Міністерство освіти і науки України
Дніпродзержинський державний технічний університет
Енергетичний факультет
КУРСОВА РОБОТА
з дисципліни «Енергозбереженнязасобами електропривода»
Студент курсу V групи EП-16-1зc
напряму підготовки 7.05070204
спеціальності ЕП
Кондратюк С.Г.
Керівник проф., д.т.н. Нізімов В.Б.
Національна шкала ________________
Кількість балів: __________Оцінка: ECTS _____
Члени комісії
Садовий О. В.______________
Нізімов В.Б. _____________
Сохіна Ю.В. ____________
Кам’янське
2017
ЗМІСТ
Вступ…………………………………………………………………………….3
Завдання та початкові данні……………………………………………………4
Побудова сумісних характеристик турбомеханізму та мережі………....5
1.1.Побудова напірно-витратної характеристики турбомеханізму…….. 5
1.2.Побудова характеристика мережі згідно з графіком навантаження
при регулюванні засувкою………………………………………..……6
1.3.Побудова характеристики турбомеханізму при регулюванні
швидкості обертання робочого колеса………………………………..8
1.4 .Розрахунок потужності відповідно часової діаграми зміни
продуктивності з урахуванням коефіцієнта завантаження і вибір електродвигуна………………………………………………………………..10
2.Обґрунтування раціональної системи електропривода……….………….11
2.1.Розрахунок елементів та вибір системи «перетворювач частоти – асинхронний двигун»……………………………… ………………….12
2.2.Визначення добових витрат та втрат електроенергії при різних
способах регулювання продуктивності турбомеханізму.………….21
Розрахунок терміну окупності енергозберігаючого електропривода.…23
Висновки…………………… ……………………………………………. …25
Перелік посилань…………………………………………………………… ..26
ВСТУП
Підвищення енергетичної ефективності електромеханічних систем є основою промислового збереження, реального підвищення працездатності робочих машин і безаварійності технологічних процесів. Тому саме з позицій електропривода повинні розглядатися і вирішуватися питання енергозбереження в усіх галузях промисловості, транспорту, комунального господарств.
Сучасний технічний світ вирішує проблему створення високоефективних перетворюючих систем для самих найрізноманітніших завдань і, в першу чергу, для промислового асинхронного частотною регульованого електропривода. Випуск перетворювачів частоти IGBT транзисторних і повністю керованих тиристорах GТО щорічно в світовому масштабі подвоюється, що створює реальні передумови масштабного використання регульованих електроприводів в найближчі роки. Це дозволяє суттєво понизити енерговитрати, підвищити працездатність обладнання.
Очевидно, що зважаючи на значно більшу кількість технологічних установок найрізноманітнішого призначення, не може існувати деякого загального підходу, який забезпечує одержання розрахункової схеми, обґрунтування системи електропривода, визначення можливого економічного ефекту. Кожна реальна технологічна установка характерна своїми особливостями, включаючи технологію, її динаміку, ступінь завантаження установок тощо. В даній контрольній роботі визначається результуючий економічний ефект для найбільш розповсюдженого технологічного механізму - турбомеханізму. Визначення ефективності здійснюється шляхом використання регульованого електропривода за рахунок зниження електроенергії при регулювання продуктивності.
Завдання та початкові дані
Рисунок 1-Часова діаграма змінни продуктивності
Технічні характеристики вентилятора ВДН-20-НУ
1 Побудова сумісних характеристик турбомеханізму та мережі
1.1 Побудова напірно–витратної характеристики турбомеханізму
Залежність напору вентилятора від продуктивності при заданій швидкості обертання робочого колеса.
Нн=Н0-Rн
,Номінальний опір вентилятора при номінальному тиску та продуктивності за виразом.
.
Залежність конкретного значення продуктивності від напору вентилятора.
 | 0  | 0,2 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 1 | 1,2 |
 | 520 | 516,646 | 506,584 | 489,815 | 466,339 | 436 | 399,263 |
1.2 Побудова характеристики мережі в відповідності до графіка навантаження при регулюванні засувкою(рис.2)
Характеристика мережі
Н
= Rм
,де
Rм –опір мережі при номінальній продуктивності.
Опір мережі при Qx i Hx визначається
.Для точки А при
| | 0 | 0,2 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 1 | 1,2 |
| | 0 | 17,83 | 71,35 | 160,55 | 286,42 | 436 | 652,21 |
Для точки В при
| | 0 | 0,2 | 0,4 | 0,5 | 0,6 |
| | 0 | 53,51 | 214,07 | 334,48 | 481,66 |
Для точки C при
| | 0 | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 |
| | 0 | 31,66 | 126,659 | 284,98 | 506,637 |
1.3 Побудова характеристики турбомеханізму при регулюванні продуктивності обертання робочого колеса
При регулюванні продуктивності обертанням робочого колеса, частота обертання двигуна визначається за виразом:
.де
.
Розрахункові залежності наведені на рис.2.
Рисунок 2 – Характеристика вентиляторної установки при регулюванні
продуктивності засувкою (точки А,В,С),
та швидкістю обертання робочого колеса (точки А, А1, А2 ).
1.4 Розрахунок потужності відповідно часової діаграми зміни продуктивності з урахуванням коефіцієнта завантаження і вибір електродвигуна
,де – питома щільність повітря, 1 м3/с;
g =9,81 м/с2;
нас – ККД вентилятора 0,85.
; 
;
Вибираємо двигун по розрахунковій потужності.
Тип двигуна: 4АНК355М6
2. Обґрунтування раціональної системи електроприводу до заданого механізму
При виборі типу електропривода перевагу варто віддавати системам електропривода змінного струму з таких причин:
- електроенергія виробляється і передається споживачам в основному на змінному струмі;
- електродвигуни постійного струму по габаритах, масі і вартості в 1,5..,2,5 рази перевищують двигуни змінного струму тієї ж потужності і частоти обертання;
- надійність ДПС через наявність колекторно-щіткового вузла і майже повної відсутності закритого виконання значно нижче, ніж у двигунів змінного струму;
- момент інерції ДПС у 1,5...1,7 ралі вище, ніж у АД з короткозамкненим ротором, що обумовлює більш високу швидкодію систем привода змінного струму;
- енергетичні показники і регулювальні властивості систем змінного струму з тиристорними перетворювачами не і гірше, ніж у приводі, постійного струму. Наприклад, перевантажувальна здатність у приводів із синхронними двигунами вище, ніж у двигуна постійного струму;
- вартість статичних перетворювачів для ДПС приблизно дорівнює вартості перетворювачів для приводів змінного струму, а система генератор-двигун постійного струму за масою і вартістю в 1,5...2,0 рази перевищує масу і вартість перетворювачів тієї ж по тужності, причому ККД системи Г-Д на 10...20% нижче.
Застосування регульованого частотного електропривода дозволяє зберігати енергію шляхом усунення непродуктивних витрат енергії в дросельних заслінках, механічних муфтах та інших регулюючих пристроях.
При цьому економія прямо пропорційна непродуктивним витратам і може досягати 80%.
Частотно-регульований привод дозволяє заощаджувати на непродуктивних витратах енергії, крім того він мас функцію енергозбереження. Ця функція дозволяє при виконанні тієї ж роботи заощаджувані ще від 5 до 30% електроенергії шляхом підтримання електродвигуна в режимі оптимального ККД. У режимі енергозбереження перетворювач автоматично відстежує споживання струму, розраховує навантаження і знижує вихідну напругу. Таким чином, знижуються втрати в обмотках двигуна і збільшується його ККД. Режим енергозбереження добре підходить для розв'язання таких задач:
- керування швидкістю обертання вентиляторів і насосів;
- керування устаткуванням зі змінним навантаженням;
- керування машинами, що значну частину часу працюють з малим навантаженням.
2.1 Розрахунок елементів та вибір системи «перетворювач частоти – асинхронний двигун»
Номінальна потужність двигуна Р=2500кВт та лінійна напруга
.1.Струм фази статора асинхронного двигуна
2. Номінальний вхідний струм інвертора
де Ксх=0,815 - для трифазної мостової схеми.
3. Вхідна наруга інвертора
де
=1,35 - для трифазної мостової схеми;
- мінімально допустимий кут інвертування, ≥10°.4. Амплітуда зворотної напруги на тиристорах інвертора
5. Струм тиристорів з урахуванням перевантаження
де К3- коефіцієнт запасу, К3= 1,3...1,5;
Кохол._ коефіцієнт охолодження; при повітряному охолодженні КОХОЛ=0,35.
Обираємо тиристори типу Т153-630з номінальними даними:
Струм, А.........................630
Напруга, В......................1300
Зворотна напруга, В......1300
Струм керування, мА.......0,5
Прямий спад напруги, В...1,5…3
Тиристори керованого випрямляча обираються відповідно формул
щодо вибору інвертора.
6. Напруга вторинної обмотки трансформатора випрямляча
де Ксч=2,34 - для трифазної мостової схеми.
7. Струм вторинної обмотки трансформатора
де Кі=0,815 - коефіцієнт схеми по струму для трифазної мостової схеми.
8. Струм первинної обмотки трансформатора
9. Розрахункова потужність трансформатора
10. Типова потужність трансформатора з урахуванням потоків вимушеного намагнічування складає
де Кт - коефіцієнт типової потужності для трифазної мостової схеми Кт= 1,046.
Вибираємо узгоджуючий трансформатор ТСЗ 400/10 з наступними номінальними даними:
На підставі розрахунків обирається перетворювач частоти АСS 607-0400-3
Номінальний вхідний струм - 604 А
Номінальний вихідний струм - 60А
Короткочасно-припустимий вихідний струм - 661 А
На рис. 3. наведена функціональна схема електропривода за системою перетворювач частоти - асинхронний двигун з автономним інвертором струму (ПЧ-АД). Система керування електроприводом виконана двоконтурною з Ш-регуляторами швидкості РШ і струму РС. Сигнал зворотного зв'язку за струмом береться з давача випрямленого струму ДС у ланці постійного струму. Регулятор швидкості забезпечує завдання на струм і одночасно формує сигнал завдання на СІФК інвертора АV2. На вхід СІФК інвертора подається сигнал зворотного зв'язку за швидкістю з давача швидкості ДШ.
На робочій ділянці характеристики частотного електропривода практично лінійні, тому можливе представлення системи ПЧ-АД лінеаризованої моделі.
Структурна схема системи наведена на рис. 4.
Коефіцієнт жорсткості АД
,
Рисунок 3 – Функціональна схема електропривода
за системою ПЧ-АД
Рисунок 4 – Структурна схема лінеаризованої моделі системи ПЧ-АД
де
Електромагнітна стала часу:
де
2.2 Визначення добових витрат та втрат електроенергії при різних
способах регулювання продуктивності турбомеханізму
Визначення добових витрат електроенергії розраховується на підставі результатів моделювання режимів регулювання продуктивності турбомеханізму.
Добові витрати електроенергії при регулюванні продуктивності турбомеханізму засувкою або направляючим апаратом
,
де
- добові витрати електроенергії;
потужність, яка спожита турбомеханізмом за час роботи 
Добові витрати електроенергії при регулюванні продуктивності швидкістю обертання робочого колеса турбомеханізму.
,
де
- добові витрати електроенергії;
потужність, яка спожита за час регулювання продуктивності швидкістю обертання робочого колеса турбомеханізму. Різниця добових витрат електроенергії
Різниця річних витрат електроенергії
кВт∙годде Т=8760 годин на рік.
Вартість економії електроенергії
де Су.о. - вартість 1 кВт∙год електроенергії, 0,25 грн. (0,05 у.о.).
3 Розрахунок терміну окупності енергозберігаючого електропривода
При виборі способу регулювання продуктивності швидкістю обертання робочого колеса турбомеханізму необхідно врахувати вартість перетворювача частоти та узгоджувального трансформатора.
Вартість перетворювача частоти невеликої потужності складає: Суп=(100...120)у.о./кВт.
Вартість узгоджувального трансформатора (60...75) у.о./кВА.
Потужність асинхронного двигуна Рн=250 кВт.
Отже, вартість перетворювача частоти складає
Сп=СупР =
у.о.Трансформатора
Ст=Сут∙Sтр=
у.о.Повна вартість електрообладнання
у.о.Приймаємо середню вартість електрообладнання
Сср=
у.о.Енергія за рік при регулюванні продуктивності засувкою або
направляючим апаратом
кВт∙год.Енергія за рік при регулюванні швидкості обертання робочого колеса
турбомеханізму
кВт∙год.Зниження споживаної енергії при переході на регульований
електропривод
кВт∙год.Ефект, обумовлений застосуванням регульованого електроприводу
кВт∙годСтрок окупності при використанні перетворювача частоти складе:
Висновок
З розрахунків курсової роботи видно, що використання частотно-регульованого електропривода більш виправдане ніж використання традиційного, це можна побачити по витратам електроенергії при регулюванні засувкою та регулюванням обертів робочого колеса. Використання методу регулювання швидкістю робочого колеса дає економію енергоспоживання
кВт∙год на добу та 
кВт год на рік.Тому якщо переважають недоліки традиційного приводу, вони можуть бути зменшені шляхом заміни його частотно-регульованим електроприводом.
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ
1. Закладний О.М., Праховник А.В., Соловей О.І. Енергозбереження засобами промислового електропривода.-К.: Кондор, 2005.-408с.
Энергосбережение в электроприводе/ Н.Ф.Ильинский, Ю.В.Рожанковский, А.О.Гарнов.-М.: Высш.шк., 1989.-127с.
Накопители энергии: Учебн.пособие для вузов/ Д.А.Бут, Б.Л.Алчевский, С.Р.Мизюрин,Ю П.В.Васюкевич/Под.ред.Д.А.Бута.-М.: Энергоатомиздат, 1991.-400с.
Кашкалов В.И., Половинкин Б.И. Улучшение энергетических показателей управляемых выпрямителей.-К.: Техніка , 1988.-159с.
.