Автоматизований електропривод помпи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Національний університет водного господарства та природокористування

Кафедра автоматизації, електротехнічних та комп'ютерно-інтегрованих технологій

Контрольна робота

на тему: «Автоматизований електропривод помпи»

З курсу: «Автоматизований електропривод»

Роботу виконала: Васильчик Тетяна

Роботу прийняв: Баховець Б.О.

Рівне 2014



Розрахунок параметрів системи керування електроприводом помпи

Вихідні дані для розрахунків

Розрахувати параметри системи керування електроприводом помпи, яка подає воду на висоту Н з витратою Q. Горизонтальна довжина трубопроводу l, діаметр d =0,135 м. На магістралі встановлено дві заслінки, два вентиля і чотири коліна в 90⁰ з радіусом закруглення R=500 мм. Труби нові чавунні. Діапазон регулювання швидкості помпи Д і статизм .

Момент інерції помпи J_н = 1,8 J_д.

Таблиця 1

Варіант	Q, м3/с	Н, м	l, м	Д		Перетворювач	Система керування	Вид зворотного зв'язку
П2	0,015	50	1000	15	0,04	ШІП	З сумуючим підсилювачем	За швидкістю двигуна

Розрахунок потужності і попередній вибір двигуна

Розрахунок потужності двигуна проводимо за формулою:

де Q - витрата, м³/с; Н - висота подачі рідини, м; - втрата напору в елементах магістралі, м; - густина рідини, кг/м³; g = 9,81 - прискорення вільного падіння, м/с²; - ККД помпи; - ККД передачі від двигуна до помпи.

Падіння напору складається з падінь напорів в магістралі в її колінах _к , заслінках і вентилях _в , тобто



де m, п і р - відповідно кількість колін, засувок і вентилів.

Падіння напору в магістралі

де для нових чавунних труб; l - довжина магістралі, м; v = 4Q/- швидкість руху рідини, м/с; d - діаметр труби.

v= 4Q/= 40,015/3,140,135²= 1,05

Падіння напору в колінах, заслінках і вентилях вираховують за формулою

де k_i - коефіцієнт, який визначають із довідника. Так, для коліна з радіусом закруглення R = 0,5 м і d = 0,135 м (d/R = 0,27) k_к = 0,155, для заслінки k_з =0,063 і для вентиля k_в = 0,49.

1)

2)

3)

Потужність двинула вибираємо за умови .

Цій умові відповідає двигун з такими даними:



Таблиця 2

, кВт	, В	, А	, об/хв	Rя, Ом	, Ом	, мГн	,	ном, %	,
11	220	55,6	2240	0,065	0,044	2,6	0,229	89	25

За даними таблиці визначаємо:

- номінальну кутову швидкість

- номінальний момент

- опір якорного кола двигуна

де падіння напруги на щітках,

- коефіцієнт передачі двигуна

За відомою визначають передаточне число редуктора :



де v - швидкість руху рідини, м/с; d - діаметр труб, м; номінальна кутова швидкість двигуна. Вибираний двигун перевіряють на умови роботи при мінімальній продуктивності.

кВт

Потужність двигуна на мінімальній швидкості:

P_min = P_ном в_і =10,9 0,44 = 4,8 (кВт)

в₀=0,4-коефіцієн погіршення тепловіддачі

в_і = в₀+ (1+ в₀) = в₀+ (1+ в₀) = 0,4+(1-0,4) = 0,44 (кВт)

Оскільки P_min > P _{min мех.}, то двигун на мінімальній швидкості не буде перегріватись.

Розрахунки параметрів системи керування

Згідно із завданням: Система керування з сумуючим підсилювачем,

Вид зворотного зв`язку - за швидкістю двигуна, ШІП.

Електропривод постійного струму. Натуральна механічна характеристика двигуна постійного струму незалежного збудження описується рівнянням



Проте при розрахунках частіше користуються електромеханічною характеристикою, яку одержують з данного рівняння, підставивши :

щ_{0 min}= =

Тепер побудуємо електромеханічну характеристику двигуна:

І=0 А	щ=щ0=257.4 рад/с
І=Ін=55,6 А	щ=щн=234,5рад/с

Рис. 1 Електромеханічна характеристика двигуна

Широтно-імпульсні перетворювачі. Вони відносяться до імпульсних систем регулювання напруги постійного струму і забезпечують плавне регулювання кутової швидкості двигуна шляхом періодичного під'єднання якоря до джерела живлення і відмикання від нього. В період відмикання двигун продовжує обертатись за рахунок накопичених кінетичної і електромагнітної енергій. Еквівалентний опір широтно-імпульсного перетворювача розраховують за тими ж формулами, що і еквівалентний опір керованого випрямляча.

активний опір згладжуючого реактора.

=2/І_н=2/37,9=0,053

Індуктивний опір

(Ом)

де напруга короткого замикання, яка для трансформаторів серії ТС дорівнює 2 %, і відповідно номінальні фазні напруга і струм первинної обмотки трансформатора, коефіцієнт трансформації.

Активний опір фази

де потужність короткого замикання трансформатора, яка залежить від його потужності. Для трансформаторів серії ТС дані наведені в табл.3.



Таблиця 3

	6,3	10	16	25
	175	220	340	380

При S=25 ,

Щоби напруга на якорі двигуна або , діюче значення напруги вторинної обмотки трансформатора відповідно повинно бути рівним 104 В чи 208 В.

За цією умови коефіцієнт трансформації

Номінальний струм первинної обмотки

Розрахунок параметрів системи регулювання зі зворотним зв'язком за швидкістю двигуна

Функціональна схема системи автоматичного регулювання зі зворотним зв'язком за швидкістю наведена на рис.2. На ній позначені: ЗШ - задавач швидкості, ПО - сумуючий операційний підсилювач: ВК, СК - керований випрямляч системою керування, Д - двигун, ТГ - тахогенератор і подільник напруги .



Рис.2

Для розрахунку коефіцієнтів зворотних зв'язків записують систему рівнянь виду

Рівняння електромеханічної характеристики в замкненій системі регулювання:

,

де коефіцієнт підсилення розімкненої системи.

Поділивши перепад швидкості в розімкненій системі при номінальному навантаженні на перепад швидкості в замкненій системі

електропривод двигун помпа редуктор



,

одержимо формулу для визначення необхідного коефіцієнта підсилення розімкненої системи:

або .

Коефіцієнт зворотного зв'язку за швидкістю визначають, виходячи з стандартної задаючої напруги 10В або 20В, яка має відповідати швидкості ідеального холостого ходу . Зазвичай, приймають . Тоді, підставивши , одержують

R=R_екв+R_д=0,34 Ом

R_д= R_я+ R_д.п.+=0,065+0,044+1,5/37,9=0,15(Ом)

Визначають коефіцієнт зворотного зв'язку

/97/

Коефіцієнт передачі керованого випрямляча визначають з уніфікованої характеристики (рис.19), прийнявши рівною номінальній напрузі двигуна і .

Коефіцієнт передачі керованого випрямляча вираховують із умови роботи привода на мінімальній швидкості. За цієї умови ; і згідно графіка відповідає . Тоді

,

де напруга керування, яка відповідає згідно рис.19.

Для забезпечення заданого статизму необхідно вибирати сумуючий підсилювач з коефіцієнтом підсилення

.

Побудова граничних електромеханічних характеристик

Підставивши , одержують рівняння верхньої електромеханічної характеристики.

де коефіцієнт підсилення підсилювача; коефіцієнт підсилення ВК; де коефіцієнт підсилення розімкненої системи

Рівняння нижньої граничної характеристики одержують, підставивши в /100/ .



.

На рисунку показані граничні характеристики .

Граничні електромеханічні характеристики

Формування динамічних характеристик електропривода

Динамічні характеристики будь-якої системи регулювання представляють собою реакцію системи на стрибкоподібну зміну задаючого сигналу чи збурення. Стосовно автоматизованого електропривода це буде зміна швидкості двигуна, зумовлена миттєвою зміною задаючої напруги чи моменту сил опору (ударне навантаження), і кількісно буде описуватись диференціальним рівнянням системи регулювання при дії вказаних зовнішніх впливів. Отже, для формування бажаних динамічних процесів необхідно знати диференціальне рівняння системи і мати засоби зміни коефіцієнтів цього рівняння, щоби в системі протікали процеси, близькі до технічно-оптимальних, тобто таких, коли час перехідного процесу буде мінімально можливим і перерегулювання не перевищить 8%.

Узагальнена системи стабілізації швидкості з сумуючим підсилювачем в усталеному режимі описується системою рівнянь /90/. Щоб описати цю ж систему в динамічних режимах, необхідно ці рівняння доповнити членами, які визначають зміну енергії в її ланках. Тому при зміні задаючої напруги і моменту навантаження маємо наступну систему рівнянь:

де стала часу керованого випрямляча, яка враховує інерційність системи імпульсно-фазового керування;

стала часу якорного кола;



індуктивність трансформатора; індуктивність згладжуючого реактора;

стала часу якоря; зведений до вала двигуна момент інерції привода.

На підставі системи рівнянь /132/ знаходять рівняння, якими описуються перехідні процеси в системах з різними зворотними зв'язками.

Система регулювання із зворотним зв'язком за швидкістю

Розв'язавши систему рівнянь, якою описуються перехідні процеси. В проекті потрібно навести розв'язок цієї системи, який матиме вигляд:

,

;

;

;

;

;

;

;

електромеханічна стала часу. Будь-яка система автоматичного регулювання повинна бути стійкою. Систему, робота якої описуються диференціальним рівнянням ІІІ-го прядку, найбільш просто перевіряти на стійкість за критерієм Рауса-Гурвіца.

0,002

Система стійка



Висновок

В ході виконання роботи я набула навичок виконання інженерних розрахунків, пов'язаних з етапами проектування автоматизованого електропривода помпи.

Провела розрахунок потужності і попередній вибір двигуна; здійснила розрахунок параметрів системи керування; побудувала електромеханічну та граничні електромеханічні характеристики двигуна; провела формування динамічних характеристик електропривода.

Размещено на Allbest.ru