Схема автоматического регулирования продолжительности выпечки с коррекцией по температуре во второй зоне пекарной камеры (стр. 8 из 24)
L, C1…C3 – входной LC фильтр, поставляемый по специальному заказу, служит для сглаживания импульсов входного тока, а так же блокирует высокочастотные помехи из сети в ПЧ и наоборот.
VD1…VD6 – неуправляемый выпрямитель для преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока.
Rз – зарядный резистор для предварительного заряда конденсаторов силового фильтра С4…С6.
С4…С6 – силовые конденсаторы для фильтрации выпрямленного напряжения в звене постоянного тока.
Rs – резисторный датчик обратной связи по току инвертора для контроля тока инвертора, защиты инвертора от токов короткого замыкания.
VT1…VT6 – транзисторы силового тока инвертора, могут быть скомпонованы в виде полумостов.
М – асинхронный исполнительный двигатель.
ИБП – импульсный блок питания, обеспечивает несколько стабилизированных напряжений.
К – реле предварительного заряда. Включается после предварительного заряда силовых конденсаторов, шунтируя своим контактом резистор Rз.
БВВУ – блок верхних выходных усилителей.
БНВУ – блок нижних выходных усилителей.
БВВУ и БНВУ служат для формирования импульсов управления силовыми ключами.
БУИ – блок управления инвертором. Главный управляющий узел, который формирует на выходе 6 импульсных сигналов формирования ШИМ по различным алгоритмам. В соответствии с сигналами ОС, сигналами управления и выбранными комплексами программ БУИ выполняется на базе микропроцессорных контроллеров.
БИФ – блок интерфейса, обеспечивает связь схемы управления преобразователем с внешним устройством ЦПУ и АЛУ, персональным компьютером (РС), ведущим приводом MD, а также выдает сигнал для ведомого привода, если данный ЭП является ведущий.
БРИТ – блок реостатно-инверторного торможения.
RT – силовой тормозной резистор.
БРИТ и RТ поставляются по желанию заказчика.
Общие технические данные преобразователй частоты серии VLT 5000 [13] приведены в таблице 2.5:
Таблица 2.5
| Частота питания, Гц | 50/60 |
| Максимальный дисбаланс напряжения питания | ±2%Uн |
| Коэффициент мощности | 0.9…1.0 |
| Пусковой вращающий момент в течении 1 мин., % | 160 |
| Пусковой вращающий момент в течении 0.5 сек., % | 180 |
| Диапазон частот, Гц | 0…1000 |
| Разрешение на выходной частоте, Гц | ±0.003 |
| Диапазон регулирования скорости: Разомкнутая система замкнутая система | 1…1001…1000 |
| Число программируемых (по напряжению) аналоговых входов | 2 |
| Число программируемых цифровых и аналоговых выходов | 2 |
| Число программируемых цифровых входов | 8 |
Частотный преобразователь выбирается по току. Номинальный ток IVLT.N должен бать равен или больше требуемого тока двигателя (Iн = 3.56 А). Выбираем из [12] преобразователь частоты типа VLT 5003. Технические данные ПЧ VLT 5003 приведены в таблице 2.6.
Таблица 2.6.
| Выходной ток: IVLT.N, A IVLT.MAX (60 c), A | 4.16.5 |
| Выходная мощность, SVLT.N, кВт∙АРVLT.N, кВт | 3.11.5 |
| Выходное напряжение, В | 0…220 |
| Выходная частота, Гц | 0…1000 |
| Время разгона, с | 0.05…3600 |
3. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Решение о выборе лучшего варианта привода принимается на основе сопоставления приведенных затрат на одинаковый объем выпускаемой продукции.
В данном проекте необходимо обеспечить регулирование продолжительности времени выпечки с коррекцией по температуре во второй зоне пекарной камеры. При этом необходимо учитывать, что производительность печи при замене системы привода меняться не должна, а также желательно сохранить неизменной конфигурацию оборудования и занимаемую им площадь.
Ниже рассмотрены некоторые системы привода конвейера печи.
Регулирование продолжительности времени выпечки может осуществляться механически при помощи блок-вариатора (существующий вариант). Тогда для реализации коррекции продолжительности выпечки на маховик вариатора необходимо установить регулирующий механизм (например, сервопривод ), который поворачивал бы маховик в ту или иную сторону, в зависимости от температуры. Такой вариант регулирования очень прост и требует минимальных капитальных затрат. Однако при частых поворотах ручки маховика будет сильно увеличиваться износ блок-вариатора, что в конечном итоге приведет к быстрому выходу вариатора из строя. Очевидно, что данный вариант регулирования нас не устраивает.
Лучшими показателями по сравнению с рассмотренным способом регулирования обладает электрическое регулирование продолжительности выпечки, т.е. изменением скорости вращения приводного двигателя конвейера.
В настоящее время наибольшее распространение получили системы электропривода ТП – ДПТ НВ (тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока независимого возбуждения) и ПЧ – АД (преобразователь частоты – асинхронный двигатель). Ниже приведена таблица [14], в которой методом экспертных оценок баллами определены рассматриваемые системы по ряду показателей:
Таблица 3.1.
| Система электропривода | Р, кВт | D | M | Кап. затраты | Масса | η, ΔР | Qн, cosφн | Ук | Укэ | |||
| – | ~  | ~ω2 | двиг. | преобраз. | ||||||||
| ТП – ДТП НВ | от 10 до 10000 | 1:104 | + | + | ┴ | 3.5 | 2 | 2 | 2 | 3 | 2 | 3 |
| ПЧ –АД | до 10000 | 1:104 | – | ┴ | ┴ | 3.0 | 1.5 | 2 | 1.5 | 2 | 2 | 2.5 |
Приняты обозначения: + – применяется, ┴ – ограниченно применяются, – – не применяются.
Здесь Ук и Укэ характеризуют соответственно ущерб от ненадежности и затраты на компенсирующие устройства (сглаживающие фильтры, дроссели и т.п.).
На основании оценок этой таблицы уже можно сделать вывод о применении асинхронного электропривода по ряду показателей: габаритам, КПД, потреблению электроэнергии, реактивной мощности, меньшим затратам на сетевые фильтры. Окончательно это будет решено после расчета технико-экономического эффекта. При этом необходимо учитывать ряд факторов, таких как большая ремонтнопригодность асинхронных двигателей. Также это прогрессивность применения преобразователей частоты, которые на данном этапе по трудоемкости и сложности ремонта ненамного превышают тиристорные преобразователи постоянного тока.
4. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ
4.1 Построение нагрузочной диаграммы с учетом регулирования координат электропривода
Конвейер относится к механизмам непрерывного действия, для электропривода которого характерен продолжительный режим работы S1. За время работы конвейера статический момент остается постоянным. Для режима работы S1 время пуска и торможения мало по сравнению с общим временем работы.
Определим суммарный момент инерции по формуле [1.1]:
Выразим из уравнения движения электропривода:
время пуска электропривода до номинальной скорости:
где: Мдин= М – Мс= Мн – динамический момент электропривода.
Построим нагрузочную диаграмму электропривода (рис. 4.1).
4.2 Проверка выбранного электропривода по перегрузочной способности и нагреву
Целью данного расчета является определение максимального пускового момента электродвигателя, который должен быть больше момента трогания механизма. Механическая характеристика конвейера (или фрикционная характеристика) приведена на рис 4.2 (кривая 1). Однако аналитический расчет фрикционной характеристики очень громоздок и требует дополнительных сведений о элементах кинематической цепи [3]. Поэтому апроксимируем фрикционную характеристику прямыми линиями (хар-ка 2).