Дипломная работа: Схема автоматического регулирования продолжительности выпечки с коррекцией по температуре во второй зоне пекарной камеры

Приняты обозначения: + – применяется, ┴ – ограниченно применяются, – – не применяются.

Здесь Ук и Укэ характеризуют соответственно ущерб от ненадежности и затраты на компенсирующие устройства (сглаживающие фильтры, дроссели и т.п.).

На основании оценок этой таблицы уже можно сделать вывод о применении асинхронного электропривода по ряду показателей: габаритам, КПД, потреблению электроэнергии, реактивной мощности, меньшим затратам на сетевые фильтры. Окончательно это будет решено после расчета технико-экономического эффекта. При этом необходимо учитывать ряд факторов, таких как большая ремонтнопригодность асинхронных двигателей. Также это прогрессивность применения преобразователей частоты, которые на данном этапе по трудоемкости и сложности ремонта ненамного превышают тиристорные преобразователи постоянного тока.

4. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ

4.1 Построение нагрузочной диаграммы с учетом регулирования координат электропривода

Конвейер относится к механизмам непрерывного действия, для электропривода которого характерен продолжительный режим работы S1. За время работы конвейера статический момент остается постоянным. Для режима работы S1 время пуска и торможения мало по сравнению с общим временем работы.

Определим суммарный момент инерции по формуле [1.1]:

Выразим из уравнения движения электропривода:

время пуска электропривода до номинальной скорости:

где: Мдин= М – Мс= Мн – динамический момент электропривода.

Построим нагрузочную диаграмму электропривода (рис. 4.1).

4.2 Проверка выбранного электропривода по перегрузочной способности и нагреву

Целью данного расчета является определение максимального пускового момента электродвигателя, который должен быть больше момента трогания механизма. Механическая характеристика конвейера (или фрикционная характеристика) приведена на рис 4.2 (кривая 1). Однако аналитический расчет фрикционной характеристики очень громоздок и требует дополнительных сведений о элементах кинематической цепи [3]. Поэтому апроксимируем фрикционную характеристику прямыми линиями (хар-ка 2).

Здесь:

 – момент трогания;

 – минимальный момент;

 – минимальная скорость.

Примем , тогда

.

Преобразователь частоты позволяет разгонять электродвигатель с пусковым моментом, равным критическому. Поэтому условие выбора электродвигателя по перегрузочной способности можно записать в виде:

.

Допустимое угловое ускорение:

,

0.81λm*Mн=0.81*2.2*10.2=18.2Н·м.

Из расчетов видно, что условие выбора электродвигателя по перегрузочной способности выполняется.

Очевидно, что выбранный электродвигатель необходимо проверить по нагреву при работе по нижней скорости. По расчетным кривым (рис. 2.5) определим максимально-допустимый момент по условиям нагрева:

Получаем μ=0.64. Следовательно, при работе электропривода на нижней скорости максимально-допустимый момент по условию нагрева:

Мдоп=μ*Мн=0.64*10.2=6.5.

Условие проверки ЭД по нагреву Мдоп>Мст выполняется.

Проверка электродвигателя по нагреву, с учетом параметров схемы замещения будут приведен в пункте 6.

5. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИЛОВОЙ СХЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

5.1 Выбор сглаживающего дросселя

Силовая часть схемы преобразователя частоты представлена на рис. 2.10.

Для тока короткого замыкания применены дроссели, индуктивность которых выбирается из того, чтобы ограничить ток короткого замыкания на допустимом уровне в течении времени, пока сработает защита Т=10 мкс:

 мкГн        .                  (5.1)

Выбираем из [15] сглаживающие дроссели типа ФРОС-20. Паспортные данные дросселя приведены в таблице 5.1:

Таблица 5.1.

Рассчитаем активное сопротивление дросселя:

Ом.

5.2 Выбор силовых диодов

Выбор силовых диодов осуществляется по среднему току нагрузки:

,              (5.2)

где: kф=1.6 – коэффициент формы, учитывающий несинусоидальность тока через диод;

kпер=1.4 – коэффициент запаса на перегрузку при изменении температуры;

kочл=0.8 – коэффициент, учитывающий отклонение условий охлаждения от номинальных.

Расчетное напряжение выбираемых диодов определяется по формуле:

,            (5.3)

где: Umax – амплитуда выпрямленного напряжения;

kc – коэффициент, учитывающий возможное повышение напряжения сети;

k3н -- коэффициент запаса по напряжению.

На основе произведенных расчетов выбираем из [16] трехфазный диодный мост фирмы INTERNATIONAL RECTIFIER 26MT80 со следующими номинальными параметрами (табл. 5.2):

Таблица 5.2.

Из выражения теплового равновесия следует:

,                                               (5.4)

где: Uпр – прямое падение напряжения на диоде;

Т0 – температура окружающей среды;

Тjmax – максимальная температура перехода;

Rthjc – тепловое сопротивление переход-среда.

Rthja≈3* Rthjc=3*1.42=4.26 °С/Вт,

,                        (5.5)

.

Условие выбора диодов по току соблюдается.

5.3 Выбор конденсатора силового фильтра

Расчет емкости конденсаторов силового фильтра осуществляется по формуле :

, (5.6)

где: Ud – среднее значение выпрямленного напряжения;

Тн – постоянная времени нагрузки;

Rн – активное сопротивление нагрузки;

ΔUc – допустимое повышение напряжения на конденсатора,

ΔUc=0.1*Ud=38В,

.

Для набора указанной емкости потребуется три конденсатора К50-17 350В, 1500 мкФ .

Определим номинал резистора, ограничивающего зарядный ток

конденсаторов:

,

где: Δt – время заряда конденсатора, принимаем Δt=1с.

.

Мощность резистора – 150 Вт.

Определим величину разрядных резисторов:

,

где: Т – постоянная времени разряда, принимаем Т=60с.

.

Выбираем из [17] резисторы МЛТ-2 – 15кОм –10Вт ±10%

5.4 Выбор силовых транзисторов

Выбор силовых транзисторов осуществляется по среднему току нагрузки и напряжению:

,

где: kф, kпер, kохл – коэффициенты (см. формулу 5.2)

,

где: kпер – коэффициент, учитывающий перенапряжения на транзисторах (принимаем kпер=1.5);

kc, k3н – коэффициенты (см. формулу 5.3).

Выбираем из [16] силовые IGBT-транзисторы типа IRGPH30MD2 фирмы INTERNATIONAL RECTIFIER со следующими номинальными данными (табл. 5. 3):

Таблица 5.3.

Проверим транзисторы по расчетному току при максимальной температуре (150 °С):

,                         (5.6)

где: Тj – температура кристалла;

Тс – температура окружающей среды;

Rпр – сопротивление перехода коллектор-эмиттер в открытом состоянии.

.

Определим потери, которые могут рассеяться в транзисторе:

,                          (5.7)

из них потери на переключение составляют:

ΔPком=Wпер*fк=2.18*10-3*5*103=10.9Вт,

где: Wпер – потери энергии при переключении;

fк – несущая частота.

Потери от рабочего тока нагрузки:

ΔР= ΔР- ΔРком=53.8-10.9=42.9Вт.

Допустимый средний ток нагрузки:

.                                  (5.8)

Условие выбора транзисторов выполняются, т.к. Iдоп>Iрасч.

5.5 Выбор конденсаторов входного фильтра

Выбор входного фильтра служит для подавления помех, создаваемых при работе преобразователя. Его передаточная функция имеет вид:

,

 .                                (5.9)

где: Т1, Т2 – постоянные времени;

L – индуктивность сглаживающего дросселя;

R – активное сопротивление преобразователя и сглаживающего дросселя;

С – емкость конденсаторов фильтра.

Активное сопротивление преобразователя определим по его техническим данным.

Активная мощность на выходе преобразователя:

Потери активной мощности в преобразователе:

 Вт.

Найдем активное сопротивление преобразователя:

 Ом.

Найдем суммарное активное сопротивление преобразователя и фильтра:

R=Rп+Rдр=3.1+0.8=3.9 Ом.

Емкость фильтра определим из условия, что электромагнитные процессы в фильтре не будут носить колебательный характер. Для этого необходимо, чтобы корни характеристического уравнения

Т1*р+Т2*р+1=0

были действительными

,

Т2>2*Т1. (5.10)

Подставим (5.9) в (5.10) и запишем условие выбора емкости:

.                                        (5.11)

Подставим в (5.11) значения параметров и выберем емкость конденсаторов фильтра:

.

Выбираем два конденсатора К50-17350В, 1500 мкФ, соединенных последовательно.

5.6 Выбор тормозного резистора

На тормозном резисторе рассеивается энергия, передаваемая из двигателя в звено постоянного тока преобразователя частоты при торможении. Он необходим для качественного и быстрого торможения. Для проектируемого электропривода в нормальном режиме работы время торможения не лимитируется. Однако торможение электропривода в аварийном режима должно происходить как можно быстрее. Поэтому заложим в проектируемый электропривод тормозной резистор.

Расчет сопротивления тормозного резистора будем производить по методике фирмы «Danfoss» [13].

Для расчета сопротивления необходимо определить пиковую мощность:

РРЕК=Рм*МBR(%)*ηм*ηVLT,

где: Рм – мощность приводного двигателя;

МBR(%) – соотношение от номинального, вращающегося момента. Принимаем МBR(%)=160%,

ηм – КПД двигателя,

ηVLT – КПД преобразователя частоты.

РРЕК=1500*1.6*0.77*0.96=1774 Вт.

Тормозное сопротивление рассчитывается по формуле:

,

где: UDC – напряжение в промежуточной цепи инвертора. Принимаем UDC=810В

6.  ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

6.1 Математическое описание объекта управления

6.1.1 Математическое описание асинхронного электродвигателя из уравнений обобщенной машины

Электромеханический преобразователь (ЭМП) в структуре электропривода представляет собой идеализированный двигатель, ротор которого не обладает механической инерцией, не подвержен воздействию момента механических потерь и жестко связан с реальным ротором, входящим в состав механической части электропривода. Исследование процессов в ЭМП энергии обычно выполняют не непосредственно на конкретной конструкции, а на эквивалентных моделях. Благодаря тому, что в основе работы ЭМП автоматизированных электроприводов лежат одни и те же законы, появляется возможность создать универсальные общие модели для различных типов преобразователей. В этом смысле вращающиеся преобразователи можно разделить на две большие группы:

1)  Преобразователи, у которых токи (или магнитные потоки) взаимно перемещающихся частей создаются с помощью источников энергии переменного тока.

2)  Преобразователи, у которых одна часть (статор или ротор) возбуждаются от источника переменного тока, а другая – от источника постоянного тока.

Одной из наиболее распространенных технических реализаций ЭМП первой группы являются асинхронные машины. Ограничив рассмотрение только трехфазными машинами, используем следующие общепринятые допущения:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15