Модернизация электропривода вентиляционной установки ВЦД-47

Максимальное перерегулирование:

Колебательность: .

Статическая ошибка: .

Расчет контура регулирования скорости вращения

Контур регулирования скорости вращения построен по принципу подчиненного регулирования. Он включает в себя контур регулирования тока.

Рис. 7.5. Структурная схема контура регулирования скорости

Поэтому заменим контур регулирования тока эквивалентной ему передаточной функцией, тем самым упростив схему.

 (5.37)

Настройка производится на симметричный оптимум. Применим пропорционально - интегральный регулятор с коэффициентами

(5.38)

(5.38)

Схема реализации данной модели двигателя в программной среде Mathlab изображенанарис.7.6

Рис. 7.6 Схема реализации данной модели двигателя в программной среде Matlab

На рис. 7.8. и рис 7.9. приведены графики переходных процессов по моменту и по частоте вращения соответственно.

Рис. 7.8. Переходный процесс по моменту в режиме пуска

Рис. 7.9. Переходный процесс по скорости в режиме пуска.

7.8 Алгоритм пуска электродвигателя

Рис. 7.10. Релейно-контактная схема управления высоковольтным асинхронным двигателем

Схема цепи управления выполняет функции защиты, разрешает и запрещает пуск.

Таблица 7.1. Состав схемы цепи управления

Обозначение	Наименование	Тип	U, кВ
АД	Асинхронный двигатель	АКС-17-76-12УХЛ4	6
ТДП2	Преобразователь частоты	ТДП2	6; 10
QF	Камера сборная одностороннего обслуживания	КСО-6 (10)-Э2 «Онега»	6; 10
KM1	Контактор вакуумный	КВТ-6-400	6
KM1.1, КМ1.2, КМ1.3	Контакты контактора в силовой цепи		6
KM1.4	Контакт контактора в цепи управления		0,22
Т	Трансформатор, питающий цепь управления	ОМП-10/6/0,23	6
КМ2.1	Контакт блокировочного контактора
KK1, KK2	Реле тепловой защиты
KK 1.1, KK2.1	Контакты теплового реле
FU	Предохранитель
SBC	Кнопка "Стоп"
SBT	Кнопка "Пуск"

Нажимаем на кнопку «Пуск» («SBT») при отсутствии сигнала защиты (контакт «KM2.1») ток течет через катушку KM1. После нажатия кнопки «SBT» замыкается цепь и двигатель запускается, чтобы он не останавливался после отжатия кнопки «пуск» катушка KM1 своим контактом шунтирует кнопку «SBT».

При нажатии на кнопку «SBC» либо при срабатывании системы защиты цепь катушки КМ1 обесточивается и ПЧ производит останов привода.

Ниже представлена циклограмма работы электропривода вентилятора.

Рис. 7.11. Циклограмма работы привода вентилятора

Xo - сигнал на запуск рабочего двигателя (SBT);

X1 - срабатывание реле КМ2 блокировки работы двигателя при срабатывание системы защиты

X2 - срабатывание вакуумного выключателя секционной камеры QF при к.з.;

X3 - срабатывание теплового реле РТ при возникновении перегрузки двигателя;

X4 - принудительный останов рабочего насоса и переход на работу резервного;

Y1 - работа электродвигателя рабочего вентилятора;

Y2 - работа электродвигателя резервного вентилятора.

По выше представленной циклограмме можно вывести логическую формулу работы электродвигателя вентилятора:

7.9 Агрегат тиристорный диодный серии ТДП2. Общие сведения

Агрегаты тиристорные диодные ТДП2 и станции управления ШДУ предназначены для создания на базе серийных и индивидуального изготовления асинхронных двигателей с фазным ротором плавно регулируемых, нереверсивных, без электрического торможения электроприводов по схеме асинхронного вентильного каскада мощностью от 100 до 2000 кВт и более (с номинальными токами ротора до 2500 А и номинальным напряжением ротора до 1700 В и рабочим напряжением ротора до 700 В в электроприводах асинхронно-вентильного каскада). С помощью агрегатов регулируется частота вращения асинхронных двигателей вниз от синхронной в диапазоне, определяемом соотношением напряжения на кольцах двигателя при S=l и номинальным напряжением агрегата.

Станции управления предназначены для пуска и останова асинхронных двигателей приводов длительного режима работы, автоматического подключения их в систему АВК, а также для защиты двигателей низкого напряжения от перегрузок и токов коротких замыканий.

Система автоматического регулирования частоты вращения двигателя позволяет выполнять электроприводы АВК как с обратной связью по частоте вращения (при наличии тахогенератора), так и с обратной связью по ЭДС ротора двигателя (датчик ЭДС предусмотрен в агрегатах). При этом диапазон регулирования частоты вращения двигателя при использовании тахогенератора может быть получен в зависимости от соотношения номинальных напряжений ротора и агрегата от 1:1,5 до 1:30, при использовании датчика ЭДС - до 1:10. Диапазоны регулирования 1:30 и 1:10 предполагают получение на нижней частоте вращения 10%-ной жесткости механических характеристик. Частота вращения в таких электроприводах регулируется от 0 до 100% (полный диапазон регулирования частоты вращения).

Если номинальное напряжение ротора двигателя будет равно или меньше номинального напряжения выбранного типа агрегата (350 или 700 В), то электропривод обеспечит полный диапазон регулирования частоты вращения т. е. пуск и регулирование частоты вращения осуществляются с нуля с помощью агрегата (рис. 7.8). Защитные резисторы в цепь ротора включаются последовательно с агрегатом лишь на время подключения статора двигателя к сети с целью снятия имеющих место в этот момент перенапряжений, которые в противном случае приложились бы к агрегату. Станции управления для таких электроприводов просты и содержат лишь два контактора для шунтирования ротора и защитных резисторов и элементы управления приводом.

Когда номинальное напряжение агрегата меньше номинального напряжения ротора двигателя, то диапазон регулирования частоты вращения двигателя получается частичный (рис. 7.9). Пуск двигателя в этом случае осуществляется с помощью станции управления в две ступени на пусковых резисторах в функции времени до частоты вращения, при которой напряжение на кольцах ротора двигателя снизится до номинального значения напряжения выбранного типа агрегата (350 или 750 В), после чего агрегат автоматически подключается к роторной цепи двигателя и отключаются пусковые резисторы.

Статические агрегаты серии ТДП2, выполненные на полупроводниковых кремниевых диодах и тиристорах, представляют собой комплектные устройства и состоят из выпрямителя, инвертора и сглаживающего дросселя типа СРОС. В выпрямителях и инверторах помимо диодов и тиристоров размещены силовые коммутационные аппараты, устройства управления и защиты. Инвертор создает регулируемую по величине противоЭДС, встречную выпрямленному напряжению ротора, и рекуперирует энергию скольжения ротора в питающую сеть.

Сглаживающий дроссель предназначен для сглаживания пульсаций выпрямленного тока.

Выпрямитель и инвертор собраны по трехфазной мостовой схеме соответственно на диодах Д143-800 18-го класса и тиристорах Т153-800 12-го класса.

Рис. 7.12 Схема АВК с защитными резисторами

Агрегаты на ток 1250 А отличаются от агрегатов с номинальным током 630 А лишь силовой схемой - выпрямитель и инвертор имеют по два параллельно включенных диода (тиристора) и по два силовых автомата. Ток между параллельными тиристорами делится индуктивными симметрирующими устройствами, а между диодами - активными сопротивлениями, включенными последовательно с каждым диодом.

Рис. 7.13. Схема АВК при пуске в две ступени.

Помимо одинарных агрегатов (агрегаты на 630 и 1250 А с индексом 1T) с номинальным напряжением 350 В, в которых применены одномостовые инверторы, выпускаются агрегаты со сдвоенными инверторами (агрегаты на 630 и 1250 А с индексом 2Т), в которых применены двухмостовые инверторы с последовательным соединением мостов. Эти агрегаты состоят из двух идентичных инверторов от одинарных агрегатов и выпрямителя с диодами более высокого класса. Питание инверторов осуществляется от двух гальванически не связанных по низкой стороне трансформаторов.

Агрегаты на ток 2500 А (как одинарные, так и сдвоенные) набираются из двух агрегатов 1250 А (соответственно одинарных и сдвоенных) путем параллельного соединения последних.

Станция управления пуском типа ШДУ

Станции управления предназначены для пуска и останова асинхронных двигателей с фазным ротором и автоматического подключения агрегатов ТДП2 в систему АВК, а также для защиты двигателей низкого напряжения от перегрузок и токов коротких замыканий. Электрическое торможение не предусмотрено.

Предусмотрено местное управление электродвигателями со станции управления и дистанционное с пульта управления. Для выбора пульта управления на станциях установлены переключатели.

Станции ШДУ, предназначенные для управления двигателями высокого напряжения, изготовляются на номинальные токи роторной цепи 630, 1250 и 2500 А (в тропическом исполнении 500, 1000 и 2000 А соответственно). Станции управления двигателями низкого напряжения выполнены на номинальный ток роторной и статорной цепей 630 А исполнения УХЛ4 и 500 А - исполнения О4. Вспомогательные станции управления выполнены на номинальные (длительные) токи 400 и 1000 А исполнения УХЛ4 и на 320 и 800 А исполнения О4.

Станции, предназначенные для управления двигателями низкого напряжения, выполнены на номинальное напряжение статорной цепи двигателей 500 В, роторной - 660 В. Станции для управления двигателями высокого напряжения выполнены на номинальное напряжение силовой роторной цепи 660 В. При этом станции допускают кратковременное (в течение 1 мин) превышение напряжения роторной цепи (на кольцах двигателя) при пуске 2000 В.

Цепи управления станций выполняются на напряжение 220, 230, 240 В переменного тока.

Принцип действия станции управления типа ШДУ

При пуске двигателя в приводе АВК с полным диапазоном регулирования (см. рис. 4.6) для защиты диодов и тиристоров от перенапряжений последовательно с ротором включаются резисторы с большим сопротивлением, а в агрегате создается ток закоротки (пусковой ток), протекающий по цепи: инвертор - сглаживающий дроссель - диоды неуправляемого моста. При протекании тока диоды открыты и падение напряжения в них незначительно. В этом случае потенциалы трех фаз на входе выпрямителя одинаковы (максимальная разница потенциалов составляет 1-2 В). Следовательно, возникающие при подключении статора перенапряжения в роторе прикладываются к сопротивлениям, а диоды агрегата защищены. После включения статора двигателя ток закоротки снимается, а сопротивления закорачиваются контактором. Подается задающее напряжение в систему управления и двигатель разгоняется до частоты вращения определяемой задатчиком скорости.

При пуске двигателя в приводе АВК с частичным диапазоном регулирования агрегат подключается к ротору двигателя также с током закоротки, необходимым для принятия им тока двигателя, а также осуществления бестоковой коммутации силовых контакторов и предотвращения нежелательных перенапряжений. Двигатели во всех случаях отключаются вначале со стороны статора, затем со стороны ротора.

В режиме шунтирования ротора двигателя для получения бестоковой коммутации и исключения перенапряжений при снятии закоротки ротора в агрегате предварительно создается ток закоротки, а затем отключаются шунтирующие ротор контакторы.

8. Экономическое обоснование проектного решения

8.1 Факторы, влияющие на экономическую эффективность

В данном проекте производится модернизация существующего электропривода вентилятора главного проветривания по схеме комбинированного асинхронного машинно-вентельного каскада на электропривод с применением АВК, что в свою очередь позволит нам убрать три машины, заменив их преобразователем АВК.

Факторы, влияющие на экономическую эффективность:

сокращение времени профилактических и регламентных работ;

сокращение потребления электроэнергии за счет увеличения КПД;

сокращение потребления электроэнергии за счет регулирования мощности электропривода.

При экономической оценке считаем, что с внедрением АВК не произойдет изменения численности персонала и, следовательно, фонда оплаты труда.

Расчет затрат на электроэнергию, потребляемую вентилятором главного проветривания ВЦД47 “Север”.

Расходы, связанные с оплатой электроэнергии, рассчитываются по двум направлениям:

- по заявленной установленной мощности оборудования (за максимум нагрузки), Зз;

- по общему расходу электроэнергии, Зп.

Вентилятор главного проветривания работает с мощностью Руст:

- в базовом варианте 3 000 кВт;

- в проектном варианте 2 800 кВт.

Расчет рабочей мощности вентилятора представлен в формуле:

, кВт,(8.1)

где Pуст - мощность вентилятора, кВт/ч,

? - КПД установки.

Найдем КПД:

- в базовом варианте

,(8.2)

где ?АД - КПД АД, 0,95,

?ВМПТ - КПД вспомогательной машины переменного тока, 0,89,

?МПТПА - КПД машина переменного тока преобразовательного аппарата, 0,92,

?СДПА - КПД синхронного двигателя преобразовательного аппарата, 0,9,

;

- в проектном варианте

,(8.3)

где ?АД - КПД АД, 0,95,

?АВК - КПД АВК, 0,95,

Отсюда, рабочая мощность установки равна:

- в базовом варианте

, кВт,

- в проектном варианте

, кВт.

Суммарные затраты на оплату электроэнергии рассчитываются по формуле:

,руб,(8.4)

Затраты по заявленной установленной мощности оборудования Зз найдем по формуле:

,руб,(8.5)

где Тз- оплата за 1 кВт заявленной мощности,

- в базовом варианте

,руб;

- в проектном варианте

,руб;

Затраты по общему расходу электроэнергии Зп найдем по формуле:

,руб,(8.6)

где Тп- оплата за 1 кВт*ч;

- в базовом варианте

,руб;

- в проектном варианте

,руб.

Отсюда, суммарные затраты:

- в базовом варианте

руб,

- в проектном варианте

руб.

8.2 Экономический эффект

Расчет годового экономического эффекта производится по формуле [4]:

,руб,(8.7)

где Зб и Зпр - годовые затраты по электроэнергии, руб.;

ЕН = 0,28 - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений в новую технику;

?К- капитальные затраты по новому варианту, руб.

Величина капитальных затрат определяется расчетным путем и включает в себя стоимость нового оборудования и её монтаж:

,руб.,(8.8)

где: Собр =2 500 000 руб.- стоимость нового оборудования;

?= 0,1 - коэффициент, учитывающий транспортные расходы по доставке оборудования и его монтажу.

руб.,

,руб.

Срок окупаемости проектного варианта рассчитывается по следующей формуле:

,(8.9)

мес.

Таблица 8.1 Технико-экономические показатели

Показатели	Ед. изм.	Значение
Капитальные затраты	руб.	2 750 000
Годовая экономия электроэнергии	руб.	9 104 400
Снижение потребление электроэнергии в год по сравнению с базовым вариантом	кВт*ч	10293000
Годовой экономический эффект	руб.	8 334 400
Срок окупаемости	мес.	6

Заключение

В соответствии с заданием был проведен проверочный расчет вентиляционной установки по выбору электродвигателя и электроснабжения. Рассмотрен вопрос автоматизации основных производственных процессов, техники безопасности, охраны труда и экологии горного производства.

В специальной части приведен выбор оборудования по схеме асинхронно-вентельный каскад, описание агрегата ТДП2-1250/400-2Т и принцип работы. В экономической части приведен расчет экономических затрат на внедрение нового оборудования и сроки его окупаемости.

шахта вентиляционный электроснабжение

Список использованных источников

1. Малиновский А.К. «Автоматизированный электропривод машин и установок шахт и рудников» М., Недра ,1987

2. Абрамович Б.Н. Основы электроснабжения: Методические указания. С-П.: 1995.-180 с.

3. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода. М.:энергоиздат, 1981.-576с.

4. Экономическое обоснование технических и организационных решений дипломного проекта: Методические указания к экономической части дипломного проекта / Санкт-Петербургский государственный горный ин-т. Сост. Н.Г. Воронов, О.А. Маринина. СПб, 2004. 42с.

5. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию .В 2-х томах. Т.:Энергоатомиздат, 1986.-568с.

6. Соловьев B.C. Конспект лекций по стационарным установкам , 2004г.

7. Алиев И.И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию. М: «Высшая школа», 2000 -255 с.

8. Правила безопасности в угольных шахтах в 2-х томах Самара.:Самар. Дом печати, 1995.

9. Ковчин С.А., Сабинин Ю.А. Теория электропривода. С-Пб: Энергоатомиздат 2001 -496 с

10. Потемкин В.Г. Система инженерных и научных расчетов Mathlab. В 2-х томах. - М.:Диалог-МИФИ, 1999.- 366+304 с.

11. Шахтные вентиляторные установки главного проветривания: Справочник/Т.А. Бабак, К.П. Бочаров,А.Т. Волохов и др.-М.:Недра, 1982.-296 с.

12. Вентиляторы главного и местного проветривания: Отраслевой каталог18- 4-85.-М.,1985.-62 с.

13. Усатенко СТ., Каченюк Т.К., Терехова М.В., Выполнение электрических схем по ЕСКД, М., Издательство стандартов, 1989. Размещено на Allbest.ru