Разработка электроприводов волочильных станов на основе энергосберегающих асинхронных двигателей

На правах рукописи

ГУБАЙДУЛЛИН Артем Рифович

РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ВОЛОЧИЛЬНЫХ

СТАНОВ НА ОСНОВЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ

АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Специальность 05.09.03 –

Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Магнитогорск – 2009

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. »

Научный руководитель	- кандидат технических наук, доцент
Официальные оппоненты	- доктор технических наук, профессор
	- кандидат технических наук, доцент
Ведущая организация	- металлургический комбинат»

Защита диссертации состоится 24 декабря 2009 года в 12 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.111.04 при Магнитогорском государственном техническом университете им. по адресу: г. Магнитогорск, пр. Ленина, д. 38, ауд. 227.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «МГТУ им. », автореферат размещен на сайте http://www. *****

Автореферат разослан «23» ноября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Метизные предприятия России производят порядка двух миллионов тонн продукции в год. Исходным материалом для метизной продукции является проволока, которая проходит обработку на волочильных станах крупного волочения. Тенденцией мирового сообщества является снижение потребления электроэнергии с целью эффективного использования ресурсов и повышения конкурентоспособности продукции. Поэтому существует проблема повышения энергоэффективности метизных предприятий.

Одной из причин снижения энергоэффективности метизных предприятий является использование в электроприводах волочильных станов традиционных асинхронных двигателей (ТАД), потребляющих из электросети реактивную мощность индуктивного характера. Это существенно снижает коэффициент мощности (cosφ), а следовательно, энергетический коэффициент полезного действия, равный произведению электрического к. п.д. и коэффициента мощности.

Эффективным методом снижения энергозатрат является компенсация реактивной мощности. Для этого применяются различные способы и технические устройства. Напри­мер, подключение к электросети компенсирующих конденсаторов, специ­альных полупроводниковых управляемых компенсаторов, синхронных машин, работающих в режиме генерирования реактивной мощности емко­стного характера и др. Однако их технико-экономическая эффективность проявляется преимущественно в электрических сетях высокого напряже­ния 6/10 кВ и более. Вместе с тем, наибольшие потери электриче­ской энергии от реактивных токов имеют место в электрических сетях напряжением 0,4 кВ, от которых питаются до 80% асинхронных двигателей. В системах электроснабжения 0,4 кВ метизного производства зачастую отсутствуют компенсаторы реактивной мощности (КРМ). Поэтому потери электроэнергии от реактивных токов составляют 20 – 36% от общих потерь.

Повышению энергоэффективности предприятий, в том числе метизного производства, технологических агрегатов и рабочих машин посвящены научные труды многих ученых: , , и др.

Цель диссертационной работы – снижение потерь электроэнергии в низковольтных промышленных сетях и асинхронных электроприводах путем повышения коэффициента мощности и энергетического к. п.д. Для достижения поставленной цели решаются следующие главные задачи:

1. Анализ потерь электроэнергии в системах электроснабжения и электроприводах волочильных станов метизного производства и определение оптимальных путей снижения потерь электроэнергии.

2. Разработка методики расчета параметров энергосберегающих асинхронных двигателей с индивидуальной компенсацией реактивной мощности при их создании путем реконструкции существующих двигателей.

3. Создание опытно-промышленных вариантов электроприводов на основе асинхронных двигателей с индивидуальной компенсацией реактивной мощности для волочильного стана.

4. Экспериментальные исследования энергоэффективности созданных электроприводов.

5. Разработка и исследование системы управления электроприводами на основе асинхронных двигателей с индивидуальной компенсацией реактивной мощности для волочильных станов с использованием одного устройства плавного пуска.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались: теория электрических цепей; теория электрических машин; методы компьютерного моделирования; математические методы обработки информации; методы цифровой обработки аналоговых сигналов; методы экспертных оценок; методы эквивалентирования электрических нагрузок; экспериментальные методы; специальное программное обеспечение.

Научная новизна работы:

1. Представлен комплексный подход к исследованию электрических потерь в системах электроснабжения и электроприводах волочильного производства. Он отличается от известных детализацией элементов системы электроснабжения и электроприводов волочильных станов, учетом электрических параметров (активное, индуктивное, емкостное сопротивления шинопроводов, кабелей, силовых проводов и д. р.) каждого участка системы электроснабжения, топологии расположения волочильных станов, коэффициентов загрузки электрооборудования и графиков работы волочильного отделения цеха.

2. Получены зависимости для расчетов емкости компенсирующего конденсатора асинхронного двигателя с индивидуальной компенсацией реактивной мощности. Основное отличие заключается в определении емкости компенсирующего конденсатора с учетом всех параметров схемы замещения двигателя и его коэффициента загрузки.

3. Разработана методика расчета параметров энергосберегающих асинхронных двигателей с индивидуальной компенсацией реактивной мощности при реконструкции традиционных асинхронных двигателей в условиях электроремонтных цехов и предприятий.

4. Разработана компьютерная программа для определения параметров схемы замещения, рабочих и механических характеристик энергосберегающих асинхронных двигателей с индивидуальной компенсацией реактивной мощности при их создании путем реконструкции традиционных асинхронных двигателей. Отличительной особенностью программы является наличие в ней расчетного модуля, позволяющего рассчитывать и визуально наблюдать изменение характеристик при регулировании параметров схемы замещения двигателя в заданных диапазонах.

Практическая значимость работы:

1. Проведенные исследования электрических потерь в системах электроснабжения и электроприводах волочильного производства позволяют оценить эффективность использования электроэнергии в зависимости от параметров силовых трансформаторов, схемы электроснабжения, электрических нагрузок, коэффициента загрузки электрооборудования и графиков работы волочильного цеха.

2. Полученные зависимости для расчетов емкости компенсирующего конденсатора асинхронных двигателей с индивидуальной компенсацией реактивной мощности позволяют определить оптимальную емкость компенсирующего конденсатора до реконструкции традиционного асинхронного двигателя на энергосберегающий вариант.

3. Разработанная компьютерная программа для определения параметров схем замещения, рабочих и механических характеристик энергосберегающих асинхронных двигателей с индивидуальной компенсацией реактивной мощности позволяет формировать рабочие и механические характеристики до реконструкции традиционного двигателя.

4. Разработанная система управления электроприводами волочильного стана на базе одного устройства плавного пуска для всех его электродвигателей позволяет получить наилучшие энергетические показатели в функции от их загрузки.

Реализация работы. Результаты диссертационной работы внедрены: в -МЕТИЗ» в виде математической модели и рекомендаций по снижению потерь электроэнергии в системах электроснабжения и электроприводах волочильного производства с целью повышения его энергоэффективности; в услуги» в виде инженерных расчетов и зависимостей для осуществления реконструкции традиционных асинхронных двигателей на двигатели с индивидуальной компенсацией реактивной мощности; в сталепроволочном отделении цеха металлических сеток -МЕТИЗ» в виде опытно-промышленных электроприводов волочильного стана на основе асинхронных двигателей с индивидуальной компенсацией реактивной мощности.

Обоснованность и достоверность результатов и выводов диссертационной работы обеспечивается строгим выполнением математических преобразований; принятием корректных допущений; подтверждением данных моделирования экспериментальными результатами; применением современных математических моделей и пакетов программ.

Основные положения выносимые на защиту.

1. Подход к исследованию электрических потерь в системах электроснабжения и электроприводах волочильного производства, отличающийся от известных детализацией элементов системы электроснабжения и электроприводов волочильных станов, учетом электрических параметров каждого участка системы электроснабжения, топологии расположения волочильных станов, коэффициентов загрузки электрооборудования и графиков работы волочильного отделения цеха.

2. Параметры схемы замещения, рабочие и механические характеристики асинхронных двигателей с индивидуальной компенсацией реактивной мощности для опытно-промышленного энергосберегающего электропривода волочильных станов, полученные с помощью созданной программы для ЭВМ.

3. Зависимости для расчета параметров энергосберегающих асинхронных двигателей при реконструкции традиционных двигателей в условиях электроремонтных цехов и предприятий.

4. Логические уравнения, положенные в основу функциональных блоков системы управления электроприводами волочильного стана с одним устройством плавного пуска.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: международных научно-технических конференциях молодых специалистов, инженеров и техников , Магнитогорск, 2003, 2004 г.; десятой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов МЭИ, Москва, 2004 г.; I международ­ной научно-практической конференции «Интехмет-2008», Спб., 2008 г.; 62, 66, 67 научно-технических конференций ГОУ ВПО «МГТУ», Магнитогорск, 2003, 2008, 2009 г.; международной конференции «Элек­троэнергетика и автоматизация в металлургии и машиностроении», Магнитогорск, 2008.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных статей, докладов и тезисов, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 178 страницах и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 72 наименований, приложений, включает 82 рисунка и 43 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ведении обоснована актуальность работы, определены цели и задачи исследований, намечены методы их решения, сформулированы научная новизна и практическая значимость, приведены результаты реализации работы, обоснованы достоверность полученных результатов и выводов, представлены положения, выносимые на защиту, приведены сведения об апробации работы и публикациях по теме диссертации, структуре и объеме диссертации.

В первой главе проведен обзор рынка выпускаемой метизной продукции в Российской Федерации. Рассмотрены способы снижения себестоимости метизной продукции: модернизация существующих волочильных станов; создание энергосберегающих электроприводов для волочильных станов; снижение потерь электрической энергии известными методами компенсации реактивной мощности.

Обобщены и уточнены основные требования, предъявляемые к электроприводу волочильного стана. Рассмотрены и проанализированы различные системы электроприводов волочильных станов: 1. Система электроприводов на основе асинхронных двигателей с фазным ротором и релейно-контакторной системой управления; 2. Система электроприводов на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором с использованием частотного преобразователя (ПЧ-АД); 3. Система электроприводов на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором с тиристорным регулятором напряжения (ТРН-АД); 4. Система электроприводов на основе асинхронных двигателей с фазным ротором, синхронизированных с сетью. Показано, что в рассмотренных вариантах электроприводов волочильных станов в качестве электродвигателей используются ТАД. Вместе с тем, в настоящий момент разработаны энергосберегающие асинхронные электродвигатели с индивидуальной компенсацией реактивной мощности (ЭАД). Применение этих двигателей, например, для электроприводов насосных агрегатов, вентиляторов, насосов нефтяных качалок и других механизмах обеспечивает снижение электропотребления на 10-15%.

Конструктивные особенности ЭАД заключаются в том, что в отличие от ТАД, электромагнитная схема которого изображена на рис. 1(а), содержащего на статоре одну трехфазную обмотку (ОС), подключаемую в электросеть, электромагнитная схема ЭАД содержит на статоре две трехфазные обмотки, рис. 1(б). Одна из обмоток, называемая рабочей (РО), включается в электросеть, другая, называемая компенсационной (КО) — на трехфазный компенсирующий конденсатор (С).

ЭАД и электроприводы на их основе работают с cosφ=1,0 и энергетическим к. п.д., равным 85-92%. Это на 15-18% выше, чем у ТАД, серийно выпускаемых Российскими электромашиностроительными предприятиями, и на 8-13% выше чем у энергосберегающих асинхронных двигателей иностранных фирм, например, AEG, Сименс (Германия), АВВ, Гоулд (США). Энергетический к. п.д. последних составляет 72-84%, и достигается за счет увеличения массы электротехнической стали на 30-35%, меди на 20-25%, алюминия на 10-15%. Однако ЭАД для электроприводов механизмов метизных предприятий не применялись.

На основании анализа состояния проблемы сформулированы задачи проведения исследований электроприводов волочильных станов на основе ЭАД, с целью определения целесообразности их внедрения на производстве для достижения наилучших показателей по снижению электрических потерь.

а)
Рис.1. Электромагнитные схемы ТАД (а) и ЭАД (б)

Вторая глава посвящена исследованию количественной оценке потерь электроэнергии в системах электроснабжения и электроприводах волочильного производства и определению вариантов ее снижении при минимальных капитальных затратах.

Поставленная задача решается методом математического моделирования системы электроснабжения одного из волочильных участков цеха с наиболее энергоемкими волочильными станами типа UDZSA производства германской фирмы Sket с электроприводами на основе ТАД. Суммарная установленная мощность асинхронных электроприводов, подключенных к наиболее нагруженной системе шин волочильного участка сталепроволочного цеха -МЕТИЗ» составляет Pуст. ТП-27.=2157 кВт или 36,3% от общей мощности асинхронных электродвигателей волочильных станов цеха. Система электроснабжения участка волочения является магистрально-радиальной и выполнена по схеме, рис. 2.

Рис. 2. Схема электроснабжения волочильного участка

Для математического моделирования схемы электроснабжения и электроприводов использовался метод эквивалентирования нагрузок. Параметры элементов схемы замещения системы электроснабжения и нагрузка представлены сосредоточенными и рассчитаны с учетом реальных параметров шинопроводов, кабелей и электроприводов.

В существующей системе электроснабжения волочильного участка цеха ЦМС-СПО -МЕТИЗ» осуществили моделирование расхода электрической энергии с помощью программы Multisim v.10 для следующих вариантов:

1. Без применения КРМ и электроприводов на основе ТАД.

2. С подключением КРМ параллельно электроприводам на основе ТАД.

3. С подключением КРМ на систему шин РУ 0,4 кВ ТП-27 и применением электроприводов на основе ТАД.

4. С подключением КРМ на каждый РП и применением электроприводов на основе ТАД.

5. С применением приводов на основе ЭАД.

Для анализа результатов моделирования были выделены наиболее значимые электрические параметры, представленные в табл. 1.

Таблица 1
Средние значения показателей РП за сутки
№	К. з., о. е.	Руст*, кВт	U1, В	Um, В	P1, кВт	P2, кВт	I1, А	сosφрп, о. е.	ηРП-АД, о. е.	Q, кВАр	C, мкФ	ηср, о. е.	ΔP, кВт
1	0,985	918	219,9	211,0	1017,0	904,1	1652	0,919	0,897	432,0	-	0,858	152,5
2	0,989	918	220,4	211,4	1018,2	908,5	1656	1,000	0,899	0,0	9633	0,866	143,2
3	0,985	918	219,9	217,0	1017,2	904,3	1652	0,919	0,897	432,1	9633	0,860	150
4	0,989	918	219,8	211,5	1020,2	908,5	1656	1,000	0,898	0,0	9633	0,864	146,1
5	0,958	951	216,5	211,54	990,6	911,6	1505	1,000	0,926	0,0	1836	0,894	110,7
* - Расчетная мощность при напряжении питания 220 В

В таблице 1: Кз – коэффициент загрузки оборудовании; Руст – средняя установленная мощность нагрузки, полученная расчетным путем, при напряжении питания непосредственно на асинхронных двигателях U1=220В; U1 – среднее фазное напряжение на РП; Um – среднее фазное напряжение на роторе эквивалентированного двигателя; P1 – средняя активная мощность РП; P2 – средняя полезная мощность эквивалентированного электропривода; I1 – средний ток; сosφрп – коэффициент мощности; ηРП-АД – коэффициент полезного действия системы «распределительный пункт – асинхронный двигатель»; Q – средняя реактивная мощность эквивалентированного электропривода; С - емкость, необходимая для полной компенсации реактивной мощности; ηср – средний коэффициент полезного действия системы «силовой трансформатор – асинхронный двигатель волочильного стана»; ΔP – потери активной мощности при различных вариантах компенсации реактивной мощности.

В результате исследования потерь электроэнергии в системе электроснабжения метизного производства установлено: в существующей системе электроснабжения и применяемых электроприводах на основе ТАД для волочильных станов при коэффициенте использования оборудования Ки=0,45 за один год теряется до 600 тыс. кВт×час электроэнергии стоимостью более миллиона руб., что подтверждает актуальность научно-технической проблемы; исследование вариантов технических решений, направленных на снижение потерь электрической энергии показало, что вариант применения электроприводов на основе ЭАД для волочильных станов по всем технико-экономическим показателям превосходит другие рассмотренные варианты.

На основе полученных результатов моделирования принято решение о разработке и исследовании электроприводов волочильных станов на основе асинхронных двигателей с индивидуальной компенсацией реактивной мощности. В известных научных публикациях и патентах информация о электроприводах на основе асинхронных двигателей с индивидуальной компенсации реактивной мощности не содержится, за исключением публикаций научной школы к. т.н.

Третья глава посвящена разработке методики расчета ЭАД, созданных на основе ТАД, исследованию их рабочих и механических характеристик.

Рис. 3. Схема замещения ЭАД

Разработаны и получены зависимости для расчета емкости компенсирующего конденсатора ЭАД. Определение емкости компенсирующего конденсатора основано на решении уравнения, описывающего эквивалентную проводимость схемы замещения ЭАД, рис. 3. Формула для расчета емкости компенсирующего конденсатора имеет вид:

.

(1)

Рис.4. Зависимости токов Im, I`3 и Im+I`3 от коэффициента kZm

Коэффициенты выражения (1) A, B, W, α, β, γ зависят от параметров схемы замещения ЭАД. Оно имеет физический смысл при положительных ±1 и ±2. Построены зависимости токов намагничивания, компенсационной обмотки и их суммы от коэффициента изменения ветви намагничивания двигателя kZm, рис. 4. Интервал DB на оси kZm указывает технически рациональный диапазон поиска величины kZm. Для определения конкретной величины коэффициента kZm, из выделенного диапазона DB, построили зависимость ηЭАД=f(kZm), удовлетворяющую условию . На рис. 5 приведена зависимость коэффициента полезного действия ЭАД, от коэффициента kZm в диапазоне 2,25 – 2,91, удовлетворяющая условиям и .

Рис. 5. Зависимость h ЭАД от коэффициента kZm	Рис. 6. Зависимости cosj ЭАД и ТАД от полезной мощности

Рис.7. Зависимости hэн ЭАД и ТАД от полезной мощности (hэн=h×cosj)

Точки пересечения линий DC и AB с зависимостью коэффициента полезного действия (точки N` и M`) показывают диапазон изменения к. п.д. ЭАД, 92,8 - 93,25%. Из анализа графика следует, что численное значение kZm=2,91, обеспечивает максимальный коэффициент полезного действия ЭАД, равный 93,25%.

Реконструкция исходного двигателя осуществляется по разработанному алгоритму. Рабочие (энергетические) и механические характеристики исходного и реконструированного в энергосберегающий двигателей, рассчитанных по представленному алгоритму, приведены на рис. 6-8.

Рис. 8. Естественные механические характеристики ЭАД и ТАД

Номинальные данные и показатели характерных точек рабочих и механических характеристики ТАД и ЭАД типа SMR250-4 для электроприводов волочильных станов UDZSA2500-3 приведены в табл. 2.

Таблица 2
Номинальные данные ТАД и ЭАД SMR250-4
	Р2н, кВт	n2н, об/мин	I1н, А	cosjн, о. е.	hн, о. е.	hэн, о. е.	Мн., Н·м	Мп., Н·м	Мк., Н·м
ЭАД	55	1458	93	1,0	94,4	94,4	370	625	1470
ТАД	55	1450	104	0,92	91	84	369,6	760	1350

Анализ таблицы 2 показывает: ток ЭАД, меньше тока ТАД на 11,83 %; вращающие моменты двигателей – идентичны; cosφн ЭАД больше cosφн ТАД на 8,6%; электрический к. п.д. ЭАД на 3,4% больше чем у ТАД; энергетический к. п.д. ЭАД на 10,4% больше чем у ТАД; частоты вращения роторов ЭАД и ТАД практически совпадают. Анализ механических характеристик ТАД и ЭАД, рис. 8, позволяет утверждать: номинальные моменты двигателей практически одинаковые; пусковой момент ЭАД на 21,6% выше пускового момента ТАД; критический момент ЭАД на 8,9% выше чем у ТАД. С целью подтверждения энергоэффективности привода волочильных станов на основе ЭАД провели экспериментальные исследования рабочих и механических характеристик. На рис. 9-10 приведены расчетные и экспериментальные зависимости рабочих характеристик двигателей.

а) б)

Рис. 9. Экспериментальные и теоретические зависимости потребляемого тока (а) и момента (б) от полезной мощности

Рис. 10. Экспериментально-расчетная и теоретическая зависимости ηэн=f(P2)

В результате экспериментов установлено, что теоретические и экспериментальные рабочие и механические характеристики I, M=f(P2) в области реальных нагрузок практически совпадают. Энергетический к. п.д. полученный экспериментально-расчетным путем, отличается от теоретического в пределах 5%, что объясняется допущениями, принятыми при расчете. Это позволяет утверждать о достаточной достоверности полученных зависимостей и разработанных математических моделей, определяющих параметры схемы замещения ЭАД. Для сравнения и подтверждения основных энергетических показателей двигателей работающих под нагрузкой, на рис. 11, 12 приведены осциллограммы напряжения, тока и мощности ЭАД и ТАД в установившихся режимах работы под нагрузкой.

Рис. 11. Осциллограммы питающего напряжения, тока и мощности ЭАД

Рис. 12. Осциллограммы питающего напряжения, тока и мощности ТАД

Анализ осциллограмм, рис. 11, 12, показывает:

1.  В ЭАД сдвиг фаз между питающим напряжением и потребляемым током практически равен нулю, коэффициент мощности двигателя cosφ=1,0; действующее значение тока равно, I1= 46 А; активная мощность равна, P=10,1 кВт на фазу; реактивная мощность практически отсутствует, Q=0. Полная мощность S=30,3 кВА. Коэффициент загрузки двигателя по активной мощности составляет 55% от номинальной (55 кВт).

2.  Сравнительный анализ показателей работы ТАД и ЭАД позволяет отметить: ток ЭАД в 1,32 - 1,39 раза меньше тока ТАД; cosφ ЭАД равен 1,0, что на 16,28 % больше cosφ ТАД.

Исследовано потребление энергии при разгоне двигателей под нагрузкой. На рис. 13, 14 приведены осциллограммы напряжений, токов и мощности ЭАД и ТАД.

Рис.13.Осциллограммы питающего напряжения, тока и мощности ЭАД

Рис.14.Осциллограммы питающего напряжения, тока и мощности ТАД

Анализ осциллограмм, рис. 13, 14, показывает, что максимальный пусковой ток ЭАД (500 А) меньше максимального пускового тока ТАД (630 А) в 1,26 раза. Энергия, затрачиваемая ТАД, на пуск под нагрузкой – 247,28 кДж. Энергия, затрачиваемая ЭАД, на пуск под нагрузкой, за то же время составляет 177 кДж, что в 1,38 раза меньше энергии ТАД.

Экспериментально доказаны технические преимущества и целесообразность применения ЭАД для электроприводов рабочих машин и механизмов в волочильном производстве.

В четвертой главе разрабатывается и исследуется система управления электроприводами на основе ЭАД для волочильных станов с одним устройством плавного пуска. Одним из основных требований к такой системе является количество пусков, которое может обеспечить устройство плавного пуска за единицу времени. Среднее количество запусков всех двигателей волочильного стана может определяться зависимостью N=15∙n+10 пусков/час, где n=3 – количество блоков волочильного стана. Исходя из количества пусков, определена мощность ТРН. Исследованиями установлено, что для обеспечения номинального режима работы устройства плавного пуска, его номинальная мощность должна быть равна (1,25÷1,5)∙P2н.

Технико-экономические исследования позволяет утверждать, что затраты на использование индивидуальных устройства плавного пуска (227 тыс. руб.), в три раза выше, чем стоимость одного устройства плавного пуска (71 тыс. руб.) повышенной мощности для всех электроприводов стана. На основе анализа процесса волочения разработан алгоритм управления электроприводами для n-блочного волочильного стана. Функциональная схема устройства, реализующая алгоритм, представлена на рис. 15.

Рис. 15. Функциональная схема устройства управления электроприводами n-блочного волочильного стана с одним ТРН

Разработаны логические уравнения и логические схемы функциональных блоков. Пульт управления оператора описывается уравнениями:

- выбор режима (Рi) волочения (индексы 1, 2, 3 соответствуют волочильным блокам, 4 – моталка)

;

- выбор толчковых режимов (Ti)

;

- выбор ручного (P) или автоматического (A) способа управления

.

Блок управления электроприводами (Бi):

; ; ;

;

Логическими уравнениями так же описаны сигналы, управляющие коммутирующими устройствами рабочих обмоток и компенсирующих конденсаторов в функции коэффициентов загрузки i-того ЭАД. Работа алгоритма и функциональной схемы исследованы методом математического моделирования с применением ПО Multisim v.10.

Рис. 16. Временные диаграммы управляющих сигналов системы управления

На рис. 16 представлены временные диаграммы управляющих сигналов пуска трех клетьевого волочильного стана. Сигнал 115 – сигнал с пульта управления на пуск. Сигнал 83 – подключение асинхронного двигателя в сеть, посредством устройства плавного пуска. Сигнал 95 – подключение блока датчиков выбранного волочильного блока. После разгона i-го волочильного блока до рабочей скорости, он автоматически переключается на питание от сети.

Аналогично происходит пуск остальных волочильных блоков. Дискретные изменения емкостей компенсирующих конденсаторов i-тых ЭАД осуществляется после выхода электроприводов на установившийся режим волочения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Исследование вариантов технических решений, направленных на уменьшение электрических потерь в системах электроснабжения и электроприводах волочильного производства, показало, что ЭАД обладает преимуществами по сравнению с ТАД: увеличенным к. п.д. на 3-5%; меньшим током от 8,9 до 9,1% при одинаковой нагрузке на валу; коэффициентом мощности cosφ=1,0.

2. Разработанные методика и компьютерная программа для расчета параметров ЭАД обеспечивают возможность создания энергосберегающего асинхронного двигателя.

3. Разработан, создан и исследован опытно-промышленный вариант энергосберегающих электроприводов на основе ЭАД типа SMR250-4-К с номинальными данными Pн=55 кВт, nн=1458 об/мин, Uн=380/220 В, I1н=94 А, I2н=103 А, cosφ=1,0. Двигатели изготовлены путем реконструкции статоров асинхронных двигателей с фазным ротором типа SMR-55 Pн=55 кВт, nн=1450 об/мин, Uн=380/220 В, I1н=103 А, I2н=103 А, cosφ=0,86.

4. Экспериментальные исследования энергоэффективности созданного электропривода показали: максимальные пусковые токи ЭАД (А) меньше пусковых токов ТАД (600 – 630 А) на 20-25%; в установившемся режиме волочения ток, потребляемый из электросети электроприводами на основе ЭАД А), ниже токов, электроприводов на основе ТАД (72 – 80 А) на 20-22%; уменьшение пусковых и установившихся токов электроприводов на основе ЭАД позволяет уменьшить удельный расход электроэнергии на волочение проволоки на 10-12,5% и снизить число выходов из строя асинхронных двигателей по причине перегрева; разработанная система управления электроприводами на основе ЭАД с регулированием емкости компенсирующих конденсаторов в функции коэффициентов их загрузки с применение одного ТРН для пуска всех двигателей стана является экономически выгодной и способствует повышению энергоэффективности метизного производства; результаты диссертационной работы внедрены в -МЕТИЗ» и в услуги». Получена экономия электрической энергии 27755 кВт∙ч за один год для электропривода одного блока волочильного стана.

В приложениях приводятся акты внедрения результатов работы.

Публикации автора по теме диссертации

Научные статьи, опубликованные в изданиях по списку ВАК:

1. Губайдуллин исследования электроприводов волочильного стана на основе энергосберегающих асинхронных двигателей/ , // Изв. вузов. Электромеханика. 2009, №1. С. 43-47.

2. Губайдуллин создания энергосберегающих электроприводов волочильных станов/ , , // Промышленная энергетика. 2009, №7. С. 11-15.

3. Губайдуллин на основе асинхронных двигателей с индивидуальной компенсацией реактивной мощности для волочильных станов/ , // Электротехника, 2009. №10, С. 22-28.

Публикации в других изданиях:

4. К вопросу выбора мощности электродвигателя волочильного стана/ //Молодежь. Наука. Будущее. Вып.2: Сб. науч. Тр. студентов/ Под ред. . – Магнитогорск: МГТУ, 2004. – 249-252.

5. Губайдуллин прокатно-волочильного стана на основе энергосберегающих асинхронных двигателей/ // Тезисы докладов международной научно-технической конференции молодых специалистов, инженеров и техников - Магнитогорск, 2004 г. С. 81-82.

6. Губайдуллин компенсированные асинхронные двигатели и их технико-экономические преимущества. Электротехнические системы и комплексы: Межвузовский сб. науч. тр. Вып. 7/ Мугалимов ред. , . – Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ им. », 2002, С. 305-314.

7. Губайдуллин асинхронные двигатели с индивидуальной компен­сацией реактивной мощности и электроприводы на их основе/ , // Сборник докладов I международ­ной научно-практической конференции «Интехмет-2008». Спб., 2008. С.25-26.

8. Губайдуллин исследования энергосберегающего электропривода волочильного стана UDZSA2500/3/ //Материалы 66-ой научно-технической конференции: Сб. докл. – Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2008. Т.2. С. 47-50.

9. Губайдуллин исследования электроприводов волочильного стана на основе энергосберегающих асинхронных двигателей с индивидуальной компенсацией реактивной мощности/ , // Сборник докладов международной конференции «Элек­троэнергетика и автоматизация в металлургии и машиностроении» 22-24 ок­тября, - Магнитогорск, 2008. С. 75-86.

10. Губайдуллин энергосберегающих свойств асинхронных электроприводов волочильного стана UDZSA2500-3./ //Электротехнические системы и комплексы: Межвузовский сб. науч. тр. Вып. 13// Под ред. . – Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ им. », 2006. С. 156-161.

11. Губайдуллин асинхронные двигатели и их технико-экономические преимущества/ // Тезисы докладов международной научно-технической конференции молодых специалистов, инженеров и техников - Магнитогорск, 2003 г. С. 54-56.

12. Губайдуллин математическая модель энергосберегающего индивидуально компенсированного асинхронного двигателя/ //Материалы 62-й научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ за гг.: Сб. докладов. Под ред. – Магнитогорск: МГТУ, 2003. С. 100-104.

13. Губайдуллин прокатно-волочильного стана на основе асинхронных двигателей с индивидуальной компенсацией реактивной мощности/ / Радиоэлектроника, электротехника и энергетика// Десятая междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: Тез. докл. В 3-х т. М.: МЭИ. 2004 Т.2. С. 101-102.

14. Губайдуллин целесообразности создания энергосберегающих электроприводов на основе асинхронных двигателей с индивидуальной компенсацией реактивной мощности/ , , // Материалы 67-й научно-технической конференции: сб. докл. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009, Т.2. С. 90-93.