Котельная на биотопливе (щепе) 7МВт

VFD-F. включающая преобразователь частоты и асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Рисунок 3.5 — ПЧ VFD-055-F43AОсобенности преобразователя частотыVFD-055-F43AПоследовательный интерфейс RS-485 (протокол Modbus) со скоростью до 38 400 бод. Встроенный пульт управления с пятиразрядным светодиодным индикатором красного свечения, снимаемый для выноса, например, на дверцу шкафа. 11 дискретных входов (из них, 8 многофункциональных программируемых). 3 аналоговых входа (4…20мА, 4…20мА, 0…10В). 2 релейных (возможно расширение до 8) многофункциональных программируемых выхода. 2 программируемых аналоговых выхода. Источник задания выходной частоты:

1. Цифровая клавиатура (кнопки ▼, ▲). 2. Аналоговые входы: AVI (0…10В/5 В, входной импеданс 47кОм); ACI1(0/4…20мА, входной импеданс 250Ом); ACI2(0/4…20мА, входной импеданс 250Ом)3. Дискретные входы (предустановленные скорости, функции JOG, UP и DOWN);4. Последовательный интерфейс RS-485 (MODBUS)Технические характеристики преобразователя представлены в таблице 3.1Таблица 3.1 — Характеристики VFD-055-F43AРисунок 3.6- Структурная схема силовой части привода

Рисунок 3.7 — Габаритные размеры ПЧВыбор аппаратуры защиты и управления

Автоматический выключатель:

Выбираем по Iн, числу полюсов и току расцепителей:

тепловой расцепитель: Iт=1,25 * Iн, А;Iт =1,25 *8,7=10,5 Аэлектромагнитный: Iэ =1,2 * Iпуск, А; Iэ =1,2 *10= 12 АТаблица 3.2 — Технические характеристики выключателя

ТипIн, АВид расцепителяIт, АIэ, ААЕ2 050 100

Электромагнитный15До 12*IнКонтактор:

выбирается по Iн, V, числу полюсов. Таблица 3.3 — Технические характеристики контактора ТипUном, ВIн, АЧисло полюсов

КТД 121 380 153

Выбор сечения питающего кабеля

Расчёт тока нагрузки по формуле: Iнгде Р-мощность, Вт;U-напряжение, В=8,7 АДля повторно-коротковременного режима, в котором работает ЭД пересчитываю его к длительному режиму по формуле: Iдл=, Агде — ток при кратковременном режиме, АIдл = =12,6 АПо току выбираем кабель с условием Iдл. допIнАВВГ 4×6 Iдл. доп=35А 3512,6 АОпределяем потери напряжения по формуле: U=I*l (r0*cos+xo*sin)где: xoвеличиной xo в сетях до 1000 В пренебрегаем; l-длина сети, км. r0Ом/кмгде: S-сечение, мм2r0==5.20 Ом/кмU = *0.05*(5.20*0.9+0)=11.8 ВНаходим потерю напряжения в процентах:*100*100=3.1Сравниваем с Uдоппо ПУЭUдопU6Требование выполнено. Расчёт заземляющего устройства

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Целью расчета защитного заземления является определение количества электродов заземлителя и заземляющих проводников, их размеров и схема размещения в земле, при которых сопротивление заземляющего устройства растеканию тока или напряжение прикосновения при замыкании фазы на заземленные части электроустановок не превышают допустимых значений. Предназначенное для заземления, устройство относится к электроустановкам до 1000 В. Заземляющее устройство представляет собой прямоугольник 23 м. В качестве вертикальных стержней предполагается применить трубы диаметром 0,048 м и длиной 2,5 м. Расстояние от поверхности до верхнего конца трубы принимаем 0,7 м. В качестве соединительной полосы выбираем сплошную шину шириной 40 мм и толщиной 4 мм. Определение расчетного тока замыкания на землю., где: Z — сопротивление фазы относительно земли (Z=100 Ом). А. Согласно правилам устройства электроустановок в электроустановках напряжением до 1000 В сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 4 Ом. Поэтому, принимаем Rз = 4 Ом. Определение расчетного удельного сопротивления грунта: где — климатический коэффициент, равный 1,5;изм — удельное сопротивление грунта, полученное путем измерения, равное 100 Омм. Омм. Определим сопротивления естественных заземлителей Rе. Сопротивление естественных заземлителей определяется расчетом по формуле:

где l — длина стержня, равная 2.5 м;d — диаметр стержня, равный 0,048 м.40,12 ОмОпределение сопротивления искусственного заземлителя Rи: ОмОпределение сопротивления одиночного вертикального искусственного заземлителя рисунке 3.8Рисунок 3.8 — Схема заземлительного стержнягде l — длина заземлителя, м;d — диаметр заземлителя, м; Н — расстояние от поверхности до середины заземлителя, м;Rст.ед.=(ln+ln)=46,04 Ом Определим предварительное число заземлителей и расстояние между ними. Периметр заземляющего устройства равен 10 м. Приняв расстояние между заземлителями равным 1 м, находим число заземлителей — 10 шт. По этим данным определим коэффициент использования вертикальных стержней: .Определение сопротивления соединительных полос Rп: Rп=*ln =46,74Ом;где Rпсопротивление соединительной полосы, Ом;Iп — длина полосы, м;bп — ширина полосы, м;С учетом поправочного коэффициента nп = 0,34 Rп =46,74*0,34=15,89 Ом;Определение сопротивления заземлителей Rст:(Rст==6,16 Ом;Определение числа заземлителей, n= =13,6Принимаемn=14.Следовательно, по контуру заземляющего устройства располагается 14 вертикальных заземлителей на расстоянии 0,7 м друг от друга.

3.4. 2 Энергетические показатели частотно-управляемого электродвигателя

Составление схемы замещения электропривода и расчет недостающих параметров. Выражения для построения скоростных и механических характеристик в разомкнутой системе привода можно получить на основании схемы замещения АД: Рисунок 3.9 — Схема замещения АД с короткозамкнутым ротором. — активное сопротивление статора АД; - активное приведенное сопротивление ротора АД;x1- индуктивное сопротивление статора АД;x2'- индуктивное сопротивление ротора АД, приведенное к статорной обмотке;

напряжение питания АД. Воспользуемся следующими формулами для определения недостающих параметров схемы замещения:

Номинальное скольжение:; (3.1)Критическое скольжение:; (3.2)Индуктивное фазное сопротивление короткого замыкания: (Ом); (3.3)Расчет скоростных характеристик электропривода. Скоростные характеристики можно получить, исходя из выражения для тока. Рассчитаем скоростную характеристику для различной частоты питающего напряжения и занесем результаты в табл. 3.

4.,(3.4)где S (f) — это скольжение при заданной частоте, которое можно найти по формуле, (3.5)где ;(3.6) — номинальная скорость вращения;

частота питающего напряжения;

частота; В результате подстановки выражения (3.5) в (3.4) получим окончательное выражение для скоростной характеристики:; (3.7) (рад/с);Подставив различные значения частоты питающего напряжения и скорости от 0до ω0(f) в формулу (3.7), получим значения момента для скоростных характеристик при различных частотах (табл. 3.4).Табл. 3.4 Рисунок 3.11 — Скоростные характеристики

Энергетические характеристики электропривода

Расчет потерь в электроприводе. Суммарные потери состоят из постоянных потерь, и потерь переменных. Суммарные потери:

где — постоянные потери; - переменные потери. К постоянным потерям отнесем потери механические и потери в меди статора от намагничивающего тока:

Механические потери,(3.8)где; - найдем из формулы (3.5); - номинальная паспортная мощность двигателя. Потери в меди статора: (Вт); (3.9)Переменные потери определим из выражения:;(3.10)Расчет КПДК. п. д. системы рассчитаем по формуле:; (3.11)где М — момент нагрузки;ω - скорость рабочей точки; - суммарные потери в системе.Табл. 3.5 Результаты расчета КПДРис. 3,12. Зависимость КПД=f (ω) при Mс (f)=0,45Mкр (f)Расчет коэффициента мощности. Рассчитаем по формуле (3.12)и занесем полученные результаты в табл.

4.2. Табл. 4.2Рисунок 3.

12. Зависимость cosφ от скорости при Мс (f)=0,45Мкр (f)Рисунок3.

13 — Зависимости КПД и cosφ от нагрузки на валу при частотах питающего напряжения f=50 Гц (а), f=30 Гц (б) и f=10 Гц (в).

3.5. 1 Расчет потребления электроэнергии электродвигателя насоса ГВС (горячего водоснабжения)

с ПЧ (преобразователь частоты). Математическая модель привода. Для определения характера прохождения переходных процессов системы в переходных режимах необходимо определить коэффициенты характеристического уравнения системы в операторной форме, где ТМ- механическая постоянная времени системы, ТЭ — электромагнитная постоянная времени;

Определить постоянные времени можно с помощью следующих выражений: (с); ©, где (рад/с). ©,, а это значит, что переходные процессы в системе должны иметь колебательный характер. Выбор машинной модели и моделирование переходных процессов на ПКВ качестве программного пакета для моделирования полупроводниковых электроприводов наиболее подходящей считается система MatLab (матричная лаборатория) со своими пакетами расширения (Toolboxes), повсеместно принятая в качестве основного инструмента изучения полупроводникового электропривода. В исследуемую модель (рисунок 3.13) вошли такие элементы: AsynchronousMachineSIUnit — готовая модель асинхронного двигателя параметрами, соответствующими номинальным паспортным данным двигателя АМУ 160 М6 Т2;3 источника синусоидального напряжения ACVoltageSourse с номинальными параметрами: f=50 Гц, Um=311 В; сдвинутые по фазе друг относительно друга на 1200, моделируют трехфазную систему напряжений с номинальными значениями: Uф=220 В, Uл=380 В. Three-PhaseV-IMeasurement — трехфазный мультиметр для осуществления замеров сетевого тока и напряжения.

2 элемента типа Scope — модели осциллографов для просмотра графиков сетевых тока и напряжения, а также изменения во времени частоты вращения ротора двигателя и момента на его валу.

2 элемента типа Display для контроля установившегося значения тех же параметров. Step — элемент, с помощью которого, возможно смоделировать наброс нагрузки на вал двигателя в определенный момент времени. Рисунок 3.13 — Модель системы ПЧ-АД для программного пакета MatLab 6.5Моделируем пуск двигателя без нагрузки при трех различных частотах питающего напряжения f1=50 Гц, f2=37,5 Гц, f3=25 Гц, используя закон частотного регулирования. Значит при f=50 Гц Uл=380 В;при f=37,5 Гц Uл=329 В; при f=25 Гц Uл=269 В. При частоте питающей сети f=50 Гц и линейном напряжении Uл=380 В получаем следующие графики переходных процессов ω=f (t) (рад/с) и Mв=f (t) (Н·м).Рисунок3.

14. Графики ω=f (t) и Mв=f (t) при f=50 ГцПосле окончания переходного процесса получаем такие установившиеся значения:ω =104,7 рад/сI1=8,721 АMв=0,517 Н·мПри частоте питающей сети f=37,5 Гц и линейном напряжении Uл=329 В получаем следующие графики переходных процессов ω=f (t) (рад/с) и Mв=f (t) (Н·м).Рисунок 3.15 — Графики ω=f (t) и Mв=f (t) при f=37,5 ГцПосле окончания переходного процесса получаем такие установившиеся значения:ω =78,53 рад/сI1=8,908 АMв=0,3883Н·мПри частоте питающей сети f=25 Гц и линейном напряжении Uл=269 В получаем следующие графики переходных процессов ω=f (t) (рад/с) и Mв=f (t) (Н·м).Рисунок 3.

16. Графики ω=f (t) и Mв=f (t) при f=25 ГцПосле окончания переходного процесса получаем такие установившиеся значения:ω =52,36 рад/сI1=10,29 АMв=0,036 Н·мПри частоте питающей сети f=50 Гц и линейном напряжении Uл=380 В смоделируем переход системы из одного установившегося состояния (Мв = Мн = 73 Н·м, ω = ωн = 101.

7 рад/с, I1 = I1н = 15,65 А) в другое после наброса нагрузки на вал двигателя (Мс.доп.= 0,3Мн = 22 Н·м).Рисунок 3.17 — Наброс нагрузки Мс.доп.=0,3МнПосле окончания переходного процесса получаем такие установившиеся значения:ω =99,7 рад/сI1=12,06 АMв=95,5Н·м4.ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИНа основании объема работ планируется срок разработки дипломного проекта. Плановое время в предельном случае составит соответственно срок, где начало соответствует дате выхода на проектирование, а конец — дате сдачи проекта. Весь объем работ разбивается по этапам. Каждый этап в свою очередь разбивается на работы. Имея плановые сроки и приблизительно усредненный вес каждого этапа, устанавливаются конкретные сроки проведения каждого этапа и объем выполнения работ. Первый и второй разделы — сравнение и выбор наиболее приемлемых вариантов решения поставленной задачи. Третий раздел — основная часть проекта, в который включается описание, разработка привода главного движения и его системы управления, а также анализ характеристик привода. План разработки проекта приведен в таблице 4.1Таблица 4.1 План работы

ЭтапыВыполняемые работы

Трудоемкостьчел — день

Удель-ный вес, %Разра-ботчик

РуководительСум-ма1.Под-гото-витель-ный

Актуальность темы

и поста-новка задачина проекти-рование213 102

Теоре-тическиеисследо-вания

Разработка структурной схемы7 310 153

Проек-тирова-ние

Разработка схем ЭПа, разработка и анализ САУ, анализ характеристик30 535 504

Техни-ческая отчет-ность

Раздел по организацион-но-экономичес-кой части и раздел по БЖД4−4155

Зак-лючите-льный

Оформление проекта8−8106

Итого519 601 004.

2 Расчёт затрат на разработку и внедрение проекта

На эту статью относится стоимость материалов, покупных изделий, полуфабрикатов и других материальных ценностей, расходуемых непосредственно в процессе выполнения научно-исследовательской работы (НИР) по теме. Цена материальных ресурсов определяется по соответствующим ценникам. В стоимость материальных затрат включаются транспортные расходы (10% от прейскурантной цены), и накладные расходы (40% от ФОТ). Монтаж и наладка также как и накладные расходы составляет 40% от ФОТ. Стоимость электропривода до внедрения разработки составляет 400 000 руб. После демонтажа электропривода он сдается на лом. Расчётные статьи покупных изделий и внедрения приводится в табл. 4.

2.Таблица4.

2 Расчётные статьи покупных изделий и внедрения

НаименованиеЕдиницы измерения

КоличествоЦена заединицу, руб

Суммарные затраты, руб. Двигатель шт.11 500 015 000

Электроприводшт.

Накладные расходы20 081

Транспортные расходы8500

Монтаж и наладка20 081

Итого133 662

Рисунок 4.1 — Расчётные статьи покупных изделий и внедрения4.

3 Расчет затрат на внедрение проекта

Затраты на приобретение электродвигателя и электропривода составляют 85 000 руб. согласно соответствующим ценникам. Все крепежные и монтажные материалы поставляются вместе с оборудованием. Транспортировка товара составляет 10% от стоимости и равна 8500 руб. Расчет капитальных вложений на монтаж, наладку и пуск находим по формуле: руб.

4.4 Расчет экономического эффекта

Расчёт экономического эффекта ведем из условия уменьшения амортизационных затрат и энергозатрат. Стоимость электропривода до внедрения данной разработки = 400 000 руб. Дополнительные капиталовложения: руб. Стоимость электропривода после внедрения данной разработки:

руб.где — дополнительные капиталовложения, равны 133 662 руб. Экономический эффект из условия уменьшения эксплуатационных затрат на обслуживание электропривода и энергозатрат, руб. Сметная стоимость разработки находим зная фонд оплаты труда и дополнительные капиталовложения на разработку и внедрение:

руб.

4.5 Расчет экономической эффективности

Теперь находим экономическую эффективность от внедрения данной разработки,.Внедрение новой разработки считается эффективным, если, где — коэффициент экономической эффективности принятый для предприятия. Сравнивая и, делаем вывод, что внедрение данной разработки эффективно.

4.6 Технико-экономические показатели

Таблица 4.5 Технико-экономические показатели

Наименование показателя

Единица измерения

Значение показателя

Число модернизируемых станков Напряжение питающей сети

Частота питающей сети

Номинальная мощность

Частота вращения номинальная

Сметная стоимость разработки

Экономический эффект

Срок окупаемости

Фактический коэффициент экономической эффективностишт. ВГцк

Втоб/минруб.

руб.год.

1/год1 380 505,530001838641572861.

20.8ЗАКЛЮЧЕНИЕВ дипломном проекте разработана система автоматизациинасосной установки станцииподкачкиводы жилищногокомплекса. Система разработана на базе регулированого асинхронного электропривода с частотным управлением. Исходя из заданных величин давления и затраты воды, была рассчитана мощность электродвигателя насоса и выбранны двигатель типа и частотный преобразователь. Методом цифрового моделирования в программном пакете Matlab проведено исследования динамических режимов САК. Техническая реализация разработанной системы управления выполнена на базе частотного преобразователя.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

Ключев В. И. Выбор электродвигателей для производственных механизмов. — М.: Госэнергоиздат, 1960

Чиликин М. Г. Основы автоматизированного электропривода. М.: Энергия, 1974. — 568 с. Башарин А. В. Управление электроприводами. — Л.: Энергоиздат, 1982 — 392 с. Лобачев П. В.

Насосы и насосные станции. М.: Стройиздат. 1990. СНиП 2.

04.02−84: Насосные станции. Электрооборудование, технологический контроль, автоматизация и системы управления. Попкович Г. С., Гордеев М. А. Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения. М.: Высш. шк. 1986

Лезнев Б. С. Энергосбережение и регулируемый привод в насосных установках. М.: ИК «Ягорба"-Биоинформсервис, 1998

Возможности использования современного регулируемого электропривода в системах водоснабжения. //www.privod.ruДмитриенко Ю. А. Регулируемый электропривод насосных агрегатов. Кишинев: Штиинца, 1985

Преобразователь частоты с многомоторной функцией управления.// www.privod.ruБашарин А. В., Новиков В. А., Соколовский Г. Г. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов. ;

Л.: Энергоиздат. Леиннгр. отд-ние, 1982. — 392 с, ил. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей / В. И. Манюк, Я. И. Каплинский, Э. Б. Хиж и др. — М.: Стройиздат, 1988.

— 432 с. Аэродинамический расчет котельных установок. — Л.: Энергия, 1977. -

256 с. Роддатис К. Ф., Полтарецкий А. Н. Справочник по котельным установкам малой производительности. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 488 с. Кострикин Ю. М., Мещерский Н. А., Коровина О. В. Водоподготовка и водный режим энергообъектов низкого и среднего давления: Справочник. — М.: Энергоатомиздат, 1990. -

254 с. Роддатис К. Ф., Соколовский Я. Б. Справочник по котельным установкам малой производительности. — М.: Энергия, 1975. -

368 с. Роддатис К. Ф. Котельные установки. — М.: Энергия, 1977. — 432 с.