10725

Проектирование системы автоматического регулирования, которая впоследствии была смоделирована в системе MatLab

Курсовая

Информатика, кибернетика и программирование

ВВЕДЕНИЕ Важнейшей отраслью промышленности Украины является черная металлургия. От объема производства и качества металла зависит развитие народного хозяйства. Продукция предприятий черной металлургии составляет весомую долю в экспортной политике государства.

Русский

2012-04-01

938.36 KB

23 чел.

ВВЕДЕНИЕ

Важнейшей отраслью промышленности Украины является черная металлургия. От объема производства и качества металла зависит развитие народного хозяйства. Продукция предприятий черной металлургии составляет весомую долю в экспортной политике государства. Рост объема производства металлов в значительной мере определяется расширением сортамента изделий из металлов и сплавов и повышением их качественных показателей, что в значительной мере зависит от условий пластической обработки. Среди различных методов пластическая обработка -  прокатка занимает особое положение, поскольку данным способом производят изделия, пригодные для непосредственного использования в строительстве и машиностроении (шпунт, рельсы, профили сельскохозяйственного машиностроения и пр.). Прокаткой получают также разнообразные виды заготовок, которые являются исходным материалом для других способов обработки.

Электропривод в прокатном производстве  является одним из наиболее сложных промышленных электроприводов.  Характерные особенности этих приводов обусловлены основной функцией – регулировать с высокой точностью в процессе прокатки натяжение наматываемой полосы, так как от этого напрямую зависит ее качество. Знание закономерностей обработки металлов давлением помогает выбирать основное и вспомогательное оборудование и технически грамотно его эксплуатировать.

Развитие черной металлургии в настоящее время осуществляется в условиях стабилизации, а в дальнейшем и снижении объемов производства основных видов металлопродукции и определяется главной народнохозяйственной задачей удовлетворения потребности народного хозяйства в черных металлах требуемого качества и сортамента при значительном повышении эффективности производства и использовании металла в потребляющих отраслях. К числу важнейших стратегических задач, стоящих перед черной металлургией можно отнести:

  1. снижение металлоемкости национального дохода примерно в 2 раза;
  2. повышение производительности труда в отрасли также в 2 раза;
  3. коренное улучшение качества металлопродукции, расширение ее состава, увеличение объема производства черных металлов;
  4. освоение новых экономических видов готовой продукции;
  5. коренное обновление основных производственных фондов и повышение экономической эффективности работы отрасли в условиях полного хозяйственного расчета и самофинансирования;
  6. комплексное решение вопросов социального развития, охраны окружающей среды, рационального использования природных ресурсов и отходов производства.

Указанные задачи должны решаться в процессе технического перевооружения, реконструкции и обновления каждого металлургического предприятия и, в частности, каждого конкретного цеха.

При этом, как следует из вышеизложенного, в подавляющем большинстве случаев не стоит задача наращивания объемов производства продукции на отдельных предприятиях, хотя мощность и производительность реконструируемых и новых агрегатов и даже цехов могут увеличиваться. В каждом конкретном случае главными задачами являются повышение качества и расширение сортамента металлопродукции, улучшение условий и рост производительности труда, решение проблем охраны окружающей среды и повышение эффективности производства.

1 ОПИСАНИЕ ТРАВЛЕНИЯ ПОЛОСОВОЙ СТАЛИ

В НЕПРЕРЫВНЫХ ТРАВИЛЬНЫХ АГРЕГАТАХ

И РАБОТА КЛЕТИ «ДУО»

 Исходным материалом для холодной прокатки являются горячекатаные листы толщиной 1,5 – 5,0 мм.  После горячей прокатки на листе металла образовывается окалина толщиной до 0,15 мм, поэтому первой операцией в цехе холодной прокатки является очистка поверхности листов от окалины, чтобы она не вдавливалась при холодной прокатке в металл и валки. Для очистки горячекатанных полос углеродистой стали применяют травление в растворах кислот на линиях непрерывных травочных агрегатов. Непрерывное травление обеспечивает высокую производительность, максимальную автоматизацию процесса [1]  и минимальный расход кислоты, общий вид травильного агрегата приведен на листе ЗНТУ 36 ДП 12.211.06 ВО графической части проекта. Качество травления зависит от характера окалины и условий травления. Регулируется качество травления скоростью движения полосы через травильные ванны.

Технологический процесс непрерывного травления начинается с поступления горячекатаных рулонов из цеха горячей прокатки тонкого листа (ЦГПТЛ) по подземному конвейеру  на склад к непрерывным травильным агрегатам.

Электромостовым краном при помощи специальных клещей  рулон устанавливается на  приемный подъемный стол, либо на приводные ролики приемного рольганга (1), для передачи рулона по рольгангу на кантователь (3). После этого кантователь производит кантовку рулона из вертикального положения в горизонтальное и сбрасывает его в подъемно-поворотную раму (2) на разматыватель (4), где отцентрованый  по оси с помощью задающих роликов (5) рулон устанавливается в положение, удобное для отгибания конца полосы скребком. Отогнутый скребком конец полосы подается в задающие ролики (5)  правильной машины (6).

Ножницами с нижним резом (7, 8) производится обрезка переднего и заднего концов полосы для стыкосварочной машины (9). На стыкосварочной машине с гратоснимателем (10)  (грат – наплыв сварного шва) производится стыковая сварка двух концов полос и последующее двухстороннее снятие образовавшегося грата.

Протягивание непрерывной полосы металла на этом этапе производится тянущими роликами №1 (11), которые подают полосу в  петлевую яму №1. Там создается запас полосы в виде петель в таком количестве, чтобы обеспечить ритмичную работу всего агрегата на заданных скоростях,  независимо от пауз – например, при  очередной задаче рулонов, обрезке концов полосы, сварке полосы. Однако количество полосы металла не должно превышать более двух рулонов одинарной массы.

Затем валки клети «ДУО» (12)  выбирают полосу металла из петлевой ямы №1, протягивают ее через неприводные ролики окалиноломателя, и выполняют при этом дополнительную функцию слабой дрессировки перед подачей полосы в петлевую яму №2, где она пропускается с небольшим провисанием, при этом оператор проверяет качества сварного шва.

Окончательное удаление окалины с поверхности полосы в четырех травильных ваннах производится химически, погружением полосы в травильный кислотный раствор в травильной ванне, состоящей из четырех секций (№№ 1, 2, 3, 4 по ходу движения полосы). Отжим остатков травильного раствора с полосы производится гуммированными роликами.

Далее производится последовательная промывка полосы от остатков кислоты и шлама холодной водовоздушной струей из коллекторов в промывной ванне № 1 и горячей проточной водой в промывной ванне № 2.

После этого производится отжим остатков горячей промывной воды с полосы гуммированными роликами и сушка ее горячим воздухом, подаваемым четырьмя парами коллекторов.

Затем полоса, протянутая тянущими роликами № 3 (13) через травильные и промывные ванны подается к  промасливающей установке и петлевой яме №3. После этого производится протягивание полосы через петлевую яму № 3 тянущими роликами № 4 (14) и подача  ее к ножницам с нижним резом № 3 (15) для вырезки шва или   участка полосы с дефектами.

Потом дыропробивная машина автоматически наносит дырочную метку на мерном расстоянии от начала рулона и сварного шва. Затем полоса попадает в сверточную машину (16), где промасливается снизу  и сверху, а затем сворачивается в рулоны. Свернутая в рулон полоса подается на отводящий рольганг, а затем электрокраном подается на склад травленых рулонов.

Назначение механизма дрессировочной двухвалковой клети «ДУО» – выбирание полосы из петлевой ямы №1, и одновременное протягивание полосы через окалиноломатель;  направление полосы в петлевую яму №2; в то же время валками клети производится дополнительная слабая дрессировка для механического разрушения поверхностной окалины перед травильными ванными с помощью слабого обжатия полосы металла до 0,5%.  Образующиеся фрагменты окалины смываются водой под давлением, направленной на верхний и нижний валки.

Рабочая клеть «ДУО», общий вид которой представлен на листе ЗНТУ 36 ДП 12.211.02 ВО графической части проекта, состоит из:

  1. двух станин (7) со стойками двутаврового сечения, изготовленных из стального литья, станина  рабочей клети воспринимает все усилия, возникающие при прохождении металла, и поэтому устанавливается на фундаментных стальных плитах (плитовинах), которые прикрепляются болтами к бетонному или железобетонному фундаменту,  крепление станин между собой осуществляется стальными литыми траверзами и болтами. В прорезах станин расположены рабочие подушки прокатных валков с текстолитовыми вкладышами;
  2. станинных роликов, предназначенного для направления металла в валки, они расположены с передней и задней стороны рабочей клети и служат для подачи полосы в валки и отвода полосы металла от рабочих валков;
  3. рабочих валков (8), подушки рабочих валков изготовляются из стального литья и оборудованы текстолитовыми вкладышами в кассетах;
  4. нажимных устройств (6):

1)верхний валок имеет гидравлическое уравновешивание и винтовое нажимное устройство с раздельным электромеханическим приводом на каждый винт, что обеспечивает дистанционную настройку калибров валков по высоте.

2) гидравлического, с помощью которого регулируется обжатие полосы при дрессировке: поднимается нижний валок, с его помощью регулируется величина дрессировки проходящей через валки полосы металла, величина обжатия регулируется гидравлическим клапаном.

  1. механизма для перевалки валков (9), предназначенного для вывода и завода комплекта валков с подушками в клеть, механизм установлен на фундаменте с неприводной стороны клети и приводится в движение электродвигателем;
  2. системы гидравлического удаления окалины для смыва взломанной в окалиноломателе  окалины и предотвращения вдавливания ее в полосу валками клети «ДУО» , при протягивании полосы через клеть «ДУО» на полосу с двух сторон и на нижний и верхний валки клети «ДУО» подается вода с коллекторов под давлением;
  3. привода клети, необходимого для приведения в действие рабочих валков, привод рабочей клети осуществлен через шестеренную клеть (3), промежуточные универсальные шпиндели (4) и главную муфту от реверсивного электродвигателя постоянного тока (2).

Принцип действия привода клети «ДУО» заключается в том, что при включении электродвигателя, вращение передается на зубчатую муфту, которая передает его на шестеренную клеть, предназначенную для развития крутящего момента, полученного от электродвигателя и переданного на рабочие валки через универсальные шпинделя.

Функциональная схема электропривода представлена на листе ЗНТУ 36 ДП 12.211.03 Е2 графической части проекта.

Питание  6кВ подается от масляного выключателя к силовому трансформатору, обмотки которого соединены по схеме Υ/∆. Вторичная обмотка трансформатора (его тип ТСЗПМ-1000/10УЗ) обеспечивает напряжение  430В, подаваемое на силовые тиристорные группы. Наряду с преобразованием входного напряжения трансформатор обеспечивает также защиту электропривода по скорости нарастания тока силовой цепи. Силовые тиристорные группы обеспечивают работу двигателя для обоих направлений вращения и его работу в тормозном режиме. К системе датчиков регулируемых параметров относятся шунтовое устройство RS (ток якоря)  и датчик скорости BR. Принципиальная электрическая схема силовой части электропривода клети «ДУО» представлена на листе ЗНТУ36ДП12.211.04 Е3 графической части проекта.

Система управления электроприводом построена по принципу подчиненного регулирования. Схема электрическая управляющей части клети «ДУО» показана на листе ЗНТУ 36 ДП 12.211.05 Е3 графической части проекта. Главный параметр регулирования – скорость  вращения приводного двигателя, все остальные параметры вспомогательные и подчинены главному. Конструктивно САР клети «ДУО» выполнена на основе блочной регулировочной системы. В ее состав входят все необходимые элементы: усилители, датчики регулируемых величин, задатчики (преобразователи) регулируемых величин, источники питания, вспомогательные элементы (узлы связи, ограничители, логические блоки и тому подобное). Основным элементом системы авторегулирования является операционный усилитель. Система автоматического регулирования специально предназначена и оборудована для управления тиристорными преобразователями. Комплекты модулей разделяются по функциональным признакам на блоки. Модули САР размещаются в отсеках, которые находятся в специальном шкафу. Первый отсек содержит модули СИФУ и модули контура тока; второй отсек состоит из модулей контура скорости; третий отсек содержит модули для обработки сигналов с технологических датчиков.

Таким образом, можно сделать вывод, что применение дрессировочной клети «ДУО» в линии непрерывного травильного агрегата направлено на улучшение качества травления полосового металла за счет предварительной слабой дрессировки листового металла и смыва образовавшихся фрагментов поверхностной окалины. Эта операция предотвращает излишнее засорение кислоты в ваннах и одновременно увеличивает скорость травления металла, при этом качество травления полосы металла на выходе в целом повышается. В свою очередь уменьшается расход кислоты в производственном процессе травления металла, что ведет к снижению себестоимости процесса производства листового проката  в целом.

2 РАСЧЕТЫ МОЩНОСТИ И ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ

ДЛЯ РАБОЧЕЙ КЛЕТИ «ДУО» 

С учётом требований и особенностей конструкции клети «ДУО» примем следующие исходные данные для расчета мощности двигателя ЭП, которые сведены в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 – Исходные  данные

Наименование, единицы измерения

Значения

Среднее давление по длине контакта,  , кН

 800

Полное давление на валок,  , кН

12300

Заданное обжатие на клети,  %

0,01

Диаметр валка,  , м

0,75

Диаметр шейки валка,  , м

0,52

Ширина полосы,  мм

1000 - 1500

Толщина полосы,  , м

4·10-3

Линейная скорость движения полосы,  м/с

60 - 120

Передаточное число привода валков ,

5,25

Коэффициент трения в подшипниках валков,

0,1

КПД прокатки ,

0,88

КПД шевронной передачи ,

0,97

КПД подшипников ,

0,99

КПД шпинделя с муфтой ,

0,99

Суммарный момент инерции привода , Jмех,, кг·м2

10

Режим работы двигателя ЭП клети «ДУО» длительный с практически постоянной нагрузкой [2], поэтому мощность электродвигателя может быть определена

                                     (2.1)

где – статический максимальный момент,

– расчетная угловая скорость валков,

– КПД механизма электропривода.

2.1  Определение момента прокатки

Момент прокатки:

                                         (2.2)

где i =5,25  передаточное число привода валков;

                                   (2.3)

где =800 кН  среднее давление по длине контакта;

=(0,2÷0,35)∙, – плечо приложения силы , для холодной прокатки;

– длина контакта металла с валком:

                                            (2.4)

где =0,375 м – радиус валков;

– разница высоты между толщиной до проката и после.

При заданном обжатии на клети 0,01% имеем

                                                                                       (2.5)     

где – толщина металла до прохождения клети;

– толщина металла после прохождения клети.

Подставив значения имеем:

.

,

2.2 Определение момента трения

Момент трения для одного валка:

                               (2.6)

где в= 12300 кН – полное давление на валок;

 =0,1– коэффициент трения в подшипниках валков;

 =0,52 м – диаметр шейки вала.

Так как диаметр валков одинаковый, то:

 ;                                         (2.7)

2.3 Определение статического момента

Определяем статический максимальный момент:

                                          (2.8)

где  момент прокатки,

 момент трения одного валка,

= 0,88 – КПД прокатки.

2.4  Определение угловой скорости валка

Определяем угловую скорость валка

                                         (2.9)

где =2м/сек – скорость прокатки листа,

=0,75 м – диаметр прокатного вала.

2.5 Определение максимальной мощности

Рассчитываем максимальную мощность:

                                         (2.10)

где  – общее КПД:

                                     (2.11)

– КПД шевронной передачи,

– КПД подшипников,

– КПД шпинделя с муфтой.

Подставив значения получим:

2.6 Определение номинальной мощности

 

Номинальная мощность с учетом коэффициента перегрузки

                                         (2.12)

где =1,5÷5 – коэффициент перегрузки;

По результатам расчета статической мощности и каталогу [3]  на электрические машины выбран двигатель П2ПМ-500-144 7У3. Данные двигателя сведены в следующую таблицу 2.2.

Таблица 2.2 – Данные двигателя П2ПМ-500-144 7У3 по каталогу

Тип

двигателя

Мощность кВт

Pдном

n ном/

n макс,

Об/мин.

КПД %

Якорная цепь

Возбужде

ние

Момент

инерции

Jd

Кг·м2

Uяном

В

Iяном

А

Rоб.я

Ом

Rдпол

Ом

Iямax/

Iя.ном

Uвном,

В

Rв,

Ом

П2ПМ-500-144 7У3

500

500/

1000

92,7

440

1220

0,0058

0,0030

2,25

220

18,8

51

3 РАСЧЁТ И ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ СИЛОВОЙ ЧАСТИ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ И ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Собираем исходные данные для расчета силовой части привода ТП и ЭП в таблицу 3.1, [1].

Таблица 3.1 – Исходные  данные силовой части привода ТП и ЭП

Наименование, единицы измерения

Значение

Данные на электродвигатель

Номинальное якорное напряжение,

440

Номинальная мощность двигателя, , кВт

500

Номинальная скорость вращения, , об/мин

500

Номинальная угловая частота вращения двигателя,

52,33

Число пар полюсов электродвигателя,

2

КПД двигателя, ,%

92,7 =0,927

Номинальный ток якоря, , А

1220

Максимальное значение тока ЭП,

2440

Коэффициент,

2,25

Активное сопротивление якорной обмотки электродвигателя, , Ом

0,0058+0,0030+0,0001=0,0081

Приведенный к валу момент инерции двигателя, , Кг/м2

10∙51=510

Данные на реверсивный ТП

Силовая схема

Способ управления

по скорости

Вид опорного напряжения

линейная форма

Другие данные

Коэффициент стабильности питающего напряжения,  , В/В     

0,9÷1,1

Уставка максимальной токовой защиты ЭП,

2,5∙1220=3050

Продолжение таблицы 3.1

Наименование, единицы измерения

Значение

Малая некомпенсируемая постоянная времени, , с

0,005

В датчике тока выходной сигнал 10 В соответствует значению тока,ЭП

В датчике скорости выходной сигнал 10 В соответствует номинальной скорости , ЭП

Постоянные времени датчиков

для датчика тока, , с

для датчика скорости, , с

0

0,005

3.1 Выбор силового трансформатора

Упрощённый расчёт номинального вторичного напряжения силового трансформатора.

Для трёхфазной мостовой схемы расчётное значение напряжение вторичной обмотки:

                                                      (3.1)

где  – расчётное значение номинального линейного напряжения вторичной обмотки трансформатора;

– напряжение номинальное якоря;

Расчёт мощности силового трансформатора:

 ;                                                                 (3.2)   

где –номинальная мощность двигателя ;

 – КПД двигателя.

1,15·500/0,927=620 кВА.

Выбор номинальных значений мощности и вторичного (линейного) напряжения силового трансформатора: с учётом расчётных величин по каталогу[4] выбираем:

=430 В; =630 кВА; =6 кВ;.=2 кВт;.=5,6 кВт;

=5,9 %.

Проверка правильности выбора силового трансформатора по допустимой токовой загрузке его первичной обмотки:

                                (3.3)

где – ток первичной обмотки трансформатора,

=0,817 – коэффициент схемы выпрямления по току для ТМС,

=1,05 – коэффициент формы фазного тока,

– первичное линейное действующее напряжение трансформатора.

Окончательная зависимость:

                                   (3.4)

1,53∙1,1∙430∙1220=883 кВА.

Поскольку выбранной мощности трансформатора не достаточно, выбираем ближайшее наибольшее значение из номинальных мощностей трансформаторов.

Выбираем трансформатор типа ТСЗПМ-1000/10 УЗ. Данные соберем в таблицу 3.2, [2].

Таблица 3.2 – Параметры  трансформатора типа ТСЗПМ-1000/10 УЗ

Наименование, единицы измерения

Значения

Мощность, ,кВа

1000

Первичное линейное напряжение трансформатора, , кВ

6

Вторичное линейное напряжение трансформатора, , В

430  

Потери, , кВт

кВт

6,0

8,0

Напряжение КЗ силового трансформатора,

 ,%

5,5

Расчёт фазных значений активного сопротивления и индуктивности рассеяния силового трансформатора:

                                (3.4)

где  – потери мощности короткого замыкания;

– номинальное фазное действующие значение тока вторичной обмотки трансформатора:

                                              (3.5)

                                          (3.6)

где  – напряжение короткого замыкания;

= 314 – угловая частота напряжения сети.

Подставив значения, имеем:

  

3.2  Выбор трёхполюсного автоматического выключателя и тиристоров реверсивного ТП

Автоматический выключатель выбирается по рабочему напряжению  и номинальному действующему фазному току

 ;                                                   (3.7)

;                                              (3.8)

где – рабочее напряжение,

– номинальный действующий фазный ток;

 

.

Выбираем по каталогу [3] трёхполюсный быстродействующий выключатель серии ВА 53-43. Данные сведены в таблицу 3.3.

Таблица 3.3 – Параметры  выключателя серии ВА 53-43

Наименование, единицы измерения

Значения

Номинальный рабочий ток, ,А

1600

Рабочее напряжение, ,В

660

Токовая коммутационная способность,

 ,кА

47,2

Время отключения аварийного тока,

0,04

Выбираем тиристоры реверсивного ТП.

Расчёт среднего значения тока:

;                                 (3.9)

где =1 – при принудительном воздушном охлаждении;

;                                                (3.10)

               

Напряжение прикладываемого к закрытому тиристору:

                                        (3.11)

Выбор типа тиристоров реверсивного ТП:

;                                         (3.12)

где =2 – число параллельно включаемых между собой тиристоров в реверсивном ТП;

 (1,4÷1,5)· Uтир.мах  ,                                       (3.13)

1,5∙670=1005  В.

Выбираем из справочной литературы[4] тиристор Т 253-1250 со следующими техническими характеристиками, сведенными в таблицу 3.4

Таблица 3.4 – Параметры  тиристора Т 253-1250

Наименование, единицы измерения

Значения

Номинальный ток тиристора, ,А

1250

Номинальное напряжение, ,В

1200

Импульсный ударный ток тиристора,

,кА

26

Значение прямого падения напряжения на открытом тиристоре,

1,6

3.3 Расчет индуктивности токоограничивающего реактора и суммарной  фазы цепи, проверка достаточности автоматического выключателя

Рассчитываем индуктивность токоограничивающего реактора:

;                           (3.14)

Гн.

Так как полученный результат – отрицательное число, то не требуется установка токоограничительного реактора.

Поэтому, рассчитаем максимально возможное значение тока протекающего через тиристоры ТП в аварийном режиме короткого замыкания на выходе ТП:

;                           (3.15)

21370<26000А.

Условие выполнено.

Рассчитываем эквивалентную (суммарную) индуктивность фазы цепи переменного тока ТП по формуле:

  ;                                                          (3.16)

=3,238∙10-5-3,789∙10-6=2,859∙10-5   Гн.

Проверка достаточности токовой коммутационной способности автоматического выключателя.

Токовая коммутационная способность:

=47.2 кА,

,                                                        (3.17)

=2,5∙1220=3050 А.

,            (3.18)

.

Проверочные условия для автоматического выключателя выполнены.

3.4 Расчёт индуктивностей и выбор уравнительных реакторов в ТП, расчёт индуктивности якоря двигателя

Уравнительные реакторы предназначены для ограничения уравнительных токов реверсивных ТП и выбираются с условием не превышения гранично-непрерывного значения:

,                            (3.19)  

=0,05∙1220=61 А.

Расчет уравнительного реактора:

;                         (3.20)

где =0,62,

– общая индуктивность уравнительных реакторов,

– индуктивность одного уравнительного реактора (в схемах с четырьмя насыщающимися или  двумя ненасыщающимися уравнительными реакторами),

 Гн,

=0,021/2=0,011 Гн.

кВт.

Выбираем уравнительный реактор со следующими характеристиками, представленными в таблице 3.4

Таблица 3.4 – Параметры  уравнительного реактора.

Наименование, единицы измерения

Значения

Индуктивность, , Гн

0,011

Мощность потерь,

0,125

Расчитываем индуктивность якоря двигателя.

Определяем индуктивность якоря ДПТ по формуле Линвилля-Уманского:

      ;                                         (3.21)

где  = 0,1÷0,25 – коэффициент для компенсированных машин ,

 – соответственно число пар полюсов ДПТ,

– номинальная угловая скорость ДПТ.

;                                           

   

3.5 Расчёт индуктивности и мощности потерь сглаживающего реактора, выбор сглаживающего реактора

Сглаживающий реактор, включаемый последовательно с якорем двигателя, выбираем исходя из условия обеспечения непрерывности тока двигателя во всем диапазоне нагрузок от Imin до Iном (изменения угла регулирования от  = 90 до min), а также ограничения пульсаций якорного тока на уровне (0,03...0,05) Iном, которые ухудшают коммутацию двигателя и увеличивают потери на нагрев.

Сглаживающий реактор должен ограничивать пульсации выпрямленного тока на уровне:

   ;                            (3.22)

.

Рассчитываем индуктивность сглаживающего реактора:

;                (3.23)

где - угол управления ТП принимается в расчетах

  

=3,633∙10-3 Гн.

Мощность потерь сглаживающего реактора:

;                                           (3.24)

Выбираем сглаживающий реактор с параметрами представленными в таблице 3.5

Таблица 3.5 – Параметры   сглаживающего реактора

Наименование, единицы измерения

Значения

Индуктивность, , Гн

3,633∙10-3 

Мощность потерь, , кВт

1,25

3.6 Расчёт максимального значения ЭДС двигателя в инверторном режиме работы ТП, расчёт аварийного режима внутреннего короткого замыкания, расчёт суммарной индуктивности электропривода

Максимальное значение ЭДС двигателя в инверторном режиме работы ТП:

;                                 (3.25)

где =1,24 для двигателей серии МП, П;

коэффициент 1,05 - учитывает допустимую кратность превышения напряжения на якоре двигателя своего номинального значения равного .

=1,05∙440+1,24∙0,0081∙3050=492,634 В.

Расчёт аварийного режима внутреннего короткого замыкания в инверторе реверсивного ТП.

Расчет аварийного тока через тиристор:

 ;                         (3.26)

где - время отключения автоматического выключателя,

– число параллельно включённых тиристоров.

=26000А>3709А.

Условие проверки выполнено.

Расчёт суммарный индуктивности электропривода.

Для тиристорной мостовой схемы суммарная индуктивность рассчитывается по формуле:

;                                    (3.27)

=8,615 ∙10-3  +2∙2,859∙10-5  +0,021∙10-3  +3,633 ∙10-3 =0,015 Гн.

3.7 Расчёт при аварийном режиме тока тиристора, достаточности автоматического выключателя при аварийном режиме

Расчет аварийного тока через тиристор:

 ;                (3.28)

 

Проверка условия сохранения исправными тиристоров в аварийном режиме «опрокидывания» инвертора:

;  

2232 А < 26000 А.

Условие проверки выполнено.

Проверка достаточности коммутационной способности автоматического выключателя в данном аварийном режиме:

                                    (3.28)

2∙2232 А ≤ 47200 А.

Условие проверки выполнено.

3.8 Расчёт фиктивного активного сопротивления, а также активных сопротивлений токоограничивающего, уравнительного и сглаживающего реакторов, суммарного активного сопротивления для ЭП

Рассчитываем фиктивное активное сопротивление по формуле:

;                                                           (3.29)

=3/3,14∙2,859∙10-5∙314=8,577∙10-3  Ом.

Определение активных сопротивлений токоограничивающего, уравнительного и сглаживающего реакторов.

Активное сопротивление токоограничивающего реактора:

;                                          (3.30)

где ;                                                                       (3.31)

                  кВт;   

 Ом.

Активное сопротивление уравнительного реактора:

;                                          (3.32)

  Ом.

Активное сопротивление сглаживающего реактора:

 ;                                               (3.33)

;                                        (3.34)

кВт.

 Ом.

Расчёт суммарного активного сопротивления электропривода.

Расчёт активного сопротивления щёточного контакта в коллекторе двигателя:

;                                                     (3.34)

 Ом.

Расчёт активного сопротивления ошиновки ТП:

;                                                    (3.35)

   Ом.

Расчёт активного сопротивления кабелей, соединяющих якорь машины с ТП:

Rкаб=0,1Rя                                                           (3.36)

Rкаб=0,1∙0,0081=0,00081  Ом

Расчёт суммарного активного сопротивления электропривода:

                          (3.37)

=2∙(1,693 ∙10-3 +1,438∙ 10-7 )+ 2∙ 8,398∙10-8 +8,398∙10-7+8,577∙10-3+ +1,24∙0,0081+1,639∙10-3+3,607∙10-3+ 0,00081=0,025 Ом.

3.9 Определение номинального значение ЭДС двигателя и номинального значения произведения магнитного потока на конструктивную постоянную двигателя, проверка правильности выбора вторичного напряжения силового трансформатора

Определяем номинальное значение ЭДС двигателя по формуле:

 ,                                                   (3.38)

=440-1,24 ∙0,0081∙1220=431,226 В.

Определяем  номинальное значение произведения магнитного потока на конструктивную постоянную двигателя по формуле:

 ;                                              (3.39)

=431,226/52,333=8,24  В∙с.

Проверка правильности выбора вторичного напряжения силового трансформатора.

Расчёт номинального значения вторичной ЭДС трансформатора:

  ;                                      (3.40)

где - напряжение к/з трансформатора:

 =430(1+5,5∙10-2)=453,65 В.

Расчёт минимального значения (при посадке напряжения питающей сети) вторичной ЭДС силового трансформатора:

;                                              (3.41)

=0,9∙453,65=408,285  В.

Расчёт максимального значения выходной ЭДС ТП при просадке питающего напряжения:

;                                  (3.42)

= 1,35·408,285·0,966=532,444  В.

           Расчёт максимального падения напряжения на открытых тиристорах преобразователя:

;                                      (3.43)

=2·1,8=3,6  В.

Проверка правильности выбора вторичного напряжения силового трансформатора:

;                  (3.43)

                  

0 ≤   0,034  ≤ 0,05.

Проверочное условие выполнено.

3.10 Расчёт эквивалентной электромагнитной и электромеханической постоянной  времени привода, статической передаточной характеристики и внешней регулировочной характеристики ТП, расчёт КПД ТП, КПД ЭП

Рассчитываем эквивалентную электромагнитную постоянную времени электропривода по формуле, с

;                                               (3.44)

 с.

Рассчитываем электромеханическую постоянную времени привода по формуле, с

 ;                                        (3.45)     

 с.

Рассчитываем статическую передаточную характеристику ТП вида и внешнюю регулировочную характеристику ТП.

Статическая передаточная характеристика это зависимость вида.

Расчёт теоретически максимально возможного значения выпрямленный ЭДС ТП при =0:

;                      (3.46)

Ed0=1,35·430=580,5  В.

Расчёт статической передаточной характеристики ТП для линейной формы опорного напряжения система импульсно-фазового управления СИФУ, В:

  ;                                (3.47)

При этом диапазон изменения ЭДС ТП составляет:

;                      (3.48)

где αмах, αмин - максимальные и минимальные значения угла управления соответственно.

Расчет статической передаточной характеристики приведен в таблице 3.6: 

Таблица 3.6 – Результаты  расчетов для построения статической передаточной характеристики тиристорного преобразователя.

Напряжение управления , В

ЭДС , В

-10

-580,5

-9

-573,355

-8

-552,088

-7

-517,229

-6

-469,634

-5

-410,475

-4

-341,209

-3

-263,544

-2

-179,384

-1

-90,81

0

0

1

90,81

2

179,384

3

263,544

4

341,209

5

410,475

6

469,634

7

517,229

8

552,088

9

573,355

10

580,5

Построение графической зависимости ,

Графическая зависимости для линейной формы опорного напряжения СИФУ представлена в рисунке 3.1.

Рисунок 3.12 Статическая характеристика ТП при линейной форме опорного напряжения СИФУ.

Расчёт внешней регулировочной характеристики ТП – это   зависимость вида .

Внешняя характеристика ТП – это зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от тока нагрузки. Для управляемого выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке внешняя характеристика рассчитывается по формуле:

 ,                 (3.48)

где - суммарное активное сопротивление ТП,Ом,

𝛼угол управления тиристорами, 𝛼 = arccos определяется в диапазонах изменения угла управления 𝛼 мин𝛼𝛼 мах и тока 0≤Id≤Iямах.

 Расчёт суммарного активного сопротивления ТП,Ом:

,                     (3.49)

=2∙(1,693 ∙10-3 +1,438∙ 10-7 )+ 2∙ 8,398∙10-8 +8,398∙10-7+8,577∙10-3+ 

+3,607∙10-3+ 0,00081=0,016 Ом.

Расчёт внешней регулировочной характеристики ТП:

,                            (3.50)

при  Id= Iямах=2440А,

при Id=0 А,

при Id= Iяном=1220А

Расчет внешней регулировочной характеристики приведен в таблице 3.7: 

Таблица 3.7 – Результаты расчёта для построения внешней регулировочной характеристики ТП

Угол управления α, ˚

, А

=0

=1220

=2440

15

-444.599

-456.919

-476.439

30

85.943

73.623

54.103

45

301.349

289.029

269.509

60

-556.476

-568.796

-588.316

75

531.477

519.157

499.637

90

-263.707

-276.027

-295.547

105

-143.477

-155.797

-175.317

120

469.032

456.712

437.192

135

-581.829

-594.149

-613.669

150

402.315

389.995

370.475

165

-42.109

-54.429

-73.949

Построение графической зависимости внешней регулировочной характеристики ТП.

Зависимость внешней регулировочной характеристики ТП представлена в рисунке 3.2.

Рисунок 3.21 Внешняя регулировочная характеристика ТП

Расчёт КПД ТП, КПД ЭП

Расчет потерь мощности в ТП:  

,                (3.51)

=1,6·1220+(0,016-8,577·10-3)·12202+6000+0,001·500·103+200·10-3=

=1,91·104 Вт =19,1 кВт.

Расчёт КПД преобразователя:

  ,                                     (3.52)

Расчёт КПД электрического привода (без учёта потерь мощности в редукторе и рабочем механизме).

Рассчитываем КПД электрического привода по формуле:

;                                                 (3.53)

Перечень расчетных величин

Параметры оборудования клети «ДУО» представлены в таблице 3.8.

Таблица 3.8 Параметры оборудования для рабочей клети «ДУО»

Наименование, единицы измерения

Значение

1.Электропривод (паспортные данные) Двигатель П2ПМ-500-144-4УЗ:

мощность двигателя, , кВт

500

номинальное напряжение якоря двигателя, , В

440

ток якоря (номинальный/максимальный), , А

1220  / 2440

скорость номинальная угловая,,  рад/с

52,33

момент инерции механизма, , Кг/м2

510

2.Силовой трансформатор (паспортные данные) Трансформатор ТСЗПМ-1000/10 УЗ:

номинальная мощность, кВА

1000

первичное линейное напряжение, , кВ

6

вторичное линейное напряжение, В

430

3.Тиристоры (паспортные данные) Т 253-1250 для реверсивного ТП якорной цепи:

ток, , А

1250

напряжение, В

1200

импульсный ударный ток тиристора, , кА

26

4.Индуктивности:

цепи переменного тока, , Гн

2,859∙10-5

токоограничительного реактора, , Гн

-3,789·10-6

уравнительного реактора , , Гн

0,011

сглаживающего реактора, , Гн

3,633∙10-3

якоря двигателя, , Гн

8,615·10-4

Суммарное , Гн

0,01       

Продолжение таблицы 3.6

5.Активные сопротивления:

якоря двигателя, , Ом

0,0081

преобразователя, , Ом

0,016

токоограничивающего реактора, ,Ом

1,438·10-7

уравнительного реактора, ,Ом

8,398·10-8

сглаживающего реактора, ,Ом

8,398·10-7

Суммарное, ,Ом

0,025

6.Постоянные времени:

малая (некомпенсируемая), ,с

0,005

электромагнитная, ,с

0,005

электромеханическая, ,с

0,188

7.КПД:

преобразователя, ,%

96,6

электропривода, ,%

89,5

4 РАСЧЁТ УПРАВЛЯЮЩЕЙ ЧАСТИ САУ

Управляющая часть САУ предназначена для обеспечения устойчивой работы тиристорного электропривода постоянного тока в рабочем диапазоне изменения скорости и нагрузки.

4.1 Выбор датчиков и расчёт их передаточных коэффициентов, расчёт передаточного коэффициента ТП, расчёт соотношения электромеханической и малой постоянных времени

Датчик тока.

Датчик тока якоря реализован в виде шунта и блока датчиков. Шунт выбираем исходя из номинального тока якоря:

Выбираем шунт типа 1500А/75 мВ,у которого Iшном=1500 А.

Рассчитываем передаточный коэффициент датчика тока:

                                   ;                                        (4.1)

 В/А.

Датчик скорости.

Выбираем тахогенератор постоянного тока типа ТП212 с номинальной частотой nтг=600 об/мин для которого угловая скорость, рад/с

    ,                                                 (4.2)

 рад/с.

Рассчитываем передаточный коэффициент датчика скорости, В·с

 ,                                                (4.3)

 В·с.

Значение постоянной фильтра равно, с:

Тфс=0,005 с.

При расчете передаточных коэффициентов всех датчиков полагаем соответствие их максимальных сигналов на входе датчика – выходному сигналу датчика, равному 10 В.

Расчёт передаточного коэффициента ТП.

Для номинального значения его входного напряжения:

       ;                                         (4.4)

где - максимально возможное значение выпрямленной ЭДС ТП;

- амплитуда опорного напряжения СИФУ;

 В/В.

Расчёт соотношения электромеханической и малой постоянных времени.

Рассчитываем соотношения электромеханической и малой постоянных времени:

    ;                                                  (4.5)

4.2 Расчёт регулятора тока

Составляем исходную структурную схему регулирования для внутреннего (токового) контура, которая представлена на рисунке 4.1

Рисунок 4.1 – Структурная  схема внутреннего токового контура.

Выбираем  желаемую настройку контура тока - на модульный оптимум (МО), которая характеризуется результирующей передаточной функцией разомкнутого контура:

.                          (4.6)

Рассчитываем передаточную функцию регулятора тока, обеспечивающую настройку контура тока на модульный оптимум МО:

     ;         (4.7)

- ПИ –регулятор (пропорционально-интегральный регулятор).

- Передаточная функция пропорционально-интегрального регулятора.

Конструктивный расчёт регулятора тока, представлен на  схеме электрической принципиальной на рисунке 4.2

Рисунок 4.2 – Регулятор  тока. Схема электрическая принципиальная.

Исходные соотношения:

Выбираем из стандартного ряда резисторов МЛТ-0,25 резисторы R1 и  R2 типа МЛТ-0,25-51кОм±10%.

Рассчитаем конденсатор С1:

Выбираем ближайший из стандартного ряда конденсатор типа К73-17-63В -2 мкФ.

Рассчитаем резистор R4:

 Ом,

Выбираем из ближайшего стандартного ряда резисторов МЛТ-0,25 резистор R4,тип МЛТ-0,25-62 кОм±10%.

Находим значение резистора  R3:

;

и выбираем его равным МЛТ-0,25-25 кОм±10%.

Передаточная функция замкнутого контура тока:

                             (4.8)

4.3 Расчёт регулятора скорости (с настройкой на модульный оптимум)

Составляем структурную схему контура регулирования контура скорости, которая представлена на рисунке 4.3

Рисунок 4.3 – Структурная  схема контура регулирования контура скорости.

Передаточную функцию замкнутого контура регулирования тока аппроксимируем звеном первого порядка вида:

                                 (4.9)

где - малая (некомпенсируемая) постоянная времени контура скорости.

Выбираем желаемую настройку контура скорости – на модульный оптимум:

                                (4.10)

Рассчитываем передаточную функцию регулятора скорости (без учета фильтра в цепи обратной связи по скорости) с настройкой на МО, которая после преобразований принимает вид:

  -                               (4.11)

-пропорциональный «П» регулятор.

Составляем структурную схему контура скорости с фильтром в цепи обратной связи по скорости:

Рисунок 4.4 – Структурная  схема контура скорости с фильтром в цепи обратной связи по скорости.

Эту схему можно преобразовать к виду, представленному на рисунке 4.5:

Рисунок 4.5 – Преобразованная  структурная схема контура скорости с фильтром в цепи обратной связи по скорости.

Используя последнюю структурную схему, рассчитываем эквивалентную малую постоянную времени контура скорости и передаточную функцию регулятора скорости с настройкой на (МО):

T'μc= Tμc+Tфс=2·0,005+0,005=0,015 (с);

 ;                                           (4.12)

Крс= 44,316.

Расчет передаточной функции фильтра, установленного на входе задания скорости:

                                    (4.13)

Передаточная функция замкнутого контура регулирования скорости (с настройкой МО):

                            (4.14)

Конструктивный расчет регулятора скорости (с настройкой на МО и фильтром в цепи обратной связи по скорости).

Схема электрическая принципиальная представлена в рисунке 4.6

Рисунок 4.6 – П-регулятор  скорости. Схема электрическая принципиальная.

Для схемы регулятора справедливы расчетные соотношения:

   

.

Выбираем входные резисторы R1=R2=R3=R4 – резисторы типа МЛТ-0,25 – 10 кОм±10%.

Рассчитываем:

R6= Крс·(R3+R4)=44.316·(10+10)·103=886 кОм.

Выбираем R6МЛТ-0,25- 910 кОм±10%.

Рассчитываем:

кОм,

Выбираем R5МЛТ-0,25- 5,1 кОм±10%.

Рассчитаем:

(Ф),

Выбираем конденсаторы С1=С2 – К73-17-63В – 1 мкФ±10%.

4.4 Задатчик интенсивности

Задатчик интенсивности предназначен для формирования линейно изменяющегося во времени сигнала задания внешнему контуру (скорости или ЭДС). Его принципиальная схема представлена в рисунке 4.6:

Рисунок 4.6 – Задатчик  интенсивности. Схема электрическая принципиальная.

Основные расчетные соотношения:

tpмин≤ tp ≤tpмах  ;

tтмин≤ tт ≤tтмах  ,

где tрмах   = tтмах   =(R3·C1)=(R3·C2) – максимальные времена разгона и торможении;

- минимальное время разгона;

- минимальное время торможения;

С1=С2 – электролитические конденсаторы.

Выбираем конденсаторы С1=С2 типа К50-16-25В – 200мкФ±10%,

резисторы R1=R2 – типа СП-2-10кОм±10%,

R3– типа МЛТ-0,25 -330кОм±10%,

R4=R5 – типа МЛТ-0,25-51кОм±10%,

VD1-VD4 – диоды типа КД 521В.

tрмах   = tтмах   =330·103·200·10-6=66 с;

tрмин   = tтмин   =(330·5,1/(330+5,1))·103·200·10-6=1 с.

4.5 Расчет и построение статических и механических характеристик электропривода ω=f(Mc)

Статические электромеханические характеристики рассчитываются из зависимостей:

ω= ω*-Δ ωуст ,

где установившееся значение ошибки Δ ωуст (то есть отклонение фактической скорости  ω  от ее заданного значения ω*) находится из соотношения:

а момент статической нагрузки двигателя Мс рассчитывается из формулы:

Мс=(сФн)·Iя,

где   -Iямах Iя Iямах.

При настройке контура скорости на МО рассчитываем:

ω= ω*-3917·10-5· Мс;

где   ;

при  -Iямах≤ Iя ≤+ Iямах.

Мн=(СФном)· Iя=8,24·1220=1,005·104 Н.

Ммах=(СФном)· Iямах=8,24·2440=2,011·105 Н;

Δ ωуст ном=3,917·10-5· Мн=3,917·10-5·1,005·104=0,394 рад/с;

Δ ωуст мах= 3,917·10-5· Ммах=3,917·10-5·2,011·105=0,788 рад/с;

Δ ωуст ном/ ωном=0,394/52,33=0,0075%;

Δ ωуст мах/ ωном=0,788 /52,33=0,015 %.

5 МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ СПРОЕКТИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Моделирование электромеханических процессов выполняем в пакете программ MatLab в следующих режимах: разгона до номинальной скорости, наброса и сброса номинальной нагрузки, реверса скорости в противоположное направление (до значения скорости равного половине от номинальной),торможения до полной остановки двигателя.

5.1 Моделирование динамических характеристик спроектированного внутреннего (токового) контура

В соответствии со структурной схемой, представленной на рисунке 4.1, расчетами регулятора и датчика тока составляем математическую модель оптимизированного контура регулирования тока двигателя, представленную на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 – Математическая   модель оптимизированного контура регулирования тока двигателя.

Исследуем динамические характеристики оптимизированного контура регулирования тока двигателя по переходным характеристикам, для этого подаем ступенчато на вход напряжение задания равное Uвыхдт, что соответствует Iямах. По переходному процессу устанавливаем правильность оптимизации на определенный оптимум. На рисунке 5.2 приведены абсолютные значения тока двигателя, а на рисунке  5.3 все значения приведены в относительных единицах, для этого использовались необходимые масштабирующие коэффициенты.

Рисунок 5.2 – Переходный   процесс в оптимизированном контуре тока, модульный оптимум.

Рисунок 5.3 – Переходный  процесс в оптимизированном контуре тока, модульный оптимум.

5.2 Моделирование динамических характеристик спроектированного контура скорости

В соответствии со структурной схемой рисунка 4.4, расчетами регулятора и датчика скорости составляем математическую модель оптимизированного контура регулирования скорости двигателя, представленного на рисунке 5.4

Переходные процессы в оптимизированном контуре регулирования скорости двигателя показаны на рисунках 5.5-5.8.

Рисунок 5.4 – Математическая  модель двухконтурной подчиненной системы регулирования скорости.

Рисунок 5.5 – Переходный  процесс в оптимизированном контуре скорости, модульный оптимум.

Рисунок 5.6 – Переходный  процесс в оптимизированном контуре скорости, ограничение сигнала без нагрузки.

Рисунок 5.7 – Переходный  процесс в оптимизированном контуре скорости, ограничение сигнала с номинальной нагрузкой.

Рисунок 5.8 – Переходный  процесс в оптимизированном контуре скорости, ограничение сигнала с нагрузкой в 2 с.

6 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ Обоснование

6.1 Планирование научно-исследовательских работ

Необходимым свойством системы планирования и управления работой  является способность оценить ее текущее состояние, учесть возможное состояние в будущем, предусмотреть дальнейший ход работы и таким образом предупредить возможные ошибки, заранее оперативно влиять на ход комплекса работы в сжатые сроки и с наименьшими расходами. Наиболее эффективны сетевые методы и модели, на базе которых созданы методы сетевого планирования и управление (СПУ), поэтому планирование научно-исследовательской работы (НИР) предусмотрено осуществлять с помощью этого метода. Этот метод позволяет резко поднять качество планирования и координацию действий во всех случаях, когда достижение цели зависит от многих факторов, связанных с получением и переработкой информации, рациональным распределением ресурсов и др.

Для этого необходимо решить следующие вопросы по планированию НИР: определение трудоемкости и продолжительности; составление календарного графика выполнения; определение расходов на проведение.

Весь комплекс научно-исследовательских работ можно подразделить на типовые этапы – таблица 6.1. На каждом этапе указываются исполнители и продолжительность выполнения работ.

Таблица 6.1 - Этапы научно-исследовательской работы

Номер этапа

Наименование

этапа работы

Продолжительность, дней

Специалист

1

2

3

4

1

Утверждение ТЗ

1

І,ІІ,ІІІ

2

Определение направлений работы

4

І,ІІ,ІІІ

Продолжение таблицы 6.1

1

2

3

4

3

Проектирование общей структуры исследования

3

І,ІІ,ІІІ

4

Определение методики расчета

4

І

5

Разработка модели системы управления

4

ІІ,ІІІ

6

Разработка и расчет модели двигателя постоянного тока (регулируемого с КТЕ)

3

ІІ,ІІІ

7

Разработка и расчет модели двигателя постоянного тока (как нагрузка)

3

ІІ,ІІІ

8

Объединение и доработка модели

5

ІІ,ІІІ

9

Обобщение полученных результатов

4

І

10

Технико-экономические расчеты эффективности результатов исследований

3

ІІ,ІІІ

11

Охрана труда

2

ІІ,ІІІ

12

Комплексная отладка и тестирования

3

І,ІІ,ІІІ

13

Составление отчета

3

І,ІІ,ІІІ

14

Проверка и утверждения

3

І,ІІ,ІІІ

В таблице 6.1 приняты условные обозначения для специалистов:

І - руководитель; ІІ - программист; ІІІ - инженер.

Трудоемкость НИР рассчитывается в человеко-часах затрат рабочего времени основных исполнителей и зависит от сложности разработки и степени ее новизны, квалификации исполнителей, наличия у них навыков исследовательской работы, от используемых материалов, требований надежности, технических условий комплектующих схем и тому подобное.

Сначала рассчитаем трудоемкость Q каждого этапа:

                                             (6.1)

где: – трудоемкость работ, чел.ч.;

– продолжительность дней;

– количество исполнителей, чел.;

– продолжительность рабочего дня, ч.

Q1 = 1·3·8= 24 чел.ч.

Q2 = 4·3·8 = 96 чел.ч.

Q3 = 3·3·8= 72 чел.ч.

Q4 = 3·1·8= 24 чел.ч.

Q5 = 4·2·8= 64 чел.ч.

Q6 = 4·2·8 = 64 чел.ч.

Q7 = 3·2·8= 48 чел.ч.

Q8 = 5·2·8 = 80 чел.ч.

Q9 = 4·1·8 = 32 чел.ч.

Q10 = 3·2·8= 48 чел.ч.

Q11= 2·2·8= 32 чел.ч.

Q12= 3·3·8= 72 чел.ч.

Q13= 3·3·8= 72 чел.ч.

Q14= 3·3·8= 72 чел.ч.

Всего: 800 чел.ч.

Рассчитаем продолжительность циклов:

,     (6.2)

где – продолжительность цикла, дн.;

– трудоемкость работ, чел.ч.;

– количество исполнителей, чел.;

– продолжительность рабочего дня, ч.;

. – плановый коэффициент выполнения норм ( .=1,1).

I этап:

Тц1 = 24/(381,1) = 0,91 дн.

Тц2 = 96/(381,1) = 3,64 дн.

Тц3 = 72/(381,1) = 2,73 дн.

Тц4 = 24/(181,1) = 2,73 дн.

Тц5 = 64/(281,1) = 3,64дн.

Тц6 = 32/(181,1) = 3,64 дн.

Тц7 = 48/(281,1) = 2,73 дн.

Тц8 = 80/(281,1) = 4,55 дн.

Тц9 = 32/(181,1) = 3,64 дн.

Тц10 = 48/(281,1) = 2,73 дн.

Тц11 = 32/(281,1) = 1,82 дн.

Тц12 = 72/(381,1) = 2,73 дн.

Тц13 = 72/(381,1) = 2,73 дн.

Тц14 = 72/(381,1) = 2,73 дн.

Всего:                40,95 дн.

Составим таблицу продолжительности этапов НИР:

Таблица 6.2 - Продолжительность  этапов НИР

Этап

Трудоемкость

Порядковый номер работы

Продолжительность дней

Исполни-

тель

Человеко-часов

% к итогу

1

2

3

4

5

6

1

24

3

1

0,91

І, ІІ, ІІІ

2

96

12

2

3,64

І, ІІ, ІІІ

3

72

9

3

2,73

І, ІІ, ІІІ

4

24

3

4

2,73

І, ІІ, ІІІ

5

64

8

5

3,64

І

6

64

8

6

3,64

І

7

48

6

7

2,73

ІІ, ІІІ

8

80

10

8

4,55

ІІ, ІІІ

9

32

4

9

3,64

ІІ, ІІІ

10

48

6

10

2,73

І, ІІ, ІІІ

11

32

4

11

1,82

І

12

72

9

12

2,73

І, ІІ, ІІІ

13

72

9

13

2,73

І, ІІ, ІІІ

14

72

9

14

2,73

І, ІІ, ІІІ

Всего

800

100

40,95

6.2  Составление сетевого графика

Используя данные таблицы 6.1 и 6.2 необходимо построить сетевой график выполнения НДР. Для этого необходимо составить перечень работ и событий по таблице 6.3:

Таблица 6.3 - Перечень работ и событий для сетевого графика

Номер события

Событие

Код события

Содержание работы

Продолжительность работы

1

2

3

4

5

1

Утвердили ТЗ

1-2

1. Утверждение ТЗ

1

2

Определили направления работы

2-3

2.Определение направлений работы

4

3

Провели технико-экономические расчеты эффективности исследования

3-11

3.Технико-экономические расчеты эффективности результатов исследований

3

4

Охрана труда

11-12

4. Охрана труда

2

5

Спроектировали общую структуру исследования

3-4

5.Проектирование общей структуры исследования

3

6

Определили методику расчета

4-5

6.Определение методики расчета

4

7

Разработали модель системы управления

5-8

7.Разработка модели системы управления

4

Продолжение таблицы 6.3

1

2

3

4

5

8

Разработали и рассчитали модель двигателя постоянного тока (регулируемого с КТЭ)

5-6

8. Разработка и расчет модели двигателя постоянного тока (регулируемого с КТЭ)

3

9

Разработали и рассчитали модель двигателя постоянного тока (как нагрузка)

5-7

9. Разработка и расчет модели двигателя постоянного тока (как нагрузка)

3

10

Объединили и доработали модель

6-9

10. Объединение и доработка модели расчета

5

11

Обобщили результаты

9-10

11. Комплексная отладка и тестирование

3

12

Наладили и протестовали

10-13

12.Обобщение полученных результатов

4

13

Составили отчет

13-14

13. Составление отчета

3

14

Проверили и  утвердили

14-15

14.Проверка и утверждения

3

Из сетевого графика можно определить полный резерв времени работы, который определяется по формуле:

Rnij=tnj-tpi-tij ,                                   (6.3)

где Rnij ― полный резерв времени работы ;

tnj ― поздний срок истечения работы;

tpi ― ранний срок начала работы;

tij― время выполнения работы.

Свободный резерв времени работы определяется по формуле

Rвij=tpj-tpi-tij ,     (6.4)

где Rвij ― свободный резерв времени работы;

tpj ― ранний срок истечения работы;

tpi ― ранний срок начала работы;

tij― время выполнения работы.

KHL - коэффициент напряженности пути.

Параметры работ сетевого графика представлены в таблице 6.4

Эти параметры рассчитывают разными способами: аналитическим (по формулам), табличным, графическим, матричным, а также с помощью ЭВМ. В данном проекте параметры рассчитали аналитическим способом.

Таблица 6.4 - Параметры путей

Номер пути

Номера событий, из-за которых проходит путь

Длина пути

Коэффициент напряженности пути

Резерв в пути

1

2

3

4

5

1

1-1, 8, 9, 10, 13-13

34

1

0

2

1-1, 6, 8, 9, 10, 13-13

33

0,97

1

3

1-1, 7–10, 13-13

33

0,97

1

4

1-1, 11–15

16

0,47

18

Рассчитаем коэффициент напряженности пути  KHL за формулой 6.4

,                                         (6.4)

Таблица 6.5- Параметры работ

Код работы

tij

tpi

tnj

tpj

Rвij

Rnij

1

2

3

4

5

6

7

1-2

1

0

1

1

0

0

1

2

3

4

5

6

7

2-2

4

1

5

5

0

0

3-3

3

5

8

8

0

0

4-4

4

8

12

12

0

0

5-5

3

12

16

15

0

1

5-5

3

12

16

15

0

1

5-5

4

12

16

16

0

0

6-6

0

15

16

16

1

1

7-7

0

15

16

16

1

1

8-8

5

16

21

21

0

0

9-10

3

21

24

24

0

0

10-10

4

24

28

28

0

0

13-13

3

28

31

31

0

0

14-14

3

31

34

34

0

0

3-11

3

5

8

8

0

0

11-11

2

8

28

10

0

18

12-12

0

10

28

28

18

18

Сетевой график показан на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 - Сетевой график

6.3 Расчет расходов на проведение НИР

Для определения денежных расходов на проведение научно-исследовательской работы составляют смету расходов по статьям:

  1. Материалы за исключением обратные отходы;
  2. энергия со стороны;
  3. амортизация оборудования;
  4. заработная плата основная и дополнительная;
  5. отчисление на социальное страхование;
  6. накладные расходы.

В стоимость материалов включаются расходы на материалы для проводения исследования (например, бумага), а также для изготовления исследовательских образцов.

Исходные данные и расчет стоимости материалов занесем в таблицу 6.6.

Таблица 6.6 – Расходы на материалы.

Материал

Единица измере

ния

Кол-во

Цена за единицу, грн.

Сумма расходов, грн.

1

2

3

4

5

Бумага формата А4

шт.

500

0,08

40,00

Бумага формата А1

шт.

5

10,00

50,00

USB флешь-карточка

шт.

1

50,00

50,00

Картридж на принтер

шт.

1

75,00

75,00

Продолжение таблицы 6.6

1

2

3

4

5

Ручка

шт.

10

2,00

20,00

Карандаш

шт.

5

0,50

2,50

Ластик

шт.

2

1,00

2,00

Маркер

шт.

1

4,00

4,00

Всего

243,5

Транспортно - заготовительные расходы (5%)

12,2

Всего

255,7

Для расчета расходов на электроэнергию используем формулу:

, (6.5)

где – установленная мощность энергетических токоприемников оборудования, кВт;

– эффективный фонд времени работы данного вида оборудования,ч;

– коэффициент использования энергетических установок по мощности и времени ( 0,8);

– цена 1кВтчас электроэнергии согласно постановлению № 80 от 23.12.2011 национальной комиссии, которая осуществляет государственное регулирование в сфере. Тарифы для потребителей с 2-ым классом напряжения  89,62 коп/кВт· ч без НДС

1,07 грн. (с НДС));

0,8.

Расчеты    использованной электроэнергии, приведены в таблицы 6.7

Таблица 6.7 – Расчет  стоимости энергоресурсов

Наименование оборудования

Вид энергоресурсов

Установл. мощность, кВт

Продолжит.

использования, ч.

Тариф за кВт ч., грн.

Стоимость энергоресур

сов, грн.

1. ПК для исследований

Эл/энергия

0,5

140

1,07

74,9

2. Адаптер

Эл/энергия

0,06

40

2,57

3. Освещение

Эл/энергия

0,3

320

102,72

4. Стенд КТЭ

Эл/энергия

1

40

42,8

Другие расходы (10%)

22,3

Всего:

245,3

Рассчитаем сумму амортизационных отчислений.

Норма амортизационных отчислений составляет На =  60% (годовая)

                                                                                     (6.6)

где   – балансовая стоимость вычислительной техники, грн.;

– норма амортизационных отчислений на полное восстановление вычислительной техники ( квартальная 15%).

Балансовая стоимость вычислительной техники определяется как цена вычислительной техники, умноженная на коэффициент, который учитывает транспортно-заготовительные расходы и монтаж оборудования ( =1.1).

                                                                                      (6.7)

где     С – цена вычислительной техники балансовая, грн.;

К– коэффициент, который учитывает транспортно-заготовительные расходы и монтаж оборудования.

Результаты расчета занесены в таблицу 6.8.

Таблица 6.8 – Расчет  суммы амортизационных отчислений

Наименован оборудова-

ния

Цена вычислительной техники балансовая, грн.

Норма амортизации, %.

Балансовая стоимость вычислительной техники, грн.

Сумма амортизационных отчислений, грн.

1

2

3

4

6

1. ПК для исследований

4000

15

4600

690

2. Адаптер

900

990

148,5

3. Стенд КТЭ

10000

11500

1725

Всего:

2563,5

Рассчитаем заработную плату всех категорий работников, которые непосредственно заняты в процессе проведения всех этапов НИР. Сумма заработной платы рассчитывается на основе занятости исполнителей по отдельным этапам работ и среднедневного заработка для каждой категории персонала. Результаты расчета занесены в таблицу 6.9.

Таблица 6.9 – Заработная  плата

Профессия

(должность)

Мес. оклад, грн.

Средне-

дневная зарплата,

грн./день

Кол-во исполни

телей

Занятость НДР, дней

Дополнит. ЗП, грн.

Зарплата   грн.

Руководитель

2500

113,63

1

32,76

900,5

4623

Программист

2000

90,9

1

32,76

422,12

3400

Инженер

1500

68,18

1

32,76

326,47

2560

Всего

-

-

3

-

-

10583

Расчет сметы расходов во исполнение НДР внесено в  таблицу 6.10

Таблица 6.10 - Смета расходов во исполнение НДР

Вид расходов

Сумма расходов, грн.

Процент расходов, %

Основные материалы

255,70

1,08

Амортизационные отчисления

2563,50

10,87

Энергоносители

245,30

1,08

Основная и дополнительная заработная плата

10583,00

44,89

Отчисление на социальные нужды

(38,2 %)

4087,15

17,34

Накладные расходы

5500,00

23,33

Расхода на командировку

340,35

1,44

Вместе

23575,00

100,00

В результате получили, что сумма всех расходов, необходимых для проводки НИР, составляет 23575,00 грн.( ІК).

6.4. Определение  экономической эффективности разработки

Экономическая эффективность внедрения определяется отношением стоимостной оценки результата (экономии), полученной от работы системы, и суммарных расходов на ее создание.

Годовая экономия от внедрения рассчитывается за формулой:

ГПМ = Uб – ІК,                                          (6.8)

Как базовые эксплуатационные расходы принимаем  фонд заработной платы сотрудников, которых можно высвободить вследствие внедрения проектированной системы. Для расчета фонда заработной платы условно-высвобожденных сотрудников воспользуемся формулой

Uб = С · К1 · К2 · 12 · N,                               (6.9)

где    С - оклад сотрудника, грн;

К1 - коэффициент, который учитывает дополнительную зарплату;

К2 - коэффициент, который учитывает процент отчисления для фондов социального страхования;

N - количество условно-высвобожденных сотрудников.

Uб =  2000·1,1·1,382·12·1 = 36484,8 (грн.),

1-и год: ГПМ =  36484,8 – 23575= 12909,4(грн.),

2-и и 3-и года ГПМ =36484,8 (грн.).

К системе показателей, которые используются для определения эффективности инвестиций, принадлежат сумма чистого приведенного дохода, индекс доходности, период окупаемости. Чистый приведенный доход - это абсолютная сумма эффекта от совершения инвестиций, который определяется по формуле:

ЧПД =   - ІК                                         (6.10)

где – сумма денежного потока, приведенного к настоящей стоимости, за весь период эксплуатации инвестиционного проекта (считаем, что она равняется годовой экономии),

ІК - сумма инвестиционных средств, направленных на реализацию инвестиционного проекта (считаем, что она равняется одноразовым расходам).

Приведение денежного потока к настоящей стоимости осуществляется методом дисконтирования с использованием сложных процентов.

Настоящую стоимость денежного потока по данной методике можно рассчитать так:

ГПт = ГПм / (1 + r)n ,                                      (6.11)

где ГПм – будущая стоимость денежного потока,

r - процентная ставка, выраженная десятичной дробью (0,08),

n - порядковый номер года эксплуатации.

Расчет эффективности инвестиционных проектов приведенные в таблице 6.11.

Таблица 6.11 – Расчеты  эффективности инвестиционных проектов.

Показатель

Период

Формула расчетов или обозначение

Результат

Денежный поток

1-и год

12909,4

2-и год

36484,8

3-и год

36484,8

Вместе ( )

85879

Настоящая стоимость денежного потока в результате дисконтирования

1-и год

11953,14

2-и год

31279,8

3-и год

28962,8

Вместе   ( )

72195,7

Чистый приведенный доход

ЧПД

  - ІК

48620,7

Индекс доходности

І

  / ІК

3,06

Средний денежный поток  (ДПС)

ДПС

/ Т

24065,2

Период окупаемости (год)

t

ІК / ДПс

0,97

Таким образом, проект может быть рекомендован к внедрению, так как индекс доходности составляет 3,06, а период окупаемости 0,97 года, что является положительными показателями для области.

ВЫВОДЫ

В проекте стояла задача разработать электропривод клети «ДУО», которая является одним из звеньев линии непрерывного травильного агрегата.

В работе кратко описана работа линии непрерывного травильного агрегата и клети «ДУО».

Также в работе был произведен расчёт мощности механической части клети «ДУО» и соответствии с ним рассчитаны параметры двигателя привода постоянного тока, который бы обеспечивал заданный режим работы. Режим работы двигателя электропривода клети «ДУО» является длительным с практически постоянной нагрузкой, поэтому, по результатам расчёта используя необходимую справочную литературу,  был выбран электропривод, который отвечает предъявленным к нему требованиям – электродвигатель  П2ПМ-500-144 7У3.

Параметры силового электрооборудования электропривода клети «ДУО» были рассчитаны исходя из параметров выбранного электропривода. Питание ЭП осуществляется от сети переменного тока 6кВ с использованием силового трансформатора типа ТСЗПМ-1000/10 УЗ. Так как двигатель реверсивный, основными элементами вновь создаваемой системы являются два комплекта вентилей, осуществляющих работу привода в реверсивном режиме. Тиристорные преобразователи выполнены по трехфахной мостовой схеме выпрямления встречно-параллельным соединением двух выпрямленных мостов, с использованием тиристоров Т 253-1250. Система управления ТП содержит СИФУ с выходными каскадами, системой раздельного управления, питания и контроля. Система защиты в КТЭ обеспечивает нулевую, максимально-токовую, минимально-токовую защиту в обмотках возбуждения двигателя и тахогенератора, защиту от превышения токов якоря и возбуждения, напряжения на якоре и скорости их допустимых значений. При аварийных режимах работы защита отключает ЭП от питающей сети с помощью трёхполюсного быстродействующего выключателя серии ВА 53-43.

В работе было осуществлено проектирование системы автоматического регулирования, которая впоследствии была смоделирована в системе MatLab, в результате чего были получены графики переходных процессов во всех режимах работы электропривода.

Также в работе рассчитаны экономические затраты на расчетно-исследовательские работы по проектированию электропривода.

Были рассмотрены мероприятия по обеспечению охраны труда и безопасности в период чрезвычайных ситуаций.                                                                                

В результате работы были составлены расчетно-пояснительная записка, а также графическое приложение.

Таким образом, тема данного проекта проработана полностью.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1. Бычков В.П. Электропривод и автоматизация металлургического производства. /В.П.Бычков.-М.: Высшая школа. 1977 – 390 с.

2. Елисеев В.А., Шинянский А.В. Справочник по автоматизированному электроприводу. / В.А. Елисеев , А.В. Шинянский .-М.: Энергоатомиздат. 1983 – 616 с.

3. Злобинский Б.М. Охрана труда в металлургии. / Б.М. Злобинский .- М.: Энергия. 1975 – 536 с.

4. Зюзин А.Ф., Поконов Н.З., Антонов М.В. Монтаж,  эксплуатация и ремонт электрооборудования промышленных предприятий и установок./ А.Ф. Зюзин .- М.: Высшая школа. 1986 – 414 с.

5. Каталог «Электроприводы серии КТЭ». Информэлектро.1989 – 16 с.

6. Копылов И.П., Клоков Б.К. Справочник по электрическим машинам./ И.П. Копылов .-М.: Энергоатомиздат.1988 – 455 с.

7. Королев А.А. Конструкция и расчет машин и механизмов прокатных станов./ А.А. Королев.- Металлургия. 1985 – 372 с.

8. Крючков И.П., Кувшинский Н.Н., Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций. / И.П. Крючков .- М.: Энергия.1978 – 454 с.

9. Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и

установок. / Б.Ю. Липкин.- М.: Высшая школа. 1990 – 366 с.

10. Материалы ОАО  «Запорожсталь»

11. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к курсовому проекту по дисциплине «САУ»  по специальности 8.092203 2005г.  Составил: канд.тех.наук А.В.Пирожок, редактор: доц., канд.тех.наук  В.И.Бондаренко.

12.Преображенский В.И. Полупроводниковые выпрямители./ В.И. Преображенский.- М.: Энергоатомиздат. 1986 – 133 с.

13.Правила устройства электроустановок. Энергоатомиздат 1986 – 644 с.

14.Чиженко И.М. Справочник по преобразовательной технике. / И.М. Чиженко .- К.: Техника. 1978 – 446 с.

2 Данное изображение графика имеет отличие от стандартов, что вызвано особенностями прикладной программы MatLab


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

18390. Предмет і метод статистики 59.5 KB
  Тема 1.Предмет і метод статистики 1. Джерела статистики. 2. Предмет статистики. 3. Метод статистики. 4. Основні поняття в статистиці. Мета навчальної дисципліни €œСтатистика€ – це оволодіння основами статистичного вимірювання методами узагальнення та аналізу...
18391. Статистичні показники 269 KB
  16 Соціальноекономічний зміст явища Статистична структура показника модель Чистове значення показника Адекватність відображення очність вимірювання Вірогідність інформації Узагальнюючий інтегральний показник Блок 1 Блок 2 ...
18392. Статистичне спостереження 54.5 KB
  Тема 3. Статистичне спостереження. 3.1 Суть і організаційні форми статистичного спостереження. 3.2 План статистичного спостереження. 3.3 Види та способи спостереження. 3.4 Помилки спостереження та контроль вірогідності даних. 3.1 Суть і організаційні форми статисти...
18393. Зведення та групування статистичних даних 71.5 KB
  Тема 4. Зведення та групування статистичних даних 4.1 Суть статистичного зведення та групування. 4.2 Основні завдання та види групувань. 4.3 Основні питання методології статистичних групувань. 4.4 Повторне вторинне групування. 4.1 Суть статистичного зведення та гр
18394. Аналіз рядів розподілу 219.5 KB
  Тема 5 Аналіз рядів розподілу 5.1 Ряди розподілу. 5.2 Статистичні таблиці. 5.3 Суть і характеристики варіації. 5.4 Методи обчислення дисперсії. 5.5 Характеристики форми розподілу. 5.6 Криві розподілу. 5.1 Ряди розподілу Ряд розподілу – основа будь якого групуван...
18395. Вибірковий метод 205 KB
  Тема 6. Вибірковий метод. 6.1. Суть і переваги вибіркового спостереження. 6.2. Обчислення помилок вибірки і визначення меж інтервалу для середньої величини і частки. 6.3. Різновиди вибірок. 6.4. Багатоступеневі і багатофазні вибірки. 6.5. Визначення обсягу вибірки і способ
18396. Статистична перевірка гіпотез 37.5 KB
  Тема 7. Статистична перевірка гіпотез Дослідження істотності вибіркових середніх часток і дисперсій можна провести на основі відомих у математичній статистиці законів розподілу та виразів для розрахунку критеріальних статистик. Спочатку формулюють так звану нулоьву ...
18397. СТАТИСТИЧНІ МЕТОДИ ВИМІРЮВАННЯ ВЗАЄМОЗВЯЗКІВ 487 KB
  ТЕМА 8. СТАТИСТИЧНІ МЕТОДИ ВИМІРЮВАННЯ ВЗАЄМОЗВ€ЯЗКІВ. 8.1. Види взаємозв язків між явищами 8.2. Метод аналітичного групування. 8.3. Основи кореляційнорегресійного аналізу. 8.4. Множинна регресія. 8. 1. Види взаємозв язків між явищами. Всі явища суспільного життя іс
18398. Аналіз таблиць взаємної спряженості( співзалежності) 193.5 KB
  Тема 9. Аналіз таблиць взаємної спряженості співзалежності. 9.1. Таблиці співзалежності. 9.2. Рангова кореляція. 9.1. Таблиці співзалежності. При стохастичному зв’язку кожному значенню ознаки х відповідає певна множина значень ознаки у які варіюють і утворюють ряд р