Епифанов А. П., Гущинский А. Г., Малайчук Л. М.
Электропривод в сельском хозяйстве
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
МОСКВА
КРАСНОДАР
2016
Издание второе, стереотипное
РЕКОМЕНДОВАНО
Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по агроинженерному образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства»
Епифанов А. П., Гущинский А. Г., Малайчук Л. М. Электропривод в сельском хозяйстве: Учебное пособие. —2-е изд., стер. — СПб.: Издательство «Лань», 2016. — 224 с.: ил. — (Учебники для вузов. Специальная литература).
В книге рассмотрены общие вопросы электропривода, а также электропривод основных сельскохозяйственных машин, механизмов и агрегатов: центрифуги, транспортеры, насосы и вентиляторы, крановые механизмы и машины с кривошипно-шатунным механизмом, кормоприготовительные машины.
Учебное пособие предназначено для студентов аграрных высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства». Оно может быть рекомендовано студентам специальностей «Механизация сельского хозяйства», «Механизация переработки сельскохозяйственной продукции», «Технология обслуживания машин в АПК» и бакалаврам, проходящим подготовку по направлению «Агроинженерия».
Рецензенты:
профессор кафедры «Электрические машины и электрооборудование», декан энергетического факультета Башкирского ГАУ, д. т. н. Р. С. АИПОВ;
профессор кафедры «Электрические машины и эксплуатация электрооборудования в сельском хозяйстве» Челябинского ГАУ, д. т. н. В. А. БУТОРИН;
декан факультета «Электрификация и автоматизация сельскохозяйственного производства» Челябинского ГАУ, к. т. н., доцент А. С. ЗНАЕВ.
© Издательство «Лань», 2016
© А. П. Епифанов, А. Г. Гущинский, Л. М. Малайчук, 2016
© Издательство «Лань», художественное оформление, 2016
Содержание книги
Электропривод в сельском хозяйстве
Предисловие
Введение
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
1. Характеристики электроприводов
§ 1.1. Структурная схема автоматизированного электропривода и принципы управления
§ 1.2. Механика электропривода
§ 1.3. Приводные характеристики машин и механизмов
§ 1.4. Характеристики электродвигателей постоянного тока
§ 1.5. Характеристики асинхронных электродвигателей
2. Управление электроприводами
§ 2.1. Управление электроприводами с двигателями постоянного тока
§ 2.2. Управление электроприводами с асинхронными электродвигателями
3. Энергетика электроприводов
§ 3.1. Энергетические показатели нерегулируемых электроприводов в установившихся режимах
§ 3.2. Энергетические характеристики регулируемых электроприводов в установившихся режимах
§ 3.3. Потери энергии в динамических режимах работы электроприводов постоянного тока
§ 3.4. Потери энергии в динамических режимах работы электроприводов с асинхронными двигателями
§ 3.5. Снижение потерь энергии в динамических режимах работы электроприводов
§ 3.6. Выбор электродвигателей по мощности
§ 3.7. Допустимая частота включений асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором
ЧАСТЬ ВТОРАЯ. ЭЛЕКТРОПРИВОД СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ
4. Характеристики машин и механизмов
§ 4.1. Классификация машин по приводным характеристикам
§ 4.2. Особенности режимов и условий работы электрифицированных агрегатов сельскохозяйственного производства
§ 4.3. Особенности выбора электродвигателей для машин сельскохозяйственного назначения
5. Электропривод центрифуг
§ 5.1. Особенности приводных характеристик центрифуг
§ 5.2. Типы электроприводов центрифуг
§ 5.3. Определение мощности двигателя
6. Электропривод центробежных насосов и вентиляторов
§ 6.1. Общие сведения. Приводные характеристики турбомеханизмов
§ 6.2. Регулирование подачи турбомеханизма
§ 6.3. Выбор мощности электродвигателя для привода насосов и вентиляторов
7. Электропривод транспортеров
§ 7.1. Классификация транспортеров по назначению и приводным характеристикам
§ 7.2. Расчет статических нагрузок и мощности электродвигателя
§ 7.3. Особенности выбора электроприводов к приводным станциям транспортеров
8. Электропривод крановых механизмов
§ 8.1. Общие положения по устройству, режимам работы и характеристикам
§ 8.2. Нагрузки крановых механизмов
§ 8.3. Выбор электродвигателей крановых механизмов
§ 8.4. Расчет и выбор пуско;регулировочных резисторов
§ 8.5. Типовые схемы электроприводов крановых механизмов
§ 8.6. Частотно-регулируемый электропривод крановых механизмов
9. Электропривод машин с кривошипно шатунным механизмом
§ 9.1. Общие положения
§ 9.2. Приводные характеристики сельскохозяйственных машин с кривошипно-шатунным механизмом
§ 9.3. Выбор элементов маховикового электропривода
§ 9.4. Нагрузочная характеристика электродвигателя
§ 9.5. Выбор электродвигателя по мощности
§ 9.6. Определение момента инерции маховика
§ 9.7. Электропривод пилорам
10. Электропривод кормоприготовительных машин и агрегатов
§ 10.1. Кормоприготовительные машины. Общие положения
§ 10.2. Приводные характеристики
§ 10.3. Требования к электроприводу и задачи управления кормоприготовительными машинами
§ 10.4. Выбор электродвигателя по мощности
§ 10.5. Технические характеристики некоторых кормоприготовительных машин
Приложения
Литература
ПРЕДИСЛОВИЕ
Сельское хозяйство и агропромышленный комплекс в целом, как никакие другие сферы производства, характеризуются широким спектром применения машин и механизмов, отличающихся видами и параметрами движения исполнительного органа, режимами и условиями работы, приводными характеристиками. Широкое разнообразие машин во многом определяет и типы приводов: гидравлический, пневматический, механический, от вала отбора мощности, электрический. При этом использование электропривода, регулируемого и автоматизированного, неуклонно расширяется в силу известных его преимуществ.
Следовательно, знаниями по электроприводу, в рамках необходимого, должны владеть не только специалисты-электрики, но и механики.
Методически учебное пособие строится по схеме: основы электропривода (часть I) и электропривод машин и механизмов сельскохозяйственного назначения (часть II), объединенных в группы: насосы, центрифуги, вентиляторы, грузоподъемные машины, транспортеры, машины с кривошипно-шатунным механизмом, кормоприготовительные машины. Для каждой из групп машин выделены особенности их работы по приводным характеристикам, выбору мощности электродвигателя, возможности применения частотно-регулируемых асинхронных приводов, устройств плавного пуска.
Содержание учебного пособия соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта по дисциплине СД 0.5 — «Электропривод» для студентов спе циальности 110302 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства».
При написании учебного пособия использовались ра боты известных ученых и специалистов: М. Г. Чиликина, С. А. Ковчина, В. В. Москаленко, И. Ф. Ильинского, И. Я. Браславского, А. П. Фоменкова, В. А. Буторина, Б. И. Вагина, Г. М. Грачева, Р. С. Аипова, А. С. Знаева, А. В. Цупака и др.
В приложениях приведены некоторые полезные, по мнению авторов, данные по физическим свойствам мате риалов, характеристики помещений, машин, аппаратов.
Все замечания и пожелания по содержанию книги бу дут с благодарностью приняты по адресу: 196608, Санкт -Петербург, Пушкин, Петербургское шоссе, д. 2, СПбГАУ, кафедра электрических машин и электропривода.
ВВЕДЕНИЕ
Резкий рост цен на мировых рынках продовольствия в 2007–2008 гг. явился следствием накопившихся в последние годы проблем не только сельского хозяйства, но и всего социально-экономического комплекса мирового хозяйства. Специалисты называют широкий спектр причин: динамичное развитие экономик стран Азии и возросшее потребление мясомолочных продуктов; удорожание энергоносителей; низкие урожаи зерновых в некоторых странах; рост населения; увеличивающийся отток продукции полеводства на производство биотоплива и др. Эти процессы серьезно сказались и на России, которая, по данным Госкомстата, импортирует до 50% продовольствия, а по некоторым видам — до 70%. Поэтому со стороны государства предпринимаются меры по укреплению внутреннего продовольственного рынка, снижению зависимости от импорта, развитию села и новых форм хозяйствования.
Поставленные перед АПК задачи призваны не только обеспечить население страны качественными продуктами, но и позволить ей стать активным экспортером на мировом рынке продовольствия. Для этого необходимо:
- существенно увеличить производство основных видов продукции, особенно зерна (валовой сбор, обеспечивающий независимость от импорта, составляет около 150 млн т. В нашей стране в последние годы он составил 80–100 млн т);
- проводить на селе технологическое перевооружение, развивать лизинг, долгосрочное кредитование;
- обеспечить стабильность цен на горючее и электроэнергию, уменьшить дисбаланс цен на продукцию промышленности (машиностроение), минеральные удобрения, строительные материалы с одной стороны и сельского хозяйства с другой;
- создать современный рыночный механизм регулирования цен на сельхозтовары;
- развивать инфраструктуру, жилищное строительство, бытовые условия, чтобы сделать жизнь и работу на селе привлекательной для людей.
Решение поставленных задач позволит перейти к интенсивным методам производства, комплексной механизации и электрификации технологических процессов с внедрением современного оборудования в сельском хозяйстве. При этом широкое использование автоматизированного электропривода позволит повысить производительность труда, улучшить качество за счет более высокой степени управляемости технологическими процессами, что одинаково важно и для животноводства и птицеводства, и для послеуборочной обработки зерна и тепличных комплексов, и для переработки молока, приготовления и раздачи кормов, водоснабжения, систем обеспечения микроклимата помещений. (В полеводстве используются системы электропривода, работающие от установленных на борту машин источников электроэнергии.)
Комплектация электроприводов в сельском хозяйстве производится стандартными блоками: электродвигатель, редуктор, преобразователь параметров электроэнергии (УВ, ТРН, ШИР, ПЧ), алгоритмы и схемы управления.
Используемые машины и механизмы во многих случаях те же самые, что и в других отраслях народного хозяйства:
- центрифуги, основной особенностью которых является большой приведенный момент инерции;
- насосы и вентиляторы, центробежные и лопастные, для систем водоснабжения, полива, орошения, доильных установок, обеспечения микроклимата, обработки и сушки зерна (объединенные в категорию «турбо-механизмы», они имеют сходные механические характеристики);
- подъемно-транспортные машины, включающие группу грузоподъемных механизмов циклического действия и непрерывного (транспортеры);
- машины с кривошипно-шатунным механизмом, применяемые для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное: поршневые насосы, компрессоры, пилорамы, различного рода вибромеханизмы сельскохозяйственных машин;
- машины для приготовления кормов: дробилки, клубнерезки, прессы и т. д. (они обладают особенностями всех приводных характеристик, поэтому выделены в отдельную группу).
Специфика электроприводов в сельском хозяйстве определяется прежде всего разнообразием приводных характеристик, режимами и условиями работы (окружающая среда, качество электроэнергии). Следовательно, особое внимание должно уделяться выбору систем электропривода с целью обеспечения требуемых характеристик.
Основным типом электропривода в сельском хозяйстве, как нерегулируемого, так и регулируемого, является привод переменного тока на основе короткозамкнутого асинхронного двигателя. Нерегулируемый электропривод широко используется в насосных и вентиляторных установках, работающих в длительном режиме с постоянной подачей, во многих грузоподъемных машинах и транспортерах, пилорамах, молочных сепараторах, различных сельскохозяйственных машинах с вибромеханизмами.
При этом пуск осуществляется прямым включением в сеть или с использованием устройств плавного пуска на основе тиристорных регуляторов напряжения для снижения динамических нагрузок и при недостаточной мощности сети.
Регулируемый привод по системе «асинхронный двигатель — преобразователь частоты» все шире внедряется в системах водо- и теплоснабжения, воздуходувках, дымососах и других механизмах при работе с переменной производительностью. Такие системы позволяют решить вопросы регулирования скорости, пуска с минимальными потерями, являясь мощным энерго- и ресурсосберегающим средством. Кормоприготовительные машины оборудуются также регулируемым приводом с целью снижения энергоемкости конечного продукта. В качестве альтернативного варианта применяются многоскоростные асинхронные двигатели с переключением числа пар полюсов.
В качестве серводвигателей мобильных машин в полеводстве используются вентильные двигатели (синхронный двигатель с постоянными магнитами плюс вентильный коммутатор).
В целом широкое применение автоматизированного электропривода в сельском хозяйстве позволит повысить производительность труда и конкурентоспособность отечественной продукции.
Скачать книгу Электропривод в сельском хозяйстве. Санкт-Петербург, Издательство «Лань», 2016
|
