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

Лучшими показателями по сравнению с рассмотренным способом регулирования обладает электрическое регулирование продолжительности выпечки, т.е. изменением скорости вращения приводного двигателя конвейера.

В настоящее время наибольшее распространение получили системы электропривода ТП – ДПТ НВ (тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока независимого возбуждения) и ПЧ – АД (преобразователь частоты – асинхронный двигатель). Ниже приведена таблица [14], в которой методом экспертных оценок баллами определены рассматриваемые системы по ряду показателей:

Таблица 3.1.

Приняты обозначения: + – применяется, ┴ – ограниченно применяются, – – не применяются.

Здесь Ук и Укэ характеризуют соответственно ущерб от ненадежности и затраты на компенсирующие устройства (сглаживающие фильтры, дроссели и т.п.).

На основании оценок этой таблицы уже можно сделать вывод о применении асинхронного электропривода по ряду показателей: габаритам, КПД, потреблению электроэнергии, реактивной мощности, меньшим затратам на сетевые фильтры. Окончательно это будет решено после расчета технико-экономического эффекта. При этом необходимо учитывать ряд факторов, таких как большая ремонтнопригодность асинхронных двигателей. Также это прогрессивность применения преобразователей частоты, которые на данном этапе по трудоемкости и сложности ремонта ненамного превышают тиристорные преобразователи постоянного тока.

4. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ

4.1 Построение нагрузочной диаграммы с учетом регулирования координат электропривода

Конвейер относится к механизмам непрерывного действия, для электропривода которого характерен продолжительный режим работы S1. За время работы конвейера статический момент остается постоянным. Для режима работы S1 время пуска и торможения мало по сравнению с общим временем работы.

Определим суммарный момент инерции по формуле [1.1]:

Выразим из уравнения движения электропривода:

время пуска электропривода до номинальной скорости:

где: Мдин= М – Мс= Мн – динамический момент электропривода.

Построим нагрузочную диаграмму электропривода (рис. 4.1).

4.2 Проверка выбранного электропривода по перегрузочной способности и нагреву

Целью данного расчета является определение максимального пускового момента электродвигателя, который должен быть больше момента трогания механизма. Механическая характеристика конвейера (или фрикционная характеристика) приведена на рис 4.2 (кривая 1). Однако аналитический расчет фрикционной характеристики очень громоздок и требует дополнительных сведений о элементах кинематической цепи [3]. Поэтому апроксимируем фрикционную характеристику прямыми линиями (хар-ка 2).

Здесь:

 – момент трогания;

 – минимальный момент;

 – минимальная скорость.

Примем , тогда

.

Преобразователь частоты позволяет разгонять электродвигатель с пусковым моментом, равным критическому. Поэтому условие выбора электродвигателя по перегрузочной способности можно записать в виде:

.

Допустимое угловое ускорение:

,

0.81λm*Mн=0.81*2.2*10.2=18.2Н·м.

Из расчетов видно, что условие выбора электродвигателя по перегрузочной способности выполняется.

Очевидно, что выбранный электродвигатель необходимо проверить по нагреву при работе по нижней скорости. По расчетным кривым (рис. 2.5) определим максимально-допустимый момент по условиям нагрева:

Получаем μ=0.64. Следовательно, при работе электропривода на нижней скорости максимально-допустимый момент по условию нагрева:

Мдоп=μ*Мн=0.64*10.2=6.5.

Условие проверки ЭД по нагреву Мдоп>Мст выполняется.

Проверка электродвигателя по нагреву, с учетом параметров схемы замещения будут приведен в пункте 6.

5. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИЛОВОЙ СХЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

5.1 Выбор сглаживающего дросселя

Силовая часть схемы преобразователя частоты представлена на рис. 2.10.

Для тока короткого замыкания применены дроссели, индуктивность которых выбирается из того, чтобы ограничить ток короткого замыкания на допустимом уровне в течении времени, пока сработает защита Т=10 мкс:

 мкГн        .                  (5.1)

Выбираем из [15] сглаживающие дроссели типа ФРОС-20. Паспортные данные дросселя приведены в таблице 5.1:

Таблица 5.1.

Рассчитаем активное сопротивление дросселя:

Ом.

5.2 Выбор силовых диодов

Выбор силовых диодов осуществляется по среднему току нагрузки:

,              (5.2)

где: kф=1.6 – коэффициент формы, учитывающий несинусоидальность тока через диод;

kпер=1.4 – коэффициент запаса на перегрузку при изменении температуры;

kочл=0.8 – коэффициент, учитывающий отклонение условий охлаждения от номинальных.

Расчетное напряжение выбираемых диодов определяется по формуле:

,            (5.3)

где: Umax – амплитуда выпрямленного напряжения;

kc – коэффициент, учитывающий возможное повышение напряжения сети;

k3н -- коэффициент запаса по напряжению.

На основе произведенных расчетов выбираем из [16] трехфазный диодный мост фирмы INTERNATIONAL RECTIFIER 26MT80 со следующими номинальными параметрами (табл. 5.2):

Таблица 5.2.

Из выражения теплового равновесия следует:

,                                               (5.4)

где: Uпр – прямое падение напряжения на диоде;

Т0 – температура окружающей среды;

Тjmax – максимальная температура перехода;

Rthjc – тепловое сопротивление переход-среда.

Rthja≈3* Rthjc=3*1.42=4.26 °С/Вт,

,                        (5.5)

.

Условие выбора диодов по току соблюдается.

5.3 Выбор конденсатора силового фильтра

Расчет емкости конденсаторов силового фильтра осуществляется по формуле :

, (5.6)

где: Ud – среднее значение выпрямленного напряжения;

Тн – постоянная времени нагрузки;

Rн – активное сопротивление нагрузки;

ΔUc – допустимое повышение напряжения на конденсатора,

ΔUc=0.1*Ud=38В,

.

Для набора указанной емкости потребуется три конденсатора К50-17 350В, 1500 мкФ .

Определим номинал резистора, ограничивающего зарядный ток

конденсаторов:

,

где: Δt – время заряда конденсатора, принимаем Δt=1с.

.

Мощность резистора – 150 Вт.

Определим величину разрядных резисторов:

,

где: Т – постоянная времени разряда, принимаем Т=60с.

.

Выбираем из [17] резисторы МЛТ-2 – 15кОм –10Вт ±10%

5.4 Выбор силовых транзисторов

Выбор силовых транзисторов осуществляется по среднему току нагрузки и напряжению:

,

где: kф, kпер, kохл – коэффициенты (см. формулу 5.2)

,

где: kпер – коэффициент, учитывающий перенапряжения на транзисторах (принимаем kпер=1.5);

kc, k3н – коэффициенты (см. формулу 5.3).

Выбираем из [16] силовые IGBT-транзисторы типа IRGPH30MD2 фирмы INTERNATIONAL RECTIFIER со следующими номинальными данными (табл. 5. 3):

Таблица 5.3.

Проверим транзисторы по расчетному току при максимальной температуре (150 °С):

,                         (5.6)

где: Тj – температура кристалла;

Тс – температура окружающей среды;

Rпр – сопротивление перехода коллектор-эмиттер в открытом состоянии.

.

Определим потери, которые могут рассеяться в транзисторе:

,                          (5.7)

из них потери на переключение составляют:

ΔPком=Wпер*fк=2.18*10-3*5*103=10.9Вт,

где: Wпер – потери энергии при переключении;

fк – несущая частота.

Потери от рабочего тока нагрузки:

ΔР= ΔР- ΔРком=53.8-10.9=42.9Вт.

Допустимый средний ток нагрузки:

.                                  (5.8)

Условие выбора транзисторов выполняются, т.к. Iдоп>Iрасч.

5.5 Выбор конденсаторов входного фильтра

Выбор входного фильтра служит для подавления помех, создаваемых при работе преобразователя. Его передаточная функция имеет вид:

,

 .                                (5.9)

где: Т1, Т2 – постоянные времени;

L – индуктивность сглаживающего дросселя;

R – активное сопротивление преобразователя и сглаживающего дросселя;

С – емкость конденсаторов фильтра.

Активное сопротивление преобразователя определим по его техническим данным.

Активная мощность на выходе преобразователя:

Потери активной мощности в преобразователе:

 Вт.

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