Современный электрический привод представляет собой электромеханическую систему, включающую в себя электрический двигатель, систему управления и механическую передачу от двигателя к рабочему органу производственного механизма. Кроме того, система электропривода содержит ряд вспомогательных устройств и аппаратов, с помощью которых обеспечивается связь отдельных частей электропривода, его защита, различные блокировки, коммутация цепей и так далее.
Развитие электропривода идет по пути упрощения механических передач и приближения электродвигателей к рабочим органам машин и механизмов, а также возрастающего применения электрического регулирования скорости приводов.
Применение тиристорных преобразователей позволило не только создать высокоэкономические регулируемые электроприводы постоянного тока, но и открыло большие возможности для использования частотного регулирования двигателей переменного тока, в первую очередь наиболее простых и надежных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.
Современный электропривод является индивидуальным автоматизированным электроприводом. Это означает, что он всегда содержит в своем составе систему автоматического управления (САУ), которая в простейших случаях осуществляет пуск, отключение двигателе и его защиту, а в более сложных управляет технологическим процессом приводимого в движение механизма. Указанные особенности автоматизированного электропривода определяют тенденцию в развитии современного машиностроения – упрощение кинематических цепей при усложнении и совершенствовании систем управления их электроприводами.
БР.44.03.04.145.2016
Основные пути совершенствования и развития современного электропривода позволяют обеспечить наилучшее технико-экономические показатели работы электропривода:
- Модернизация существующих серии электродвигателей. Цель процесса: выпуск серийных электрических двигателей с высокими техническими характеристиками и параметрами, малыми удельными расходами материалов, с применением новых материалов и прогрессивных технологий изготовления;
- Создание и выпуск двигателей специального назначения: повышенного быстродействия, шаговые, линейные, тихоходные.
При использовании двигателя специального назначения может быть исключена механическая передача, что упрощает систему электропривода, снижает массу и габариты;
Система управления автомобилем на базе Arduino
... ̆ системы на основе Linux, для управления устройством (аппаратурой), памятью и Различные компоненты этого стека представляют собой уровней иерархии и, в целом, обеспечивают мобильного устройства. Одни из этих компонентов для работы ...
- Унификация элементов и устройств управления электрическими приводами. Это направление предусматривает сокращение числа схем и решений элементов привода, что позволяет осуществлять крупноблочное исполнение электрооборудования;
- Объектом исследования является электрооборудование автомат-стана трубопрокатного агрегата.
Предметом исследования является главный привод автомат-стана трубопрокатного агрегата.
Цель работы: выполнить проектирование главного привода автоматстана трубопрокатного агрегата.
Задачи выпускной квалификационной работы:
1. Рассмотреть технологический процесс обкатки трубы.
2. Описать конструкцию автомат стана.
3. Выбрать тип привода и силового преобразователя.
4. Разработать двухзонную систему автоматического
регулирования.
5. Разработать технико-экономическое обоснование работы.
БР.44.03.04.145.2016
1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
1.1 Технологический процесс ТПУ 140
Трубопрокатная установка ТПУ 140 предназначена для выпуска горячекатанных труб диаметром от 57 до 136 миллиметров с толщиной стенки от 3,6 до 18 миллиметров, а также труб из нержавеющей стали диаметров от 83 до 121 миллиметра и с толщиной стенки от 5 до 11,5 миллиметров. Самые ходовые марки стали 12Х18Н10Т и 08Х18Н10Т.
ТПУ 140 состоит из одной методической перекатной нагревательной печи, прошивного стана, автоматического стана, двух обкатных машин, нагревательной методической печи с шагающим подом, редукционного стана, который также выполняет функцию калибровочного стана, охладительного стола и оборудования для холодной отделки труб.
Технологический процесс участка заключается в нескольких операциях: подготовка металла к прокатке, нагрев заготовки, прошивка заготовки в гильзу, раскатка гильзы в трубу, обкатка трубы и редуцирование трубы, применяемое для получения труб малого диаметра и калибровки труб по нужному диаметру. Заготовка, сломанная на гидравлическом прессе, нагревается в методической печи с наклонным ходом (рисунок.1).
Рисунок 1 – Методическая перекатная печь для нагрева круглых заготовок
Схема расположения оборудования ТПУ 140 представлена в приложении Б.
БР.44.03.04.145.2016
Нагретая до заданной температуры заготовка выдается из печи фрикционным выталкивателем. По наклонной решетке заготовка скатывается на промежуточный рольганг. В конце рольганга имеется пневматический зацентровщик, центрующий заготовку в горячем состоянии. Далее оцентрованная заготовка передается сбрасывателем на наклонную решетку, по которой она поступает во вводной желоб прошивного стана. Чтобы избежать сильного биения заднего конца заготовки при прошивке, желоб закрывается специальной крышкой. Это особенно важно при прошивке заготовок большой длинны. Чтобы процесс протекал правильно, ось заготовки, лежащей в приемном желобе, должна совмещаться с осью прошивки. Возможно регулирование желоба по высоте, что необходимо при переходе на прокатку труб другого диаметра.
Заготовка задается с валки прошивного стана пневматическим толкателем через вводную воронку, установленную между шпинделями на передней стороне рабочей клети. Толкатель расположен в задней части желоба. Передвигаясь под действием толкателя, заготовка захватывается валками. Для ограничения предварительной подачи заготовок в воронке установлен убирающий упор.
Работы: «Разработка схемы технологического производства бесшовных труб»
... бесшовных труб по некоторым технологическим схемам используют прошивку на прессах вместо прошивки на станах поперечно-винтовой прокатки. 1.2 Раскатка заготовки Для раскатки гильзы существуют станы четырех типов: автоматический, ... так как он обеспечивает поступательное движение (подачу) заготовки в процессе прошивки. Рисунок 2 - Рабочая клеть прошивного стана с бочковидными валками 1 – рабочие валки; ...
Валки прошивного стана вращаются в одну сторону, сообщая заготовке вращательно-поступательное движение в сторону прокатного стержня с оправкой, установленного на выходе из валков, и заготовка прошивается в гильзу.
Главный привод прошивного стана состоит из электродвигателя постоянного тока серии П2-20/40-2,5 (2500 кВт, 750В) с регулируемым числом оборотов (250-500 об/мин), шестеренной клети, муфт, соединительных валов и шпиндельного устройства.
После прошивки и извлечения из трубы прокатного стержня прошитая гильза по наклонной решетке перекатывается в приемный желоб автоматического(автомат) стана, который служит для раскатки гильзы в трубу с заданной толщиной стенки (рисунок 2).
БР.44.03.04.145.2016
Рисунок 2 – Автоматический стан
В комплекс механизмов автоматического стана входят: рабочая клеть, главный привод, передний и задний столы, механизм роликов обратной подачи с приводом и вспомогательное оборудование: пневматический сбрасыватель, вталкиватель, клиновое устройство подъема валка.
Передний стол (рисунок 3) имеет рамную конструкцию, перемещающуюся на катках по рельсам вдоль рабочих валков от самостоятельного электропривода.
Рисунок 3– Продольный разрез автоматического стана (передний стол)
БР.44.03.04.145.2016
При переходе на прокатку в новом калибре стол передвигают так, чтобы входной желоб был бы установлен против этого калибра (рисунок 4).
Рисунок 4 – Передний стол автоматического стана
Механизм передвижения стола состоит из реечных передач, размещенных по длине стола и соединенных между собой трансмиссионным валом. Зубчатые рейки приводятся в движение от шестерен, получающих вращение через трехступенчатый редуктор от асинхронного электродвигателя серии АР(4кВт).
На столе смонтирован задерживатель гильз, рычаги которого работают от пневмоцилиндров. Задерживатель предназначен для гашения кинетической энергии скатывающейся гильзы перед сбрасыванием ее в желоб автоматического стана. При задержках на автоматическом стане и невозможности подать очередную гильзу в приемный желоб, ее удерживают на решетке задерживателем до освобождения приемного желоба. Средняя секция желоба выполнена подъемно-поворотной для того, чтобы можно было задать трубу в рабочую клеть другим концом (в случае незахвата гильзы и заката оправки).
Подъем этой секции вместе с трубой осуществляется вертикальным пневмоцилиндром, а поворот – горизонтальным
БР.44.03.04.145.2016 пневмоцилиндром, шток которого связан с зубчатой рейкой. На переднем столе размещен длинноходовый пневматический вталкиватель, с помощью которого гильза задается в рабочую клеть, перемещаясь по желобу переднего стола.
Рабочая клеть автоматического стана (рисунок 5) имеет два калибровочных валка, установленных на подушках, перемещающихся в окнах станины.
С задней стороны клети установлены ролики для возврата трубы на переднюю часть стана для повторного прохода. Во время прокатки рабочие валки вращаются в сторону движения трубы. При этом задние ролики неподвижны и раздвинуты. После выхода из валков автоматического стана труба попадает в проводки, установленные на заднем столе. Проводки выполняют движение трубы при ее выходе из валков, а также удерживают стержень от продольного изгиба. В конце заднего стола расположен упор для закрепления стержня.
Технологический процесс производства тонкостенных бесшовных труб ...
... Волжский трубный завод представляет собой современное предприятие сориентированное на потребителей труб практически всех отраслей, в том числе потребителей труб ... станы автоматической сварки труб под слоем флюса, для производства труб диаметром 530-1420 мм трубоэлектросварочный стан автоматической сварки труб под слоем флюса, для производства труб ... цех (ЭСПЦ) Рисунок 1. Технологическая схема ...
Рисунок 5 – Рабочая клеть автоматического(автомат) стана: 1 – привод нажимного устройства; 2 – винт нажимного устройства; 3 – рабочие валки; 4 –
станина; 5 – уравновешивающее устройство
БР.44.03.04.145.2016
Верхний и нижний валки (рисунок 6) устанавливают по высоте посредством нажимных винтов. Верхний валок с помощью тяг уравновешивается грузом.
Рисунок 6 –Валок автоматического(автомат) стана
После каждого прохода оправка снимается со стержня вручную, а труба возвращается на переднюю сторону стана с помощью роликов обратной подачи, расположенных за рабочими валками и вращающимися в направлении, противоположном вращению рабочих валков. Для возврата трубы верхний рабочий валок несколько приподнимается, образуя увеличенный холостой калибр, а нижний ролик обратной подачи, поднимаясь с помощью пневматического цилиндра, прижимает трубу к верхнему ролику и вместе с последним сообщает трубе обратное движение. В результате труба (благодаря трению роликов о трубу) передается через увеличенный по высоте калибр рабочих валков на переднюю сторону стана. Привод обоих роликов осуществляется через универсальные шпиндели и цилиндрический зубчатый редуктор от электродвигателя постоянного тока серии Д808 (37 кВт) с регулируемым числом оборотов. Схема технологического процесса показана на рисунке 7.Верхний ролик обратной подач во избежание трения о трубу при рабочем проходе установлен несколько выше выходящей трубы и в процессе работы по высоте не регулируется. Нижний ролик находится на коромысле и во время прокатки трубы опускается.
БР.44.03.04.145.2016
Рисунок 7 – Схема прокатки трубы в автоматическом стане: а – рабочий ход; б – возврат трубы; 1 – вталкиватель гильзы; 2 – рабочие валки; 3 – оправка; 4 – ролики обратной подачи; 5 – стержень; 6 – упор стержня; 7 – воронка
Подъем и опускание верхнего валка на определенную величину осуществляется клиновым механизмом, который состоит из сдвоенного клина, установленного между нажимным винтом и подушкой. Клин перемещается вдоль оси валков с помощью горизонтального пневматического цилиндра, укрепленного на кронштейне сбоку одной из станин. Работа клинового устройства автоматизирована, для чего имеются два фотореле на передней и задней стороне стана. Поочередное и противоположное в своей последовательности засвечивание этих двух фотореле при передвижении горячей трубы с переднего стола на задний и обратно поочередно включает командные реле управления электродистрибуторами (серии ВВ 60) обеих полостей пневматического цилиндра клинового устройства.
Внутрь трубы перед прокаткой забрасывают поваренную соль, расплав которой является технологической смазкой, уменьшающей коэффициент
БР.44.03.04.145.2016 трения между трубой и оправкой. Перед вторым проходом трубу обязательно кантуют на 90о градусов для того, чтобы выпуски на трубе попадали в вершину калибра при последующей продольной раскатке. Недостаточно полная кантовка между проходами приводит к увеличению поперечной разностенности на готовых трубах. Второй проход производится на оправке с диаметром на 1-2 миллиметра большим, чем диаметр оправки первого прохода, а иногда на оправке равного диаметра.
На переднем столе стана установлены задающе-кантующие фрикционные ролики. Вращение роликов производится от асинхронного электродвигателя серии АО2-72-6 (22кВт, 970 об/мин) через конические передачи, а сближение или разведение их от пневматического цилиндра через систему рычагов. Ролики имеют профилированный калибр. При сближении роликов труба получает поступательное движение и вследствие возникающего крутящего момента поворачивается так, что большая ось ее поперечного сечения оказывается всегда в вертикальном положении. Кантовка таким механизмом производится только перед вторым проходом; при первом проходе, когда задается круглая гильза, механизм только подает ее в калибр автоматического стана.
Прокатка бесшовных труб
... дипломного проекта. прокатка труба стан непрерывный 1. Организационная часть 1.1 Общие сведения о базовом предприятии «KSP Steel» ТОО «KSP Steel» - первое казахстанское предприятие по производству стальных бесшовных труб для ...
На рисунке 8 показана схема крепления оправки к стержню. За более тонкий конец шпильки вальцовщик вручную извлекает оправку, а также вручную устанавливает другую оправку, насаженную на шпильку.
Рисунок 8 – Схема крепления оправки автоматического стана:
1 – оправка; 2 – наконечник стержня; 3 – шпилька
БР.44.03.04.145.2016
После каждого прохода, когда труба оказывается на заднем столе, оправку снимают со стержня, и труба передается роликами обратной подачи через раздвинутые рабочие валки на переднюю сторону. Оправку укладывают в ванну с водой для охлаждения. Затем вручную устанавливают другую оправку и после сближения валков в рабочее положение производят следующий проход ит.д.
Прокатанная на автоматическом стане труба круговым сбрасывателем, приводимым во вращение асинхронного двигателя серии АР53-6 (2.8 кВт) выдается на наклонную решетку и перекатывается к обратным станам.
В состав обкатного стана входят: рабочая клеть, главный привод, передний и задний столы и вспомогательные механизмы: вводной рольганг, упорный подшипник, центрователи, крышки проводок, сбрасыватель, приводной отталкивающий ролик, замковая клеть.
На вводной стороне обкатного стана установлены перекрыватель, приемные рычаги и вводной рольганг. Перекрыватель расположен над вводным рольгангом и служит для пропуска труб, перекатывающихся из автоматического стана ко второму стану, или для передачи недоката в карман брака. Приемные рычаги, предназначенные для планового укладывания труб на вводной рольганг, закреплены на общем продольном валу, получающем качательное движение от пневматического цилиндра.
Труба, скатываясь по наклонной решетке, попадает на вводной приводной рольганг одного из станов, с помощью которого задается в валки. Подача труб в обкатные станы производится поочередно. Конструкция рабочей клети аналогична рабочим клетям прошивного стана. Станина рабочей клети открытого типа; она состоит из корпуса и крышки, скрепляемых откидными болтами на клиньях.
Рабочие валки в клети наклонены один к другому и образуют с осью прокатки в вертикальной плоскости постоянный угол подачи от 6о до8о 30′ . Оба валка установлены на четырехрядных роликовых подшипниках и состоят из кованных стальных осей и чугунных съемных бочек, насаженных
БР.44.03.04.145.2016 на ось горячей посадкой. Наклон рабочих валков обеспечивается соответствующим расположением гнезд подшипников в подушках.
Главный привод обкатных станов состоит из электродвигателя постоянного тока серии П2П-500-147-8 (500 кВт, 440В) с регулируемым числом оборотов (315-1000 об/мин), шестеренной клети, муфт, соединительных валов и шпиндельного устройства. Регулировку обжатия на машине производят вручную по показаниям амперметра, измеряющего нагрузку двигателя главного привода.
После обкатки трубы с обеих машин выдаются выбрасыватели по решеткам на общий отводный рольганг, по которому она транспортируется к методической печи с шагающим подом (рисунок 9) калибровочного стана.
Разработка участка обкатки и испытания автомобильных двигателей ...
... обкатке и испытанию ДВС, технические характеристики обкаточно-тормозных стендов, допускаемые моменты прокручивания коленчатых валов дизелей, а также режимы холодной обкатки, на холостом ходу и под нагрузкой двигателей. 3. Организация и технология обкатки двигателей ...
Рисунок 9 – Методическая печь с шагающим подом
На выходе из печи трубы поступают в калибровочный стан, где они калибруются по наружному диаметру и редуцируются, если требуется получить трубу меньшего цепного типа (рисунок 10).
БР.44.03.04.145.2016
Рисунок 10 – Охладительный стол цепного типа ТПУ 140
В процессе охлаждения необходимо, чтобы трубы укладывались параллельно оси прокатки, без перекосов, и чтобы избежать сильного искривления не допускается их скопление в одной секции стола.
Остывшие трубы укладываются в пакеты и при помощи крана транспортируются на участок холодной отделки труб.
Бесперебойный технологический цикл обеспечивает электрооборудование, одним из основных видов которого являются электродвигатели. Транспортировка заготовок и труб по участкам осуществляется при помощи роликов, имеющих привод ассинхронных двигателей переменного тока серии АР, с мощностью 5,5 кВт. Сбрасыватели имеют привод от электродвигателей той же серии, но мощностью 2,5-2,8 кВт. Самым мощным (2500 кВт) на участке является двигатель главного привода прошивного стана, по технологии его мощность должна обеспечивать
БР.44.03.04.145.2016 прокатку труб с максимальным диаметром 136 миллиметров и толщиной стенки 18 миллиметров.
1.2 Описание конструкции. Кинематическая схема механизма
В комплекс механизмов автоматического стана входят: рабочая клеть, главный привод, передний и задний столы, механизм роликов обратной подачи с приводом и вспомогательное оборудование: пневматический сбрасыватель, вталкиватель, клиновое устройство подъема валка.
Рабочая клеть автоматического стана имеет два калибровочных валка, установленных в подушках, перемещающихся в окнах станины. Верхний и нижний валки устанавливают по высоте посредством нажимных винтов. Верхний валок с помощью тяг уравновешивается грузом, с задней стороны клети установлены ролики для возврата трубы на переднюю часть стана повторного прохода. Во время прокатки рабочие валки вращаются в сторону движения трубы. При этом задние ролики неподвижны и раздвинуты. После выхода из валков автоматического стана труба попадает в проводки, установленные на заднем столе. Проводки направляют движение трубы при ее выходе из валков, а также удерживают стержень от продольного изгиба. В конце заднего стола расположен упор для закрепления стержня.
Кинематическая схема привода валков автоматического стана изображена в приложении Б.
БР.44.03.04.145.2016
2. ВЫБОР ТИПА ЭЛЕКТРОПРИВОДА, ДВИГАТЕЛЯ И
СИЛОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
2.1 Требования к главному приводу автоматического стана
1. Режим работы – продолжительный нереверсивный.
2. Прокат производится на установившейся скорости.
3. Диапазон изменения скорости вращения электродвигателя – 1:6.
4. Реверс аварийный.
5. Ползучая скорость (для механомонтажных операций) – 10% основной частоты вращения двигателя.
Требования к скоростному режиму главного привода:
1. Точность поддержания заданной частоты вращения не ниже 0,5% заданного значения.
2. Время восстановления заданного значения частоты вращения при набросе и сбросе нагрузки равной номинальному моменту приводного двигателя не более 0,4 секунды.
3. Диапазон регулирования частоты вращения при прокате 100-400 об/мин.
Регулирование скорости вращения асинхронных двигателей
... Каскад асинхронного двигатели с машиной постоянного тока. Реализация рассмотренного способа регулирования скорости вращения асинхронного двигателя посредством ... асинхронного двигателя при Е А — 0. Вторичный ток двигателя имеет величину, необходимую для создания нужного электромагнитного момента М в соответствии с величиной момента ... Ввиду сложности системы управления таким преобразователем и других ...
2.2 Выбор типа двигателя и рода тока
В настоящее время в качестве электропривода автоматического стана используется привод постоянного тока от электродвигателя постоянного тока П2-800-177-8 (750В; 1250кВт; 200-400об/мин).
Питание и управление электродвигателем осуществляется от комплексного тиристорного электропривода КТЭУ-2500/2500-750-УХЛ4 с двухзонной системой регулирования скорости, реализованной на элементной базе УБСР-АИ.
В выпускной квалификационной работе произведена модернизация элементной базы системы управления скоростью, замена существующей
БР.44.03.04.145.2016 системы автоматического регулирования скорость на микропроцессорную систему управления фирмы Siemens.
2.3 Проверочный расчет предварительно выбранного двигателя главного привода.Нагрузочная диаграмма
Для проверки принимаем двигатель постоянного тока независимого возбуждения П2-800-177-8 (рисунок11).
Паспортные данные указаны в таблице 1.
Рисунок 11 – Электродвигатель постоянного тока П2-800-177-8
Таблица 1 – Паспортные данные электродвигателя П2-800-177-8
Единица Наименование параметра Обозначение Значение
измерения Мощность номинальная ????ном дв кВт 1250 Напряжение номинальное ????ном дв В 750
Ток номинальный ????ном дв А 1795
Частота вращения
????ном дв об/мин 200
номинальная
Частота вращения
????макс дв об/мин 400
максимальная Угловая скорость двигателя
????ном дв 1/с 21
номинальная
Угловая скорость
????макс дв 1/с 42
максимальная
Момент двигателя
????ном дв кН*м 59,5
номинальный
БР.44.03.04.145.2016 Окончание таблицы 1 Напряжение возбуждения ????в В 220
Ток возбуждения ????в А 55
КПД ???? % 92,6 Перегрузочный коэффициент ???? — 2 Момент инерции двигателя ????дв кг*м2 750 Сопротивление обмотки
????я Ом 0,0048
якоря, при t=200 C Сопротивление добавочных
????дп Ом 0,00132 полюсов, при t=200 C Сопротивление обмотки
????в Ом 0,825 возбуждения, при t=200 C
Сопротивление компенсирующей обмотки, ????ко Ом 0,00348
при t=200 C Температурный коэффициент ????т — 1,32 Сопротивление якорной цепи,
????яд = ????т (????я + ????дп + ????ко ) Ом 0.0174
при рабочей ???? ???? Сопротивление обшивки ????ш = 0,1 ∗ ????яд Ом 0,00174 ЭДС двигателя номинальная ????дн = ????дн − ????дн ∗ ????яд − ∆????ш В 763 Индуктивность якоря
????яд мГн 0,58
двигателя Номинальный магнитный
Φном дв Вб 0,167
поток
Завод изготовитель ХЭМЗ
Для построения нагрузочной диаграммы используем технологические данные при прокате наиболее энергоемкой трубы диаметром 134 мм и толщиной стенки 6 мм, указанные в таблице 2.
Таблица 2 – Параметры работы двигателя при прокате ∅134х6 МС20
Единица
Наименование параметра Обозначение Значение
измерения
Время первого прохода ????1 c 3
Время второго прохода ????2 c 3 Время технологической паузы перед
Машины постоянного тока
... Двигатели постоянного тока используются также в электроприводе некоторых металлорежущих станков, прокатных станов, подъемно-транспортных машин, экскаваторов. Постоянный ток используется также для питания электролитических ванн, электромагнитов различного назначения, аппаратуры управления и ... сопротивления щетки часто прессуются из смеси угольного и медного порошка. Машины постоянного тока часто ...
????п1 с 9
вторым проходом Время технологической паузы между
????п2 с 15
циклами
Рабочая частота вращения ????дв раб об/мин 135
Угловая скорость рабочая ????дв раб 1/с 14,1 Частота вращения при прокате ????дв пр об/мин 115 Угловая скорость при прокате ????дв пр 1/с 12
Момент проката двигателя ????пр кН*м 104,17
БР.44.03.04.145.2016
Проверим двигатель на нагрев.
Условие проверки двигателя на нагрев
????экв ≈ 0,8 ∗ ????дв ном , где ????экв – среднеквадратичный (эквивалентный) момент цикла проката
одной трубы, кН*м;
- ????дв ном – номинальный момент двигателя, кНм;
????дв ном
????дв ном = ,
????дв ном
где ????дв ном – номинальная частота вращения двигателя, с−1 ;
- ????дв ном – номинальная мощность двигателя, кВт.
????дв ном
????дв ном = ;
9,55
????дв ном = = 21 с−1 ;
9,55
1250
????дв ном = = 59,5 кН ∗ м.
Найдем эквивалентный момент цикла проката одной трубы
????12 ∗????1 +????22 ∗????2 +????????????
2 ∗(???? +???? )
п1 п2
????экв = � ,
????ц
где ????1 – момент проката двигателя при первом проходе, кН*м;
- ????2 – момент проката двигателя при втором прокате, кН*м;
- ???????????? – момент холостого хода, кН*м;
- ????ц – время цикла проката одной трубы, с;
- ????1 –время первого прохода, с;
- ????2 – время второго прохода, с;
- ????п1 – время технологической паузы перед вторым проходом, с;
- ????п2 – время технологической паузы между циклами, с.
Определим время цикла проката одной трубы
????ц = ????1 + ????п1 + ????2 + ????п2 ;
- ????ц = 3 + 9 + 3 + 15 = 30 с.
Рассчитаем момент холостого хода
БР.44.03.04.145.2016
???????????? = 0,1 ∗ ????дв ном ;
- ???????????? = 0,1 ∗ 59,5 = 5,95 кН*м.
Рассчитаем моменты проката двигателя при первом и втором проходах
????ном дв
????1 = ????2 = ,
????дв пр
где ????дв пр – частота вращения двигателя, при прокате, с−1 .
????дв пр
????дв пр = ;
9,55
????дв пр = = 12 с−1 ;
9,55
1250
????1 = ????2 = = 104,17 кН ∗ м.
Отсюда эквивалентный момент цикла проката одной трубы
104,172 ∗3+104,172 ∗3+59,52 ∗(9+15)
????экв = � = 47 кН ∗ м;
- ????экв = 47кН ∗ м ≈ 0,8????дв ном = 47,6 кН*м.
Таким образом, условие проверки двигателя на нагрев ????экв ≈ 0,8????дв ном выполняется.
Проверим двигатель на перегрузочную способность.
Условие проверки двигателя на перегрузочную способность
????макс пр < ????дв ном ∗ ????, где ???? – перегрузочный коэффициент;
- ????макс пр – максимальный момент двигателя при прокате, кН*м.
???? = 2;
- ????макс пр = ????1 = ????2 = 104,17 кН ∗ м.
Условие перегрузочной способности выполняется
104,17 кН*м <59,5*2=119 кН*м.
Принятый двигатель (П2-800-177-8) удовлетворяет условиям проверки на нагрев и перегрузочную способность (приложение В).
Разработка преобразователя частоты для управления асинхронного двигателя
... дипломном проекте частота ограничивается в большей степени невозможностью работы ключей на частотах порядка 50кГц. Коэффициент ... двигателя, и устройств соединенных механически с двигателем, таким как, например, поломка подшипников. С появлением современных силовых полупроводниковых приборов и микроконтроллеров появилась возможность изготовлять различные силовые электронные преобразователи ... управления ...
БР.44.03.04.145.2016
Выбор преобразователя
Для питания и управления электроприводом в проекте сохраняется силовая часть существующего комплексного тиристорного электропривода в составе:
- силовой трансформатор (ТСЗП-2500/10УЗ);
- реверсивные трехфазные мостовые тиристорные выпрямители, включенные по встречно-параллельной схеме с раздельным управлением, входящие в состав КТЭУ-2500/2500-750-УХЛ4;
- сглаживающий дроссель СРОС3-1250М-УХЛ4;
- быстродействующий выключатель ВАТ42 с реле РДШ;
- силовой разъединитель.
В качестве возбудителя для питания обмотки возбуждения сохраняется трехфазный нереверсивный мостовой тиристорный выпрямитель. Питание возбудителя осуществляется от токоограничивающего реактора.
Для системы импульсно-фазового управления (СИФУ) якорного преобразователя и возбудителя, и реализации двузонной системы управления электроприводом применено микропроцессорное устройство Simoneg DCMaster фирмы Siemens.
2.4 Технические данные тиристорного преобразователя
Трансформатор
Тип трансформатора преобразовательного агрегата ТСЗП-2500/10УЗ.
Технические данные на трансформатор:
- первичное напряжение ????1 = 10кВ;
- вторичное напряжение ????2 = 710 В;
- ЭДС короткого замыкания????к = 6,5%;
- потери короткого замыкания ????кз = 19500 Вт;
- выпрямительный ток ???????? = 2500 А;
- выпрямительное напряжение ???????? = 825 В;
- БР.44.03.04.145.2016
- коэффициент снижения напряжения ????с = 0,9;
- угол запаса при инвертировании ō = 10 эл.град.;
- пульсность схемы ???? = 6;
- коэффициент выпрямления:
- по току ???????? = 0,815;
- по напряжению ???????? = 1,35;
- угловая частота питающей сети ????с
????с = 2????ƒ, где ƒ – частота питающей сети, Гц.
????с = 2 ∗ 3,14 ∗ 50 = 314 рад/с.
ЭДС холостого хода преобразователя (α = 0)
????????0 = ???????? ∗ ????2 ;
- ????????0 = 1,35 ∗ 710 = 939 В.
Сопротивление фазы трансформатора, приведенной ко вторичной обмотке:
Индуктивное:
1,73 ∗ ????2 ∗ ????к
???????? = ;
???????? ∗ ???????????? ∗ 100
1,73 ∗ 710 ∗ 6,5
???????? = = 0,039 Ом.
0,815 ∗ 2500 ∗ 100
Активное
????кз ∗ (√32)
???????? = ;
3 ∗ (???????? ∗ ???????????? )2
19500 ∗ 3
???????? = = 0,0047 Ом.
3 ∗ (0,815 ∗ 2500)2
Сопротивление фазы трансформатора, приведенной ко вторичной обмотке эквивалентной звезды:
Индуктивное
????δ
???????? = ;
26
БР.44.03.04.145.2016
0,039 ???????? = = 0,013 Ом. Активное
???????? ???????? = ;
0,0047 ???????? = = 0,0016 Ом. Эквивалентное сопротивление преобразователя ????пэ = ∗ ???? + 1,75 ∗ ???????? .
???? ???? Индуктивность трансформатора
2 ???????? ????тр = ∗ ;
3 ????с
2 0,013 ????тр = ∗ = 0,062 ∗ 10−3 Гн.
3 314 Сглаживающий реактор Тип сглаживающего реактора СРОС3-1250М-УХЛ4. Индуктивность дросселя ????др = 0,32 ∗ 10−3 Гн. Двигатель с механизмом Момент инерции механизма, приведенный к валу двигателя ????мех = 485,5 кг ∗ м2 . Момент инерции двигателя и механизма ????∑ = ????дв + ????мех ; ????∑ = 750 + 485,5 = 1235,5 кг ∗ м2 . Двигатель с тиристорным преобразователем Суммарное сопротивление якорной цепи ????я ∑ = ????яд + ????ш + ????пэ ; ????я ∑ = 0,0174 + 0,00174 + 0.015 = 0,034 Ом. Суммарная индуктивность якорной цепи ????я ∑ = ????яд + ????тр + ????др ; ????я ∑ = (0,58 + 0,062 + 0,32) ∗ 10−3 = 0,96 ∗ 10−3 Гн.
БР.44.03.04.145.2016
Электромагнитная постоянная времени якорной цепи
????я ∑
????я ∑ = ;
????я ∑
0,96 ∗ 10−3
????я ∑ = = 0,0282 с.
0,034
Датчик скорости
Тахогенератор (ТП-212) заменяется на импульсный датчик скорости ЛИР-158 фирмы «НИО-21»(рисунок 12).
Рисунок 12 – Импульсный датчик скорости ЛИР-158
Минимальный угол опережения при токе инвертирования 1,8????ном дв
1,8 ∗ ????ном дв ∗ ???????? ∗ √3
???????????????? = arccos �???????????????? − 2???? �;
????с ∗ √2 ∗ ????2 ∗ ????????????
????
1,8 ∗ 1795 ∗ 0,013 ∗ √3
???????????????? = arccos �????????????100 − 2∗3,14� = 31 эл. град.
0,9 ∗ √2 ∗ 710 ∗ ????????????
ЭДС преобразователя, соответствует ????????????????
???????? = ????????0 ∗ ???????????????????????????? ;
- ???????? = 939 ∗ 0,88 = 826,3 В.
БР.44.03.04.145.2016
Максимальный темп изменения тока в процессе разгона выше основной скорости
???????? ????дв ном ∗????срез
�????????� = ????
где ????срез – частота среза контура скорости, 1/с.
???????? 1795∗30 А
�????????� = 3,14
= 17149,7 .
с
Условие выполнения инвертирования
????????
????с ∗ ????ном дв + ????я ∑ ∗ ≤ ???????? ∗ ????с ;
????????
0,9 ∗ 763 + 0,96 ∗ 10−3 ∗ 17149,7 ≤ 826,3 ∗ 0,9;
703 В < 743,67 В.
Условие инвертирования выполняется.
Определим ????????????????
????????
???????????????? = ???????????????????????? ;
1,05 ∗ ????????0
???????????????? = ???????????????????????? = 23,6 эл. град.
1,05 ∗ 939
Угол начального рассогласования принят: ????0 = 105 эл. град.
Угол управления, соответствующий работе привода с ????ном дв и ????ном дв .
????ном дв + ????ном дв ∗ ????я ∑
????ном = arccos ;
1,05 ∗ ????????0
763 + 1795 ∗ 0,034
????ном = arccos = 37 эл. град.
1,05 ∗ 939
Эффективное значение пульсации первой гармоники напряжения в отношении к ????????0 по графикам для ????ном =370 и m=6; принято −????е = 0,15.
Закон изменения угла рассогласования
???? = 900 − ????ф ∗ ???????? , где ????ф – фазовый коэффициент, эл. град/В;
- ???????? – напряжение управления.
????ф = 20 эл. град/В.
БР.44.03.04.145.2016
Напряжение преобразователя при пилообразном опорном напряжении
???????? = ????????0 ∗ ???????????????? = ????????0 ∗ cos�900 − ????ф ∗ ???????? �.
Усредненный коэффициент якорного тиристорного преобразователя
???????? ???????? −????????
????тп = = ,
???????????? ????????1 −????????2
где ????????1 – напряжение управления, соответствующее ???????????????? ,В;
- ????????2 – напряжение управления, соответствующее ????ном , В.
Напряжение управления, соответствующее ????????????????
900 −????????????????
????????1 = ;
????ф
900 −23,60
????????1 = = 3,32 В.
Напряжение управления, соответствующее ????ном
900 −????ном
????????1 = ;
????ф
900 −370
????????1 = = 2,65 В.
Подставив значения в формулу, найдем усредненный коэффициент якорного тиристорного преобразователя
???????? 919−825
????тп = = = 141,6.
???????????? 3,32−2,65
Амплитудное значение пульсации тока якоря в процентах от номинального тока
???????? ∗ 1,05 ∗ ????????0 ∗ 100 ∗ √2
????= ;
????я ∑ ∗ ???????? ∗ ???? ∗ ????ном дв
0,15 ∗ 1,05 ∗ 939 ∗ 100 ∗ √2
????= = 6,4%.
0,96 ∗ 10−3 ∗ 314 ∗ 6 ∗ 1795
Допустимое амплитудное значение пульсации тока якоря на максимальной скорости в процентах от номинального
????доп = 7%;
- ???? ≤ ????доп ;
6,4% < 7%.
БР.44.03.04.145.2016
3 РАЗРАБОТКА ДВУХЗОННОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
3.1 Выбор системы управления электропривода
Построение структуры управления электропривода базируется на критериальных оценках динамических процессов и требований к системе в установившихся режимах ее работы. Такой подход нашел широкое применение в системах управления электроприводами с каскадным соединением основного и вспомогательных контуров регулирования. Структура каскадного соединения контуров регулирования характеризуется лучшим качеством управления по сравнению с другими структурами систем управления электроприводами. Так как в структуре САР можно выделить ряд последовательно вложенных друг в друга контуров, то общее название этих систем – многоконтурные системы подчиненного регулирования.
Двухзонные САР позволяют регулировать скорость как ниже, так и выше основной. Преимуществами двухзонных САР в сравнении с однозонными является лучшее использование установленной мощности силового оборудования. В структурном отношении двухзонная САР скорости строится на основе однозонной САР путем ее дополнения системой регулирования возбуждения.
Для рационального управления процессами электромеханического преобразования энергии в цепях питания обмоток якоря и возбуждения двигателя постоянного тока предусматриваются управляемые преобразователи. В регулирующей части предусматриваются регуляторы тока якоря РТ, скорости РС, магнитного потока РМП, электродвижущей силы РЭ, датчики напряжения ДН и тока якоря ДТ, тока возбуждения ДТВ, скорости ДС, электродвижущей силы ДЭ, вычислитель магнитного потока возбуждения двигателя ВП, фильтры Ф и Ф в .
БР.44.03.04.145.2016
Канал воздействия по цепи якоря представляет двухконтурную систему регулирования скорости с подчиненным регулированием тока якоря. В данном случае используется однократная САР скорости, которая имеет внутренний контур регулирования тока якоря и внешний контур регулирования скорости, так как нам не требуется в технологическом процессе механизма иметь абсолютно жесткие механические характеристики двигателя.
Канал воздействия по цепи возбуждения выполняется также в виде двухконтурной системы регулирования, но содержащей внутренний контур регулирования магнитного потока и внешний контур регулирования ЭДС. Связующим звеном для функционирования данных каналов является ЭДС якоря, то есть данные каналы управления связаны между собой через внутренние связи объекта регулирования.
В приложении Г и приложении Д приведены соответственно функциональная и структурная схемы двухзонной системы автоматического регулирования скорости.
3.2 Анализ характеристик силовой части электропривода как объекта управления
Определение параметров объекта регулирования якорной цепи системы двухзонного регулирования
Активное сопротивление якорной цепи
????я ∑ = 0,034 Ом.
Индуктивность якоря
????яд = 0,58 мГн.
Электромагнитная постоянная времени цепи якоря двигателя
????яд
????яд = ;
????я ∑
БР.44.03.04.145.2016
0,58 ∗ 10−3
????яд = = 0,017 с.
0,034
Максимальная ЭДС преобразователя, соответствующая углу управления α=0 эл. град.
????????0 = 939 В.
Эквивалентное активное сопротивление главной цепи вентильного преобразователя
????э = ????я ∑ + ????пэ ;
- ????э = 0,034 + 0,015 = 0,049 Ом.
Эквивалентная индуктивность преобразователя
????э = ????п + ????р + ????яд ;
- ????э = 0,062 + 0,32 + 0,58 = 0,962 мГн.
Электромагнитная постоянная времени главной цепи
????э
????э = ;
????э
0,962 ∗ 10−3
????э = = 0,02 с.
0,049
Электромеханическая постоянная времени привода
1. ???? о = 1:
????э
???????? = ????д ∗ ;
(???? ∗ Φ???? )2
0,049
???????? = 1235,5 ∗ = 0,056 с.
(1 ∗ 32,81)2
2. ???? о = 0,45:
????э
???????? = ????д ∗ ;
(???? ∗ 0,45 ∗ Φ???? )2
0,049
???????? = 1235,5 ∗ = 0,278 с.
(1 ∗ 0,45 ∗ 32,81)2
Коэффициент усиления вентильного преобразователя
????????0
????п = ;
????оп ????
БР.44.03.04.145.2016 ????п = = 93,9. Система базисных величин: Базисное напряжение ????б = ????дв ном = 763 В. Базисный ток ????б = ????дв ном = 1795 А. Базисная угловая скорость ????б = ????дв ном = 21 рад/с. Базисный электромагнитный момент ????б = ????дв ном = 59,5 кН ∗ м. Базисное сопротивление
????б ????б = ;
- ????б ????б = = 0,425 Ом.
1795 Базисное напряжение системы регулирования ????б р = 7 В. Параметры главной цепи в системе относительных единиц: Эквивалентное активное сопротивление
????э ????э = ;
????б
0,049 ????э = = 0,1153 о. е.
0,425 Механическая постоянная времени
????б ???????? = ????∑ ∗ ;
- ????б ???????? = 1235,5 ∗ = 0,436 с.
59500 Коэффициент усиления преобразователя в системе относительных единиц
БР.44.03.04.145.2016
????б р
????п = ????п ∗ ;
????б
????п = 93,9 ∗ = 0,86 о. е.
Коэффициент передачи датчика тока, скорости, ЭДС
????дт = ????дс = ????дэ = 1.
Определение параметров объекта регулирования цепи возбуждения системы двухзонного регулирования
Номинальное значение магнитного потока
Φдв ном = 0,167 Вб.
Значение потока при ослабленном поле
Φосл = 0,45 ∗ Φдв ном ;
- Φосл = 0,45 ∗ 0,167 = 0,07515 Вб.
Номинальное значение тока возбуждения
????в ном = 55 А.
Значение тока возбуждения при потоке 0,45 ∗ Φ???? (определяется по кривой намагничивания двигателя (см. рисунок 13)
???????? | 0,45∗Φдв ном = 0,33 ∗ ????в ном ;
- ???????? | 0,45∗Φдв ном = 0,33 ∗ 55 = 18,15 А.
Номинальное значение потока рассеяния
????
Φ???? = ???? ∗ Φдв ном , где ???? – коэффициент, о.е.
Принимаем ???? =0,18.
????
Φ???? = 0,18 ∗ 0,167 = 0,03 Вб.
Номинальное значения главного потокосцепления
Ψ???????? = ???????? ∗ ???????? ∗ Φдв ном , где ???????? – коэффициент, зависящий от схемы соединения обмоток
возбуждения, о.е.;
- ???????? – число витков обмотки возбуждения.
БР.44.03.04.145.2016
Для расчета
???????? =1 (при последовательном соединении обмоток);
- ???????? = 264;
- Ψ???????? = 1 ∗ 264 ∗ 0,167 = 44,1 В ∗ с.
Номинальное значение намагничивающего тока в установившемся режиме
???????????? = ????в ном = 55 А.
Значение потокосцепления при ослабленном поле
Ψ???? | Φ=0,45∗Φдв ном = 0,45 ∗ Ψ???????? ;
- Ψ???? | Φ=0,45∗Φдв ном = 0,45 ∗ 44,1 = 19,845 В ∗ с.
Значение тока намагничивания при ослабленном поле
???????? | Φ=0,45∗Φдв ном = 0,33 ∗ ???????????? ;
- ???????? | Φ=0,45∗Φдв ном = 0,33 ∗ 55 = 18,15 А.
Номинальное значение потокосцепления рассеяния
Ψ???????? = ???? ∗ Ψ???????? , где ???? – коэффициент, о.е.
Принимаем ???? = ???? = 0,18.
Ψ???????? = 0,18 ∗ 44,1 = 7,94 В. с.
Активное сопротивление обмотки возбуждения
????????.???? = ???????? ∗ ????????.???? , где ???????? – коэффициент увеличения сопротивления при нагреве обмотки до
расчетной рабочей температуры, о.е.
Принимаем ???????? = 1,4 при пересчете температуры обмотки с 150 С.
????????.???? = 0,14 ∗ 0,815 = 1,155 Ом.
Активное сопротивление фиктивной короткозамкнутой обмотки (эквивалентного контура вихревых токов)
????????.????
????????.???? = ,
????????.????
БР.44.03.04.145.2016 где ????????.???? – коэффициент заполнения машины с шихтованным
магнитопроводом, о.е.
Принимаем ????????.???? = 0,1.
1,155
????????.???? = = 11,55 Ом.
0,1
Система базисных величин для цепи возбуждения
Базисный ток возбуждения
????Б,В = ????в ном = 55 А.
Базисное сопротивление цепи возбуждения
????Б,В = ????О.В = 0,825 Ом.
Базисное напряжение возбуждения
????Б,В = ????Б,В ∗ ????Б,В ;
- ????Б,В = 0,825 ∗ 55 = 45,375 В.
Базисное потокосцепление
ΨБ.В = Ψ???????? = 44,1 В ∗ с.
Базисный магнитный поток
ΦБ = Φдв ном = 0,167 Вб.
Базисное время цепи возбуждения
ΨБ.В
????Б.В = ;
????Б,В
44,1
????Б.В = = 0,972 Гн.
45,375
Базисная индуктивность цепи возбуждения
ΨБ.В
????Б.В = ;
????Б,В
44,1
????Б.В = = 0,8 Гн.
Индуктивность, обусловленная главным потоком машины в точке номинального режима и при ослаблении потока
????Ψ????
????0???? = |????????0 = ???????????? ;
????????m
БР.44.03.04.145.2016
????Ψ???? △ Ψ????
????0???? = �????????0 ≈ � ???? = 1.
????????m △ ????m ????0
Согласно этой формуле, приращения потока машины и ее тока намагничивания в относительных единицах можно найти по кривой намагничивания???????? (???????? ),предварительно рассчитанной и затем пересчитанной в относительные единицы для выбранного двигателя (рисунок 13).
0,075
???????? | 0 =1
???????? = = 0,3;
0,25
0,35
???????? | 0 =0,33
???????? = = 1,4.
0,25
Рисунок 13 – Кривая намагничивания двигателя
БР.44.03.04.145.2016
Найдем абсолютные значения потокосцеплений, обусловленных главным потоком машины.
????0???? = ????Б.В ∗ ????????
При ???? 0 = 1
????0???? = 0,8 ∗ 0,3 = 0,24 Гн.
При ???? 0 = 0,45
????0???? = 0,8 ∗ 1,4 = 1,12 Гн.
Индуктивности рассеяния обмотки возбуждения
????
????????????
????О.В = = 0,18;
????????в
???? ????
????О.В = ????О.В ∗ ????Б.В ;
????
????О.В = 0,18 ∗ 0,8 = 0,144 Гн.
Полная индуктивность обмотки возбуждения при номинальном магнитном потоке:
1. При ???? 0 = 1:
????в0 = ????????
+ ????О.В ;
- ????в0 = 0,24 + 0,144 = 0,384 Гн;
- ????0в = ????в0 ∗ ????0Б.В ;
- ????0в = 0,384 ∗ 0,8 = 0,3072 Гн.
2. При ???? 0 = 0,45:
????
????в0 = ????????
+ ????О.В ;
- ????в0 = 1,4 + 0,18 = 1,58 Гн;
- ????0в = ????в0 ∗ ????Б.В ;
- ????0в = 1,58 ∗ 0,8 = 1,264 Гн.
Активное сопротивление фиктивной короткозамкнутой обмотки в относительных единицах
, ????????.????
????????.???? = ;
????Б.В
, 11,55
????????.???? = = 10 о. е.
1,155
БР.44.03.04.145.2016
Расчет параметров вентильного преобразователя цепи возбуждения
Максимальная выпрямленная ЭДС (при угле управления ???? = 0 эл.град.)
????????0 = ???????? ∗ ????2???? ;
- ????????0 = 1,35 ∗ 380 = 513 В.
Активное сопротивление вентильного преобразователя цепи возбуждения
????????э = ???????? + ???????? , где ???????? – активное сопротивление преобразователя, Ом;
- ???????? – фиктивное активное сопротивление, Ом.
Сопротивление:
???????? = ????Т.О ∗ ???????? , где ????Т.О – активное сопротивление обмотки токоограничивающего
реактора, Ом;
- ???????? – коэффициент, зависящий от схемы преобразователя, о.е.
Принимаем ???????? = 2.
???????? = 0,102 ∗ 2 = 0,204 Ом.
Сопротивление
????
???????? = ???????? ∗ ∗ ???????? ,
2∗????
где ???????? – коэффициент, учитывающий особенности однофазного
преобразователя и параллельного соединения простых схем, о.е.;
???????? – индуктивное сопротивление рассеяния обмоток
токоограничивающего реактора, Ом;
- ???? – пульсность преобразователя, о.е.
Индуктивное сопротивление:
- ???????? = ???? ????.???? ∗ ???????? ;
- ???????? = 1,01 ∗ 10−3 ∗ 314 = 0,317 Ом.
Принимаем ???????? = 1.
БР.44.03.04.145.2016 ???????? = 1 ∗ ∗ 0,317 = 0,303 Ом;
2 ∗ 3,14 ????????э = 0,204 + 0,303 = 0,507 Ом. Индуктивность вентильного преобразователя цепи возбуждения ???????? = ???????? ∗ ???? ????.???? ; ???????? = 2 ∗ 1,01 ∗ 10−3 = 2,02 мГн. Эквивалентные параметры цепи возбуждения Эквивалентные сопротивления цепи возбуждения ???????? = ????????.???? + ????п ; ???????? = 0,825 + 0,507 = 1,332 Ом;
- ???????? ???????? = ;
????б.в
1,332 ???????? = = 1,614 о. е.
0,825 Эквивалентные индуктивности цепи возбуждения ???????????? = ????????о.в + ???????? ; ???????????? = 0,144 + 0,002 = 0,146 Гн;
- ???????????? ???????? = ;
????б.в
0,146 ???????? = = 0,1825 о. е.
0,8 Постоянные времени модели цепи возбуждения Постоянная времени рассеяния обмотки возбуждения
????
????ов ???????????? = ????б.в ∗ .
????в Постоянная времени эквивалентного контура вихревых токов 0
???????? ????????.???? = ????б.в ∗ .
????????.???? Постоянная времени возбуждения
????в0 ????????0 = ????б.в ∗ .
????в
БР.44.03.04.145.2016
1. При ???? о = 1:
0,18
???????????? = 0,972 ∗ = 0,175 с;
0
0,3
????????.???? = 0,972 ∗ = 0,03 с;
0,384
????????0 = 0,972 ∗ = 0,373 с.
2. При ???? о = 0,45:
0,18
???????????? = 0,972 ∗ = 0,175 с;
0
1,4
????????.???? = 0,972 ∗ = 0,136 с;
1,58
????????0 = 0,972 ∗ = 1,535 с.
Коэффициент усиления вентильного преобразователя цепи возбуждения
????????0
????????в = ;
????????????????
????????в = = 51,3.
В системе относительных единиц
????б.р
???????? = ????????в ∗ ;
????б
???????? = 51,3 ∗ = 7,9 о. е.
45,375
Коэффициент передачи датчика тока возбуждения
????ДТВ = 1.
Параметры эквивалентной передаточной функции модели цепи возбуждения
На рисунке 14 изображена схема передаточной функции модели цепи возбуждения.
БР.44.03.04.145.2016 Рисунок 14 – Передаточная функция модели цепи возбуждения
Параметры:
????1 ????1 2 ????в1,2 �
= ± � � − ????22 ;
2 2
????????в ∗ ???????? ????в0 = ;
????в
0 ); ????1 = (????в0 + ???????????? ????2 = ????2???? ∗ ????????????
- 1. При ???? о = 1: ????1 = 0,373 + 0,03 = 0,403 с;
- ????2 = 0,175 ∗ 0,373 = 0,065 с;
0,403 403 2 ????в1 = + �� � − 0,0652 = 0,39 с;
2 2
0,403 403 2 ????в2 = �
− � � − 0,0652 = 0,01077 с;
2 2
БР.44.03.04.145.2016
0
????????в ∗ ????????
????дтв = ;
????в
7,9 ∗ 0,3
????дтв = = 1,468.
1,614
2. При ???? о = 0,45:
- ????1 = 1,535 + 0,136 = 1,671 с;
- ????2 = 1,535 ∗ 0,175 = 0,268 с;
1,671 1,671 2
????в1 = �
+ � � − 0,2682 = 1,627 с;
2 2
1,671 1,671 2
????в2 = − �� � − 0,2682 = 0,0044 с;
2 2
0
????????в ∗ ????????
????дтв = ;
????В
7,9 ∗ 1,4
????дтв = = 6,85.
1,614
Результаты расчета математической модели двухзонной системы автоматического управления электропривода приведены в таблице 3 для цепи якоря и в таблице 4 для цепи возбуждения.
Схема математической модели показана на рисунке 15.
Таблица 3 – Результаты расчета для цепи якоря
Цепь якоря ????П ????Э ????Э , с ????М , с ???????? , с ????ДТ ????ДС ????ДЭ
????о = 1 0,86 0,08 0,02 0,056 0,436 1 1 1
???? о = 45 — — — 0,278 — — — Таблица 4 – Результаты расчета для цепи возбуждения Цепь возбуждения ????в0 , с ????в???? , с 0
????????.???? ,с 0
???????? ,с ????в0 , с ????В
????о = 1 0,373 0,175 0,03 0,3 0,384 1,614
???? о = 45 1,535 — 0,136 1,4 1,58 Цепь возбуждения ????ПВ ????ДТВ 0
????в1 , [с] 0
????в2 , [с] ????дтв ????Э
????о = 1 7,9 1 0,39 0,01077 1,468 10
???? о = 45 — — 1,627 0,0044 6,85 БР.44.03.04.145.2016 Рисунок 15 – Структурная схема математической модели электропривода
Математическая модель описывается уравнениями Цепь якоря: ???????? = ???????? ∗ ???????? ;
- ????????я ???????? = ????д + ????Э ∗ ????я + ????э ∗ ;
- ???????? ????д = ???? ∗ ????;
- ???? = ???? ∗ ????я ;
- ???????? ???? − ???????? = ???????? ∗ .
???????? Цепь возбуждения: ????????.в = ????????.в ∗ ????у.в ;
- ????????я ????????.в − ???????? = ????в ∗ ????я + ????в ∗ ????в???? ∗ ;
- ???????? ???????? = ????в + ????????.???? ;
- Ψ???? = Ψ???? (???????? );
- БР.44.03.04.145.2016
????Ψ????
???????? = −????б.в ∗ ;
????????
???????? = ????????.???? ∗ ????????.???? .
3.3 Анализ характеристик датчиков информации
Датчик скорости
Выбираем в качестве датчика скорости импульсный преобразователь угловых перемещений ЛИР-158Ж-1-Т-001000-24-ПИ/5 фирмы «НИО21»(рисунок 16).
1. Импульсный датчик — 1.
2. Количество импульсов на один оборот – 1000 импульсов/оборот.
3. Амплитуда импульса – 15 В.
4. Установка максимальной скорости при работе с импульсным датчиком – 400 об/мин.
Коэффициент передачи датчика скорости
????б.р
????ДС = ????ДС ∗ ;
Ωб
????ДС = 1 ∗ = 0,333 В/с. Рисунок 16 – Датчик с двумя импульсами, взаимно смещенными на
90о треками
БР.44.03.04.145.2016
Датчик тока
Данный датчик первичную информацию получает с шунта. Ток шунта выбирается с учетом возможной перегрузки двигателя.
Выбираем измерительный шунт 75ШСМ:
- ????Ш???? = 3000 А;
- ????Ш = 75 мВ.
Коэффициент передачи датчика тока
????в.р
????ДТ = ????ДТ ∗ ;
????
7 В
????ДТ = 1 ∗ = 0,004 ;
1795 А
????ДТ = ????ЯДТ ∗ ????Ш , где ????Ш – коэффициент шунта, В/А.
????Ш
????Ш = ;
????Ш????
0,075
????Ш = = 2,5 ∗ 10−5 В/А;
3000
????ДТ
????ЯДТ = ;
????Ш
0,004
????ЯДТ = = 160 о. е.
2,5 ∗ 10−5
Датчик тока возбуждения
Данный датчик получает первичную информацию с шунта. Ток шунта выбирается по номинальному току возбуждения двигателя.
Выбираем измерительный шунт 75ШСМ:
- ????Ш???? = 40 А;
- ????Ш???? = 75 мВ.
Коэффициент передачи тока возбуждения:
????б.р
????ДТВ = ????ДТВ ∗ ;
????б.в ,
БР.44.03.04.145.2016
7 В
????ДТВ = 1 ∗ = 0,127 ;
55 А
????ДТ = ????ЯДТ ∗ ????Ш , где ????Ш – коэффициент шунта, В/А.
????Ш
????Ш = ;
????Ш????
0,075
????Ш = = 1,875 ∗ 10−3 В/А;
????ДТВ
????ЯДТ = ;
????Ш
0,127
????ЯДТ = = 67,733 о. е.
0,001875
Датчик напряжения
Данный датчик получает первичную информацию с делителя напряжения.
Схема подключения указана на рисунке 17.
Выходное напряжение датчика напряжения (ДН), соответствующее максимальному напряжению якоря
????ДН ???????????? = ????б.р = 7 В.
Запас по напряжению преобразователя якорной цепи
????????0
????Э = = 1,4.
????????????
Коэффициент передачи датчика напряжения в относительных единицах
????ДН = 1.
Коэффициент делителя на входе ДН в о.е.
????ДН ???????????? 1 1
????ДЕЛ = ∗ ∗ ;
????б.р ????ДН ????Э
7 1 1
????ДЕЛ = ∗ ∗ = 0,71.
7 1 1,4
Соотношение плеч делителя напряжения
БР.44.03.04.145.2016
????1 + ????3
????2 = ;
????б 1
�???? � ∗ �???? �−1
б.р ДЕЛ
????1 + ????3
????2 = 573 1
= 0,0087(????1 + ????3 ).
� 7
� ∗ �0,71� − 1
Коэффициент передачи датчика напряжения
????б.р
????ДН = ????ДН ∗ ;
????б
????ДН = 1 ∗ = 0,0122 о. е.
Рисунок 17 – Схема подключения датчика напряжения
3.4 Синтез передаточных функций регуляторов САР скорости
Системы управления могут выполняться с последовательной коррекцией или с параллельной коррекцией параметров. Преимущественное распространение получили системы, построенные на принципах починенного регулирования параметров с последовательной коррекцией. По этому принципу будем производить синтез регуляторов.
При использовании принципа подчиненного регулирования объект регулирования представляется в виде последовательно соединенных звеньев,
БР.44.03.04.145.2016 входными параметрами которых являются существенные координаты объекта, например, ток, напряжения, скорость.
Для управления каждой из этих координат организуется отдельный регулятор, образующий с объектом контур, замкнутый соответствующей обратной связью.
Регуляторы соединяются последовательно, так что выход одного является входом другого.
Регуляторы представляют собой корректирующее устройство, которое решает следующие задачи:
1. Своим действием регулятор компенсирует влияние звена объектарегулирования, который входит в контур с этим регулятором.
2. Регулятор обеспечивает астатизм контура по управляющемувоздействию.
3. Регулятор обеспечивает оптимизацию процессов в контуре.
Свойства САР, построенной по принципу подчиненного регулирования, определяются некомпенсированной постоянной ???????? и зависят от числа контуров.
Синтез регулятора тока якоря
На рисунке 18изображена математическая модель структурной схемы контура тока.
Рисунок 18 – Структурная схема контура тока
БР.44.03.04.145.2016
При синтезе регулятора тока пренебрегаем влиянием ЭДС вращения двигателя (????Д = 0).
Передаточная функция объекта регулирования:
1 ???????? ∗ ????
???????? (????) = ???????? (????) ∗ = ;
????П ????Э ∗ (????Э ∗ ???? + 1)
0,05 ∗ ????
???????? (????) = .
0,02 ∗ ???? + 1
Передаточная функция регулятора тока
1 ????Э ∗ ???? + 1
???????? (????) = ????????−1 (????) ∗ = ????П ,
???????? ∗ ????
????Э ∗???????? ∗????
где ???????? – некомпенсируемая постоянная времени фильтра, с.
Минимальная величина ???????? для преобразования с пульсностью р=6, обусловленная дискретностью преобразователя:
????
???????? = ;
???? ∗ ????????
3,14
???????? = = 0,00167 с.
6 ∗ 314
Принимаем ???????? = 0,002 с.
???????? = 2 ∗ ???????? = 2 ∗ 0,002 = 0,004 с. – настройка на модульный оптимум.
0,02 ∗ ???? + 1
???????? (????) = .
0,047 ∗ ????
«ПИ» – регулятор
???????? (????) = 1,3 + .
0,047 ∗ ????
Передаточная функция разомкнутого контура
???????? (????) = ???????? (????) ∗ Φ0 (????) ∗ ???????? (????) = .
2 ∗ ???????? ∗ ???? ∗ �???????? ∗ ???? + 1�
Передаточная функция замкнутого контура
???????? (????) 1
Φ???? (????) = = .
1 + ???????? (????) 2 ∗ ????????2 ∗ ????2 + 2 ∗ ???????? ∗ ???? + 1
Частота среза контура тока
БР.44.03.04.145.2016
????С.Т = ;
2 ∗ ????????
1 рад
????С.Т = = 250 .
2 ∗ 0,002 с
Учет влияния ЭДС
Влияние ЭДС вращения двигателя приводит к существенным отклонениям процессов в электроприводе от номинальных. Одним из следствий влияния внутренней обратной связи по ЭДС является недоиспользование перегрузочной способности двигателя при пуске и торможении привода.
Если влиянием ЭДС пренебречь нельзя, то можно использовать принцип комбинированного регулирования, сочетающий в себе принцип регулирования по отклонению и принцип регулирования по возмущению. Для этого система регулирования тока дополняется компенсирующей связью.
ЭДС вращения двигателя оказывает влияние на систему автоматического регулирования, т.е. по отношению к заданию имеется установившаяся ошибка △ ????я уст , которая зависит от электромеханических свойств и быстродействия контура.
????????
????????я уст = ∗ ????я∗ уст ;
???????? + ????????
0,004
????????я уст = ∗ 2 = 0,133 о. е.
0,056 + 0,004
Ошибка составляет 27,6% поэтому необходимо ввести компенсирующий элемент в контур тока.
Передаточная функция звена коррекции
1 ???????? ∗ ???????? 0,05 ∗ ????
???????? (????) = ???????? (????) ∗ = = .
????П ????Э ∗ (????Э ∗ ???? + 1) 0,02 ∗ ???? + 1
Ограничение производной тока якоря
Максимальная производная тока якоря не должна превышать допустимое значение
БР.44.03.04.145.2016
????????я ????????я
� � ≤� � .
???????? ???????????? ???????? доп
Для двигателя П2-800-177-8
???????? 1
� ????????я� = 200 .
с
доп
Максимальное значение производной тока якоря:
????????я ????я уст
� � = 0,32 ∗ ;
???????? ???????????? ????????
????????я 2 1
� � = 0,32 ∗ = 320 .
???????? ???????????? 0,002 ????
Условие не выполняется. Для уменьшения производной тока ставим задатчик интенсивности (нелинейное устройство, ограничивающее темп изменения во времени сигнала задания на входе САР скорости) перед регулятором скорости.
Параметром задатчика интенсивности является величина А, определяющая темп нарастания выходного сигнала ЗИ
????з
????= ,
????з
где ????з – задание на скорость, о.е.; ????з – время разгона привода, с.
По тахограмме электропривода принимаем
????з = 0,886 о. е. ;
- ????з = 1,11 с;
0,886 1
????= = 0,8 .
1,11 с
Максимальное значение производной тока при работе с задатчиком интенсивности:
????????я ???? ∗ ????????
� � = 0,21 ∗ ;
???????? ???????????? ???????? ∗ ????
????????я 0,8 ∗ 0,436 1
� � = 0,21 ∗ = 36,624 ;
???????? ???????????? 0,002 ∗ 1 с
????????я ????????я 1
� � ≤ � � = 200 .
???????? ???????????? ???????? доп с
БР.44.03.04.145.2016
Критерий ограничения производной тока якоря выполняется.
Синтез регулятора скорости
Используется однократно-интегрирующая система автоматического регулирования скорости (рисунок 19).
Рисунок 19 – Структурная схема контура скорости
Синтез ведется при ???????? = 0 и δ???? = 0.
Передаточная функция объекта регулирования
????
???????? = .
???????? ∗ ????
Передаточная функция регулятора скорости
1 ????????
???????? (????) = ???????? (????)−1 = = ,
???????? ∗???? ???????? ∗????
где ???????? = 4 ∗ ???????? = 4 ∗ 0,002 = 0,008 с – настройка на модульный оптимум.
«ПИ» – регулятор
0,436
???????? (????) = = 54,5.
0,008
Передаточная функция разомкнутого контура
???????? (????) = ???????? (????) ∗ Φ???? (????) ∗ ???????? (????) = .
4 ∗ ???????? ∗ ???? ∗ �2 ∗ ????????2 ∗ ????2 + 2 ∗ ???????? ∗ ???? + 1�
Передаточная функция замкнутого контура
???? ???????? (????) 1
Φ???? ∗ = = .
1 + ???????? (????) 16 ∗ ????????3 ∗ ????3 + 8 ∗ ????????2 ∗ ????2 + 4 ∗ ???????? ∗ ???? + 1
Частота среза контура скорости:
БР.44.03.04.145.2016
????с ск = ;
4 ∗ ????????
1 рад
????с ск = = 125 .
4 ∗ 0,002 с
Для сохранения оптимальной настройки САР коэффициент усиления регулятора скорости должен изменяться обратно пропорционально величине потока. Поэтому в структуре регулятора скорости целесообразно выделить усилительное звено с постоянными параметрами и длительное звено с переменным параметром ???? о . Таким образом блок деления в структуре регулятора компенсирует влияние изменения параметра ???? о звена объекта при работе двигателя с различными значениями магнитного потока. В результате нормируются характеристики САР скорости в системе двухзонного регулирования независимо от уровня ослабления поля.
Синтез регулятора магнитного потока
Для синтеза используется эквивалентное представление объекта регулирования.
Математическая модель структурной схемы контура магнитного потока представлена на рисунке 20.
Рисунок 20 – Структурная схема контура магнитного потока
Здесь модель цепи возбуждения представлена в виде двух апериодических звеньев
БР.44.03.04.145.2016
1 1
???????? (????) = 0 ∗ 0 .
????в1 ∗ ???? + 1 ????в2 ∗????+1
0 0
Но анализ показывает, что ????в1 ≫ ????в2 , поэтому в качестве некомпенсированной части принимается совокупность введенного внешнего фильтра и внутреннего фильтра объекта с малой постоянной времени:
1 1
Φ0 (????) = ∗ ;
????ф ∗ ???? + 1 ????в2 ∗ ???? + 1
????в0
????ф (????) = 0 .
????в1 ∗ ???? + 1
Передаточная функция регулятора магнитного потока
1 ????в1 ∗????+1
???????? (????) = ????????−1 (????) ∗ = 0 ,
???????? ∗ ???? ????в ∗ ???????? ∗ ???? где ???????? = 2 ∗ ????????В – настройка на модульный оптимум.
????????В = ???????? + ????в2 = 0,002 + 0,01077 = 0,01277 с.
Принимаем ????????В = 0,005 с.
???????? = 2 ∗ 0,005 = 0,01 с;
- ????в0 = 1,468;
0,39 ∗ ???? + 1 0,39 ∗ ???? + 1
???????? (????) = = .
1,468 ∗ 0,01 ∗ ???? 0,01468 ∗ ????
«ПИ» – регулятор
???????? (????) = 25,5 + .
0,01468 ∗ ????
Передаточная функция разомкнутого контура магнитного потока
???????? (????) = .
2 ∗ ???????????? ∗ ???? ∗ �???????????? ∗ ???? + 1�
Передаточная функция замкнутого контура магнитного потока
???????? (????) 1
Φ???? (????) = = 2 .
1 + ???????? (????) 2 ∗ ???????????? ∗ ????2 + 2 ∗ ???????????? ∗ ???? + 1
Частота среза контура магнитного потока:
БР.44.03.04.145.2016
????с м = ;
2 ∗ ????????????
1 рад
????с м = = 100 .
2 ∗ 0,005 с
Синтез регулятора электродвижущей силы
Для исключения операции дифференцирования тока (так как в системах подчиненного регулирования в качестве датчиков ЭДС используются вычислители, функционирующие на основе изменения напряжения и тока якоря двигателя) в структуру вычислителя апериодический фильтр с постоянной времени
????ДЭ = ????ЯД .
Структурной схема контура ЭДС указана на рисунке 21.
Рисунок 21 – Структурная схема контура ЭДС
Синтез регулятора ЭДС производим с учетом инерционности датчика ЭДС.
Способ измерения ЭДС двигателя:
????????я
????я = ???????? + ????я ∑ ∗ ????я + ????я ∑ ∗ ????ЯД ∗ ;
????????
???????? = ????я − ????я ∑ ∗ (1 + ????Я ∗ ????) ∗ ????я ;
????д ????Я ????я ∑ ∗ �1 + ????я д ∗ ????� ∗ ????Я
= − .
????ДЭ ∗ ???? + 1 ????ДЭ ∗ ???? + 1 ????ДЭ ∗ ???? + 1
Сигнал датчика ЭДС
БР.44.03.04.145.2016
????ДЭ = ∗???? .
????ДЭ ∗ ???? + 1 Д
Передаточная функция инерционности датчика ЭДС
????ДЭ (????) = .
????ДЭ ∗ ???? + 1
Передаточная функция объекта регулирования
???????? (????) = ????0 .
Передаточная функция регулятора ЭДС
−1 1 ????ДЭ ∗ ???? + 1
???????? (????) = �???????? (????) ∗ ????ДЭ (????)� ∗ = 0 .
???????? ∗ ???? ???? ∗ ???????? ∗ ????
Принимаем
????ДЭ = ????ЯД = 0,025 с;
- ???????? = 2 ∗ �????ДЭ + ???????? �;
- ???????? = 2 ∗ (0,056 + 0,01) = 0,132 с;
0,056 ∗ ???? + 1 0,056 ∗ ???? + 1
???????? (????) = = .
1 ∗ 0,132 ∗ ???? 0,132 ∗ ????
«ПИ» – регулятор
???????? (????) = 0,424 .
0,132 ∗ ????
Частота среза контура ЭДС:
- ????с э = ;
4 ∗ ????????????
????с э = = 50 рад/с.
4 ∗ 0,005
В структуре регулятора ЭДС целесообразно выделить интегрирующее звено с постоянным параметром ???????? и делительное звено с переменным параметром ????0 . Блок деления в структуре регулятора компенсирует влияние изменения скорости на характеристики контура ЭДС.
БР.44.03.04.145.2016
4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАБОТЫ
4.1 Обоснование выбранного варианта
В даннойработе рассмотрена модернизация главного привода автоматического стана ТПУ 140.
В работе предлагается заменить устройство СИФУ существующего тиристорного преобразователя с аналоговой системой управления КТЭУ2500/2500-750-УХЛ4 с двухзонной системой регулирования скорости, реализованной на элементной базе УБСР-АИ на микропроцессорное устройство управления Simoneg DC-Master фирмы Siemens (Германия).
Экономическая эффективность в применении данного оборудования состоит прежде всего в увеличении производительности механизма за счет уменьшения простоев, повышения быстродействия. Также ожидается снижение расходов на обслуживание связи с высокой надежностью и долговечностью новой системы. И по проведенным исследованиям это дает дополнительный доход в размере 405000 руб./год.
Микроконтроллер системы автоматики и система управления преобразователя имеют меньшие массогабаритные показатели и потребляют меньше электроэнергии, что соответственно экономит расходы.
4.2 Капитальные вложения
Рассмотрим необходимые капитальные вложения на установку оборудования. Расчеты будем производить только для тех статей расходов, которые различны для существующего оборудования и проектируемого.
Капитальные вложения содержат следующие составляющие:
- затраты на приобретение оборудования (КОБ );
- транспортные расходы (КТР );
- затраты на монтаж и наладку оборудования (КМ ).
БР.44.03.04.145.2016
Суммарные капитальные вложения
К = КОБ + КТР + КМ .
I. Проектируемое оборудование.
1. Микропроцессорное устройство SimoregDC-Master.
Стоимость устройства + программное обеспечение (цена указана с учетом НДС)
КОБ = 480000 руб.
Транспортные расходы принимаются в размере 10% от его стоимости (по данным службы маркетинга ФГУП «НПОА»), они составят:
- КТР = 0,1 ∗ КОБ ;
- КТР = 0,1 ∗ 480000 = 48000 руб.
Затраты на монтаж оборудования принимаются в размере 30% от его стоимости (по данным службы маркетинга ФГУП «НПОА»), они составят:
- КМ = 0,3 ∗ КОБ ;
- КМ = 0,3 ∗ 480000 = 144000 руб.
Капитальные вложения на установку микропроцессорного устройства
КМУ = 480000 + 48000 + 144000 = 672000 руб.
2. Импульсный датчик скорости ЛИР-158 фирмы «НИО-21».
Стоимость датчика (цена указана с учетом НДС)
КОБ = 10000руб.
Транспортные расходы составят:
- КТР = 0,1 ∗ КОБ ;
- КТР = 0,1 ∗ 10000 = 1000 руб.
Расходы на монтаж и наладку:
- КМ = 0,3 ∗ КОБ ;
- КМ = 0,3 ∗ 10000 = 3000 руб.
Капитальные вложения на установку датчика скорости
КДС = 10000 + 1000 + 3000 = 14000 руб.
Суммарные капитальные вложения в проектируемый вариант
БР.44.03.04.145.2016
Кпроект = КМУ + КДС = 672000 + 14000 = 686000 руб.
4.3 Эксплуатационные расходы
Суммарные эксплуатационные затраты
С = А + Р, где А – амортизационные отчисления, руб./год;
- Р – затраты на ремонт оборудования, руб./год.
А = К ∗ НА , где К – стоимость оборудования, руб.;
- НА – норма годовых амортизационных расходов, 1/год.
Определяется обратная величина сроку службы оборудования
Р = Тс ∗ Зосн ∗ кдоп ∗ ксоц ∗ кр , где Тс – количество нормо-часов, необходимых для выполнения работ, н/ч
(определяется по данным ФГУП «НПОА»);
Зосн – часовая тарифная ставка рабочего, выполняющего ремонт, руб/ч
(определяетсяпо данным ФГУП «НПОА»);
кдоп – дополнительная зарплата на ремонт, включая налоги и премии,
о.е.;
- ксоц – единый социальный налог, о.е.;
- кр – районный коэффициент, о.е.
II. Существующее оборудование.
1. Аналоговое устройство управления.
Амортизационные отчисления (исходя из срока службы 7 лет, по паспортным данным)
А = 0,14 ∗ 190000 = 26600 руб.
Затраты на ремонт:
- Тс = 140 н/ч ;
- БР.44.03.04.145.2016
Зосн = 172,2 руб/ч. (соответствует 6 разряду рабочего из бригадытехнологической автоматики);
- кдоп = 1,55;
- ксоц = 1,3;
- кр = 1,15;
- Р = 140 ∗ 172,2 ∗ 1,55 ∗ 1,3 ∗ 1,15 = 55864,26 руб.
Эксплуатационные расходы аналогового устройства
САУ = 26600 + 55864,26 = 82464,26 руб.
2. Тахогенератор.
Амортизационные расходы (исходя из срока службы 5 лет, по паспортным данным)
А = 0,2 ∗ 16000 = 3200 руб.
Затраты на ремонт:
- Тс = 120 н/ч ;
- Зосн = 172,2 руб/ч. (соответствует 6 разряду рабочего из бригадытехнологической автоматики);
- кдоп = 1,55;
- ксоц = 1,3;
- кр = 1,15;
- Р = 120 ∗ 172,2 ∗ 1,55 ∗ 1,3 ∗ 1,15 = 47883,65 руб.
Эксплуатационные расходы тахогенератора
СТГ = 3200 + 47883,65 = 51083,65 руб.
Суммарные эксплуатационные расходы базового варианта:
- Сбаз = САУ +СТГ ;
- Сбаз = 82464,26 + 51083,65 = 133547,91 руб.
III. Проектируемое оборудование.
1. Микропроцессорное устройство
Амортизационные расходы (исходя из срока службы 10 лет, по паспортным данным)
БР.44.03.04.145.2016
А = 0,1 ∗ 480000 = 48000 руб.
Затраты на ремонт:
- Тс = 60 н/ч ;
- Зосн = 172,2 руб/ч.(соответствует 6 разряду рабочего из бригадытехнологической автоматики);
- кдоп = 1,55;
- ксоц = 1,3;
- кр = 1,15;
- Р = 60 ∗ 172,2 ∗ 1,55 ∗ 1,3 ∗ 1,15 = 23941,83 руб.
Эксплуатационные расходы микропроцессорного устройства
СМУ = 48000 + 23941,83 = 71941,83 руб.
2. Импульсный датчик скорости
Амортизационные расходы (исходя из срока службы 10 лет, по паспортным данным)
А = 0,1 ∗ 10000 = 1000 руб.
Затраты на ремонт:
- Тс = 60 н/ч ;
- Зосн = 172,2 руб/ч. (соответствует 6 разряду рабочего из бригадытехнологической автоматики);
- кдоп = 1,55;
- ксоц = 1,3;
- кр = 1,15;
- Р = 60 ∗ 172,2 ∗ 1,55 ∗ 1,3 ∗ 1,15 = 23941,83 руб.
Эксплуатационные расходы тахогенератора:
- СДС = 1000 + 23941,83 = 24941,83 руб;
- Спроект = СМУ +СДС ;
- Спроект = 71941,83 + 24941,83 = 96883,66 руб.
БР.44.03.04.145.2016
4.4 Расчет экономической эффективности
Для анализа экономического эффекта от внедрения нового оборудования произведен расчет срока окупаемости дополнительных капитальных вложений по капиталоемкому варианту.
Срок окупаемости показывает период, в течение которого окупятся дополнительные капитальные вложения по капиталоемкому варианту за счет экономии на себестоимости (прибыли), полученной за счет этих капитальных вложений
кдоп
Ток = ,
Э
где кдоп – дополнительные капитальные вложения, руб.;
- Э – эффект от внедрения новой системы, руб./год.
Нормативный срок окупаемости
Тн = 3г.
Условие оптимальности капиталоемкого варианта
Ток < Тн .
По сравнению с проектируемой системой существующая имеет меньшую производительность. Следующие показатели потерь берутся в соответствии с исследованиями «Первоуральского Новотрубного завода»:
1. Потери от низкой производительности автоматического стана оставляют 130000 руб./год.
2. Потери от незапланированных простоев и сбоев работы составляют90000 руб./год.
3. Потери, связанные с сокращенным годовым фондом времени работыоборудования, обусловленным увеличением количества плановопредупредительных ремонтов, составляют 110000 руб./год.
4. Потери, обусловленные более низким качеством продукции и перерасходом материалов, составляют 75000 руб./год.
БР.44.03.04.145.2016
Суммарные потери
С???? = 130000 + 90000 + 110000 + 75000 = 405000 руб/год.
Эффект от внедрения новой системы, обусловленный снижением эксплуатационных расходов и увеличением производительности:
- Э = С???? + Сбаз − Спроект ;
- Э = 405000 + 133547,91 − 96883,66 = 441664,25руб.
Срок окупаемости:
Кпроект
Ток = ;
Э
686000
Ток = = 1,55 г ≈ 2г;
441664,25
Ток = 2г. < Тн = 3г.
Следовательно, данную систему целесообразно установить.
Данные расчетов сведены в таблицу 5.
Таблица 5 – Технико-экономические показатели
Единицы Базовый Проектируемый
Наименование показателей
измерения вариант вариант
I. Капитальные вложения Стоимость оборудования руб. — 490000 Транспортные расходы руб. — 49000 Монтаж и наладка руб. — 147000 Суммарные капитальные вложения руб. — 686000
II. Эксплуатационные расходы Амортизационные отчисления руб. 29800 49000 Ремонт и обслуживание руб. 103747,91 47883,66 Суммарные эксплуатационные расходы руб. 133547,91 96883,66
III. Потери производительности и качества От низкой производительности руб. 130000 От незапланированных простоев руб. 90000 От сокращенного годового фонда
руб. 110000 времени работы оборудования От перерасхода материалов и низкого
руб. 75000 качества продукции Суммарные потери руб. 405000 IV. Эффект от внедрения новой системы руб. 441664,25
V. Срок окупаемости год 2
БР.44.03.04.145.2016
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При разработке выпускной квалификационной работы были изучены вопросы технологии производства горячекатанных труб на трубопрокатной установке 140. Был рассмотрен подробный план расположения оборудования который в дальнейшем был указан в приложениях. Был рассмотрен участок автоматического стана, конструкция стана, его основные технические данные и представлена его кинематическая схема. Это позволило подобрать электропривод с учетом всех требований к главному приводу автоматического стана, произвести проверку на нагрев и на перегрузочную способность при прокате самой энергоемкой трубы, и вследствие построена нагрузочная диаграмма с тахограммой. Силовая часть в составе силового трансформатора, реверсивных трехфазных мостовых тиристорных выпрямителей, сглаживающего дросселя, выключателя и силового разъединителя была сохранена от существующего комплексного тиристорного электропривода.Была разработана система автоматического регулирования скорости.
При выборе типа электропривода и разработке системы управления учитывались современные методы построения систем автоматического управления.
Устройство СИФУ существующего комплексного тиристорного электропривода с аналоговой системой управления КТЭУ-2500/2500-750УХЛ4 с двухзонной системой регулирования скорости, реализованной на элементной базе УБСР-АИ заменено на микропроцессорное устройство управления SimoregDC-Masterфирмы Siemens (Германия), превосходящее по своим показателям устройство, установленное ранее.
Для удобства настройки автоматического стана при переходе с одного сортамента труб на другой и на случай аварийной ситуации, когда необходимо быстро изменить направление вращения двигателя, в проекте
БР.44.03.04.145.2016 предусмотрен реверс, который осуществляется тиристорным преобразователем в цепи якоря.
Также произведено технико-экономическое обоснование работы, в котором доказан положительный экономический эффект от модернизации электропривода, путем замены аналоговой системы управления с двухзонной системой регулирования скорости на микропроцессорное устройство. Это позволило сократить расходы примерно на 405 тысяч рублей в год и также сэкономить на обслуживании старой системы.
БР.44.03.04.145.2016
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/bakalavrskaya/kalibrovochnyie-stanyi/
1. Управление электроприводами» [Текст]:Учебное пособие для вузов./Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г., – СПб.: Издательство «Энергоатомиздат», 2011. – 392с.
2. Производство горячекатанных труб» [Текст]: Учебное пособие для студентов СПО/Головкин Р.В., – Тюмень:Издательство«Металлургия», 1984.– 262с.
3. Расчет таблиц и усилий прокатки[Текст]: Учеб.-метод. пособие./ГончарукА.В., СтоппеЕ.В., Осадчий В.А; Московский гос. ин-т стали и сплавов, каф. инновационного проектирования.– М.:Издательство«Учеба», 2013. – 78с.
4. Проектирование и расчет приводов технологического итранспортногооборудования: Методические указания по курсовому и дипломному проектированию/Грубе Н.А., Яковлев Г.И., Бочарова Т.Г., – Тольятти: Издательство «Ника», 2013. – 82с.
5. Горячая прокатка и прессование труб. Изд. 3-е, переработанное и доп./Данилов А.Ф., Глейберг А.З., Балакин В.Г., – М.: Издательство «Металлургия», 1994. — 576с.
6. Новое обоснование в проектировании нажимных механизмов рабочих клетей прокатных станов [Текст]: Металлургическая и горнорудная промышленность/ Данько, Н.А., – СПб.:Издательство «Лениздат», 2014. – 86с.
7. Двигатели постоянного тока ля автоматизированного электропривода: Учебное пособие /Заборщикова А.В., Мельников В.И. – СПб.: Петербургский гос. университет путей и сообщения, 2011. – 84с.
8. Экономика, организация и управление предприятием: Учебное пособие. – 2-е издание, /Зайцев Н.Л. – М.: ИНФА-М, 2008. – 455с.
БР.44.03.04.145.2016
9. Математическое моделирование тиристорногоэлектропривода с переключающейся структурой:Журнал «Известия вузов».Карандаев А.С. Издательство «Электромеханика». – 2011. – 53с.
10.Теория электропривода[Текст]: Учеб. для вузов.–2-е изд. перераб. и доп./Ключев В.И.– Краснодар: Издательство «Энергоатомиздат», 2013.–704 с.
11. Повышение производительности прокатных станов: учебное пособие для студентов СПО/Литовчепко Н.В., Диомидов Б.Б., – М.: Издательство «Металлургия», 1993. – 370с.
12. Исследование зазоров в линии привода рабочих валков автоматического стана трубопрокатного агрегата [Текст] Металлургическая и горнорудная промышленность/ Рахманов, С.Р., – СПб.:Издательство «Лениздат», 2014. – 83с.
13. Пути совершенствования непрерывной прокатки труб [Текст].Металлургическая и горнорудная промышленность./Сергеев В.В., – СПб.:Издательство «Лениздат», 2016. 45с.
14. Энергетические и кинематические расчеты привода: Задания и методические указания к курсовому проектированию/ Сметанин A.C., Дундин Н.И., Костылева Н.Н. – Архангельск: РИО АЛТИ, 1990. – 32c.
15. Трубопрокатные агрегаты с автомат-станом [Текст]: Основное прокатное оборудование горячего передела / П. М. Соловейчик. – М.: Издательство «Металлургия», 1996. – 160с.
16.Новое оборудование для производства бесшовных труб: Учебное пособие для студентов ВПО/ Б. И. Тартаковский, –Челябинск: Издательство «Сталь», 2012. – 82с.
17. Совершенствование математической модели расчета энергосиловых параметров ТПУ140 [Текст] / Уткин Ю. Н., – Челябинск: Издательство «Сталь», 2007. – 80с.
18. Электрооборудование прокатных и трубных цехов /Фотиев М.М. – М.: Издательство«Металлургия», 1993. – 256с.
БР.44.03.04.145.2016
19. Расчетное и экспериментальноеобоснование модернизации узлов крепления рабочей клети автомат-стана ТПУ-140 [Текст]: Ремонт, восстановление, модернизация/ ЧечулинЮ. Б. – Новосибирск: Издательство «Наука», 2011. – 105с.
20. Технология и производство проката. Изд. 4-е, дополненное/ Шефтель Н.И. – М.:Издательство «Металлургия», 1989. — 462с.
БР.44.03.04.145.2016 ПРИЛОЖЕНИЕ А
Схема расположения оборудования ТПУ 140 1 – методическая печь с наклонным ходом; 2 – фрикционный выталкиватель; 3 – промежуточный рольганг; 4 – пневматический зацентровщик; 5 – вводной желоб; 6 – пневматический толкатель; 7 – рабочая клеть прошивного стана; 8 – прокатный стержень; 9 – приемный желоб; 10 – рабочая клеть автоматического стана; 11 – главный привод автоматического стана; 12 – длинноходовый пневматический вталкиватель; 13 – упор; 14 – стержень; 15 – вводной рольганг; 16 – рабочая клеть обкатного стана; 17 – главный привод обкатного стана; 18 – упорный подшипник; 19 – общий отводный рольганг; 20 – методическая печь с шагающим ходом; 21 – калибровочный стан; 22 – охладительный стол; 23 – участок холодной отделки труб; 24 – главный привод прошивного стана.
БР.44.03.04.145.2016
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Кинематическая схема привода автоматического стана 1 – задний стол; 2 – упорная станина; 3 – стержень оправки; 4 – рабочая клеть; 5 – шпиндель; 6 – шестеренная клеть; 7 – редуктор; 8 –
двигатель главного привода; 9 – пневматический вталкиватель гильзы; 10 – пневматический желоб; 11 – передний стол; 12 –
тахогенератор; 13 – центробежное реле; 14 – наклонные столы подачи и отвода гильзы
БР.44.03.04.145.2016 ПРИЛОЖЕНИЕ В
Нагрузочная диаграмма двигателя за цикл проката одной трубы
БР.44.03.04.145.2016 ПРИЛОЖЕНИЕ Г
Функциональная схема САУ
БР.44.03.04.145.2016 ПРИЛОЖЕНИЕ Д
Структурная схема САУ
БР.44.03.04.145.2016
