Дипломная работа: Схема автоматического регулирования продолжительности выпечки с коррекцией по температуре во второй зоне пекарной камеры

Сетчатый под печи крепится как и в печах ПХК к двум ведущим цепям. В зоне увлажнения сетчатый под перемещается по куполообразной траектории с регулируемым подъемом купола, что обеспечивает прохождение тестовых заготовок в зоне высокой влажности парового колпака.

Обогрев пекарной камеры осуществляется ТЭНами длиной 3 м.

В печи применена система секционной сборки. Секции имеют длину 4 м каждая и соединяются между собой компенсаторами температурных расширений.

Температурный контроль по длине пекарной камеры осуществляется в каждой тепловой зоне и зоне увлажнения.

9. Печь П-119м [10].

Она предназначена для выпечки широкого ассортимента хлебобулочных изделий, выпускается серийно Шебекинским машиностроительным заводом.

Печь является люлечно-подиковой тупиковой каркасно-панельного типа. Конвейер печи двухниточной, цепи конвейра втулочно-роликовые с шагом 140 мм. На них подвешено 18 люлек размером 1410 Х 285 мм. Печь снабжена съемными подиками размером 1402 Х 350 мм. Корпуса подшипников переднего приводного вала вынесены за пределы пекарной камеры и крепятся в нишах боковых панелей печи.

Обогрев печи осуществляется от нагревателей НВСЖ-2, 177/2,5 или другого типа. Мощность каждого нагревателя 2,5 кВт. Всего в печи 30 нагревателей, которые разбиты на три группы. Тепловой режим регулируется тремя термопарами как автоматически, так и вручную.

Боковые стенки печи и верхнее перекрытие изготовлены в виде пустотелых металлических панелей толщиной 250 мм, заполненных минеральной ватой. Между ветвями конвейера размещены вытеснительные короба, сокращающие объем парогазовой среды пекарной камеры. Тестовые заготовки увлажняются на первых четырех люльках.

В зоне увлажнения имеется дополнительная группа электронагревателей, которая включается при выпечка изделий требующих «обжарки» в начале выпечки.

10. Печь П-104 [10]

Печь люлечно-подиковая, тупиковая, изготовляется Шебекинским машзаводом. На двухниточном конвейере подвешено 34 люльки размером 1920 Х 350 мм, снабженных съемными подиками размером 1905 Х 360 мм.

Устройство печи П-104 идентично печи П-119М. Обогрев осуществляется 72 нагревателями НВСЖ-2,177/2,5 суммарной мощностью 180 кВт, которые разбиты на четыре зоны, где температура регулируется и контролируется самостоятельно. В первой зоне печи нагреватели разбиты на 3 группы, одна из которых может быть выключена. В других зонах нагреватели разбиты на две группы. Регулирование температуры автоматическое и ручной.

2.5 Предварительный выбор двигателя, способа управления и комплектного преобразователя

2.5.1 Выбор способа управления и двигателя

В настоящее время для приводов малой мощности (до 20 кВт) наибольшее применение нашли двигатели постоянного тока и асинхронные двигатели. Двигатели постоянного тока независимого возбуждения обладают отличными регулировочными свойствами. Это связано с тем, что магнитный поток регулируется независимо о тока якоря. В электроприводах с двигателями постоянного тока широкое распространение получили системы тиристорный преобразователь-двигатель постоянного тока (ТП-ДПТ). Это объясняется простотой и относительной дешевизной тиристорных преобразователей. ТП позволяют регулировать выходное напряжение в широких пределах и обладают высоким быстродействием. Эти обстоятельства позволяют строить на основе систем ТП-ДПТ высокопрочные системы регулирования технологических процессов (системы управления скоростью, положением и т.д.) Однако система ТП-ДПТ обладает рядом недостатков:

1.  Недостатки двигателей постоянного тока в основном связаны с наличием коллекторного узла. ДПТ требуют тщательного технологического обслуживания (протирание коллектора, частые замены и регулирование щеток и т.д.), что увеличивает эксплуатационные расходы и снижает надежность машины.

2.  ДПТ имеют плохие массогабаритные показатели, что в конечном итоге увеличивает цену двигателей. ДПТ дороже асинхронных двигателей примерно в три раза.

3.  В связи с наличием коллекторного узда В ДПТ налагается ограничение на скорость нарастания тока, что уменьшает быстродействие электропривода.

4.  Коэффициент мощности тиристорных преобразователей зависит от узла регулирования, поэтому при регулировании скорости вниз от номинальной увеличивает доля внешних гармоник, что ведет к снижению коэффициента использования двигателя, увеличению потель мощности и засорению питающей среды высшими гармониками (помехами).

Самым простым и надежным электромеханическим преобразователем энергии является асинхронный двигатель. Асинхронные двигатели обладают рядом преимуществ перед ДПТ:

1.  Асинхронные двигатели просты и надежны в эксплуатации, требуют минимум эксплуатационных расходов.

2.  Асинхронные двигатели имеют лучшие массогабаритные показатели, поэтому наиболее дешевы.

3.  Асинхронные двигатели имеют больший КПД по сравнению с ДПТ при той же мощности.

4.  Асинхронные двигатели выдерживают большие перегрузки по сравнению с ДПТ, что позволяет получить более высокое быстродействие.

Сравнивая достоинства и недостатки асинхронных двигателей и двигателей постоянного тока, для проектируемой установки выбираем асинхронный двигатель. Этот выбор обусловлен перечисленными преимуществами, а так же тем, что такое решение соответствует пункту 5 требований к электроприводу.

Рассмотрим самые распространенные способы управления АД.

1. Регулирование скорости вращения АД введением добавочного сопротивления в цепь ротора.

Один из распространенных способов регулирования скорости, тока и момента АД с фазным ротором связан с введением и изменением дополнительных резисторов в цепи его ротора. Схема, в которой реализуется этот способ регулирования, приведена на рис. 2.6, а. Основным достоинством этого способа является простота реализации, что определило его широкое применение в ряде электроприводов.

Для построения семейства получаемых при этом способе искусственных механических характеристик проведем анализ их характерных точек.

а) скорость идеального холостого хода АД ω0 при регулировании R2д не изменяется;

б) максимальный (критический) момент двигателя Мк также остается неизменным;

в) критическое скольжение Sк увеличивается при увеличении R2д.

Выполненный анализ позволяет представить искусственные реостатные характеристики в виде семейства кривых, показанного на рис. 2.6, б. Использование этих характеристик для регулирования скорости АД характеризуется такими же показателями, что и для ДПТ независимого возбуждения. Диапазон регулирования скорости небольшой - около 2-3, что определяется снижением жесткости характеристик и ростом потерь по мере увеличения диапазона регулирования скорости.

Плавность регулирования при реостатном регулировании небольшая и определяется плавностью изменения дополнительного резистора R2д. Скорость АД изменяется только вниз от основной. Экономичность способа определяется стоимостью используемых средств регулирования и расходами при эксплуатации электропривода. Затраты, связанные с созданием данной системы электропривода, невелики, так как для регулирования обычно используются простые и дешевые ящики металлических резисторов. В то же время при эксплуатации этой системы затраты велики, поскольку значительны потери энергии.

Электрические потери в роторной цепи ∆Р2, называемые потерями скольжения, определяются выражением

∆Р2 = Р1 – Р2 = М*ω0 – М*ω = М*ω0*s =Р1*s.

Чем больше скольжение s, тем больше потери в роторной цепи, поэтому реализация большого диапазона регулирования скорости приводит к значительным потерям энергии и снижению КПД электропривода.

Регулирование скорости этим способом применяется в тех случаях, когда требуется небольшой диапазон регулирования скорости и работа на пониженных скоростях непродолжительна. Например, этот способ нашел широкое применение в электроприводе ряда подъемно-транспортных машин и механизмов.

Рассматриваемый способ также используется для регулирования тока и момента АД при его пуске. Если обратиться к характеристикам рис. 2.6. б, то можно отметить, что за счет подбора сопротивления резистора пусковой момент АД может быть увеличен вплоть до значения критического момента Мк. Это свойство АД используется при его пуске с моментом нагрузки, превышающим пусковой момент АД Мп на естественной характеристике.

2. Регулирование скорости вращения АД переключением пар полюсов.

Этот способ (рис 6.7) используется для регулирования скорости многоскоростных АД с короткозамкнутым ротором. Возможность получения искусственных характеристик АД данным способом, и следовательно, регулирования его скорости, непосредственно следует из выражения для угловой скорости магнитного поля АД ω0 = 2*π*ƒ1/p.

Изменение числа пар полюсов АД р производится за счет переключении в обмотке статора, при этом число пар полюсов короткозамкнутого ротора изменяется автоматически. Так как количество полюсов АД может быть равным только целому числу— 1, 2, 3 и т. д., то следовательно, данный способ обеспечивает только ступенчатое регулирование скорости. Двигатели, допускающие регулирование скорости этим способом, получили название многоскоростных. Изменение числа полюсов АД достигается, когда на статоре АД располагаются две (или больше) не связанные друг с другом обмотки, имеющие разное число пар полюсов p1 и р2. При подключении к сети одной обмотки, например с р1 парами полюсов, АД имеет синхронную скорость

01 = 2*π*ƒ1/p1.

Вторая обмотка при этом обесточена. Для получения другой скорости отключается первая обмотка и подключается на сеть вторая обмотка с р2 парами полюсов, при этом синхронная скорость АД станет равной

02 = 2*π*ƒ1/р2

и АД будет иметь уже другую механическую характеристику.

Наряду с такими АД, получившими название многообмоточных, широкое распространение получил другой тип многоскоростных АД, у которых изменение числа пар полюсов вращающегося магнитного поля достигается за счет изменения схемы соединения статорной обмотки АД. Для этого каждая фаза статора разделена на несколько одинаковых частей (чаще всего на две части) и имеет от них соответствующее число выводов.

Рассматриваемый способ регулирования скорости характеризуется рядом положительных показателей, что определяет широкое его применение в регулируемом электроприводе переменного тока. К ним в первую очередь следует отнести экономичность регулирования, так как регулирование скорости изменением числа пар полюсов не сопровождается выделением в роторной цепи больших потерь энергии скольжения, вызывающих излишний нагрев АД и ухудшающих его КПД.

Из рис. 2.7. б видно, что механические характеристики многоскоростных асинхронных электродвигателей отличаются хорошей жесткостью и достаточной перегрузочной способностью.

Недостатком этого способа является ступенчатость изменения скорости двигателя и относительно небольшой диапазон ее регулирования, не превышающий обычно 6-8.

3. Регулирование скорости вращения АД изменением питающего напряжения.

Одним из возможных способов регулирования координат АД является изменение напряжения на выводах его статора, при этом частота такого напряжения постоянна и равна частоте сети переменного тока. На рис. 2.8,а приведена схема электропривода при реализации этого способа. Между выводами питающей сети и статора АД включен преобразователь напряжения, при использовании которого может изменяться напряжение, подводимое к статору АД.

На рис. 2.8, б приведены механические характеристики АД при регулировании напряжения на выводах его статора. Как видно из этих графиков, получаемые искусственные характеристики оказываются малопригодными для целей регулирования скорости, так как по мере уменьшения напряжения резко снижаются критический момент АД и его перегрузочная способность, а диапазон регулирования скорости очень мал. По этим причинам разомкнутая схема может использоваться лишь для регулирования момента АД и его тока, который пропорционален напряжению статора. Для регулирования скорости АД создаются замкнутые системы.

Основными достоинствами рассматриваемой системы электропривода являются ее относительная простота, надежность, легкость автоматизации в общей технологической схеме производства, удобство управления. Вместе с тем эта система электропривода имеет существенный недостаток, заключающийся в больших потерях в обмотке ротора при работе на низких скоростях. Действительно, электрические потерн в роторе при низких скоростях и, следовательно, больших скольжениях могут быть весьма высокими, что уменьшает КПД электропривода. Отмеченный недостаток не является очень серьезным в том случае, когда время работы АД на пониженной скорости мало по сравнению со временем цикла его работы.

Диапазон регулирования скорости при использовании обратных связей, например по скорости, относительно высок и достигает десяти. При использовании обратных связей могут быть получены жесткие характеристики.

Экономичность регулирования зависит от конкретных условий работы электропривода. В частности, если время работы на пониженной скорости невелико по сравнению с временем цикла, то экономичность может быть высокой.

Регулирование скорости АД в этой системе плавное и производится только вниз от естественной (основной) характеристики.

4. Регулирование скорости вращения АД изменением частоты и амплитуды питающего напряжения.

Частотный способ является одним из наиболее перспективных и широко используемых в настоящее время способов регулирования скорости АД. Принцип его заключается в том, что, изменяя частоту ƒ1 питающего АД напряжения, можно в соответствии с выражением ω0 = 2*π*ƒ1/р изменять его синхронную скорость ω0, получая тем самым различные искусственные характеристики (рис 2.9, б). Этот способ обеспечивает плавное регулирование в широком диапазоне, получаемые характеристики обладают высокой жесткостью. Частотный способ к тому же отличается и еще одним весьма важным свойством: при регулировании скорости АД не происходит увеличения его скольжения, как это имеет место, например, при реостатном регулировании. Поэтому при этом способе регулирования потери скольжения оказываются небольшими, в связи с чем частотный способ наиболее экономичен.

Регулирование таким способом может осуществляться плавно, в широком диапазоне, в обе стороны от естественной характеристики, т.е. АД может иметь скорость как больше, так и меньше номинальной. При этом регулировочные характеристики имеют высокую жесткость, а АД сохраняет большую перегрузочную способность.

Во многих случаях хорошие показатели регулирования могут быть достигнуты в разомкнутой системе. При повышенных требованиях к электроприводу необходимо использование тех или иных обратных связей, т.е. применение замкнутой системы регулирования. Получаемый диапазон регулирования скорости в разомкнутых системах составляет 5-10, а в замкнутых его значение может достигать 1000 и более.

Из всех вышеперечисленных способов управления АД выбираем частотное регулирование, т.к.:

а) Система ПЧ-АД позволяет производить плавный пуск электропривода, что позволяет избежать механических колебаний в кинематической цепи, повышает ее надежность и срок службы.

б) Система ПЧ-АД позволяет регулировать скорость вращения во всем диапазоне без потери перегрузочной способности, чего не позволяет система ТРН-АД.

в) Система ПЧ-АД позволяет плавно регулировать скорость вращения во всем диапазоне, чего не позволяет осуществлять реостатное регулирование и регулирование переключением пар полюсов.

г) Система ПЧ-АД позволяет регулировать количество потребляемой мощности, что делает систему ПЧ-АД самой экономичной из перечисленных. Это свойство особенно важно в данной системе, т.к. электропривод работает на скоростях ниже номинальной продолжительное поддержания электродвигателя в режиме оптимального КПД. В данном случае такая экономия может оказаться существенной, т.к. статический момент равен приблизительно половине номинального момента на двигателе.

Выберем из [11] асинхронный двигатель для проектируемого электропривода. Мощность электродвигателя была рассчитана ранее. Выбираем АИР80В4 со следующими техническими данными (табл. 2.4):

 Таблица 2.4

Рн, кВт	Sн, %	ηн	сosφн	λm	λI	R1, Ом	J, кг·м2
1.5	0.07	0.77	0.83	2.2	6.5	5.46	3.3*10-3

По справочным данным рассчитаем основные номинальные параметры электродвигателя.

Ток статора:

 А.

Угловая скорость вращения:

ωн=ωон*(1-Sн)=157.2*(1-0.07)=146.6 с-1,

где: ωон – номинальная скорость вращения магнитного поля.

Номинальный механический момент:

.

Номинальный электромагнитный момент:

Мэмн=1.012*Ммехн=1.012*10.2=10.6 Н·м,

где: 1.012 – коэффициент, учитывающий добавочные потери и потери на трение в механической части электродвигателя.

2.5.2 Выбор комплексного преобразователя

Для проектируемого электропривода выбираем преобразователь частоты фирмы «Danfoss» серии VLT 5000. Фирма «Danfoss» выпустила первый в мире серийный преобразователь частоты в 1968 г. С тех пор фирма установила стандарт качества для электроприводов [12]. Ее частотные преобразователи VLT сегодня проданы и обслуживаются более чем в 100 странах на шести континентах. В новой серии преобразователей VLT 5000 заложена система управления VVCPLUS – это новая система векторного управления без датчиков управляющегося момента. По сравнению со стандартным управлением коэффициентом напряжение/частота система VVCPLUS обеспечивает улучшенную динамику и устойчивость как при изменении задания скорости, так и при изменении момента нагрузки. В системе управления ПЧ внедрена система цифровая защита, которая гарантирует надежную работу даже при самых неблагоприятных эксплуатационных условиях. Электроприводы фирмы «Danfoss» с системой управления VVCPLUS допускают ударные нагрузки во всем диапазоне скоростей и быстро реагируют на изменение задания. Чтобы сделать программирование простым и понятным, параметры разделены на различные группы. Быстрое меню проводит пользователя через программирование нескольких параметров, которые должны быть установлены, чтобы начать работу. Пульт управления съемный. Он включает алфавитно-цифровой дисплей из четырех строк, давая возможность отображать четыре параметра одновременно. Через съемный пульт управления запрограммированные значения могут быть скопированы с одного VLT на другой. Это уменьшает затраты времени на программирование при замене приводов или включении дополнительного привода в систему. Процесс программирования оказывается легче, чем в других сериях. Преобразователи VLT 5000 выполняют большинство настроек автоматически. ПЧ серии VLT 5000 построены на базе инверторов с промежуточным звеном постоянного тока и широтно-импульсной модуляцией. В качестве силовых ключей используются биполярные транзисторы с изолированным управляющим электродом (IGBT). Функциональная схема преобразователя частоты серии VLT 5000 представлена на рис. 2.10.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14