Модернизация станка с числовым программным управлением

4. Исследовательская часть

В рамках данного проекта производится исследование динамических режимов работы асинхронного частотного электропривода главного движения с векторной системой автоматического управления и уточненная проверка работоспособности электропривода.

Исследования проводятся методом имитационного математического моделирования, для чего в приложении Simulink пакета Matlab собрана модель асинхронного электропривода (рис. 4.1.), в которую вошли:

– модель АД в неподвижной системе координат;

– модель преобразователя частоты;

– векторная система автоматического управления в системе координат x, y;

– преобразователи координат;

– блоки задания управляющих воздействий;

– блоки индикации и контроля результатов моделирования.

Параметры модели асинхронного двигателя были определены на основании его паспортных данных и представлены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 Расчет параметров модели АД

Рис. 4.1. Simulink-модель электропривода

ПАСПОРТНЫЕ ДАННЫЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

P_n=11000мощность двигателя номинальная (Вт);

щ_n=157.08скорость вращения двигателя номинальная (рад/с);

U_1n=220фазное напряжение статора номинальное (В);

I_1n=23ток статора номинальный (А);

Z_p=2число пар полюсов;

cosц=0.86коэффициент мощности номинальный;

fnom=50частота питающего напряжения номинальная (Гц);

prg=2.5перегрузочная способность двигателя;

Jdv=0.21момент инерции вращающихся частей двигателя (кг•м²);

M_n=P_n/щ_nноминальный момент двигателя (Н•м).

ПАРАМЕТРЫ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Jmeh=0.2момент инерции механизма, приведенный к скорости двигателя (кг•м²);

J=Jdv+Jmehсуммарный момент инерции механической части электропривода (кг•м²).

ПАРАМЕТРЫ МОДЕЛИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ В НЕПОДВИЖНОЙ СИСТЕМЕ КООРДИНАТ (alfa, betta)

L12=0.08675максимальная взаимная индуктивность между любой обмоткой статора и любой обмоткой ротора при совпадении их осей (Гн);

L1=0.08905полная эквивалентная индуктивность обмотки статора (L1=L1s+L12) (Гн);

L2=0.09136полная эквивалентная индуктивность обмотки ротора (L2=L2s+L12) (Гн);

R1=0.2646активное сопротивление обмотки статора (Ом);

R2=0.2646приведенное к статорной обмотке активное сопротивление обмотки ротора (Ом);

F2n=0.77номинальное потокосцепление ротора (Вб);

K2=L12/L2коэффициент электромагнитной связи ротора;

T1=(L1-(L12^2)/L2)/(R1+(K2^2) R2)электромагнитная постоянная времени статорных цепей (с);

T2=L2/R2электромагнитная постоянная времени роторных цепей (с).

ПАРАМЕТРЫ САУ

Usau=10базовый уровень сигналов элементов САУ;

Uogr=10уровень ограничения сигналов САУ;

Tmu=0.01некомпенсируемая постоянная времени САУ.

Kph=fnom/Usau;

Kpn=U1n·sqrt(3/2);

Kot=Usau/(I1n·2.5)коэффициент обратной связи по току;

Kopt=Usau/F2nкоэффициент обратной связи по потокосцеплению;

Kow=Usau/wnкоэффициент обратной связи по скорости;

Krt=(R1+R2)/(31·Kot·2·Tmu)коэффициент регулятора тока;

Trt=(31·Kot·2·Tmu)/(R1+R2)постоянная времени регулятора тока;

Krpt=(T2·Kot)/(K2·L2·Kopt·4·Tmu)коэффициент регулятора потокосцепления;

Trpt=(K2·L2·Kopt·4·Tmu)/Kotпостоянная времени регулятора потокосцепления;

Krw=(Kot·J·2)/(4·Tmu·Kow·3·Zp·K2)коэффициент регулятора скорости;

Trw=4·Tmu/Krwпостоянная времени регулятора скорости;

Результаты моделирования представлены на диаграммах рис. 4.2. - рис. 4.4., из которых следует, что:

– максимальный момент, развиваемый двигателем при пуске и торможении, не превышает допустимых значений;

– разгон электропривода происходит за 0,75 с, что соответствует заданным требованиям по быстродействию;

– пусковые токи не превышают 2.5·Iн.

Электропривод удовлетворяет предъявляемым к нему требованиям.

Рис. 4.2. Зависимость скорости от времени

Рис. 4.3. Зависимость момента от времени

Рис. 4.4. Зависимость действующего значения тока статора от времени

5. Энергосбережение

Самое главное направление в энергосбережении - снижение ненужных потерь энергии. Статистика утверждает, что подавляющее большинство потерь (свыше 90%) происходит в сфере энергопотребления, а вот при энергопередаче теряется максимум 10 %. Значит, именно в сфере потребления нужно искать способы уменьшить потери.

Не меньшим перечнем преимуществ обладает и использование в целях экономии электроэнергии частотно-регулируемых приводов. Даже самые скромные подсчёты показывают, что при использовании этих устройств уровень энергосбережения увеличивается примерно на 15-20%. Принцип действия основан на регуляции режима работы исполнительного оборудования путём подачи выходного напряжения различной частоты на контролируемые устройства. Применение преобразователей в дальнейшем позволят получить следующие преимущества:

- оптимизация рабочего режима контролируемого устройства (станка, оборудования механизма) и, как правило, увеличение его срока службы. Не подверженное излишним нагрузкам оборудование будет находиться в более хорошем техническом состоянии;

- более удобное управление двигателем оборудования, в том числе равномерный запуск и плавная остановка, а также возможность обратной подачи вращения вала (реверса) двигателя. Сюда же можно отнести удобство регулирования, частотой вращения. Это положительно сказывается на техническом состоянии оборудования.

- защита двигателя от перегрузок электрической сети, или, наоборот, от недостаточного напряжения. Это очень важный положительный момент, потому что предотвращает повреждение оборудования связанного с низким качеством напряжения, что является актуальным.

Как видим, использование энергосберегающего оборудования и рациональное использование электрической энергии ведет не только к прямому уменьшению потребления электроэнергии, но и обеспечивает дополнительные преимущества. Особо актуально использование энергосберегающего оборудования на предприятиях тяжелой промышленности и на крупных производственных комплексах, где нерациональное потребление электроэнергии ведёт к огромным финансовым потерям. Также разумным является использование энергосберегающих технологий в плане повышения качества электроэнергии, что положительно отражается на качестве работы оборудования, на сроке его службы.

Преобразователь позволяет экономить на непроизводительных затратах энергии, кроме того он имеет функцию энергосбережения. Эта функция позволяет при выполнении той же работы экономить от 5 до 30 % электроэнергии путем поддержания двигателя в режиме оптимального КПД. В режиме энергосбережения преобразователь непрерывно контролирует потребление тока, рассчитывает нагрузку и меняет выходное напряжение. Таким образом, оптимизируется потребление мощности в соответствии с нагрузкой и повышается КПД.

5.1 Выбор установленной мощности и типа двигателя

Одним из важнейших организационно-технических мероприятий энергосбережения является правильный выбор установленной мощности асинхронного двигателя. Эта задача особенно актуальна при использовании нерегулируемых двигателей, которые еще преобладают среди промышленных электроприводов.

Известно, что при использовании АД, номинальная мощность которого меньше, чем требуемая по условиям работы механизма, происходит перегрев электрической машины и ее преждевременный выход из строя. При завышении номинальной мощности двигателя по сравнению с требуемой возрастают капитальные затраты на электропривод, не в полной мере используются заложенные в двигатель активные материалы (медь и сталь), снижается КПД и коэффициент мощности двигателя. Энергоаудит, проведенный на ряде предприятий Уральского региона, показал, что большинство установленных двигателей имеют завышенную мощность, не соответствующую потребностям управляемого механизма, а средняя загрузка двигателей по отношению к установленной мощности не превышает 0,4...0,6. Это подтверждает тот факт, что в отечественной практике коэффициент загрузки двигателя зачастую равен всего лишь 0,3...0,4, т.е. КПД электропривода значительно ниже номинального [19], в то время как в промышленно развитых странах Западной Европы принято считать, что средняя загрузка двигателей должна превышать 0,6...0,7. При столь низких в отечественной практике коэффициентах загрузки КПД электропривода уменьшается на 2... 6 %, cosц на 20...30%. При кажущемся незначительным, на первый взгляд, снижении КПД недогруженных двигателей эта ситуация, носящая массовый характер, приводит к тому, что потери электроэнергии составляют 1... 1,5% всей вырабатываемой в стране электроэнергии. Поэтому нереально ставить задачу повсеместной замены двигателей с избыточной установленной мощностью, однако при плановой замене приводных двигателей или модернизации производства целесообразно обеспечивать установленную мощность двигателей в соответствии с требованиями технологии, т.е. увеличивать коэффициент загрузки двигателя. В технической литературе часто встречается такая рекомендация: если загрузка двигателя меньше 50 %, то его нужно менять [19].

О важности повышения КПД нерегулируемых АД на несколько процентов говорит и тот факт, что в 1970 - 1980-е гг. при существенном подорожании электроэнергии в США, а затем и странах Западной Европы стали создаваться так называемые энергоэффективные двигатели, в которых за счет увеличения количества активных материалов (меди и стали) обеспечивалось повышение КПД на 2...5 %. В России, где стоимость электроэнергии пока еще в несколько раз ниже, чем в европейских странах, это направление в электромашиностроении не получило широкого развития. Повышение КПД, учитывая отечественную специфику, может быть получено в нашей стране повышением коэффициента загрузки двигателей.

5.2 Оптимизация режимов системы ПЧ-АД

Целью задачи оптимизации режимов частотно-регулируемого асинхронного электропривода является достижение экстремума функции качества (критерия оптимальности). Для электроприводов одним из важных критериев качества по энергетическим соображениям и надежности являются потери мощности. Требования оптимальности по потерям можно рассматривать по отношению к двигателю, преобразователю частоты и в целом к электроприводу.

Выявление оптимального режима управления по минимуму потерь двигателя имеет значение в следующих случаях:

– при обеспечении минимума потерь для ограничения нагрева двигателя и расширения области допустимых по нагреву моментов нагрузки;

– для анализа эффективности законов частотного управления по критерию потерь при использовании в качестве эталона закона управления по минимуму потерь в двигателе.

Целью в этих случаях является обеспечение надежной работы двигателя, так как даже незначительное повторяющееся превышение температуры обмотки статора сверх допустимой приводит к ускоренному старению изоляции и сокращению срока службы АД.

С позиции обеспечения экономичной и надежной работы ПЧ целесообразна постановка задачи оптимизации его режимов по критерию потерь мощности преобразователя.

Оптимизация режимов электропривода по минимуму потерь в системе ПЧ - АД имеет практический смысл при рассмотрении электропривода как потребителя электроэнергии. При этом важно знать в каком соотношении к условию минимума потерь в системе ПЧ - АД находятся потери в асинхронном двигателе и преобразователе частоты.

5.3 Основные пути повышения энергетической эффективности асинхронных электроприводов

Приведенное выше сопоставление разных способов и систем управления асинхронными электроприводами позволяет наметить следующие направления снижения потребления энергии АД.

Первое направление связано со снижением потерь в электроприводе при выполнении им заданных технологических операций по заданным тахограммам и с определенным режимом погружения. Это электроприводы, работающие в пускотормозных режимах (краны, лифты, главные приводы слябингов и блюмингов, вспомогательные позиционные механизмы прокатных станов и т.д.) или длительных режимах с медленно изменяющейся нагрузкой (насосы, вентиляторы, компрессоры, транспортеры и т.д.). В таких электроприводах за счет снижения потерь электропривода в установившихся и переходных режимах возможна значительная экономия электроэнергии. В кинематически связанных электроприводах (рольганги, многодвигательные приводы тележек и т.д.) равномерное деление нагрузок между двигателями позволяет также минимизировать потери в них.

Второе направление связано с изменением технологического процесса на основе перехода к более совершенным способам регулирования электропривода и параметров этого технологического процесса. При этом происходит снижение потребления энергии электроприводом.

Для обоих названных направлений характерным является то, что в них снижается потребление энергии именно в электроприводе: в первом случае за счет снижения потерь энергии, во втором за счет использования менее энергозатратного со стороны электропривода управления технологическим процессом.

Можно назвать и третье направление, обеспечивающее реализацию энергосберегающих технологий. Известно, что имеется ряд технологических процессов, где электропривод сравнительно небольшой мощности управляет потоком энергии, мощность которого в десятки и сотни раз превышает мощность электропривода. К таким объектам можно отнести дуговые сталеплавильные печи постоянного и переменного тока, вакуумные дуговые печи, рудо-восстановительные печи, установки индукционного нагрева и т.д. На них электроприводы мощностью в несколько киловатт могут управлять процессом, потребляющим десятки и даже сотни мегаватт. Очевидно, что от совершенства электропривода, его быстродействия и точности, степени автоматизации процесса во многом зависит эффективное использование таких значительных объемов энергии. Это направление не связано с уменьшением потока энергии через электропривод, чаще потребление энергии электроприводом даже увеличивается. Тем не менее, так как это направление связано со значительной экономией электроэнергии, рассмотрим его на примере дуговой сталеплавильной печи.

Сформулируем пути энергосбережения в асинхронном электроприводе.

В рамках первого направления для снижения потерь энергии в асинхронном электроприводе можно использовать следующие пути.

1. Обоснованный выбор установленной мощности двигателя, соответствующей реальным потребностям управляемого механизма. Эта задача связана с тем, что коэффициент загрузки многих двигателей составляет 50% и менее, что говорит либо о низкой квалификации разработчиков, либо о несовершенстве использованной методики расчета мощности электропривода. Очевидно, что двигатель заниженной мощности быстро выходит из строя из-за перегрева, а двигатель с большим запасом мощности преобразует энергию неэффективно, т.е. с высокими удельными потерями в самом двигателе из-за низкого КПД и в питающей сети из-за низкого коэффициента мощности. Поэтому первый путь заключается в совершенствовании методик выбора мощности двигателя и проверки его по нагреванию, а также в повышении квалификации разработчиков, проектировщиков и обслуживающего персонала. На практике встречаются случаи, когда вышедший из строя двигатель заменяется подходящим по высоте вала или его диаметру, а не по мощности. Существующие методики выбора мощности двигателя и проверки его по нагреванию могут рассматриваться лишь как первое приближение. Необходима разработка более совершенных методик, основанных на точном учете режимов работы электропривода, изменении его энергетических показателей, тепловых процессов в двигателе, состояния изоляции и т.д. Разумеется, это предполагает широкое использование вычислительной техники и специального программного обеспечения.

Переход на более экономичные двигатели, в которых за счет увеличения массы активных материалов (железа и меди), применения более совершенных материалов и технологий повышены номинальные значения КПД и коэффициента мощности. Этот путь, несмотря на высокую стоимость таких двигателей, становится очевидным, если учесть, что по данным западноевропейских экспертов, стоимость электроэнергии, потребляемой ежегодно средним двигателем, в 5 раз превосходит его стоимость. За время службы двигателя, а это десятки лет, экономия энергии значительно превысит капитальные затраты на такую модернизацию. Как уже отмечалось ранее, этот путь пока не получил должного признания в отечественной практике.

Переход к более совершенной с энергетической точки зрения системе электропривода. Потери энергии в переходных режимах заметно изменяются при использовании реостатного регулирования, систем ТПН - АД и ППЧ - АД с минимальными потерями при применении частотно-регулируемых электроприводов. Поэтому в рамках каждой из перечисленных систем имеются более или менее удачные в энергетическом и технологическом плане варианты. Задачей проектировщика является грамотный и всесторонне обоснованный выбор конкретного технического решения.

Совершенствование алгоритмов управления электроприводом в системах ТПН - АД и ППЧ - АД на основе энергетических критериев оценки его качества, т.е. совершенствование известных решений, разработка эффективных технических средств дня их осуществления и поиск новых решений, оптимальных в энергетическом смысле.

В рамках второго направления снижения потребления энергии решающее значение имеет переход от нерегулируемого электропривода к регулируемому и повышение уровня автоматизации за счет включения в контур регулирования ряда технологических параметров (давления, расхода, температуры и т.д.). Так как это направление связано со снижением потребления энергии электроприводом за счет изменения технологического процесса, появляется возможность регулировать ранее не регулировавшиеся технологические параметры или изменять способ их регулирования.

Для третьего направления снижения потребления энергии характерны совершенствование системы электропривода в сочетании с автоматизацией технологического процесса и правильный выбор соответствующего по качеству регулирования электропривода из уже имеющихся или разработка новых, более качественных систем.

Заметим, что при реализации конкретных проектов выявляется, как правило, не один, а несколько возможных путей энергосбережения, поэтому для получения максимального эффекта необходим комплексный подход к решению задачи энергосбережения в электроприводе.

5.4 Обеспечение технологических требований к показателям переходных процессов за счет систем управления электроприводом

Современные технологические установки и машины предъявляют самые разнообразные требования к качеству переходных процессов в электроприводе. Как правило, это требования к точности и быстродействию в позиционных электроприводах, формирование желаемой диаграммы скорости в системах регулирования скорости, формирование требуемой диаграммы крутящего момента двигателя в тяговых силовых установках и т.д. Кроме того, для всех этих устройств характерным является требование ограничения скорости и ее производных, момента двигателя и его производных, максимальной мощности и т.д. Следовательно, из множества возможных траекторий движения электропривода необходимо выбирать такие, которые обеспечивают максимальное быстродействие, минимум потерь энергии и динамических нагрузок, максимум полезной работы с учетом существующих ограничений.

Очевидно, что использование неуправляемых переходных процессов пуска и торможения электропривода дает ограниченный набор возможных траекторий движения, чаще всего не удовлетворяющих требованиям технологического процесса. Поэтому переход к регулируемому электроприводу с возможностью формирования управляемых переходных процессов является объективной необходимостью. Этот процесс перехода, обусловленный непрерывным повышением технического уровня средств управления электроприводом, позволяет не только удовлетворить все требования современных технологических установок, но и дает возможность оптимизировать потребление энергии электроприводом.

Самая общая постановка задачи оптимального управления электроприводом с учетом технологических требований хорошо известна и заключается в поиске экстремума некоторого обобщенного функционала, в который может входить большое число зачастую противоречивых показателей, в том числе энергетических. Решение этой задачи связано со значительными трудностями, прежде всего из-за того, что априори неизвестны весовые коэффициенты показателей, входящих в этот функционал. Кроме того, само решение этой задачи чрезвычайно громоздко и неоднозначно, так как связано с использованием методов классического вариационного исчисления, принципа максимума, метода динамического программирования и других методов оптимального управления, поэтому более известны частные решения задачи, например задача позиционирования с минимумом потерь в двигателе. Очень важно учитывать при переходе к регулируемому электроприводу следующие обстоятельства.

Во-первых, при переходе к регулируемому электроприводу экономия электроэнергии часто достигается не только и не столько за счет снижения потерь в самом электроприводе, но и за счет того технологического процесса, в котором участвует этот привод. При этом экономия энергии может многократно превосходить потребление электроэнергии собственно электроприводом.

Так, повысив качество регулирования в электроприводах перемещения электродов дуговой сталеплавильной печи мощностью в несколько киловатт, можно повысить эффективность использования энергии дуги мощностью в несколько мегаватт. Другой пример оптимизация нагрева заготовок в термических установках за счет регулирования скорости транспортера, подающего эти заготовки.

Во-вторых, для получения энергетического и технологического эффектов часто нужны изменения координат электропривода в очень небольших пределах при невысоких требованиях к качеству регулирования, что можно осуществить с помощью относительно простых технических средств. Например, даже небольшое изменение скорости насоса водоснабжения дает ощутимую экономию электроэнергии и воды.

В-третьих, особенностью таких задач является отсутствие каких-либо универсальных решений, применимых для всех электроприводов и технологических процессов, поэтому для каждого конкретного объекта из множества возможных вариантов необходимо выбрать один - лучший в определенном смысле. Многое в принятии правильного решения зависит как от квалификации и опыта инженера, так и от умения комплексно подойти к решению этой задачи.

5.5 Эффективность применения преобразователей частоты на примере преобразователей Parvex

С переходом на рыночную экономику для предприятий России вопросы энерго- и ресурсосбережения приобрели особую важность. Устранение нерационального расхода средств сегодня всё чаще решается при помощи высоких технологий, и здесь одну из ведущих позиций занимает автоматизированный электропривод.

Для многих инженеров не секрет, что именно асинхронный привод находит сейчас всё большее применение, благодаря своей экономичности, простоте в обслуживании, возможности использования на опасных объектах. Уделяя огромное внимание совершенствованию элементной базы преобразователей частоты (ПЧ), многие фирмы добились хороших результатов. Не стала исключением и японская корпорация Parvex, преобразователи которой не уступают преобразователям других ведущих производителей ни по качеству, ни по надёжности.

Частотные преобразователи Parvex - это высокотехничное изделие, содержащие передовые (IGBT) транзисторы в составе силовой схемы, интеллектуальную микропроцессорную систему управления, позволяющую пользователю оптимально настроить преобразователь под конкретную задачу и далее не вкладывать никаких затрат в его эксплуатацию.

На сегодняшний день и в ближайшем будущем этот класс приборов силовой электроники занимает и будет занимать доминирующее положение для диапазона мощностей от единиц киловатт до единиц мегаватт. Дальнейшее развитие IGBT будет идти по пути:

– повышения диапазона предельных коммутируемых токов и напряжений (единицы килоампер, 5-7 кВ);

– повышения быстродействия;

– повышения стойкости к перегрузкам и аварийным режимам;

– снижения прямого падения напряжения;

– разработки новых структур с плотностями токов, приближающихся к тиристорным;

– развитие «интеллектуальных» IGBT (с встроенными функциями диагностики и защит) и модулей на их основе;

– создание новых высоконадежных корпусов, в том числе прижимной конструкции.

Системная интеграция, т. е. объединение в одном устройстве силовых коммутационных элементов с элементами управления, диагностики и защит, является одним из путей развития силовой электроники.

Таким образом, для создания современного, надёжного, высокоэффективного энерго ресурсосберегаемого полупроводникового электропривода, имеется несколько типов приборов силовой электроники, каждый из которых занимает свои области наиболее целесообразного применения. Наиболее перспективными приборами силовой электроники являются MOSFET и IGBT для схем преобразователей мощностью от единиц ватт до единиц мегаватт.

Одним из главных достоинств частотных преобразователей является возможность их работы в локальных сетях. Это, обеспечивает настройку параметров в режиме чтение/запись и управление всеми преобразователями со станции оператора. Очевидно, что такая возможность выводит АСУ ТП на новый уровень, обеспечивая удобство эксплуатации, снижение материальных затрат на обслуживание, повышение качества технологического процесса. Примеров использования сетевых технологий можно привести достаточное количество, характерными, конечно, являются производства конвейерного типа, производства с непрерывной обработкой материала, транспортные линии.

Кроме того, преобразователи Parvex имеют специальную функцию энергосбережения. Преобразователь, работая в энергосберегающем режиме, отслеживает потребление тока и, если нагрузка невелика, снижает выходное напряжение до минимально возможного. Т.е. увеличиватся КПД. Функцию можно применять в задачах, где нагрузка является переменной величиной. Например, на тех же насосных станциях расход воды зависит от времени суток. Активирование энергосберегающего режима в "мертвых зонах" даст дополнительный экономический эффект.

Преобразователь позволяет отслеживать и отображать на цифровом пульте основные параметры системы на заданную скорость, выходную частоту, ток и напряжение двигателя, выходную мощность и момент, состояние дискретных входов, общее время работы преобразователя и т. д. В зависимости от характера нагрузки можно выбрать подходящую V/f характеристику или создать свою собственную.

Несмотря на немалую стоимость современных частотных преобразователей, окупаемость вложенных средств за счёт экономии ресурсов не превышает двух лет. Это вполне реальные сроки, а учитывая многолетний жизненный ресурс подобной техники, можно подсчитать ожидаемую экономию на длительный период по приведённой выше формуле и принять правильное решение, двигаясь в ногу со временем.

6. Технико-экономический расчет

Токарно-винторезные станки применяются в машиностроительной отрасли очень давно. Большинство станков сильно изношено и не отвечает всем современным требованиям предъявляемых к ним.

В данном дипломном проекте разработана частичная модернизация станка модели 16А20Ф3.

При проведении модернизации осуществлена замена комплектного электропривода Размер 2М-5-21/11. В качестве главного был выбран комплектный электропривод PARVEX, преобразователь 690C-011-4-BS с асинхронным двигателем MA-100 P-FB. Для привода подач преобразователь HA-75 с двигателем НА-13-17-2000 (17 Нм). Заменена измерительная система обратной связи на фотоимпульсных датчиках ВЕ-178, на круговые датчики типа ЛИР-158А. Осуществленна замена пускорегулирующей и защитной аппаратуры во встроенных шкафах управления станком фирмы Schneider El. напряжением питания 24 В.

Экономическая эффективность достигается за счет следующих факторов:

– снижение потерь электроэнергии, благодаря более высокому КПД, меньших расходов мощности на собственные нужды, меньшей мощности управления;

– сокращения простоев, увеличения времени работы оборудования;

– повышения производительности станка;

– уменьшения эксплуатационных расходов.

Расчет экономической эффективности ведется на основе сравнения двух вариантов:

– до модернизации;

– после модернизации.

6.1 Расчет капитальных затрат

Капитальные затраты на внедрение нового типа электропривода состоят из стоимости электрооборудования: преобразователей, двигателей, системы ЧПУ NC-201М, затрат на монтаж и т.д.

Таблица 6.1.1 Капитальные затраты на приобретение оборудования

Затраты на оборудование:

К_об = 295605,8 руб.

Затраты на транспортировку оборудования принимаем в размере 5 % от его стоимости и они составят

руб.

Затраты на монтаж оборудования принимаем в размере 15 % от его стоимости и они составят

руб.

Сумма капитальных затрат составит

руб.

6.2 Расчет эксплуатационных расходов

6.2.1 Сокращение затрат на электроэнергию потребляемую электрооборудованием станка

Стоимость электроэнергии, потребляемой станком в год

руб,

где Ц_э = 2 руб/кВтч - стоимость 1 кВтч электроэнергии; Т - число часов использования оборудования в год; Р_а - общая активная мощность, потребляемая электрооборудованием станка, которая составляет:

Р_а1 = 24 кВт - до модернизации; Р_а2 = 20 кВт - после модернизации.

Т = кпрs, ч ,

где к = 0,9 - коэффициент использования оборудования; п = 285 - количество дней работы оборудования в год; р = 7 - продолжительность рабочей смены, час (с учётом времени на обед и пересменку), s = 3 - сменность работы оборудования.

ч.

руб.,

руб.,

руб.

6.2.2 Сокращение затрат на переналадку станка

Переналадка станка до модернизации осуществляется через каждый месяц работы. Переналадка станка после модернизации осуществляется через каждые 3 месяца. Работу производят два наладчика 6 разряда.

Время наладки:

до модернизации t_нал1 = 4 ч;

после модернизации t_нал2 = 1 ч;

Время наладки станка в год:

до модернизации Т_нал1 = (п t_нал1)/ 30= (285 4)/30 = 38 ч;

после модернизации Т_нал2 = (п t_нал2)/(30 4) = (285 1)/90 = 2,4 ч.