Курсовая работа: Выбор и расчет электроприводов насосов ГД судна СРТМ

В составе электропривода могут отсутствовать преобразовательное устройство (двигатель питается непосредственно от сети), или механическая передача (у вентилятора крыльчатка насажена на вал двигателя).

Электроприводы можно разделить на одиночные и многокоординатные.

Одиночным называется электропривод, в котором рабочий орган машины приводится в действие одним электродвигателем (электропривод шпиля).

Многокоординатным или многодвигательным называют электропривод, в котором каждый из рабочих органов машины приводится в движение отдельным электродвигателем. Так в электроприводе грузоподъемного крана механизмы поворота платформы, вылета стрелы и подъема груза приводятся в движение своим электродвигателем. Применение многокоординатного электропривода упрощает кинематическую схему и конструкцию электромеханической системы.

По способу управления электроприводы делят на неавтоматизированные, автоматизированные и автоматические.

Неавтоматизированный электропривод предусматривает участие человека в выработке управляющих воздействий и компенсации последующих возмущений.

Автоматизированный электропривод требует участия человека только в выработке начального управляющего воздействия.

Автоматическим считается электропривод, где роль человека сводится лишь к наблюдению за работой электромеханической системы.

По роду тока различают электроприводы постоянного и переменного тока.

Судовые электроприводы, приводящие в действие судовые механизмы, делятся на рулевые, якорно-швартовные, грузоподъемные, вспомогательные (электроприводы, обслуживающие механизмы главной силовой установки судна).

3. Расчет и выбор электродвигателя для насоса

Основное звено в системе электропривода - электродвигатель. Известно, что надежность электропривода повышается за счет применения асинхронных двигателей, при этом снижаются капитальные затраты и эксплуатационные расходы.

Описание насосного оборудования.

Насосная станция второго подъема для повышения надежности имеет два центробежных насоса типа 1Д315-71.

Рисунок 4 - Станок 1Д315-71

Центробежные насосы двустороннего входа используются для перекачивания воды и других жидкостей, которые имеют свойства, сходные с водой по вязкости до 36*10-6 м2/с (36сСт) и химической активности, температурой от 274 до 358К (от 1 до 85°С), не содержат твердые включения по массе более 0,05%, размеру более 0,2 мм и микротвердостью более 6,5 Гпа (650кгс/мм²) [20].

Таблица 3 - Номинальные данные центробежного насоса 1Д315-71

Насосы относятся к тем механизмам, в которых нельзя точно сказать, какая нагрузка будет на валу двигателя в данный момент времени. Если рассматривать работу насосов статистически, то большую часть времени потребление воды будет небольшим, соответственно система регулирования снизит скорость насосов настолько, чтоб напор держался постоянным. Ввиду этого потребление мощности из сети будет небольшим, но вполне возможны и такие случаи, при которых потребление и, следовательно, скорость будут высоки. Поэтому двигатели следует выбирать под номинальные параметры насоса.

Определим мощность на валу двигателя:

где g = 9,81 м/с² - ускорение свободного падения;

= 1000 кг/м³ - плотность воды;

Q_н.N = 0,087 - номинальная производительность насоса, м³/с;

H_н.N - номинальный напор насоса, м;

ДH = 6,5 - кавитационный запас, м;

_н.N=0,83- номинальный КПД насоса.

Поэтому двигатели, которые установлены на насосной станции, имеют номинальную мощность свыше 79,69 киловатт. По характеристикам сделаем выбор асинхронного двигателя исходя из рекомендации производителя насоса.

Согласно рекомендации производителя насоса и мощности, выберем асинхронный двигатель, имеющий мощность 110 киловатт серии 5АМ [11] 5AM280S4, запишем номинальные данные двигателя (таблица 4).

Вид электродвигателя 5АМ280S4 У3 (рисунок 5).

Рисунок 5 - Асинхронный двигатель 5АМ280S4 У3

Таблица 4 - Номинальные данные электродвигателя 5АМ280S4 У3

Во всех подобных системах для повышения напора использование только насосной установки, недостаточно. Установка должна регулировать давление в водонапорной сети, чтобы снизить энергетические затраты, уменьшить расход воды, а также уменьшить количество используемой аппаратуры.

4. Выбор преобразователя и вспомогательного оборудования

Функцию преобразования необходимых параметров энергии сети питания к таким количественным значениям, которые нужны для нормальной работы двигателя, и функцию преобразования количества электрической энергии, которая подводится к двигателю для регулирования скорости и выполняет преобразователь. Как было рассмотрено ранее, в качестве преобразователя принят преобразователь, на базе инвертора напряжения на IGВТ-транзисторах со скалярной ШИM-модуляцией.

При выборе необходимо руководствоваться такими основными требованиями:

- преобразователь должен обладать высокой надежностью при всех режимах работы;

- преобразователь должен обладать простотой системы управления;

- преобразователь должен обладать минимально возможной стоимостью.

В качестве преобразователя выбираем преобразователь частоты на транзисторах 3G3НV-В11К японской фирмы ОМRОN [12].

Инвертор большой мощности 3G3НV легко обслуживается, имеет расширенные возможности, такие как Пропорциональное Интегральное Дифференциальное регулирование и работа в энергосберегающем режиме.

По своей схеме это преобразователь, имеющий два звена автономный инвертор и неуправляемый выпрямитель ШИМ. Его силовая часть построена на транзисторах, в своей основе это транзисторы типа IGВТ (биполярные транзисторы).

Преобразователь имеет систему управления на микропроцессоре, и предназначен для управления двигателем мощностью около 130 киловатт.

Линейное напряжение привода с преобразователем составляет 380 вольт. Система управления содержит встроенный Пропорциональный Интегральный Дифференциальный регулятор, параметры регулятора вводятся с пульта управления.

Можно настроить регулятор для регулирования в водопроводной магистрали давления. Задание давления, и обратную связь можно производить в аналоговом виде, при помощи многофункциональных аналоговых входов.

Также преобразователь может обеспечить плавный пуск и плавное торможение двигателя.

Встроенные защитные модули содержат максимальную токовую защиту двигателей, имеет защиту от перегрузки по напряжению, имеет защиту от перегрева, имеет защиту от перегрузки.

Таблица 6 - Номинальные данные на преобразователь

Рисунок 6 - Преобразователь 3G3НV-В11К японской фирмы ОМRОN

В таблице 6приведены характеристики преобразователя 3G3НV-В11К японской фирмы ОМRОN.

Преобразователь обеспечивает режимы работы приводных машин:

- обеспечивает плавный пуск;

обеспечивает длительную работу в нужном диапазоне нагрузок и частот вращения;

обеспечивает реверсирование движения;

обеспечивает торможение и останов;

обеспечивает защиту механического и электрического оборудования.

Эффективность применения электропривода обусловлена:

довольно высоким качеством динамических и статических характеристик;

обладает большими энергетическими показателями;

обладает гибкой настройкой параметров и режимов;

обладает развитым интерфейсом и приспособленностью к различным системам управления;

обладает высокой монтажной и наладочной готовностью;

обладает простотой и удобством в управлении и обслуживании.

Рисунок 7 - Силовые цепи преобразователя частоты

Выбор датчиков давления

Датчики разрабатываются рядом фирм. В дипломном проектировании выбран датчик фирмы «Меtrаn»:

Рисунок 8 - Внешний вид датчиков фирмы Меtrаn-100

Датчики фирмы Меtrаn-100 предназначены для работы в различных системах по автоматическому контролю, регулированию и управлению и обеспечивают преобразования давления в аналоговый сигнал.

Исходя из номинального давления насоса сделаем выбор датчика

Р_макс= кН_ном= 1,26,5= 7.8 атм.

Выберем датчик с ближайшим рабочим давлением серии Метран-100-ДИ

Они предназначены для работы в таких системах, где имеется автоматический контроль, регулирование и управление технологическими процессами и предназначены для обеспечения непрерывного преобразования в токовый либо цифровой на базе HART-протокола выходной сигнал на базе HART-протокола дистанционной передачи для следующих величин измерения:

- избыточного давления.

Измерение среды: пар, газ, жидкости, газообразный кислород и газовые смеси.

Диапазоны давлений:

- максимальный 0-100 Мпа;

- минимальный 0-0,04 кПа;

Степень защиты от воды и пыли IР65.

Основная погрешность датчика: ±0,1процента, ±0,15 процента, ±0,25 процента, ±0,5 процента;

Выходные сигналы:

- непрерывный аналоговый сигнал;

- цифровой сигнал в стандарте НАRT;

Возможности датчика:

- осуществлять контроль текущего измеряемого давления;

- осуществлять контроль и настройку параметров датчика;

- осуществлять установку «нуля»;

- осуществлять выбор системы;

- осуществлять настройку времени усреднения;

- осуществлять перенастройку диапазонов измерения;

- осуществлять настройку на «смещенный» диапазон;

- осуществлять выбор зависимости сигнала от входного значения;

- осуществлять калибровку датчика;

- осуществлять непрерывную самодиагностику;

- осуществлять тестирование и управление всеми параметрами датчика;

- осуществлять защиту настроек.

Интервал между поверками - 3 года;

Гарантия эксплуатации - 3 года.

Вид датчика Meтран-100-Ди показан на рисунке 9.

Рисунок 9 - Общий вид Meтран-100-Ди

Выбор кабелей питания

Расчет сечения кабеля для питания установки сделаем по допустимому току.

Сечение кабелей напряжением менее 1000 вольт, исходя из условий нагрева, выберем в зависимости от длительной токовой нагрузки. Сечение кабеля выбирается по условию нагрева расчетным током

где I_Р - расчетный ток: