Дипломная работа: Схема автоматического регулирования продолжительности выпечки с коррекцией по температуре во второй зоне пекарной камеры

b=;

a=γ*b=0.24*1.2=0.29;

где: γ – отношение коэффициентов переменных и постоянных потерь. Принимаем из [ ] γ=1.2

ηкцмах=.

Момент сопротивления на валу электродвигателя при разгруженном конвейере:

Мcтхx===4.9 Н*м.

Момент сопротивления на валу электродвигателя, создаваемый нагрузкой:

Мнаг=Мст-Мcmax=5.1-4.9=0.2 Н*м.

Как видно из последних расчетов, статический момент, создаваемый нагрузкой составляет ≈ 4% от суммарного статического момента. Это говорит о том, что почти вся мощность, передаваемая с вала электродвигателя, расходуется на преодоление сил трения в кинетической цепи и тяговом органе.

2.1.3 Построение нагрузочной диаграммы механизма

Конвейер относится к механизмаам непрерывного действия, для электропривода которого характерен продолжительный режим работы S1. Продолжительным номинальным режимом (S1) работы электрической машины называется режим работы ее при неизменной нагрузке такой, что превышения температуры всех частей электрической машины достигают установившихся значений [7}. Иллюстрация этого режима дана на рис. 2.3. В паспортных данных двигателей продолжительного номинального режима работы указываются номинальные мощности Рном,кВт, частота вращения nном, об/мин, напряжение Uном, В, ток Iном, А. Номинальному продолжительному режиму работы, как следует из рис. 2.3, соответствует простейший график превышения температуры, принимающей установившееся значение τу=∆Рном/А. Так как условиями номинального режима определено, что температура охлаждающей среды Θсреды, ном ≤ 40 °С, то температура лимитируется значением Θ ≤ Θсреды, ном + ∆Рном/А, при котором обеспечивается номинальный срок службы изоляции. Одновременно указанное значение является наибольшим для данного номинального режима. За время работы конвейера статический момент сопротивления остается постоянным. Для режима работы S1 время пуска и торможения мало по сравнению с обіим временем работы, и поэтому эти моменты в построении нагрузочной диаграммы не учитываются.

На основании сказанного выше можно построить нагрузочную диаграмму механизма конвейера (рис. 2.4.).

2.2 Предварительный расчет мощности двигателя

Мощность приводной станции определяется в соответствии с расчетной статической нагрузкой и заданной скоростьюдвижения конвейера была рассчитана в пункте 2.1.1. Однако следует учесть, что при длительном режиме работы на пониженной скорости ухудшаются условия охлаждения самовентилируемых двигателей. Поэтому нужно завышать мощность электродвигателя или применять принудительную вентиляцию. Последний вариант ведет к резкому увеличению капитальных затрат, поэтому выгодней завысить мощность электродвигателя. Методика определения допустимого момента по условиям нагрева приведена в [8]. Методика громоздкая требует знание параметров схемы замещения электродвигателя. Поэтому для предварительного выбора электродвигателя воспользуемся расчетными кривыми зависимости допустимого по нагреву момента от скорости вращения электродвигателей серии А, приведенными в этом же источнике (рис. 2.5.), причем нижней границе допустимых по нагреву моментов для всех двигателей единой серии является зависимость этого момента от частоты двигателя А91- 2. При Dω=6 α=1/6=0.17 получаем относительное значение допустимого по нагреву момента μτ=0.65. Следовательно, при выборе электродвигателя для данного диапазона регулирования и режима работы S1 следует увеличить расчетную мощность в 1/ μτ раз.

.

K3охл – коэффициент запаса по условиям охлаждения.

Рэд=k3охл*Рс=1.53*805.8=1239.8 Вт.

2.3 Требования к автоматизированному электроприводу

Конвейеры в зависимости от их назначения и области применения могут эксплуатироваться в самых разнообразных условиях и в том числе крайне неблагоприятных: на открытом воздухе, на высоте над уровнем моря, превышающей 1000 м (ленточные конвейеры горнодобывающих предприятий, высокогорные канатные дороги), а также в помещениях, содержащих пары активных веществ и характеризующихся повышенной влажностью, загрязненностью, высокой температурой окружающей среды (красильные и сушильные линии, термические цехи) [3]. Это определяет необходимость использования для данной группы механизмов электрооборудования, по типу и исполнению отвечающего перечисленным условиям, и выдвигает жесткие требования в отношении безопасности и простоты его обслуживания, надежности работы. Это в первую очередь относится к приводным двигателям, которые, как правило, должны иметь закрытое исполнение и обладать повышенным пусковым моментом.

Непрерывный, однонаправленный характер работы рассматриваемых механизмов определяет длительный режим работы их электроприводов, которые выполняются нереверсивными, за исключением редких случаев, где требуется изменение направления движения, например для эскалаторов. Конвейеры строго транспортного назначения имеют одну неизменную скорость движения и не требуют регулируемого электропривода. Для некоторых конвейеров, обслуживающих технологические процессы, например для сборочных конвейеров, красильных и сушильных линий и т. п., где при смене собираемого или обрабатываемого изделия требуется изменение скоростного режима, применяется регулируемый электропривод.

 В современном поточном производстве работа нескольких конвейеров может объединяться общим производственным процессом. В этом случае движения отдельных конвейеров должны быть строго согласованы между собой по скорости. Такая задача возникает, например, когда различные изделия после необходимых технологических операций на отдельных конвейерных линиях должны встречаться на сборочном конвейере в точном позиционном соответствии друг с другом. К электроприводам таких конвейеров предъявляются требования согласованного вращения.

Важным общим требованием, предъявляемым к электроприводам механизмов непрерывного транспорта, является обеспечение платности пуска и торможения с надежным ограничением ускорения и рывка, а также максимального момента двигателя и его производной [3]. Для канатных и ленточных конвейеров большой протяженности это требование обусловлено наличием больших поступательно движущихся масс, приведенный момент инерции которых может в 10-20 раз превышать момент инерции двигателей, и значительной податливостью тянущих канатов и транспортерной ленты. Большие маховые массы установки увеличивают возможность пробук-совывания приводных барабанов и шкивов относительно лент и канатов при пуске. Резкое приложение момента при наличии упругих механических связей вызывает механические колебания при пуске, в результате чего в ленте или канате возникают дополнительные динамические усилия. Требование плавности пуска и замедления остается в силе и для установок с коротким тяговым элементом. В одних случаях ограничение ускорения и рывка до требуемых норм диктуется условиями транспортирования людей (эскалаторы, канатные дороги), в других случаях — условием надежного сцепления транспортируемых изделий с лентой (ленточные конвейеры) или уменьшением раскачивания люлек и кабин (подвесные конвейеры).

На основании вышеизложенных рассуждений и описания технологического процесса сформулируем требования к электроприводу конвейера пода и системе автоматизации печи.

1.  Электропривод должен обеспечить заданный диапазон регулирования скорости движения конвейера (D=6).

2.  Система управления электроприводом должна обеспечить коррекцию скорости движения конвейера в зависимости от температуры во второй зоне пекарной камеры.

3.  Электропривод должен обеспечить плавный разгон (торможение) конвейера с допустимым ускорением (замедлением), дабы избежать механических колебаний в тяговом органе (а доп=0.4 м/с2 ).

4.  Электропривод должен обеспечить запас пускового момента для преодоления момента трогания – (1.8÷2.5)М ном.

5.  В результате модернизации кинематическая схема электропривода должна претерпеть минимум изменений, чтобы уменьшить капитальные работы, в связи с модернизацией привода.

6.  Т.к. установка работает в длительном режиме работы на всем диапазоне регулирования скорости движения, то электропривод должен обеспечить регулирование потребляющей мощности из сети, т.е. быть энергоэкономичным.

7.  Т.к. электропривод работает в длительном режиме работы, то высокие требования к времени разгона и торможения не предъявляются.

8.  Система автоматизации должна обеспечить контроль и регулирование температуры по зонам пекарной камеры.

9.  Система управления электроприводом должна обеспечить исключение аварийных режимов для электропривода.

10.  Электропривод должен быть удобен и гибок в управлении.

11.  Система автоматизации должна обеспечить четкие действия схемы управления установкой при нормальном и аварийном режимах работы.

12.  Система автоматизации должна быть простой и надежной в эксплуатации.

13.  Система автоматизации и электропривод должны иметь минимальные размеры и стоимость.

14.  Система автоматизации и электропривод должны соответствовать требованиям, предъявляемым ПУЭ и правилами пожарной безопасности.

2.4. Патентно–информационный поиск по объекту проектирования

1. Экономичный электропривод для Европы [9].

По данным комиссии ЕС Европа почти на 10 лет отстает от Северной Америки по применению двигателей (Д) с высоким КПД. Если бы все Д имели КПД, как у лучших кострукций, то необходимость в электроэнергии сегодня в Европе снизилась бы на 3000 МВт, расходы – на 1 млн. долларов и выбросы СО2 – на 13.4 млн.т. Если бы на всех насосах был установлен регулируемый ЭП, то эти цифры утроились бы. По данным ЕС широкое распространение Д с высоким КПД в 2010 году сэкономило бы в промышленном секторе еще 9.6 Т∙Вч. Высказано мнение, что КПД ЭП в большей степени зависит от системы управления. Представитель компании АВВ заметил, что улучшение технологии производства Д позволяет поднять их КПД без заметного удорожания Д и что компания выпускает Д с высоким КПД как стандартные. Ученые Италии разработали компьютерную программу оптимизации конструкции Д. Их работы показывают, что эксплуатационные расходы на Д оптимальной конструкции 1.5 кВт снижаются на 36%, 18.5 кВт – на 19% без повышения затрат на их производство. Рассмотрены пути внедрения Д с высоким КПД в Европе с помощью законодательства, агитации и др. методов.

2. Электропривод в будущем [9].

По имеющимся оценкам сегодня менее 5% ЭД управляется инвертором (И), даже среди недавно установленных ЭД эта цифра не превышает 10%. Для широкого распространения регулируемого электропривода (РЭП), по мнению представителей компании Hitachi (Япония), необходимо радикально изменить цены и конструкцию РЭП. В будущем РЭП регуляторы должны быть разделены на модульные элементы, которые комбинируются в зависимости от применения. С помощью обычных микросхем можно будет сформировать регулятор для специального назначения: упаковки, перекачки, вентиляции или производства стали. Маломощные РЭП должны встраиваться в инструмент или оборудование и их цена не должна превышать 10 ф.с. Не только в компании Hitachi считают, компания Mitsubishi уже продает встраиваемые И для производителей оборудования, причем И серии SC – А мощностью 200 и 400 Вт стоят меньше 80 ф.с. Отмечена большая экономия, которую может дать широкое применение РЭП в Европе; но если не применять мер по уменьшению засорения сети гармониками, стоимость фильтров будет больше стоимости самих И.

3. Применение преобразователя частоты VARISPEED – 676H5 для электропривода ленточного конвейера нового типа [9].

 Описан многодвигательный ЭП системы ПЧ – АД ленточных конвейеров, выполненный на ПЧ VS – 67H5 / из серии VARISPEED. ШИМ-инвертор выполнен на IGBТ – приборах. Рассмотрено несколько вариантов исполнения конвейеров и их ЭП. Описана система управления, выполненная на цифровых процессорах и центральной ЭВМ, связанную в единую информационно-управляющую сеть с дисплеями. Системы могут иметь различное исполнение в зависимости от того, какой агрегат или технологическая линия обслуживаются данным конвейером.

 4. Защита и техническая диагностика тиристорного ЭП ленточного конвейера [9].

В настоящее время конвейерные линии угольных шахт практически полностью автоматизированы. При этом автоматизация сводится к тому лишь к автоматическому запуску и аварийному останову. Следующим этапом автоматизации должно являться регулирование скорости движения ленты, что при неравномерном грузопотоке из забоев устранит недогрузы конвейера и его холостой пробег за счет автоматической стабилизации погонной нагрузки. Для регулирования скорости движения ленты наиболее целесообразным, в настоящее время, является тиристорный ЭП на основе АВК. С целью повышения надежности АВК рассмотрена структура микропроцессорного устройства, предназначенного для защиты и диагностирования ЭП на основе АВК.

5. Печь БН-25.[10]

Она состоит из восьми секций длиной 1.5 м каждая. Пекарная камера печи на четыре тепловые зоны. Обогрев осуществляется при помощи трубчатых электронагревателей ТЭНов ) мощностью 1.8 кВт каждый. Мощность электронагревателей, размещенных над сетчатым подом, составляет 91,8 кВт, а под ним— 59,4 кВт.

Для обогрева первой зоны установлено 18 верхних и 12 нижних электронагревателей; второй— 15 верхних и 9 нижних; третьей — 12 верхних и 6 нижних и четвертой — 6 верхних и 6 нижних.

Устройство для увлажнения расположено в начале печи и состоит из четырех перфорированных труб с отверстиями 2,5 мм. Трубы установлены на расстоянии 220 мм до пода с шагом 130 мм. Над трубами размещен колпак шириной 2,67 м и длиной 0,56 м. Пароувлажнительное устройство отделено от пекарной камеры поворотной заслонкой.

По всей длине печи, в верхней ее части, смонтирован металлический вентиляционный канал диаметром 160 мм.

Привод печи осуществляется от трехскоростного электродвигателя мощностью 0,8, 1,0 и 1,2 кВт с частотой вращения соответственно 750, 1500 и 3000 об/мин. Продолжительность выпечки в интервале каждого диапазона регулируется вариатором скорости.

6. Печь БН-50 [10].

 Она состоит из шестнадцати соединенных между собой секций длиной по 1500 мм. Каждая пекарная камера изолирована стекловатой толщиной с боков 350, снизу — 245 и сверху — 450 мм. Обогрев осуществляется трубчатыми электронагревателями мощностью 2 кВт каждый. В верхней части над сетчатым подом размещено 87 электронагревателей, в нижней — 72. Печь разбита на четыре тепловые зоны с независимым верхним и нижним обогревом.

7. Печи ХПС-25 и ХПС-40 [ ].

Это печи тоннельного типа с электрообогревом предназначены для выпечки широкого ассортимента хлебобулочных изделий в районах с достаточными ресурсами дешевой электроэнергии. Печи ХПС-25 и ХПС-40 разработаны ВНИИХПом и изготовляются на базе печей ПХС-25 м и ПХС-40м.

Электрическая схема печи рассчитана на подключение сети трехфазного переменного тока напряжением 380/220 В. Для обогрева печи применяются типовые трубчатые электронагреватели, которые защищаются от коротких замыканий автоматическими выключателями типа А-3114 и АП50-ЗМТ. Электрическая схема печи предусматривает три цепи управления: температурным режимом печи, конвейером печи и вентилятором.

Цепь управления температурным режимом печи включает восемь одинаковых регулирующих контуров, состоящих из датчиков термопары ТХК-0515 (печь ХПС-25), термопары TXK.-XIII (печь ХПС-40), вторичных приборов (потенциометры ЭПВ2-11А) и исполнительных механизмов (магнитные пускатели серии ПА).

Пекарная камера печи разбита на четыре зоны, в каждой из которых производится самостоятельное регулирование и контроль температуры. В первой зоне печи (верх и низ) нагреватели разбиты на две группы, которые могут включаться вручную или в автоматическом режиме. В нижней части первой зоны, а также в остальных зонах нагреватели разбиты на две группы, которые управляются автоматически. При температуре в зоне ниже заданной автоматически включаются все нагреватели и по достижении нижнего предела заданной температуры одна из групп отключается, а при достижении верхнего предела заданной температуры отключается вторая группа.

Ручное управление предусматривает два режима работы: слабый нагрев, сильный нагрев. После разогрева печи до рабочего состояния систему управления печью переводят с ручного режима на автоматический. В соответствии с сортом выпекаемых изделий температура выпечки устанавливается на верхней шкале потенциометра для каждой зоны.

8. Печь ХПС-100 [10].

 Она разработана Отраслевой лабораторией по хлебопекарным печам КТИППа и предназначена для выпечки широкого ассортимента хлеба и булочных изделий. В печи в целях унификации использованы узлы и отдельные элементы печей ПХК.

Сетчатый под печи крепится как и в печах ПХК к двум ведущим цепям. В зоне увлажнения сетчатый под перемещается по куполообразной траектории с регулируемым подъемом купола, что обеспечивает прохождение тестовых заготовок в зоне высокой влажности парового колпака.

Обогрев пекарной камеры осуществляется ТЭНами длиной 3 м.

В печи применена система секционной сборки. Секции имеют длину 4 м каждая и соединяются между собой компенсаторами температурных расширений.

Температурный контроль по длине пекарной камеры осуществляется в каждой тепловой зоне и зоне увлажнения.

9. Печь П-119м [10].

Она предназначена для выпечки широкого ассортимента хлебобулочных изделий, выпускается серийно Шебекинским машиностроительным заводом.

Печь является люлечно-подиковой тупиковой каркасно-панельного типа. Конвейер печи двухниточной, цепи конвейра втулочно-роликовые с шагом 140 мм. На них подвешено 18 люлек размером 1410 Х 285 мм. Печь снабжена съемными подиками размером 1402 Х 350 мм. Корпуса подшипников переднего приводного вала вынесены за пределы пекарной камеры и крепятся в нишах боковых панелей печи.

Обогрев печи осуществляется от нагревателей НВСЖ-2, 177/2,5 или другого типа. Мощность каждого нагревателя 2,5 кВт. Всего в печи 30 нагревателей, которые разбиты на три группы. Тепловой режим регулируется тремя термопарами как автоматически, так и вручную.

Боковые стенки печи и верхнее перекрытие изготовлены в виде пустотелых металлических панелей толщиной 250 мм, заполненных минеральной ватой. Между ветвями конвейера размещены вытеснительные короба, сокращающие объем парогазовой среды пекарной камеры. Тестовые заготовки увлажняются на первых четырех люльках.

В зоне увлажнения имеется дополнительная группа электронагревателей, которая включается при выпечка изделий требующих «обжарки» в начале выпечки.

10. Печь П-104 [10]

Печь люлечно-подиковая, тупиковая, изготовляется Шебекинским машзаводом. На двухниточном конвейере подвешено 34 люльки размером 1920 Х 350 мм, снабженных съемными подиками размером 1905 Х 360 мм.

Устройство печи П-104 идентично печи П-119М. Обогрев осуществляется 72 нагревателями НВСЖ-2,177/2,5 суммарной мощностью 180 кВт, которые разбиты на четыре зоны, где температура регулируется и контролируется самостоятельно. В первой зоне печи нагреватели разбиты на 3 группы, одна из которых может быть выключена. В других зонах нагреватели разбиты на две группы. Регулирование температуры автоматическое и ручной.

2.5 Предварительный выбор двигателя, способа управления и комплектного преобразователя

2.5.1 Выбор способа управления и двигателя

В настоящее время для приводов малой мощности (до 20 кВт) наибольшее применение нашли двигатели постоянного тока и асинхронные двигатели. Двигатели постоянного тока независимого возбуждения обладают отличными регулировочными свойствами. Это связано с тем, что магнитный поток регулируется независимо о тока якоря. В электроприводах с двигателями постоянного тока широкое распространение получили системы тиристорный преобразователь-двигатель постоянного тока (ТП-ДПТ). Это объясняется простотой и относительной дешевизной тиристорных преобразователей. ТП позволяют регулировать выходное напряжение в широких пределах и обладают высоким быстродействием. Эти обстоятельства позволяют строить на основе систем ТП-ДПТ высокопрочные системы регулирования технологических процессов (системы управления скоростью, положением и т.д.) Однако система ТП-ДПТ обладает рядом недостатков:

1.  Недостатки двигателей постоянного тока в основном связаны с наличием коллекторного узла. ДПТ требуют тщательного технологического обслуживания (протирание коллектора, частые замены и регулирование щеток и т.д.), что увеличивает эксплуатационные расходы и снижает надежность машины.

2.  ДПТ имеют плохие массогабаритные показатели, что в конечном итоге увеличивает цену двигателей. ДПТ дороже асинхронных двигателей примерно в три раза.

3.  В связи с наличием коллекторного узда В ДПТ налагается ограничение на скорость нарастания тока, что уменьшает быстродействие электропривода.

4.  Коэффициент мощности тиристорных преобразователей зависит от узла регулирования, поэтому при регулировании скорости вниз от номинальной увеличивает доля внешних гармоник, что ведет к снижению коэффициента использования двигателя, увеличению потель мощности и засорению питающей среды высшими гармониками (помехами).

Самым простым и надежным электромеханическим преобразователем энергии является асинхронный двигатель. Асинхронные двигатели обладают рядом преимуществ перед ДПТ:

1.  Асинхронные двигатели просты и надежны в эксплуатации, требуют минимум эксплуатационных расходов.

2.  Асинхронные двигатели имеют лучшие массогабаритные показатели, поэтому наиболее дешевы.

3.  Асинхронные двигатели имеют больший КПД по сравнению с ДПТ при той же мощности.

4.  Асинхронные двигатели выдерживают большие перегрузки по сравнению с ДПТ, что позволяет получить более высокое быстродействие.

Сравнивая достоинства и недостатки асинхронных двигателей и двигателей постоянного тока, для проектируемой установки выбираем асинхронный двигатель. Этот выбор обусловлен перечисленными преимуществами, а так же тем, что такое решение соответствует пункту 5 требований к электроприводу.

Рассмотрим самые распространенные способы управления АД.

1. Регулирование скорости вращения АД введением добавочного сопротивления в цепь ротора.

Один из распространенных способов регулирования скорости, тока и момента АД с фазным ротором связан с введением и изменением дополнительных резисторов в цепи его ротора. Схема, в которой реализуется этот способ регулирования, приведена на рис. 2.6, а. Основным достоинством этого способа является простота реализации, что определило его широкое применение в ряде электроприводов.

Для построения семейства получаемых при этом способе искусственных механических характеристик проведем анализ их характерных точек.

а) скорость идеального холостого хода АД ω0 при регулировании R2д не изменяется;

б) максимальный (критический) момент двигателя Мк также остается неизменным;

в) критическое скольжение Sк увеличивается при увеличении R2д.

Выполненный анализ позволяет представить искусственные реостатные характеристики в виде семейства кривых, показанного на рис. 2.6, б. Использование этих характеристик для регулирования скорости АД характеризуется такими же показателями, что и для ДПТ независимого возбуждения. Диапазон регулирования скорости небольшой - около 2-3, что определяется снижением жесткости характеристик и ростом потерь по мере увеличения диапазона регулирования скорости.

Плавность регулирования при реостатном регулировании небольшая и определяется плавностью изменения дополнительного резистора R2д. Скорость АД изменяется только вниз от основной. Экономичность способа определяется стоимостью используемых средств регулирования и расходами при эксплуатации электропривода. Затраты, связанные с созданием данной системы электропривода, невелики, так как для регулирования обычно используются простые и дешевые ящики металлических резисторов. В то же время при эксплуатации этой системы затраты велики, поскольку значительны потери энергии.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12