Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

Электропривод водоснабжающей установки



Введение

привод производительность электродвигатель технологический

Автоматизация и электрификация сельскохозяйственного производства приводит к облегчению труда рабочих, и уничтожение существенного различия между умственным и физическим трудом, и дальнейшему повышению материального благосостояния народа.

Современный электропривод определяет собой уровень силовой электровооружённости, является главным средством автоматизации рабочих машин и механизации производственных процессов.

Рост электрификации и автоматизации, создание на этой базе более современных машин ведут к огромному повышению производительности труда.

Производство, переработка и хранение сельскохозяйственной продукции тесно связано с использованием электроприводов.

Преимущества электропривода состоит в том, что электрическая энергия легко передаётся на большие расстояния, обладают высокой экологической чистотой, что немаловажно в современных технологиях, а также может преобразовываться не только в механическую, но и в тепловую и в другие виды энергии, необходимые как в производстве, так и в быту. Электропривод отличается большим количеством конструктивных решений, функционального назначения, технических параметров и т.д. Преимущества использования электропривода могут быть реализованы лишь при правильном его выборе по различным параметрам.



1. Описание технологической схемы

Рассмотрим схему водоснабжения, представленную на рисунке 1.1 [6]

Рисунок 1.1. Технологическая схема водоснабжающей установки.

1-резервуар с водой; 2-насос; 3-электродвигатель; 4-комплект измерительных приборов (К-506); 5-станция управления; 6-пульт управления; 7-бак; 8-водомерная труба МВ и МН; 9-манометры ДНУ и ДВУ; 10-датчики нижнего и верхнего уровня.

Описание схемы.

Рисунок 1.2.Кинематическая схема водоснабжающей установки

Когда вода перестает омывать датчик нижнего уровня ДНУ, расположенного в баке 7. Датчик срабатывает и подает сигнал на пульт управления ПУ 6. В этот же момент ПУ включает насос 2, и он начинает качать воду из резервуара 1. Когда вода достигнет датчика верхнего уровня ДВУ, то он сработает и подаст сигнал на ПУ. Тем самым ПУ отключит насос и приостановится подача воды.

2. Определение необходимой производительности

Сельские насосные станции работают не круглые сутки. Продолжительность их работы обычно ограничивается односменной, реже двухсменной работой обслуживающего персонала (если не используются автоматизированные установки). В этом случае требуются регулирующие емкости значительного размера, так как потребление воды в течение суток идет постоянно. Используя автоматическое управление насосной станцией, можно уменьшить размеры водонапорного бака, по крайне мере в 10-ки раз, при одновременном сокращении обслуживающего персонала. Чрезвычайно разнообразные условия водоснабжения сельских потребителей затрудняют разработку жестких удельных нормативов водопотребления и расхода электроэнергии. В каждом конкретном случае для характеристики насосной станции как потребителя электроэнергии необходимо исходить из реальных данных о водопотреблении. Для определения подачи насосной станции находят сначала среднесуточный расход, руководствуясь при этом нормами водопотребления согласно ГОСТ, и СниП.

Общий среднесуточный расход воды для всего хозяйства можно подсчитать по следующей формуле: [9]

Q_ср.сут.=q1*z1+q2*z2+ … +qn*zn=S*qi*zi,

где qi - средняя суточная норма водопотребления одним потреблением, л;

i - число потребителей каждого вида.

Q_ср._сут.=550*65+1400*25+250*10 +1000=74250 л,

Где 1000-количество воды, потребляемой персоналом на собственные нужды

Так как суточный расход воды изменяется как в течение суток, так и в течение года, то для определения максимального суточного расхода и максимального часового расхода вводят коэффициент суточной (Ксут) и часовой (Кчас) неравномерности, принимая их на основании опытов равными:

К_сут = 1,2…1,3 [9]

К_час=1,5…2,5 - для населенного пункта,

К_час=2,0…3,5 - для фермы с автопоением,

Кчас=4,0…5,5 - для фермы без автопоения.

Таким образом, максимальный часовой расход воды получим:

Q_макс.ч = Q_ср.сут*К_сут*К_час/24*h

где h - КПД установки, учитывающий потери воды в водопроводе и равный - 0,9.

Q_макс.ч=74250*1,2*2,0/24*0,9=8250 л

По величине Q_{макс.час} выбирают источник водоснабжения, определяют подачу насосной станции, диаметры всасывающего патрубка и напорного трубопровода.

Также рассчитывают Q_{макс.сек.,} равная Q_{макс.сек},

Q_{макс.сек}=8250/3600=2,3 л.

где Q_{макс.сек.} - максимальный секундный расход воды в трубе,

м³/с; - скорость подачи воды в трубе в м/с, принимается равной 0,5.. 1,25 м/с.

Определим статический напор:

Н_r = Н_ВС+Н_НАГ

Н_ВС - напор всасывания воды, м

Н_НАГ - напор на нагнетании, м

Н_r = 23+1.20 = 24.2 м

Полный расчетный напор (высота подачи) насосной установки определяют по формуле:

Н=Н1+Н2+Н3+Н4,

где Н1 - высота всасывания, то есть расстояние по вертикали от уровня воды в источнике до оси насоса, м;

Н2 - высота нагнетания, т.е. напор, необходимый для подачи воды от оси насоса до наиболее высокого пункта водопотребления, м;

Н3 - потери напора в трубопроводе, м;

Н4 - геодезический напор, м.

Н=5+23+1,42+2=31,42 м

По напору и подаче выбираем насос марки К65-40-200 б

с Q=20 м³/ч и Н=40 м с приводом от асинхронного электродвигателя.

Потребная мощность насоса может быть определена по формуле: [4]

N_В = N_П/з_Н.

где N_П - КПД насоса;

з_Н - КПД передачи.

Р= 7,2 кВт

Таблица 2.1. Технические данные насоса К65-40-200 б

Qм3/ч	Н, м	N мин-1	Р кВт	КПД%
20	40	3000	7,2	56



3. Выбор двигателя

Выбираем электрический двигатель, исходя из следующих условий:

- Климатическое исполнение и категория размещения У5.

- Способ защиты от воздействия окружающей среды IP68.

- Конструктивное исполнение и способ монтажа IM1081.

- По модификации (двигатель погружной).

- По роду тока и напряжения (переменного тока ~I, UH = 380/220 В).

- По мощности:

По литературе выбирают двигатель 9ПЭДВ 8-140; [5]

Р =8 кВт;

nн = 2810 мин^-1;

Iн = 18 А;

зн = 80%;

cos цн = 0,83;

M*П = 2,2;

М*К = 2,2;

КI = 5,5;

J = 1,1-10³ кг-м²;

4. Проверка электродвигателя по пусковому моменту [1]

М_{пуск.дв} = м_пуск М_ном - пусковой момент двигателя;

при этом мпуск = М_{пуск.дв}/М_ном - кратность пускового момента (берется из каталога);

М_ном = Р_ном/ щ_н - номинальный момент двигателя;



Р_ном - номинальная мощность двигателя в Ваттах (каталог);

wном - номинальная частота вращения электродвигателя (каталог), если в каталоге вместо wном приводится синхронная wо, то номинальную частоту вращения, рад/с, определяют как:

щ_н = щ_о · (1 - S_ном),

здесь S_ном - номинальное скольжение (каталог), обычно оно изменяется в пределах 0,06…0,07. При этом связь между синхронной скоростью вращения, об/мин, и синхронной частотой вращения, рад/с имеет вид:

щ_о = 0,105 n_о;

где М_н - номинальный момент двигателя, Н·м;

щ_о и щ_н - угловая синхронная н номинальная скорости вращения приводного двигателя

М_тр.р.м. - момент трогания рабочей машины (берется из нагрузочной диаграммы рабочей машины для нулевого значения ее скорости).

М_{пуск.дв}. ? (1,2…1,3) М_тр.р.м.

11,5 Нм>9,6 Нм

Условие верно.

5. Расчет и построение нагрузочной характеристики установки

Механическая характеристика машины представляет собой зависимость между моментом сопротивления, т.е. Mс=f(w).

Механическая характеристика механизмов в общем случае описывается уравнением: [6]



где М_тр - момент трогания механизма;

М_сн - момент сопротивления при номинальной угловой скорости;

х - показатель степени.

Для насосов показатель степени х =2.

Момент трогания механизмов ориентировочно можно принять М_тр= (0,2-0,3) Мсн. Номинальный момент сопротивления М_сн определяется, исходя из анализа усилий, возникающих в механизме при его работе.

где Р_н - номинальная мощность машины, Вт;

щ_n-номинальная угловая скорость вала двигателя, рад/с.

М_тр= 0,3*27,1= 9,6Нм

Таблица 5.1. Расчет механической характеристики установки

W	0	50	100	150	200	250	295	350
Mc	9.6	10.9	13.2	16.1	19.7	24.5	27.1	32.3

Инерционная характеристика машины представляет собой данные о величине момента инерции машины и законов его изменения от различных факторов.

Величина момента инерции машин определяется массами движущихся деталей и грузов и радиусами инерции. Приведенный к валу двигателя момент инерции зависит также кинематической характеристики системы двигатель - машина.

Величину приведенного к валу двигателя момента инерции машины необходимо определить как для холостого хода, так и для работы под нагрузкой. Приведенный к валу электродвигателя момент инерции машины определяется, исходя из равенства запасов кинетической энергии до приведения и после приведения.

J=J_дв+J_рм,

где J_дв - момент инерции двигателя, кг/м²;

J_рм - момент инерции рабочей машины, кг/м²

J_рм = 8* J_дв=8*0,23=1,84 кг/м²

J=1,84+0,23=2,07 кг/м²

6. Построение механических характеристик электродвигателя

Определение времени пуска проводится следующим порядке:

По пяти точкам строится механическая характеристика АД.

1т. М=0; W_o=0.015*N_o

W_o=0.105*3000=315 рад/с

2т.W_н=0,105*Nн;

M_н=P_н/W_н

W_н=0,105*2810=295 рад/с

М_н=8000/295=27,1 Н*м

3т.М_кр=М_н*М_кр;

S_н=(W_o-W_н)/W_o;

S_кр=S_н(М*кр);

W_кр=W_o(1-S_кр);

М_кр=60; S_н=0,06;

=0,25;

=236

4т.M_min=M_min*M_n;

W_min=1/7*W_o;

W_min=45 (рад/с);

5т.М_пуск= М_пуск*М_н;

W_пуск=0;

М_пуск=1,2*27,1=32,5 (Н*м).

На этом графике строится приведенный момент сопротивления рабочей машины. Н*м.

Рисунок 6.1. Графическое решение основного уравнения движения электропривода и нагрузочная диаграмма двигателя в период пуска



Определение времени пуска проводится следующим порядке

1. По пяти точкам строится механическая характеристика АД. (рис 6.1)

2. На этом графике строится приведенный момент сопротивления рабочей машины

(справочная величина).

Нм.

3. Находим динамический момент

графическим способом.

4. Находим масштаб по моменту инерции по формуле:

,

где

- приведенный момент инерции,;

- отрезок соответствующий

Заменим график прямоугольником (ломаной линией). Стороны прямоугольников параллельные оси абсцисс знают значения .

Стороны параллельные оси ординат показывают значение приращения скорости.

5. Из точки А проведём окружность радиусом, делаем насечку на оси ординат в точке 1 соединяем точку О с горизонталью 1 линией параллельной линии [А-1], получаем на горизонтали 1 точку 1М. Остальные построения производятся аналогично.

Определяем масштаб по оси вращения, для чего применим основное уравнение движения электропривода где:



- масштаб к моменту инерции,

- масштаб к частоте вращения,

- масштаб к моменту динамическому,

.

;

где [O-B] - отрезок соответствующий максимальной скорости вращения, мм;

  ;

;

где [О-Д] - отрезок соответствующий () критическому

динамическому моменту, мм

  .

Время разгона определяется из выражения;

,

Где - масштаб по оси времени, с/мм;

- отрезок соответствующий длительности разгона.

с/мм,

с

7. Обоснование и описание схемы управления системой электроприводов

Требования к схеме автоматического управления

1. Схема должна обеспечивать плавное или ступенчатое регулирование частоты вращения двигателей в режиме автоматического управления температурой.

2. Схема должна предусматривать возможность перехода на ручное управление.

3. Схема должна предусматривать защиту от коротких замыканий, тепловую, обрыва фаз сети и самопроизвольного пуска.

Для управления вентиляционной установкой предлагается схема представленная на рисунке 6.

Данная схема позволяет производить управление установкой в ручном и автоматическом режимах. Для выбора режима предназначен переключатель SA1.

Данная схема позволяет производить управление установкой в ручном и автоматическом режимах. Для выбора режима предназначен переключатель SA1.

8. Принцип работы установки

Для повышения надежности и без перебойной работы установки, выбираем схему с логической частью станции управления. Схема позволяет производить управление установкой в ручном и автоматическом режимах. Для выбора режима предназначен переключатель SA1. [3]

Станция управления выполнена в виде шкафа, внутри которого смонтирована пусковая и защитная аппаратура (силовая и логическая части станции). Она обеспечивает ручное автоматическое и дистанционное управление (до 3 км) насосными агрегатами и защиту электродвигателя от перегрузок и токов короткого замыкания.

Рисунок 8.1. Принципиальная схема управления ЭП

Схема работает следующим образом. Включая автоматический выключатель ОF1, подадим напряжение в цепь управления. Для автоматической работы необходимо тумблер SА1 поставить в положение SАУ (автоматическое управление). Если в баке водонапорной башни нет воды, следовательно, контакты (S в) и (S н) датчиков верхнего и нижнего уровня не омываются ею, сигнал с датчика в схему не подается.

Стабилитрон V12 пробивается обратным напряжением, транзистор VТ3 открывается базовым током, величина которого определяется резисторами R6. Реле KV1 включается и запитывает пускатель КМ. Электродвигатель включается в сеть, насос подает воду в водонапорный бак.

При срабатывании реле KV1 его контакт в цепи (S н) датчика нижнего уровня размыкается. Когда вода достигает датчика верхнего уровня, его контакт замыкается и от трансформатора ТV4 поступает через выпрямитель V15-V18 сигнал, пробивающий стабилитрон V11, минусовый сигнал проходят через стабилитрон V12 и запирает его.

Так как стабилитрон V12 не открыт, то базовый ток реле через транзистор VТ3 прекращен и транзистор закрывается. Реле КV1 отключается, отключается и пускатель КМ, контакт КV1 в цепи S н замыкается. Электронасос отключается. Уровень воды будет понижаться. При снижении уровня воды ниже датчика нижнего уровня, его контакт S н размыкается и запирающий сигнал со входа транзистора VТ3 исчезает, он открывается, включается реле KV1, включается пускатель КМ, начинает работать электродвигатель насоса, вода поступает в бак. Описанный выше цикл повторяется.

Станция управления защищает электродвигатель насоса в следующих аварийных режимах: при перегрузке, при коротких замыканиях и при работе электродвигателя на двух фазах.

Аварийный сигнал поступает в логическую часть станции управления от согласующих трансформаторов тока ТА1…ТА3. В случае коротких замыканий, сопровождаемых током выше 1 пуск срабатывает автоматический выключатель QP1.

В случае перегрузок, обрыва фазы или коротких замыканий, сопровождаемых токами от 1,2 Iн до Iпуск сигнал аварии от датчиков тока поступает на затвор транзистора VТ1 (полевого транзистора).

Время срабатывания защиты определяется временем заряда конденсатора С2 до величины напряжения, равного пороговому (Uпорог.) напряжению транзистора VТ1 достигнет определенной величины (Uпорог.), транзистор VТ2 базовым током, протекающим по цепи эмиттер VТ2, R3, сток-исток VТ1.

Загорается лампа НL (авария). Сигнал авария с коллектора VТ2 через диод V10 поступает в цепь управления, закрывается транзистор VТ3, реле КV1 отключается. С помощью цепи R5 и V9 создается релейный эффект при открывании транзистора VТ1 и запоминание сигнала аварии. Повторный автоматический запуск электродвигателя схемой исключается. Для повторного запуска электродвигателя необходимо снять, а затем снова подать напряжение на логическую часть станции, что достигается отключением автомата QF1.

9. Выбор аппаратуры управления и защиты

Расчет ПЗА проведем по литературе [11]

Выбор автоматического выключателя:

1. По номинальному напряжению:

U_на=660В >U_с=380В.

По номинальному току:

I_н >I_н.дв.

I_н=63 А > I_н.дв=18 А

Расчет тока срабатывания электромагнитного расцепителя:

I_ср.э=к·I_н.р



где к - кратность срабатывания электромагнитного расцепителя.

I_ср.э=12·18=216 (А)

Автомат: АЕ2040 с I_н=25А

Выбор магнитного пускателя.

Выбираю магнитный пускатель КМ:

U_н=660 В > U_с=380 В

I_н=25 А > I_раб=18 А

U_к=U_ц.упр=220В

ПМЛ 2101 У3 [1]

U_н=660 В > U_с=380 В

I_н =25 А > I_раб=18 А

U_к=220 В > U_ц.упр=220 В

Выбираю промежуточное реле РПУ-2 [1]

По номинальному напряжению:

U_н=220 В > U_с=220 В

Номинальный ток:

I_н.теп.р. > I_ц.= 3 А

Номинальный ток теплового расцепителя:

I_н._теп.р.=3,5 А

Пределы регулирования 2,4-4,0 (А)

Выбор сигнальной лампы.

Для световой сигнализаций выберу аппаратуру АС - 14011У3. Лампа коммутаторная, U_л=220В, цвет светофильтра - зеленый.

Выбор кнопок управления.

КМЕ4111У3 [1]

По рабочему току - до 6А.

По количеству контактов - 1з - 1 р.

По климатическому исполнению и категорий размещения У3.

Транзисторы - КТ380

Диоды - ЗП107А

Тиристоры-Т-10-4-0,75

Трансформаторы - ТОЛ-20.

10. Подсчет стоимости выбранного комплекта электрооборудования

Таблица 10.1. Расчет стоимости [9]

Наименования оборудования.	Марка, тип	Количество штук.	Стоимость единицы.	Стоимость рублей.
1. Щит управления	ПР11	1	3560	3560
2. тиристоры	Т-10-4-0,75	4	250	1000
3. Двигатель n=2800 об/мин	9ПЭДВ8-140	1	11250	11250
4. Автоматический выключатель.	AE2040	1	560	560
5. Магнитный пускатель	ПМЛ-2101У3	1	523	523
6. Промежуточное реле	РПУ-2-3X002	2	165	330
7. Кнопки управления.	КМЕ	4	120	480
8. Датчик уровня	СУС-100	2	570	1880
9 Диоды	ЗП107А	16	65	1040
10 Транзисторы	КТ380	3	135	405
11 Трансформаторы тока	ТОЛ-20	3	850	2550
12 Резисторы	Р358	6	95	570
13 Конденсаторы	ТКЕ-М470	3	110	330
Сумма:				24478

Приведенная стоимость оборудования взята по литературе. [9]



Заключение

привод производительность электродвигатель технологический

Основная задача проектирования рационального электропривода состоит в том чтобы наиболее правильно сочетать свойства всех его элементов со свойствами рабочей машины и технологического процесса, выполняемого машинным устройством. Свойства технологического процесса и рабочей машины, знание которых необходимо для проектирования электропривода, описываются приводными характеристиками машины. К этим характеристикам относятся: технологическая, кинематическая, энергетическая, механическая, нагрузочная. Автоматизация является одним из основных направлений в развитий сельскохозяйственного электропривода. После внимательного изучения технологической, кинематической характеристик машины и требований к схеме автоматического управления составляется принципиальная схема автоматического управления.



Литература

1. Кисаримов Р.А. Справочник электрика. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: ИП РадиоСофт, 2004. - 512 с.

2. Контрольно-измерительные приборы и средства автоматизации: каталог продукции фирмы «ОВЕН». - М.: СинФазИн, 2003. - 152 с.

3. Кондратьева Н.П. «Выбор аппаратуры управления электрических установок. Учебное пособие» - ИжГСХА, Ижевск, 2003 - 140 с.

4. Фокин В.В. «Автоматизированный электропривод: Методические указания по курсовому проектированию» - ИжГСХА, Ижевск, Издательство ШЕП, 2001 - 136 с.

5.П. Лекомцев. Курсовое проектирование по эектротехнологии. Методические указания по курсовому проектированию - ИжГСХА, Ижевск, 2003 - 136 с.

6. Коломиец А.П., Ерошенко Г.П., Кондратьева Н.П., Владыкин И.Р., Юран С.И. и др. Устройство, ремонт и обслуживание электрооборудования в сельскохозяйственном производстве. / Учебник. - М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 368 с.

7. Коломиец А.П., Потапов В.А., Кондратьева Н.П., Владыкин И.Р. Электробезопасность на предприятиях./ Учебное пособие для студентов ВУЗов - Ижевск: РИО «Шеп», 2003, 148 с.

8. Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок (с изм. и доп.). - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003. - 192 с. 9. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003. - 208 с.

9. Коломиец А.П., Ерошенко Г.П., Кондратьева Н.П., Фокин В.В., Владыкин И.Р., Расторгуев В.М. и др. Устройство, ремонт и обслуживание электрооборудования в сельскохозяйственном производстве. (учебник) - М.: Издательский центр «Академия», 2003, - 368 с.

10. Коломиец А.П., Кондратьева Н.П., Юран С.И., Владыкин И.Р. - Монтаж электрооборудования и средств автоматизации (311400 - электрификация и автоматизация с.х.) (учебник) - М.: КолосС, 2007

11. Судник А.С., Бородин И.Ф. Автоматизация технологических процессов. - М.: Колос, 2005.

12. Электронный каталог [Электронный ресурс]: база данных содержит сведения технические данные асинхронных двигателей переменного тока с к.з. ротором серии 4А (IP44, ICA0141). - Режим доступа: http://principact.ru/content/view/154/108

13. Электронный каталог электродвигателей серии АИР [Электронный ресурс]: база данных содержит сведения технические данные асинхронных двигателей переменного тока с к.з. ротором серии АИР. Режим доступа: http://elektropostavka.ru/elektrodvigateli-serii-air/, свободный. - Загл. с экрана.

Размещено на Allbest.ru

...