Дипломная работа: Схема автоматического регулирования продолжительности выпечки с коррекцией по температуре во второй зоне пекарной камеры
Регулирование
таким способом может осуществляться плавно, в широком диапазоне, в обе стороны
от естественной характеристики, т.е. АД может иметь скорость как больше, так и
меньше номинальной. При этом регулировочные характеристики имеют высокую
жесткость, а АД сохраняет большую перегрузочную способность.
Во многих
случаях хорошие показатели регулирования могут быть достигнуты в разомкнутой
системе. При повышенных требованиях к электроприводу необходимо использование
тех или иных обратных связей, т.е. применение замкнутой системы регулирования.
Получаемый диапазон регулирования скорости в разомкнутых системах составляет
5-10, а в замкнутых его значение может достигать 1000 и более.
Из всех вышеперечисленных способов
управления АД выбираем частотное регулирование, т.к.:
а) Система ПЧ-АД позволяет
производить плавный пуск электропривода, что позволяет избежать механических
колебаний в кинематической цепи, повышает ее надежность и срок службы.
б) Система ПЧ-АД позволяет
регулировать скорость вращения во всем диапазоне без потери перегрузочной
способности, чего не позволяет система ТРН-АД.
в) Система ПЧ-АД позволяет плавно
регулировать скорость вращения во всем диапазоне, чего не позволяет
осуществлять реостатное регулирование и регулирование переключением пар
полюсов.
г) Система ПЧ-АД позволяет
регулировать количество потребляемой мощности, что делает систему ПЧ-АД самой
экономичной из перечисленных. Это свойство особенно важно в данной системе,
т.к. электропривод работает на скоростях ниже номинальной продолжительное
поддержания электродвигателя в режиме оптимального КПД. В данном случае такая
экономия может оказаться существенной, т.к. статический момент равен
приблизительно половине номинального момента на двигателе.
Выберем из [11] асинхронный двигатель
для проектируемого электропривода. Мощность электродвигателя была рассчитана ранее.
Выбираем АИР80В4 со следующими техническими данными (табл. 2.4):
Таблица 2.4
Рн,
кВт
|
Sн,
%
|
ηн
|
сosφн
|
λm
|
λI
|
R1,
Ом
|
J,
кг·м2
|
1.5 |
0.07 |
0.77 |
0.83 |
2.2 |
6.5 |
5.46 |
3.3*10-3
|
По справочным данным рассчитаем
основные номинальные параметры электродвигателя.
Ток статора:
А.
Угловая скорость вращения:
ωн=ωон*(1-Sн)=157.2*(1-0.07)=146.6 с-1,
где: ωон – номинальная скорость вращения
магнитного поля.
Номинальный механический момент:
.
Номинальный электромагнитный момент:
Мэмн=1.012*Ммехн=1.012*10.2=10.6
Н·м,
где: 1.012 – коэффициент, учитывающий
добавочные потери и потери на трение в механической части электродвигателя.
2.5.2 Выбор комплексного
преобразователя
Для проектируемого электропривода
выбираем преобразователь частоты фирмы «Danfoss» серии VLT
5000. Фирма «Danfoss» выпустила первый в мире серийный
преобразователь частоты в 1968 г. С тех пор фирма установила стандарт качества
для электроприводов [12]. Ее частотные преобразователи VLT сегодня проданы и обслуживаются более чем в 100
странах на шести континентах. В новой серии преобразователей VLT 5000 заложена система управления VVCPLUS – это новая система векторного
управления без датчиков управляющегося момента. По сравнению со стандартным
управлением коэффициентом напряжение/частота система VVCPLUS обеспечивает улучшенную динамику и
устойчивость как при изменении задания скорости, так и при изменении момента нагрузки.
В системе управления ПЧ внедрена система цифровая защита, которая гарантирует
надежную работу даже при самых неблагоприятных эксплуатационных условиях.
Электроприводы фирмы «Danfoss»
с системой управления VVCPLUS допускают ударные нагрузки во всем диапазоне скоростей и
быстро реагируют на изменение задания. Чтобы сделать программирование простым и
понятным, параметры разделены на различные группы. Быстрое меню проводит
пользователя через программирование нескольких параметров, которые должны быть установлены,
чтобы начать работу. Пульт управления съемный. Он включает алфавитно-цифровой
дисплей из четырех строк, давая возможность отображать четыре параметра
одновременно. Через съемный пульт управления запрограммированные значения могут
быть скопированы с одного VLT на
другой. Это уменьшает затраты времени на программирование при замене приводов
или включении дополнительного привода в систему. Процесс программирования
оказывается легче, чем в других сериях. Преобразователи VLT 5000 выполняют большинство настроек
автоматически. ПЧ серии VLT
5000 построены на базе инверторов с промежуточным звеном постоянного тока и
широтно-импульсной модуляцией. В качестве силовых ключей используются
биполярные транзисторы с изолированным управляющим электродом (IGBT). Функциональная схема
преобразователя частоты серии VLT
5000 представлена на рис. 2.10.
L, C1…C3 – входной LC фильтр, поставляемый по специальному
заказу, служит для сглаживания импульсов входного тока, а так же блокирует
высокочастотные помехи из сети в ПЧ и наоборот.
VD1…VD6 – неуправляемый выпрямитель для преобразования энергии
переменного тока в энергию постоянного тока.
Rз – зарядный резистор для предварительного заряда
конденсаторов силового фильтра С4…С6.
С4…С6 – силовые конденсаторы для
фильтрации выпрямленного напряжения в звене постоянного тока.
Rs – резисторный датчик обратной связи
по току инвертора для контроля тока инвертора, защиты инвертора от токов
короткого замыкания.
VT1…VT6 – транзисторы силового тока инвертора, могут быть
скомпонованы в виде полумостов.
М – асинхронный исполнительный
двигатель.
ИБП – импульсный блок питания,
обеспечивает несколько стабилизированных напряжений.
К – реле предварительного заряда.
Включается после предварительного заряда силовых конденсаторов, шунтируя своим
контактом резистор Rз.
БВВУ – блок верхних выходных
усилителей.
БНВУ – блок нижних выходных
усилителей.
БВВУ и БНВУ служат для формирования
импульсов управления силовыми ключами.
БУИ – блок управления инвертором.
Главный управляющий узел, который формирует на выходе 6 импульсных сигналов
формирования ШИМ по различным алгоритмам. В соответствии с сигналами ОС,
сигналами управления и выбранными комплексами программ БУИ выполняется на базе
микропроцессорных контроллеров.
БИФ – блок интерфейса, обеспечивает
связь схемы управления преобразователем с внешним устройством ЦПУ и АЛУ,
персональным компьютером (РС), ведущим приводом MD, а также выдает сигнал для ведомого привода, если данный ЭП
является ведущий.
БРИТ – блок реостатно-инверторного
торможения.
RT – силовой тормозной резистор.
БРИТ и RТ поставляются по желанию заказчика.
Общие технические данные
преобразователй частоты серии VLT
5000 [13] приведены в таблице 2.5:
Таблица 2.5
Частота
питания, Гц |
50/60 |
Максимальный
дисбаланс напряжения питания |
±2%Uн
|
Коэффициент
мощности |
0.9…1.0 |
Пусковой
вращающий момент в течении 1 мин., % |
160 |
Пусковой
вращающий момент в течении 0.5 сек., % |
180 |
Диапазон
частот, Гц |
0…1000 |
Разрешение на
выходной частоте, Гц |
±0.003 |
Диапазон
регулирования скорости:
Разомкнутая
система
замкнутая
система
|
1…100
1…1000
|
Число
программируемых (по напряжению) аналоговых входов |
2 |
Число
программируемых цифровых и аналоговых выходов |
2 |
Число
программируемых цифровых входов |
8 |
Частотный преобразователь выбирается
по току. Номинальный ток IVLT.N должен
бать равен или больше требуемого тока двигателя (Iн = 3.56 А). Выбираем из [12] преобразователь частоты типа VLT 5003. Технические данные ПЧ VLT 5003 приведены в таблице 2.6.
Таблица 2.6.
Выходной
ток:
IVLT.N,
A
IVLT.MAX
(60 c), A
|
4.1
6.5
|
Выходная
мощность,
SVLT.N,
кВт∙А
РVLT.N, кВт
|
3.1
1.5
|
Выходное
напряжение, В |
0…220 |
Выходная
частота, Гц |
0…1000 |
Время
разгона, с |
0.05…3600 |
3.
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Решение
о выборе лучшего варианта привода принимается на основе сопоставления
приведенных затрат на одинаковый объем выпускаемой продукции.
В данном проекте необходимо
обеспечить регулирование продолжительности времени выпечки с коррекцией по
температуре во второй зоне пекарной камеры. При этом необходимо учитывать, что
производительность печи при замене системы привода меняться не должна, а также
желательно сохранить неизменной конфигурацию оборудования и занимаемую им
площадь.
Ниже рассмотрены некоторые системы
привода конвейера печи.
Регулирование продолжительности
времени выпечки может осуществляться механически при помощи блок-вариатора
(существующий вариант). Тогда для реализации коррекции продолжительности
выпечки на маховик вариатора необходимо установить регулирующий механизм
(например, сервопривод ), который поворачивал бы маховик в ту или иную сторону,
в зависимости от температуры. Такой вариант регулирования очень прост и требует
минимальных капитальных затрат. Однако при частых поворотах ручки маховика
будет сильно увеличиваться износ блок-вариатора, что в конечном итоге приведет
к быстрому выходу вариатора из строя. Очевидно, что данный вариант
регулирования нас не устраивает.
Лучшими показателями по сравнению с
рассмотренным способом регулирования обладает электрическое регулирование
продолжительности выпечки, т.е. изменением скорости вращения приводного
двигателя конвейера.
В настоящее время наибольшее
распространение получили системы электропривода ТП – ДПТ НВ (тиристорный
преобразователь – двигатель постоянного тока независимого возбуждения) и ПЧ –
АД (преобразователь частоты – асинхронный двигатель). Ниже приведена таблица
[14], в которой методом экспертных оценок баллами определены рассматриваемые
системы по ряду показателей:
Таблица 3.1.
Система
электропривода |
Р, кВт
|
D
|
M
|
Кап. затраты |
Масса
|
η, ΔР |
Qн,
cosφн
|
Ук
|
Укэ
|
– |
~
|
~ω2
|
двиг. |
преобраз. |
ТП – ДТП НВ |
от 10 до 10000 |
1:104
|
+ |
+ |
┴ |
3.5 |
2 |
2 |
2 |
3 |
2 |
3 |
ПЧ –АД |
до 10000 |
1:104
|
– |
┴ |
┴ |
3.0 |
1.5 |
2 |
1.5 |
2 |
2 |
2.5 |
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15
|