3 Попередній розрахунок потужності приводного двигуна

Для знаходження максимальної потужністі статичного навантаження скористаємось формулою:

(3.1)

де Р_max – максимальна статична потужність ліфта, кВт;

ω_ном – кутова швидкість при підйомі номінального вантажу, рад/с:

(3.2)

(рад/с);

(3.3)

Так як в нашому випадку тривалість вмикання електродвигуна(ТВ=83%) близька до 100%, то будемо обирати двигун із режимом роботи S1- тривалий.

Потужність приводної двигуна визначаємо за формулою:

(3.3)

де k_зап – коефіцієнт запасу котрий враховує тертя, можливі зниження напруги, неякісне змащування(k_зап = 1.1÷1.3);

ТВ_ст.%­ – стандартна тривалість вмикання,%;

ТВ_факт.% – фактична тривалість вмикання,%;

(кВт).

Висновок: попередній розрахунок показав, що потужність приводного двигуна знаходиться в діапазоні 7,8 - 9,2 кВт. Обираєм із каталогу приводний двигун 11 кВт, потужність якого є найближча до заданого діапазону.

4 Техніко – економічне обґрунтування системи електропривода

Техніко – економічне обґрунтування виконується з метою вибору оптимального варіанту системи електроприводу, котрі придатні для даної робочої машини

Техніко – економічне обґрунтування базується на використанні двох критеріїв:

1. Технічний - передбачає порівняння технічних характеристик кожної з систем

Вибір конкретної системи електроприводу ліфта обумовлюється вимогами точності зупинки, швидкості руху, допустимими прискореннями.

В нашому випадку можливе застосування наступних систем електроприводу:

- ПЧ-АД, ця система забезпечує високий діапазон регулювання, регулювання відбувається плавно, жорсткість механічних характеристик не змінюється, високі енергетичні показники.

- РКС-АД з ФР – діапазон регулювання складає D=2:1, жорсткість зменшується при введенні додаткового опору, регулювання швидкості відбувається ступінчасто, низькі енергетичні показники.

- ТРН-АД з ФР – при замкнутій системі діапазон регулювання складає D=10000:1, жорсткість не змінюється, недоліком є те що в районі малих швидкостей великі втрати, регулювання швидкості відбувається плавно.

- РКС-ДПС – при цьому способі регулювання в коло якоря вводяться додаткові опори, котрі забезпечують діапазон регулювання D=5:1, при введенні додаткового опору жорсткість знижується, регулювання відбувається стрибкоподібно, момент також змінюється стрибком, низькі енергетичні показники.

- ТП-Д - при регульованому джерелі напруги діапазон регулювання складає D=1000:1, жорсткість не змінюється , плавне регулювання швидкості, момент також змінюється плавно, високі енергетичні показники.

Існуючий сьогодні електропривод постійного струму з релейно-контакторною системою керування простий, але неекономічний по витраті електроенергії і поточних витратах на утримання. Цей привід за багатьма параметрами вже перестав задовольняти сучасним вимогам. Релейно-контакторна система управління потребує частого обслуговування і ремонту, пов'язаного з малими ресурсними можливостями контактних систем, і вимагає значних, у загальному обсязі, матеріальних витрат. Крім того, як показує досвід експлуатації, некваліфіковане обслуговування та ремонт призводить до відмов обладнання на лінії, що веде до збоїв графіка руху і в кінцевому результаті до матеріальних збитків. Аналізуючи причини відмов, можна сказати, що в більшості випадків вони пов'язані з порушенням технології обслуговування і ремонту устаткування приводу. Економічність приводу постійного струму невисока через великих втрат енергії на пуско-гальмівних реостатах в режимах розгону та гальмування.

Але використання двигуна постійного струму для приводу ліфта дозволяє підвищити їх продуктивність, що є важливим особливо при великій кількості поверхів, знизити час очікування кабіни і суттєво збільшити плавність ходу кабіни, особливо в періоди пуску та зупинки.

Основною перевагою двигуна постійного струму в порівнянні з асинхронним двигуном змінного струму є можливість регулювання числа обертів в широких межах, точність зупинки.

Одним з головних конкурентів класичного приводу на постійному струмі є асинхронний привід, який більш економічний по витраті енергії, значно знижує експлуатаційні витрати на обслуговування за рахунок застосування сучасних високоресурсних і надійних в роботі напівпровідникових приладів, які не потребують обслуговування. Знижується вірогідність виникнення відмов через неякісний ремонт. Застосовуються системи з одно - і двошвидкісними асинхронними електродвигунами (АД) з коротко замкненим ротором (К.З.Р.). Двигуни з фазним ротором (Ф.Р.) використовуються, як правило, тільки на вантажних підйомниках, при обмеженій потужності живлячої мережі. Застосування АД з Ф.Р. дозволяє покращити якісні характеристики при розгоні приводу, але не дає можливості отримання точної зупинки.

2. Економічний – передбачає порівняння розглянутих систем згідно приведених затрат .

Приведені витрати – показник порівняльної економічної ефективності капітальних вкладень.

При порівнянні можливих варіантів вирішення будь-якого завдання кращим, за інших рівних умов, вважається варіант, що вимагає мінімуму приведених витрат:

(4.1)

де Е_н – нормативний коефіцієнт економічної ефективності капітальних вкладень( Е_н = 0,17);

К – капітальні вкладення, грн;

С_і – загальні щорічні відрахування, які враховуються в собівартості продукції (враховуючи і амортизаційні відрахування), грн/рік.

Здійснимо розрахунок для системи перетворювач частоти – асинхронний двигун( ПЧ-АД).

Визначаємо капітальні вкладення за формулою:

(4.2)

де Д – вартість приводного двигуна ( Д = 5200 грн);

СК – вартість системи керування ( СК =7000 грн),

(грн).

Річні капітальні витрати розраховуємо за формулою:

(4.3)

(грн/рік).

Загальні додаткові відрахування:

(4.4)

де С_А – амортизаційні відрахування, грн/рік;

С_Р – відрахування на ремонт, грн/рік;

С_Д – додаткові відрахування, грн/рік;

С_О – відрахування на обслуговування, грн/рік.

Величина амортизаційних відрахувань в середньому приймається 10% від капітальних вкладень:

(4.5)

(грн/рік).

Відрахування на ремонт електрообладнання приймають в розрахунку 2% від капітальних вкладень:

(4.6)

(грн./рік).

Додаткові відрахування враховують втрати енергії в електроприводі за рік:

(4.7)

де С_Д1 – втрати енергії в двигуні, грн./рік;

С_Д2 – втрати енергії в системі керування електроприводом, грн./рік.

Втрати енергії в двигуні враховують втрати енергії в стаціонарних та перехідних режимах за рік:

(4.8)

де ΔW_Σдв – сумарні втрати енергії в двигуні у стаціонарних та перехідних режимах роботи за рік, (кВт·год)/рік;

с – вартість для промисловості одного кіловата потужності за годину, грн/(кВт·год) (с = 0,5 грн/(кВт·год)).

Сумарні втрати енергії в двигуні у стаціонарних та перехідних режимах роботи за рік:

(4.9)

де ΔР_ном – втрати потужності в двигуні в номінальному режимі роботи, кВт;

ΔР_перех. – додаткові втрати потужності в двигуні у перехідних режимах роботи, кВт;

k_з – коефіцієнт завантаження по потужності ( приймають рівним 0,8);

Ф – дійсний фонд часу роботи системи електричного привода за рік, год/рік.

Втрати потужності в двигуні в номінальному режимі роботи:

, (4.10)

де Р_ном – номінальна потужність електричного двигуна( Р_ном=11кВт );

η_ном – номінальний ККД двигуна (η_ном = 0,87).

Додаткові втрати потужності в двигуні у перехідних режимах роботи приймають рівними 10% від номінальних:

, (4.11)

(кВт).

Дійсний фонд часу роботи електричного привода за рік:

(4.12)

де ТВ_факт% – фактична тривалість ввімкнення (ТВ_факт% = 83%);

Z_р.д. – кількість робочих днів за рік ( Z_р.д. = 255 днів);

Z_р.з. – кількість робочих змін ( Z_р.з. = 3);

t_р.з. – тривалість робочої зміни ( t_р.з. = 8 год),

Сумарні втрати потужності в двигуні у стаціонарних та перехідних режимах роботи:

(кВт·год/рік).

Сумарні втрати енергії в системі керування електроприводом за рік:

(4.13)

де ΔР_ном – втрати потужності в системі керування електроприводом, кВт;

, (4.14)

де Р_пп – номінальна потужність перетворювального пристрою, кВт;

η_пп – номінальний ККД перетворювального пристрою.

_{Втрати енергії в системі керування електроприводом:}

(кВт·год/рік),

(грн).

Відрахування на обслуговування електрообладнання приймають рівним 5% від суми відрахувань на амортизацію, ремонт та додаткових витрат:

(4.15)

(грн).

Загальні додаткові відрахування:

(грн./рік)

Приведені витрати:

(грн)

Для інших систем електропривода проводимо аналогічні розрахунки, результати розрахунків зведемо в таблицю 4.1.

Таблиця 4.1 – Порівняльна таблиця систем електричного приводу

Показники	Системи електричного привода
	РКС-ДПС	ТП-Д	РКС-АД ФР	ТРН-АД ФР	ПЧ-АД
1	2	3	4	5	6
Вартість двигуна Д, грн	13000	13000	10400	10400	5200
Вартість системи керування СК, грн	3500	6300	3850	6300	7000
Капітальні вкладення К, грн	16500	19300	14250	16700	12200
Річні капітальні витрати Крічн, грн/рік	2805	3281	2422,5	2839	2074
Амортизаційні відрахування СА, грн/рік	1650	1930	1425	1670	1220
Відрахування на ремонт СР, грн/рік	330	386	285	334	244
Додаткові відрахування СД, грн/рік	15818	18502	13661	16009	11696
Відрахування на обслуговування СО, грн/рік	890	1040	769	901	658
Загальні відрахування С, грн/рік	18688	21858	16140	18914	13818
Приведені витрати З, грн/рік	21493	25139	18562	21753	15892

Висновок: З врахуванням техніко – економічних розрахунків і простоти в експлуатації, вибираємо систему керування: перетворювач частоти - АД з короткозамкненим ротором, яка є значно дешевшою в порівнянні з іншими системами і не потребує зайвих витрат.

АД з короткозамкненим ротором є найбільш простий та надійний електродвигун, який практично не вимагає обслуговування.

Перетворювач частоти призначений для безступінчатого регулювання частоти обертання асинхронного, синхронного електродвигуна. Частотні перетворювачі дозволяють реалізовувати досить складні алгоритми управління, здійснювати захист двигуна, оптимізувати режими роботи залежно від навантаження і виконувати інші функції. Застосування частотних перетворювачів з асинхронними двигунами є перспективним і економічно обґрунтованим. Система ПЧ-АД має добрі регулюючі властивості. Діапазон регулювання 10000:1.

Недоліком системи ПЧ-АД є погіршення якості електроенергії в мережі, особливо при малопотужних джерелах живлення.