Проектирование автоматизированного электропривода на основе асинхронного двигателя

В соответствии со ОНТП 24-88 [19] данное производство по пожарной, взрывной и взрывопожарной опасности можно отнести к категории Д. Категория Д - это производства, в которых обрабатываются негорючие вещества и материалы в холодном состоянии. Согласно СНиП 2.01.02-85 [26] здание, в котором предполагается размещение данного робота, относится ко 2-й степени огнестойкости. Ко 2-й степени огнестойкости относятся здания с несущими и ограждающими конструкциями из естественных или искусственных каменных материалов, бетона или железобетона с применением листовых или плитных негорючих материалов. В покрытиях зданий допускается применять незащищенные стальные конструкции. Согласно указанному СНиП 2.01.02-85 допускается использовать один эвакуационный выход, если число работающих соответствует приведенному в таблице 14.

Таблица 11.1

Ширина эвакуационного прохода составляет не менее 1 м., коридор или переход в другое здание - не менее 1,4 м. Ширина лестничных маршей не менее ширины выхода на лестничную площадку с наиболее населенного этажа, но не менее 1 м. Максимальное расстояние от наиболее удаленного рабочего места до эвакуационного выхода составляет 50 м.

Для предотвращения распространения огня во время пожара с одной части здания на другую устраивают противопожарные преграды в виде стен, перегородок, дверей, окон, люков, клапанов. Все виды кабелей прокладываются в металлических коробах до распределительных щитов или стоек питания.

Помещение, в котором располагается робот должно быть оборудовано первичными средствами пожаротушения. В качестве таких средств можно применять углекислотные и порошковые огнетушители, предназначенные для тушения различных материалов установок под напряжением до 1000В (например, ОУ-2А, ОХП-10, ОК-10).

9. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

Расчет технико-экономических показателей осуществляется на основе анализа сравнительных технических данных двух альтернативных систем электропривода. Экономическая оценка базируется на принципе минимальных расходов: минимальных начальных затрат, эксплуатационных затрат, затрат электроэнергии. Наиболее целесообразным по техническим соображениям принят электропривод постоянного тока. В качестве альтернативной системы можно выбрать систему ПЧ-АД. Технические данные двигателей сравниваемых систем приведены в табл.12.1.

Двигатель для альтернативной системы выбран аналогично двигателю постоянного тока.

Таблица 12.1

Технические данные двигателей сравниваемых систем

Начальные затраты определяются путем расчета капитальных вложений, которые состоят из сметной стоимости электропривода, стоимости пускорегулирующей аппаратуры, стоимости монтажных работ, транспортно-заготовительных расходов и плановых накоплений монтажной организации.

Наиболее дорогостоящими составляющими электропривода являются двигатель и преобразователь. Таким образом, сметная стоимость электропривода:

для первого варианта

k_эп1 = k_дв1+k_п = 700000+2040000 = 2740000руб.,

где k_дв1 = 700000 - стоимость электродвигателя (ДПТ), руб.;

k_п1 = 2040000 - стоимость преобразователя, руб.;

для второго варианта

k_эп2 = k_дв2+k_п2 = 175000+3060000 = 3235000руб.,

где k_дв2 = 175000 - стоимость электродвигателя (АД), руб.;

k_п2 = 3060000 - стоимость преобразователя (ПЧ),руб.

Стоимость пускорегулирующей аппаратуры определяется как определенная часть (12%) стоимости преобразователя. Тогда:

для первого варианта

k_пр1 = 0,12k_п1=0,122040000=244800руб.,

для второго варианта

k_пр2 = 0,12k_п2 = 0,123060000 = 367200руб.,

Стоимость монтажных работ вычисляется отдельно для электропривода и рабочего механизма. Для электропривода эту величину можно принять равной 6% от стоимости электропривода k_эп, для рабочего механизма - 5% стоимости электропривода. Таким образом стоимость монтажных работ:

для первого варианта

k_мр1 = (0,06+0,05)k_эп1 = (0,06+0,05)2740000 = 301400руб.,

для второго варианта

k_мр2 = (0,06+0,05)k_эп2 = (0,06+0,05)3235000 = 355850руб.,

Транспортно-заготовительные расходы составляют 2% от суммы стоимости электропривода и стоимости монтажных работ:

для первого варианта

k_тзр1 = 0,02(k_эп1+k_мр1) = 0,02(2740000+301400) = 60828руб.,

для второго варианта

k_тзр2 = 0,02(k_эп2+k_мр2) = 0,02(3235000+355850) = 71817руб.,

Для наглядности выполненный расчет капитальных вложений для обоих вариантов сведен в табл.12.2.

Таблица 12.2.

Расчет капитальных вложений

При расчете эксплуатационных затрат важное значение имеет величина периода, за который производится расчет. При сравнении приводов постоянного и переменного тока ограничимся периодом 1 год.

Годовые эксплуатационные расходы - это суммарные затраты на электропривод и рабочий механизм, необходимые для эксплуатации механизма в течении года и выпуска годового объема продукции, т.е. себестоимость эксплуатации механизма. Годовые эксплуатационные расходы в общем случае включают в себя стоимость потребленной электроэнергии, амортизационные отчисления и годовые затраты по эксплуатации электрической части установки.

Затраты на электроэнергию определяются количеством энергии, потребляемой за год, номинальной мощностью двигателя, а также тарифной ставкой на электроэнергию. Для расчета энергии, потребляемой за год, нужно знать суммарное время работы электропривода за год, которое определяется коэффициентом использования:

k_исп = (ПВ t_раб.см ) /(t_см·100%)=(1008)/(8·100) = 1 ,

где ПВ - продолжительность включения установки,%;

t_раб.см - продолжительность работы установки за смену,ч.;

t_см - число рабочих часов за смену.

Зная коэффициент k_исп можно определить число рабочих часов установки в году:

Т_г = Т_раб.днn_см t_см k_исп = 253181 = 2024ч.,

где Т_раб.дн - число рабочих дней в году;

n_см - число рабочих смен в сутки;

Энергия, потребляемая за год, определяется по формулам:

для первого варианта

Э_г1 = P_дв.н1Т_г / _н1 = 5,52024 / 0,83 = 13412 кВт·ч.,

где P_дв.н1,_н1 - номинальные параметры двигателя постоянного тока (табл.12.1);

для второго варианта

Э_г2 = P_дв.н2Т_г / _н2 = 42024 / 0,865 = 9359,5кВт·ч.,

где P_дв.н2,_н2 - номинальные параметры асинхронного двигателя (табл. 12.1).

Таким образом, затраты на электроэнергию:

для первого варианта:

C_э1= Э_г1 C_осн,

C_э1 = 1341273,5 = 985782руб.,

где С_осн - тарифная ставка, руб./кВтч.(основная оплата );

для второго варианта:

C_э2= Э_г2 C_осн,

C_э2 = 9359,573,5 = 687926руб.,

Амортизационные отчисления составляют 9.5 % от сметной стоимости электропривода. Тогда для первого варианта:

C_а1 = 0,095k_эп1 = 0,0952740000 = 260300руб.,

где k_эп1 - сметная стоимость электропривода постоянного тока, руб. ;

для второго варианта:

C_а2 = 0,095k_эп2 = 0,0953235000 = 307325руб.,

где k_эп2 - сметная стоимость асинхронного электропривода, руб.

Издержки на эксплуатацию оборудования включают в себя множество составляющих. Оборудование электроприводов обоих вариантов является ремонтируемым, оно проходит планово-предупредительные ремонты, периодичность и объем проведения которых регламентируется сметой планово-предупредительных ремонтов. Кроме того оборудование нуждается в регулярном техническом обслуживании, требующем также определенных затрат. Таким образом, затраты на ремонтно-эксплутационное обслуживание оборудования можно определить как сумму затрат на заработную плату ремонтных рабочих, стоимости материалов для ремонта и обслуживания, общецеховых и общезаводских расходов.

Заработная плата ремонтных рабочих определяется количеством времени, необходимым для проведения ремонтно-эксплутационного обслуживания электрической части оборудования, которая в свою очередь зависит от норм трудоемкости ремонта и технического обслуживания оборудования. Всю систему электропривода можно разделить на 4 основные части: двигатель, преобразователь, трансформатор и пускорегулирующая аппаратура. Для каждой из этих частей отдельно находится трудоемкость ремонта и технического обслуживания. Затем эти величины суммируются. Для расчета трудоемкости требуется определить плановую продолжительность ремонтного цикла и межремонтного периода, число ремонтов в год и т.д.

Плановая продолжительность ремонтного цикла (ремонтный цикл - наработка энергетического оборудования, выраженная в годах календарного времени между двумя капитальными плановыми ремонтами):

для электродвигателя постоянного тока:

Т_пл.1дв= Т_{табл.двкро}=90,7520,85 = 11,5 лет,

где Т_{табл.дв} - продолжительность ремонтного цикла для электродвигателей;

_к - коэффициент, учитывающий уменьшение срока службы коллекторных машин;

_р - коэффициент, определяемый сменностью работы оборудования;

_о - коэффициент, учитывающий уменьшение ремонтного цикла машин, отнесенных к категории основного оборудования;

для асинхронного электродвигателя:

Т_пл.2дв= Т_{табл.двро} = 920,85 = 15,3 года,

для трансформатора:

Т_пл.тр = Т_{табл.тро} = 90,85 = 6,8 года,

где Т_{табл.тр} -- продолжительность ремонтного цикла для трансформаторов;

для тиристорного выпрямителя

Т_пл.вып = Т_{табл.выпо} = 100,85 = 8,5 года,

где Т_{табл.вып} - продолжительность ремонтного цикла для тиристорных выпрямителей;

для преобразователя частоты:

Т_пл.пр = Т_{табл.про} = 60,85 = 5,1 года,

где Т_{табл.вып} - продолжительность ремонтного цикла для преобразователей частоты.

Плановая продолжительность межремонтного периода (межремонтный период - наработка энергетического оборудования, выраженная в месяцах календарного времени между двумя плановыми ремонтами):

для двигателя постоянного тока

t_пл.1дв= t_{табл.двкро} = 90,7520,7 = 9,45 мес.,

где t_{табл.дв} - величина межремонтного периода для двигателя ;

для асинхронного электродвигателя

t_пл.2дв= t_{табл.двро}=920,7 = 12,6 мес.,

для трансформатора

t_пл.тр = t_{табл.тро}=60,7=4,2 мес.,

где t_{табл.тр} - продолжительность межремонтного периода для трансформаторов;

для тиристорного выпрямителя

t_пл.вып= t_{табл.выпо} = 240,7 = 16,8 мес.,

где t_{табл.вып} - продолжительность межремонтного периода для тиристорных выпрямителей;

для преобразователя частоты

t_пл.пр = t_{табл.про} = 180,7 = 12,6 мес.,

где t_{табл.пр} - продолжительность межремонтного периода для преобразователей частоты.

По полученным величинам можно рассчитать количество капитальных и текущих ремонтов в расчете на 1 год. Количество капитальных ремонтов в год:

для двигателя постоянного тока

М_к.р.1дв=1/T_пл.1дв = 1 / 11,5 = 0,087,

для асинхронного электродвигателя

М_к.р.2дв=1/T_пл.2дв = 1 / 15,3 = 0,065,

для трансформатора

М_к.р.тр=1/T_пл.тр=1 / 6,8=0,147,

для выпрямителя

М_к.р.вып=1/T_пл.вып=1 / 8,5 = 0,118,

для преобразователя частоты

М_к.р.пр=1/T_пл.пр=1 / 5,1= 0,196.

Количество текущих ремонтов в расчете на 1 год определяется аналогично:

М_т.р.1дв = 0,106М_т.р.2дв = 0,08М_т.р.тр = 0,238,

М_т.р.вып = 0,06М_т.р.пр = 0,079.

По заданному количеству ремонтов в год, а также по заданной норме трудоемкости (табличная величина) определяется годовая трудоемкость ремонтов. Годовая трудоемкость капитальных ремонтов электрических машин рассчитывается по формулам:

для двигателя постоянного тока

Т_к.р.1дв = М_к.р.1дв Н_к.р.дв k_wk_к = 0,087321,11,8 = 5,51чел.-часа,

где Н_к.р.дв - норма трудоемкости капитальных ремонтов для электродвигателей заданной мощности;

k_w - поправочный коэффициент, учитывающий частоту вращения электродвигателя;

k_к - коэффициент, учитывающий увеличение трудоемкости эксплуатации коллекторных машин;

для асинхронного двигателя

Т_к.р.2дв = М_к.р.2дв Н_к.р.дв k_w = 0,065321,1 = 2,3чел.-часа.

Для трансформатора, тиристорного выпрямителя и преобразователя частоты годовая трудоемкость капитальных ремонтов рассчитывается следующим образом:

Т_к.р.тр = М_к.р.тр Н_к.р.тр = 0,14788 = 12,94чел.-часа,

Т_к.р.вып = М_к.р.вып Н_к.р.вып = 0,11835 = 4,13чел.-часов,

Т_к.р.пр = М_к.р.пр Н_к.р.пр = 0,19650 = 9,8 чел-часов,

Годовая трудоемкость текущих ремонтов для соответствующих типов оборудования определяется аналогично трудоемкости капитальных ремонтов:

Т_т.р.1дв = М_т.р.1дв Н_т.р.дв k_wk_к = 0,10671,11,8 = 1,47чел.-часа,

Т_т.р.2дв = М_т.р.2дв Н_т.р.дв k_w= 0,0871,1 = 0,62чел.-часа,

Т_т.р.тр = М_т.р.тр Н_т.р.тр = 0,23817 = 4,05чел.-часа,

Т_т.р.вып = М_т.р.вып Н_т.р.вып = 0,0610 = 0,6чел.-часа,

Т_т.р.пр = М_т.р.пр Н_т.р.пр = 0,07915 = 1,19чел.-часа,

где Н_т.р.дв, Н_т.р.тр, Н_т.р.вып и Н_т.р.пр - нормы трудоемкости текущего ремонта для различных типов оборудования (находятся по тем же таблицам, что и для капитального ремонта).

Для пускорегулирующей аппаратуры годовая трудоемкость капитального (текущего) ремонта принимается равной 25% от трудоемкости капитального (текущего) ремонта электропривода, которое в свою очередь складывается из трудоемкости ремонта двигателя, трансформатора и преобразователя:

для электропривода постоянного тока

Т_{п.р.к.р.1} = 0,25(Т_к.р.1дв+Т_к.р.тр+Т_к.р.вып) = 0,25(5,51+12,94+4,13) = 5,64чел.-часа,

Т_{п.р.т.р.1} = 0,25(Т_т.р.1дв+Т_т.р.тр+Т_т.р.вып) = 0,25(1,47+4,05+0,6) = 1,53чел.-часа;

для электропривода переменного тока

Т_{п.р.к.р.2} = 0,25(Т_к.р.2дв+Т_к.р.пр) = 0,25(2,3+9,8) = 3,03чел.-часа,

Т_{п.р.т.р.2} = 0,25(Т_т.р.2дв+Т_т.р.пр) = 0,25(0,62+1,19) = 0,45чел.-часа;

Трудоемкость технического обслуживания оборудования принимается равной 10% от нормы трудоемкости текущего ремонта оборудования без учета поправочных коэффициентов. Таким образом, годовую трудоемкость обслуживания оборудования можно определить по формулам:

для электропривода постоянного тока

Т_т.о.1дв = 0,112Н_т.р.дв = 0,1127 = 8,4чел.-часа,

Т_т.о.тр = 0,112Н_т.р.тр = 0,11217 = 20,4чел.-часа,

Т_т.о.вып = 0,112Н_т.р.вып = 0,11210 = 12чел.-часа;

для электропривода переменного тока

Т_т.о.2пр = 1,212Н_т.р.пр = 0,11215 = 18чел.-часов,

Трудоемкость технического обслуживания электропривода за год:

Для удобства сравнения выполненный расчет трудоемкости ремонта и технического обслуживания для обоих вариантов сведен в таблицу.

Таблица 12.3

Результаты расчетов трудоемкости ремонта и технического обслуживания оборудования рассматриваемых вариантов.

для электропривода постоянного тока

Т_{п.р.т.о.1} = 0,1(Т_т.о.1дв+Т_т.о.тр+Т_т.о.вып) = 0,1(8,4+20,4+12) = 4,08чел.-часов;

для электропривода переменного тока

Т_{п.р.т.о.2} = 0,1(Т_т.о.2дв+Т_т.о.пр) = 0,1(8,4+18) = 2,64чел.-часов.

По известной годовой трудоемкости эксплуатации оборудования, учитывая тарифную ставку ремонтного рабочего, а также соответствующие налоги можно определить затраты на заработную плату ремонтных рабочих за год:

для первого варианта:

С_з.п.1 = С_тарС_налТ_сум.1,

С_з.п.1 = 620·1,880,72 = 90084руб.,

для второго варианта:

С_з.п.2 = С_тарС_налТ_сум.2,

С_з.п.2 = 620·1,8· 46,43 = 51815руб.,

Стоимость материалов для ремонта и обслуживания оборудования принимается равной 100% от основной заработной платы ремонтных рабочих без учета затрат на выплату налогов:

для первого варианта

С_мат.1 = С_тарТ_сум.1 = 62080,72 = 50046руб.,

для второго варианта

С_мат.2 = С_тарТ_сум.2 = 62046,43 = 28786руб.

Общецеховые расходы принимаются равными 100% от основной заработной платы без учета налогов, т.е. в данном случае они равны стоимости материалов для ремонта и обслуживания оборудования:

С_ц.1 = С_мат.1 = 50046руб.,

С_ц.2 = С_мат.2 = 28786руб.,

Общезаводские расходы принимаются равными 50% от основной заработной платы без учета налогов, т.е. в данном случае составляет половину общецеховых расходов:

С_з.1 = 0,5С_ц.1 = 0,550046 = 25023руб.,

С_з.2 = 0,5С_ц.2 = 0,528786 =14393руб.

Таким образом, найдены все величины, необходимые для расчета годовых затрат по эксплуатации электрической части установки а также для определения годовых эксплуатационных расходов для обоих вариантов Полные же затраты определяются как сумма капиталовложений и годовых эксплуатационных расходов.

С_экс.эл = (С_з.п+С_мат+С_ц+С_з),

С_экс = (С_з+С_а+С_экс.эл),

С_экс,эп1 = 90054+50046+50046+25023 = 215169руб.,

С_экс,эп2 = 51815+28786+28786+14393 = 123780руб.,

С_экс1 = 1037820+260300+215169 = 1513289руб.,

С_экс2 = 1105660+307325+123780 = 1536765руб.

Определим полные затраты по сравниваемым приводам:

С_?=С_а+С_э+С_зп+С_мат+С_ц+С_з+С_экс.эп+С_экс,

С_?1=260300+985782+90084+50046+50046+25023+215169+

+1513289= 3189739руб.,

С_?2 =307325+687926+51845+28786+28786+14393+123780+

+1536765 = 2779606руб.

Расчет приведенных затрат произведем по формуле:

,

где Е_н = 0,15 - согласно рекомендациям ЮНИДО для развивающихся

стран.

З_прив,1 = 0,15·2740000+3189739 = 3600739руб.,

З_прив,2 = 0,15·3235000+2779606 = 3264856руб.

Размещено на Allbest.ru