для нахождения времени пуска электропривода на одном чертеже строим механическую характеристику двигателя

Находим зависимость динамического момента от частоты

-

как графическую разность характеристик.

Аппроксимируем полученную характеристику ступенчатой кривой.

Рисунок 2. Нахождение времени пуска электропривода

Согласно уравнению движения электропривода, заменив бесконечно малые приращения конечными, находим время разгона на каждом вертикальном участке по формуле

Где J-суммарный приведенный момент инерции электропривода.

J=10*1.12*10=11,2*10^-2 кг*м²

- момент инерции двигателя,

- изменение скорости на i -том участке,

-динамический момент i-том участке.

Общее время разгона электропривода

=0,16+0,13+0,105+0,096+0,099=0,59с,

Строим разгонную кривую, показывающую изменение скорости вращения во время пуска.

Рисунок 3. Разгонная кривая электропривода

 4. Проверка на допустимый перегрев при пуске

Потери энергии при пуске практически полностью определяются потерями энергии в обмотках двигателя, которые пропорциональны квадрату силы тока.

С учетом того, что для асинхронных двигателей среднее значение тока при пуске примерно 0,9 его пускового значения , можно получить формулу для определения потерь:

где-,-номинальные мощность и КПД двигателя (К_I=7);

К_I-кратность пускового тока двигателя;

t_n-время пуска привода;

б=0,5…0,7;

При проверке на обеспечение допустимого перегрева при пуске находится температура нагрева при пуске

Где с,m- теплоемкость и масса обмоток двигателя (теплоемкость меди с=390

Температура во время пуска повышается на 3,04 К, что не превышает наибольшее превышение температуры двигателя 80 К, которая определяется нагревостойкости изоляции. Для двигателей серии 4А мощностями до 10 кВт класс нагревостойкости В.

5. Выбор двигателя выгрузного транспортера

Выбираем электродвигатель выгрузного транспортера, таким образом чтобы номинальная мощность была менее .

Выбираем двигатель 4A100S4У3 с параметрами:

Номинальная мощность

Номинальное скольжение

Коэффициент мощности

Номинальный КПД

Кратность пускового момента

Кратность критического момента

Кратность минимального момента

Кратность пускового тока

Найдем постоянную времени

Выбранный электродвигатель должен удовлетворять условию

Где -эквивалентная мощность нагрузки на рабочем участке.

-стандартное время работы двигателя.

Выбираемый двигатель предназначен заводом изготовителем для режима S1, поэтому его стандартное время работы и условие запишется в виде

Условие выполняется

Проверим выбранный двигатель на перегрузочную способность. Максимальная мощность

Проверим выполнение условия перегрузочной способности

Т.к. скорость вращения при работе асинхронного двигателя меняется незначительно, отношение моментов можно заменить отношением мощностей. Тогда условие перепишется в виде

Условие выполняется. Двигатель выбран правильно.

6. Расчет коэффициентов тепловой и механической перегрузки

Коэффициент тепловой перегрузки представляет собой отношение повышенных кратковременных потерь мощности в двигателе к его номинальным , т.е.

В режиме S3, в котором работает двигатель М1, коэффициент тепловой перегрузки:

где -продолжительность работы и отключенного состояния электродвигателя, с;

-постоянная времени нагрева, мин;

- коэффициент, учитывающий ухудшение теплоотдачи в отключенном состоянии(=0.7)

Коэффициент механической перегрузки



б-коэффициент потерь, б=0,5…0,7

Расчет двигателя М2

Расчеты для двигателя М2 проводим аналогично. Учитывая, что для кратковременного режима работы S2, когда в течении технологических пауз в работе электродвигатель полностью охлаждается до температуры окружающей среды, , числитель равен 1.

По известной мощности нагрузки и найденному коэффициенту механической перегрузки можно определять расчетную мощность двигателя

По расчетной мощности выбирается номинальная мощность двигателя по условию

Расчетная мощность для двигателя М1

Расчетная мощность для двигателя М2

Выбранные ранее мощности двигателей удовлетворяют этим условиям.

7. Проверка возможности пуска двигателей М1 и устойчивости работы двигателя М2 при пуске М1

где относительный (к номинальному) избыточный момент, идущий на разгон электропривода. Обычно принимают

относительный момент трогания - момент сопротивления на валу двигателя при пуске ., т.к запуск проводиться с номинальной нагрузкой.

Выбранный двигатель имеет провал в механической характеристике и если момент сопротивления на валу при пуске будет больше минимального и меньше пускового, разгон прекратится на частоте около 20% от синхронной.

Поэтому при пуске необходимо, чтобы момент на валу не превышал минимальный

Найдем падение напряжения на зажимах двигателя при пуске, которое будет складываться из падения напряжения в трансформаторе и падения напряжения в линии. Для расчетов потребуется пусковой ток двигателя и номинальный ток трансформатора. Вычисляем их:



Номинальный ток трансформатора

Падение напряжения в линии:

Падение напряжения на трансформаторе:

Суммарное падение напряжения

Данное значение больше максимально допустимого 0,21, поэтому двигатель не запуститься. Для обеспечения пуска можно предложить следующие меры: увеличить сечение питающей линии, сократить длину линии за счет рационального расположения питающей ТП, использовать трансформатор большей мощности или трансформатор с меньшим напряжением короткого замыкания.

При определении устойчивости работы двигателя М2 при пуске двигателя М1, пренебрегаем относительно малым рабочим током двигателя М2 по сравнению с пусковым током двигателя М1. Поэтому используем найденное ранее падение напряжения.

Максимально допустимое снижение напряжения для устойчивой работы

Падение напряжения в линии ?U=0.153 меньше найденного максимально допустимого, поэтому двигатель М2 будет устойчиво работать при пуске М1.

Для обеспечения пуска двигателя М1 можно предложить следующие меры: увеличить сечение питающей жилы, сократить длину линии за счет рационального расположения питающей ТП, использовать трансформатор большей мощности или трансформатор с меньшим напряжением короткого замыкания.

Будем использовать провод большого сечения что бы снизить суммарные потери до максимально допустимого, т.е. на 0.153-0.116=0.037

Пропорционально снижению потерь необходимо увеличить сечение провода не менее чем в 0.105/(0.105-0.037)=1.54 раза.

Выбираем провод АС-25 с погонным сопротивлением 1,4 Ом/км. Падение напряжения составит

А суммарное падение напряжения



0,116=0,116

Что равно максимально допустимому. Двигатель запустится.

8. Выбор аппаратуры защиты и управления

Аппаратура защиты и управления электродвигателя смесителя кормов должна быть рассчитаны на рабочее напряжение не ниже 380 В

Ток главных контактов магнитного пускателя должен быть не менее номинального тока двигателя.

Номинальный ток двигателя М1:

Выбираем ПМЕ-112 с номинальным током 10 А.

Номинальный ток двигателя М1:

Выбираем ПМЕ-112 с номинальным током 10 А.

В цепи управления протекают токи не превышающие 1 А, поэтому выбираем кнопочные станции ПКЕ 022 с номинальным током 5А.

Номинальный ток теплового реле должен отличаться от номинального тока двигателя не более чем на 15%, т.е. находиться в пределах от 0,85*8,61=7,31 А до 1,15*8,61=9,9 А. Выбираем тепловое реле РТЛ-1014.

Аналогично для двигателя М2 выбираем реле с номинальным током в пределах от 0,85*6,69=5,6 А до 1,15*6,69=7,69 А. Выбираем реле РТЛ-1012.

Номинальный ток плавкой вставки должен удовлетворять условию



где коэффициент k=2.5 для обычного пуска длительностью менее 10с.

Выбираем предохранитель ПР-2-60 с номинальным током 60 А и вставкой 25 А.

Автоматический выключатель выбираем из условия

Где - ток установки автоматического выключателя,

- рабочий ток установки.

Выбираем автоматический выключатель А3160 с номинальным током 50А, вставкой 20А.

Список литературы

1. Елисеев В.А., Шинянский А.В. Справочник по автоматизированному электроприводу. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 378 с.

2. Ильинский Н.Ф., Козаченко В.Ф. Общий курс электропривода. - М.: Энергоатомиздат, 1992. - 544 с.

3. Кацман М.М. Справочник по электрическим машинам. М.: Академия. 2005, 479 с.

4. Ключев В.И. Теория электропривода. - М. Энергоатомиздат, 1998. - 704 с.

5. Ковчин С.А., Сабинин Ю.А. Теория электропривода. - С. Пб.: Энергоиздат Санкт-Петербургское отделение, 2000. - 496 с.

6. Кондратенков Н.И., Антони В.И., Ермолин М.Я. Электропривод сельскохозяйственных машин. - Челябинск, 1999. - 344 с.

7. Москаленко В.В. Электрический привод. - М.: Мастерство: Высшая школа, 2000. - 368 с.

8. Мусин A.M. Электропривод сельскохозяйственных машин и агрегатов. -М. Агропромиздат, 1985. 476 с.

9. Савченко П.И., Гаврилюк И.А., Земляной И.Н., Худобин Н.В. Практикум по электроприводу в сельском хозяйстве. - М.: Колос, 1996. - 124 с.

10. Справочник по электрическим машинам в двух томах. Том П. под общ.ред. Копылова И.П. и Клокова Б.К. Москва, Энергоатомиздат, 1988. 688с.

П. Фоменков А.17. Электропривод сельскохозяйственных машин, агрегатов и поточных линий. - М.: Колос, 1984. - 480 с.

12. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс элекгропривода. - М.: Энергоиздат, 1981.-576 с.

13. Шичков Л.П. Электрический привод - Основы электропривода: Учебное пособие. - М.: Изд-во РГАЗУ, 2003. - 132 с.

14. Шичков Л.П. Электропривод в сельском хозяйстве.: Учебное пособие. - М.: Изд-во РГАЗУ, 2004. - 124 с.

15. Шичков Л.П., Коломиец А.П. Электрооборудование и средства автоматизации сельскохозяйственной техники. - М. Колос, 1995. 368 с.

16. Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок / под ред. И.Ф. Кудрявцева. - М.: Агропромиздат, 1988. - 480 с.

Размещено на Allbest