3.5. Построение нагрузочной диаграммы механизма за цикл работы.

Нагрузочная диаграмма электропривода представляет собой зависимость электромагнитного момента М от времени.

Суммарный приведенный момент инерции привода:

.

Для соединения вала насоса и двигателя будем использовать фланцевую муфту. Выбор муфты произведем по номинальному моменту электродвигателя.

Согласно ГОСТ 20761-96 выбираем фланцевую стальную муфту 31,5-20-11-УЗ из [10]:

J_муф =0,004кгм² (3.33)

Согласно [11] принимаем: J_мех =0,04 кгм².

J_∑ = 0,01+0,04+0,004=0,054кгм². (3.34)

Определим время пуска:

с, (3.35)

где .

Насосная установка - это установка, которая работает в длительном режиме без каких-либо изменений нагрузки для электропривода насосной установки и соответственно электромагнитный момент на протяжении длительного времени постоянный. Необходимость применения регулируемого электропривода в насосной установке обуславливается тем, что расход меняется в зависимости от температуры, но это происходит с малой переодичностью, что экономически обуславливает применение в этой установке регулируемого электропривода.

В теории турбомеханизмов, в сетях без статического напора, есть следующая пропорция

(3.36)

где

ω_р - рабочая угловая скорость электродвигателя;

Q_р - рабочий расход.

Рабочий момент находится по формуле:

Подставим значения и рассчитаем рабочий момент:

(3.37)

Рисунок 3.7 – Нагрузочная диаграмма электропривода

3.6. Проверка выбранного электродвигателя по нагреву и перегрузочной способности.

Специфика работы электродвигателей в данном режиме насосной установки такова:

1) электродвигатели работают с длительной постоянной нагрузкой с постоянным рабочим моментом, меньше номинального;

2) пуск турбомеханизма осуществляется по линейному закону, вследствие чего пусковой момент М_п не превышает номинальный М_н.

Учитывая эти факты, проверку электродвигателей по нагреву и перегрузочной способности за время цикла можно не проводить. Однако в нашей установке возможен случай выхода из строя ПЧ, где необходимо запускать двигатели напрямую от сети. Поэтому произведем проверку возможности прямого пуска электродвигателей.

Температура обмоток двигателя во время пуска рассчитывается по формуле:

(3.38)

где

– при пуске из холодного состояния,

– при пуске из рабочего состояния;

– скорость нагрева двигателя при условии прямого пуска из неподвижного состояния.

(3.39)

_НОМ = 115 ⁰С – для класса изоляции F.

(3.40)

Все расчёты будем производить для режима пуска из нагретого состояния.

(3.41)

где – скорость нарастания температуры обмотки при пуске из холодного состояния,

k_t = 1,4 – для класса изоляции F.

– время прямого пуска электродвигателя (3.42)

где

- средний динамический момент,

- момент инерции привода.

Средний динамический момент определяется следующим образом:

(3.43)

где М_к - критический момент, определяемый следующим образом:

Подставим полученные данные в (3.32) и рассчитаем время пуска:

Принимаем = 7,4 ⁰С/с.

Θ_ном = 115 ⁰С – номинальная температура нагрева изоляции класса F.

Вычислим температуру нагрева двигателя по формуле (3.48):

Если двигатель подходит по нагреву, то должно выполняться условие:

где: Θ_доп – температура, которую однократно может превысить двигатель за время прямого пуска. Для изоляции класса F допустимая температура равна Θ_доп = 155 ⁰С.

Условие выполняется, так как 152,2 ≤ 155 ⁰С, и следовательно двигатель по условию нагрева подходит.

4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

4.1. Определение возможных вариантов и обоснование выбора вида преобразователя электрической энергии

Выбор ПЧ осуществляется по следующим параметрам:

1. обеспечение общих требований, технологических требований, защищенность исполнения.

2. требования по климатике: влажность, температура.

3. диапазоны, плавность регулирования, величины и характеристики регулируемых величин.

4. выбор по соответствии электрических параметров:

- максимальное рабочее напряжение;

- соответствие току режима;

- выбор на соответствие току перегрузки.

Для выполнения задач автоматизации насоса можно выделить2 вида преобразователей. Данные преобразователи были выбраны по техническим, эргономическим, экономическим параметрам:

- преобразователь частоты MICROMASTER фирмы SIEMENS. Данный преобразователь предназначен для регулирования скорости вращения стандартных приводов и решения задач автоматизации технологического процесса. Основная область применения: конвейеры, упаковочные машины, насосы, вентиляторы;

-преобразователи частоты FR-F740 компании Mitsubishi Electric разработаны с учетом специфики насосов и вентиляторов. Преобразователи позволяют значительно улучшить энергопотребление при управлении насосами и вентиляторами - особенно в низкоскоростном диапазоне и при операциях с низкой нагрузкой, позволяя сэкономить до 60% электроэнергии.

Проанализировав документацию на данные преобразователи, пришли к выводу, что идеальным выбором по критерию “качество и надежность” является Mitsubishi Electric.

Таблица 4.1 – Стандартные технические характеристики преобразователя частоты фирмы MITSUBISHI FR-F740-00170-ЕС[12].

Название	Характеристики
Входное напряжение	3-фазы 380В
Мощность двигателя, кВт	7,5
Номинальный выходной ток, А	17
Номинальное выходное напряжение	3-фазы, 200В до 230В
Номинальный ток перегрузки	120% - 3 сек, 110% - 60 сек.
Методы защиты	IP20
Методы охлаждения	Принудительное воздушное

Функции, выполняемые преобразователем [12]:

– преобразователь частоты поставляется готовым к использованию и имеет встроенный терминал, позволяющий перестраивать программируемые функции, настройки и защиты с целью адаптации и индивидуализации;

– поддержание момента, развиваемого двигателем во время ускорения и замедления (значительное уменьшение ударных нагрузок);

– простота настройки ускорения при разгоне и пускового момента;

– мягкое ШИМ управление.

– разгон или торможение осуществляется по линейной или S – образной характеристике;

– установка уровня токоограничения;

– сигнал задания частоты подается на аналоговый или дискретный входы;

– выбор уставок скорости. Каждая скорость может быть установлена между 0 и 300 Гц;

– контроль времени пуска;

– защита от недогрузки и перегрузки в установившемся режиме.

–отображение электрических параметров, состояния нагрузки и времени работы.

Встроенные функции:

– токоограничение, min и max ограничения частоты, режим задания наклона характеристики U/f;

– торможение при пропадании питания;

– самонастройка на двигатель и параметров в работе;

– компенсация скольжения;

– программное управление, связь с компьютером.