Электропривод ротора фильтрующей подвесной центрифуги

В связи с этим выбираем электропривод  со следующими характеристиками: 1) система электропривода - ПЧ–ДПТ; 2) тип двигателя - многоскоростной двигатель постоянного тока с независимым возбуждением 3) климатическое исполнение двигателя – УХЛ (климат умеренный и холодный); 4) требуемое исполнение двигателя по степени защиты от окружающей среды – IP44 (защита от твёрдых тел размером более 1 мм и защита от брызг); 5) способ монтажа – двигатель с вертикальным валом специального исполнения.

На рис. 3.1 приведена функциональная схема силовой части электропривода центрифуги. Силовая часть построена на основе тиристорного преобразователя. Тиристорный преобразователь, нереверсивный, выполнен по трёхфазной мостовой полностью управляемой схеме.

Сигнал задания скорости от системы  программного управления через задатчик интенсивности 1 подается на регулятор  скорости 2, который построен на операционном усилителе. 

Для повышения быстродействия преобразователь (токоограничитель) 4 воздействует непосредственно на обмотку системы импульсно-фазового управления (СИФУ) 3.

Для измерения тока якоря служит шунт, сигнал с которого поступает на усилитель 5.

Торможение и реверс двигателя  осуществляют путём изменения полярности  на обмотке   возбуждения    (ОВ) двигателя.   Для этого в схеме

используется  реверсивный тиристорный возбудитель  В. Управление электроприводом осуществляется от системы программного управления центрифугой СУ (см. чертеж СУ81.6.050201.Э).

Рис. 3.1 - Функциональной схемы силовой части электропривода

 

 

4 РАСЧЕТ МОЩНОСТИ И ВЫБОР

ПРИВОДНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

4.1 Анализ теплового режима работы электродвигателя

Определим время работы: 

Время цикла:

Фактическая продолжительность включения:

Принимаем стандартное значение ε_ст = 100 %

Исходя из тахограммы (рис. 1) и фактической  продолжительности включения, можно  сделать вывод, что режим работы двигателя S8 – режим работы при периодическом изменении частоты вращения и нагрузки. Это последовательность идентичных рабочих циклов, каждый из которых состоит из периодов ускорения, работы при постоянной нагрузке, соответствующей заданной частоте вращения, затем одного или нескольких периодов работы при других постоянных значениях нагрузки, соответствующих другим частотам вращения.

Квалифицируем режим работы как  S8  так как ε_ф > 60%. S8 – перемежающийся без пауз.

 

4.2 Расчет и  построение нагрузочной диаграммы  механизма

Нагрузочная диаграмма механизма  представляет собой график М_с.мех(t) изменения статического момента на валу ротора центрифуги во времени в течение рабочего цикла центрифуги. Необходимо определить значение статического момента на каждом участке рабочего цикла.

Статический момент на валу ротора центрифуги:

               (4.1)

 

 

где    – составляющая статического момента, обусловленная трением вращающего ротора центрифуги о воздух;

 – момент, создаваемый силами  трения вала ротора центрифуги  в подшипниках.

На участке рабочего цикла, соответствующем  процессу выгрузки осадка, абсолютное значение М_с.мех возрастает на величину момента М_рез, обуславливаемого усилием резания, воздействующим на лезвие ножа

(М_рез = 0,6·М_в).

Момент сил трения о воздух:

,      (4.2)

где H – высота (длина) ротора, м;

D – диаметр ротора, м;

n – скорость вращения ротора, об/мин.

Момент сил трения в подшипниках:

      (4.3)

где f = 0,03 – 0,09 – коэффициент трения ,зависящий от типа подшипника;

m_ц – масса ротора с продуктом, кг;

d – диаметр вала на котором укреплен ротор центрифуги, м.

Рассчитаем массу ротора с продуктом:

(4.4)

где m_загр – максимальная загрузка ротора суспензией и составляет 450 кг;

∑m_i – масса незагруженного ротора.

(4.5)

где  D_i ² – диаметр i-той части ротора, м;

H_i – высота i-той части ротора, м;

ρ – плотность, кг/м³ (плотность стали 7900 кг/м³).

       кг

       кг

 

        кг

       кг

       кг

    кг

        кг

       кг

      кг

        кг

Масса незагруженного ротора:

Масса ротора с продуктом:

Определим момент сил трения в подшипниках  для загруженного и незагруженного ротора (f = 0,04 – подшипники качения):

М_Т.загр   = 4,9 · f · m_ц · D₄ = 13,911 Н·м

М_{Т.незагр}   = 4,9 · f · ∑m_i · D₄ = 7,737 Н·м

Определим скорость вращения ротора на каждом участке  рабочего цикла:

    

    

   

    

 

   

    

    

    

    

  

    

    

    

Определим момент сил трения о воздух на каждом участке рабочего цикла:

 

 

Определим статический момент на валу ротора центрифуги на каждом участке рабочего цикла:

Нагрузочная диаграмма М_с.мех(t) представлена на чертеже СУ81.6.050201.ТЧ1.1

4.3 Вычисление  расчетной мощности электродвигателя

Определим частоту вращения ротора на каждом участке рабочего цикла:

      (4.6)

 

    

    

    

    

 

    

    

    

    

    

    

    

    

    

Расчетная мощность  электродвигателя вычисляется по формуле:

Р_рас = К_з·Р_{с.мех.ср}·      (4.7)

где К_з – коэффициент запаса, учитывающий влияние динамических процессов на температурный режим двигателя и дополнительные потери энергии в нем;

Р_{с.мех.ср} – среднее значение статической мощности механизма за время t_p работы в пределах рабочего цикла;

ε_ф – фактическая (по тахограмме) относительная продолжительность включения;

ε_ст – стандартная продолжительность включения (для которой будет выбираться мощность двигателя по каталогу, ближайшая по значению к ε_ф).

С учетом значительной доли переходных процессов в общей продолжительности рабочего цикла рекомендуется принять К_з =1.7. Если

тепловой режим двигателя продолжительный, то ε_ст= 1 (100%). Средняя статическая мощность за время работы вычисляется по формуле:

(4.8)

где і – условный номер участка работы электропривода (без учета пауз);

t_p.i – продолжительность і-го участка работы;

ω_мех – частота вращения ротора центрифуги, рад/с.

Подынтегральная функция     представляет собой мгновенное значение Р_с.мех статической мощности механизма. В нашем случае все составляющие статического момента имеют реактивный характер, поэтому последняя формула упрощается:

(4.9)

Расчетную мощность можно вычислить  более обоснованно, если в качестве Р_{с.мех.ср} принять среднеквадратичное значение статической мощности за время работы Т_р, т.е.:

    (4.10) 

В этом случае можно принять К_з=1.5.

Тогда:

 

 

    

      

 

 

 

Средняя статическая мощность за время  работы:

 

Подставляя полученные значения в  формулу (4.7) получаем:

   

 

 

 

 

 

4.4 Выбор электродвигателя

Исходя из Р_рас и режима работы электропривода, выбираем двигатель краново-металлургической серии [3]. Двигатель Д810 – краново-металлургический, 220В, защищенный с независимой вентиляцией (продуваемый), номинальный тепловой режим повторно кратковременный.

Таблица 4. 1 - Паспортные данные двигателя Д810 при ПВ = 100% (ε_ст = 1,0)

Тип двига-теля	Номи-наль-ная мощ-ность Рн, кВт	Номи-наль-ный ток якоря Iян, А	Номи-наль-ная частота враще-ния nн, об/мин	Макси-мальная частота вращения nmax, об/мин	Мо-мент инер-ции якоря Jд, кг·м2	Макси-мальный вращаю-щий момент Мн, Н·м	Сопро-тивле-ние обмотки якоря при 90ºС Rя, Ом
Д810	55	280	550	2200	3,6	2550	0,14

4.5 Составление  расчетной схемы механической  части ЭП

Кинематическая схема представлена на чертеже СУ81.6.050201.ТЧ2.1

Механическую  часть примем состоящую из двух вращающихся  масс, которые имеют моменты инерции J₁ и J₂. Две массы связаны эластичной муфтой и имеют жесткость связи С₁. Масса с моментом инерции J₁ вращается со скоростью ω₁ к ней приложен момент М₁. Аналогично к ротору центрифуги с моментом инерции J₂ имеющий скорость ω₂ приложен момент М₂. Учитываем элемент приведения масс двигателя, модель принимает вид изображенный на чертеже СУ81.6.050201.ТЧ2.1. К ротору двигателя приложены моменты М и М_с1 трение в подшипниках. Вторая масса нагружена статистическим моментом М_с2.

4.6 Расчет момента  инерции электропривода

На основании расчетной схемы  механической части вычисляется  суммарный момент инерции привода J_Σ, приведенный к скорости вращения вала двигателя. При этом получаем два значения J_Σ, для участка рабочего

 

 

цикла, когда ротор не загружен и полностью загружен суспензией.

,                                                 (4.12)

где J_дв – момент инерции ротора двигателя (якоря);

J_мех – момент инерции механизма (ротора центрифуги с продуктом).

                                                           (4.13)

                                          (4.14) 

кг×м²

кг×м²

кг×м² кг×м²

кг×м²

кг×м²

кг×м²

кг×м²

кг×м²

кг×м²

Для того чтобы определить момент инерции  привода для участков рабочего цикла, когда ротор полностью загружен, необходимо определить момент инерции утфеля.

Тогда:   кг×м²

 кг×м²

 кг×м²

 кг×м²

4.7 Расчет и построение нагрузочных диаграмм электропривода

Статический момент, приведенный к  скорости вала двигателя, определяется по формуле:

                                      (4.15)

где М₀ – момент потерь холостого хода электродвигателя;

i_р – передаточное число редуктора;

η_р – К.П.Д. редуктора.

Величиной М₀ пренебрегаем в виду ее малости. Так как привод безредукторный, то формула (4.15) принимает вид:

     (4.16) 

Электромагнитный момент двигателя  равен сумме статического и динамического  моментов:

                                            (4.17)

где

(4.18)

 

Рассчитаем динамические моменты:

     Н×м

                         Н×м

    Н×м

    Н×м

    Н×м

    Н×м

    Н×м

    Н×м

    Н×м

     Н×м

    Н×м

            Н×м

    Н×м

Зная статический и динамический моменты на каждом участке рабочего цикла, по формуле (4.17) определяем электромагнитный момент:

Нагрузочные диаграммы М_с(t) и М(t) представлены на чертежах СУ81.6.050201.ТЧ1.1, СУ81.6.050201.ТЧ3.1.