Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Вопросы энергосбережения технологических процессов в сельскохозяйственных установках 8
1 Типовые технологические процессы в сельскохозяйственных установка 8
1.1 Технологические процессы послеуборочной обработки зерна 8
1.2 Технологический процесс приготовления корма 10
1.3 Технологические процессы в животноводстве 12
1.4 Технологический процесс водоснабжения и мелиорации 2 Электротехнические установки участвующие в технологическом процессе 19
3 Методы энергосбережения в электроприводах 22
4 Оптимизация технологических процессов с точки зрения энергосбережения 25
5 Задачи диссертации 28
Глава II. Энергосбережение в электроприводе центробежных механизмов 30
1 Эффективность энергосбережения при регулировании скорости электропривода 30
2 Расчет и выбор мощности электродвигателя центробежного механизма в системе ТРН-АД 36
2.1 Выбор мощности асинхронного двигателя в системе ТРН АД 36
2.2 Оптимизация асинхронных электроприводов при постоян ной частоте тока статора 45
3 Расчет и выбор мощности электродвигателя центробежного механизма в системе ТПЧ-АД и его оптимизация 48
4 Исследования учета влияния электромагнитных процессов на энергетические показатели асинхронного электропривода методом математического моделирования ПП SIMULINK 54
5 Определение границ применения систем ТРН-АД и ТПЧ-АД 67
6 Выводы по главе 73
Глава III. Система оптимального по энергосбережению управления активного вентилирования 75
1 Описание технологического процесса 75
1.1 Методы сушки 75
1.2 Виды активного вентилирования зерна 76
1.3 Основные свойства зерна 83
1.4 Основные свойства воздуха 84
1.5 Установки для активного вентилирования 86
2 Параметры системы управления 90
2.1 Технология и режимы активного вентилирования зерна 90
2.2 Параметры, характеризующие вентилируемые бункера как объект автоматизации 91
3 Требования к системе оптимального управления процессом активного вентилирования 95
3.1 Режимы активного вентилирования 95
3.2 Требования к системе активного вентилирования 100
4 Экстремальные системы управления асинхронными электропри водами 103
4.1 Экстремальное регулирование 103
4.2 Системы экстремального регулирования
5 Существующая структурная схема активного вентилирования 106
6 Предлагаемая система 110
7 Расчет регулятора 112
8 Выводы по главе 121
Глава IV. Экспериментальная исследования 123
1 Цели эксперимента 123
2 Описание экспериментальной установки 123
3 Принципиальная схема установки 127
4 Экспериментальные исследования на стенде
4.1 Определение параметров схемы замещения и рабочих характеристик АД 130
4.2 Определение технологических характеристик установки 133
5 Выводы по главе 143
Заключение 145
Список литературы 147
- Технологический процесс приготовления корма
- Расчет и выбор мощности электродвигателя центробежного механизма в системе ТПЧ-АД и его оптимизация
- Установки для активного вентилирования
- Описание экспериментальной установки
Технологический процесс приготовления корма
В производстве животноводческой продукции можно выделить ряд типичных ТП, характеризуемых достаточно высоким уровнем механизации, таковы: доение коров (уровень механизации 96%), подача воды (95%), раздача кормов (67%), уборка навоза (66%).
Раздача корма. Полнорационное кормление - основное условие реализации генетического потенциала продуктивности стада, увеличения сроков его хозяйственного использования, а также снижения затрат и удешевления продукции.
Существует два основных способа кормления крупного рогатого скота (КРС) - нормированный и ненормированный. Первый применяют при привязном способе, второй - при беспривязном содержании животных, причем ненормированно обычно скармливают грубые корма на кормовых площадках. Затраты труда на погрузку, транспортирование и раздачу кормов на фермах КРС, несмотря на достаточно высокий уровень механизации, составляют до 25% от общих затрат. Система машин, действующая на этих фермах, рассчитана на применение трех основных видов кормовых смесей: сухих гранулированных и брикетированных; полувлажных при сенажном типе кормления; влажных при силосно-корнеплодном и сенажно - силосном типах кормлениях.
Способ кормления определяет перечень операций и тип механизмов, в них участвующих. Так, при ненормированном кормлении основные операции - доставка корма и выгрузка его в кормушки, а при нормированном участвующие в процессе раздачи корма механизмы должны обладать способностью точного его дозирования.
Многочисленные типы механизмов для раздачи кормов (кормораздатчики) могут быть классифицированы как мобильные или стационарные. Мобильные раздатчики доставляют корма в помещение и сами же раздают их. Они приводятся в действие от двигателей внутреннего сгорания или электродвигателей. Радиус действия электромобильных раздатчиков ограничен длиной питающего кабеля или троллеев. Среди мобильных раздатчиков наиболее распространен КТУ - 10А, представляющий собой двухосный прицеп с приводом от вала отбора мощности трактора. Более всего он пригоден для транспортирования и раздачи грубых, зеленых и сочных кормов. Раздающее устройство включает в себя два битера, выгрузной и наклонный дополнительный (для выгрузки корма в высокие кормушки) транспортер.
Норма выдачи кормов и направление движения подающего транспортера изменяются кривошипно - шатунным механизмом. Раздатчик может быть легко переоборудован для раздачи корма на обе стороны. При откорме скота на площадках применяют мобильные раздатчики -смесители. Они позволяют раздать животным корм в виде смесей. Эти кормораздатчики агрегатируют с тракторами (РСП - 10) или монтируют на шасси автомобиля (АРС -10).
Стационарные раздатчики кормов отличаются тем, что у них подвижен только рабочий орган, сам же раздатчик неподвижен и монтируется в кормушках или над ними.
В зависимости от типа рабочего органа стационарные раздатчики подразделяют на скребковые, ленточные, ленточно - тросовые, шнековые и канатно - дисковые.
Скребковый раздатчик представляет собой бесконечную цепь со скребками, перемещающую корм внутри желоба. Этот тип раздатчика используют для транспортирования корнеклубнеплодов, силоса, грубых кормов и зерна. В зависимости от особенностей конструкции корм перемещается верхней или нижней ветвью раздатчика.
Ленточный раздатчик представляет собой бесконечную ленту из прорезиненного материала, перемещающую корм горизонтально или под небольшим углом, зависящим от сыпучести корма.
Шнековый раздатчик состоит из кожуха, в котором вращается рабочий винт, перемещающий корм (корнеклубнеплоды, силос и т.д.). Во всех раздатчиках производительность изменяется за счет частоты вращения рабочего органа.
Доение коров. Машинное доение повышает производительность труда в 2...5 раз, но предъявляет особо жесткие требования к соблюдению технологического режима. Так, при пониженном вакууме коровы не успевают выдоиться, а при повышенном увеличивается опасность заболевания маститом; при большом разрыве между подмыванием вымени и началом доения уменьшается полнота выдаивания и т.д. Следует иметь в виду, что молокоотдача животного неравномерна, при это задержка с отключением вакуума и снятием стаканов также увеличивает вероятность заболевания маститом. Особенность автоматизации доильных установок зависит от их назначения: — для доения в стойлах (АДМ - 8 А, АД - 100Б, ДАС - 2В); — для доения в специальных залах (УДТ - 8, УДА - 8А, УДЕ - 8А, УДА -16А). Доильный агрегат с молокопроводом АДМ -8А обеспечивает кроме собственно выдаивания животных, транспортирование молока в молочное отделение, индивидуальный и групповой учет удоя 50 животных, фильтрацию, а также охлаждение и сбор молока в емкости для хранения.
Конструкция установки АДМ - 8А предусматривает автоматическое регулирование вакуума прямого действия, настраиваемый на разрежение 45 кПа, измерение (дозирование) удоя, промывку и дезинфекцию молочной линии по окончании доения.
Система обеспечения микроклимата. В число параметров микроклимата, определяющих эффективность животноводства, входит температура воздуха, относительная влажность, содержание вредных для животных ком-понентов(ЫНз и др.), скорость движения воздуха и т.д.
Нормы технологического проектирования определяют оптимальную температуру в коровнике на уровне 10С (без подстилки 13С). При отклонении параметра в обе стороны от указанных значений продуктивность животных падает.
Влияние повышенных и пониженных температур особенно сильно в условиях повышенной относительной влажности воздуха. Источник влаго-выделения - само животное плюс испарение влаги с поверхности пола, поилок и т.д. В сумме это составляет до 500 г водяных паров в час на 1 животное.
Расчет и выбор мощности электродвигателя центробежного механизма в системе ТПЧ-АД и его оптимизация
Самовентилируемые двигатели целесообразно использовать при вентиляторной нагрузке. Характер изменения момента вентиляторной нагрузки от скорости соответствует тенденции изменения теплоотдачи самовентилируемого двигателя. Как видно на рис.2.14, момент вентиляторной нагрузки падает быстрее, чем уменьшается температура теплоотдача и допустимый по нагреву момент. Из сопоставления значений моментов по этой кривой со значениями допустимых по нагреву моментов видно, что при любой частоте и для любого двигателя момент вентиляторной нагрузки меньше допустимого по нагреву момента. Следовательно, при вентилятороной нагрузке могут быть использованы самовентилируемые двигатели без завышения их установленной мощности при любом диапазоне частотного регулирования угловой скорости.
Частотное регулирование угловой скорости является экономичным, так как управление двигателем производится при малых скольженьях. Кроме того, при частотном управлении, также как и при ТРН достигается минимум потерь в АД или минимум потребляемого двигателем тока или экстремума других энергетических показателей.
Для частотного способа управления на примере асинхронного двигателя 4А80В2УЗ (Рн = 2,2кВт) и вентиляторном моменте на валу, потери мощности определяются значением абсолютного скольжения /? (2.43). С другой стороны, сам режим на валу является функцией управляющих воздействий на двигатель (напряжения или ток и частоты). Закон управления двигателем, обеспечивающий минимум потерь при вентиляторном моменте на валу, определяет величину напряжения (тока), при котором значение абсолютного скольжения р соответствует минимуму потерь мощности [79]: a = p + (b, (2.44) где со - относительная скорость при аш и со . Продифференцировав выражение (2.43) относительно /?, получим уравнение четвертого порядка, которое решается численным методом. Зависимости оптимального абсолютного скольжения и относительной частоты от угловой скорости вращения представлены на рис.2.15. При уменьшении угловой скорости вращения, оптимальная относительная частота а и оптимальное абсолютное скольжения в режиме минимума потерь уменьшается.
Зависимость оптимальных потерь мощности от угловой скорости вращения АРопт = /() (от со до а ж) Оптимальные потери мощности при оптимальном абсолютном скольжении и оптимальной относительной частоте, представлены на рис.2.16. Анализируя эту зависимость видно, что в двигателе потери уменьшаются, при уменьшении угловой скорости вращения.
Потери мощности при угловых скоростях со , да от абсолютного скольжения и от относительной частоты представлены на рис.2.17. Из выражения (2.43) и рис.2.17 видно, что при каждой угловой скорости из интервала (от со до а ) существует оптимальное абсолютное скольжения и оптимальная относительная частота.
Зависимость абсолютного скольжения (а) и относительной частоты (б) от потерь мощности Проведенные исследования для частотно - управляемого АЭП с центробежными агрегатами, позволяют сделать следующие выводы: - регулирование скорости электропривода, а следовательно производи тельности и напора, осуществляется плавно и бесступенчато по сравнению с другими способами регулирования; - для каждой скорости вращения ЭП существует такое соотношение (3 и а, при котором потери в АД - минимальны. Исследования учета влияния электромагнитных процессов на энергетические показатели асинхронного электропривода методом математического моделирования ПП SIMULINK
Предлагается исследовать учет влияния электромагнитных процессов на энергетические показатели асинхронного электропривода с вентиляторным моментом на валу при питании от синусоидального напряжения и от тиристорного регулятора напряжения в прикладной программе Simulink.
Система Simulink - программный продукт математической программы Matlab и предназначен для моделирования динамических систем. Она работает в тесном взаимодействии со средой Matlab, обмениваясь с ней данными. Создание модели в системе Simulink происходит в наиболее простой и естественной форме - путем сборки модели из блоков.
Один из множества прикладных пакетов Simulink - Power System Blockset. Этот пакет служит для моделирования энергетических (силовых) систем и устройств - от простых электрических цепей постоянного и переменного тока до сложных линий электропередачи большой мощности, преобразовательных устройств на современной элементной базе и электрических машин с системами управления.
При построении моделей энергетических устройств используется метод «Click and Drag» («щелкни и тяни»), позволяющий легко создавать графические представления моделей в виде привычных для энергетиков блок - схем. Они создаются в окнах моделей Simulink и затем запускаются на исполнение.
При тиристорном управлении асинхронный электропривод все время находится в последовательно сменяющих друг друга переходных режимах, вызываемых переключениями тиристоров. При каждой коммутации цепей в АД возникает электромагнитный переходный процесс, обусловленный изменением магнитного состояния машины. Для исследования переходных процессов и энергетических показателей в ПП SIMULINK были разработаны модели: 1) электромеханическая модель без учета электромагнитных процессов; 2) модель АД, питаемого от синусоидального изменяемого по времени напряжения с учетом электромагнитных процессов; 3) модель АД при питании от тиристороного ключа с вентиляторной нагрузкой на валу и блок вывода потерь по формуле (2.19).
Установки для активного вентилирования
В насыпи без обработки влажное зерно может храниться без ухудшения качества крайне непродолжительное время.
С увеличением начальной влажности и температуры зерна резко сокращается время его безопасного хранения. Высокая влажность и температура воздуха в уборочный период заставляет сушить зерно сразу после уборки.
Чтобы обеспечить сохранность влажного зерна, ожидающего сушки, широко применяют активное вентилирование, позволяющее обрабатывать воздушным потоком неподвижный толстый слой зерна. В зависимости от температуры и влажности воздуха зерно можно охладить или высушить.
Наружный воздух перед подачей в зерновую насыпь нагревают, охлаждают или используют без подготовки. Активное вентилирование широко применяют и для сушки семян, особенно подверженных растрескиванию при интенсивном высушивании (соя).
При соблюдении правил и режимов вентилирования сохраняется или повышается качество зерна (за счет ускорения периода послеуборочного дозревания).
Активное вентилирование - процесс длительный (от одного дня до нескольких суток), так как зерно обрабатывается в неподвижном толстом слое.
Охлаждение, временное хранение и сушку зерна вентилированием проводят на одних и тех же установках, но при разных режимах.
Активное вентилирование можно применять также для охлаждения зерна после сушилок, аэрации сухого зерна при хранении, предпосевного обогрева семян.
Установки для активного вентилирования просты по конструкции и могут быть изготовлены силами хозяйств.
Промышленностью выпускаются бункеры активного вентилирования с радиальным воздухораспределением БВ-25 и БВ-40,используемые в составе отделений ОБВ-100 и ОБВ-160. Поставляются также бункера аналогичной конструкции из ФРГ (К-878), которые предназначены для накопления и вре менной консервации зерна влажностью до 25% с сохранением его семенных и продовольственных качеств, а также для хранения семян кондиционной влажности в зимнее время. Бункера могут работать совместно с сушилками и самостоятельно.
Вентилируемый бункер (рис.3.1) представляет собой стационарную установку, основанием которой служит тумба. Ее кольцевая рама 4 опирается на четыре стойки с раскосами. Тумба состоит из корпуса 3, разгрузочного устройства 17, патрубка 1, обратного конуса 15 и регулировочного кольца 16. На поверхности корпуса 3 выполнен люк с крышкой, которую открывают для технического обслуживания бункера. Разгрузочное устройство имеет переходник и заслонку с рейкой. Заслонку открывают и закрывают штурвалом при помощи реечного механизма.
Обратный конус 15 и регулировочное кольцо 16 обеспечивают интенсивное перемещение зерна при разгрузке бункера, в результате чего за счет межзернового влагообмена влажность отдельных зерен выравнивается. Регулировочное кольцо установлено на трех винтах, положение которых контролируют по шкале.
Рис.3.1. Бункер вентилируемый БВ-40: 1-патрубок; 2-лебедка; 3-корпус тумбы; 4-кольцевая рама; 5-корпус; 6,8-грузики; 7-указательный флажок уровня; 9-датчик уровня зерна; 10-кронштейн с блоками; 11-клапан; 12-распределитель зерна; 13-конус; 14-воздухораспределителная труба; 15-обратный конус; 16-регулировочное кольцо; 17-разгрузочное устройство; 18-вентилятор; 19-электрокалорифер На тумбе установлен цилиндрический корпус 5, внутри которого на растяжках закреплена воздухораспределительная труба 14.
Корпус и труба состоят из секций, которые выполнены из штампованных перфорированных листов, оцинкованной стали. На корпусе размещены три пробоотборника, датчик уровня зерна, наружная (с ограждением) и внутренняя лестницы и регулятор влажности ДВК, который автоматически отключает систему вентиляции бункера при снижении влажности зерна до кондиционной.
Воздухораспределительная труба 14 имеет устройство для равносторонней загрузке бункера, состоящее из распределителя 12 и конуса 13. Внутри трубы находится эластичный воздушный клапан 11, который обеспечивает вентилирование при разном уровне зерна в бункере. Клапан с помощью лебедки 2 устанавливают так, чтобы его верхний торец был на 150...200 мм ниже уровня зерна у воздухораспределительной трубы 14. При этом положении груз 8 находится на поверхности зерна. Положение клапана контролируют снизу по начальному моменту ослабления этого участка троса и оно фиксируется лебедкой 2. Флажок 7 показывает средний уровень зерна в бункере.
Нижним конусом воздухораспределительная труба опирается на обратный конус 15.
Вентилятор 18 посредством гибкого рукава герметично соединен с воздушным патрубком 1. Соосно вентилятору установлен электрокалорифер 19, предназначенный для подогревания воздуха, если его относительная влажность превышает 65%. Электрокалорифер имеет основную и дополнительную секции. Мощность основной секции рассчитана для подогрева воздуха на 5С, дополнительной - на 3С.
Описание экспериментальной установки
По экспериментальным графикам переходных процессов для замкнутых контуров видно, что каждый из контуров работает устойчиво и поддерживает заданную температуру.
В главе III, теоретически определен закон регулирования по минимальной суммарной потребляемой электрической энергии. Для его реализации на экспериментальной установки, разработан алгоритм для МК ремиконт, который представлен на рис. 4.13.
В алгоритм входит следующие алгоблоки: ввод аналогового сигнала группы А (ВАА); аналоговый вывод группы А (ABA); оперативный контроль регулирования (ОКО); задания (ЗДН); суммирование с масштабированием (СМА); регулирование аналоговое (РАН); фильтрации (ФИЛ) и кусочно-линейная функция (КУС). ВАА - применяется для связи функциональных алгоритмов с аппаратными средствами аналогового входа (с АЦП) и обслуживает до 8 аналоговых входов. ABA - применяется для связи функциональных алгоритмов с аппаратными средствами аналогового вывода (с ЦАП) и обслуживает до 2 аналоговых выходов; ОКО - применяется в том случае, если оперативное управление контуром регулирования должно вестись с помощью лицевой панели контроллера. Каждый контур (от 1 до 4) обслуживается своим ОКО. Алгоблок позволяет с помощью клавиш лицевой панели изменять режим управления, режим задания, управлять программным задатчиком, изменять выходной сигнал регулятора (в режиме ручного управления), изменять сигнал задания (в режиме ручного задатчика), а также контролировать задания и рассогласования, входной и выходной сигнал, параметры программы (при программном регулировании) и т.д. ОКО применяется в сочетании с алгоблоками ЗДН, РАН. 01 т ФИЛ ТФ
ЗДН - применяется для формирования сигнала ручного задания в контуре регулирования. Через этот алгоблок к регулятору подключается также программные задатчики и сигнал внешнего задания.
СМА - используется для получения суммы нескольких (до 21) сигналов и вместе с алгоблокамими регулирования для построения регуляторов соотношения либо для введения статической коррекции.
РАН - используется при построении ПИД регулятора имеющего аналоговый выход. Алгоблок как правило сочетается с пропорциональным исполнительным механизмом (позиционером) либо используется в качестве ведущего в схеме каскадного регулирования.
Помимо формирования ПИД закона в алгоблоке вычисляется сигнал рассогласования, этот сигнал фильтруется, вводится зона нечувствительности. Выходной сигнал алгоблока ограничивается по максимуму и минимуму, а также содержит узел настройки, позволяющий автоматизировать процесс настройки регулятора.
ФИЛ - используется для фильтрации высокочастотных помех, а также для динамической коррекции. Фильтр, имеющий порядок выше первого, можно получить путем последовательного включения нескольких алгоблоков ФИЛ.
КУС - применяется для линеаризации нелинейной зависимости и для искусственного введения нелинейности.
Работа алгоритма. Заданный сигнал задатчиком (10) по скорости вращения вала двигателя (N3aa) одновременно поступает на кусочно-линейную функцию (14) вход 01 (основной вход алгоблока) и на сумматор (11) вход 02. В сумматоре (11) заданный сигнал N3iW сравнивается с действительным, который приходит через фильтр и алгоблок ввода аналоговой группы А. Сигнал рассогласования поступает на регулятор аналоговый (12), а с него управляющий сигнал через алгоблок вывода аналогового сигнала группы А поступает на преобразователь частоты, с помощью которого осуществляется поддержание заданной скорости вращения АД.
В алгоблоке кусочно-линейной функции (14) помимо задания по скорости задается закон управления, который был определен в главе III. С выхода (01) КУС сигнал по току поступает в алгоблок суммирования, где сравнивается с действительным током. В этот же сумматор поступает сигнал задания (Тзад) и действительной температуры. Скорректированный сигнал рассогласования подается на РАН. Полученное управляющее воздействие через вывод аналогового сигнала поступает на тиристорныи регулятор напряжения, который осуществляет регулирование напряжение подводимое к нагревательным элементам, и тем самым поддерживает постоянную температуру в технологической трубе.
Похожие диссертации на Энергосбережение в электроприводах сельскохозяйственных установок с центробежными агрегатами
