книги из ГПНТБ / Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок учеб. пособие
.pdfЭЛ ЕКТРООБОРУДОВАН ИЕ И АВТОМАТИЗАЦИЯ
СЕЛ ЬСКОХОЗЯ ЙСТВЕН Н ЫХ АГРЕГАТОВ
И УСТАНОВОК
? ? ?
II (I 1
УЧЕБНИКИ И УЧЕБНЫЕ ПОСОБИЯ ДЛЯ СРЕДНИХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
ЭЛ ЕКТРООБОРУДОВАН ИЕ И АВТОМАТИЗАЦИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ АГРЕГАТОВ
И УСТАНОВОК
Допущено Главным управлением высшего и среднего сельскохозяйственного образования Министерства сель
ского хозяйства СССР в качестве учебного пособия для средних сельскохозяйственных учебных заведений по специальностям: «Электрификация сельского хозяйства» и «Механизация и электрификация животноводства».
N
Ленинград «Колос»
Ленинградское отделение, 1974
631.3 Э45
УДК 631.371 : 621.3-52] (075.8)
Авторы:
Л. В. КОЛЕСОВ, В. Н. КАРПОВ, Ф. Д. КОСОУХОВ,
|
Д. А. МЕРКУЧЕВ, А. В. ЦУПАК |
||
I |
Гос. |
гг |
I; |
! |
научно--. |
S |
|
[ |
библи.-,,С |
|
|
о т |
ЧИТАЛ |
‘ :0Г |
АЛА |
|
|||
|
W - |
№ 9 |
f f |
Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйствен- Э45 ных агрегатов и установок. Л., «Колос» (Ленингр. отд-ние),
1974.
432 с. с ил. (Учебники и учебные пособия для средних сельскохозяйст венных учебных заведений).
На обороте тит. л. авт.: Л. В. Колесов, В. Н. Карпов, Ф. Д. Косоухов и др.
В книге изложены вопросы электрооборудования и автоматизации агрегатов и установок в сельскохозяйственном производстве. Приведена классификация элемен тов и систем автоматики, изложены вопросы теории автоматического регулирования, а также материалы по теории электропривода и управления автоматизированными электроприводами. Рассмотрены способы расчета электрического освещения и облу чения, вопросы расчета и выбора электронагревателей и схемы автоматического управления ими. Пособие предназначено для учащихся сельскохозяйственных техни
кумов по специальностям «Электрификация сельского хозяйства» |
и «Механизация |
и электрификация животноводства». |
|
40205—89 |
631.3 |
э ------------------ 250 — 74 |
|
035(01) — 74 |
|
© Издательство «Колос», 1974
В В Е Д Е Н И Е
В. И. Ленин, разрабатывая пути развития социалистического обще ства, подчеркивал решающее значение электрификации для народ ного хозяйства вообще и для сельского хозяйства в частности.
Составленный им в 1918 г. «Набросок плана научно-технических работ» содержал рекомендации по электрификации промышленности, транспорта и земледелия. Эти рекомендации были учтены в Государ ственном плане электрификации России (ГОЭЛРО), принятом в 1920 г. на Восьмом Всероссийском съезде Советов. План предусматривал сооружение за 10—15 лет 20 тепловых и 10 гидравлических электро станций общей мощностью 1,75 млн. кВт и намечал пути электрифи кации всех отраслей народного хозяйства. Досрочное выполнение этого плана заложило основу развития сельской электрификации.
В годы первых пятилеток основным источником электроэнергии для сельскохозяйственных потребителей служили мелкие электро станции. Электроэнергия использовалась почти полностью для целей освещения. За время, прошедшее с тех пор, был осуществлен ряд мер, позволивших существенно повысить электровооруженность сель ского хозяйства и более широко использовать электроэнергию в произ водстве. К числу наиболее важных мер следует отнести присоединение сельских потребителей к государственным энергосистемам, установ ление единого тарифа на электроэнергию для сельской энергетики, расширение подготовки инженеров и техников-электриков.
В настоящее время электроэнергия подведена практически ко всем сельскохозяйственным потребителям, 95% электрифицированных кол хозов и совхозов снабжаются электроэнергией от государственных энергосистем. Для передачи электроэнергии потребителям в сельской местности построено 3 млн. км линий электропередач различных напря жений. На производственные нужды сельское хозяйство расходует в настоящее время 69'% всей потребляемой электроэнергии. Переход
1* |
3 |
к электроснабжению сельского хозяйства от государственных энерго систем позволил снизить себестоимость сельскохозяйственной продук ции, повысить надежность работы электроустановок, создать условия для более широкой автоматизации электрифицированных про
цессов.
Электрическая энергия в сельском хозяйстве используется в основ ном в электроприводах, электротепловых установках, в осветительных и облучающих устройствах. Развивается электротехнология, преду сматривающая прямое использование электричества в некоторых производственных процессах.
Решениями XXIV съезда КПСС определены перспективы развития сельской электрификации. К концу девятой пятилетки годовое потреб
ление электроэнергии сельским хозяйством увеличится |
примерно |
в 2 раза по сравнению с 1970 г. и составит 75 млрд. кВт-ч, |
изменится |
техническое оснащение и технология производства некоторых видов сельскохозяйственной продукции. Создаваемые уже сейчас комплексы по производству яиц, молока, говядины, свинины, овощей позволяют постепенно переводить сельскохозяйственное производство на про мышленную основу. Комплекс представляет собой сложное предприя тие с высоким уровнем механизации, электрификации и автоматизации. В связи с этим повышаются требования к уровню знаний технических специалистов сельского хозяйства не только в общих вопросах меха низации и электрификации, но и в вопросах автоматизации произ водства.
В первом разделе настоящего учебного пособия изложены основы теории автоматического регулирования и рассмотрены устройства и принципы действия технических средств автоматизации. Даны основы методик синтеза и анализа схем автоматического управления и регу лирования, рассмотрены элементы систем автоматики, их параметры, назначение и область применения. Изложены методы анализа устойчи вости и качества регулирования. Уделено внимание вопросам теории релейных схем, а также способам построения релейных схем на бес контактных элементах. В заключительной части раздела рассмотрены вопросы надежности систем автоматики и технико-экономической эф фективности автоматизации электрифицированного сельскохозяйст венного производства.
Второй раздел пособия посвящен рассмотрению устройства, рас чету и автоматизации осветительных и облучающих установок. Важ ность материала этого раздела подтверждается тем, что в настоящее время значительная часть потребляемой сельским хозяйством электро
энергии расходуется на освещение и облучение. Повышение эффектив ности использования электроэнергии в осветительных и облучающих установках является одним из важных вопросов. Около 40% себе стоимости продукции теплиц в зимнее время, например, обусловлено затратами на искусственное облучение. В разделе рассмотрены устрой ство и принципы действия электрических источников излучения, методика и примеры расчета установок для использования основных видов излучения: ультрафиолетового, видимого и инфракрасного, указаны особенности воздействия каждого вида излучения на биоло гические объекты. Определены задачи автоматизации установок и при ведены примеры их технического решения, дан анализ экономической эффективности использования облучающих установок.
Третий раздел посвящен электросиловым установкам в сельско хозяйственном производстве. Сейчас в колхозах и совхозах работает около 6 млн. электродвигателей, а к 1975 г. их число должно достигнуть 11 млн. Электроприводы используются во всех отраслях сельского хозяйства и служат основой развития механизации, электрифика ции и автоматизации трудоемких процессов. В разделе рассмотрены механические характеристики различных электрических двигателей, разъяснены физические процессы, протекающие в электроприводах при стационарных и переходных режимах, приведена методика выбора электроприводов, пусковой и защитной аппаратуры. Далее рассмот рена работа электроприводов конкретных сельскохозяйственных меха низмов. Изложены вопросы расчета электрических схем, автомати чески обеспечивающих необходимые характеристики приводов, и примеры таких схем.
В четвертом разделе рассмотрены нагревательные и холодильные электроустановки. В условиях сельскохозяйственного производства часто возникает необходимость иметь несколько сравнительно мало мощных и удаленных друг от друга источников тепла. Сооружение котельных, работающих на природных видах топлива, в этих случаях нецелесообразно, а использование электротепловых установок ока зывается экономически оправданным. Кроме того, преобразование электрической энергии в тепловую создает более легкие условия труда для обслуживающего персонала и более широкие возможности для автоматизации процесса нагрева.
Раздел содержит классификацию и описание конструкции электро нагревательных и холодильных установок, элементы теории и расчета, а также схемы автоматического управления их работой. Приводится методика экономических расчетов.
В целом материал пособия охватывает практически все наиболее распространенные в сельском хозяйстве электроустановки и содержит как элементы теории, так и описательную часть и методики расчетов. Уровень изложения теоретических вопросов и объем описательного материала определен назначением пособия для учащихся техникумов по специальностям «Электрификация сельского хозяйства» и «Меха низация и электрификация животноводства». Для более глубокого усвоения материала при самостоятельном изучении могут быть исполь зованы имеющиеся в каждом разделе вопросы. Наряду с материалом теоретического курса даны лабораторные работы.
Часть I книги написана Л. В. Колесовым, введение и часть I I _ В. Н. Карповым, разделы 14—17 части I I I — Д. А. Меркучевым, разделы 18—19 части III — А. В. Цупаком, часть IV — Ф. Д. Косоуховым.
/
Ч а с т ь п е р в а я
ОСНОВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
▼
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМАХ АВТОМАТИКИ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
1.1. ОСНОВНАЯ ТЕРМИНОЛОГИЯ И ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ
Любой технический процесс характеризуется физическими вели чинами — показателями процесса, которые для правильного хода процесса должны либо поддерживаться постоянными (поддержание частоты переменного тока 50 Гц на электростанциях), либо удержи ваться в заданных пределах (поддержание температуры в обогрева телях для цыплят в пределах z t 1 °С), либо изменяться по задан ному закону (изменение освещенности в птичниках — искусственные сумерки и искусственный рассвет).
Совокупность операций, необходимых для поддержания или изме нения в требуемом направлении показателей процесса, называется р е г у л и р о в а н и е м , а сами показатели процесса — р е г у л и р у е м ы м и в е л и ч и н а м и .
Регулирование, происходящее без всякого участия человека, называют а в т о м а т и ч е с к и м , а регулирующие устройства, осуществляющие такое регулирование, — а в т о м а т и ч е с к и м и р е г у л я т о р а м и .
Техническое устройство, осуществляющее процесс, |
который необ |
ходимо регулировать, называется о б ъ е к т о м р е |
г у л и р о в а |
н и я . |
Чтобы можно было осуществить регулирование, объект должен |
иметь |
р е г у л и р у ю щ и й о р г а н , при изменении положения |
или состояния которого показатели процесса будут изменяться в задан ных пределах или направлении.
В качестве регулирующего органа, который, как правило, входит составной частью в регулируемый объект, могут быть различные устройства, приспособления и т. д. Так, регулирующим органом в элек трическом генераторе может быть обмотка возбуждения, в водона порной башне — вентиль, управляющий подачей воды в башню, в вен тилируемом помещении — задвижка в вентитгяционной трубе и т. д.
Совокупность объекта регулирования и автоматического регу лятора образует с и с т е м у а в т о м а т и ч е с к о г о р е г у л и р о в а н и я (САР).
Любую систему автоматического регулирования можно представить в виде отдельных устройств — элементов, которые в процессе работы
7
испытывают на себе воздействие различных факторов. К ним относятся воздействия, поступающие как на систему в целом, так и на отдельные ее элементы.
В о з д е й с т в и я бывают |
внутренние и внешние. |
В н у т р е н |
н и м и в о з д е й с т в и я м и |
называются такие, |
которые пере |
даются внутри системы от одного элемента' к другому, образуя после довательную цепь внутренних воздействий, обеспечивающих проте кание технического процесса с заданными показателями.
В н е ш н и е в о з д е й с т в и я в свою очередь можно разде лить на два вида. К первому виду относятся такие внешние воздействия, которые подаются на вход системы сознательно и необходимы для нормального протекания технического процесса. Такие воздействия называются з а д а ю щ и м и , или в х о д н ы м и . Обычно их обозна чают через X, а так как работа любой системы автоматики совершается во времени, то, как правило, указывают х (/), связывая действие вход ной величины со временем. Под действием х (t) в системе автоматики происходят различные количественные и качественные изменения, в результате чего показатели процесса — регулируемые величины —
приобретают |
желаемые значения |
или |
требуемый |
характер изме |
нения. |
|
|
через у (t) |
|
Регулируемые величины обозначают |
и называют в ы- |
|||
х о д н ы м и |
к о о р д и н а т а м и , |
или в ы х о д н ы м и в е л и |
||
ч и н а м и . |
|
|
|
|
Ко второму виду внешних воздействий на систему автомати ческого регулирования относятся воздействия, которые поступают непосредственно на регулируемый объект. Эти воздействия назы вают в н е ш н и м и в о з м у щ е н и я м и и обозначают через
Для различных систем автоматики будут различными и возмущения. Например, для двигателя постоянного тока входной величиной будет напряжение, подводимое к двигателю, выходной (регулируемой вели
чиной) частота вращения двигателя, а возмущением — нагрузка на его валу.
Различают возмущения о с н о в н ы е и в т о р о с т е п е н н ы е . К основным возмущениям относят такие, которые оказывают наиболь шее влияние на регулируемую величину у (/). Если влияние внешних возмущений на регулируемую величину у (t) незначительно, то они считаются второстепенными. Так, для двигателя постоянного тока при постоянном токе возбуждения основным возмущением будет нагрузка на вал двигателя, а второстепенными — те возмущения которые приводят к незначительным изменениям частоты вращения двигателя (в частности, изменения температуры окружающей среды приводящие к изменению сопротивления обмотки возбуждения и о мотки якоря, а следовательно, и токов; изменение напряжения сети, питающей обмотку возбуждения двигателя; изменение сопро
тивления щеточных контактов и др.). |
ѵ |
Если в системе регулируется одна выходная величина (координата), |
|
то такая система называется о д н о к о н т у р н о й , |
если в системе |
8
регулируется несколько величин (координат), причем изменение одной координаты выхода влияет на изменение другой координаты, то система называется м н о г о к о н т у р н о й . В дальнейшем мы будем рас сматривать в основном одноконтурные системы автоматики.
1.2.РЕГУЛИРОВАНИЕ ПО РАЗОМКНУТОМУ
ИЗАМКНУТОМУ ЦИКЛАМ
Поддержание регулируемой величины в заданных пределах или изменение ее по заданному закону в процессе работы системы может быть выполнено по разомкнутому или замкнутому циклам регули рования. Рассмотрим систему (рис. 1), состоящую из последовательно соединенных: объекта регулирования ОР, регулирующего органа РО, регулятора Р и задатчика 3 — устройства, с помощью которого в сис тему подается задающее воздействие х (t).
Рис. 1. Схемы регулирования по разомкнутому (а) и замкнутому (б) циклам:
3 — задатчик; Р — регулятор; РО — регулирующий орган; ОР — объект регулиро вания; X (t) — задающее воздействие; Zt (t) и Z2 (t) — внутренние регулирующие воз действия; у (t) — регулируемая величина; F (t) — возмущающее воздействие.
При регулировании по разомкнутому циклу (рис. 1, а) задающее воздействие х (t), поступающее на регулятор от задатчика, не является функцией результата этого воздействия на объект, оно задается опе ратором. Определенному значению задающего воздействия будет соответствовать определенное текущее значение регулируемой вели чины у (t), которое будет зависеть от возмущающего воздействия F (/).
Разомкнутая система представляет собой по существу передаточную цепь, в которой задающее воздействие х (t) от задатчика после надле жащей обработки регулятором посредством внутренних воздействий Z2(t)\ передается объекту регулирования, но обратного воздей
ствия объекта на регулятор нет.
На рис. 2, а приведена схема управления частотой вращения двига теля Д постоянного тока. При изменении положения движка реостата Р
9