Главная / Образцы дипломных работ

Технологический процесс ленточного конвейера, выбор и расчет системы электропривода

Внимание: Акция! Курсовая работа, Реферат или Отчет по практике за 10 рублей!
Только в текущем месяце у Вас есть шанс получить курсовую работу, реферат или отчет по практике за 10 рублей по вашим требованиям и методичке!
Все, что необходимо - это закрепить заявку (внести аванс) за консультацию по написанию предстоящей дипломной работе, ВКР или магистерской диссертации.
Нет ничего страшного, если дипломная работа, магистерская диссертация или диплом ВКР будет защищаться не в этом году.
Вы можете оформить заявку в рамках акции уже сегодня и как только получите задание на дипломную работу, сообщить нам об этом. Оплаченная сумма будет заморожена на необходимый вам период.
В бланке заказа в поле "Дополнительная информация" следует указать "Курсовая, реферат или отчет за 10 рублей"
Не упустите шанс сэкономить несколько тысяч рублей!
Подробности у специалистов нашей компании.

Код работы:	D000193
Тема:	Технологический процесс ленточного конвейера, выбор и расчет системы электропривода

Содержание

РЕФЕРАТ

Работа включает в себя пояснительную записку, состоящую из 29 страниц машинописного текста, 11 рисунков, 2 таблиц и 2 листов графического материала.
КОНВЕЙЕР, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД, АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ.
Работа включает в себя краткое описание технологического процесса ленточного конвейера, выбор и расчет системы электропривода. В ходе выполнения дипломной работы производится выбор электродвигателя и расчет его мощности, выбор преобразователя частоты для обеспечения необходимых показателей, требуемых при выполнении технологического процесса, так же рассчитываются переходные процессы в системе преобразователь частоты – асинхронный двигатель.
В тексте использованы следующие сокращения:
АД – асинхронный двигатель;
ПЧ – преобразователь частоты;
ЭД – электродвигатель;
ПЧ – АД – преобразователь частоты – асинхронный двигатель;
АИН – автономный инвертор напряжения;
ПЧИН – преобразователь частоты с автономным инвертором напряжения.
СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………….……………….….4
1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА....5
2 .ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРОПРИВОДУ….…….....6
3. ВЫБОР И РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА………………....…..7
3.1 Качественный выбор системы электропривода....…………….….……..7
3.2 Расчет мощности электродвигателя....……….……………...…….…... ..8
3.3 Выбор преобразователя частоты .………………………………………..9
4. РАСЧЕТ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ ПЧ-АД…....…...…11
4.1 Математическое описание системы ПЧ-АД и построение ее структурной схемы.……………………………………………………..……11
4.2 Расчет и построение кривых переходных процессов в разомкнутой системе электропривода……………………………………...……………...16
5. РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА……………………………………………………………19
5.1. Разработка структурной схемы замкнутой системы электропривода и
ее оптимизация……………………………………...……………….………19
5.2. Расчет и построение переходных процессов в замкнутой системе
электропривода при пуске, сбросе и набросе нагрузки………………...…21
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ...……………..………………………………………………...25
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ………………...………….26
ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ………………………………………………………..28

ВВЕДЕНИЕ

Конвейер (англ. conveyer, от convey — перевозить) - транспортёр, машина непрерывного действия для перемещения сыпучих, кусковых или штучных грузов. Основное назначение таких конвейеров – перемещение грузов по заданной трассе, и на заданные расстояния, а так же распределение их по заданным пунктам.
Конвейеры являются составной, неотъемлемой частью современного технологического процесса, они устанавливают и регулируют темп производства, обеспечивают его ритмичность, способствуют повышению производительности труда и увеличению выпуска продукции. Конвейеры являются наиболее распространенными механизмами непрерывного транспорта сыпучих и штучных материалов.
В зависимости от типа тягового элемента конвейеры подразделяются на три группы: ленточные, цепные и канатные. Из более чем полумиллиона конвейерных установок, эксплуатирующихся в нашей стране, 90% составляют ленточные конвейеры. Они используются в в горнорудной и угольной промышленности – для транспортирования руд полезных ископаемых и угля при открытой разработке, в металлургии - для подачи земли и топлива, на предприятиях с поточным производством - для транспортирования заготовок между рабочими местами, в строительстве - для транспортировки сыпучих материалов и т.д.
В ленточном конвейере, как и в любой другой технологической машине, важной частью системы управления является его электропривод. Он необходим для преобразования электрической энергии в механическую, тем самым, обеспечивая движение тягового элемента конвейера с грузом.
Целью данной работы является разработка системы электропривода ленточного конвейера наклонно-горизонтального типа.

1.КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Ленточные конвейеры относятся к классу механизмов непрерывного действия, для которых основным является статический режим работы механизма, пуск и торможение производятся относительно редко. [1]
Рассматриваемый ленточный конвейер указан на рис. 1.1

Рис.1.1. Упрощенная технологическая схема ленточного конвейера:

1 – барабан, располагается на приводной станции вместе с электродвигателями, редукторами и отклоняющей системой;
2 – натяжной барабан, располагается в хвостовой части вместе с натяжным устройством;
3 – тяговая (грузонесущая) лента;
4 – роликовые опоры;
5 – отклоняющий барабан;
6 – груз.

2.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРОПРИВОДУ

В соответствии с технологией работы ленточных конвейеров к электроприводу предъявляются жесткие технологические требования в отношении безопасности и простоты обслуживания электрооборудования, надежности его работы. Приводной двигатель должен иметь закрытое исполнение и обладать повышенным пусковым моментом. Непрерывный, однонаправленный характер работы конвейеров определяет длительный режим работы электропривода, который выполняется нереверсивным.
Важным требованием, предъявляемым к электроприводу, является: 1)поддержание постоянной скорости движения;
2) обеспечение плавности пуска и торможения с надежным ограничением ускорения;

3.ВЫБОР И РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

3.1.Качественный выбор системы электропривода
Под качественным выбором системы электропривода подразумевается выбор электродвигателя и источника его питания с учетом требований, предъявляемых к электроприводу и технологических условий работы рассматриваемого механизма.
На данный момент существует три типа электродвигателей [3]:
1. Двигатели постоянного тока;
2. Синхронные двигатели;
3. Асинхронные двигатели;
По конструктивному принципу асинхронные двигатели подразделяются на двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором. При этом большинство используемых электродвигателей являются асинхронными с короткозамкнутым ротором. Столь широкое применение обусловлено простотой их конструкции, обслуживания и эксплуатации, высокой надежностью, относительно низкой стоимостью. Недостатками асинхронных двигателей являются большой пусковой ток, относительно малый пусковой момент, чувствительность к изменениям параметров сети, а для плавного регулирования скорости необходим преобразователь частоты.

3.2.Расчет мощности электродвигателя

При выборе электродвигателя необходимо знать мощность, потребляемую механизмом. Если эта мощность неизвестна, ее определяют теоретическими расчетами или расчетами по эмпирическим формулам с использованием коэффициентов, полученных из многочисленных опытов.
В соответствии с [4] предварительная мощность двигателя определяется по формуле:

Рп = (0,00015 · Q · Lг + К1 · Lг · V + 0,0027 · Q · H) · К2,
(3.1)
где
Lг – длина конвейера, Lг = 100 м;
К1 – коэффициент, зависящий от ширины ленты, К1 = 0,02 [2];
К2 – коэффициент, зависящий от длины ленты, К2 = 1 [2];
= sin ?
sin 35 = 0,5735·100=57,35 (3.2)
Н – высота подъема груза, Н = 57,35 м;

Рп = (0,00015 · 200 · 100 + 0,02 · 100 · 2 + 0,0027 · 200 · 57,35) · 1= 37,9 кВт.

Номинальная мощность электродвигателя, принятого по каталогу, должна быть равна или несколько больше расчетной.
Выбранный электродвигатель не нуждается в проверке по нагреву, так как он работает в продолжительном режиме при постоянной нагрузке.
Ближайшим по мощности является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором АД(АИРМ)180М4. Номинальные данные выбранного двигателя представлены в табл. 3.1 [6].

Номинальные данные АД(АИРМ)180М4 Таблица 3.1
Параметр
Значение
Мощность, кВт
5,50
Частота вращения, об/мин
715
Масса, кг
99
Номинальный ток, А (при U=380В)
45,4
Коэф. полезного действия, %
83
Коэф. мощности, о.е.
0,74
Момент инерции ротора, кг?м2
0,074
Кратность макс. момента
2

3.3.Выбор преобразователя частоты

В настоящее время в промышленности используются преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока с автономными инверторами (ПЧИ), осуществляющие преобразование напряжения питающей сети последовательно в напряжение постоянного тока, а затем в трехфазное напряжение регулируемой частоты. К основным элементам таких ПЧИ относятся управляемый или неуправляемый выпрямитель и автономный инвертор (АИ). По принципу работы АИ разделяются на инверторы напряжения (АИН) и инверторы тока (АИТ). Наиболее полно технологическим требованиям, предъявляемым к системе электропривода, удовлетворяет преобразователь с АИН.
Принципиальная схема силовых цепей ПЧИН изображена на рис. 3.1.

Рис.3.1. Принципиальная схема силовых цепей ПЧИН
Условиями выбора преобразователя частоты являются следующие:

Uп?Uд,; Iп?Iд,; Iмп?Iмд,.
где,
Uп,Uд- номинальные напряжения преобразователя и двигателя;
Iп,, Iд- номинальные токи преобразователя и двигателя;
Iмп, Iмд- максимальные токи преобразователя и двигателя.
Выбираем преобразователь частоты SIEMENS серии MICROMASTER 440, который был специально разработан для решения сложных функциональных задач с высокими требованиями к динамике.
Технические характеристики преобразователя представлены в табл. 3.2 [7].
Технические характеристики ПЧ Таблица 3.2
Параметр
Значение
Полная мощность, кВт
37
Номинальная мощность ЭД, кВт
30
Кол-во фаз
3
Питающая сеть
380-480 В +10/-10% 47-63 Гц
Перегрузка
150% 60 S, 200% 3 S
Степень защиты
IP
4. РАСЧЕТ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССЫ В СИСТЕМЕ ПЧ-АД

4.1.Математическое описание системы ПЧ-АД и построение ее структурной схемы
Переходным процессом называется режим работы электродвигателя при переходе из одного установившегося состояния в другое, сопровождающееся изменением его тока, момента, частоты.
При этом уравнение равновесия имеет вид:

(4.1)

При математическом описании мы имеем право пренебречь электромагнитной постоянной времени и считать переходные процессы электромеханическими, так как при питании от преобразователя частоты асинхронный электродвигатель работает исключительно на прямолинейных участках механических характеристик.
Так как в системе ПЧ-АД электродвигатель работает только при скольжениях, меньших критического, то является целесообразным использовать математическое описание прямолинейного участка характеристики, которое можно представить следующим образом:

(4.2)
где
?он – скорость идеального холостого хода при частоте f, равной номинальной частоте fн;
? = f / fн – относительная частота напряжения питания;
?? – статическое падение скорости.
Так как на рабочем участке механические характеристики двигателя в системе ПЧ-АД параллельны, то при данном Мс статическое падение скорости является величиной постоянной, то есть (4.2) можно представить в виде:

(4.3)
где
К – коэффициент пропорциональности между М и ??.
Этот коэффициент можно определить, исходя из следующих соображений: он является постоянным для любой точки характеристики, в том числе и для точки номинального режима на естественной характеристике, то есть из (4.3) можно записать

(4.4)

Из (4.4) после алгебраических преобразований получаем:

(4.5)

Подставляем в (4.3) вместо К его значение из (4.5) и после алгебраических преобразований получаем математическое описание момента двигателя на линейных участках механических характеристик:

(4.6)

Дальнейшее математическое описание целесообразно вести в относительных единицах (здесь относительные величины обозначаются значком «*»; в качестве базовых используются: Мн, ? он, fн. Тогда (4.6) принимает вид:

(4.7)

Из уравнения движения электропривода получаем:

(4.8)
где
Тм = J? он / Мкн – электромеханическая постоянная времени;
Мкн – критический момент на характеристике при f = fн.
Представим (4.8) в относительных единицах:

(4.9)

Здесь Мкн / Мн = ? - перегрузочная способность двигателя. Причем закон совместного изменения частоты и напряжения преобразователя выбирается именно из условия получения постоянной перегрузочной способности при любой форме зависимомти от скорости момента статического, то есть для всех реально возможных режимов эта величина остается неизменной. Следовательно (4.9) можно записать:

(4.10)

Определим из (3.10) d?* / dt и представим полученное уравнение и (4.7) в операторной форме:

(4.11)

(4.12)

На основании (4.11), (4.12) построена структурная схема асинхронной машины при ее работе на прямолинейных участках механических характеристик, приведенная на рис.4.1

Рис. 4.1.Структурная схема асинхронной машины

Как указывалось выше, преобразователь частоты состоит из выпрямителя и инвертора, соединенных последовательно. Если представить их апериодическими звеньями с постоянными времени Тв и Ти соответственно, то передаточная функция Wп(p) преобразователя имеет вид:

(4.13)
где
Кп – коэффициент усиления ПЧ.

После алгебраических преобразований (4.13) можно записать:

(4.14)

Как указывалось выше, постоянная времени выпрямителя Тв = 0,01с, а величина постоянной времени инвертора определяется его конструкцией. Если инвертор построен на базе тиристорных ключей, то его постоянная времени Ти = 0,01, если - на базе транзисторов, то его можно считать безъинерционным звеном с постоянной времени равной нулю. Если Ти = 0,01, то TвTи = 0,0001с. Этой величиной можно пренебречь и тогда

(4.15)

Следовательно,

(4.16)

Представим (4.63) в относительных единицах, где базовым значением Uз является Uзн, при котором на выходе преобразователя имеется напряжение с частотой fн, равной номинальной. Имея в виду, что в установившемся режиме Uзн Кп = fн, получаем:

(4.17)

На основании (4.17) с учетом схемы рис. 4.1 строится структурная схема разомкнутой системы ПЧ-АД, приведенная на рис. 4.2.
Рис. 4.2.Структурная схема системы ПЧ-АД

4.2.Расчет и построение кривых переходных процессов в разомкнутой системе электропривода

Рассчитаем основные элементы структурной схемы, изображенной на рис. 4.2.
Тв - постоянная времени выпрямителя, Тв=0,01 с.
Ти - постоянная времени инвертора, определяемая его конструкцией.
Так как в используемом ПЧ инвертор построен на тиристорах, то Ти=0,01 с.
Тм- электромеханическая постоянная времени,

(4.18)

При этом

MКЗ=0,9·МН,
где
МН=Pn/?
MН=5500/715=7,69 кН·м
MКЗ=0,9·7,69=6,921 кН·м

Тогда

Далее производим построение функциональной схемы в программном пакете MATLAB Simulink, подставляя рассчитанные числовые значения. Блок-схема программы, для осуществления плавного пуска с последующими режимами сброса и наброса нагрузки, имеет схему представленную на рис.4.3.

Рис. 4.3. Структурная схема разомкнутой системы ПЧ-АД в пакете MATLAB Simulink

Построим в полученной системе кривые переходных процессов для пуска электродвигателя,с режимами сброса и наброса нагрузки рис. 4.4.

Рис.4.4. Переходные функции при пуске, сбросе и набросе нагрузки

Из анализа кривых рис.4.4. можно сделать выводы:
* момент двигателя в процессе пуска повышен и после окончания переходного процесса остается постоянным;
* скорость в начальный момент пуска изменяется в противоположную сторону, это связано с технологической особенностью работы конвейера, т.к. движение ленты с грузом происходит под наклоном;
* изменение напряжения проходит пропорционально изменению скорости.

5. РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

5.1. Разработка структурной схемы замкнутой системы электропривода и ее оптимизация.
Для получения структурной схемы замкнутой системы электропривода нужно охватить структурную схему разомкнутой системы электропривода (рис. 3.1) жёсткой отрицательной связью по скорости электродвигателя.

Рис. 3.1. Структурная схема разомкнутой системы ПЧ-АД
Для упрощения синтеза структурной схемы замкнутой системы электропривода, структурную схему разомкнутой системы электропривода необходимо привести к линейному виду. После преобразования она будет иметь вид, показанный на рис 3.2.

Рис. 3.2. Преобразованная структурная схемы разомкнутой системы электропривода
Из рис. 3.2. видно, что в системе присутствуют две постоянные времени ().
Из которых (постоянная времени преобразователя частоты) является малой, следовательно, компенсации подлежит только одна постоянная времени (электромеханическая постоянная времени), т.е. замкнутая система автоматического управления должна иметь один контур регулирования и один регулятор. Так как регулируемая величина скорость, то применяется регулятор скорости. Структурная схема замкнутой системы представлена на рис 3.3.

Рис 3.3. Структурная схема замкнутой системы электропривода

Согласно условию технического оптимума, для получения оптимальных переходных процессов должно соблюдаться равенство:

(3.2)

Передаточная функция оптимальной системы определиться как:

(3.3)
Отсюда видно, что оптимальная система является пропорционально-интегральным звеном.

5.2. Расчет и построение переходных процессов в замкнутой системе электропривода при пуске, сбросе и набросе нагрузки
На основании условия технического оптимума получаем структурную схему замкнутой системы электропривода, приведенную на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Структурная схема замкнутой системы электропривода

Получение сигнала обратной связи по параметрам процессов ротора АД обуславливает применение тахогенератора. Поэтому измерение скорости реализуется за счёт векторного управления, где в качестве РС используется микропроцессорный контроллер, входящий в блок управления.
Принципиальная схема замкнутой системы электропривода представлена на рис.3.5.

На рис. 3.6 показана модель замкнутой системы электропривода разработанной в среде MATLAB Simulink.

Рис. 3.6.Модель замкнутой системы электропривода ПЧ-АД

Построим в полученной системе кривые переходных процессов для плавного пуска электродвигателя с последующими режимами наброса и сброса нагрузки представленные на рис. 3.7.

Рис. 3.7.Кривые переходного процесса пуска, наброса и сброса нагрузки в замкнутой системе электропривода
Из приведенных графиков видно, что динамический момент двигателя постоянен практически все время пуска, то есть двигатель разгоняется с постоянным ускорением. Статическое отклонение скорости уменьшилось.
По данным графикам сделаем вывод, что применение замкнутой системы электропривода наиболее полно удовлетворяет условиям предъявляемые к технологическому процессу.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе дипломной работы подробно рассмотрен технологический процесс работы ленточного конвейера, сформулированы основные технологические требования к его электроприводу.
Произведен качественный выбор и расчет системы электропривода. В качестве привода ленточного конвейера выбран асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, который питается от промышленного преобразователя частоты с АИН.
Разработана разомкнутая и замкнутая система ПЧ-АД, проведено их математическое описание и построены структурные схемы. В полученной системе рассчитаны переходные процессы и получены их кривые, на основании которых сделан вывод о качестве переходных процессов.
На основании проведенной работы, можно сделать вывод о том, что разработанная разомкнутая система электропривода не полностью удовлетворяет предъявляемым технологическим требованиям. Повысить качество динамики системы возможно применением замкнутой системы электропривода.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер А.С. Теория автоматизированного электропривода – М.: Энергия, 1979. – 616 с.
2. Конвейеры: Справочник / Р.А. Волков, А.Н. Гнутов, и др. Под общей редакцией Ю.А. Пертена. – Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1984. – 367 с.
3. А.И. Вольдек. Электрические машины - М.: Энергия, 1974. – 840 с.
4. Марон Ф.П., Кузьмин А.В. Справочник по расчетам механизмов подъемно-транспортных машин. – Минск: Высшая школа, 1977. – 140 с
5. Лысова О.А., Ведерников В.А. Общий курс электропривода. Учебное пособие. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2000. – 145 с.
6. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием. Учебное пособие. – М.: ACADEMA, 2006 – 265 с.
7. Преобразователи частоты [Электронный ресурс]: обзор электрооборудования, преобразователей частоты, устройств плавного пуска, и др. – Режим доступа: http://www.privod.su/
8. Кудрявцев А.В., Ладыгин А.Н. Современные преобразователи частоты в электроприводе // Приводная техника. – 1998. - № 3. – С. 21-28.
9. Электродвигатель.net [Электронный ресурс]: Каталог электродвигателей. – Режим доступа: http://www.elektrodvigatel.net/
10. iprivod.ru [Электронный ресурс]: Каталог преобразователей частоты, электродвигателей и устройств плавного пуска. – Режим доступа: http://www.iprivod.ru/

.......................

Для получения полной версии работы нажмите на кнопку "Узнать цену"

Узнать цену

Каталог работ

Похожие работы: