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

Электрические потери в роторной цепи ∆Р2, называемые потерями скольжения, определяются выражением

∆Р2 = Р1 – Р2 = М*ω0 – М*ω = М*ω0*s =Р1*s.

Чем больше скольжение s, тем больше потери в роторной цепи, поэтому реализация большого диапазона регулирования скорости приводит к значительным потерям энергии и снижению КПД электропривода.

Регулирование скорости этим способом применяется в тех случаях, когда требуется небольшой диапазон регулирования скорости и работа на пониженных скоростях непродолжительна. Например, этот способ нашел широкое применение в электроприводе ряда подъемно-транспортных машин и механизмов.

Рассматриваемый способ также используется для регулирования тока и момента АД при его пуске. Если обратиться к характеристикам рис. 2.6. б, то можно отметить, что за счет подбора сопротивления резистора пусковой момент АД может быть увеличен вплоть до значения критического момента Мк. Это свойство АД используется при его пуске с моментом нагрузки, превышающим пусковой момент АД Мп на естественной характеристике.

2. Регулирование скорости вращения АД переключением пар полюсов.

Этот способ (рис 6.7) используется для регулирования скорости многоскоростных АД с короткозамкнутым ротором. Возможность получения искусственных характеристик АД данным способом, и следовательно, регулирования его скорости, непосредственно следует из выражения для угловой скорости магнитного поля АД ω0 = 2*π*ƒ1/p.

Изменение числа пар полюсов АД р производится за счет переключении в обмотке статора, при этом число пар полюсов короткозамкнутого ротора изменяется автоматически. Так как количество полюсов АД может быть равным только целому числу— 1, 2, 3 и т. д., то следовательно, данный способ обеспечивает только ступенчатое регулирование скорости. Двигатели, допускающие регулирование скорости этим способом, получили название многоскоростных. Изменение числа полюсов АД достигается, когда на статоре АД располагаются две (или больше) не связанные друг с другом обмотки, имеющие разное число пар полюсов p1 и р2. При подключении к сети одной обмотки, например с р1 парами полюсов, АД имеет синхронную скорость

01 = 2*π*ƒ1/p1.

Вторая обмотка при этом обесточена. Для получения другой скорости отключается первая обмотка и подключается на сеть вторая обмотка с р2 парами полюсов, при этом синхронная скорость АД станет равной

02 = 2*π*ƒ1/р2

и АД будет иметь уже другую механическую характеристику.

Наряду с такими АД, получившими название многообмоточных, широкое распространение получил другой тип многоскоростных АД, у которых изменение числа пар полюсов вращающегося магнитного поля достигается за счет изменения схемы соединения статорной обмотки АД. Для этого каждая фаза статора разделена на несколько одинаковых частей (чаще всего на две части) и имеет от них соответствующее число выводов.

Рассматриваемый способ регулирования скорости характеризуется рядом положительных показателей, что определяет широкое его применение в регулируемом электроприводе переменного тока. К ним в первую очередь следует отнести экономичность регулирования, так как регулирование скорости изменением числа пар полюсов не сопровождается выделением в роторной цепи больших потерь энергии скольжения, вызывающих излишний нагрев АД и ухудшающих его КПД.

Из рис. 2.7. б видно, что механические характеристики многоскоростных асинхронных электродвигателей отличаются хорошей жесткостью и достаточной перегрузочной способностью.

Недостатком этого способа является ступенчатость изменения скорости двигателя и относительно небольшой диапазон ее регулирования, не превышающий обычно 6-8.

3. Регулирование скорости вращения АД изменением питающего напряжения.

Одним из возможных способов регулирования координат АД является изменение напряжения на выводах его статора, при этом частота такого напряжения постоянна и равна частоте сети переменного тока. На рис. 2.8,а приведена схема электропривода при реализации этого способа. Между выводами питающей сети и статора АД включен преобразователь напряжения, при использовании которого может изменяться напряжение, подводимое к статору АД.

На рис. 2.8, б приведены механические характеристики АД при регулировании напряжения на выводах его статора. Как видно из этих графиков, получаемые искусственные характеристики оказываются малопригодными для целей регулирования скорости, так как по мере уменьшения напряжения резко снижаются критический момент АД и его перегрузочная способность, а диапазон регулирования скорости очень мал. По этим причинам разомкнутая схема может использоваться лишь для регулирования момента АД и его тока, который пропорционален напряжению статора. Для регулирования скорости АД создаются замкнутые системы.

Основными достоинствами рассматриваемой системы электропривода являются ее относительная простота, надежность, легкость автоматизации в общей технологической схеме производства, удобство управления. Вместе с тем эта система электропривода имеет существенный недостаток, заключающийся в больших потерях в обмотке ротора при работе на низких скоростях. Действительно, электрические потерн в роторе при низких скоростях и, следовательно, больших скольжениях могут быть весьма высокими, что уменьшает КПД электропривода. Отмеченный недостаток не является очень серьезным в том случае, когда время работы АД на пониженной скорости мало по сравнению со временем цикла его работы.

Диапазон регулирования скорости при использовании обратных связей, например по скорости, относительно высок и достигает десяти. При использовании обратных связей могут быть получены жесткие характеристики.

Экономичность регулирования зависит от конкретных условий работы электропривода. В частности, если время работы на пониженной скорости невелико по сравнению с временем цикла, то экономичность может быть высокой.

Регулирование скорости АД в этой системе плавное и производится только вниз от естественной (основной) характеристики.

4. Регулирование скорости вращения АД изменением частоты и амплитуды питающего напряжения.

Частотный способ является одним из наиболее перспективных и широко используемых в настоящее время способов регулирования скорости АД. Принцип его заключается в том, что, изменяя частоту ƒ1 питающего АД напряжения, можно в соответствии с выражением ω0 = 2*π*ƒ1/р изменять его синхронную скорость ω0, получая тем самым различные искусственные характеристики (рис 2.9, б). Этот способ обеспечивает плавное регулирование в широком диапазоне, получаемые характеристики обладают высокой жесткостью. Частотный способ к тому же отличается и еще одним весьма важным свойством: при регулировании скорости АД не происходит увеличения его скольжения, как это имеет место, например, при реостатном регулировании. Поэтому при этом способе регулирования потери скольжения оказываются небольшими, в связи с чем частотный способ наиболее экономичен.

Регулирование таким способом может осуществляться плавно, в широком диапазоне, в обе стороны от естественной характеристики, т.е. АД может иметь скорость как больше, так и меньше номинальной. При этом регулировочные характеристики имеют высокую жесткость, а АД сохраняет большую перегрузочную способность.

Во многих случаях хорошие показатели регулирования могут быть достигнуты в разомкнутой системе. При повышенных требованиях к электроприводу необходимо использование тех или иных обратных связей, т.е. применение замкнутой системы регулирования. Получаемый диапазон регулирования скорости в разомкнутых системах составляет 5-10, а в замкнутых его значение может достигать 1000 и более.

Из всех вышеперечисленных способов управления АД выбираем частотное регулирование, т.к.:

а) Система ПЧ-АД позволяет производить плавный пуск электропривода, что позволяет избежать механических колебаний в кинематической цепи, повышает ее надежность и срок службы.

б) Система ПЧ-АД позволяет регулировать скорость вращения во всем диапазоне без потери перегрузочной способности, чего не позволяет система ТРН-АД.

в) Система ПЧ-АД позволяет плавно регулировать скорость вращения во всем диапазоне, чего не позволяет осуществлять реостатное регулирование и регулирование переключением пар полюсов.

г) Система ПЧ-АД позволяет регулировать количество потребляемой мощности, что делает систему ПЧ-АД самой экономичной из перечисленных. Это свойство особенно важно в данной системе, т.к. электропривод работает на скоростях ниже номинальной продолжительное поддержания электродвигателя в режиме оптимального КПД. В данном случае такая экономия может оказаться существенной, т.к. статический момент равен приблизительно половине номинального момента на двигателе.

Выберем из [11] асинхронный двигатель для проектируемого электропривода. Мощность электродвигателя была рассчитана ранее. Выбираем АИР80В4 со следующими техническими данными (табл. 2.4):

 Таблица 2.4

По справочным данным рассчитаем основные номинальные параметры электродвигателя.

Ток статора:

 А.

Угловая скорость вращения:

ωн=ωон*(1-Sн)=157.2*(1-0.07)=146.6 с-1,

где: ωон – номинальная скорость вращения магнитного поля.

Номинальный механический момент:

.

Номинальный электромагнитный момент:

Мэмн=1.012*Ммехн=1.012*10.2=10.6 Н·м,

где: 1.012 – коэффициент, учитывающий добавочные потери и потери на трение в механической части электродвигателя.

2.5.2 Выбор комплексного преобразователя

Для проектируемого электропривода выбираем преобразователь частоты фирмы «Danfoss» серии VLT 5000. Фирма «Danfoss» выпустила первый в мире серийный преобразователь частоты в 1968 г. С тех пор фирма установила стандарт качества для электроприводов [12]. Ее частотные преобразователи VLT сегодня проданы и обслуживаются более чем в 100 странах на шести континентах. В новой серии преобразователей VLT 5000 заложена система управления VVCPLUS – это новая система векторного управления без датчиков управляющегося момента. По сравнению со стандартным управлением коэффициентом напряжение/частота система VVCPLUS обеспечивает улучшенную динамику и устойчивость как при изменении задания скорости, так и при изменении момента нагрузки. В системе управления ПЧ внедрена система цифровая защита, которая гарантирует надежную работу даже при самых неблагоприятных эксплуатационных условиях. Электроприводы фирмы «Danfoss» с системой управления VVCPLUS допускают ударные нагрузки во всем диапазоне скоростей и быстро реагируют на изменение задания. Чтобы сделать программирование простым и понятным, параметры разделены на различные группы. Быстрое меню проводит пользователя через программирование нескольких параметров, которые должны быть установлены, чтобы начать работу. Пульт управления съемный. Он включает алфавитно-цифровой дисплей из четырех строк, давая возможность отображать четыре параметра одновременно. Через съемный пульт управления запрограммированные значения могут быть скопированы с одного VLT на другой. Это уменьшает затраты времени на программирование при замене приводов или включении дополнительного привода в систему. Процесс программирования оказывается легче, чем в других сериях. Преобразователи VLT 5000 выполняют большинство настроек автоматически. ПЧ серии VLT 5000 построены на базе инверторов с промежуточным звеном постоянного тока и широтно-импульсной модуляцией. В качестве силовых ключей используются биполярные транзисторы с изолированным управляющим электродом (IGBT). Функциональная схема преобразователя частоты серии VLT 5000 представлена на рис. 2.10.

L, C1…C3 – входной LC фильтр, поставляемый по специальному заказу, служит для сглаживания импульсов входного тока, а так же блокирует высокочастотные помехи из сети в ПЧ и наоборот.

VD1…VD6 – неуправляемый выпрямитель для преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока.

Rз – зарядный резистор для предварительного заряда конденсаторов силового фильтра С4…С6.

С4…С6 – силовые конденсаторы для фильтрации выпрямленного напряжения в звене постоянного тока.

Rs – резисторный датчик обратной связи по току инвертора для контроля тока инвертора, защиты инвертора от токов короткого замыкания.

VT1…VT6 – транзисторы силового тока инвертора, могут быть скомпонованы в виде полумостов.

М – асинхронный исполнительный двигатель.

ИБП – импульсный блок питания, обеспечивает несколько стабилизированных напряжений.

К – реле предварительного заряда. Включается после предварительного заряда силовых конденсаторов, шунтируя своим контактом резистор Rз.

БВВУ – блок верхних выходных усилителей.

БНВУ – блок нижних выходных усилителей.

БВВУ и БНВУ служат для формирования импульсов управления силовыми ключами.

БУИ – блок управления инвертором. Главный управляющий узел, который формирует на выходе 6 импульсных сигналов формирования ШИМ по различным алгоритмам. В соответствии с сигналами ОС, сигналами управления и выбранными комплексами программ БУИ выполняется на базе микропроцессорных контроллеров.

БИФ – блок интерфейса, обеспечивает связь схемы управления преобразователем с внешним устройством ЦПУ и АЛУ, персональным компьютером (РС), ведущим приводом MD, а также выдает сигнал для ведомого привода, если данный ЭП является ведущий.

БРИТ – блок реостатно-инверторного торможения.

RT – силовой тормозной резистор.

БРИТ и RТ поставляются по желанию заказчика.

Общие технические данные преобразователй частоты серии VLT 5000 [13] приведены в таблице 2.5:

Таблица 2.5

Частотный преобразователь выбирается по току. Номинальный ток IVLT.N должен бать равен или больше требуемого тока двигателя (Iн = 3.56 А). Выбираем из [12] преобразователь частоты типа VLT 5003. Технические данные ПЧ VLT 5003 приведены в таблице 2.6.

Таблица 2.6.

3. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Решение о выборе лучшего варианта привода принимается на основе сопоставления приведенных затрат на одинаковый объем выпускаемой продукции.

В данном проекте необходимо обеспечить регулирование продолжительности времени выпечки с коррекцией по температуре во второй зоне пекарной камеры. При этом необходимо учитывать, что производительность печи при замене системы привода меняться не должна, а также желательно сохранить неизменной конфигурацию оборудования и занимаемую им площадь.

Ниже рассмотрены некоторые системы привода конвейера печи.

Регулирование продолжительности времени выпечки может осуществляться механически при помощи блок-вариатора (существующий вариант). Тогда для реализации коррекции продолжительности выпечки на маховик вариатора необходимо установить регулирующий механизм (например, сервопривод ), который поворачивал бы маховик в ту или иную сторону, в зависимости от температуры. Такой вариант регулирования очень прост и требует минимальных капитальных затрат. Однако при частых поворотах ручки маховика будет сильно увеличиваться износ блок-вариатора, что в конечном итоге приведет к быстрому выходу вариатора из строя. Очевидно, что данный вариант регулирования нас не устраивает.

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