Выбор и обоснование структурной (принципиальной) схемы электропривода
В настоящий момент при новом строительстве и модернизации существующих станций используют приводы с электродвигателями переменного тока. Их преимуществом являются высокая надежность и удобство в эксплуатации. Несмотря на это, до сих пор применяют двигатели постоянного тока
Асинхронные электродвигатели трехфазного переменного тока имеют ряд преимуществ по сравнению электродвигателями постоянного тока с последовательным возбуждением. Прежде всего, это отсутствие в асинхронных электродвигателях такого сложного и малонадежного узла, как коллектор, что значительно сокращает эксплуатационные расходы на текущее обслуживание и ремонт, а также исключает получение ложного контроля положения стрелки за счет выпрямительного эффекта дуги при искрении коллектора [17].
Межремонтный срок службы электродвигателей переменного тока в 3—4 раза больше по сравнению с двигателями постоянного тока.
Следует отметить, что коллекторные двигатели изобретены более 170 лет назад. По управляемости и энергоэкономичности они считаются лучшими, в особенности для электроприводов с регулированием скорости или положения. Их основной недостаток — ненадежный и быстро изнашивающийся щеточно - коллекторный узел, вызывающий искрение и помехи. Спустя 50 лет, как альтернатива коллекторному двигателю, появились асинхронные двигатели переменного тока, по сути бесконтактные, лишенные данного недостатка, но существенно ниже по энергетической эффективности и управляемости.
Наилучшими областями их применения являются длительно работающие нерегулируемые электроприводы с одной или двумя скоростями вращения, стабильность которых не имеет решающего значения (обычные вентиляторы, насосы, транспортеры и др.). Развитие электроники привело к появлению весьма сложных и дорогих асинхронных двигателей с частотным управлением, регулируемых по скорости. Но их динамические показатели, такие, как точность регулирования и быстродействие, не могут конкурировать с более простыми электроприводами постоянного тока аналогичного класса и стоимости.
· ·автоматическое выключение двигателя через (10 ± 2) с после включения; двукратное уменьшение массогабаритных характеристик (в сравнении с коллекторными двигателями);
·возможность планового пуска двигателя, исключение удара остряка о рамный рельс; двигатель может быть изготовлен как для работы в сетях как постоянного, так и переменного тока;
·блок управления двигателя обеспечивает самодиагностику и диагностику электропривода (без прокладки дополнительных проводов) [18].
На заводе изготовителе производится около 20 модификаций электродвигателей, что является невыгодным, так как под каждый нужна специфическая оснастка, которую должно поддерживать в работоспособном состоянии, даже если она используется всего несколько раз в год. Поэтому специалисты придумали универсальный двигатель, который, благодаря использованию электронной платы, может быть запрограммирован на разное число оборотов и разный вид напряжения. При этом сама механика для всех типов двигателей осталась единой [19].
Стоимость асинхронного двигателя в 2 раза ниже, чем двигателя постоянного тока.
На основании вышесказанного можно сделать вывод о том, что применение управляемого асинхронного электропривода наиболее целесообразно и ведет к уменьшению потребления электроэнергии.
Выбор и обоснование структурной (принципиальной) схемы электропривода
Выбор структурной схемы сводится к сравнению нескольких возможных вариантов и выбору наиболее оптимальной. Первый вариант – электропривод с двигателем постоянного тока; второй вариант – частотно-регулируемый электропривод с асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором.
Таблица 5.1 – Параметры рассматриваемых электроприводов
| ЭП постоянного тока | ЭП переменного тока | Примечания: (преимущества, недостатки) | |
| Общее количество составных частей | |||
| 1. Количество типов элементов | |||
| Количество оригинальных элементов | |||
| Стоимость покупных комплектующих | Стоимость в 2 раза меньше | Простота конструкции | |
| Показатели надежности | Надежность, простота обслуживания | Отсутствие щеточного аппарата | |
| Питание: | |||
| а) вид | U=6000 В | U=6000 В | |
| б) мощность | P=315 кВт | P=315 кВт | |
| Габариты | Меньше в 2 раза | ||
| Масса | Легче в 3 раза |
Для проведения оценки выбраны следующие показатели:
1. уровень капитальных вложений;
2. уровень надежности;
3. уровень обслуживания;
4. завышение мощности электропривода;
5. уровень затрат на эксплуатацию;
6. коэффициент мощности;
7. генерирование помех.
Таблица 5.2 – Коэффициент весомости критериев
| Номер критерия | |||||||
| Коэффициент весомости | 1.0 | 0.8 | 0.6 | 0.3 | 0.4 | 0.2 | 0.1 |
По каждому частотному критерию устанавливаем оценку степени обеспечения цели.
Таблица 5.3 – Оценку степени обеспечения цели
| Уровень цели | Низкий | Средний | Высокий |
| Оценка обеспечения цели | 0.5 |
Оценка обеспечения различных вариантами электроприводов выбранных качественных характеристик представлена в таблице 4.
Таблица 5.4 – Оценка обеспечения различных вариантами электроприводов
| ЭП | Групповой критерий | Общая оценка качества | ||||||
| 1,0 | 0,8 | 0,6 | 0,3 | 0,4 | 0,2 | 0,1 | ||
| ЭП постоянного тока | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 1,15 | ||
| ЭП переменного тока | 1,0 | 0,5 | 1,0 | 0,5 | 0,5 | 2,25 |
Из таблицы 4 видно, что выбранные качественные характеристики обеспечиваются в варианте электропривода переменного тока. Наиболее целесообразно устанавливать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.
5.3 Анализ и оценка научно-технического уровня проекта (НТУ)
Для оценки научной ценности, технической значимости и эффективности проекта необходимо: рассчитать коэффициент научно-технического уровня. Коэффициент НТУ рассчитывается при помощи метода балльных оценок, в котором каждому из признаков НТУ присваивается определенное число баллов по принятой шкале. Общую оценку приводят по сумме балов по всем показателям с учетом весовых характеристик. Общая оценка рассчитывается по формуле:
,
где 
– весовой коэффициент i – го признака;
– количественная оценка i – го признака.
Таблица 5.5 – Весовые коэффициенты НТУ
| Признаки НТУ | Весовой коэффициент |
| Уровень новизны | 0,6 |
| Теоретический уровень | 0,4 |
| Возможность реализации | 0,2 |
Таблица 5.6 – Шкала оценки новизны
| Баллы | Уровень |
| 1-4 | Низкий НТУ |
| 5-7 | Средний НТУ |
| 8-10 | Сравнительно высокий НТУ |
| 11-14 | Высокий НТУ |
Таблица 5.7 – Значимость теоретических уровней
| Характеристика значимости теоретических уровней | Баллы |
| Установка законов, разработка новой теории | |
| Глубокая разработка проблем, многосторонний анализ, взаимозависимость между факторами | |
| Разработка способа (алгоритм, вещество, устройство, программы) | |
| Элементарный анализ связей между факторами (наличие гипотезы, объяснение версий, практические рекомендации) | |
| Описание отдельных факторов (вещества, свойств, опыта, результатов) | 0,5 |
Таблица 5.8 – Возможность реализации по времени и масштабам
| Время реализации | Баллы |
| В течение первых лет | |
| От 5 до 10 лет | |
| Свыше 10 лет | |
| Масштабы реализации | Баллы |
| Одно или несколько предприятий | |
| Отрасль | |
| Народное хозяйство |
На основании выше приведенных таблиц рассчитаем НТУ:
По полученному значению коэффициента научно-технического уровня (НТУ) можно сказать о достаточно высоком научно-техническом уровне проекта, его научной ценности, технической значимости и эффективности.
Планирование проектных работ
Планирование проекта – это составление календарных планов выполнения комплексов работ, определение денежных средств, необходимых для их реализации, а так же трудовых и материальных ресурсов.
Основные задачи:
1. Взаимная увязка работ проекта;
2. Согласование выполнения отдельных этапов работ во времени, определение их длительности и обеспечение их выполнения в установленные сроки;
3. Определение общего объема работ и потребных для его выполнения денежных, материальных и трудовых ресурсов;
4. Распределение общего объема работ между исполнителями.
Определение трудоемкости и продолжительности работ осуществляется на основе отраслевых нормативов, типовых норм на разработку конструкторской документации, а для работ, обладающих большой неопределенностью на основе вероятностных (экспертных) методов, широко используемых в СПУ.
tmin – минимальный срок выполнения;
tmax – максимальный срок выполнения;
tож – ожидаемое время выполнения
Таблица 5.9 – Содержание проектных работ
| Содержание работ | Продолжительность работ, дни | Исполнители | ||
| tmin | tmax | tож | ||
| Подготовительные работы | ||||
| 1. Разработка технического задания на проектирование | РП, И | |||
| 2. Разработка плана работ и технико-экономическое обоснование проекта | РП, И | |||
| 3. Описание объекта модернизации | РП, И | |||
| 4. Разработка структурной схемы ЭП | РП, И | |||
| Итого | ||||
| Экспериментальные работы | ||||
| 5.Подбор насоса | РП, И | |||
| 6. Согласно проведенного расчета, выбор насоса. | РП, И | |||
| 7. Выбор системы и алгоритма управления. Подбор оборудования для управления (ПЧ, контроллер, датчики). | РП, И | |||
| 8. Создание скалярных систем управления. | РП, И | |||
| 9. Разработка математической модели системы АСУ ЭП | РП, И | |||
| 10. Создание программы диспетчерского управления и сбора данных. | РП, И | |||
| Итого | ||||
| Заключительные работы | ||||
| 11. Вопросы безопасности и экологичность проекта | РП, И | |||
| 12. Технико-экономические расчеты | РП, И | |||
| 13. Составление пояснительной записки | РП, И | |||
| 14. Разработка графического сопровождения проекта | РП, И | |||
| Итого | ||||
| Итого |
.
Рисунок 5.1 – график выполнения работ по дням
Исполнителями проекта являются руководитель проекта, и инженер проектировщик.
Ожидаемое время выполнения рассчитывается по выражению:
Для перевода рабочих дней в календарные воспользуемся выражением:
где k – коэффициент календарности.
Коэффициент календарности определяется по формуле:
где Fкал – количество календарных дней в году, равное 365 дням;
Fном – номинальный фонд рабочего времени, дни.
Номинальный фонд рабочего времени определяется, как
Fном = Fкал – Fвых – Fпр,
где Fвых – количество выходных дней в году, равное 96 дням;
Fпр – количество праздничных дней в году, равное 12 дням.
Определим номинальный фонд рабочего времени:
Fном = 365 – 96 – 12 = 257 дн.
Коэффициент календарности равен:
Общее количество рабочих дней, которое потребуется на выполнение данного проектирования, составило 130 дней, с учетом праздников и выходных дней.
Сетевой график работ представляет линейный вид, все работы выполняются в той же последовательности что и в таблице приведенной ранее. Проект выполняется одними сотрудниками.
Таблица 5.10 - Заработная плата научно-производственного персонала
| Квалификация рабочего | Тарифная ставка (Тс) руб./час | Премия (Пр.) 50% | Районный коэффициент 30% | Всего, руб./час | Всего часов | Всего начислено, руб. |
| Руководитель проекта | 97,5 | 58,5 | ||||
| Инженер | ||||||
| ИТОГО |