Розрахунок шахтної вентиляторної установки головного провітрювання

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Опис технологічної установки

1.1 Призначення, тип та зовнішній вигляд

Шахтні вентиляторні установки головного провітрювання (ГВУ) призначені для систем шахтної вентиляції головного провітрювання виробок шахт і рудників і складаються з робочого та резервного вентиляторів з електроприводом, пускорегулювальної апаратури, апаратури режиму роботи (подачі і тиску), контролю температури підшипників, апаратури дистанційного та автоматизованого керування, захисту та сигналізації, комплекту засобів для реверсування повітряного струменя і переходу з працюючого вентилятора на резервний, головного, підвідного та вентиляційних каналів, будівельних споруд (будівель, фундаментів, дифузорів, глушників шуму і т.п.) з літер.

Вентиляторні установки головного провітрювання розміщують, як правило, в будівлі на поверхні землі біля усть герметично закритих стволів, шурфів, свердловин і штолень, вони пропускають все повітря, що проходить по діючим виробках шахти або рудника за винятком тупикових вибоїв.

Вентилятори шахтні, призначені для шахтних вентиляторних установок головного провітрювання, виготовляють по ГОСТ 11004-84 Донецький машинобудівний завод ім. Ленінського комсомолу з діаметром робочих коліс 3 м і більше та Артемівський машинобудівний завод з діаметром робочих коліс до 3 м. Стандарт поширюється на вентилятори з номінальною подачею від 25 до 630 м і / с і номінальним повним тиском від 1000 до 12500 Па при роботі з повітрям, мають щільність 1.2 кг / м і, запиленість до 150 мг / м і і відносною вологістю до 98% (при температурі 298 К), на висоті над рівнем моря до 1000 м. Вентилятори можуть використовуватися також в системах вентиляції для провітрювання великих цехів підприємств металургійної, хімічної та інших галузей промисловості, де їх умови роботи збігаються або близькі до умов основного призначення за вказаною стандарту і при відповідності вимогам діючої нормативно-технічної документації.

Шахтні вентилятори головного провітрювання в залежності від напрямку руху повітряного потоку в робочому колесі виготовляють двох типів: відцентрові (радіальні) і осьові. Відцентрові вентилятори по конструкції робочого колеса поділяються на односторонні і двосторонні. Односторонні відцентрові вентилятори мають робоче колесо одностороннього всмоктування, а двосторонні - двостороннього. Осьові вентилятори по конструкції і числа робочих коліс діляться на одноступінчасті, багатоступінчасті і зустрічного обертання.

Шахтні вентилятори застосовуються для транспортування шахтного повітря при незначному підвищенні його тиску і являють собою турбомашини, в робочих колесах яких відбувається прирощення питомої енергії повітря за рахунок взаємодії лопаток колеса з обтічним їх потоком.

У відцентрових вентиляторах повітряний потік через вхідний патрубок в осьовому напрямку засмоктується з усмоктувальної або усмоктувальних (у вентиляторі двостороннього всмоктування) коробок в робоче колесо, де відхиляється на 90? в міжлопаточном просторі робочого колеса і під дією відцентрових сил викидається лопатками в радіальному напрямку в спіральний корпус (кожух), який відводить повітря в необхідному напрямі, одночасно частково перетворюючи динамічний тиск потоку в статичний. В осьових вентиляторах повітряний потік надходить в робоче колесо в осьовому напрямку і видається з міжлопаточного простору також в осьовому напрямку, наприклад, в дифузор і далі в атмосферу (при роботі вентилятора на всмоктування).

Шахтні вентилятори характеризуються подачею Q (м і / с), статичним Psv або повним Pv (в залежності від того, працює вентилятор на всмоктування або нагнітання) тиском (Па), потужністю електроприводу Р (кВт), статичним зs або повним з коефіцієнтом корисної дії.

Аеродинамічні якості вентиляторів оцінюють за індивідуальними аеродинамічним характеристикам, які будують у вигляді графіків залежностей значень Psv, N і зs для даного діаметра робочого колеса, по заданій частоті або частотах обертання (при регульованому приводі), при певних кутах (И) установки лопаток (закрилків) робочого колеса, що направляючих і спрямляючих апаратів при роботі з повітрям, що мають щільність 1.2 кг / м і. Аеродинамічні характеристики вентиляторів будують за даними аеродинамічних випробувань, які проводяться згідно ГОСТ 10921-74. Точка перетину кривих тиску вентиляторної установки і шахтної вентиляторної мережі визначає конкретний режим роботи установки. Сукупність режимів, на яких вентилятор працює стійко і економічно (зs ? 0.6), утворює робочу область вентиляторної установки. У таблиці 1.1 наведені технічні параметри деяких виготовляються вентиляторів.

Таблиця 1.1 - Технічні параметри вентиляторів

Параметри (граничне відхилення)	Норма для типорозмірів вентиляторів
	відцентрових	осьових
	ВЦ-15	ВЦ-16	ВЦ-25М	ВЦД-31.5А	ВОД-18	ВОД-21М	ВОД-30М	ВОД-40М
1. Номінальний діаметр робочого колеса, мм (±5%)	1500	1600	2500	3150	1800	2100	3000	4000
2. Номінальна подача, мі/с (±10%)	31.5	31.5	63	200	63	63	160	250
3. Номінальний тиск Па, (±10%): повний статичний	6300 6200	2500 2450	4000 3950	5000 4950	4000 3900	2500 2450	4000 3900	2500 2450
4. Максимальний ККД: повний статичний	0.85 0.84	0.86 0.85	0.86 0.85	0.86 0.85	0.83 0.81	0.83 0.81	0.82 0.80	0.83 0.81
5. Потужність електропривода, кВт	315	125	630	1250	630	500	1250	1600
6. Частота обертання, об/хв	1500	1000	750	600	1000	750	600	375
7. Маса вентилятора без електрооборудування кг,	4100	6900	9500	29000	11000	13000	28000	41000

Вентилятори шахтні відцентрові головного провітрювання типів ВЦ5 - 200/450 (зображено на рисунку 1.1) та ін, що виготовляються за ГОСТ 11004-84, конструктивно подібні і складаються з наступних основних складових частин: ротора, корпусу (кожуха) спірального, коробки всмоктуючої, направляючого апарату, привода направляючого апарату, муфт з'єднувальних, системи змащення підшипників ротора, комплекту засобів для реверсування повітряного струменя і переходу з працюючого вентилятора на резервний, електроприводу з пускорегулюючої апаратурою, апаратурою контролю режиму роботи, що включає первинні перетворювачі і вторинні прилади контролю подачі і тиску, апаратурою контролю температури підшипників, апаратурою дистанційного та автоматизованого керування, захисту та сигналізації. На рисунку 1.1 представлена спрощена схема відцентрового вентилятора.

Рисунок 1.1 ? Вентилятор відцентровий ВЦ5

1 - позначений електродвигун; 2 - підшипникова опора; 3 - усмоктувальна коробка; 4 - направляючий апарат; 5 - спіральний корпус; 6 - робоче колесо; 7 - головний вал.

Ротор відцентрових вентиляторів складається з робочого колеса, вала і підшипникових опор. Робоче колесо по конструкції може бути одностороннім (для вентиляторів одностороннього всмоктування) або двостороннім (для вентиляторів двостороннього всмоктування) і складається з лопаток, корінного і покривного дисків, між якими закріплюють лопатки, і лабіринтового кільця, що має спеціальну тороїдальної форми на вході в робоче колесо. Робочі колеса в залежності від аеродинамічної схеми вентиляторів застосовують з конічним або прямим покривними дисками, а корінний диск виконують шестигранною або круглої форми.

На вентиляторах одностороннього всмоктування типу ВЦ-15, ВЦ-16, ВЦ-25М встановлюють одну усмоктувальну коробку, а двостороннього всмоктування типу ВЦД-31.5М і ВЦД-47.5А - дві.

Направляючий апарат на відцентрових вентиляторах застосовується осьового типу і призначений для регулювання параметрів шляхом закриття та відкриття вхідного отвору в робоче колесо, складається з корпусу, що має, як правило, роз'єм по осі головного вала, плоских лопатей, установлених своїми цапфами на підшипниках, і механізму їх повороту. Поворот лопатей здійснюється від приводного кільця за допомогою канатної системи. Привід направляючого апарату складається з електродвигуна, редуктора, на вихідному валу якого насаджений зірочка, приводний ланцюга, тяг і шарнірних з'єднань. У крайніх положеннях лопатей електродвигун приводу відключається від мережі кінцевими вимикачами, закріпленими на корпусі направляючого апарату. Кути повороту лопатей визначають на шкалі по стрілці, яка закріплена на приводному кільці, а шкала на корпусі направляючого апарату.

Муфти сполучні; служать для передачі обертання від валу електродвигуна до вала ротора. На великих вентиляторах між зубчастими обоймами розміщують проміжну вставку, що забезпечує знімання втулок з кінців валу ротора при ремонті і заміні підшипників кочення, не знімаючи з фундаменту електродвигун або ротор.

1.2 Технічні характеристики вентилятора ВЦ5

Таблиця 1.2 - Технічні параметри вентилятора ВЦ5 - 200/450

Продуктивність вентилятора, м3 / с	190
Статичний тиск, мм. водн. ст.	480
Коефіцієнт корисної дії, % (ККД)	0,6 - 0,72
Діапазон еквівалентних отворів, м2	2 - 6,2
Окружна швидкість колеса, рад/с	78,6
Махові момент обертання вентилятора, кг м2	12000
Потужність ел. двигуна, кВт	1250
Вага без ел. двигуна, кг	40400
Габарити, мм	7800 х 7600 х 6000

1.3 Особливості та способи регулювання продуктивності ГВУ

Щоб двигун стійко обертався, необхідно, щоб він розвивав односпрямований обертаючий момент з мінімумом пульсацій. Мінімум пульсацій моменту сприятиме плавності ходу двигуна.

В обмотку якоря від джерела живлення подається струм. В залежності від розподілу струму по котушкам в зоні статора утворюється полюсна система статора (електромагніти), що створюють магнітний потік (поле) статора.

Магнітний потік збудження створюється або постійними магнітами, або обмоткою збудження.

Електромагнітний момент утворюється при взаємодії магнітного потоку збудження і фазних струмів.

При спільній дії потоків збудження і потоків від струмів статора силові лінії магнітного поля в повітряному зазорі згинаються.

Відцентрові вентилятори регулюють різними способами: поворотом лопаток напрямних апаратів; за допомогою поворотних закрилків, що встановлюються на лопатках робочих коліс (рідко через низьку надійності та складності); зміною частоти обертання робочого колеса, застосовуючи регульований електропривод або замінюючи на двигун з іншою частотою обертання, а також установкою на кінцях лопаток гнучких елементів або жорстких поперечних ребер певної висоти і ін. Найбільш поширено регулювання осьовими направляючими апаратами і зміною частоти обертання робочого колеса (регульований привід). Останній спосіб найбільш економічний, однак регульований привід ще складний, доріг і вимагає вдосконалення.

Режим роботи осьових вентиляторів головного провітрювання регулюють, повертаючи лопатки робочого колеса, що направляє і спрямляючого апаратів, а також знімаючи частину лопаток з робочих коліс і змінюючи їх частоту обертання, наприклад, замінивши даний двигун на двигун з більшим чи меншим числом обертів. В даний час розробляються одноступінчасті осьові вентилятори з поворотом робочих лопаток на ходу, що дозволить плавно регулювати параметри у широких межах.

1.4 Вимоги до електроприводу вентиляційних установок

В даний час для приводу великих вентиляторів застосовують в основному синхронні двигуни загальнопромислового виконання або спеціального виконання СДВ (для вентиляторів з великим моментом інерції). Вентилятор малої потужності оснащуються асинхронними двигунами з короткозамкненим ротором.

Особливе значення для ряду вентиляторів має застосування регульованого електроприводу. ККД регульованого двигуна більше на 12% ніж у нерегульованого.

Крім підвищення ККД, застосування регульованого приводу для великих вентиляційних установок стали більш очевидними. Установка ВЦД-32 з регулюванням по засобам машинно-вентильного каскаду: ККД установки становить 0,73%.

Вентилятори є механізмами з режимом тривалої навантаження з великим числом годин роботи в році, навантаження на валу приводного двигуна спокійна, перевантажень не виникає. Частота обертання робочого колеса вентилятора для великих машин не перевищує 600 об \ хв, зі зменшенням потужності вентиляторів номінальна частота обертання зростає до 1500 - 3000 об \ хв. Вентилятори є механізмами з великим моментом інерції, що необхідно враховувати при розрахунку пускових характеристик електроприводів. Необхідний діапазон регулювання не перевищує 2:1, більш глибоке регулювання не доцільно, враховуючи споживану потужність. Навантаження на валу механізму носить чисто вентиляторний характер, статичний момент опору на валу вентилятора пропорційний квадрату швидкості.

Пуск вентилятора може проводиться як при завантаженій машині (закритий направляючий апарат), так і при нормальній роботі на мережу. У першому випадку максимальний момент при пуску рівний приблизно 0.4 номінального, у другому - номінальному. При пуску потужних вентиляторів зазвичай потрібно обмеження прискорень при пуску щоб уникнути появи надмірних динамічних напружень у лопатках робочого колеса.

ВД володіють основними достоїнствами КДПС і АД і не мають їхніх недоліків. Частина достоїнств ВД залежить від типу електричної машини, застосовуваної в ВД.

ВД на базі синхронних машин із збудженням від високо коерцитивною постійних магнітів:

1) Безконтактність і відсутність вузлів, що вимагають обслуговування (немає щітково-колекторного вузла і контактних кілець). Це гідність властиве також АД з короткозамкненим ротором і відсутня у КДПС і АД з фазним ротором.

1.1) Істотно підвищується ресурс і надійність електропривода. Напрацювання на відмову становить 10000 год. і більше.

1.2) Спрощується експлуатація двигуна.

У КДПС зношуваність щіток при експлуатації вимагає перевірки їх стану та заміни через певний час.

1.3) З'являється можливість використання ВД у вибухонебезпечному і агресивному середовищі.

2) Вентильна комутація струму в обмотках допускає значну напругу між виводами - до декількох тисяч вольт. Звичайний механічний колектор задовільно працює при напрузі між колекторними пластинами не більше 30-32 В (максимальне допустиме 37-42 В).

3) Широкі можливості по регулюванню вихідних показників електроприводу при відносній простоті реалізації системи управління.

Перевершує за цим якістю АТ (у ВД можливо ефективне управління по напрузі), частотно-керований АД (у ВД більш проста схема перетворювача) і ДПС (можливість векторного керування).

3.1) Забезпечується широкий діапазон регулювання частоти обертання (до 1:10000 і більше).

3.2) Є можливість оптимізації режимів роботи при зміні швидкості і навантаження. Це також сприяє підвищенню ресурсу електродвигуна і всього агрегату.

4) Велика перевантажувальна здатність по моменту (короткочасно кратність максимального моменту дорівнює 5 і більше).

5) Високі енергетичні показники (ККД і соsц).

5.1) ККД вентильних двигунів можуть перевищувати 90%, соsц ВД - більше 0,95.

Високий ККД обумовлений тим, що основні електричні і магнітні втрати в роторі ВД з порушенням від постійних магнітів відсутні. Також малий струм холостого ходу.

Високий соsц забезпечується раціональним вибором кута включення фази. А це може бути досягнуто шляхом відповідної настройки датчика положення ротора або при векторному керуванні.

5.2) ККД вентильного двигуна мало змінюється при зміні навантаження і при коливаннях напруги мережі живлення.

5.3) Більш низький перегрів ВД у порівнянні з АД при однаковій потужності і однакових розмірах.

Перегрів в цьому випадку залежить від втрат, величина яких тим менше, чим вище ККД і соsц.

5.4) Це збільшує ресурс ізоляційних матеріалів, а значить і термін служби електроприводу в цілому.

5.5) Це дозволяє електроприводу працювати в нестандартних режимах з можливими перевантаженнями.

5.6) Менші маса і габаритні розміри.

Більш високий ККД і соsц, тобто менші втрати, дозволяють для фіксованої потужності спроектувати двигун менших розмірів у порівнянні з АД. Це забезпечується можливістю реалізації більш високих значень лінійної навантаження і тих же значень індукції в повітряному зазорі (порядку 0,6-0,8 Тл) (при використанні висококоерцитивною магнітів).

6) Висока швидкодія; точність позиціонування. Обумовлено малою масою, а значить малим моментом інерції ротора і великим пусковим моментом.

7) Мінімальне значення струмів холостого ходу. Відсутній у АД, у яких він витрачається на проведення магнітного потоку. Дозволяє досить точно вимірювати навантаження на привод (пропорційну току) і оптимізувати режим роботи.

8) Лінійність характеристик.

1.5 Аеродинамічні параметри вентилятора ВЦ5 - 200/450

Основні властивості вентилятора як пристрою, призначеного для переміщення повітря, прийнято оцінювати за його аеродинамічним параметрам: тиску, продуктивності і споживаної потужності при нормальних атмосферних умовах, а також коефіцієнту корисної дії (ККД).

Таблиця 1.3 - Аеродинамічні параметри вентилятора

Діаметр входу в колесо, мм	3000
Ширина колеса при вході, мм	950
Ширина колеса на виході, мм	500
Число лопаток	24
Кут входу на лопатки	140°
Кут виходу з лопатки	- 90°
Ширина кожуха, мм	2000
Розкриття кожуха, мм	2000
Довжина дифузора, мм	9000
Число направляючих лопаток апарату	14
Співвідношення вхідного і вихідного параметра дифузора	2,28
Тип аеродинамічної схеми	ЦАГІ, Ц-7-42

2. Розробка схеми силової частини електроприводу за системою вентильний двигун та аналіз статичних і енергетичних характеристик

2.1 Характеристика вентильного двигуна

Система вентильний двигун (ВД) - це електропривод в структуру якого входить синхронний двигун і перетворювач частоти, керований у функції положення машини.

Поява керованих приладів великої потужності істотно спрощує одну з найскладніших операцій як пуск ВД. А також вирішується ще одне завдання - управління інвертором з кутом випередження, який дорівнює нулю.

При використанні нового покоління перетворювальної техніки поліпшуються електричні показники з боку змінного струму. Таким чином випрямляч робиться керованим, а регулювання напруги на інверторі виконується широтним методом з реалізацією однієї інвертуємої напруги. Електропривод в системі ВД удосконалить свої характеристики та інші показники.

Основною особливістю системи ВД є необхідність керування перетворювачем у функції положення ротора, що дозволяє здійснювати синхронізацію частоти магнітного поля двигуна зі швидкістю ротора. Для цієї мети використовується датчик положення ротора, який утворює зворотний зв'язок по кутку, і подає в систему управління інвертором (СУИ) сигнали на перемикання чергової пари тиристорів через кожні 60 ел. град.

Основні особливості системи ВД.

1. Система забезпечує плавне регулювання швидкості як вниз так і вгору від основної, при цьому каналами управління є випрямляч і інвертор.

Характеристики приводу ідентичні характеристикам системи ТП-Д і мають змінну жорсткість у 2 зоні. Нижня межа регулювання швидкості визначається умовою комутації інвертора і становить 10% від номінального. Характеристики лінійні поза зонами переривчастих струмів, а їх жорсткість визначається параметрами схеми.

2. ВД характеризується високими енергетичними показниками. Його ККД приблизно дорівнює ККД машини.

3. Коефіцієнт потужності залежить від глибини регулювання.

4. ВД забезпечує роботу як у руховому, так і в гальмівних режимах, являючи собою реверс по моменту (рекуперативного гальмування) і реверс по швидкості.

Рисунок 2.1 - Швидкісні характеристики ВД

Рисунок 2.2 - Структурна схема ВД

До структурної схеми ВД входять: СОР - струмообмежуючий реактор; Др - дросель; СД - синхронний двигун; ДПР - датчик положення ротора; ВЕ - тиристор; СКВ,СКІ - блок команд; Uз - вузол зрівнювання.

2.2 Вибір силового обладнання

Вибір синхронного двигуна (СД)

Розраховуємо потужність двигуна вентилятора:

(2.1)

де Кз=(1,1-1,15) - коефіцієнт запасу (в.од.); Q - продуктивність вентилятора (м3/c); Н - тиск вентилятора (Па); з - ККД вентилятора (в.од.).

Виходячи з заданої потужності вентилятора РВ=1241 кВт вибираємо СД за активною потужністю:

РСД ? РВ (2.2)

щСД ? щВ (2.3)

РСД = 1250 ? РВ=1241

Таблиця 2.1 - Технічні параметри СД

Тип двигуна	СДН-15-49 У3
Потужність двигуна, кВт	1250
Повна потужність, кВА	1460
Номінальна напруга, В	6000
Номінальний струм, А	141
Швидкість обертання, об./хв.	600
КПД, %	0,95
cоs ц	0,9
Струм збудження номінальний, А	285
Напруга збудження, В	60
Маховий момент двигуна, т/м	1,88
Мпуск/Мном	0,85
Мmax/Мном	2
Іпуск/Іном	6

Вибір тиристорного збуджувача.

Виконуємо з умови:

РН.ТВ ? РН.зб.СД (2.4)

І Н.ТВ ? І Н.В =250 А (2.5)

РН. зб.СД = (1-2)% РН.СД / 100% = (16/32) кВт

Вибираємо тиристорний збуджував ПВ-102:

U=76 B; І = 355 А.

Вибір перетворювача частоти

Перетворювач частоти вибираємо з умови:

РН.ПЧ ? РН.СД (2.6)

І dН ? ІН.CД (2.7)

Вибираємо перетворювач частоти серії ПЧВС для ВД з параметрами:

Uм=6 кB; Рном = 2 МВт; ІdН = 250А

Вибір струмообмежуючого реактора

Струмообмежуючий реактор вибираємо:

І ПР ? І Н.СД (2.8)

Тип РБ-10-63-0,56 з параметрами:

LР = 1,8 мГн; ІПР = 630А; кількість - 3.

Вибір згладжуючого дроселя

Згладжуючий дросель входе до складу випрямляча, й вибирається з умови:

І Н.ДР ? ІН.CД (2.9)

Вибираємо дросель з параметрами:

Тип СРОМ-1000; LДР = 50 мГн; ІН = 250А; кількість - 2.

2.3 Розрахунок механічної характеристики вентилятора

Параметри неусталених процесів електропривода з турбомеханізмом на валу визначаються з урахуванням залежності статичного моменту від швидкості:

(2.10)

де:

Мн = Рд/щн = 1250/62,8= 19,9 кН м;

Мхх=0,1* Мн = 0,1*19,9 = 1,99 кН м;

Побудова характеристики статичного моменту:

Таблиця 2.2 - Залежність статичного моменту МС

щ, рад\с	0	10,5	20,9	52,3	62,8
М, кН	1,99	2,54	4,16	15,7	21,8



Рисунок 2.3 - Статичний момент

2.4 Розрахунок параметрів схеми заміщення

Параметри схеми заміщення знаходяться за схемою заміщення контуру випрямленого струму ВД.

Рисунок 2.4 - Схема заміщення: Ud - випрямлена напруга; ВЕ - вентильний елемент; 2Rдр - активний опір дроселя; 2R1СД - активний опір фази двигуна; Rгв, RгU -опір комутації; 2Rр - активний опір ротора; ЕНПВ - ЕДС інвертора

Знайдемо параметри схеми заміщення.

Знайдемо напругу на випрямлячі:

, (2.11)

де Ксх=1,35 - коефіцієнт для мостової схеми, (в. од.); Uм -напруга мережі, (В).

Знайдемо опір комутації випрямляча:

(2.12)

де m=6 - пульсність схеми, (в. од.); Хр -реактивний опір реактора, (В);

Знайдемо зверх провідний опір машини:

(2.13)

де Uн -номінальна напруга СД, (В); Ін -номінальний фазний струм СД, (А); лі - перевантажувальна здатність по струму, (в. од.)

Знаходимо активний опір фази СД:

(2.14)

Знаходимо опір комутації інвертора:

 (2.15)

де m = 6 - пульсність схеми, (в. од.); Хс - сверперех опір реактора, (В).

Знаходимо активний опір дроселя:

(2.16)

Так як активний опір реактора складає 0,1 Хр, то Rр можливо знехтувати.

Знаходимо ЕРС інвертора:

вентиляційний електропривід тиристорний двигун

(2.17)

де н = - відносна частота обертання, (в. од.); в - кут запасу на інвертування;

.

2.5 Дослідження статичних режимів роботи привода

Статичні режими роботи ВД розглядаються і аналізуються за швидкісними та механічними характеристиками ВД, які знаходяться за допомогою схем заміщення для ланцюга випрямленого струму.

Знаходимо синхронну швидкість обертання СД.

 (2.18)

де n0 = 600 - частота обертання СД, (об. хв.);

Швидкісна характеристика розраховується за формулою:

(2.19)

де Ксх=1,35 - коефіцієнт для мостової схеми, (в. од.); Uм -напруга мережі, (В); 2Rдр, 2R1СД , 2Rр, Rг В, Rг інв - еквівалентні опори, (Ом); Іd - діючий струм СД, (А); н = - відносна частота обертання, (в. од.); Еінв - ЕДС інвертора.

(2.20)

Іn - номінальний струм СД, (А).

(2.21)

Знайдемо бmin кут при якому з номінальним навантаження швидкість буде дорівнювати синхронній СД:

Приймаємо в=вmin=35 ел.град.

 (2.22)

Тобто бmin = 0.

Розраховуємо швидкісні характеристики при різних кутах б і в;

1. б = 0 ел.град.в = 35 ел.град.

(2.23)

Зводимо данні розрахунків у таблиці:

Таблиця 2.3 - Швидкісні характеристики при кутах б=0 і в=35

І	0	50	100	Іn =141	1,2Іn =169,2
Іd	0	61	122	172	206,4
н	1,11	1,07	1,03	1	0,97
щ	69,7	67,2	64,7	62,8	60,9
M	0	7297	15041	21709	26746

2. б = 25 ел.град.в = 35 ел.град.

(2.24)

Таблиця 2.4 - Швидкісні характеристики при кутах б=25 і в=35

І	0	50	100	Іn =141	1,2Іn =169,2
Іd	0	61	122	172	206,4
н	1	0,97	0,93	0,9	0,88
щ	62,8	60,9	58,4	56,5	55,3
M	0	7291	15078	21819	26621

3. б = 45 ел.град.в = 35 ел.град.

(2.25)

Таблиця 2.5 - Швидкісні характеристики при кутах б=45 і в=35

І	0	50	100	Іn =141	1,2Іn =169,2
Іd	0	61	122	172	206,4
н	0,78	0,75	0,72	0,7	0,68
щ	49	47,1	45,2	44	42,7
M	0	7244	15124	21707	26674

4. б = 60 ел.град.в = 35 ел.град.

(2.26)

Таблиця 2.6 - Швидкісні характеристики при кутах б=60 і в=35

І	0	50	100	Іn =141	1,2Іn =169,2
Іd	0	61	122	172	206,4
н	0,55	0,53	0,51	0,49	0,48
щ	34,5	33,3	32	30,8	30,1
M	0	7306	14971	21647	27628

5. б = 75 ел.град.в = 35 ел.град.

(2.27)

Таблиця 2.7 - Швидкісні характеристики при кутах б=75 і в=35

І	0	50	100	Іn =141	1,2Іn =169,2
Іd	0	61	122	172	206,4
н	0,29	0,27	0,25	0,24	0,23
щ	18,2	17	15,7	15,1	14,4
M	0	7301	15332	21900	27059

6. б = 90 ел.град.в = 35 ел.град.

(2.28)

Таблиця 2.8 - Швидкісні характеристики при кутах б=90 і в=35

І	0	50	100	Іn =141	1,2Іn =169,2
Іd	0	61	122	172	206,4
н	0	-0,01	-0,015	-0,02	-0,024
щ	0	-0,63	-0,94	-1,26	-1,51
M	0	5965	15992	23714	28495

Рисунок 2.5 - Швидкісна характеристика ВД

Механічні характеристики ВД розраховуються по формулі:

(2.29)

де Рэ - електромагнітна потужність (Вт); Rэ - еквівалентний опір ланцюга струму (Ом).

(2.30)

Результати для побудови механічних характеристик записані у попередніх таблицях.

Рисунок 2.6 - Механічна характеристика ВД

З швидкісних характеристик ми бачимо, що регулювати швидкість можливо як в нижніх так і в верхніх межах від основної. Ці характеристики ідентичні характеристикам в системі ТП-Д та мають меншу жорсткість.

2.6 Енергетичні показники системи ВД

ВД складається з декількох силових інструментів, тому при розрахунку енергетичних показників необхідно враховувати втрати потужності в СД, згладжуючого дроселя та струмообмежуючого реактора.

КПД системи розраховується за формулою:

,

де Ркор. - корисна потужність (кВт); Рспож.Ел. - споживаєма потужність (кВт); ДРУ- сумарні втрати потужності в системі.

.

Всі втрати потужності можна розділити на постійні та змінні:

.

Змінні втрати можна розрахувати за формулою:

де RЕ - еквівалентний опір ланцюга струму (Ом).

Постійні втрати можна розбити на декілька складових:

де ДРСТ - сумарні втрати потужності в сталі двигуна (Вт); ДРДОД - додатні втрати потужності (Вт); ДРМЕХ - механічні втрати потужності двигуна (Вт); ДРЗБ - втрати потужності на збудження (Вт); ДРСОР - втрати потужності в реакторі (Вт).

Втрати в сталі приймаються:

де РН - номінальна потужності двигуна (кВт);

Додатні втрати потужності:

Механічні втрати розраховуються за формулою:

Втрати потужності на збудження СД:

де UЗБ - напруга збуджувача (В); ІЗБ - струм збуджувача (А).

.

Втрати потужності в реакторі:



Побудуємо залежність з = f(щ), при постійному навантаженні М=Мс=31кН м

Таблиця 2.9 - Залежність з = f(щ) при навантаженні

щ (рад/с)	0	10	20	40	62,8	67
ДРУ (кВт)	88,4	89,1	95	100,1	117,2	121,4
з	0	0,32	0,53	0,78	0,955	0,96

Рисунок 2.7 - Залежність з = f(щ) від навантаження



Рисунок 2.8 - Сумарні втрати потужності

Коефіцієнт потужності ВД розраховується за формулою:

де kС - коефіцієнт здвигу (в.од); kU = 0,955- коефіцієнт викривлення (в.од);

де Q - реактивна потужність (Вт);

Споживаємі втрати потужності в реакторі можна розрахувати:



Коефіцієнт потужності ВД залежить від глибини регулювання швидкості.

Рисунок 2.9 - Залежність коефіцієнта потужності від Іd

Висновок: Чим більше кутова швидкість вентилятора, тим більший статичний момент на валу двигуна.

Із швидкісних характеристик ми бачимо, що регулювати швидкість можна, як вниз так і вверх від основної. Ці характеристики ідентичні характеристикам системи ТП-Д і мають меншу жорсткість у другій зоні.

Залежність ККД від кутової швидкості плавно зростає до номінальних значень. Система достатньо точно відпрацьовує завдання по швидкості.

3. Аналіз динамічних режимів

Дослідження динаміки системи привода незалежно від структури, типу можна здійснити, якщо використовувати структурну схему (рисунок 3.1).

Значення коефіцієнтів, що входять до структурної схеми:

Коефіцієнт передачі дорівнює:

Стала часу регульованого джерела живлення:

де Lтор - індуктивність реактора (мГн); LДр - індуктивність дроселя (мГн); LСД - індуктивність синхронного двигуна (мГн).

Момент інерції системи приведений до вала двигуна:

де Jрм - момент інерції машини (кг м2); Jдв - момент інерції двигуна (кг м2).

Коефіцієнт передачі дорівнює:



Рисунок 3.1 - Модель системи

Перехідні процеси у схемі ВД:

1) При запуску двигуна в холостому режимі при Мс = 0; кут б змінюється стрибком до бmin;

2) При запуску двигуна в системі ВД; кут б змінюється б < бmin;

3) При переході на номінальну швидкість, кут б змінюється від бmin до середнього значення; Мс = сonst = Мсн.

Додаток номінального навантаження в початковий момент часу при задаючому сигналі U=12В.

I(t) щ(t)

Рисунок 3.2 - Графіки перехідних процесів системи

Згідно отриманих графічних залежностей можна сказати, що час перехідних процесів в системі становить 7..7.5 с, перехідні процеси є плавними, без ривків і коливань по швидкості і струму. Стрибки по струму є допустимими для встановленого обладнання, усі перехідні процеси є аперіодичними. Такі параметри перехідних процесів у приводі повністю відповідають вимогам технологічного процесу, що гарантує якісне виконання процесу з високими енергетичними показниками.

Размещено на Allbest.ru

...