4 Разработка устройства управления вентилятором работающего на эффекте Коанда

Регулируя количество подаваемого воздуха вентилятором можно оказывать воздействие на температуру объекта или воздуха, также на влажность воздуха.

Пусть вентилятор регулирует температуру некоторого технологического объекта который не должен перегреваться до некоторой определенной температуры. Примером такого объекта могут быть батареи конденсаторов.

В Исходных данных имеем текущую температуру объекта, которую измеряет датчик температуры, и температуру задания. Далее по разнице температур определяется количество подаваемого воздуха (расход). Расход воздуха в свою очередь регулируется скоростью вращения турбины, создающую стартовый поток. Таким образом, имеется некоторая зависимость разницы температур и скоростью вращения турбины. Контур регулирования показан на рисунке 12.

Рисунок 12 – Контур регулирования температуры

где: W_р – передаточная функция регулятора

W_ЭП – передаточная функция электропривода

W_об – передаточная функция объекта

Т – температура объекта

Т_зад – температура задания

ΔТ – ошибка регулирования

ω – скорость вращения

ω_зад – заданная скорость вращения

Также для более точного регулирования можно использовать обратную связь по скорости.

Рисунок 13 – Контур регулирования с ОС по температуре и скорости

Рассматривается передаточные функции в отдельности

4.1 Регулятор

Регуляторы бывают пропорциональные (П), дифференцирующие (Д), интегрирующие (И), а также разновидности ПИ, ПИД, ПД регуляторов. В общем случае передаточную функция ПИД регулятора будет

W_р=,

где K – коэффициент усиления,

T_и – постоянная времени интегрирования

T_д – Постоянная времени дифференцирования,

Что соответствует рисунку 14

Рисунок 14 – Передаточная функция регулятора

Реализация регулятора возможна на микропроцессоре в составе контроллера. Например контроллер ОВЕН ТРМ101.

4.2 Передаточная функция электропривода

Передаточная функция электропривода зависит от способа регулирования скорости. Для турбины мощностью 40 Вт выбирается регулирование входным напряжением. Для автоматического регулирования выбирается регулирование напряжения с помощью тиристорного преобразователя. Тогда передаточная функция состоит из регулятора скорости, тиристорного преобразователя, и передаточной функции двигателя.

W(p)_ЭП=W_р.с∙W_ТП∙W_д

Графически представлена на рисунке 15

Рисунок 15 – передаточная функция ЭП

α – угол отпирание тиристора

U – напряжение на двигателе

4.2.1 Регулирование напряжения однофазным регулятором переменного напряжения

Основным элементом однофазного регулятора является тиристорный симистор, он представляет собой два встречно-параллельно включенных тиристора, при помощи, которых нагрузка подсоединяется к цепи переменного тока (рисунок 16).

Рисунок 16 - Схема однофазного регулятора переменного напряжения

Фазовые методы регулирования базируются на управлении действующим значением переменного напряжения на нагрузке путем изменения длительности открытого состояния одного из включенных встречно-параллельно тиристоров в течение полупериода частоты сети. При фазовом методе частота выходного напряжения соответствует частоте питающей сети, а регулирование производится путем изменения формы кривой выходного напряжения и тока. Форма тока зависит от характера нагрузки. Рассмотрим простой случай, когда . Нагрузка чисто активная характерная для электротермических установок и ламп накаливания.

Фазовое регулирование возможно с отстающим углом управления ; с опережающим углом управления ; либо с тем и другим (двустороннее фазовое управление).

Фазовое регулирование с отстающим углом управления. Временная диаграмма (рисунок 17) иллюстрирует фазовое регулирование с отстающим углом управления . Тиристоры поочередно открываются в интервале положительной полуволны напряжения, приложенного к их анодам в момент прихода импульса тока в цепь управляющего перехода. Тиристоры закрываются в точках естественной коммутации ,,.

Рисунок 17 - Временная диаграмма фазового метода с отстающим углом управления для активной нагрузки

Зависимость действующего значения напряжения на нагрузке от угла управления называется регулировочной характеристикой , определяется из уравнения

. (16.1)

При нахождении интеграла учтем, что

(16.2)

Получим

. (16.3)

Как видно из временной диаграммы угол сдвига первой гармонической составляющей тока , относительно питающего напряжения . В этом заключается некоторый парадокс: нагрузка чисто активная, а ток отстает от напряжения, что характерно для индуктивной нагрузки.

Рисунок 18 - Регулировочные характеристика

Рисунок 19 – Передаточная функция.

4.3 Математическую модель асинхронного двигателя в общем виде можно представить в виде следующей системы уравнений:

,

.

В операторной форме уравнения имеют вид

, .

Передаточная функция асинхронного двигателя представлена на рисунке 20.

Рисунок 20 – Передаточная функция асинхронного электропривода

4.4 Объект

Передаточная функция объекта отражает зависимость между температурой объекта и скоростью вращения турбины. Для нагревающего объекта можно приняться как апериодическое звено 1-го порядка

W_об=

Рисунок 21 – Передаточная функция объекта

Выводы

В курсовой работе были проанализированы вентиляторы разного исполнения, их особенности и принцип работы. Применение в разных областях вентиляции. Широко был рассмотрен вентилятор работающий на эффекте Коанда. Этот вентилятор был изобретен командой Джеймса Дайсона в октябре 2009, и не получил широкого распространения на предприятиях и технологическом процессе. Вентилятор как уже было сказано работает на эффекте Коанда. Этот эффект был открыт румынским ученым Анри Коандом, который 1932 году обнаружил, что струя жидкости, вытекающая из сопла, стремится отклониться по направлению к стенке и при определенных условиях «прилипает» к ней. Были рассмотрены его специфические особенности и принципы работы.

Был произведено сравнение вентилятора Дайсона и обычного лопастного вентилятора. Вентилятор Дайсона имеет ряд плюсов среди них можно выделить безопасность, большой расход воздуха, высокий КПД. Недостатком является ограниченность применения связанным с необходимостью свободного воздуха вокруг обода вентилятора.

Также было рассмотрен способ регулирования температуры с помощью вентилятора Дайсона. Предложены теоретические передаточные функции ключевых объектов входящих в автоматическую систему регулирования. Структурная схема регулирования. Определение параметров для каждой системы индивидуально и зависит от объекта управления. Также в литературе не найдена передаточная функция самого вентилятора, это усложняет процесс синтеза АСУ. Для определения неизвестной передаточной функции необходимо провести опыты с реальным вентилятором.