Помощь студентам в учебе
Асинхронный частотно-регулируемый электропривод судового вентилятора
|
Введение 16
Раздел 2 Система вентиляции на судне 17
2.1 Система вентиляции 20
2.2 Принципы вентиляции на судах 21
2.3 Электропривод системы вентиляции 22
2.4 Состав разрабатываемой системы вентиляции 23
Раздел 3 Автоматизированная система управления технологическим процессом 25
3.1 Классификация, составление перечня и взаимосвязи
технологических переменных, управляющих воздействий, точек измерения, контроля и управления
3.2 Разработка комплекса технических средств АСУ ТП 28
3.3 Разработка общих алгоритмов функционирования АСУ
технологическим процессом и алгоритмов функционирования системы управления технологическим оборудованием
Раздел 4 Расчет электрического привода системы 36
4.1 Выбор вентиляторной установки 36
4.2 Выбор асинхронного двигателя 37
4.3 Определение параметров Т-образной схемы замещения 38
асинхронного двигателя
4.4 Расчет и построение естественной механической и 42
электромеханической характеристик двигателя
4.5 Моделирование переходных процессов в среде MATLAB Simulink
4.6 Выбор типа преобразователя и способа регулирования скорости.. 51
4.7 Расчет и построение механических и электромеханических
характеристик системы “Преобразователь частоты - Асинхронный двигатель”
4.8 Расчет вентиляторной нагрузки при работе на искусственных 57
характеристиках
4.9 Расчет электромеханических и механических характеристик
системы «преобразователь частоты - асинхронный двигатель» с IR - компенсацией
4.10 Расчет переходных процессов скорости и момента для режима пуска сброса и наброса нагрузки на валу двигателя замкнутой системы “преобразователь частоты - асинхронный двигатель”
Раздел 5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность 71 и ресурсосбережение
5.1 Предпроектный анализ 71
5.1.1 Оценка готовности проекта к коммерциализации 73
5.1.2 Методы коммерциализации результатов научно - 75
технического исследования
5.1.3 Диаграмма Исикавы 75
5.2 Инициация проекта 76
5.3 Планирование управления научно -техническим проектом 78
5.3.1 План проекта 78
5.3.2 Бюджет научного исследования 80
5.3.3 Реестр рисков проекта 86
5.4 Определение абсолютной эффективности 86
5.4.1 Оценка абсолютной эффективности исследования 86
5.4.2 Оценка социальной эффективности научного проекта 91
5.4.3 Анализ показателей методики освоенного объема 91
Раздел 6 Социальная ответственность 93
Введение 93
6.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения 94
безопасности работников, выполняющих работы в грузовых трюмах
6.1.1 Правовые норма трудового законодательства 94
6.2 Производственная безопасность при работе в грузовых трюмах.. 95
6.2.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов... 95
6.2.2 Расчет уровня производственного фактора для грузового 98
трюма
6.3 Экологическая безопасность 101
6.3.1 Анализ влияния системы вентиляции трюма на 102
окружающую среду
6.3.2 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды 102
6.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 103
Вывод по разделу 104
Заключение 106
Список литературы 109
Приложение А. Asynchronous frequency-controlled electric drive of the ship 112
fan
Приложение Б. Режимы работы системы 128
Раздел 2 Система вентиляции на судне 17
2.1 Система вентиляции 20
2.2 Принципы вентиляции на судах 21
2.3 Электропривод системы вентиляции 22
2.4 Состав разрабатываемой системы вентиляции 23
Раздел 3 Автоматизированная система управления технологическим процессом 25
3.1 Классификация, составление перечня и взаимосвязи
технологических переменных, управляющих воздействий, точек измерения, контроля и управления
3.2 Разработка комплекса технических средств АСУ ТП 28
3.3 Разработка общих алгоритмов функционирования АСУ
технологическим процессом и алгоритмов функционирования системы управления технологическим оборудованием
Раздел 4 Расчет электрического привода системы 36
4.1 Выбор вентиляторной установки 36
4.2 Выбор асинхронного двигателя 37
4.3 Определение параметров Т-образной схемы замещения 38
асинхронного двигателя
4.4 Расчет и построение естественной механической и 42
электромеханической характеристик двигателя
4.5 Моделирование переходных процессов в среде MATLAB Simulink
4.6 Выбор типа преобразователя и способа регулирования скорости.. 51
4.7 Расчет и построение механических и электромеханических
характеристик системы “Преобразователь частоты - Асинхронный двигатель”
4.8 Расчет вентиляторной нагрузки при работе на искусственных 57
характеристиках
4.9 Расчет электромеханических и механических характеристик
системы «преобразователь частоты - асинхронный двигатель» с IR - компенсацией
4.10 Расчет переходных процессов скорости и момента для режима пуска сброса и наброса нагрузки на валу двигателя замкнутой системы “преобразователь частоты - асинхронный двигатель”
Раздел 5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность 71 и ресурсосбережение
5.1 Предпроектный анализ 71
5.1.1 Оценка готовности проекта к коммерциализации 73
5.1.2 Методы коммерциализации результатов научно - 75
технического исследования
5.1.3 Диаграмма Исикавы 75
5.2 Инициация проекта 76
5.3 Планирование управления научно -техническим проектом 78
5.3.1 План проекта 78
5.3.2 Бюджет научного исследования 80
5.3.3 Реестр рисков проекта 86
5.4 Определение абсолютной эффективности 86
5.4.1 Оценка абсолютной эффективности исследования 86
5.4.2 Оценка социальной эффективности научного проекта 91
5.4.3 Анализ показателей методики освоенного объема 91
Раздел 6 Социальная ответственность 93
Введение 93
6.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения 94
безопасности работников, выполняющих работы в грузовых трюмах
6.1.1 Правовые норма трудового законодательства 94
6.2 Производственная безопасность при работе в грузовых трюмах.. 95
6.2.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов... 95
6.2.2 Расчет уровня производственного фактора для грузового 98
трюма
6.3 Экологическая безопасность 101
6.3.1 Анализ влияния системы вентиляции трюма на 102
окружающую среду
6.3.2 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды 102
6.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 103
Вывод по разделу 104
Заключение 106
Список литературы 109
Приложение А. Asynchronous frequency-controlled electric drive of the ship 112
fan
Приложение Б. Режимы работы системы 128
Транспортировка грузов морским транспортом в общем мировом грузообороте занимает более 60%, к тому же, это наилучший вариант межконтинентальных перевозок, и почти каждая страна обладает обустроенным портом с выходом к морю.
Средняя дальность морских перевозок составляет 3,5 тыс. км и зачастую транспортировка происходит из холодных регионов в теплые или наоборот. Обозначенный факт смены климата приводит к тому, что при транспортировке грузов на большие расстояния могут возникнуть значительные его повреждения в результате сильного отпотевания трюмов или груза. Повреждения груза в результате отпотевания соответственно, является издержкой, которую можно устранить путем правильно организованной вентиляции трюма.
Так, корректная вентиляция трюма позволяет не только избежать отпотевания груза, но и удалять газы, выделяемые в трюме или погрузчиком с ДВС, или плодоовощными грузами. Также необходимо проводить вентиляцию в случае перевозки грузов, которые при контакте с кислородом выделяют тепло, чтобы предотвратить нагревание и самовозгорание груза и в случае перевозки рефрижераторных контейнеров, которые во время работы выделяют значительное количество тепла.
Правильная организация вентиляции трюма, о которой будет сказано ниже, должна включать в себя измерение температуры и влажности в трюме и за бортом для определения точек росы, и, если на основе результатов измерений это необходимо, включение или выключение вытяжных и приточных вентиляторов.
Обобщая все вышеприведенное можно говорить о том, что применение автоматизированного электропривода вентиляции судовых трюмов позволит снизить издержки при транспортировке грузов, повысить точность проведения вентиляции.
Средняя дальность морских перевозок составляет 3,5 тыс. км и зачастую транспортировка происходит из холодных регионов в теплые или наоборот. Обозначенный факт смены климата приводит к тому, что при транспортировке грузов на большие расстояния могут возникнуть значительные его повреждения в результате сильного отпотевания трюмов или груза. Повреждения груза в результате отпотевания соответственно, является издержкой, которую можно устранить путем правильно организованной вентиляции трюма.
Так, корректная вентиляция трюма позволяет не только избежать отпотевания груза, но и удалять газы, выделяемые в трюме или погрузчиком с ДВС, или плодоовощными грузами. Также необходимо проводить вентиляцию в случае перевозки грузов, которые при контакте с кислородом выделяют тепло, чтобы предотвратить нагревание и самовозгорание груза и в случае перевозки рефрижераторных контейнеров, которые во время работы выделяют значительное количество тепла.
Правильная организация вентиляции трюма, о которой будет сказано ниже, должна включать в себя измерение температуры и влажности в трюме и за бортом для определения точек росы, и, если на основе результатов измерений это необходимо, включение или выключение вытяжных и приточных вентиляторов.
Обобщая все вышеприведенное можно говорить о том, что применение автоматизированного электропривода вентиляции судовых трюмов позволит снизить издержки при транспортировке грузов, повысить точность проведения вентиляции.
В магистерской диссертации достигнуты поставленные цели по проектированию системы вентиляции с автоматизированной системой управления.
В результате проведенной работы выполнено:
1. Установлены существующие проблемы морских и океанических перевозок грузов в судовых трюмах, проведен обзор применяющихся типов вентиляции, определены средства и методы, направленные на устранение существующих проблем описанных перевозок.
2. Установлена корректная последовательность технологического процесса вентиляции, определены главные условия правильной работы системы вентиляции, на основании чего составлен алгоритм работы автоматизированной системы и построена функциональная схема установки.
3. Определены технологические переменные, управляющие сигналы, точки управления, построена схема их взаимосвязи. Разработка иерархия уровней АСУ ТП, выбраны входящие в нее устройства.
4. В работе выбрана и рассчитана на основании требующегося расхода воздуха и давления судовая вентиляторная установка.
5. На основании полученной мощности вентиляторной установки выбран асинхронный электродвигатель мощностью 2.2кВт. Рассчитаны параметры схема замещения электродвигателя, произведен расчет и построение естественной статической механической и электромеханической характеристик, определены их контрольные точки. На основании определенных по графикам контрольных точек естественных характеристик электродвигателя, был сделан вывод о правильности рассчитанных параметров схемы замещения.
Также, в программном комплексе MATLAB Simulink была составлена модель асинхронного двигателя и проведен прямой пуск электродвигателя с набросом нагрузки. В результате чего получены графики переходного процесса 106
угловой скорости, электромагнитного момента и фазного тока, а также динамическая механическая характеристика и фазовый портрет вектора потокосцепления. Так, по результатам моделирования можно заключить, что параметры электродвигателя рассчитаны верно и имитационная модель построена корректно, что позволит произвести на основе данной модели моделирование частотно-регулируемого асинхронного привода
6. Для питания электродвигателей выбран преобразователь частоты
Danfoss VLT FC 106, а также обоснован выбор скалярного управления с законом
регулирования -^4- = const, обеспечивающий нормальный режим работы f2
электродвигателя при вентиляторной нагрузке.
7. Произведен расчет и построение искусственных статических механической и электромеханической характеристик для системы «преобразователь частоты - асинхронный двигатель», а также рассчитана и построена «вентиляторная» нагрузка. На основании полученных результатов установлена правильность выбора закона частотного регулирования, а также введена вольтдобавка для низких частот.
8. Для оптимизации работы электропривода была введена IR- компенсация и построены соответствующие статические характеристики. В результате введения компенсации видно увеличении жесткости механических характеристик при увеличении коэффициента компенсации, что требуется для решения проблемы оптимизации работы привода как при пуске, так и при работе в условиях не номинального режима.
9. В работе выполнено имитационное моделирование работы системы асинхронного частотно регулируемого электропривода с «вентиляторной» нагрузкой в программном комплексе MATLAB Simulink. Для данного пункта работы была составлена имитационная модель, включающая в себя модель нагрузки, асинхронного двигателя, задатчика интенсивности, преобразователя частоты, прямого и обратного координатных преобразователей, система обратных связей и блоки задания закона регулирования.
При помощи данной модели без нагрузки построены переходные характеристики скорости ротора и электромагнитного момента двигателя и динамические механические характеристики для различных коэффициентов компенсации, по которым было установлено что колебания электромагнитного момента двигателя увеличиваются при увеличении коэффициента компенсации. Для модели с набросом нагрузки и имитацией «вентиляторной» нагрузки и коэффициентом компенсации 0.3 также были построены переходные характеристики скорости ротора и электромагнитного момента двигателя и динамические механические характеристики. На основании полученных в данных моделированиях данных можно говорить о правильности системы электропривода. Так, можно заключить корректность расчета электродвигателя, выбора закона регулирования, а также способность электропривода к пуску и работе в установившемся режиме с имеющейся «вентиляторной» нагрузкой и с применением IR-компенсации.
10. В работе представлен экономический расчет и анализ предлагаемого к разработке технического устройства. Так, проведена оценка готовности проекта к коммерциализации с составлением диаграммы Исикавы, приведены сроки реализации проекта, рассчитан бюджет исследования. Также, на основании проведенной оценки ресурсоэффективности проекта можно сделать вывод о том, что в перспективе проект эффективен.
11. В разделе социальная ответственность рассмотрены правовые нормы трудового законодательства. Произведён анализ вредных и опасных факторов, возникающих при разработке и использовании исследуемой системы, предложены варианты решения или снижения их влияния. Рассчитано искусственное освещение для грузового трюма.
В результате проведенной работы выполнено:
1. Установлены существующие проблемы морских и океанических перевозок грузов в судовых трюмах, проведен обзор применяющихся типов вентиляции, определены средства и методы, направленные на устранение существующих проблем описанных перевозок.
2. Установлена корректная последовательность технологического процесса вентиляции, определены главные условия правильной работы системы вентиляции, на основании чего составлен алгоритм работы автоматизированной системы и построена функциональная схема установки.
3. Определены технологические переменные, управляющие сигналы, точки управления, построена схема их взаимосвязи. Разработка иерархия уровней АСУ ТП, выбраны входящие в нее устройства.
4. В работе выбрана и рассчитана на основании требующегося расхода воздуха и давления судовая вентиляторная установка.
5. На основании полученной мощности вентиляторной установки выбран асинхронный электродвигатель мощностью 2.2кВт. Рассчитаны параметры схема замещения электродвигателя, произведен расчет и построение естественной статической механической и электромеханической характеристик, определены их контрольные точки. На основании определенных по графикам контрольных точек естественных характеристик электродвигателя, был сделан вывод о правильности рассчитанных параметров схемы замещения.
Также, в программном комплексе MATLAB Simulink была составлена модель асинхронного двигателя и проведен прямой пуск электродвигателя с набросом нагрузки. В результате чего получены графики переходного процесса 106
угловой скорости, электромагнитного момента и фазного тока, а также динамическая механическая характеристика и фазовый портрет вектора потокосцепления. Так, по результатам моделирования можно заключить, что параметры электродвигателя рассчитаны верно и имитационная модель построена корректно, что позволит произвести на основе данной модели моделирование частотно-регулируемого асинхронного привода
6. Для питания электродвигателей выбран преобразователь частоты
Danfoss VLT FC 106, а также обоснован выбор скалярного управления с законом
регулирования -^4- = const, обеспечивающий нормальный режим работы f2
электродвигателя при вентиляторной нагрузке.
7. Произведен расчет и построение искусственных статических механической и электромеханической характеристик для системы «преобразователь частоты - асинхронный двигатель», а также рассчитана и построена «вентиляторная» нагрузка. На основании полученных результатов установлена правильность выбора закона частотного регулирования, а также введена вольтдобавка для низких частот.
8. Для оптимизации работы электропривода была введена IR- компенсация и построены соответствующие статические характеристики. В результате введения компенсации видно увеличении жесткости механических характеристик при увеличении коэффициента компенсации, что требуется для решения проблемы оптимизации работы привода как при пуске, так и при работе в условиях не номинального режима.
9. В работе выполнено имитационное моделирование работы системы асинхронного частотно регулируемого электропривода с «вентиляторной» нагрузкой в программном комплексе MATLAB Simulink. Для данного пункта работы была составлена имитационная модель, включающая в себя модель нагрузки, асинхронного двигателя, задатчика интенсивности, преобразователя частоты, прямого и обратного координатных преобразователей, система обратных связей и блоки задания закона регулирования.
При помощи данной модели без нагрузки построены переходные характеристики скорости ротора и электромагнитного момента двигателя и динамические механические характеристики для различных коэффициентов компенсации, по которым было установлено что колебания электромагнитного момента двигателя увеличиваются при увеличении коэффициента компенсации. Для модели с набросом нагрузки и имитацией «вентиляторной» нагрузки и коэффициентом компенсации 0.3 также были построены переходные характеристики скорости ротора и электромагнитного момента двигателя и динамические механические характеристики. На основании полученных в данных моделированиях данных можно говорить о правильности системы электропривода. Так, можно заключить корректность расчета электродвигателя, выбора закона регулирования, а также способность электропривода к пуску и работе в установившемся режиме с имеющейся «вентиляторной» нагрузкой и с применением IR-компенсации.
10. В работе представлен экономический расчет и анализ предлагаемого к разработке технического устройства. Так, проведена оценка готовности проекта к коммерциализации с составлением диаграммы Исикавы, приведены сроки реализации проекта, рассчитан бюджет исследования. Также, на основании проведенной оценки ресурсоэффективности проекта можно сделать вывод о том, что в перспективе проект эффективен.
11. В разделе социальная ответственность рассмотрены правовые нормы трудового законодательства. Произведён анализ вредных и опасных факторов, возникающих при разработке и использовании исследуемой системы, предложены варианты решения или снижения их влияния. Рассчитано искусственное освещение для грузового трюма.