Головенкин А.Н. Электропривод центробежных механизмов

Подождите немного. Документ загружается.

А.Н. Головенкин

ЭЛЕКТРОПРИВОД ЦЕНТРОБЕЖНЫХ

МЕХАНИЗМОВ

Учебное пособие

Киров 2004

Министерство образования РФ

Вятский государственный университет

Факультет автоматики и вычислительной техники

Кафедра электропривода и автоматизации промышленных установок и

технологических комплексов

А.Н. Головенкин

Электропривод центробежных механизмов

Рекомендовано

Ученым советом

университета

в качестве

учебного пособия

Киров 2004

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Вятского государственного университета

УДК [62-83:621.635+62-83:621.671](07)

Г61

Рецензенты: кафедра «Электропривод и автоматизация

промышленных установок и технологических

комплексов»;

доцент, кандидат технических наук

В.А.Головенкин

Головенкин А.Н. Электропривод центробежных механизмов:

Учебное пособие.- Киров: Издательство ВятГУ, 2004 г.- 105 с.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по

специальности "Электропривод и автоматика промышленных

установок и технологических комплексов", при выполнении курсовой

работы по дисциплине "Электропривод типовых производственных

механизмов и технологических комплексов".

Оно может быть использовано как на аудиторных занятиях

(лекциях, практических занятиях), так и при самостоятельной

подготовке.

Пособие рекомендуется студентам специальности 180400

"Электропривод и автоматика промышленных установок и

технологических комплексов" дневного, вечернего и заочного видов

обучения.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение ........................................................................................................................... 5

1. Содержание курсовой работы.................................................................................... 6

2. Общие методические указания .................................................................................. 7

3. Методические указания к выполнению курсовой работы...................................... 9

4. Выбор насоса и вентилятора .................................................................................... 10

5. Составление функциональной и принципиальной электрической схем............. 15

6. Выбор двигателя и элементов силовых цепей ....................................................... 16

7. Расчёт энергетических показателей ........................................................................ 30

7.1. Механический способ регулирования производительности.......................... 30

7.2. Электрический способ регулирования производительности ......................... 32

8. Построение механических характеристик и графиков переходных процессов . 44

9. Выводы ....................................................................................................................... 45

Библиографический список.......................................................................................... 46

Приложение 1 ................................................................................................................ 47

Приложение 2 ................................................................................................................ 48

Задание 1 ..................................................................................................................... 48

Задание 2 ..................................................................................................................... 50

Задание 3 ..................................................................................................................... 52

Задание 4 ..................................................................................................................... 54

Приложение 3 ................................................................................................................ 57

Приложение 4 ................................................................................................................ 58

Приложение 5 ................................................................................................................ 63

Приложение 6 ................................................................................................................ 80

Приложение 7 ................................................................................................................ 90

Введение

В настоящее время уровень промышленного производства и

производительность труда в значительной степени зависит от оснащённости

производства современными механизмами и технического совершенства их

электроприводов.

Большое разнообразие типовых производственных механизмов, их всё

большая значимость в развитии современного производства обуславливают

тщательное обоснование при проектировании используемых электроприводов. От

правильного, технически обоснованного, выбора электропривода типового

механизма в значительной степени зависит его производительность,

экономичность, надёжность.

Задачей данного учебного пособия является систематизация и углубление

теоретических знаний, необходимых при выполнении курсовой работы по

дисциплине «Автоматизированный электропривод типовых производственных

механизмов и технологических комплексов».

Курсовая работа охватывает ряд основных разделов курса и имеет цель -

закрепление теоретических знаний студентов по изученному материалу,

получение студентом представления о проблемах, стоящих при разработке и

эксплуатации типовых производственных механизмов.

1. Содержание курсовой работы

Курсовая работа состоит из расчётно-пояснительной записки объёмом 25 -

30 страниц. Графическую часть курсовой работы в виде графиков, рисунков,

чертежей допускается выполнять в тексте пояснительной записки.

Обозначения на схеме (графические и буквенные) должны соответствовать

ГОСТам. Однородные вычисления необходимо производить в расчётных

таблицах, дав подробный расчёт одного из вычислений. Применяемые методы

решения должны быть обоснованы, а используемые формулы и коэффициенты

сопровождаются ссылками на техническую литературу, из которой они

заимствованы.

Пояснительная записка подразделяется на главы и параграфы, и должна

включать, кроме требований конкретного задания, следующие разделы:

1) титульный лист;

2) оглавление;

3) техническое задание с исходными данными;

4) обоснование принятого варианта системы;

5) расчёт мощности и проверку выбранного двигателя по нагреву и

перегрузке.

6) расчёт статических режимов работы и характеристик системы;

7) расчёт и построение графиков переходных режимов;

8) выбор и обоснование основного электрооборудования системы;

9) описание разработанной принципиальной электрической схемы;

10) выводы;

11) список использованной литературы.

2. Общие методические указания

Основной задачей разработчиков электропривода является правильный

выбор электропривода. При решении этой задачи разработчик, как правило, имеет

перед собой требования, предъявляемые к технологическому оборудованию или,

в лучшем случае, к исполнительному механизму. Формулирование требований к

электроприводу в этих условиях представляет собой самостоятельную задачу,

которая не является однозначной.

Во-первых, при ее решении необходимо учитывать собственные

возможности современного электропривода как электромеханического

преобразователя энергии с широко-регулируемыми параметрами (скорости,

момента, мощности и т.д.), которые позволяют использовать его как силовой

регулятор в замкнутой системе регулирования выходного технологического

параметра.

Во-вторых, удовлетворение основного требования, предъявляемого к

электроприводу и выполняющего основные технологические параметры

(например, регулирования скорости с заданным диапазоном и заданной

точностью для обеспечения определенного диапазона производительности),

может решаться при различных значениях, например КПД или cosφ, и

разработчик должен поставить дополнительные условия для ограничения числа

вариантов выбора. К таким ограничениям, кроме указанных КПД и cosφ, могут

относиться режимы работы и условия эксплуатации оборудования,

необходимость и величина генерации реактивной мощности, качество питающего

напряжения и т. д. Выбор приоритета ограничений также входит в задачу

формулировки требований к электроприводу и его выбора.

Выбор электропривода включает в себя выбор электродвигателя и

преобразователя (их типа, исполнения, мощности, основных параметров);

системы управления силовым преобразователем (с суммирующим усилителем,

подчинённого регулирования, замкнутые, разомкнутые, источники тока, скорости

и т.д.); элементной базы (интегральные микросхемы, транзисторы, тиристоры,

микропроцессорное исполнение и т.д.). Конкретные компоненты электропривода

должны обеспечивать необходимые выходные технические характеристики и

условия его эксплуатации.

Главная особенность выбора электропривода в курсе «Автоматизированный

электропривод типовых производственных механизмов и технологических

комплексов» состоит в выборе технических, структурных и элементных

компонентов привода на основе тщательного анализа характеристик механизмов с

целью получения заданных технологических характеристик исполнительного

органа. Необходимо отметить, что в курсах «Теория электропривода» и «Системы

управления ЭП», на которых базируется курс «Автоматизированный

электропривод типовых производственных механизмов и технологических

комплексов», электропривод и системы управления электропривода

рассматриваются как таковые и при их оптимизации особенности

исполнительных механизмов, как правило, не учитываются.

Таким образом, задачей настоящей курсовой работы является выбор

электропривода для конкретного механизма на основе анализа исходных

технических данных и заданных режимов работы. При этом под выбором

подразумевается определение типа электродвигателя, расчёт мощности, типа

преобразователя, структуры системы управления, выбор элементной базы

основных силовых элементов. Расчёт электродвигателя сводится к построению

требуемых статических характеристик в заданном диапазоне изменения

координат и элементарному расчёту динамических характеристик.

Предполагается, что элементный расчёт системы управления электропривода

студенты изучили в предыдущих курсах.

Главное, на что обращается внимание в данной курсовой работе,- это

техническое обоснование предполагаемого варианта электропривода для

конкретного исполнительного механизма.

3. Методические указания к выполнению курсовой работы

Задания настоящей курсовой работы посвящены выбору электропривода

насосов и вентиляторов.

Насосы – это гидравлические машины, преобразующие подводимую к ним

механическую энергию в гидравлическую энергию перекачиваемой жидкости.

Вентилятор - воздуходувная машина, предназначенная для подачи воздуха

или другого газа под давлением до 15кПа при организации воздухообмена.

Наибольшее применение в системах вентиляции и кондиционирования воздуха

гражданских, общественных и промышленных зданий, в системах тепло-, газо- и

водоснабжения, в различных теплоэнергетических установках, в химической,

добывающей, машиностроительной и других отраслях народного хозяйства

получили насосы и вентиляторы центробежного типа. Их отличают высокая

производительность, напор и простота конструкции.

В последнее время все большее число насосов и вентиляторов требуют

регулирования их производительности. Регулирование производительности

центробежных механизмов может быть осуществлено изменением

характеристики самого механизма или магистрали. Наиболее простым в

реализации и самым распространённым в настоящее время является способ,

основанный на изменении результирующего сопротивления магистрали путём

дросселирования. При этом способе в нагнетающую сеть вводятся заслонки,

задвижки, шибера, дроссель-клапаны и другие подобные элементы. Изменить

характеристику центробежного механизма можно также по-разному. Наиболее

эффективным, не требующим изменения конструкции, является способ изменения

скорости рабочего колеса с помощью регулируемого электропривода. Оба эти

способа: и механический (задвижки, заслонки и т.д.) и электрический

(регулирование частоты вращения) - находят свою область применения. В

курсовой работе в зависимости от исходных данных следует оценить

эффективность того или иного способа, а также оценить варианты электрического

регулирования. Основным методом оценки служат энергетические показатели.

Порядок расчёта состоит из следующих этапов: выбор насоса (вентилятора),

расчёт и выбор электродвигателя и элементов силовых цепей, выбор (если это

требуется) системы управления электроприводом, расчёт механических и

пусковых характеристик для максимальной и минимальной производительности

насоса, расчёт энергетических показателей, выводы.

4. Выбор насоса и вентилятора

Работа насоса характеризуется следующими параметрами: давлением

(напор), подачей (производительность), мощностью, КПД, частотой вращения и

кавитационным запасом.

Подача насоса Q – объём (масса) жидкости, подаваемой насосом в единицу

времени. Подача измеряется в кубических метрах в секунду (м

/с), кубических

метрах в час (м

/ч), литров в минуту (л/мин), литров в секунду (л/с). Массовая

подача Q

измеряется в килограммов или тонн в секунду (кг/с, т/с). Если известна

массовая подача, то объёмная подача определяется из соотношения

Q = Q

/ γ, (4.1)

где γ – плотность жидкости, кг/м

При характеристике насосов различают оптимальную подачу Q

опт

– подачу

при максимальном КПД насоса (η

макс

); номинальную подачу – подачу по

техническим условиям на поставку насоса; область подачи Q

мин

- Q

макс,

при

которых полный КПД насоса η

нас

≥ 0,9η

макс

Данные показатели определяются при

номинальной частоте вращения рабочего вала механизма ω = ω

Согласно ГОСТ 17398-72 «Насосы. Термины и определения», давление р,

развиваемое насосом, измеряется в системе СИ, т.е. в паскалях (Па):

1Па =1Н/м

В практических расчётах вместо давления используется понятие напора Н,

выражаемое в метрах столба перекачиваемой жидкости:

Н =

, (4.2)

где Н - напор, м (1мПа = 102 м вод. ст.),

g – ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с

Давление, развиваемое вентиляторами, по ГОСТ 5976-73 также измеряется

в паскалях. На практике давление в виде напора выражают условно в

миллиметрах водяного столба. Напор в 1мм водяного столба эквивалентен

давлению 9,81 Па.

Полный КПД насоса определяется как произведение механического,

объёмного и гидравлического КПД :

нас

= η

· η

г .

(4.3)

Механический КПД (η

) определяет механические потери на трение в

рабочем органе насоса, объёмный КПД (η

) определяет величину потерь в

результате утечек и перетоков жидкости через уплотнения в насосе,