автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Обоснование вариантов и разработка электроприводов для основных механизмов линии переработки сахарного тростника

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ЗАВИСИМОСТИ, ХАРАКТЕРИЗУЮ» РАБОТУ ОСНОВНЫХ

МЕХАНИЗМОВ ЛИНИИ ПРОИЗВОДСТВА САХАРА.

1.1. Описание технологического процесса и применяемых систем электропривода

1.2. Соотношения, характеризующие работу главных транспортеров

1.3. Зависимости, характеризующие работу соковыжималки

1.4. Нестабильность нагрузки электроприводов основных механизмов и питающей сети.

Выводы по первой главе . 34

ГЛАВА 2. СОПОСТАВЛЕНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ГЛАВНЫХ

ТРАНСПОРТЕРОВ И СОКОВЫЖИМАЛОК.

2.1. Основные технические показатели электроприводов, применяемых в настоящее время . з(о

2.2. Основные технические показатели возможных для применения систем электропривода

2.3. Сравнение систем электропривода по основным техническим показателям

2.4. Сопоставление электроприводов по экономическим и массо-габаритным показателям

Выводы по второй главе

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НЕСТАБИЛЬНОСТИ НАГРУЗКИ

И ПИТАЮЩЕЙ СЕТИ НА РАБОТУ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ.

ЗД. Взаимосвязь работы электроприводов основных механизмов

3.2. Влияние нестабильности нагрузки и питающей сети на работу базового электропривода

3.3. Влияние нестабильности нагрузки и питающей сети на работу АВК.

3.4. Сопоставление базового электропривода и АВК по влиянию нестабильности нагрузки и питающей сети.

Выводы по третьей главе . ш

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛДЦОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА

СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА.

4.1. Описание экспериментальной установки . Ю

4.2. Экспериментальное подтверждение основных зависимостей для асинхронного вентильного каскада

4.3. Разработка системы электропривода основных механизмов

4.4. Модернизация электроприводов основных механизмов

Выводы по четвертой главе

Сахарная промышленность, как отмечается в документах второго съезда Коммунистической партии Кубы, занимает ведущую роль в народном хозяйстве Республики Куба. В проекте директив по экономическому развитию Республики Куба на пятилетие с 1981 по 1985г.г. представленном на обсуждение съезда, намечалось повысить производство сахара на 20.25% по сравнению с предыдущим пятилетием. Дальнейшее развитие других областей промышленности Кубы зависит от выполнения этих планов, что объясняется большой зависимостью всех отраслей от внешней торговли, в которой экспорт сахара занимает главное место.

В 1981 г. стоимость сахара на мировом рынке составляла при-•мерно 55$ средней себестоимости, что обусловлено не только падением стоимости сахара на мировом рынке, но и относительно высокой производственной стоимостью из-за малоэффективное™ процесса производства. В этом существенное влияние оказывает нерациональное использование электроэнергии.

На Кубе установленные мощности основных механизмов линии переработки сахарного тростника, которыми являются транспортеры и соковыжималки, составляют примерно 13% от суммарной установленной мощности всех потребителей электроэнергии. Каждый из приблизительно 150 заводов по производству тростникового сахара имеет несколько таких линий.

Поэтому наряду со строительством новых заводов для достижения планируемого роста производства сахара, первостепенной задачей является реконструкция и модернизация этой отрасли промышленности с целью повышения ее экономичности и производительности.

Высокая производительность и экономичность линий переработки сахарного тростника может быть достигнута при обеспечении оптимального технологического процесса, который характеризуется максимальными скоростями электроприводов линии и равномерностью загрузки транспортеров и соковыжималок. Однако, реально существующая в производственных условиях неравномерность загрузки этих основных механизмов линии вызывает необходимость регулирования скоростей вращения их электроприводов.

Для регулирования скорости этих механизмов применяются различные электроприводы, некоторые из которых явно устарели. Это объясняется тем, что большинство производящих тростниковый сахар стран являются развивающимися и используют старое оборудование, а уровень их научно-исследовательских кадров еще недостаточен для изменения этого положения собственными силами.

Чтобы изменить указанное положение и модернизировать электроприводы основных механизмов линии переработки сахарного тростника, необходимо всестороннее рассмотрение этой проблемы. Это ооложняется тем, что в технической литературе отсутствуют четко сформулированные требования к таким электроприводам и зависимости, характеризующие работу этих механизмов и пригодные для использования специалистами-электроприводчиками. Большинство известных для этих механизмов зависимостей являются эмпирическими и предназначены для специалистов-механиков.

В литературе отсутствуют рекомендации по выбору типа современного электропривода для основных механизмов линии переработки сахарного тростника и по модернизации существующих. Исключением является диссертационная работа Марио Морейры "Электропривод переменного тока транспортеров сахарных заводов", выполненная на кафедре автоматизированного электропривода МЭИ. Однако, вывод, сделанный в этой диссертации, о работе электропривода транспортера при постоянстве мощности представляется спорным. Кроме того, здесь полностью отсутствуют рекомендации по выбору электроприводов соковыжималок, число которых в одной линии переработки тростника достигает 6.7 и установленная мощность двигателей которых в несколько раз превышает таковую для транспортеров. Поэтому повышение экономичности необходимо прежде всего для электроприводов соковыжималок, сведений о режимах работы которых в литературе не имеется.

В соответствии с изложенным целями настоящей работы являлись.

1. Нахождение зависимостей для приводов основных механизмов, определение характера нагрузки и взаимосвязи их работы.

2. Технико-экономическое сопоставление применяемых и возможных для применения электроприводов этих механизмов.

3. Экспериментальное подтверждение основных известных и найденных зависимостей для выбранной системы привода.

4. Разработка наиболее выгодной по большинству технико-экономических показателей системы электропривода основных механизмов линии переработки сахарного тростника и рассмотрение возможности модернизации наиболее распространенных приводов этих механизмов на Кубе.

Рассмотрению известных соотношений и нахождению зависимостей для основных механизмов линии переработки сахарного тростника, а также определению характера и количественных оценок нагрузки для их приводов посвящен материал первой главы настоящей работы.

Определение и сопоставление технико-экономических показателей применяемых и возможных для применения систем электропривода этих механизмов для выбора наиболее выгодной из них по большинству основных показателей выложено во второй главе.

В третьей главе работы рассмотрена взаимосвязь работы электроприводов основных механизмов линии переработки тростника и аналитически определяется важный с этой точки зрения показатель -нестабильность скорости вращения привода, вызываемая нестабильностью его нагрузки и питающей сети, для лучшего из применяемых сейчас электроприводов и рекомендованного в результате предыдущего сопоставления.

Четвертая глава работы посвящена экспериментальному подтверждению основных известных и найденных зависимостей для выбранного электропривода, разработке системы привода основных механизмов, а также рассмотрению варианта модернизации привода, нашедшего к настоящему времени наибольшее применение на Кубе.

Выводы по четвертой главе

Выполнены экспериментальные исследования на физическом макете электропривода, в результате которых полностью подтверждены рассмотренные известные и найденные в работе для АВК зависимости. На основании опытных данных предложено соотношение для оценки выпрямленного тока АВК при моменте сопротивления, отличном от номинального.

Показано, что рассмотренные известные и найденные в работе зависимости для АВК обладают точностью, вполне достаточной для инженерных расчетов.

Разработана система электропривода основных механизмов линии переработки тростника по схеме асинхронного вентикального кас

- iЗC,када с одним резервным блоком, содержащим выпрямитель, реактор и инвертор со схемой управления, на два примерно одинаковых по мощности привода и одним общим для них блоком пусковых резисторов.

Предложен вариант модернизации наиболее распространенных на Кубе электроприводов основных механизмов линий переработки сахарного тростника, характеризующийся минимально возможными затратами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполнен анализ известных и полученных зависимостей, характеризующих работу основных механизмов линии переработки сахарного тростника, в результате которого определены моменты сопротивления их электроприводом. Показано, что эти моменты сопротивления непостоянны, найдены оценки их средних величин и нестабильности.

Рассмотрены основные технические показатели применяемых для основных механизмов электроприводов, в результате сопоставления которых лучшим признан асинхронный двигатель, регулируемый резисторами в цепях ротора, принятый в качестве базового привода для дальнейших сравнений.

Определены основные технические показатели электроприводов, применение которых для основных механизмов линий переработки тростника возможно, и выполнено их сопоставление с аналогичными показателями базового привода. В результате установлено, что наибольшим коэффициентом мощности и надежностью обладает базовый привод, а наивысшим КПД обладают асинхронный вентильный каскад и машина двойного питания. Из систем электропривода, применение которых возможно, наивысшими КПД, коэффициентом мощности и надежностью обладает асинхронных вентильный каскад.

В результате сопоставления электроприводов по экономическим показателям установлено, что с экономической точки зрения наиболее выгодно применение асинхронного вентильного каскада. Показано также, что при модернизации с использованием установленного асинхронного двигателя и компенсирующих конденсаторов базового электропривода наименьшие затраты, наименьший срок окупаемости и наибольший годовой экономический эффект достигается также при внедрении асинхронного вентильного .каскада.

Найдены аналитические зависимости, позволяющие определить нестабильности скоростей вращения базового электропривода и асинхронного вентильного каскада при нестабильности моментов сопротивления и питающей сети.

Выполнено сопоставление базового электропривода и асинхронного вентильного каскада по влиянию нестабильности нагрузки и питающей сети при условиях, соответствующих реальным для приводов основных механизмов, в результате которого установлено, что отношение нестабильности скорости вращения базового привода к этому показателю для АВК достигает 3,8.

Выполнены экспериментальные исследования на физическом макете электропривода, в результате которых полностью подтверждены рассмотренные известные и найденные для асинхронного вентильного каскада зависимости и показано, что они обладают достаточной для инженерных расчетов точностью.

Разработана система электропривода основных механизмов линии переработки тростника по схеме асинхронного вентильного каскада с резервированием наиболее ненадежной его части на два примерно одинаковых по мощности привода, а также предложен вариант модернизации базового электропривода, нашедшего к настоящему времени на Кубе наибольшее применение.

1. Hugot E. И an dt оок oj cane sugar engineering . vol. 1. - Amsterdam, London, blew VorK , Prin ceton í Elsevier publishing company у 1.60.- 458 f>.

2. Indices de са|эас'| da des j?ara ingenios de crudos de Cuta.- La Habana : Ciencia y Técnica f d911 . — 250

3. M urry ч-.K. an d Molt J.E. Пе mechanics o£ crushing su^ar cañe.— Habana: Edi cion Revolucionaria, Í97Í. 144 (5.

4. Feria- Queral J. Influencia de la presión liídravlica -en ía eficiencia de los molinos.- Minaz. 1982, Junio.

5. Grnosh S. N. Drives for su^ar millirjej plants.- Bombay ; Electrical India, Í97G, Ж 8 , }>. 5"-11 .

6. Feodorov A.A.j Rodriguez Lojbez E, Suminisiro eleetrico de empresas industriales . - (Tiudad de la Habana : Editorial Pueblo y Ed ucac ion. J.980. - 346 Jd.

7. Морера-Эрнандес M. Электропривод переменного тока транспортеров сахарных заводов. Диссертация. - М.: МЭИ, 1980.-151 с.

8. Гайдукевич В.И., Титов B.C. Случайные нагрузки силовых электроприводов. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 161 с.

9. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений. М.: Наука, 1969. - 512 с.

10. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода. М.: Энергоиздат, 1981. - 576 с.

11. Основы автоматизированного электропривода. М.: Энергия, 1974. - 567 с.

12. Голован А. Т. Основы электропривода. M.-JI.: Госэнергоиздат, 1959. - 344 с.

13. Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978. -832 с.

14. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. Часть вторая. Машины переменного тока. М.-Л.: Энергия, 1965. -704 с.

15. Трухний А.Д., Лосев С.М. Стационарные паровые турбины. М.: Энергоиздат, 1981. - 456 с.

16. Иванов-Смоленский A.B. Электрические машины. М.: Энергия, 1980. - 928 с.

17. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Электрооборудование и автоматизация. М.: Энергоиздат, 1981. -624 с.

18. Тиристорные преобразователи частоты в электроприводе/Берн-штейн А.Я., Гусяцкий Ю.М., Кудрявцев A.B., Сарбатов P.C. М.: Энергия, 1980. - 328 с.

19. Онищенко Г.Б., Локтева И.Л. Асинхронные вентильные каскады и двигатели двойного питания. М.: Энергия, 1979. - 199 с.

20. Маевский O.A. Энергетические показатели вентильных преобразователей. М.: Энергия, 1978. - 319 с.

21. Шапиро Л.Я. Машины двойного питания. М.: МЭИ, 1983. - 60 с.

22. Довганюк И.Я., Шакарян Ю.Г., Казарян С.Л. Коэффициент мощности управляемой машины переменного тока с преобразователем частоты. Электротехника, 1974, № I, с.12-14.

23. Сборник задач по теории надежности. М.: Советское радио, 1972. - 407 с.

24. Сотсков Б.С. Основы теории и расчета надежности элементов и устройств автоматики и вычислительной техники. М.: Высшая школа, 1970. - 271 с.

25. Надежность электронных элементов и систем. М.: Мир, 1977. -258 с.

26. Электротехнический справочник, т.2, Электротехнические устройства/Под общ.ред. проф.В.Г.Герасимова, П.Г.Грудинского, Л.А.Жукова и др. М.: Энергоиздат, 1981. - 640 с.

27. Расчеты экономической эффективности новой техники/Под ред.Ве-ликанова K.M. Л.: Машиностроение, 1975. - 430 с.

28. Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе. -М.: Энергия, 1967. 472 с.- шг1. Основные обозначения

29. Хл* относительное сопротивление, зависящее от параметров АД и трансформатора;- время одной сафры;пт, \/Гр линейные скорости питающего и подъемного транспортеров соответственно;

30. А угол управления инвертором;1. Т угол коммутации;

31. Д(л)(и) относительная нестабильность скорости из-за напряжения;

32. АСО($) относительная нестабильность скорости из-за частоты;1п КПД передачи транспортеров;- КПД передачи соковыжималки;- средний КПД;

33. Я относительная величина критического момента;1. Яг интенсивность отказов;- глубина регулирования выходного напряжения преобразователя;

34. V коэффициент, учитывающий искажение формы первичных токов;

35. Ат| плотность тростника на питающем и подъемном транспортерах;

36. СозУср средний коэффициент мощности;

37. Ы относительная скорость вращения двигателя;- скорость вращения при 1Т) Мс , 17= Т/н , £ = }н и

38. С0ПТ, С0ТР, и)с$ скорость вращения двигателей питающего и подъемного транспортеров и соковыжималки соответственно;

39. СОи, скорость вращения цилиндров соковыжималки;

40. СО(Ц)г) скорость вращения на регулировочной характеристике при т^1Пс, и^и„ и f=:^н ;

41. Сл)(Ьг) скорость вращения на регулировочной характеристике прит^тС1 Т7=ин и ;скорость вращения при ГА Ф ГПС , ин , $ = fй и

42. Ьф- скорость вращения при т^тс, и=ин , f и- суммарные затраты, связанные с применением данной системы привода;

43. Зср ~ затРаты на приобретение двигателя и системы регулирования привода соответственно;

44. Зкк затраты на компенсирующие конденсаторы при условии обеспечения ^ 0,9;2 затраты на модернизацию.