Курсовая. Курсовая работа по АЭТПМ. Курсовая работа по автоматизированному электроприводу типовых производственных механизмов вариант 13 тема разработка электропривода центробежного насоса выполнил ст гр. Элб171 Лагкуев С. М

• Название: Курсовая работа по автоматизированному электроприводу типовых производственных механизмов вариант 13 тема разработка электропривода центробежного насоса выполнил ст гр. Элб171 Лагкуев С. М
• Анкор: Курсовая
• Дата: 11.08.2022
• Размер: 2.01 Mb.
• Имя файла: Курсовая работа по АЭТПМ .docx
• Тип: Курсовая; #643979

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

СЕВЕРО – КАВКАЗСКИЙ ГОРНО – МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
КАФЕДРА ТЭ и ЭМ


КУРСОВАЯ РАБОТА

ПО АВТОМАТИЗИРОВАННОМУ ЭЛЕКТРОПРИВОДУ ТИПОВЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ МЕХАНИЗМОВ

ВАРИАНТ № 13
ТЕМА РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЦЕНТРОБЕЖНОГО

НАСОСА
ВЫПОЛНИЛ ст. гр. ЭЛб-17-1 Лагкуев С. М.
ПРИНЯЛ: Годжиев А.А

_____________________
ЗАВ. КАФЕДРОЙ Петров Ю.С.

ВЛАДИКАВКАЗ, 2018г.

Содержание

Стр.

Введение..........................................................................................................3

1. Исходные данные........................................................................................4

2. Выбор насоса...............................................................................................6

<sub>2.1 Характеристики выбранного насоса...................................................6

2.2 Построение графика</sub> Q-H характеристик<sub>............................................8

2.3 Проверка насоса на кавитационный запас.........................................11

3. Выбор двигателя.........................................................................................12

3.1 Расчет мощности двигателя.................................................................12

3.2 Выбор двигателя по каталогу для работы в двух вариантах диапазонов изменения производительности............................................................12</sub>

4. Выбор преобразователя и его спецификация...........................................13

Заключение......................................................................................................18

Литература.......................................................................................................19

Введение
В настоящее время уровень промышленного производства и производительность труда в значительной степени зависит от оснащенности производства современными механизмами и технического совершенства их электроприводов.

Большое разнообразие типовых производственных механизмов, их все большая значимость в развитии современного производства обуславливают тщательное обоснование при проектировании используемых электроприводов. От правильного, технически обоснованного, выбора электропривода типового механизма в значительной степени зависит его производительность, экономичность, надежность.

Выбор электропривода включает в себя:

- выбор электродвигателя и преобразователя (их типа, исполнения, мощности, основных параметров);

- системы управления силовым преобразователем (с суммирующим усилителем, подчиненного регулирования, замкнутые, разомкнутые, источники тока, скорости и т.д.);

- элементной базы системы управления (интегральные микросхемы, транзисторы, тиристоры, микропроцессорное исполнение и т.д.).

Конкретные компоненты электропривода должны обеспечивать необходимые выходные технические характеристики и условия его эксплуатации.

Выбор электропривода механизмов центробежного типа включает в себя насос.

Насосы - гидравлические машины, преобразующие подводимую к ним механическую энергию в гидравлическую энергию перекачиваемой жидкости.

Порядок расчета состоит из следующих этапов: выбор насоса, расчет мощности и выбор электродвигателя, расчет механических характеристик для максимальной и минимальной производительности насоса и выбор преобразователя.

1. 
   Исходные данные
   

Вариант №13
<sub>Технические условия:

- сеть переменного тока частотой 50 Гц напряжением 220/380 В;

- производительность насоса плавно регулируется в диапазонах D1 и D2;

- для плавного регулирования производительности используется регулирование скорости приводного двигателя изменением частоты питающего напряжения.

- режим работы насоса: длительный;

- схема должна предусматривать электрическое торможение при переходе на пониженную скорость и при остановке.

Технические данные насосной линии представлены в таблице 1.

Схема подачи воды показана на рисунке 1.

Таблица 1. Исходные данные для разработки электропривода насоса</sub>

Наименование величин		Вариант
		13
Количество воды, подаваемой насосом (литров/секунду)		60
Диаметр трубы всасывающей линии (мм)		250
Длина всасывающей линии (м)		45
Диаметр трубы напорной линии (мм)		180
Длина напорной линии (м)		800
Статический напор (м)		35
Углы поворота водопровода (град)
φ1	60
φ2	90
Диапазон изменения производительности насоса
D1	1,3
D2	4

_{В
ентили и задвижки в линии трубопровода отсутствуют.
Рисунок 1. Схема подачи воды}

2. 
   _{Выбор насоса}
   
   1. 
      _{Характеристики выбранного насоса}
      

<sub>Из исходных данных известно, что количество воды, подаваемой насосом составляет 60л/с, а статистический напор – 35м.

Сопоставляем эти данные между собой по рисунку 2 и находим насос типа 4НДв.
Рисунок 2. Сводный график основных технических данных центробежных насосов типа НДв, НДс, Д и НДн для чистой воды
В таблице 2 представлены технические данные насоса типа 4НДв, а на рисунке 3 технические характеристики данного насоса.

Таблица 2. Технические данные насоса типа 4НДв</sub>

Типоразмер насоса	Подача, м3/ч	Напор, м	Диаметр рабочего колеса, мм	Частота вращения	Допускаемый кавитационный запас, м	Электродвигатель
						Тип	Мощность, кВт	Напряжение, В
Д200-95 (4НДв)	100	23 19,8	280 255	2950	3,5	4А280S-2 4АН250S-2 АО2-92-2	110 100	220/380
	200	95 77 64	280 255 240	2950	6,5	АО2-91-2 4А250S-2 4А225М-2 П62 АО2-61-2	75 55 14 13	200

_{Рисунок 3. Технические характеристики насоса Д (200-95) 4НДв, n = 2950 об/мин.
Отсюда следует, что выбранный насос 4НДв соответствует исходным данным.}

2. 
   _{Построение графика} Q-H характеристик
   

Для точного выбора насоса нужно построить кривую напора.

Для её построения нужно рассчитать гидравлические потери по длине трубопровода при других производительностях.

Местные потери:



Где ξ – коэффициент местных потерь;

g  ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с²);

Q расход жидкости через трубопровод.

d  внутренний диаметр трубы;









Гидравлические потери:



Где λ – коэффициент потерь напора;

l – длина напорной линии.




Суммарные потери:



Максимальное сопротивление трубопроводной системы:



73,6

<sub>При производительности 60л/с выбрано 10 точек. Данные занесены в таблицу 3.

Таблица 3.</sub> Гидравлические потери по длине трубопровода при других производительностях

1	5 л/с		35
2	10 л/с		36,1
3	15 л/с		37,5
4	20 л/с		39,3
5	25 л/с		41,7
6	30 л/с		44,6
7	35 л/с		48,1
8	40 л/с		52,2
9	50 л/с		61,8
10	60 л/с		73,6

_{На основании данных из таблицы 3 и рисунка 3 можно строить график} Q-H характеристик, из которого наглядно видно, что кривая напора данного насоса примерно проходит через точку максимальных параметров, значит, насос выбран верно.

_{Минимальная производительность:}




Рисунок 4. График Q-H характеристик

3. 
   _{Проверка насоса на кавитационный запас}
   

Насосы, кроме выбора по напору и производительности, дополнительно проверяют на кавитационный запас. В насосах при достижении определенных условий может возникнуть явление, называемое кавитацией. Кавитация в насосах сопровождается резким шумом, треском и даже вибрацией насосной установки, при этом падает напор, мощность, подача и КПД. Работа в режиме кавитации не допустима.

Основным средством предупреждения кавитации является обеспечение превышения напора на входе в насос над напором, равным давлению насыщенного пара перекачиваемой жидкости. Превышение равно:



Где р_в - абсолютное давление на свободную поверхность жидкости в резервуаре, из которого ведется откачивание, Па;

р_Т  давление насыщенных паров перекачиваемой жидкости при рабочей температуре, Па;

- суммарные потери напора во всасывающем трубопроводе при максимально необходимой подаче, м;

Н₀ - геодезическая высота всасывания (геодезический подпор), м.

Обычно принимают:

Что соответствует наиболее часто встречаемому случаю всасывания воды из открытого водоема при нормальном давлении:





Бескавитационный режим работы насосов обеспечивается при соблюдении условия:

, где допускаемый для данного насоса кавитационный запас, м.

_так как условие выполняется, то бескавитационный режим работы насосов обеспечивается.

3. 
   _{Выбор двигателя}
   
   1. 
      _{Расчет мощности двигателя}
      

Порядок расчета мощности двигателя регулируемого электропривода зависит от характера нагрузки двигателя и способа регулирования скорости.

<sub>Для нахождения мощности двигателя используется следующая формула, которая имеет вид:



Где:</sub> ускорение свободного падения ( = 9,81 м/с²);

Q_–расход жидкости через трубопровод;

_{H – статистический напор.}

2. 
   _{Выбор двигателя по каталогу для работы в двух вариантах диапазонов изменения производительности}
   

<sub>Выбран двигатель: АИР180М4. Технические данные двигателя приведены в таблице 4.

Таблица 4. Технические данные двигателя АИР180М4</sub>

1	Тип двигателя	АИР180М4
2	Номинальная мощность (кВт)	30 кВт
3	Номинальная частота вращения (об/мин)	1470 об/мин
4	Коэффициент полезного действия (%)	91,5%
5	Коэффициент мощности	0,87
6	Номинальный ток при 380 В	57,5 А
7	Номинальный момент (Нм)	195 Нм
8	Индекс механической характеристики	II
9	Отношение пускового момента к номинальному моменту	1,7
10	Отношение пускового тока к номинальному току	7,0
11	Отношение максимального момента к номинальному моменту	2,6
12	Динамический момент инерции ротора (кг·м2)	0,20 кг·м2
13	Масса (кг)	190 кг
14	Сервис-фактор	1,1

4. 
   Выбор преобразователя и его спецификация
   

Насосы, используемые в системах автономного водоснабжения и отопления, являются производительным, но при этом достаточно затратным в эксплуатационном плане оборудованием из-за высокого уровня энергопотребления. Уменьшить затраты и существенно продлить срок эксплуатации насоса можно укомплектовав его частотным преобразователем.

П реобразователь частоты серии Е2-8300 – устройство, предназначенное для регулирования скорости вращения трехфазных асинхронных электродвигателей. Представлен на рисунке 5.
Рисунок 5. Преобразователь частоты серии Е2-8300
Преобразователь данной модели является векторным преобразователем частоты без обратной связи. Может работать как в режиме векторного, так и в режиме скалярного управления.

Скалярный режим (U/f) является основным и применяется для простого управления скоростью электродвигателя в большинстве применений.

Векторный режим необходим в случае повышенных требований к точности поддержания скорости вращения электродвигателя.

Пример применения данного типа насоса представлен на рисунке 6.

Р исунок 6. Пример применения преобразователь частоты серии Е2-8300
<sub>Технические данные преобразователя Е2-8300 представлены в таблице 5.

Таблица 5. Технические данные Е2-8300</sub>

Применение	Эксплуатационные требования	Функции Е2-8300	Программирование параметров
Насос подачи воды	Автоматическое поддержание и регулирование давления	Использование встроенного ПИД- регулятора (прямая характеристика)	Включение ПИД-регулятора: 11-0 = 0001 Параметры ПИД-регулятора: 11-1…11-7 Многофункциональный вход AI2: Константа 5-05 = 0020
Насос подачи химикатов	Сбережение энергии с того момента, как снижается нагрузка на малых оборотах	Применение функции энергосбережения	Многофункциональные входы S3…S5: Константы 5-02…5-05 = 0010
	Переключение с режима автоматического регулирования на прямое управление скоростью	Функция дистанционного отключения режима ПИД-регулирования	Многофункциональные входы S3…S5: Константы 5-02…5-05 = 0017
	Контроль выходной частоты двигателя	Использование аналогового выхода	Многофункциональный аналоговый выход FM+: константа 8-00 = 0000
Циркуляционный насос горячей/холодной воды	Управление производительностью насоса внешним сигналом 4…20 мА	Использование клеммы AIN	Выбор источника задания: 1-06 = 0002 ПИД-регулятор отключен: 11-0 = 0000 Вход AIN: константа 12-6 = 0000 – 0…10 В
	Поддержание минимальной скорости	Использование нижнего предела ограничения частоты	Нижнее ограничение частоты: константа 3-01
	Продолжение работы после кратковременного пропадания электропитания	Применение функции игнорирования пропадания напряжения питания	Защита от пропадания питания: константа 2- 01
Откачивающий насос	Поддержание постоянного уровня воды в резервуаре с Использованием датчика уровня	Использование встроенного ПИД- Регулятора (обращенная характеристика)	Включение ПИД-регулятора: 11-0 = 0003 Параметры ПИД-регулятора: 11-1…11-7 Многофункциональный вход AI2: Константа 5-05 = 0020
	Поддержание скорости насоса на минимальном уровне, при котором не происходит реверса потока воды	Использование нижнего предела ограничения частоты	Нижнее ограничение частоты: константа 3-01

<sub>Под спецификацией понимается графический конструкторский документ, определяющий состав сборочной единицы, комплекса или комплекта.

Так как мощность выбранного двигателя АИР180М4 равна 25,751,3 Вт, то выбранный преобразователь Е2 – 8300 – 040H.

Спецификация преобразователя частоты серии Е2 – 8300 – 040Н представлена в таблице 6.

Т аблица 6. Спецификация Е2 – 8300 –040Н

П родолжение таблицы 6.
Заключение
На основании исходных данных был выбран насос типа 5НДв, n = 1450 об/мин.

Рассчитаны гидравлические потери по длине трубопровода при других производительностях. На основании этого был построен график</sub> Q-H характеристик<sub>.

При расчете мощности двигателя, равной 28221 Вт, был выбран двигатель типа АИР180М4.

На основании мощности применяемого двигателя был выбран преобразователь сери Е2 – 800 – 040Н.

Литература</sub>

1. 
   Ключев В.И. Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов: Учебник для вузов/ В.И.Ключев, В.М.Терехов. − М.: Энергия, 1980. − 360 с.
   
2. 
   Поляков В.В. Насосы и вентиляторы: Учебник для вузов/ В.В.Поляков, Л.С.Скворцов. − М.: Стройиздат, 1989. – 328 с.
   
3. 
   Насосы АЭС: Справочное пособие/ П.Н.Пак, А.Я.Белоусов, А.И. Тимшин и др.; под общей редакцией П.Н.Пака. − М.: Энергоатомиздат, 1989. – 328 с.
   
4. 
   Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры: Учебник для теплоэнергетических специальностей вузов/ В.М.Черкасский. 2-е изд., перераб. и доп. − М.: Энергоатомиздат, 1984. – 416 с.
   

Справочник по проектированию электропривода, силовых и осветительных установок/ Под ред. Я.Б.Большама, В.И.Круповича, М.Л.Са-мовера. 2-е изд., перераб. и доп. − М.: Энергия, 1974.