Осциллограммы процессов при пуске и набросе нагрузки

 

В программной среде Matlab исследуются переходные процессы при пуске и набросе нагрузки при разомкнутой системе управления, которая изображена на рисунке 4.2, то есть при отсутствии обратной связи по скорости и напряжению.

На ниже представленных рисунках 4.4-4.8 изображены выходные сигналы напряжения V_ab, токов i_{s_abc}, угловой скорости вращения ω_m и электромагнитного момента T_e асинхронного двигателя при разных частотах (50,40,30, 20 Гц) и коэффициентах модуляции.

Анализируя полученные осциллограммы, можно сделать вывод, что до начала всех процессов все переменные были равны нулю, то есть существовали нулевые начальные условия. Электропривод разгоняется до номинальной скорости примерно за 0,2 секунды. После того, как был достигнут установившийся процесс, в промежутке времени 0,25-0,3 секунды осуществляется наброс момента нагрузки, при котором возрастают токи и момент, а скорость вращения понижается до определенного уровня. Примерно через 0,5 секунд после запуска двигателя возникает второй установившийся процесс. Для того, чтобы исследовать систему ПЧ-АД с постоянной перегрузочной способностью, необходимо коэффициент модуляции μ умножить на относительное напряжение . Пуск двигателя осуществляется при прямом включении электродвигателя на напряжение сети.

 

Vab

is_abc

ωm

Te

 

Рисунок 4.4 – Обычный пуск двигателя

Vab

is_abc

ωm

Te

 

Рисунок 4.5 – Запуск двигателя и наброс номинальной нагрузки при 50 Гц

 

Vab

is_abc

ωm

Te

 

Рисунок 4.6 – Запуск двигателя и наброс нагрузки при 40 Гц

Vab

is_abc

ωm

Te

 

Рисунок 4.7 – Запуск двигателя и наброс 80% нагрузки при 30 Гц

 

Vab

is_abc

ωm

Te

 

Рисунок 4.8 – Запуск двигателя и наброс 50% нагрузки при 20 Гц

При исследовании не учитываются особенности математического описания процессов в асинхронной машине, наличие внутренних перекрестных связей, состояние магнитной системы, поэтому наблюдается завышенный момент и ток, который определяется только активным сопротивлением статора и ротора. Полученные результаты моделирования показывают, что при прямом пуске наблюдаются значительные колебания момента и скорости.

 

Безопасность жизнедеятельности труда

 

Анализ условий труда

В данной части производится анализ оборудования и работы мостового крана. Используются три номинала напряжения 380, 220 вольт переменного тока и 24 постоянного. Все управляющие оборудование располагается за стендом. В лаборатории уже имеется рассчитанное заземление. Используется 4 электропривода. Лаборатория показана на рисунке 5.1.

Как уже было отмечено ранее, используется два асинхронных двигателя с фазным ротором:

тип ФТТ 0,4-0,16;

мощность, Вт 180

число оборотов, об/мин 1400

Cos φ 0,88

КПД 0,92

Рисунок 5.1 – Чертеж мостового крана вид сверху

 

Лабораторный кабинет имеет следующие габариты: высота 3,3 метра, длина и ширина по 6 метров. Мостовой кран является основной частью лабораторного стенда и всей дипломной работы. Мост имеет три степени свободы движения. Движение вперед-назад, вдоль комнаты, вверх и вниз. Мостовой кран состоит из трех балок, две расположены по длине комнаты и крепятся к потолку анкерными болтами. Общий вес крана составляет 500 кг. Длина мостового крана составляет 5,5 метров, вдоль комнаты 4,1 метров. Чертеж мостового крана приставлен на рисунке 5.1.

Условия искусственного освещения в лабораторных кабинетах оказывают большое влияние на зрительную работоспособность, физическое и моральное состояние студентов. Необходимо провести расчет освещения, для проверки соответствия. Для организации общего искусственного освещения были выбраны лампы типа ЛБ40. Как известно люминесцентные лампы более энергоэффективные. Имеют долгий срок службы. Но основной недостаток заключается в том, что газ внутри лампы загрязняет окружающую среду больше чем лампы накаливания. Нормой средней горизонтальной освещенности лабораторного кабинета образовательного учреждения составляет 500 . В кабинете лаборатории стоят 4 светильника по 2 люминесцентные лампы. Мощность каждой составляет 36 Вт. Световой поток равен 2850 лм. Площадь кабинета составляет 36 . Тогда:

 

Общий световой поток всех ламп:

 

 

 

Найдем фактическую величину горизонтальной освещенности:

 

 

Делаем вывод:

 

 

Освещение соответствует требованиям.

Так же в работе мостового крана необходимо учитывать производимый шум. В зависимости от назначения и технических параметров электродвигателей уровень их шума может быть различным: от 30–40 до 100–120 дБ. Для электродвигателей общепромышленного назначения характерен уровень шума 60–95 дБ, причем преобладают обычные средние частоты (200–2000 Гц). Далее будем производить расчет по шуму.

Расчет шума

 

Необходимые для расчета данные:

Габариты комнаты:

- Д.=6 м;

- Ш.=6 м;

- В.=3,3 м;

- Объем комнаты 118,8 м³;

Расстояния от двигателей до измеряемой точки:

- ;

- ;

- .

Данные об уровнях звукового давления представлены в таблице 5.1.

Наибольший габаритный размер источников шума:

 

Таблица 5.1 – Уровни звукового давления, создаваемые электроприводом.

Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц

 

В помещение с двумя и более источниками шума уровни звукового давления следует определять по формуле:

 

 

где ;

– уровень звуковой мощности каждым источником шума;

n – сумма всех источников шума;

m – ближайшие источники шума у измеряемой точки.

 

Расстояние от измеряемой точки до акустического центра:

 

 

и ближайший к ней источник:

 

.

 

Сумма всех источников шума, принимаемых в расчет и расположенных вблизи расчетной точки, когда, будет равно 3 (m=3), т. е. учитываются все данные источники, расположенные на расстояниях , и ; – коэффициент, принимаемый в зависимости от отношения которые показана на рисунке 5.2.

 

Рисунок 5.2 – Зависимость эмпирического коэффициента от отношения , где – наибольший габаритный размер источников шума.

 

Данный коэффициент учитывает влияние ближайшего акустического поля. Рассчитаем:

 

 

т.к. принимаем ; Ф – фактор направленности источника шума, принят равным единице; – площадь воображаемой поверхности проходящий через измеряемую точку и источники шума.

Если , следует принимать площадь находящию:

а) на поверхности пола, стены, перекрытия ;

б) в пространстве ;

в) в двухгранном углу, образованном ограждающими поверхностями ;

г) в трехгранном углу, образованном ограждающими поверхностями .

Следующий параметр – постоянная помещения:

 

 

где – постоянная помещения, зависит от объема помещения, которая зависит от его типа.

Для лаборатории стоит принять:

тогда:

 

Частотный множитель μ, определил по таблице 5.2.

 

Таблица 5.2 – Значения частотного множителя

Объем помещения, м^3
V<200	0,8	0,75	0,7	0,8		1,4	1,8	2,5
V=200/1000	0,65	0,62	0,64	0,75		1,5	2,4	4,2
V>1000	0,5	0,5	0,55	0,7		1,6

 

Коэффициент «ψ», учитывающий нарушение диффузности звукового поля определяем графику на рисунке 5.3, из отношения и таблице 5.3;

– сумма всех площадей поверхности комнаты ();

 

Рисунок 5.3 – Коэффициент нарушения диффузности звукового поля ψ

 

Таблица 5.3 – Значение коэффициент нарушения диффузности звукового поля

Величина
	9,504	8,91	8,316	9,504	11,88	16,632	21,384	29,7
	0,06	0,06	0,06	0,06	0,08	0,11	0,14	0,20
ψ	1,1	1,1	1,1	1,1	1,1

, дБ

 

где – октавный уровень звукового давления в расчетной точке;

– указаны в таблице 5.4.

 

Таблица 5.4 – Допустимые уровни звукового давления

Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц

 

Проведем расчет для частоты в 63 Гц.

Для частоты 63 Гц дБ.

Рассчитываю :

 

.

 

Считаю площадь по формуле :

 

,

 

,

 

.

 

Затем по формуле получаем:

 

 

Далее произведем расчет по формуле:

 

 

где значение коэффициента μ – найдем из таблицы 2, где для V<200 м³ и для частоты 63 Гц μ=0,8.

Тогда:

 

 

Далее производим такой расчет:

 

 

Затем просуммируем значения:

 

 

Теперь можно найти:

 

 

После этого по таблице 5.4 выбираем для частоты 63Гц значение
.

Окончательным расчетом является определение значения:

 

 

Результаты расчета всех остальных данных сведены в таблицу 5.5.

 

Таблица 5.5 – Результаты расчета

№	Величина	Единицы изм-ния	Среднегеометрическая частота октавной полосы, Гц
	Lpi	дБ
	Δ1=10^(0,1*Lpi)	-	398107,2	398107,2	630957,3	630957,3				794328,2
	S1=2*π*r1^2	м^2	25,12	25,12	25,12	25,12	25,12	25,12	25,12	25,12
	S2=2*π*r2^2	м^2	30,3952	30,3952	30,3952	30,3952	30,3952	30,3952	30,3952	30,3952
	S3=2*π*r3^2	м^2	127,17	127,17	127,17	127,17	127,17	127,17	127,17	127,17
	Δ1/S1		31696,43	31696,43	50235,46	50235,46	79617,83	100232,9	79617,83	63242,69
	Δ1/S2		13097,7	13097,7	20758,45	20758,45	32899,93	41418,56	32899,93	26133,34
	Δ1/S3		3130,512	3130,512	4961,527	4961,527	7863,49	9899,547	7863,49	6246,192
	Сумма "6","7","8"		47924,64	47924,64	75955,44	75955,44	120381,3		120381,3	95622,23
	B1000(V=3200м^3)	-	-	-	-	-	11,88	-	-	-
	μ	-	0,8	0,75	0,7	0,8		1,4	1,8	2,50
	Bi=B1000*μ	-	9,504	8,91	8,316	9,504	11,88	16,632	21,384	29,7
	4*ψ/Bi		0,462963	0,493827	0,529101	0,462963	0,37037	0,2405	0,187056	0,13468
	Произв. "13" и "14"		552926,6	589788,4		876329,6		908315,6	561167,2	320940,7
	Сумма "9" и "15"		600851,3			952285,1			681548,5	416562,9
	Lож=10lg("16")	дБ	57,78767	58,04625	60,32407	59,78767	60,90432	60,25251	58,33497	56,19681
	Lдоп	дБ
	ΔLтр=Lож-Lдоп	дБ	-41,2123	-33,9537	-25,6759	-23,2123	-19,0957	-17,7475	-17,665	-17,8032

 

По результатам расчетов получается фактическое значение уровня шума ниже фактического. Шум установленых электродвигателей соотвествует требованиям.

 

Экономическая часть

 

В данном проекте рассмотрены три варианта системы управления электроприводами:

а) силовыми контроллерами;

б) автоматизированная система с силовыми контроллерами;

в) посредством частотного преобразования.

Приведен расчет капитальных затрат и определена экономическая эффективности. Капитальные вложения определяются из свободной оптовой цены на оборудование и транпортно-монтажных расходов, приведены в таблицах 6.1, 6.2, 6.4. А итоговая смета затрат в таблицах 6.3, 6.5.