Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(ФГБОУ ВПО «ВГТУ», ВГТУ)
Факультет энергетики и систем управления
Кафедра теоретической и промышленной теплоэнергетики
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Электротехника и электроника»
Тема «Разработка асинхронного электропривода для сетевого насоса котельной при теплоснабжении поселка»
Вариант 9
Расчетно-пояснительная записка
Разработал(а) студент(ка) Катаева Т.И.
Подпись, дата Инициалы, фамилия
Руководитель Попова Т.В.
Подпись, дата Инициалы, фамилия
Члены комиссии _____________________________________________
Подпись, дата Инициалы, фамилия
_____________________________________________
Подпись, дата Инициалы, фамилия
Нормоконтролер Попова Т.В.
Подпись, дата Инициалы, фамилия
Защищена ____________________ Оценка __________________________________
дата
2013
Таблица 1
|
Номер варианта |
Наименование технологического процесса |
Производственные механизмы |
Требования к разрабатываемому приводу |
Условия эксплуатации |
||||||
|
Наименование приводных механизмов |
Частота вращения |
Напряжение в сети, В |
Тип эл. привода и преобразователя эл. энергии |
Способ регулирования |
Способ автоматизации технологических процессов |
Климатическое исполнение и категория размещения |
Характеристика среды эксплуатации |
|||
|
Максимальный диапазон регулирования |
Номинальная |
|||||||||
|
9 |
Теплоснабжение поселка |
Сетевой насос котельной |
1450/3 |
380 |
АВК |
Е=var |
АФТТН АФР АФТС |
У4 |
1 |
Энергетические параметры нагрузочной диаграммы.
Таблица 2
|
Номер варианта |
Значение величин Р, кВт в интервалах времени |
||||||||||
|
Величина |
Р1 |
Р2 |
Р3 |
Р4 |
Р5 |
Р6 |
Р7 |
Р8 |
Р9 |
Р10 |
|
|
9 |
Р, кВт |
20,5 |
42,7 |
42,7 |
37,4 |
20,5 |
20,5 |
56,3 |
56,3 |
39,2 |
20,5 |
Временные параметры нагрузочной диаграммы.
Таблица 3
|
Номер варианта |
Интервалы времени, t,c |
||||||||||||||||||
|
t1 |
t12 |
t2 |
t23 |
t3 |
t34 |
t4 |
t45 |
t5 |
t56 |
t6 |
t67 |
t7 |
t78 |
t8 |
t89 |
t9 |
t910 |
t10 |
|
|
20 |
0 |
12,1 |
0 |
- |
2,78 |
- |
133 |
- |
156 |
- |
0 |
12.7 |
0 |
- |
312 |
- |
156 |
- |
187 |
Задание на курсовую работу 2
Замечания руководителя 4
Введение 6
1. Назначение и применение сетевых насосов 7
2. Схема и описание технологического процесса 9
3. Нагрузочная диаграмма электропривода. Определение режима
работы электропривода 10
4. Выбор двигателя 11
5. Обоснование выбора двигателя 12
5.1. Проверка двигателя на перегрузочную способность 12
5.2. Обоснование выбора двигателя по напряжению 13
5.3. Обоснование выбора двигателя по частоте вращения 14
5.4. Обоснование выбора двигателя по роду тока 15
6. Принцип действия асинхронного двигателя 16
7. Структурная схема автоматического управления 17
Заключение 20
Список литературы 21
Приложение А 22
Введение
Основными потребителями электрической энергии в стране являются промышленность, транспорт, сельское хозяйство, коммунальные службы городов и посёлков, учреждения социального назначения и др. В общем балансе страны удельный вес потребляемой электрической энергии в промышленности и строительстве составляет более 70%.
Для высоко эффективной и надёжной работы промышленных установок и технологических процессов распределение и потребление электрической энергии, получаемой от энергосистемы, необходимо организовать таким образом, чтобы удовлетворить основные требования электроприёмников предприятий. Такими требованиями являются: бесперебойность и экономичность электроснабжения, качество электроэнергии, автоматизация установок и технологических процессов, повышение производительности труда.
В данной курсовой работе разрабатывается электропривод сетевого насоса котельной для теплоснабжения поселка. Курсовая работа включает в себя схему технологического процесса, выбор электропривода в соответствии с заданными требованиями, проверка двигателя на перегрузочную способность, обоснование выбора двигателя по различным критериям, схему управления производственным механизмом.
Сетевые насосы предназначены для подачи горячей воды по теплофикационным сетям и в зависимости от места установки применяются в качестве насосов: первого подъема, подающих воду из обратного трубопровода в подогреватели; второго подъема для подачи воды после подогревателей в теплофикационную сеть; рециркуляционных, установленных после водогрейных котлов.
Сетевые насосы могут работать как в составе генерации, так и на промежуточных насосных станциях теплофикационных систем.
Основной особенностью работы сетевых насосов являются колебание температуры подаваемой воды в широких пределах, что в свою очередь, вызывает изменение давления внутри насоса. Сетевые насосы должны надежно работать в широком диапазоне подач, что, безусловно, требует стабильной формы напорной характеристики. Изменение параметров отдельных типов насосов может быть достигнуто за счет подрезки колес по наружному диаметру в пределах, оговоренных заводом-изготовителем; снижение КПД при этом не должно превышать 3%.
Сетевые насосы предназначены для работы на подготовленной сетевой воде с содержанием твердых включений не более 5 мг/кг и размером твердых фракций до 0,02 мм.
Основными требованиями к сетевым насосам являются:
Рисунок 1. Сетевой насос
Целью данного раздела является разработка принципиальной схемы силовой части электропривода сетевого насоса котельной, используемой для теплоснабжения поселка на основе асинхронного электропривода 4А200L4У3.
На рисунке 2 изображена принципиальная тепловая схема водогрейной котельной для открытой системы теплоснабжения с расчетным температурным режимом 150- 70°С. Установленный на обратной линии сетевой (циркуляционный) насос обеспечивает поступление питательной воды в котел и далее в систему теплоснабжения. Обратная и подающая линии соединены между собой перемычками – перепускной и рециркуляционной. Через первую из них при всех режимах работы, кроме максимального зимнего, перепускается часть воды из обратной в подающую линию для поддержания заданной температуры.
По условиям предупреждения коррозии металла температура воды на входе в котел при работе на газовом топливе должна быть не ниже 60 °С во избежание конденсации водяных паров, содержащихся в уходящих газах. Так как температура обратной воды почти всегда ниже этого значения, то в котельных со стальными котлами часть горячей воды подается в обратную линию рециркуляционным насосом.
В коллектор сетевого насоса из бака поступает подпиточная вода (насос, компенсирующая расход воды у потребителей). Исходная вода, подаваемая насосом, проходит через подогреватель, фильтры химводоочистки и после умягчения через второй подогреватель, где нагревается до 75- 80 °С. Далее вода поступает в колонку вакуумного деаэратора. Вакуум в деаэраторе поддерживается за счет отсасывания из колонки деаэратора паровоздушной смеси с помощью водоструйного эжектора. Рабочей жидкостью эжектора служит вода, подаваемая насосом из бака эжекторной установки. Пароводяная смесь, удаляемая из деаэраторной головки, проходит через теплообменник – охладитель выпара. В этом теплообменнике происходит конденсация паров воды, и конденсат стекает обратно в колонку деаэратора. Деаэрированная вода самотеком поступает к подпиточному насосу, который подает ее во всасывающий коллектор сетевых насосов или в бак подпиточной воды.
Подогрев в теплообменниках химически очищенной и исходной воды осуществляется водой, поступающей из котлов. Во многих случаях насос, установленный на этом трубопроводе (показан штриховой линией), используется также и в качестве рециркуляционного.
Под нагрузочной диаграммой понимают график зависимости момента сопротивления, мощности или тока от времени. Для обоснованного выбора двигателя требуемая нагрузочная диаграмма должна быть известна.
В приложении А представлена нагрузочная диаграмма электропривода, используемого для сетевого насоса котельной, построенная на основании таблиц 2 и 3. Эта диаграмма является зависимостью мощности от времени.
Согласно нагрузочной диаграмме, двигатель работает в длительном режиме с изменяющейся нагрузкой.
Процедура выбора электродвигателей состоит в удовлетворении ряда требований потребителя, в том числе: по роду тока и напряжению, частоте вращения, условиям окружающей среды, климатическому исполнению.
В соответствии с нагрузочной диаграммой определим эквивалентную мощность по формуле:
(1)
Подставляя значения, получим:
Для этого режима по справочнику выбираем двигатель по найденной эквивалентной мощности, напряжению сети 380 В и частоте вращения.
Условие выбора двигателя по нагреву:
(2)
Используем асинхронный двигатель серии 4А 4А200L4У3 с =45 кВт, =1500 об/мин.
Паспортные данные двигателя.
Таблица 4
|
Типоразмер двигателя |
Мощность, кВт |
Частота вращения, об/мин |
КПД, % |
Скольжение, % |
||||
|
4А200L4У3 |
45 |
1500 |
92 |
2,2 |
1,4 |
1 |
7 |
1,8 |
Условие выполняется, следовательно выбор двигателя по нагреву произведен верно.
Двигатель должен преодолевать наибольший момент сопротивления производственного механизма, приведенный к валу двигателя. Этот момент легко определить по нагрузочной диаграмме и по следующей формуле:
(3)
Определим угловую скорость по формуле:
=;
(3)
Наибольший момент Мнб, Н·м соответствует наибольшей мощности Р8, равной 56,3 кВт, и определяется по формуле:
; (4)
.
Определим номинальный момент на валу двигателя:
; (5)
.
Для асинхронных двигателей, питаемых от регулируемых источников электрической энергии, условие обеспечения перегрузочной способности с учетом допустимого снижения напряжения сети на 5% (при величине напряжения сети U=0,95Uн) можно представить в виде:
, (6)
где - кратность максимального момента.
Проверяем условие:
.
Условие выполняется, следовательно, выбранный нами двигатель удовлетворяет поставленной задаче.
Напряжение электрической сети до 1000 В, с номинальным значением 380 В. Электроприёмник является трехфазным с номинальным напряжением 380 В. По мощности данный трёхфазный приёмник является приёмником с номинальным напряжением 380 В при мощности до 100-125 кВт.
Двигатели электропривода должны обеспечивать заданную частоту вращения рабочих органов механизмов. При этом необходимо наиболее экономично применять безредукторные электроприводы. Это возможно, если скорости вращения двигателя n и механизма nм соответствуют неравенству
, (7)
при этом превышение скорости двигателя допускается не более 5%.
.
Условие выполняется, превышение скорости двигателя меньше 5%.
Данный электропривод является асинхронным двигателем с фазным ротором и применяется для регулирования по схеме асинхронно-вентильного каскада в электроприводе сетевого насоса котельной.
Данный двигатель может использоваться в районах с умеренным климатом, в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями (например, в закрытых отапливаемых производственных помещениях), что удовлетворяет исходным данным – эксплуатации двигателя в котельной.
Двигатель обеспечивает защиту от твердых тел диаметром более 1 мм и от брызг, падающих в любом направлении.
Рисунок 3 – Вид асинхронной машины с фазным ротором в разрезе.
1 – станина, 2 – сердечник статора, 3 – обмотка статора, 4 – сердечник ротора с короткозамкнутой обмоткой, 5 – вал.
Асинхронной машиной называется электрическая машина, одна из обмоток которой, обычно трехфазная, присоединена к электрической сети или специальному преобразователю, а вторая выполнена короткозамкнутой (беличье колесо) или фазной, замкнутой на сопротивления.
В асинхронных машинах частота вращения ротора не равна частоте вращения поля . Как и во всех электрических машинах поля статора и ротора неподвижны одно относительно другого, а частоты токов в роторе f2 и статоре f1 связаны соотношением:
f2=f1S,
где S – скольжение , или относительная угловая скорость
Электротехническая промышленность выпускает асинхронные двигатели (АД) в очень большом диапазоне мощностей. Предельная мощность АД – несколько десятков мегаватт. В индикаторных системах применяются АД мощностью от долей ватта до сотен ватт. Частота вращения двигателей общего назначения от 500 до 3000 об\мин.
Одной из разновидностей однофазных АД являются двигателя с экранированными полюсами или, как их еще называют, однофазные двигатели с короткозамкнутым витком на полюсе. В таких двигателях статор имеет явно выраженные полюсы, на которых располагается однофазная катушечная обмотка. Каждый полюс продольным пазом разделен на две неравные части. Меньшую часть полюсного наконечника охватывает короткозамкнутый виток 2, штампованный из листов электротехнической стали магнитопровод статора образует полюсные наконечники и спинку статора. Ротор двигателя обычный, с короткозамкнутой обмоткой.
Обмотки короткозамкнутых роторов выполняются литыми из алюминия или его сплавов. При заливке одновременно отливаются стержни, лежащие в пазах, и коротко замыкающие кольца с размещенными на их торцах вентиляционными лопатками и штырями для крепления балансировочных грузиков.
Короткозамкнутые роторы крупных машин и специальных асинхронных машин с улучшенными пусковыми характеристиками выполняются сварными. Стержни ротора из меди или латуни привариваются к короткозамыкающим кольцам, имеющим отверстия, куда перед сваркой вставляются стержни обмотки.
Наиболее перспективным способом регулирования частоты вращения АД является частотный. Изменение частоты, подводимой к двигателю, осуществляется преобразователем частоты (ПЧ). При частом регулировании изменяется синхронная частота вращения, а двигатель работает с небольшим скольжением. Регулирование экономичное, однако, через преобразователь частоты проходит вся мощность, и габариты преобразователя частот превышают габариты двигателя. При преобразовании частоты и напряжения сети преобразователь частоты изменят и частоту на выходе по закону что обеспечивает работу асинхронного двигателя при постоянном магнитном потоке.
АД – асинхронный двигатель с фазным ротором; В – выпрямитель; И – инвертор; ТГ – тахогенератор; ТТ – трансформатор тока; Т – согласующий трансформатор; КМ – магнитный пускатель; QF1,2 – автоматические выключатели; УФСУ – система формирования сигналов управления; САУ – система автоматического управления; УЗС – устройство задания скорости.
Схема электропривода по системе асинхронно-вентильного каскада приведена на рисунке 4. В приводе используется асинхронный двигатель с фазным ротором, вентильный каскад включает промежуточное звено постоянного тока.
Выпрямитель (В) предназначен для выпрямления тока ротора, частота которого определяется скольжением ротора. Выпрямленный ток с помощью инвертора (И) преобразуется в переменный ток с частотой, раной частоте сети. Дроссель используется для сглаживания выпрямленного тока. Трансформатор предназначен для согласования выпрямленного напряжения ротора с напряжением сети. Выпрямитель и инвертор выполнен по трехфазной мостовой схеме.
В цепь выпрямительного тока ротора вводится с помощью инвертора регулируемая добавочная ЭДС. Величина выпрямленного напряжения (ЭДС) ротора пропорциональна скольжению S:
где – выпрямленное напряжение ротора при скорости и токе ротора, равных нулю.
Противо–ЭДС инвертора направлено встречно при работе асинхронного двигателя (АД) в двигательном режиме. Величина этой ЭДС
где – угол регулирования инвертора;
– противо–ЭДС инвертора на стороне выпрямленного тока.
Тогда выпрямленный ток ротора
где Rэ – эквивалентное сопротивление роторной цепи
Момент вращения двигателя
Где –ток ротора
Следовательно, момент вращения АД пропорционален выпрямленному току , величину которого можно регулировать изменением угла при помощи системы формирования сигналов управления (УФСУ), то есть изменением противо-ЭДС инвертора.
Увеличение или уменьшение момента вращения по отношению к моменту сопротивления ведет к уменьшению или увеличению скорости вращения.
При уменьшении противо–ЭДС инвертора, ток в цепи ротора возрастает, момент двигателя увеличивается и скорость его начинает повышаться. Так как с увеличением скорости, скольжение, а следовательно, и выпрямленное напряжение ротора уменьшаются, то ускорение двигателя будет происходить до тех пор, пока момент двигателя не станет равным моменту сопротивления. Привод будет работать при новом значении заданной скорости. Задание скорости двигателя и механизма производится устройством задания скорости (УЗС). Фактическое значение скорости контролируется датчиком тахогенератора (ТГ). При уменьшении скорости механизма, например сетевого насоса. По сигналу рассогласования скоростей системой автоматического управления (САУ) выдает сигнал на увеличение При этом противо–ЭДС уменьшается и скорость восстанавливается до заданной.
Сигналы трансформатора тока (ТГ) позволяют управлять инвертором при защите от коротких замыканий и перегрузке двигателя.
Выполненная курсовая работа связана практически со всеми основными задачами, с которыми сталкиваются энергетики предприятий.
В данной курсовой работе были получены навыки расчёта электроснабжения промышленных предприятий, были получены навыки по использованию электроприводов для решения конкретной задачи – теплоснабжения жилых комплексов. Были изучены различные схемы и практически все уровни электроснабжения промышленного предприятия.
В курсовой работе был выбран асинхронный двигатель 4А200L4У3 для сетевого насоса котельной. Его выбор был обоснован проверкой на перегрузочную способность, проверкой по напряжению, частоте вращения, роду тока, условиям окружающей среды и климатическому исполению.
Список литературы