Повышение производительности электропривода механизма поворота

Учитывая, что , а определяем скорость рабочего механизма

,

т.к. при использовании датчика, измеряющего угол скручивания вала

.

Косвенные вычисления тока нагрузки упругого элемента или скорости рабочего органа можно производить по рисунку 5.

Для определения тока нагрузки упругого элемента напишем уравнение:

,

где ; ; .

; ; ;

Для органа рабочего механизма получим

,

где ; ; ;

Постоянная времени фильтра .

Постоянная времени фильтра принимается на порядок меньше минимальной постоянной времени.

8. Принцип работы тиристорного преобразователя

Технические характеристики ТЕР 250/450

Агрегат является регулируемым источником выпрямленного тока с пределами регулирования выпрямленного напряжения от до для реверсивного исполнения.

Агрегат обеспечивает следующие режимы работы двигателей постоянного тока:

1. Главный пуск, регулировочные частоты вращения якоря двигателя и работу на установившейся скорости в двигательном режиме в направлении «Вперед» или «Назад».

2. Реверс направления вращения якоря двигателя. Агрегат с номинальным напряжением 460 В предназначен для непосредственного подключения к сети с линейным напряжением 380 В, и частоты 50 Гц.

Тип исполнения и технические характеристики агрегата приведены в таблице.

Таблица 8.1 - Технические характеристики ТЕР250/450

Тип агрегата	Параметры сети	Выходные параметры
ТЕР 250/460 н-2-2 УХЛ4	, В	, Гц	Ном. выпр. ток, , А	Макс. Выпр. ток,, А	Ном. мощн., кВт	Ном. выпр. , В	КПД, %
	380	50	250	360	73,6	460	96

8.1 Силовая часть преобразователя

Принцип работы агрегата основан на свойствах и характеристиках управляемых выпрямителей. Основу силовой части реверсивного агрегата составляют два встречно-параллельно включенных трехфазных мостовых выпрямителя - комплекты тиристоров «Вперед», «Назад».

Схема агрегата построена по принципу раздельного управления комплектами тиристором «Вперед», «Назад» с использованием одного комплекта системы импульсно-фазового управления (СИФУ). Схема управления агрегатом выполнена конструктивно на двух выемных печатных панелях.

Панель №1 содержит следующие функциональные узлы:

- систему импульсно-фазового управления (СИФУ)

- регулятор тока и упругого элемента, регулятора скорости

- блок питания

- датчик тока

- узел защиты и сигнализации

Панель №2 содержит:

- логическое устройство системы раздельного управления с переключением характеристики (ПХ)

8.2 Система импульсно-фазового управления

Блок управления агрегатом предназначен для регулирования величины выпрямленного напряжения и тока агрегата изменением угла управления тиристоров и построения замкнутой по скорости системы автоматического регулирования скорости вращения двигателя.

Блок состоит из системы импульсно-фазового управления (СИФУ), системы регулирования и источников питания. СИФУ - выполнена по принципу одноканального управления двумя противофазными тиристорами выпрямительного моста, что практически исключает ассиметрию противофазных управляемых импульсов. Каналы фазосмещения выполнены по «вертикальному» принципу управления с линейно возрастающим опорным напряжением.

СИФУ обеспечивает прямопропорциональную зависимость между управляемым напряжением и фазой управляющих импульсов и обеспечивает гальваническую развязку между силовыми цепями и цепями управления.

СИФУ состоит из трех идентичных каналов фазосмещения и управляющего органа.

8.3 Защита тиристорного преобразователя

В агрегате серии ТЕР предусмотрены следующие виды защит:

- максимально-токовая защита (от коротких замыканий)

- защита от перенапряжений

- защита от токовых перегрузок

- защита от недопустимых снижений напряжения в сети

- защита от радиопомех

Для защиты преобразователя от внешних коротких замыканий и опрокидывания инвертора применяют, как правило, автоматические выключатели. Эти выключатели устанавливают со стороны переменного тока для защиты не только вентилей, но и трансформатора. Кроме этого максимально-токовая защита выполнена на пороговом элементе, ПЭЗ у которого величина порога срабатывания определяется величиной сопротивления резистора R60.

В агрегате возможны перенапряжения, вызванные следующими причинами:

- перенапряжения, идущие из сети;

- перенапряжения, обусловленные коммутацией тиристоров.

Защиту тиристоров от коммутационных перенапряжений осуществляют включением параллельно вентилем индивидуальных R-C цепочек. Кроме того, R-C цепочки осуществляют ограничения скорости нарастания прямого напряжения.

Защита от токовых перегрузок выполнена на операционном усилителе. При токе двигателя, меньшем заданного значения, напряжение на входе операционного усилителя начинает возрастать со скоростью, прямопропорциональной величине перегрузки и обратнопропорциональной постоянной интегрирования. По достижении порога срабатывания порогового элемента происходит переключение R-S триггера.

Узел защиты от понижения напряжения питающей сети, осуществляющей также задержку выдачи управляющих импульсов в СИФУ при подключении устройства к питающей сети, выполнены на пороговом элементе. В момент подачи через делитель на вход порогового устройства (ЛЭ) неотфильтрованного напряжения 2хВ из-за наличия конденсатора напряжение на входе ЛЭ равно нулю. По мере заряда конденсатора оно возрастает и через 20-60 мс достигает уровня срабатывания логических элементов в СИФУ, которые разрешают выдачу управляющих импульсов.

При снижении питающего напряжения всех или одной из фаз более чем на 50% на выходе порогового элемента появляется нулевой сигнал, конденсатор быстро разряжается, что приводит к снятию управляющих импульсов и прекращения тока в нагрузке. После восстановления напряжения происходит повторный отсчет времени (выдержки), после которой привод может продолжать работу, если задатчик частоты вращения остается подключенным к источнику питания. Агрегаты с применением силовых полупроводниковых приборов при работе вызывают высокочастотные колебания в сети. Частота этих колебаний зависит от параметров индуктивности и распределенной емкости сети и для обычных распределительных сетей находится в пределах 0,1-2 мГц. Гармонические колебания с частотой выше 125 кГц могут служить источником радиопомех. Для подавления частоты радиопомех, входные клеммы силовой сети агрегата через высоковольтные конденсаторы соединяются с нулевым проводом.

Защита тиристоров от коммутационных перенапряжений осуществляется включением параллельно вентилем индивидуальных R-C цепочек с параметрами:

мкФ и Ом

На стороне низшего напряжения трансформатора применен автоматический выключатель серии АВМ. Технические характеристики даны в таблице

Таблица 8.2 - Технические характеристики автоматического выключателя

Тип автомата	Номинальный ток, А	Уставка тока срабатывания максимальных расцепителей, А
	автомата	катушки малого расцепителя	На шкале обратно зависимой от тока характеристики	На шкале, не зависимой от тока характеристики (отсечка)
АВМ-4Н	400	120-400	500-800	400-800

9. Обоснование экономической эффективности использования системы тиристорного электропривода

При разработке нового оборудования необходимо обосновать экономическую эффективность от внедрения.

Показателем сравнительной экономической эффективности является минимум приведенных затрат.

Приведенные затраты по каждому варианту представляют сумму текущих расходов и капитальных вложений, приведенных к одинаковой размерности, в соответствии с нормативным коэффициентом эффективности:

(7.1)

где: - эксплуатационные расходы по соответствующему -му варианту, руб./год;

- капитальные вложения по соответствующему - му варианту, руб.;

- нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений для новой техники =8,25% - ставка рефинансирования ЦБ;

- номер варианта .

При технико-экономическом сопоставлении вариантов наиболее экономичным является тот, который имеет минимальные затраты.

Определим капитальные вложения:

(7.2)

где: - стоимость электрооборудования, руб.

- транспортные расходы, руб.

- монтажные расходы (для нового оборудования), руб.

- демонтажные работы (для модернизируемого варианта), руб.

Эксплуатационные расходы определяются по формуле:

руб./год (7.3)

где: - амортизационные отчисления на реновацию, руб./год;

- стоимость текущего ремонта, руб./год;

- стоимость потерь электроэнергии, руб./год;

- заработная плата персонала, обслуживающего данный электропривод, руб./год;

- затраты на капитальный ремонт, руб./год;

В нашем случае расходы на заработную плату одинаковы в обеих вариантах, поэтому в расчетах не учитывается.

9.1 Приведены затраты системы Г-Д (1 вариант)

Таблица 9.1-Стоимость электрооборудования системы Г-Д (источник-http://www.metalport.ru)

Наименование	Тип	Стоимость единицы, тыс. руб.
Двигатель напора	ДПВ - 52
Генератор	ПЭМ - 1000	410
Гонный двигатель	АЭ - 113-4	150
Возбудитель	МП 542 - Ѕ	43,6
Магнитный усилитель	ПДД - 1,5 В	70
Командоконтролер	ЭК - 8250	14,2
Схема управления	-	41
ИТОГО:		1048,8

Транспортные расходы составляют 10% от стоимости электрооборудования:

тыс. руб.

Расходы на демонтажные работы составляют 15% от стоимости электрооборудования:

тыс. руб.

Тогда величина капитальных вложений по системе Г-Д будет составлять:

тыс. руб.

Величина амортизационных отчислений определяется по формуле:

Где - норма амортизационных отчислений на реновацию, %

тыс. руб.

Величина затрат на капитальный ремонт составляет 8,3% от стоимости оборудования:

тыс. руб.

Величина затрат на текущий ремонт определяется как 3,7% от стоимости оборудования:

тыс. руб.

Стоимость потерь электроэнергии:

где - плата за 1 кВт

= 1,6 руб./кВт;

- потери электроэнергии.

Мощность потерь можно определить по формуле:

 (7.4)

где: - коэффициенты полезного действия, соответственно двигателя, генератора, гонного двигателя;

- соответственно, мощности двигателя, генератора, гонного двигателя;

- мощность потерь в возбуждении и управлении.

кВт.

Потери электроэнергии равны:

где - число часов работы привода за год, час/год.

кВт

Стоимость потерь электроэнергии:

тыс. руб.

Эксплуатационные расходы по системе Г-Д:

тыс. руб.

Приведенные затраты по системе Г-Д:

тыс. руб.

9.2 Определение приведенных затрат системы ТП-Д (2 вариант)

Стоимость оборудования тиристорного привода поворота определена в таблице в соответствии с Актом на изготовление опытного образца производственно-техническим объединением «Уралэнергоцветмет» «Стоимость электрооборудования системы тиристорного электропривода».

Таблица 9.2. Стоимость электрооборудования системы ТП-Д

Наименование	Количество	Стоимость, тыс. руб.
Блок защиты	1	37,1
Блок защиты цепей	1	64,12
Блок СИФУ	4	90,2
Блок питания БПФ	1	30,7
Блок датчиков	1	60,9
Блок регуляторов	1	65,1
Блок питания БПУ	1	54,26
Блок задания БЗУ	1	49,3
Блок переключений	1	52,5
Блок возбуждения	1	10,01
Дроссель ФРОС 65/05 т	1	63,37
Двигатель ДПВ-52	2	160
Командоконтролер	1	15,7
Силовой блок	4	111,2
Трансформатор ТМЭ 250	1	97,084
ИТОГО:	-	1121,544

Транспортные расходы составляют 10% от стоимости оборудования:

тыс. руб.

Стоимость монтажных работ составляет 20% от стоимости оборудования:

тыс. руб.

Величина капитальных вложений при системе ТП-Д:

тыс. руб.

Величина амортизационных отчислений определяется по формуле:

тыс. руб.

Эксплуатационные расходы на текущий ремонт электрооборудования определяются как 2% от стоимости оборудования:

тыс. руб.

Мощность потерь электроэнергии определяется:

где: - коэффициент полезного действия трансформатора и двигателя.

- мощность потерь цепи и возбуждения;

кВт

кВт

Потери электроэнергии составляют:

тыс. кВт

Стоимость потерь электроэнергии:

тыс. руб.

Эксплуатационные расходы по системе ТП-Д:

тыс. руб.

Приведенные затраты по второму варианту будут:

тыс. руб.

Результаты, полученные по обоим вариантам, сведем в таблицу 7.3.

Таблица 9.3 - технико-экономических показателей механизма поворота экскаватора ЭКГ -5

Показатели в тысячах рублей

Показатели	Г-Д	ТП-Д
Капитальные затраты	1311	1458
Эксплуатационные расходы	437,119	328,875
Приведенные затраты	545,277	449,161
Экономический эффект	96,116

На основании производственных расчетов можно сделать вывод о том, что экономически целесообразно внедрить систему «Тиристорный преобразователь - Двигатель» в производство.

Годовой экономический эффект от модернизации экскаватора составит 96,116 тыс. руб.

Список использованных источников

1. Терехов В.М. Системы управления электроприводов: Учебник для студ. высш. учеб. заведений / В.М. Терехов, О.И. Осипов; Под ред. В.М. Терехова. - М.: Издательский центр «Академия», 2005. -304 с.

2. Электротехника: Учебное пособие для вузов. - В 3-х книгах. Книга 3. Электроприводы. Электроснабжение/ Под ред. П.А. Бутырина, Р.Х. Гафиятуллина, А.Л. Шестакова. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2005. -639 с.

3. Инжиниринг электроприводов и систем автоматизации: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / [М.П. Белов, О.И. Зементов, А.Е. Козярук и др.]; под. ред. В.А. Новикова, Л.М. Чернигова. - М.: Издательский центр «Академия», 2006. - 368 с.

4. Автоматизированный электропривод промышленных установок: учеб. пособие для студ. Высш учеб. заведений \ Г.Б. Онищенко, М.И. Аксенов, В, П. Грехов и др.; под ред. Г.Б. Онищенко. - М.: РАСХН, 2001. - 520 с.

5. Белов М.П. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов: Учебник для вузов \ М.П. Белов, В.А. Новиков, Л, Н. Рассудов. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 576 с.

6. Ключев В.И. Теория электропривода: Учеб. для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1998. - 704 с.

7. Мурашкин, С.И. Системы управления электроприводов: учеб. пособие / С.И. Мурашкин, В.М. Соломенцев, Т.Н. Слепцова. - Красноярск: Сиб. Федер. ун-т, 2011. - 121 с.

8. Автоматизированный электропривод промышленных установок: учеб. пособие для студ. Высш учеб. заведений \ Г.Б. Онищенко, М.И. Аксенов, В, П. Грехов и др.; под ред. Г.Б. Онищенко. - М.: РАСХН, 2001. - 520 с.

9. Ефимов В.Н., Цветков В.Н., Садовников Е.М. Карьерные экскаваторы: Справочник рабочего. - М.: Недра, 1994. - 381 с.

10. ГОСТ 12.2.003-91 ССБТ. Оборудование производственное. Общие требования безопасности. Взамен ГОСТ 12.2.003-74; дата введ. 01.01.1992. - М.: Стандартинформ, 2007. - 11 с.

11. ГОСТ 12.2.064-81 ССБТ. Органы управления производственным оборудованием. Общие требования безопасности. Введ. впервые; дата введ. 01.07.1982. - М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1981. - 8 с.

12. ГОСТ 12.2.049-80 ССБТ. Оборудование производственное. Общие эргономические требования. Введ. впервые; дата введ. 01.01.1982. - М.: Стандартинформ, 2001. - 15 с.

13. ГОСТ 12.2.061-81 ССБТ. Оборудование производственное. Общие требования безопасности к рабочим местам. Введ. впервые; дата введ. 01.07.1982. - М.: Изд-во стандартов, 2002. - 4 с.

14. ГОСТ 12.1.004-91 ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования. Взамен ГОСТ 12.1.004-85; дата введ. 01.07.1992. - М.: Стандартинформ, 2006. - 68 с.

15. ГОСТ 12.1.005-88. ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. - М.: Изд-во стандартов, 1988. - 75 с.

16. ГОСТ 12.4.026-01. ССБТ. Цвета сигнальные и знаки безопасности. - М.: Изд-во стандартов, 2001. - 32 с.

17. СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение.

18. ГОСТ 12.0.003-90. ССБТ. Опасные и вредные факторы. Классификация.

Размещено на Allbest.ru