Курсовые работы / ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ВАНН / Из ЛСУ 2004

2.3 Выбор и расчет передаточной функции электромагнитного клапана\

Так как основным требованием, предъявляемым к аппаратуре, является её работа на постоянном токе, то для реализации системы необходимо выбрать электромагнитный клапан основой которого является поляризованное реле.

Исходя из условий технического задания, выбирается поляризованное реле типа РП – 5 со следующими техническими характеристиками [3]:

1. Максимальное напряжение на обмотке реле U_MAX = 100 В

2. Номинальное возбуждение 10 а-в

3. Нагрузка обмотки Р_нагр = 1 Вт

4. Максимальная частота работы f_раб = 200 Гц

Клапан имеет характеристику изображенную на рисунке 2.

Рисунок 2 – Характеристика электромагнитного клапана.

Сопротивление обмоток R_обм = 3000 Ом. Достоинствами этого клапана является низкое время запаздывания и срабатывания, развиваемое усилие на шток клапана, возможность частых переключений.

Клапан имеет нелинейную передаточную функцию, поэтому проведем линеаризацию. Коэффициент линеаризации равен [4], так как линеаризация статическая то передаточная функция будет приблизительно равна коэффициенту линеаризации. Передаточная функция имеет вид:

(5)

где В – диаметр условного прохода переходного отверстия электромагнитного

клапана В = 5 см [5];

А – сигнал на входе устройства, поступающий на вход электромагнитного

клапана с выхода усилителя А = 50 В.

Таким образом, получим следующую передаточную функцию клапана:

см/В (6)

2.2 Выбор усилителя

В качестве электронного усилителя принимаем многокаскадный усилитель напряжения, обеспечивающий необходимую мощность двигателя. Используется микросхема операционного усилителя типа КР140УД1 с коэффициентом усиления по напряжению К_у=19 [3].

Технические характеристики усилителя:

Выходное напряжение 220 В

Выходная мощность 1,5 КВт

Минимальное входное напряжение 10 мВ

Передаточная функция усилителя имеет вид:

, (2)

где К_у – коэффициент усиления.

Тогда (3)

2.2 Выбор насоса

Подберем аксиально-плунжерный регулируемый насос НП-90, так как он предназначен для применения в системах перекачки кислот.

При подборе насоса стремились, что бы заданные режимы работы находились в области наибольших значений КПД.

Выбранный насос обладает следующими техническими характеристиками: [2 стр. 54]

Рабочий объем (номинальный), см³……………………………………...…………..89

Частота вращения при номинальном давлении, с^-1

Номинальная…………………………………………………………………..25

Максимальная……………………………………………………………...43,16

Подача (расход) насоса (номинальная), л/мин…………………………………119,71

Давление в гидролинии высокого давления (номинальное), МПа……...……...22,05

КПД насоса не менее………………………………………………………………..0,89

Масса насоса, кг…………………………………………………………….не более 78

Номинальная потребляемая мощность насоса, кВт……………………………..55,37

Номинальный крутящий момент, Нм………………………………….не менее 248,3

Аксиально-плунжерный насос – это объемный насос, рабочий орган которого – плунжер (поршень, имеющий длину, значительно превышающую диаметр) – совершает возвратно-поступательное движение.

Передаточная функция такого насоса имеет вид: [3, стр.94]

(1)

где k_н – передаточный коэффициент насоса, определяемый следующим образом: [4, стр.140]

(2)

где D – диаметр плунжера, м

z – число плунжеров,

h – ход плунжера, м

В нашем случае D = 25 см [5, табл. 15.1, стр.212],

h = 0,75 см [5, табл. 15.2, стр.212],

z = 1

(3)

Таким образом, передаточная функция насоса примет вид:

(4)

3 РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ДАТЧИКА ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

Датчик обратной связи (датчик концентрации), имеет чувствительный элемент – фотоэлемент

Основной характеристикой фотоэлемента является зависимость выходного тока I_ф от величины светового потока  при неизменных внешних условиях, т. е. при постоянной длине световой волны  = const и постоянном напряжении U = const:

(28)

Если свет, падающий на фотоэлемент, является монохроматическим (имеет одну длину волны =0,75 мкм ), то характеристикой фотоэлемента является спектральная чувствительность:

(29)

где (техническая характеристика датчика).

Тогда из предыдущей формулы можно определить величину светового потока, т.е.:

(30) Спектральная чувствительность — это чувствительность приемника к излучению с различной длиной волны; она определяется природой вещества, из которого сделан в приборе светочувствительный слой.

Спектральную чувствительность, при данной длине волны λ=0,75 мкм, можно определить по графику, приведенному на рисунке 5, причем был взят селеновый фотоэлемент. Т.е.

Рисунок 5 - Кривые спектральной чувствительности фотоэлементов: 1- селеновый; 2 - сернисто-висмутовый; 3 - сернисто-свинцовый; 4-селенисто-свинцовый; 5—термоэлемент

(31)

Но когда световой поток имеет разные длины воли, то интегральная чувствительность определяется:

(32)

Рассчитаем величину светового потока в данном случае, при длине волны =0,75 , где S=400 мкА/лм, получим:

. (33)

Удельная чувствительность фотоэлемента – отношение фототока к произведению величины падающего на фотоэлемент светового потока на приложенное к нему напряжение, мкА / (лм · В), которая определяется формулой:

К₀ = I_ф / (U), (34)

где – падающий световой поток;

U = 220 В – напряжение, приложенное к фотоэлементу.

(35)

Работа системы осуществляется следующим образом.

Сигнал с микропроцессора поступает на усилитель, на котором этот сигнал усиливается для его приема двигателем. Начинает свою работу двигатель, который, в свою очередь, вращает насос. Напор воды поступает на форсунку, фунцией которой является распыление воды на заданную площадь. С форсунки сигнал о расходе воды поступает на датчик расхода, который фиксирует это значение. Таким образом, на микропроцессор поступают сведения о расходе воды на данный момент времени.Последний анализирует это значение и вырабатывает управляющий сигнал, о том достаточно почва увлажнена или требуется еще некий объем воды. В результате получаем САУ поливальной машины.

Параметры регулируемой системы:

1. Мощность двигателя – 500 Вт;

2. Производительность насоса – 2 куба/час;

3. Максимальный интервал обновления данных (период дискретности) T₀ = 5 мин.

4. Время регулирования t_p  3000 c;

5. Колебательность n  2;

6. Перерегулирование   3 %;

7. Максимально допустимое отклонение регулируемой величины в установившемся режиме  1%;

2.3 Выбор насоса

Насос - гидравлическая машина, служащая для преобразования энергии приводного двигателя в механическую энергию потока жидкости и ее перемещения в полость высокого давления.

В устройствах и системах гидроавтоматики применяются поршневые (кривошипные и кулачковые) и роторные объемные насосы.

Поршневые насосы, обычно нерегулируемые, применяют для приводов в прессах, так как они могут работать при давлении свыше 400 кг/см².

Для целей автоматизации и в технике регулирования используют роторные насосы постоянной и регулируемой производительности.

Роторным насосом называют объемный насос, в котором жидкость вытесняется из перемещаемых рабочих камер в результате вращательного или сложного движения вытеснителей относительно статора. Для насосов этого типа характерно бесклапанное распределение жидкости, благодаря чему они обладают свойствами обратимости, т.е. могут работать и как гидромоторы.

Насосы переменной производительности применяются для мощностей от сотен ватт до нескольких тысяч киловатт. У насосов переменной производительности рабочий объем может изменяться от нуля до некоторого максимального значения, а у насосов с реверсивной подачей поток жидкости может также менять и свое направление.

Остановим свой выбор на насосе постоянной производительности. Они более просты и дешевы и применяются в гидропередачах и системах автоматики с дроссельным или струйным регулированием перемещения исполнительных механизмов и для вспомогательных целей.

Шестеренный насос постоянной производительности с шестернями внешнего зацепления работает следующим образом: при вращении шестерен в определенном направлении жидкость переносится зубьями из камеры всасывания в камеру нагнетания.

Технические характеристики шестеренного насоса типа НШ10Е [3]:

Рабочий объем, м³ 10-2

Расход рабочей жидкости, м³/с 13,8

Давление нагнетания, МПа 12

Частота вращения, об/мин 1500

Мощность насоса, кВт 6

КПД объемный 0,92

Насос представляет собой инерционное звено с передаточной функцией

, (10)

где - коэффициент передачи насоса; (11)

- коэффициент неравнозначности подачи жидкости;

α - угол зацепления (стандартный угол зацепления α =20°);

z - число зубьев шестерни (z=8);

- постоянная времени насоса, с; (12)

V - рабочий объем, м³;

Q_Н- расход рабочей жидкости, м³/с.

Передаточная функция с учетом коэффициентов примет вид:

. (13)

2.4 Выбор двигателя

Выбран двигатель постоянного тока серии 2ПБ175МУХЛ3 с паспортными данными [8]:

Номинальная мощность Р_ном, кВт 7.5

Номинальное напряжение U_ном, В 220-440

Номинальная частота вращения двигателя nном, об/мин 1500

Номинальный момент М_ном, Нм 1.96

Ток якоря I_a, А 20

Сопротивление якоря R_a, Ом 2.4

Момент инерции двигателя J_дв, кгм³ 0.15

Масса двигателя m, кг 207

Номинальный КПД η 0.875

Принимается:

Частота вращения нагрузки n_н, об/мин 1500

Момент инерции нагрузки J_н, кгм³ 8

Передаточная функция ДПТ представляется как:

(14)

(электрической постоянной данного двигателя можно пренебречь).

Определим номинальную скорость вращения нагрузки:

(рад/с); (15)

(рад/с); (16)

(рад/с). (17)

Т. к. _ном = _треб, то выбранный двигатель по скорости проходит.

Определим конструктивные постоянные двигателя по ЭДС и по моменту:

(В·с/рад); (18)

(Н·м/А). (19)

Эквивалентный момент инерции:

(кгм²). (20)

Электрическая и механическая постоянные времени:

(с). (21)

Коэффициент передачи двигателя:

. (22)

Передаточная функция ДПТ:

. (23)