AEPTPMiTK_kursovaya

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.

	4
	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

5

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.

6

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.

7

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.

8

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.

9

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.

10

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 (м3/с), кубических метрах в час (м3/ч), литров в минуту (л/мин), литров в секунду (л/с). Массовая подача Qм измеряется в килограммов или тонн в секунду (кг/с, т/с). Если известна массовая подача, то объёмная подача определяется из соотношения

Q = Qм/ γ, (4.1)

где γ – плотность жидкости, кг/м3.

При характеристике насосов различают оптимальную подачу Qопт – подачу при максимальном КПД насоса (ηмакс); номинальную подачу – подачу по техническим условиям на поставку насоса; область подачи Qмин - Qмакс, при которых полный КПД насоса ηнас ≥ 0,9ηмакс. Данные показатели определяются при номинальной частоте вращения рабочего вала механизма ω = ωн .

Согласно ГОСТ 17398-72 «Насосы. Термины и определения», давление р, развиваемое насосом, измеряется в системе СИ, т.е. в паскалях (Па):

1Па =1Н/м2.

В практических расчётах вместо давления используется понятие напора Н, выражаемое в метрах столба перекачиваемой жидкости:

Н = γpg , (4.2)

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

g – ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с2.

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:

ηнас = ηм· η0 · ηг . (4.3)

Механический КПД (ηм) определяет механические потери на трение в рабочем органе насоса, объёмный КПД (η0) определяет величину потерь в результате утечек и перетоков жидкости через уплотнения в насосе,