Курсовой  проект по электроприводу. 

Тема: Электропривод  вентиляционных установок для курятника  на 120 кур. 

      Исходные  данные:

1. Количество голов кур - N = 120 кур
2. Температура наружного воздуха- t_нар= -15 °С
3. Температура внутри помещения- t_вн= +15 °С
4. Средняя масса животного- М =2 кг
5. Относительная влажность наружного воздуха ψ=95%
6. Относительная влажность  воздуха внутри помещения ψ=70%
7. Допустимое содержание углекислого газа в наружном воздухе и внутри помещения  % - С_н/С_в = 0,01/0,23 %
8. Скорость движения воздуха в воздуховоде V=10 м/с
9. Длина воздуховода  L= 30 м
10. Диаметр воздуховода d= 0,3 м
11. Диапазон  регулирования  D=1,3
12. Помещение для вентиляции - не отапливаемое
13. Синхронная скорость вращения двигателя вентилятора  n_o=3000 об/мин

 

 

      Содержание 
 
 

      Введение  ……………………………………………………………..…  3

1. Расчетная часть………………………………………………………..    6
1. Определение напора  и подачи воздуха……………………………...    6
2. Выбор вентилятора  и двигателя…….………………………………....  9
3. Расчет и построение механических характеристик РМ……………..   10
4. Расчет и построение механических характеристик АД с КЗ ротором.14    
5. Переходные процессы в электродвигателе…………………………..... 17
2. Выбор аппаратуры управления………………………………………..   19

Заключение……………………………………………………………..    21

Список используемой литературы………………………………….....   22 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

            Введение

      В воздушной среде производственных  помещений, в которых находятся  люди, животные, оборудование, материалы,  продукты переработки, кормовые  отходы, всегда есть некоторые  количество вредных примесей(углекислого  газа, влаги, аммиака, сероводорода, пыли, и др.),что отрицательно влияет  на состояние здоровья людей,  продуктивность животных, долговечность  электрооборудования.

  В   невентилируемых помещениях неудовлетворительный температурно-влажностный режим  и газовый состав воздуха вызывает снижение молочной продуктивности коров  на 10...15 %,уменьшение прироста свиней на 20…30%, снижение яйценоскости кур - несушек  на 15…20%.

  Установлено также, что в невентилируемых  сырых  и  холодных свинарниках  увеличивается  расход корма  на 24 % на единицу привеса .При хорошей  вентиляции  экономится  до 95 кг зерна  на каждые 100 кг привеса откормочного  свинопоголовья и значительно сокращаются заболеваемость и падеж животных, особенно молодняка. Чистый воздух в помещениях также необходим животным, как полноценное питание.

  Вентиляционные  установки применяют для поддержания  в допустимых  пределах  температуры, влажности,  запыленности, и вредных  газов в воздухе производственных, животноводческих, птицеводческих и  других помещений.

  Системы механической  вентиляции подразделяются на вытяжную приточную приточно – вытяжную.

  Вытяжная  вентиляция. Вентиляторы вытягивают воздух из помещения, образуя разрежение, а свежий воздух поступает в помещение через неплотности.

  Приточная вентиляция. Вентиляторы нагнетают наружный  воздух в

помещение, создавая избыточное  давление, а  выходит  воздух  из помещения 

через вытяжные шахты  и  неплотности.  Применяется, как правило,  при подогреве приточного воздуха.

     Приточно – вытяжная  вентиляция – это сочетания  приточной  вентиляции  с вытяжной.  В  сельском  хозяйстве электропривод  - основное  средство приведение в движение  практически всех стационарных и  мобильных машин.

Согласно ГОСТ  Р  50369-92  электроприводом называется  электромеханическая  система , состоящая из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств, предназначенных для приведения в  движение  исполнительных органов рабочей машины и управление  этим движением . Электропривод преобразует электрическую энергию в механическую  и обеспечивает электрическое управление  преобразованной энергией.

    В регулируемых электроприводах, параметры  которого  изменяются  под  воздействием  управляющего  устройства , преобразовательное  устройство  преобразует переменный ток в постоянный  или в переменный , но  другой частоты.

Современный электропривод  представляет собой сложный комплекс  электромеханических  устройств ,  а  также средств  автоматического  управления  базирующихся  на  новейших достижениях  в  области  электромашиностроения ,  силовых  полупроводниковых  приборов  микропроцессорной  и  компьютерной  техники. Как и прежде, электропривод остается силовой основой автоматизации производственных процессов и основным потребителем электрической энергии.

      Рис 1. Структура электропривода.

ИП - источник питания

СУ - схема  управления двигателем

Д - двигатель  АД

П - клиноременная  передача 1 = 2

В – вентилятор 

    Технологическая и кинематическая схема

  Обычный радиальный центробежный вентилятор представляет собой лопатчатое рабочее колесо турбинного типа, расположенное в спиральном корпусе. При вращении колеса воздух поступает через входное отверстие, попадает в каналы между лопатками колеса, под действием возникающей центробежной силы он перемещается по этим каналам, собирается спиральным корпусом и направляется в его выпускное отверстие. Радиальный вентилятор состоит из 3-х основных частей: лопаточного радиального колеса (иногда называемого ротором , турбиной), спирального корпуса (также называемого улиткой) и станины с валом и подшипниками (рис. 1.1,1.2). Вал вентилятора соединяют с валом двигателя непосредственно или через промежуточную муфту или передачу (клиноременную) (рис. 1.3).

    Правильным  является вращение колес по ходу разворота спиральных корпусов. Вентиляторы, у которых колеса правильно вращаются по часовой стрелке при наблюдении со стороны всасывания, называют правыми, а против часовой стрелки - левыми. В маркировке вентилятора указаны тип вентилятора

Ц - центробежный

ЦП - центробежный, пылевой

    Например  Ц4-70 - центробежный, имеет коэффициент полного давления 0,86; критерий быстроходности = 70; максимальный КПД п₆ = 0,81 

1. Расчетная часть

1.1  Определение воздухообмена

  Чтобы выбрать  вентилятор и определить мощность электродвигателя для него, необходимо найти требуемый расход воздуха и требуемый напор для подачи свежего воздуха в помещения.

  Расход  воздуха в птицеводческих помещениях определяют исходя из необходимости  удалить из помещения излишнюю углекислоту, избыточную теплоту и уменьшить влажность[1].

                                                    (1.1)

где d₁,d₂  допустимое содержание влаги

W — количество влаги выделяемое животным

 N — количество голов

Часовой воздухообмен по удалению излишней влаги

      W=W₁+W₂ (1.2)

где W₁ - влага выделяемая животными. Определяем по таблице 10.1 стр156[2]. На одну птицу 3 г/ч. M= 2-2,5 кг.

W₂ — влага выделяемая с кормушек и пола г/ч 
             W₂ = 0,14 W₁= 0.14*3=0.42 г/ч   (1.3)

       W = 3+0.42 = 3.42

Допустимое влагосодержание  наружного воздуха

      d'₁ = d₁* ᴪ₁=1.38*0,9= 1,2 г/м³ (1.4)

d₁ определяем из таблицы 10.3 стр158 [2] , при температуре -15°С=1.38 г/м³

Допустимое влагосодержание  внутреннего воздуха

      d'₂ = d₂* ᴪ₂= 13,6*0.7=9,52 г/м (1.5)

d₂ определяем из таблицы 10.3 стр158 [2] , при температуре +15°С= 13,6 г/м³

Определяем расход воздуха (формула 1.1)

            *=

   В плохо  вентилируемом помещении при  накоплении углекислоты выше нормы  у птицы ослабляется дыхание, у них ухудшается аппетит, снижается  яйценоскость.

   Расход  воздуха на удаление избыточной углекислоты:

            *_со=                                  (1.6)

Где  с  количество СО₂ выделяемое одной птицей. Определяем по   таблице 10.1 стр.156 [2]. 

      с₁   допустимое содержание углекислоты в наружном воздухе (с₁= 0,3 л/м³ в сельской местности)

   с₂   допустимое содержание углекислоты внутри помещения. Определяем по таб. 10.2 стр. 157[2]

            *_со=      Расход воздуха    на удаление  избыточной  теплоты :  

          *_m=                          (1.7)  

   Где   a =1/273- коэффициент, учитывающий относительное увеличение объема воздуха при нагревании его на один градус [1/°С];

   q - лишняя температура в тепловом балансе при данных   выделяемая животными; с_в - теплоемкость воздуха с_в = 1,282 кДж/(м³*К)

               q=q_ж+0,035*q_ж*(16-t_в)  (1.8)

где  q_ж – количество теплоты, выделяемой  птицей в течении одного часа 

( таб.10.1 стр.156 [2].)

                        q=22,2+0,035*22,2(16-25)=13,97   [Дж/(ч .гол.)] 

Расход воздуха  на удаление избыточной теплоты определяем по формуле 1,7

                           *_m== 41,40 м³/ч 

За расчетную  принимаем наибольшую из трех полученных величин

                       Q_р=Q_m=41,40   м³/ч               

Расчетный напор вентилятора определяется по формуле:

                       Нр=Н_d + Н_c  (1.9)

где Н_d динамический напор вентилятора, [Па]; Н_с - статический напор [Па].

   N_d=  ,  [Па]  (1.10)

где γ - удельный вес воздуха, γ = 1 1,77 Н/м³;        

g - ускорение свободного падения, g=9,81 м/с²

                       N_d==59 [Па]

    Динамическое  давление создаваемое вентилятором, обеспечивает приращение скорости 1 м³ воздуха от 0 до v и представляет собой кинетическую энергию 1 м³ воздуха.

  Статическое давление создаваемое вентилятором, затрачивается на преодоление трения частиц воздуха о стенки трубопровода, а также на преодоление местных сопротивлений на изгибах отводах, задвижках и т.д.:

  Н_с =R₀⋅1 +Σβ, [Па]  (1.11)

     где Rо- удельное сопротивление движению воздуха, [Па/м]/

                       R₀=64,84⋅  (1.12)

 

где d - диаметр воздуховода, (мм)

   Потери  напора в местных сопротивления Σβ, составляет порядка 10... 12% динамического напора.

  Н_с = 3,43-30+5,9=108,8 [Па]

  Н_р= 108,8+59=167,8

  По  наибольшему  значению Q  и расчетному  значению  Н_р  выбираем ближайший больший вентилятор. 

            1.2 Выбор вентилятора и двигателя 

Выбираем вентилятор серии: радиальный В-Ц4-70-4 с параметрами:

     Q = 3350 м³/ч; Н=589 Па; ɳ_в=79%

Потребная мощность вентилятора

                       P_p= 

где :Q_в - производительность вентилятора, [м³/ч];

Нр - напор  потока. [Па] ;

k₃  - коэффициент запаса, k₃ = 1,11,3;

    ɳ_п  -  КПД передачи;  ɳ_п  =  0,920,94  для клиноременной передачи,

    0,870,90 для плоскоременной:

    ɳ_в - КПД вентилятора 

                         P_p=

    Выбираем  двигатель 4АА63А2УЗ

    Р_ном = 0,37 кВт   

    ɳ| = 70%     

    соs=0,86     

    X =2,5

    R₁=0.14

    X₁=0.052

    R₂=0.096

    Х₂ =0.080

    =2,0

    =1,5

    =2,2

    S_ном% 8,3

        S_к% 50,5

        K_i=4,5

      J_др,кгм²=76⋅10⁵

1 .3      Расчет и построение механических характеристик

рабочих машин 

       

       Схема замещения асинхронного двигателя  с к.з. ротором

  Производственный  механизм при движении исполнительного  органа создает на приводном валу момент статической нагрузки, значение которого связано с угловой скоростью приводного вала механизма.

  В   общем   случае   приведенный   к  валу  двигателя   статический  момент определяется:

  H/м (1.14)

где   1 - передаточное число кинематической цепи, между  валом двигателя и

исполнительным  органом рабочей машины;

ɳ|_п - КПД передачи, %;

- начальный   момент  сопротивления  механизма,  не  зависящий  от

скорости вращения, [Нм];

   -   момент   сопротивления   механизма   при   номинальной   скорости

вращения;

- скорость вращения  приводного механизма, [рад/с];

- номинальная скорость вращения приводного механизма, [рад/с]

К - коэффициент, характеризующий изменение момента  сопротивления при

изменении скорости вращения.

  В   данном   случае   мы   имеем  нелинейно-возрастающую  механическую характеристику,   называемую   еще  вентиляторной.   Такую  характеристику имеют    центробежные    вентиляторы,    а    также    центробежные    насосы, работающие без противодавления. Поэтому получаем уравнение следующего вида:

      (1.15)

Начальный момент сопротивления механизма :

М_рм0,15 М_рмн (1.16)

                (1.17)

Номинальная скорость вращения приводного механизма:

   (1.18)  

где п - частота  вращения вентилятора, n=1410 об/мин;

=147,58    рад/с

По формуле 1.17:

     М_рмн==1,84   [Hм]

получим момент сопротивления механизма:

М_рмо=0,15-1,84=0,27    [Нм]

Разобьем скорость приводного механизма на десять частей и рассчитаем для каждой скорости статический момент

      М_с=0,27+  [Нм] 

Дальнейшие результаты расчетов сведем в таблицу 1.1

 Статический момент приведенный к валу двигателя   Таб. 1.1

Данный   расчет   велся   для   привода   вентилятора   при   ненагруженном  двигателе.

     Коэффициент                     = (1.19)

Где R₁ ,R₂ - первичные, вторичные приведенные активные сопротивления

                                                  =

Определение номинального скольжения вентилятора

                (1.20)

          = (1.21)

                       =

                         [Нм]  (1.22)

     [Нм] 

     (1.23) 
 

                    (1.24)

Скольжение  в точке статического равновесия       (1.25)

S_СН = -0,58-=-0,14

Угловая частота в точке статического равновесия:

_сн = (1-S_сн)

_сн = 157 (1+0,14)= 179 [рад/с] 

 
 
(1.26)

 
 
Момент  сопротивления механизма при  номинальной скорости вращения:

          ( 1.27)

   [Нм]

Из формулы (1.16) определяем     М₀=0,15*1,51=0,22[Нм]

Из формулы (1.15) определяем М_с

      =0,22

Дальнейшие результаты расчетов сводим в таблицу 1.2

  Статический момент приведенный к валу двигателя    таблица 1.2

Строим  зависимость ω = f (М_с )

        1.4 Расчет механических характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

      Асинхронные     двигатели     получили     в     промышленности     широкое применение благодаря ряду существенных преимуществ по сравнению с

другими типами двигателей. Асинхронный двигатель  прост и надежен в эксплуатации, так как не имеет коллектора; асинхронные двигатели дешевле и значительно легче двигателей постоянного тока. 

Принцип работы АД следующий. 

    При подключении обмотки статора к электрической сети

синусоидального переменного тока внутри АД возникает  вращающее магнитное поле. Угловая скорость поля, называемая синхронной скоростью вращения ротора, равна

[рад/с] (1.28)

Где=3,14;f = частота тока питающей сети, [Гц]; Р- число пар полюсов обмотки статора.

                           [рад/с]

  Вращающееся магнитное поле, пересекая проводники обмотки ротора, создает в них электродвижущую силу (ЭДС). Под действием ЭДС, если проводники замкнуты, по ним потечет ток. Взаимодействие тока проводников ротора с вращающимся магнитным полем, образованным обмоткой статора, создает вращающий момент АД.

  Наведение в обмотке ротора ЭДС и появление  вращающего и тормозящего момента АД возможно только при наличии разности между угловыми скоростями вращения магнитного поля статора и ротора.

        Это различие оценивают в относительных  единицах и называют

        скольжением

                           

     

Скольжение Sн 0,03... 0,007

[рад/с] (1.30)

= 157 -(1-0,05) = 149,15 [рад/с]

  Отсюда  и название двигателя асинхронный, так как его момент создается  только при несинхронном (асинхронном) вращении магнитного поля статора и ротора двигателя.

Определяем  момент асинхронного двигателя по формуле  Клосса:

                     [Нм] (1.31)

где М_к - максимальный момент двигателя, [Нм]

S_К — критическое скольжение соответствующее максимальному моменту

- коэффициент  равный

   Где — первичные, вторичные приведенные активные сопротивлени

 
                   =`1,45

 
Находим номинальный момент

М_н=Р_дв/_н   [Нм] (1.32)

                  = 370/149,15=2,4 [Нм]

Находим минимальный  момент

[Нм] (1.33)

=2,4-1,5=3,7 [Нм]

 
Находим критический момент

 [Нм] (1.34)

                  = 2,4-2,2=5,28 [Нм]