Электрооборудование и электропривод судового вентилятора по системе ПЧ-АД
Объектом исследования является электропривод судового вентилятора.
Цель работы: провести расчет и исследование электропривода судового вентилятора по системе ПЧ – АД и выбрать необходимое оборудование. Разработка алгоритма автоматического управления системой вентиляции. Экономическое обоснование принятых решений.
В процессе исследования произведен выбор метода расчета на основе исходных данных, поэтапный расчет силового оборудования, его выбор и проверка при различных режимах работы.
С помощью имитационной модели в MATLAB проведено исследование АД, получены переходные характеристики.
ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………………………………………………………………………… 11
1. ОБЪЕКТ АВТОМАТИЗАЦИИ ……………………………………………………………………………………………….. 12
1.1. ОБЩИЕ ОСНОВЫ ВЕНТИЛЯЦИИ НА СУДНЕ ……………………………………………………………………………… 14
1.2. ТИПЫ ВЕНТИЛЯТОРОВ …………………………………………………………………………………………………………. 15
1.3. КЛАССИФИКАЦИЯ СУДОВЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ………………………………………………………………………… 17
1.4. ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРОПРИВОДУ ВЕНТИЛЯТОРА ………………………………………………………………….. 19
1.5. СИСТЕМА ВЕНТИЛЯЦИИ ………………………………………………………………………………………………………. 21
1.6 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ……………………………………… 22
1.7 АППАРАТУРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ………………………………………………………………………. 25
1.8 АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРИТОЧНОЙ СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ ………………………………………………………….. 29
2. РАСЧЕТ И ВЫБОР СИЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ РЕГУЛИРУЕМОГО
ЭЛЕКТРОПРИВОДА …………………………………………………………………………………………………………………. 36
2.1. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ И ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ЕГО ВЫБОР …………………………………………. 36
2.2. ВЫБОР ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА …………… 42
2.3. РАСЧЕТ И ВЫБОР ОСНОВНЫХ СИЛОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРУЕМОГО
ЭЛЕКТРОПРИВОДА …………………………………………………………………………………………………………………….. 47
2.3.1. Расчет АИН ……………………………………………………………………………………………………………….. 47
2.3.2. Расчет выпрямителя (трехфазная мостовая схема) …………………………………………………… 49
2.3.3. Расчет фильтра…………………………………………………………………………………………………………. 49
2.4. ВЫБОР АППАРАТУРЫ УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ………………………………………………………………………. 50
2.5. ВЫБОР ПРОГРАММИРУЕМОГО ЛОГИСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЛЕРА …………………………………………….. 52
2.6. ВЫБОР ДАТЧИКА ТЕМПЕРАТУРЫ …………………………………………………………………………………………… 58
2.7. РАСЧЕТ И ВЫБОР ТИПА И СЕЧЕНИЯ КАБЕЛЯ СЕТИ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ И ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО
ОБОРУДОВАНИЯ ………………………………………………………………………………………………………………………… 60
2.7.1. Выбор кабелей ……………………………………………………………………………………………………………. 60
2.7.2. Выбор клеммных зажимов ………………………………………………………………………………………….. 60
2.7.3. Выбор шкафа управления ……………………………………………………………………………………………. 61
2.8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ЗА ЦИКЛ РАБОТЫ, СРЕДНЕЦИКЛОВЫХ ЗНАЧЕНИЙ КПД
И КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ. …………………………………………………………………………………………………. 65
2.9. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ, БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ,
ЭСТЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ……………………………………………. 68
2.10. ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА …………………………………………………………………………… 73
3. РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДЛЯ РАЗОМКНУТОЙ
СИСТЕМЫ РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА …………………………………………………………… 75
3.1. РАСЧЁТ ЕСТЕСТВЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК = f ( I ) , = f ( M ) СИСТЕМЫ РЕГУЛИРУЕМОГО
ЭЛЕКТРОПРИВОДА …………………………………………………………………………………………………………………….. 75
3.2. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК = f (t ) И M f (t ) АД
ПУСКЕ, НАБРОСЕ И СБРОСЕ НАЗРУЗКИ ПРИ МГНОВЕННОМ ИЗМЕНЕНИИ ЗАДАНИЯ, А ТАК ЖЕ
ПЕРЕХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК = f (t ) И M f (t ) АД ПРИ ПУСКЕ ВЕНТИЛЯТОРА ………………. 88
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРУЕМОГО
ЭЛЕКТРОПРИВОДА …………………………………………………………………………………………………………………. 95
4.1. СИЛОВАЯ СХЕМЫ РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ………………………………………………………….. 95
4.2. СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА …………………………………………………….. 96
5. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ………………………………………………………………………………………………………….. 99
5.1. ОЦЕНКА КОММЕРЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА И ПЕРСПЕКТИВНОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ НАУЧНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ С ПОЗИЦИИ РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТИ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ …………………………. 100
5.1.1. Потенциальные потребители результатов исследования …………………………………………. 100
5.1.2. Технология QuaD ………………………………………………………………………………………………………. 101
5.1.3. SWOT-анализ…………………………………………………………………………………………………………….. 104
5.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗМОЖНЫХ АЛЬТЕРНАТИВ ПРОВЕДЕНИЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ……………. 111
5.3. ПЛАНИРОВАНИЕ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ ………………………………………………………. 111
5.3.1. Структура работ в рамках научного исследования …………………………………………………… 111
5.3.2. Определение трудоемкости выполнения работ …………………………………………………………. 113
5.3.3. Разработка графика проведения научного исследования ……………………………………………. 114
5.3.4. Бюджет научно-технического исследования (НТИ) …………………………………………………… 118
5.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ PЕCУPCOЭФФЕКТИВНOCТИ ПРОЕКТА …………………………………………………………….. 124
6. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ ………………………………………………………………………………. 127
6.1. АНАЛИЗ ВРЕДНЫХ ФАКТОРОВ …………………………………………………………………………………………….. 127
6.2. АНАЛИЗ ОПАСНЫХ ФАКТОРОВ ……………………………………………………………………………………………. 129
6.3. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ………………………………………………………………………………………….. 131
6.4. ЗАЩИТА В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ …………………………………………………………………………….. 132
6.5. ПРАВОВЫЕ И ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ ВОПРОС ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ……………………………. 136
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………………………………………………………………………………… 139
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ………………………………………………………………………………………………………… 141
ПРИЛОЖЕНИЯ ……………………………………………………………………………………………………………………….. 145
Отдельные приёмы проветривания замкнутых помещений были ещё в
давние времена. До начала XIX века вентиляцией помещений было естественное
проветривание. М. В. Ломоносов создал теорию естественного движения
воздуха в трубах и каналах. В. X. Фрибе в 1795 году впервые рассказал основные
положения, которые определяют интенсивность воздухообмена в обогреваемом
помещении сквозь щели наружных ограждений, дверные проёмы и окна,
положив этим начальную точку учений о нейтральной зоне [12].
Развитие вентиляция с тепловым побуждением приточного и удаляемого
из помещения воздуха приобретает в начале XIX века. Русские учёные
наблюдали недостаток такого рода побуждения и связанные с ним высокие
затраты теплоты. Академик Э. X. Ленд говорил, что абсолютная вентиляция
может быть получена только механическим способом.
С внедрением центробежных вентиляторов технология вентиляции
помещений стремительно улучшается. Первый успешно работавший
центробежный вентилятор был предоставлен в 1832 году А. А. Саблуковым. В
1835 году этот вентилятор был задействован для вентиляции Чагирского рудника
на Алтае. Саблуков предложил его и для проветривания помещений, для
ускорения сушки, вентиляции трюмов кораблей и так далее. Обширное
распространение вентиляции с механическим побуждением движения воздуха
началось с конца XIX века.
1. ОБЪЕКТ АВТОМАТИЗАЦИИ
Вентилятором называется механизм, предназначенный для перемещения
воздуха или газов с повышением их давления. По конструкции и принципу
действия вентиляторы разделяются на центробежные и осевые. Принцип их
работы такой же, как у центробежных и осевых насосов. Центробежные
вентиляторы выполняют обычно горизонтальными, а осевые – вертикальными
[3, 12].
По назначению вентиляторы разделяются на вдувные, вытяжные и
ветрогонные. Вдувные вентиляторы предназначены для нагнетания воздуха в
какое-либо помещение или устройство. Часто такие вентиляторы называют
нагнетательными. Вытяжные вентиляторы предназначены для удаления воздуха
из помещения или устройства. Вентиляторы-ветрогоны предназначены для
создания принудительной циркуляции воздуха без замены его.
По создаваемому давлению вентиляторы делятся на вентиляторы низкого
давления, создающие давление до 1 кН/м2 (100 мм вод. ст.), среднего давления –
до 3,0 кН/м2 (300 мм вод. ст.) и высокого давления – до 15 кН/м2 (1500 мм вод.
ст.).
Для служебных и жилых помещений применяют вдувные и вытяжные
вентиляторы центробежного и осевого типов с производительностью до 50 тыс.
м3/ч при давлении от 0,5 до 2,0 кН/м2 (50-200 мм вод. ст.).
Котельные вентиляторы подают воздух в топки парогенераторов для
обеспечения полного сгорания топлива. Для этого применяют центробежные
вентиляторы с производительностью до 180 тыс. м3/ч и давлением до 13,0 кН/м2
(1300 мм вод. ст.). В некоторых котельных установках применяют так
называемые дымососы, предназначенные для отсоса газов от парогенераторов и
улучшения тяги в них. В качестве дымососов применяют вентиляторы осевого
типа. Котельные вентиляторы не входят в систему вентиляции судна.
Для вентиляции трюмов применяют вдувные и вытяжные Центробежные
и осевые вентиляторы. Для привода вентиляторов используют электродвигатели
и паровые турбины [16].
На рисунке 1 показана конструкция котельного вентилятора, часто
устанавливаемого на судах. Вентилятор состоит из корпуса 1, рабочего колеса 2
с лопатками (лопастями), приемного патрубка 3 и вала 4, вращающегося от
электродвигателя 5. При вращении рабочего колеса воздух засасывается через
приемный патрубок 3, направляется к периферии корпуса и далее в
нагнетательный патрубок (выход воздуха показан стрелкой).
В результате выполнения работы на тему «Электрооборудование и
электропривод судового вентилятора по системе ПЧ-АД» были решены все
поставленные задачи.
В работе было спроектировано электрооборудование, с помощью
которого приводится в движение асинхронный двигатель с короткозамкнутым
ротором по системе ПЧ-АД. Для двигателя подобраны вспомогательные
устройства и устройства защиты. С помощью такой системы, двигатель
показывает хорошие показатели в регулировании. Работа двигателя будет
заключаться в его продолжительном режиме работы в условии, где требуется
степень защиты IP 20.
Рассмотрены экологические, эстетические аспекты проектирования
электропривода. Учтены вопросы о безопасности труда и вопросы разработки
функциональной схемы системы регулируемого электропривода, который
включил в себя составление схемы управления регулируемого электропривода и
выбор аппаратуры управления и защиты.
Рассчитаны и построены статические и динамические характеристики,
электромеханические переходные характеристики. Разработана функциональная
схема системы регулируемого электропривода.
Исходя из полученных переходных характеристик на рисунках 25 и 26,
можно сказать, что при пропорциональном уменьшении частоты и напряжения
уменьшается величина номинальной скорости и время достижения этой
скорости, а также уменьшается электромагнитный момент.
Смоделирована в среде MATLAB 2012 модель пуска асинхронного
двигателя и получены переходные процессы, удовлетворяющие
технологическому процессу. Время переходного процесса при пуске колеблется
от 0,3-0,6 секунд. При набросе и сбросе нагрузок, успешно выходит на
требуемую от него скорость, из этого следует, что расчеты, произведенные в
программе MathCad верны.
Произведен анализ технического проекта в разделе «Финансовый
менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение», а именно
проработаны следующие темы: SWOT-анализ, планово-временные и
материальные показатели процесса проектирования. Далее был разработан план-
график выполнения технического проекта, а также с помощью интегрального
показателя определена ресурсоэффективность проекта.
В разделе «Социальная ответственность» представлены оценка условий
труда, приведен анализ вредных и опасных факторов, рассмотрены меры защиты
от опасных факторов, пожарная безопасность и охрана окружающей среды.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (154 отзыва)
4.6 (71 отзыв)
5 (9 отзывов)
4.8 (30 отзывов)
4.7 (96 отзывов)
4.5 (330 отзывов)
4.7 (82 отзыва)
4.3 (248 отзывов)
5 (1241 отзыв)
