Файл: Курсовая работа по дисциплине Электрические машины и электропривод Расчет энергетических показателей электроприводов типовых технологических процессов.docx
Добавлен: 24.11.2023
Просмотров: 198
Скачиваний: 9
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Тдоп = (5575) С. Каждому стандартному сечению S соответствует свой тип изоляции жилы, которому соответствует конкретное длительно допустимое значение протекающего тока Iдоп. Поэтому если по каталогу выбирать ближайшее большее значение Ідоп тока из условия Ідоп Iн с соответствующим ему сечением S, то изоляция провода будет длительно работать без перегрева и нарушения своих изоляционных свойств. Вычислим величину номинального линейного тока в проводе при работе электродвигателя в номинальном режиме:
Для многожильного медного кабеля, проложенного в земле в трубе значение длительно допустимого тока в проводнике
, которому соответствует сечение жилы 
.
Проверяем выбранное сечение по величине допустимой потери напряжения из условия:
Значение допустимого отклонения напряжения на клемных зажимах электродвигателя:
Фактическая величина потери напряжения в проводе от источника до электродвигателя:
где Ін − номинальный ток электродвигателя, [А];
Lк − длина кабеля, [м];
ρм − удельное значение сопротивления материала жилы (для алюминия ρм = 2,8∙10-2, для меди ρм = 1,8∙10-2) [Ом∙мм2/м];
S − сечение жилы провода кабеля, [мм2].
Кабель выбранного сечения удовлетворяет условию по потерям напряжения.
Поскольку кабель проложен в земле, он должен обладать защитной изоляцией не только жилы, но и проводов. Для обеспечения этих требований выбираем кабель марки ПВГ 3х4. В данном разделе произведен расчет сечения и выбор марки кабеля, необходимого для бесперебойного стабильного электропитания насосной установки.
4.6.1 Выбор схемы управления и ее описание
Типовая нереверсивная схема пуска и динамического торможения АДКР.
При динамическом торможении асинхронного двигателя статор отключают от сети, и две его любые фазы подключают к источнику постоянного тока. В статоре возникает постоянное магнитное поле, в котором вращается ротор. Ток обмотки ротора, взаимодействуя с полем статора, создает тормозной электромагнитный момент. Двигатель защищен от коротких замыканий и перегрузок автоматическим выключателем QF1, цепь управления − выключателем Q.
Рис. 31. Типовая нереверсивная схема АДКР
Включаем автоматические выключатели, нажимаем кнопку «Пуск» SB1. Срабатывает контактор KM1 силовыми контактами подключает статор к сети. Вспомогательным блок-контактом KM1.1 шунтируется кнопка SB1 в линии 3, а KM1.2 в линии 6 размыкается, дублируя разрыв этой линии. Пуск двигателя окончен. Для остановки двигателя нажимаем кнопку «Стоп» SB2. Контактор KM1 обесточивается, и его силовые контакты отключают двигатель от сети, а в линии 6 блок-контакты KM1.2 замыкаются. Контактор KM2 срабатывает, его главные контакты подключают статор на постоянное напряжение, начиная режим динамического торможения.
5. Исследование устойчивости система электропривода насосной установки в среде “VisSim”
5.1 Разработка функциональной схемы системы ЭП
Проектируемый автоматизированный электропривод насоса имеет датчик напора, регулятор давления, на вход которого подается разность сигнала задания и обратной связи по измеренному значению напора. В схему также введем обратную связь по току двигателя для компенсации падения напряжения на активном сопротивлении статора. Данный сигнал обратной связи вычитается из заданного значения ЭДС статора и поступает на блок регулятора напряжения. Поддержание напора в заданных пределах осуществляется изменением скорости вращения двигателя с помощью регулятора частоты. В блоке управления силовыми ключами обрабатываются сигналы с регуляторов частоты и напряжения, на основании которых вырабатываются управляющие импульсы, поступающие на транзисторы ПЧИН. Полученная функциональная схема представлена на рисунке 32.
Рисунок 32. Функциональная схема электропривода насосаной установки: ЗН - задатчик напора, Нз - напряжение сигнала задания напора, Нос - напряжение сигнала обратной связи по измеренному напору, РД - регулятор давления, ФП - функциональный преобразователь ЭДС, РЧ - регулятор частоты, РН - регулятор напряжения, М - двигатель, Ф - фильтр, L - индуктивность фильтра, С1 - конденсатор фильтра, Н - насос, ПЧ - преобразователь частоты, ДТ1-ДТ3 - датчики тока, АИН - автономный инвертор напряжения, ДН - датчик напора, НВ - неуправляемый выпрямитель, R1 - активное сопротивление статора, Eз - заданное значение ЭДС статора, I1 - ток статора, f - частота, Kдн - коэффициент обратной связи по напору, U - напряжение, БУСК - блок управления силовыми ключами.
5.2 Разработка структурной схемы системы ЭП
Рисунок 32.1 Структурная схема электропривода
По функциональной схеме системы автоматизированного ЭП насосной установки составляем структурную схему (рисунок 33). В структурной схеме каждый элемент электропривода представлен передаточной функцией (ПФ) Wi(s), где s – аргумент преобразования Лапласа.
Рисунок 33. Структурная схема электропривода насосной установки
5.3 Моделирование системы ЭП в «VisSim». Получение переходного процесса
Для анализа системы управления ЭП используют аппарат теории управления. Систему автоматического управления ЭП исследуют на устойчивость и определяют показатели качества. Устойчивость и качественные показатели работы системы АЭП определяют по переходному процессу. Построение переходного процесса является достаточно трудоемкой процедурой. Однако существуют косвенные методы или критерии для определения устойчивости и качественных показателей.
Передаточные функции типовых элементов ЭП с АДКР приведены в таблице 4.
Таблица 4 – Выражения передаточных функций Wi(s)
Значения коэффициентов и постоянных времени ПФ Wi(s) элементов ЭП даны в таблице 5.
Таблица 5.
Рис. 34. Структурная схема электропривода в ПО VisSim
Рисунок 34.1. приближённая структурная схема.
Рис. 35. Исследование на устойчивость электропривода
6. Вывод по курсовой работе
В курсовой работе было выполнено: расчёт фрагмента зубцовой зоны магнитной цепи МПТ и вычерчивание эскиза, расчёт магнитных характеристик магнитной цепи МПТ в программе «Ротор v2.0». Были приведены примеры систем электроприводов отраслевых производственных процессов. Произведен расчет мощности приводного двигателя с целью выбора типа двигателя из каталога, было выполнено построение нагрузочной диаграммы, произведен выбор двигателя и произведена проверка двигателя на перегрузочную способность выбранный тип двигателя соответствует характеру нагрузки. Произведен расчет сечения жилы и выбор марки кабеля для электропитания двигателя. Проведено исследование устойчивости спроектированной системы электропривода установки в среде VisSim. Для этого разработана функциональная и структурная схема электропривода, а также выполнено исследование систем электропривода в среде VisSim. При проведении исследования насосной установки в среде VisSim получен переходный процесс. Переходный процесс имеет затухающий характер, следовательно, система электропривода работоспособна и устойчива, что подтверждается исследованием системы электропривода в частной области. В результате построения частных характеристик можно сказать, что спроектированная система электропривода насосной установки является работоспособной и устойчивой.
Библиографический список.
1. Сташков, А. С. Развитие электроприводостроения для железнодорожных стрелочных переводов / А. С. Сташков, Д. И. Селиверов. — Текст : непосредственный // Технические науки: традиции и инновации : материалы I Междунар. науч. конф. (г. Челябинск, январь 2012 г.). — Челябинск : Два комсомольца, 2012. — С. 73-76. — URL: https://moluch.ru/conf/tech/archive/6/1465/ (дата обращения: 20.03.2023).
2. Буштрук Т. Н. Электропривод технологических установок [Текст]: методические указания к контрольной работе по исследованию электропривода постоянного тока по дисциплине «Основы электропривода технологических установок локомотивных предприятий» для студентов специальности «Электрический транспорт железных дорог» всех форм обучения / Т. Н. Буштрук – Самара: СамГУПС, 2009. – 14 с.: ил. Библиогр.: 14 с.– 100 экз.
3. Электрические машины и электропривод : лабораторный практикум для обучающихся по специальности 23.05.03 Подвижной состав железных дорог очной и заочной форм обучения / составитель Т.Н. Буштрук. – Самара : СамГУПС, 2022. – 60 с.
4. Буштрук, Т. Н. Методические указания к расчету магнитной цепи машины постоянного тока в курсовой работе по дисциплине «Электрические машины и электропривод» для студентов специальностей «Локомотивы», «Вагоны», «Электрический транспорт железных дорог» всех форм обучения [Текст] / Т. Н. Буштрук – Самара: СамГУПС, 2007. – 20 с.: ил. Библиогр.: 20 с.– 300 экз.
5. Буштрук, Т. Н. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Электрические машины и электропривод» для студентов специальностей «Локомотивы», «Вагоны», «Электрический транспорт железных дорог» всех форм обучения [Текст] / Т. Н. Буштрук – Самара: СамГУПС, 2010. – 27 с.: ил. Библиогр. : 24 с.– 300 экз.
6. Буштрук Т. Н. Основы электропривода технологических установок [Текст]: лабораторный практикум по исследованию систем электропривода по дисциплине «Основы электропривода технологических установок» для обучающихся по специальности 23.05.03 «Подвижной состав железных дорог» очной и заочной форм обучения / Т. Н. Буштрук – Самара: СамГУПС, 2015. – 34 с.: ил. Библиогр.: 43 с.– 300 экз.
7. Основы электрического привода : методические указания и задание к выполнению контрольной работы «Расчет энергетических показателей электроприводов типовых технологических процессов» для обучающихся по направлению 23.05.03 «Подвижной состав железных дорог» очной и заочной форм обучения / составители А. А. Ионов, А. Г. Макаров – Самара : СамГУПС, 2016. – 64 с.
8. https://red.transneft.ru/prodykciya/asinhronnie-vzrivozashishennie-exp-gorizontalnie/
Для многожильного медного кабеля, проложенного в земле в трубе значение длительно допустимого тока в проводнике
, которому соответствует сечение жилы .Проверяем выбранное сечение по величине допустимой потери напряжения из условия:
Значение допустимого отклонения напряжения на клемных зажимах электродвигателя:
Фактическая величина потери напряжения в проводе от источника до электродвигателя:
где Ін − номинальный ток электродвигателя, [А];
Lк − длина кабеля, [м];
ρм − удельное значение сопротивления материала жилы (для алюминия ρм = 2,8∙10-2, для меди ρм = 1,8∙10-2) [Ом∙мм2/м];
S − сечение жилы провода кабеля, [мм2].
Кабель выбранного сечения удовлетворяет условию по потерям напряжения.
Поскольку кабель проложен в земле, он должен обладать защитной изоляцией не только жилы, но и проводов. Для обеспечения этих требований выбираем кабель марки ПВГ 3х4. В данном разделе произведен расчет сечения и выбор марки кабеля, необходимого для бесперебойного стабильного электропитания насосной установки.
4.6.1 Выбор схемы управления и ее описание
Типовая нереверсивная схема пуска и динамического торможения АДКР.
При динамическом торможении асинхронного двигателя статор отключают от сети, и две его любые фазы подключают к источнику постоянного тока. В статоре возникает постоянное магнитное поле, в котором вращается ротор. Ток обмотки ротора, взаимодействуя с полем статора, создает тормозной электромагнитный момент. Двигатель защищен от коротких замыканий и перегрузок автоматическим выключателем QF1, цепь управления − выключателем Q.
Рис. 31. Типовая нереверсивная схема АДКР
Включаем автоматические выключатели, нажимаем кнопку «Пуск» SB1. Срабатывает контактор KM1 силовыми контактами подключает статор к сети. Вспомогательным блок-контактом KM1.1 шунтируется кнопка SB1 в линии 3, а KM1.2 в линии 6 размыкается, дублируя разрыв этой линии. Пуск двигателя окончен. Для остановки двигателя нажимаем кнопку «Стоп» SB2. Контактор KM1 обесточивается, и его силовые контакты отключают двигатель от сети, а в линии 6 блок-контакты KM1.2 замыкаются. Контактор KM2 срабатывает, его главные контакты подключают статор на постоянное напряжение, начиная режим динамического торможения.
5. Исследование устойчивости система электропривода насосной установки в среде “VisSim”
5.1 Разработка функциональной схемы системы ЭП
Проектируемый автоматизированный электропривод насоса имеет датчик напора, регулятор давления, на вход которого подается разность сигнала задания и обратной связи по измеренному значению напора. В схему также введем обратную связь по току двигателя для компенсации падения напряжения на активном сопротивлении статора. Данный сигнал обратной связи вычитается из заданного значения ЭДС статора и поступает на блок регулятора напряжения. Поддержание напора в заданных пределах осуществляется изменением скорости вращения двигателя с помощью регулятора частоты. В блоке управления силовыми ключами обрабатываются сигналы с регуляторов частоты и напряжения, на основании которых вырабатываются управляющие импульсы, поступающие на транзисторы ПЧИН. Полученная функциональная схема представлена на рисунке 32.
Рисунок 32. Функциональная схема электропривода насосаной установки: ЗН - задатчик напора, Нз - напряжение сигнала задания напора, Нос - напряжение сигнала обратной связи по измеренному напору, РД - регулятор давления, ФП - функциональный преобразователь ЭДС, РЧ - регулятор частоты, РН - регулятор напряжения, М - двигатель, Ф - фильтр, L - индуктивность фильтра, С1 - конденсатор фильтра, Н - насос, ПЧ - преобразователь частоты, ДТ1-ДТ3 - датчики тока, АИН - автономный инвертор напряжения, ДН - датчик напора, НВ - неуправляемый выпрямитель, R1 - активное сопротивление статора, Eз - заданное значение ЭДС статора, I1 - ток статора, f - частота, Kдн - коэффициент обратной связи по напору, U - напряжение, БУСК - блок управления силовыми ключами.5.2 Разработка структурной схемы системы ЭП
Рисунок 32.1 Структурная схема электропривода
По функциональной схеме системы автоматизированного ЭП насосной установки составляем структурную схему (рисунок 33). В структурной схеме каждый элемент электропривода представлен передаточной функцией (ПФ) Wi(s), где s – аргумент преобразования Лапласа. Рисунок 33. Структурная схема электропривода насосной установки
5.3 Моделирование системы ЭП в «VisSim». Получение переходного процесса
Для анализа системы управления ЭП используют аппарат теории управления. Систему автоматического управления ЭП исследуют на устойчивость и определяют показатели качества. Устойчивость и качественные показатели работы системы АЭП определяют по переходному процессу. Построение переходного процесса является достаточно трудоемкой процедурой. Однако существуют косвенные методы или критерии для определения устойчивости и качественных показателей.
Передаточные функции типовых элементов ЭП с АДКР приведены в таблице 4.
Таблица 4 – Выражения передаточных функций Wi(s)
| Wуу(s) | Wту(s) | Wд(s) | Wтг(s) | Wпи(s) | Wп(s) |
| Kyу |  |  |  |  | Kп |
Значения коэффициентов и постоянных времени ПФ Wi(s) элементов ЭП даны в таблице 5.
Таблица 5.
| № | Kуу | Kту | Tту | Tд | Kд | Kтг | Kпи | Tпи | Kп |
| 2 | 1,5 | 2,0 | 0,025 | 0,4 | 1,5 | 0,79 | 0,8 | 6,0 | 0,75 |
Рис. 34. Структурная схема электропривода в ПО VisSim
Рисунок 34.1. приближённая структурная схема.
Рис. 35. Исследование на устойчивость электропривода
6. Вывод по курсовой работе
В курсовой работе было выполнено: расчёт фрагмента зубцовой зоны магнитной цепи МПТ и вычерчивание эскиза, расчёт магнитных характеристик магнитной цепи МПТ в программе «Ротор v2.0». Были приведены примеры систем электроприводов отраслевых производственных процессов. Произведен расчет мощности приводного двигателя с целью выбора типа двигателя из каталога, было выполнено построение нагрузочной диаграммы, произведен выбор двигателя и произведена проверка двигателя на перегрузочную способность выбранный тип двигателя соответствует характеру нагрузки. Произведен расчет сечения жилы и выбор марки кабеля для электропитания двигателя. Проведено исследование устойчивости спроектированной системы электропривода установки в среде VisSim. Для этого разработана функциональная и структурная схема электропривода, а также выполнено исследование систем электропривода в среде VisSim. При проведении исследования насосной установки в среде VisSim получен переходный процесс. Переходный процесс имеет затухающий характер, следовательно, система электропривода работоспособна и устойчива, что подтверждается исследованием системы электропривода в частной области. В результате построения частных характеристик можно сказать, что спроектированная система электропривода насосной установки является работоспособной и устойчивой.
Библиографический список.
1. Сташков, А. С. Развитие электроприводостроения для железнодорожных стрелочных переводов / А. С. Сташков, Д. И. Селиверов. — Текст : непосредственный // Технические науки: традиции и инновации : материалы I Междунар. науч. конф. (г. Челябинск, январь 2012 г.). — Челябинск : Два комсомольца, 2012. — С. 73-76. — URL: https://moluch.ru/conf/tech/archive/6/1465/ (дата обращения: 20.03.2023).
2. Буштрук Т. Н. Электропривод технологических установок [Текст]: методические указания к контрольной работе по исследованию электропривода постоянного тока по дисциплине «Основы электропривода технологических установок локомотивных предприятий» для студентов специальности «Электрический транспорт железных дорог» всех форм обучения / Т. Н. Буштрук – Самара: СамГУПС, 2009. – 14 с.: ил. Библиогр.: 14 с.– 100 экз.
3. Электрические машины и электропривод : лабораторный практикум для обучающихся по специальности 23.05.03 Подвижной состав железных дорог очной и заочной форм обучения / составитель Т.Н. Буштрук. – Самара : СамГУПС, 2022. – 60 с.
4. Буштрук, Т. Н. Методические указания к расчету магнитной цепи машины постоянного тока в курсовой работе по дисциплине «Электрические машины и электропривод» для студентов специальностей «Локомотивы», «Вагоны», «Электрический транспорт железных дорог» всех форм обучения [Текст] / Т. Н. Буштрук – Самара: СамГУПС, 2007. – 20 с.: ил. Библиогр.: 20 с.– 300 экз.
5. Буштрук, Т. Н. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Электрические машины и электропривод» для студентов специальностей «Локомотивы», «Вагоны», «Электрический транспорт железных дорог» всех форм обучения [Текст] / Т. Н. Буштрук – Самара: СамГУПС, 2010. – 27 с.: ил. Библиогр. : 24 с.– 300 экз.
6. Буштрук Т. Н. Основы электропривода технологических установок [Текст]: лабораторный практикум по исследованию систем электропривода по дисциплине «Основы электропривода технологических установок» для обучающихся по специальности 23.05.03 «Подвижной состав железных дорог» очной и заочной форм обучения / Т. Н. Буштрук – Самара: СамГУПС, 2015. – 34 с.: ил. Библиогр.: 43 с.– 300 экз.
7. Основы электрического привода : методические указания и задание к выполнению контрольной работы «Расчет энергетических показателей электроприводов типовых технологических процессов» для обучающихся по направлению 23.05.03 «Подвижной состав железных дорог» очной и заочной форм обучения / составители А. А. Ионов, А. Г. Макаров – Самара : СамГУПС, 2016. – 64 с.
8. https://red.transneft.ru/prodykciya/asinhronnie-vzrivozashishennie-exp-gorizontalnie/