Электрификация и автоматизация отделения домола сырьевого цеха ОАО "Русал-Ачинск"

9

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ ГОРНОГО ДЕЛА, ГЕОЛОГИИ И ГЕОТЕХНОЛОГИЙ

Кафедра «Электрификации горно-металлургического производства»

140604.65 - Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

в форме дипломного проекта

ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ОТДЕЛЕНИЯ ДОМОЛА СЫРЬЕВОГО ЦЕХА ОАО «РУСАЛ-АЧИНСК»

Руководитель _______________ Кибардин В.В.

Студент ГГ 04 - 02 ___________Чикуров И.А.

Красноярск 2009

Введение

Дипломный проект выполнен на тему “Электрификация и автоматизация отделения домола сырьевого цеха” ОАО «РУСАЛ-Ачинск» на основе информации, полученной на действующем предприятии в ходе преддипломной практики.

В отделении домола приняты к эксплуатации шаровые мельницы с синхронными электродвигателями мощностью 2400 кВт марки ДМН-244-60. Установлены комплектные распределительные устройства серии К-63. Заменены масляные выключатели ВКЭ-10 на вакуумные ВВ/TEL-10. Отделение домола сырьевого цеха питается напряжением 10 кВ от распределительного пункта РП-12. От РУ-10 кВ получают питание 7 высоковольтных электродвигателей.

Преобразователь частоты марки - ПЧИТ для мешалок ТТЕ-16-690-50-УХЛ4 с электродвигателями мощностью 11 кВт марки АО2-52-6 на напряжение 0,4 кВ обеспечивает:

- плавное регулирование частоты вращения в заданном диапазоне, либо стабилизацию технологических параметров привода;

- плавный пуск и торможение двигателей с регулируемым темпом;

- ограничение тока и момента в динамических режимах работы;

- рекуперацию энергии торможения в питающую сеть.

Автоматическое управление и контроль технологическим процессом осуществляется программируемым контроллером серии DVP-ES, к которому подключены датчики контроля и регулирования технологических параметров, при необходимости коррективы может вносить оператор с пульта управления.

В специальной части предложена схема, при которой с первичными датчиками, минуя промежуточные преобразователи, работает микропроцессорный программируемый контроллер DVP-ES. Это позволило повысить надежность систем управления, на которые оказывают влияние температура, влажность и запыленность среды, механическая нагрузка, наличие вибрации и применить систему регулирования отношения «пульпа - известняк». Такая модернизация позволяет в значительной степени уменьшить расход топлива на спекание, т.к. влажность шихты поддерживается на оптимальном уровне.

Дипломный проект выполнен на 10 чертежах в программе Компас на формате А1, к нему прилагается пояснительная записка объёмом 130 страниц.

1. Технология и оборудование

Отделение приготовления шихты (ОПШ) предназначено для мокрого размола нефелиновой руды и известняка в трубных мельницах на оборотном растворе и приготовлении шихты для спекания.

1.1 Характеристика сырья

Для получения шихты стандартного состава необходимо точное дозирование всех трех компонентов (нефелиновой руды, известняка, оборотного раствора), обеспечивающее заданные значения известнякового и щелочного модулей, где:

- известняковый модуль - молярное отношение суммы оксида кальция к диоксиду кремния (М изв = 1,07 · (CaO/SiО2));

- щелочной модуль - молярное отношение суммы оксидов натрия и калия в пересчете на оксид натрия к оксиду алюминия (Мщел.= 1,645 · [(Na2O + 0,656 К2О)/Аl2О3]).

крупность помола, содержание фракции +0,08 мм, %;

влажность (W), %;

постоянство состава.

Дозировка количества известняка на тонну руды ведется из расчета: на одну молекулу диоксида кремния (SiО2) две молекулы оксида кальция (СаО), поэтому известняковый модуль должен быть близок к 2,00±0,02. Необходимые соотношения обеспечиваются с помощью подсистемы АСУТП «Пилот».

Известняк в процессе производства дозируется для связывания окиси кремния (SIO2) в нефелиновой руде в двух кальциевый силикат (2СаО* SIO2), который образуется при спекании и выводится из процесса производства глинозема в цехе гидрохимии.

Размол нефелиновой руды и известняка ведется на оборотном растворе, который состоит из содового раствора, белого шлама, известкового шлама каустификации и смывных вод блока коррекционных бассейнов. Перед подачей в мельницы раствор корректируется таким образом, чтобы карбонатная щелочь в оборотном растворе, щелочь нефелиновой руды полностью связывали Аl2О3 нефелиновой руды, то есть на одну молекулу Аl2О3 необходимо одну молекулу R2O. Поэтому щелочной модуль в шихте должен быть равен 1,0.

В нефелиновой руде, наряду с основными компонентами, содержится некоторое количество примесей (железо, сульфаты, хлориды и т.д.), поэтому дозировка в шихту щелочей и известняка производится с учетом наличия примесей, и фактический состав шихты по модулям несколько отличается от теоретического.

1.2 Описание аппаратурно-технологической схемы

Приготовление шихты заключается в мокром измельчении в шаровых мельницах на оборотном растворе известняка и нефелиновой руды с последующим их смешением и доизмельчением в мельницах домола.

Нефелиновая руда поступает из отделения подготовки руды со склада системой конвейеров через перегрузочный узел «Р-5» на ленточный конвейер №13. С конвейера, посредством сбрасывающей тележки, руда распределяется по бункерам с №№ 15-22. Из бункеров нефелиновая руда дисковыми питателями ДТ-200 подается на весоизмерители, а с весоизмерителя в течки мельниц, куда вместе с рудой подается содовый раствор. Концентрация оборотного раствора задается из расчета: на одну молекулу оксида щелочных металлов ((Na, K)2O) в шихте одна молекула оксида алюминия (Аl2О3), поэтому щелочной модуль должен быть близок 1,0. Нефелиновую руду размалывают на мельницах №№ 15-22. Оборотный содовый раствор после схемы усреднения в бассейнах, из 8, 10, 11 и 14 коррекционных бассейнов насосами №№ 11к, 12к, 13к, 14к, 17к типа NBB-200 подается по трубопроводу, проложенному по галерее трубопроводов ГТ-28 на мельницы с 15 по 22 и насосом 7к и 7Ак в мешалку 3 (4) Ш 7,5x9 м.

Существует четыре стадии приготовления шихты:

I стадия - размол нефелиновой руды с добавлением оборотного раствора, мельницы № 15,22;

II стадия - домол нефелиновой пульпы, мельницы № 11,14;

III стадия - размол известняка совместно с нефелиновой пульпой, мельницы № 1-8, 29, 30.

IV стадия - домол нефелиновой шихты, известняка, мельницы № 9,10, 23,28, 31,33.

Технологической схемой предусмотрена работа рудных мельниц в замкнутом цикле размола нефелиновой руды с использованием гидроциклонов ГЦР-500. По этой схеме нефелиновая пульпа из мешалок № 8-11 подается через распределительный бачок на пару гидроциклонов. Пески гидроциклонов через песковые насадки возвращаются в мельницы, слив поступает в мешалки № 8а-11а, откуда перекачивается в сборные мешалки № 5 или № 4, из которых подается на вторую стадию домола нефелиновой пульпы.

Для выдерживания влажности нефелиновой пульпы, поступающей на гидроциклоны, в мешалки № 8-11 подается оборотный раствор.

Из сборных мешалок № 4 или № 5 нефелиновая пульпа насосами № 14 или № 15 подается на мельницы второй стадии домола нефелиновой пульпы № 11-14. По выходу из мельниц второй стадии нефелиновая пульпа через промежуточные мешалки № 6 и № 7 насосами 8ГРТ- 8 откачивается в сборные мешалки № 3 или № 4. Оборотный раствор подается в объемах, необходимых для поддержания заданных значений влаги в шихте после третьей стадии размола.

Подача оборотного раствора осуществляется с коррекционного бассейна № 14, откуда одновременно идет дозировка оборотного раствора в сборную мешалку № 6 блока каустификации для гидротранспорта песков. Пульпа с мешалки № 3 или № 4 насосами № 16, 17 или № 24 подается на известняковые мельницы третьей стадии.

Известняк из отделения дробления известняка системой конвейеров подается на конвейера № 711 и № 45 и сбрасывающей тележкой распределяется по бункерам № 1-8, 29, 30. Из бункера известняк через разгрузочный узел, весоизмеритель подается в течки мельниц № 1-8, 29, 30 куда насосами 8ГРТ-8 № 16 и № 17 или ГР-800/71 № 24 подается нефелиновая пульпа. В мельницах третьей стадии №№ 1-8, 29, 30 производится размол известняка, перемешивание его с нефелиновой пульпой и получение шихты, которая поступает в промежуточные мешалки № 1-4, 15 Ш 4,5x4,5 м, откуда насосами 8ГРТ-8 откачивается через распределительную емкость в сборные мешалки № 1, 2 Ш 7,5x9 м.

Из сборных мешалок № 1 или № 2 шихта насосами № 18-22, 28 распределяется по домольным мельницам № 9, 10, 23-28, 31-33 где происходит окончательный домол шихты. Из домольных мельниц, шихта через промежуточные мешалки №№ 5,12,13,14,16,17,18 Ш 4,5x4,5 м насосами №№ 10, 11, 41, 43-45, 53-55, 59, 60, 61, 63 перекачивается в сборные мешалки №6 или №7 Ш 7,5х9 м. Из мешалок шихта насосами NBB-250 №48 или №56, насосами ГР-800/71 №9 или №12 перекачивается в коррекционные бассейны для усреднения шихты до паспортных показателей, причем насосы №56 и №12 - качают на первую очередь КБ-1, а насосы №48 и №9 на вторую очередь КБ-1.

При приготовлении шихты для печей спекания стандартные значения модулей шихты периодически корректируются с учетом изменения состава сырья и зольности топлива для получения максимального извлечения полезных компонентов из спека.

Операторский пункт управления технологическим процессом приготовления шихты расположен в ОПШ-1.

1.3 Нормы технологического режима

Основной целью системы является получение кондиционной известняково-нефелиновой пульпы (шихты), не требующей корректировки и отвечающей в соответствии со стандартами предприятия следующим требованиям таблица 1.

Таблица 1 Нормы технологического режима

Стандартная шихта на печи, ра6отающей на мазутном топливе:
Содержание влаги (W)	29,0 - 30,5 %
Остаток на сите с сеткой № 008, не более	6,8 %
Модуль известняковый (М изв)	1,96 0,03
Модуль щелочной (Мщел.)	1,08 0,02
Стандартная шихта на печи, работающей на пылеугольном топливе:
Содержание влаги (W)	29,0 - 30,8 %
Остаток на сите с сеткой № 008, не более	6,8 %
Модуль известняковый (М изв)	2,05 0,03
Модуль щелочной (Мщел.)	1,12 0,02

При приготовлении шихты для печей спекания стандартные значения модулей шихты периодически корректируются с учетом изменения состава сырья и зольности топлива для максимального извлечения полезных компонентов из спека.

Усреднение шихты заключается в том, что при входе в систему модуль известняковый может колебаться в отличии от заданного в большую сторону или меньшую сторону пропорционально в течении 4-6 часов, а при выводе из схемы усреднения он постоянен и равен заданному. Исходя из времени колебания модуля известнякового перед входом в схему усреднения, выбирается объем емкостей, позволяющий сгладить эти колебания при выходе из конечной емкости.

1.4 Устройство оборудования

Сырьевая мельница

Одной из ответственных операций в ОПШ при подготовке сырьевых материалов к обжигу является помол, в процессе которого материалы (руда, известняк размером 20 - 25 мм) превращается в сметанообразную пульпу размером частиц 50 - 60 мм.

Помол происходит в шаровых мельницах 4 х 13,5 м, домол - в мельницах 3,2 х 14 м, установленных в блоке размола и дозировки. Они предназначены для помола известняка и нефелиновой руды и совместного помола и смешивания. Устройство этих мельниц одинаково. Они однокамерные и футерованы плитами. Мельница состоит из горизонтального цилиндрического корпуса, на концах которого приварены два фланца, к которым крепится днище. Каждое днище имеет обработанную и полированную цапфу.

Для предохранения корпуса мельницы от разрушающего действия шаров, она внутри футеруется бронями из марганцевой стали. Мельница футеруется самосортирующими плитами, способствующими равномерному распределению шаров по длине мельницы, а также перемещение мелких шаров к разгрузочной части. Домольные мельницы футерованы волнистыми плитами, способствующими большему поднятию мелющих тел.

Бронеплиты крепятся к корпусу мельницы болтами. Зазоры между плитами 3 - 5 мм. Торцевые плиты отливаются в виде отдельных частей диска и также крепятся болтами к днищам мельниц.

Загрузку шаров, бронеплит осуществляют через специальные люки. Размер люка соответствует длине и ширине бронеплит. Мельницы размола 29, 30 заполняются стальными шарами диаметром 40-100 мм, загрузка 238 т. Мельницы домола 28, 31-35 заполняются цильпебсом размером 18-40 мм, загрузка 150 т.

Корпус вращается в несущих подшипниках скольжения диаметром 1500 мм, ширина 550 мм. Для компенсации прогиба корпуса мельницы при полной загрузке, а также для погрешностей монтажа цапфовые подшипники выполнены самоустанавливающимися, конструкция подшипников одинаково-линейная, удлинение корпуса мельницы при нагревании компенсируется скользящей опорой. Цапфа со стороны загрузки мельницы выполнена без бортов. Вкладыши подшипника заливаются баббитом.

Загрузка мельницы материалом осуществляется при помощи загрузочной воронки. Выгрузка готового материала из мельницы осуществляется через выходную перегородку, состоящую из колосниковых плит, и подается в разгрузочную камеру.

В загрузочной камере имеется конус, который способствует продвижению материала к центру разгрузочной втулки. Внутри разгрузочной втулки имеется шнек, с помощью которого происходит выгрузка материала через разгрузочное окно, затем материал попадает в барабанное сито, которое задерживает инородные тела. Поэтому материал, пройдя барабан- сито, выгружается из мельницы через разгрузочную течку, а инородные тела и крупка удаляются через отдельную течку.

Мельница приводится в движение электродвигателем через редукторную передачу и промежуточный вал, соединенный непосредственно с днищем мельницы.

Скорость вращения мельницы от вспомогательного привода G = 0.2 об/мин. Для остановки мельницы в любом положении и для исключения случаев поворота мельницы в обратном направлении, вспомогательный привод оборудован тормозом.

Цепная мешалка

Мешалка состоит из цилиндрического корпуса и перемешивающего устройства. Перемешивающее устройство состоит из привода и центрального вала, опирающегося на подпятник. К валу посредством болтовых соединений и двух растяжек крепятся траверсы. На траверсы навешиваются цепи, а к их концам на расстоянии 100 - 150 мм от днища крепится волокуши. Вращение валу придается от электродвигателя через вертикальный редуктор.

Достоинства этого типа мешалок заключается в простоте устройства и дешевизне изготовления, эффективности перемешивания и универсальности применения.

Насосы

Насосы типа ГРТ-8 представляют собой одноступенчатый насос консольного типа с горизонтальным расположением вала. Опорной частью насоса является кронштейн с двумя шарикоподшипниковыми опорами. На консольную часть вала посажено рабочее колесо, закрепленное гайкой и контргайкой. К фланцу кронштейна крепится задняя половина наружного корпуса, в котором вмонтирован узел сальникового уплотнения с мягкой набивкой, предохраняющей от воздействия пульпы.

Насосы типа 8ГРТ-8 и NBB-250 предназначены для перекачки химически-нейтральной гидромассы с твердыми частицами.

1.5 Характеристика оборудования

Таблица 1.2 Характеристика оборудования

Наименование показателя	Единицы измерения	Величина
		размола	домола
Мельницы
Количество	шт	6	7
Габаритные размеры	м	4 х 13,5	3,2 х 14
Загрузка мелющими телами	т	238	150
Скорость вращения мельницы	рад/с (об/мин )	1,6 (16,2)	1,6 (16)
Главный привод мельницы: Электродвигатель напряжение мощность скорость вращения Передаточное число редуктора	В кВт рад/с (об/мин )	СДСЗ 17-76-12 10000 3200 50 (500) 30,9	ASS 8/2500 6000 1840 75 (750) 46,8
Вспомогательный привод мельницы: Электродвигатель мощность скорость вращения Передаточное число редуктора	кВт рад/с (об/мин )	АО2-91-6 55 98 (980) 159,4	А02- 72-8 17 75 (750) 48,6
Мешалки после мельниц
Количество	шт	5
Диаметр внутренний	м	4,5
Высота	м	4,5
Электродвигатель мощность скорость вращения	кВт рад/с (об/мин )	АО2-52-6 7,5 98 (980)
Насосы		8ГРТ-8	NBB-250
Количество	шт	4	8
Производительность	м3/ч	400	200
Напор	кПа (м вод. ст.)	372 (38)	588 (60)
Электродвигатель мощность скорость вращения	кВт рад/с (об/мин )	А03-315М-6 132 100 (1000)	5АМ315S4У3 160 150 (1500)

2. Электропривод мешалки

Мешалка предназначена для перемешивания шихты. Как правило, смешивание смеси в необходимых пропорциях выполняется не одной, а несколькими мешалками. Основным требованием к данному механизму является непрерывное перемешивание. Кроме этого требования, характерными особенностями электропривода мешалки являются работа с переменными нагрузками, не зависящими от скорости.

Переменные, скачкообразные нагрузки определяются различными геометрическими размерами фракций и вероятностью их попадания и затирания между движущимися частями механизма. До настоящего времени все перечисленные задачи решались управляемыми электроприводами постоянного тока. Однако ввиду повышенной стоимости самих двигателей и сложности их обслуживания, наличия токопроводящей пыли в окружающем воздухе и широкого диапазона рабочих температур их применение становится проблематичным.

Скорость вращения в настоящее время изменяется путем переключения числа пар полюсов асинхронного двигателя.

2.1 Оценка способов регулирования асинхронного двигателя

Регулирование скорости асинхронного двигателя изменением величины питающего напряжения при постоянной (стандартной) его частоте имеет весьма ограниченное применение вследствие того, что регулирование скорости здесь сопряжено с потерями энергии скольжения, выделяющимися в роторе двигателя и ведущими к его перегреву. Получаемые при этом способе механические характеристики неблагоприятны для качественного регулирования. Диапазон регулирования не превышает 1,5:1; более глубокое регулирование скорости можно допускать только кратковременно. Исходя из данной оценки, регулирование изменением величины питающего напряжения применяется, главным образом, только для обеспечения плавного пуска нерегулируемых асинхронных электроприводов или для кратковременного снижения скорости.

Применение же простых высоконадежных асинхронных электродвигателей ограничивается их регулировочными характеристиками. Поэтому сегодня приходится останавливаться на специальных многоскоростных двигателях с коммутирующими контактными аппаратами в силовой цепи со сложной релейной схемой управления. Применение частотно-управляемого асинхронного электропривода снимает все перечисленные недостатки и позволяет использовать в качестве приводного двигателя обычный асинхронный электродвигатель.

В настоящее время благодаря развитию силовой преобразовательной техники созданы и серийно выпускаются различные виды полупроводниковых преобразователей частоты. Основными достоинствами этой системы регулируемого электропривода являются:

- плавность регулирования и высокая жесткость механических характеристик, что позволяет регулировать скорость в широком диапазоне;

- экономичность регулирования, определяемая тем, что двигатель работает с малыми величинами абсолютного скольжения, и потери в двигателе не превышают номинальных.

Недостатками частотного регулирования являются сложность и высокая стоимость преобразователей частоты (особенно для приводов большой мощности).

Таким образом, в дипломном проекте предлагается заменить существующий в настоящее время четырехскоростной асинхронный двигатель на двигатель наиболее распространенной серии 4А в комплекте с тиристорным преобразователем.

Но поскольку с изменением частоты питающего напряжения изменяется и величина потока двигателя, то в нашем случае одновременно с изменением частоты питающего напряжения необходимо регулировать и его величину, причем регулирование напряжения следует производить таким образом, чтобы скольжение двигателя было минимальным.

2.2 Расчет мощности и выбор электродвигателя

Мощность двигателя для привода барабанного смесителя может быть найдена из технической характеристики смесителей (в паспорте смесителя) или определена по формуле (1):

где

сн = 800 кг/м3;

ц = 0,4;

з = 0,83;

д = 50 рад/с

Принимаем для привода мешалки асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором типа 4А132М4У3 имеющий следующие технические данные. [Кравчик А.Э Асинхронные двигатели серии 4А. Справочник 1982г.]:

номинальное напряжение питающей сети - Uн = 660В;

частота питающей сети - fн = 50 Гц;

номинальная мощность двигателя - Рн = 11 кВт;

синхронная частота вращения - nс = 1500 об/мин;

асинхронная частота вращения - nном = 1475об/мин;

коэффициент полезного действия - = 0,875%;

коэффициент мощности - cos = 0,87;

кратность пускового тока - ;

кратность пускового момента - ;

кратность максимального момента - ;

электромагнитные нагрузки - Вд = 0,89 Тл

- А = 264 А/см

- J = 6,1 А/мм2

индуктивное сопротивление намагничивающего контура -X`m = 3,2

активные сопротивления статора - R`1 = 0,043

индуктивное сопротивление статора - X`1у = 0,085

активные сопротивления ротора - R`2 = 0,032

индуктивное сопротивление ротора - X`2у = 0,13

число пар полюсов - Рп=60·f/n=2

момент инерции ротора - J = 0,04 кг · м2;

номинальный режим работы двигателя - S1;

степень защиты - IP44.

2.3 Построение механической характеристики двигателя

Важнейшим параметром, определяющим режим работы двигателя, является развиваемый им момент М. Момент двигателя не зависит от его скорости, в то же время для мешалки зависимость носит линейный характер. Взаимосвязь момента двигателя и его скорости определяет механические характеристики электродвигателя (электропривода) щ=ѓ(М) или М=ѓ(щ).

Для построения механической характеристики производим ряд расчетов.

Номинальный ток статора:

22 А.

где Рн = 11 кВт - номинальная мощность двигателя;

Определяем синхронную и номинальную частоту вращения:

с-1.

с-1.

Определяем расчетный номинальный вращающий момент двигателя:

Мн 70,97 Н · м.

Определяем номинальное значение скольжения:

Sном = (щ - щ)/ щ = (157 - 155)/157 = 0,013

Полученных данных достаточно для приближенного построения рабочего участка механической характеристики АД по двум точкам - номинальной (щ,Мном) и холостого хода (щ, 0). Для получения полной механической характеристики продолжим расчет.

Определяем критический момент двигателя:

Мк = л м • Мном = 3,0 • 70,97 = 212,91 Н•м,

Определяем критическое скольжение АД

Sк = Sном = 0,013 •0,076.

Найденные значения подставляем в формулу Клосса для нахождения момента и угловой скорости, получаем:

М = 2Мк/(s/sк + sк/s) = 2 • 212,91/(s/0,076 + 0,076/s),

щ =щ0(1 - s) = 157(1 - s).

Задаваясь рядом значений s от 0 до 1, определяем соответствующие значения момента и угловой скорости таблица 2.1.

Таблица 2.1 - Расчет величины момента и частоты вращения АД

S	0	0,01	Sн = 0,013	0,03	Sк = 0,076	0,08	0,1	0,2	0,4	0,6	0,8	1
щ, рад/с	157	155,43	154,95	152	145,06	144	141	125	94,2	62,8	31,4	0
МД, Н•м	0	50,07	70,767	145,4	212,91	212,6	205	175	117	100	92,1	87

Механическая характеристика двигателя МД(щ) представлена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Механические характеристики двигателя и механизма

2.4 Построение механической характеристики механизма

Приведенный момент вращения рабочей машины к валу двигателя определяем используя следующее соотношение:

Но так как момент сопротивления определяется, главным образом, силами трения (транспортеры, конвейеры, мешалки и др. машин). В этом случае момент сопротивления не зависит от скорости механизма.

Момент мешалки, приведенный к валу двигателя Мс = ѓ(щ):

где Мтр - момент трогания механизма, Н · м; Мтр=

= 0,3 (для мешалок);

Мн - момент статического сопротивления при скорости

Н · м.

Мтр = 0,3 · 70,96 = 21,28 Н · м.

Мс = 21,28 + (70,96 - 21,28) •1 = 70,96 Н·м.

Задаваясь рядом значений s от 0 до 1, определяем соответствующие значения момента МС таблица 2.2.

Таблица 2.2 - Расчет величины момента питателя

S	0	0,01	Sн =0,013	0,03	Sк = 0,076	0,08	0,1	0,2	0,4	0,6	0,8	1
щ, рад/с	157	155,43	154,95	152	145,06	144	141	125	94,2	62,8	31,4	0
МС, Н•м	71	71	71	71	71	71	71	71	71	71	71	71

Механическая характеристика питателя МС(щ) представлена на рисунке 2.1.

Определим остальные параметры двигателя:

индуктивные сопротивления короткого замыкания двигателя;

=

номинальная угловая частота напряжения статора;

базисное сопротивление фазы обмоток статора;

активное сопротивление статора;

активное сопротивление ротора;



индуктивное сопротивление намагничивающего контура;

- индуктивное сопротивление статора;

- индуктивное сопротивление ротора;

;

;

Индуктивности обмотки статора и ротора:

Коэффициенты рассеяния машины:

Механическая характеристика двигателя имеет две ярко выраженные части: рабочую - с высокой постоянной отрицательной жесткостью и криволинейную часть с переменной положительной жесткостью, которая используется только во время пуска.

2.5 Выбор оптимального закона регулирования

Закон регулирования частоты установлен М.П. Костенко [5]. Наличие двух независимых каналов управления дает возможность реализовать в системах ПЧ-АД оптимальное управление.

При необходимости сохранения перегрузочной способности двигателя лм=Mk/Mnom, можно записать приближенные равенства: (Ф1/Ф2)2=М1/М2; U1/U2?f1Ф2/f1Ф2, то есть требуется выполнения условия:

, или , где г=U1/Uном, б=f1/fном, м=М1/Мном.

Выражение представляет собой математическую формулировку оптимального закона частотного управления при перегрузочной способности лм=const. Таким образом, управляя двигателем в соответствии с полученным выражением при ненасыщенной магнитной системе машины, можно сохранить практически неизменным коэффициент мощности и абсолютное скольжение привода, а его коэффициент полезного действия независимым при изменении скорости. В этом и заключается критерий оптимальности закона частотного управления.

Виды нагрузки определяют различные формы взаимосвязанного статического управления напряжением и частотой.

При постоянном моменте нагрузки имеет место М1/Мном=const, следовательно необходимо изменять напряжение и частоту по соотношению U/f=const.

2.6 Построение искусственных характеристик двигателя

Построение искусственных характеристик асинхронного двигателя, основывается на расчете по Г - образной (рисунок 2.2) схеме замещения.

Момент двигателя (2) соответственно по Г-образной схеме замещения:

где , где f1 - регулируемое значение частоты напряжения статора (50; 40; 30; 20; 10) Гц;

- относительная частота роторной ЭДС;

9

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.2 - Г-образная схема замещения АД

Для ряда значений относительной частоты роторной ЭДС и соответствующих им значениях моментах двигателя по формуле:

щ = щ0ЭЛ.Н(f1* - P)/рП ,с-1

определяется угловая скорость двигателя. Номинальная угловая частота связана с номинальной частотой выражением щ0ЭЛ.Н = 2рfН. при необходимости оперировать со скоростью двигателя перерасчет должен выполняться по формуле n = 30щ/р. Расчет выполняем для пяти значений частоты = 1; 0,8; 0,6;0,4;0,2; при изменении напряжения пропорционально частоте .

Значения расчета механической характеристики по формуле (2) сводим в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 - Расчет механической характеристики АД по формуле (2)

При U1=380 В, =1
Значение
Величина	Размерность		ном.		кретич
	О.е	0	0,013	0,04	0,062	0,08	0,1	0,2	0,4	0,6	0,8	1
МД	Н•м	0	356,3	845	887	884,8	871,3	799,6	669,5	567,3	497	461,2
	Рад/с	157	154,9	150,7	147,2	144,4	141,3	125,6	94,2	62,8	31,4	0
При U1=304 В, =0,8
МД	Н•м	0	285	746	787	784,6	771,3	699	569	467	399	368
	Рад/с	125	123,9	120,5	117,8	115,5	113	100	75,3	50,2	25,1	0
При U1=228 В, =0,6
МД	Н•м	0	213	646	687	684	671	599	469	367	305	276
	Рад/с	94,2	92,9	90,4	88,3	86,6	84,7	75,3	56,5	37,6	18,8	0
При U1=152 В, =0,4
МД	Н•м	0	242	540	547	539	522	460	350	270	215	184
	Рад/с	62,8	61,9	60,2	58,9	57,7	56,5	50,2	37,6	25,12	12,5	0
При U1=76 В, =0,2
МД	Н•м	0	142	410	415	409	395	345	245	190	150	122
	Рад/с	31,4	30,9	30,1	29,4	28,8	28,2	25,1	18,8	12,5	6,2	0

Рассмотрим семейство механических характеристик (рисунок 2.3) двигателя при постоянном моменте нагрузки Мс=const, для пяти значений частоты f1* = f1 / fном = 0.2; 0.4, 0.6, 0.8, 1.



Рисунок 2.3 - Семейство механических характеристик двигателя при постоянной нагрузке

Хотя характеристики получаются жесткие, пусковой момент двигателя с понижением частоты уменьшается. Это происходит из-за уменьшения магнитного потока вследствие большого падения напряжения в активных сопротивлениях обмоток статора, которые не уменьшаются с частотой, как реактивные.

Если искусственно поддерживать при всех частотах и нагрузках номинальный ток намагничивания I0н, который двигатель имеет при номинальной частоте fн = 50 Гц и номинальном моменте Мн, то двигатель будет иметь характеристики, близкие к прямолинейным до 2,5-кратного момента. Такие характеристики являлись бы наиболее благоприятными, но не известны простые и надежные способы для измерения тока намагничивания, чтобы с помощью обратных связей поддерживать его постоянным.

2.7 Моделирование асинхронного двигателя в среде MATLAB

На основании расчетов произведенных в разделе 2.2, 2.3 построим структурную схему (рисунок 2.4) АД при произвольном повороте вращающейся системы координат относительно пространственных векторов. Данная схема описывает процессы, которые происходят в машинах переменного тока, в которой действует трехфазные переменные величины синусоидальной формы (рисунки 2.5, 2.6, 2.7).

Ua=·Uн=·660=933,4, В

2.8 Выбор преобразователя частоты для двигателя мешалки

Структурная схема электропривода мешалки приведена на рисунке 2.8.

9

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.4 - Структурная схема эп

Выбор преобразователя осуществляем исходя из нескольких условий:

1. Номинальный ток преобразователя должен быть больше 1,2*Iс;

2. Преобразователь должен обеспечивать плавную регулировку частоты в пределах 25-50 Гц (при диапазоне регулирования 1:2);

3. Преобразователь должен обеспечивать плавную регулировку напряжения в пределах 190-380 В (это следует из диапазона регулирования скорости).

Выбираем преобразователь частоты типа FR-E740-300-EC, имеющий следующие данные:

Номинальный выходной ток I=30 А;

Номинальная выходная мощность S=15 кВА;

Напряжение питающей сети U=400 B;

Частота питающей сети f=50 Гц;

Коэффициент полезного действия - 93-98 %;

Коэффициент мощности cosц=0,94;

Диапазон выходных частот ?f=5-60 Гц;

Диапазон выходного напряжения ?U=10-400 В;

Способ регулирования выходного напряжения - ШИР.

Рисунок 2.5 - Частотный преобразователь серии FR-E740-300-EC

Преобразователи выполнены на базе инвертора напряжения со звеном постоянного тока. Питание преобразователя осуществляется от сети 380 В 50 Гц.

Преобразователи обеспечивают отключение при снижении входного напряжения более чем на 20%, автоматическое повторное включение (АПВ), если входное напряжение восстановится не позднее чем через 2-3 секунды после отключения, и выход на установленный режим не более 2 минут.

Преобразователи имеют средства защиты от перегрузок, токов короткого замыкания, повышенного напряжения, исчезновения потока охлаждающего воздуха, световую сигнализацию о наличии напряжения на входе, включенном состоянии, срабатывании защит.

Преобразователи обеспечивают:

пуск и останов двигателя;

регулирование частоты напряжения питания электродвигателя в диапазоне 1:10;

регулирование выходного напряжения до номинального значения;

продолжительную работу;

однодвигательный режим работы;

возможность дистанционного управления.

Рисунок 2.6 - Схема подключения преобразователя

Принцип действия преобразователя

Силовая часть разделена на три функциональные группы: силовой управляемый выпрямитель, сглаживающий фильтр и автономный инвертор напряжения (АИН).

Силовой управляемый выпрямитель представляет собой трёхфазную мостовую схему, преобразующую переменное напряжение в постоянное напряжение регулируемой величины. Аварийный ток выпрямителя ограничивается входным трёхфазным реактором. Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения на выходе выпрямителя включается LC - фильтр. В качестве автономного инвертора напряжения используется инвертор с по фазной коммутацией и широтно-импульсным регулированием напряжения на нагрузке.

Основными элементами инвертора являются: мост тиристоров и диодов, включенных встречно-параллельно, выполняющих функции основных тиристоров и обратных диодов; мост коммутирующих тиристоров ; коммутирующие конденсаторы и дроссели.

Особенностью схемы является введение вспомогательного моста диодов сброса, позволяющего стабилизировать уровень напряжения на коммутирующих конденсаторах и снизить класс коммутирующих тиристоров.

Автономный инвертор напряжения преобразует частоту выходного напряжения по закону частоты управления (U/f=const, где U регулируется управляемым выпрямителем).

3. Электроснабжение отделения домола

3.1 Схемы электрических сетей

Внутрицеховые схемы электроснабжения разделяют на схемы сетей высокого напряжения (6-10 кВ) и схемы сетей напряжением до 1000 В. Схемы выполняют в однолинейном исполнении. Эти схемы являются основными чертежами проекта, на основании которых выполняют все другие чертежи, рассчитывают сети и выбирают основное электрооборудование.

На схемах высокого напряжения показывают: источники питания; РП и ТП со сборными шинами; основные коммутационные аппараты; все трансформаторы и электроприемники высокого напряжения. Возле графических обозначений или в отдельных таблицах указывают номинальные напряжения сборных шин, типы выключателей, номинальные токи, номинальные мощности и напряжения обмоток трансформаторов и схемы их соединения, номинальные выпрямленные токи и напряжения преобразовательных агрегатов, номинальные мощности электродвигателей.

Цеховые схемы сетей низкого напряжения разрабатывают отдельно для каждого крупного технологического агрегата или объекта. Схемы низкого напряжения различают: по роду тока, по величинам номинальных напряжений, по назначению (питающие, распределительные, специальные).

Сети для распределения электроэнергии по цеху условно делятся на питающие и распределительные.

Под питающей сетью понимают кабельные линии и магистрали, отходящие от распределительных устройств подстанций для питания цеховых распределительных магистралей, пунктов и щитков, а также кабельные линии, отходящие от цеховых распределительных магистралей, пунктов и щитков к другим цеховым распределительным магистралям, пунктам и щиткам. С целью надежного отключения токов однофазного короткого замыкания все питающие сети напряжением до 1000 В рекомендуется выполнять четырехпроводными.

Под распределительной сетью понимают линии, отходящие от распределительных устройств подстанций, от питающих магистралей, распределительных магистралей, пунктов и щитов непосредственно к электроприемникам.

Электроприемники, как правило, получают питание радиальными линиями от распределительных магистралей, пунктов и щитов. При простых схемах управления электроприемниками рекомендуется применять пускатели.

Целесообразность установки аппаратов местного управления (пуск, стоп) вблизи дистанционно или автоматически управляемых механизмов должна определяться при проектировании в зависимости от требований технологии, техники безопасности и организации управления данной установкой.

3.2 Характеристика электроприёмников и сведения об их питании

Чтобы выбрать напряжение необходимо учесть то, чтобы оно было приемлемо для питания низковольтных и высоковольтных двигателей, а также для освещения. Для питания низковольтных электродвигателей и нагрузок выбираем напряжение 0,4 кВ, это же напряжение подходит и для питания сетей освещения блока крупного дробления. В отделении размола шесть высоковольтных электродвигателя, для их питания выбираем напряжение 10 кВ, в отделении домола семь высоковольтных электродвигателей, для их питания выбираем напряжение 6 кВ. Данные по всем электроприёмникам сведены в таблицу 1.3.

3.3 Электрическое освещение

Показывается план расположения (рисунок 3.1).

А = 42 м, В = 24 м, La = 6 м, Lb = 6 м, h = 16 м.

Рисунок 3.1 - План электрического освещения

2) Определим расстояние a и b:

а = 42 - (6·6) / 2 = 3 м;

b = 24 - (6·3) / 2 = 3 м.

Определим число светильников в ряду:

N=42-3-3/6=6,

5 - промежутков,

La/Lb = 6 / 6 = 1 ? 1,5 -- расстояние выбрано верно.

3) По таблице П 2.1, (Герасимов А.И. Пособие по проектированию электроснабжения цехов предприятий [9]) определяем требуемую нормами освещенность Е. Величина освещенности должна быть Е=150 Лк. Разряд зрительной работы VI.

r = 0,8 - высота от поверхности пола;

Фон средний с =0,2…0,4, с = 0,3;

h = 15 м - высота от рабочей поверхности.

4) Определяем тип светильников. Находим отношение наивыгоднейшего расстояния между светильниками к высоте подвеса над рабочей поверхностью л (величина, которая определяет тип кривой силы света):

л = La / h = 6 / 15 = 0,4.

5) По таблице 3.1.[9] находим кривую силы света: КСС = К2.

6) По КСС находим светильник: РСП16.

7) Определяем индекс помещения:

8) По таблице П2.5.[9] находим коэффициент использования при известном i:

Ки = f(i = 1,02; сс = 0,3) = 75 %.

9) Определяем необходимый световой поток лампы:

где Е - нормируемая мощность;

Кз = 2 - коэффициент запаса;

S - освещаемая площадь;

Z = 1,15 - коэффициент неравномерности освещённости;

n - число ламп в светильниках.

По таблице П.2.4.[9] выбираем люминесцентную лампу ДРЛ-700, у которой Фл = 35000, Лм.

Пускорегулирующая аппаратура для ДРЛ-700:

Тип ПРА - 1 ДБИ - 700 ДРЛ / 220 В.

10) Определяем расчётную электрическую мощность ламп:

Рр = Кс · а · Рл · Nл = 0,9·1,1·700·24 = 16600 Вт.

где Кс = 0,9 - коэффициент спроса;

а = 1,1 - коэффициент, учитывающий потери в пускорегулирующей аппаратуре.

Рл - мощность лампы;

Nл - число ламп.

Электрическое освещение

Таблица 3.1 - Расчет электрического освещения

	Отделение размола	РП-51, ТП-51	ПСУ-24	Отделение домола	РП-12
Длина, А, м	42	18	12	42	30
Ширина, В, м	24	6	6	24	6
h, м	16	3	3	13	3
Разряд и подразряд зрительной работы.	VI	IV Г	IV Г	VI	IV Г
Тип светильника	РСП-05-700-002	НСП-17-200-002	НСП-17-200-002	РСП-05-700-002	НСП-17-200-002
Количество светильников	24	16	8	24	24
La, м.	6	3	3	6	3
Lb, м	6	3	3	6	3
h, м	15	3	3	12	3
Тип КСС	К2	Д2	Д2	К2	Д2
Показатель помещения i	1,02	1,50	1,33	1,27	1,67
Ки	0,75	0,63	0,48	0,48	0,63
Кз	1,15	1,15	1,15	1,15	1,15
Z	2	1,5	1,5	1,5	1,5
Фл, Лм	19320	2772	2425	22640	3080
Тип лампы	ДРЛ-700	Г-200	Г-200	ДРЛ-700	Г-200
Фактический световой поток Фл, Лм	35000	2800	2800	35000	2800
Напряжение лампы, В	220	220	220	220	220
Мощность лампы, Вт	700	200	200	700	200
Суммарная мощность лампы УРл, кВт	16,6	3,2	1,6	16,6	4,8
ИТОГО:					42,8

3.4 Расчёт нагрузок

Основой выбора элементов электроснабжения является определение расчётных мощностей, передаваемых через них. Методика определения расчётной мощности зависит от местоположения элемента в общей схеме. Можно выделить 9 видов нагрузок:

1) нагрузки к отдельным электроприёмникам в ответвлениях (на низком напряжении);

2) нагрузки групп электроприёмников низкого напряжения, получающих питание через распределительные шкафы или от распределительного шинопровода;

3) нагрузки распределительных пунктов низкого напряжения;

4) нагрузки трансформатора цеховой подстанции со стороны низкого напряжения;

5) нагрузки трансформатора цеховой подстанции со стороны высокого напряжения;

6) нагрузка отдельных электроприёмников высокого напряжения;

7) нагрузка одной секции шин распределительной подстанции цеха;

8) нагрузка трансформатора ГПП со стороны напряжения 6 кВ;

9) нагрузка трансформатора ГПП завода со стороны напряжения системы внешнего электроснабжения.

Расчёт нагрузок производится согласно [9] для групп низковольтных и высоковольтных электроприёмников.

Расчётные нагрузки в ответвлениях к отдельным электроприёмникам низкого напряжения вида “1” длительного режима работы и к электроприёмникам высокого напряжения вида “6” определяются по номинальной (установочной) мощности этих электроприёмников:

- расчётная активная мощность

Рр= Рн;

- расчётная реактивная мощность

Qp= Qн= P·tgфн

- расчётная полная мощность

;

- расчётный ток

Iр= Sр/v3Uн.

Определяем коэффициенты использования Ки и коэффициенты мощности по таблице 3.1 [9].

Рассчитываем средние мощности активные и реактивные (столбцы 8,9).

Рассчитываем построчно промежуточную величину nP2 (столбец 10).

Подводим итоги по группе электроприёмников путём обработки результатов вычислений:

суммарное число электроприёмников (столбец 2),

мощность электроприёмника (столбец3),

средняя мощность группы (столбец 4),

групповой коэффициент использования (столбец 5),

средневзвешенный коэффициент мощности cosц b (столбец 6) и коэффициент реактивной мощности tgц (столбец 7),

суммарное значение nP2 (столбец 10),

определяем суммарную активную и реактивную мощность групп электроприёмников (столбец 13, 14),

полная расчётная мощность (столбец 15),

токовая расчётная нагрузка (столбец 16), по которой выбирается сечение линии по допустимому нагреву.

Расчёт электрических нагрузок сводим в таблицу 3.2.

3.4 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов для питания низковольтных электроприемников

Выбор номинальной мощности трансформаторов производим по расчетной мощности нормального и аварийного режимов работ исходя из рациональной загрузки в нормальном режиме и с учетом минимального необходимого резервирования в послеаварийном режиме. Номинальная мощность трансформаторов Sн.т. определяется по средней Sc за максимально загруженную смену.

Sн.т = Sс/(NKз)

где N = 2 - число трансформаторов;

Kз = 0,75 - 0,8 - коэффициент загрузки трансформатора.

Минимальное число цеховых трансформаторов Nmin одинаковой мощности Sн.т, предназначенных для питания технологически связанных нагрузок, определяется по формуле:

где Pс = 3023,9 - средняя активная мощность технологически связанных нагрузок ТП-12;

Kз = 0,8 - рекомендуемый коэффициент загрузки трансформатора;

N - добавка до ближайшего целого числа.

Проверка необходимости компенсации реактивной мощности

Определяем расчётную мощность конденсаторных батарей низкого напряжения по минимуму приведенных затрат. Средние активные и реактивные мощности на ТП-12 составляют:

по секции шин № 1, 0,4 кВ: Рс1 = 1620,1 кВт, Qс1 = 745,58 квар;

по секции шин № 2, 0,4 кВ: Рс2 = 1384,6 кВт, Qс2 = 485,88 квар;

Определяем полную среднюю нагрузку за смену:

где Рс1, Рс2, Qc1, Qc2 - средние активные и реактивные мощности по 1 и 2 секции шин.

Расчётная мощность одного трансформатора:

кВА

где Кз = 0,8 - коэффициент загрузки,

NОПТ = 2 - оптимальное число трансформаторов.

Наибольшая реактивная мощность, которую целесообразно передавать в низковольтную сеть через два трансформатора определяется:

квар.

Мощность конденсаторной батареи на стороне низкого напряжения составит:

Qнк = Qc - Qmax = 1231,6-2640,4 = -1409,4 квар,

где Qс - суммарная средняя реактивная мощность электронагрузок низкого напряжения.

Принимаем к установке два трансформатора мощностью Sнт= 2500 кВА марки ТМ-2500/10/0,4.

Таблица 3.3 - Паспортные данные трансформатора ТМ-2500/10/0,4

Тип	Sн,кВА	Напряжение обмотки, кВ	Потери, кВт	Uкз,%	IXX,%
		ВН	НН	Рхх	Ркз
ТМ-2500/10/0,4	2500	10	0,4	4,6	25	5,5	1,0

Найдём потери активной и реактивной мощности в трансформаторе.

Потери мощности Х.Х. при Uн:

Активной Рхх = 4,6 кВт

Реактивной

квар

Потери К.З. при Iн:

Активной: Ркз = 25 кВт.

Реактивной:

Qкз = (SнтUкз)/100 = 137,5 квар.

Потери К.З. при нагрузке отличной от номинальной:

по 1 секции:

активной: в2Ркз = 0,92 ? 25 = 20,25 кВт,

где в = Sp/Sнт = 2258,24 / 2500 = 0,9

реактивной: в2Qкз = 0,92 ? 137,5 = 111,375 квар.

Полные потери трансформатора:

ДРт = Рхх + в2Ркз = 4,6 + 20,25 = 24,85 квар.

ДQт = Qxx + в2Qкз = 25 + 111,375 = 136,375 квар.

по 2 секции:

активной: в2Ркз = 0,62 ? 25= 9 кВт,

где в = Sp/Sнт = 1520,41/ 2500 = 0,6

реактивной: в2Qкз = 0,62 ? 137,5 = 49,5 квар.

Полные потери трансформатора:

ДРт = Рхх + в2Ркз = 4,6 + 9= 13,6 квар.

ДQт = Qxx + в2Qкз = 25 + 49,5 = 74,5 квар

Следовательно, для питания низковольтных электроприемников выбираем двухтрансформаторную подстанцию 2 КТПП - 2500/10/0,4.

Таблица 3.4 - Данные трансформаторной подстанции 2 КТП - 2500

Тип	Мощность, кВА	Состав комплектующего оборудования
		Тип
		Трансформаторы	Шкаф ВН	Шкаф НН
2КТПП-2500/10/0,4	2*2500	ТМ-2500/10/0,4	УВН-2-1/Л	ШВ 0,66-24 У(Т)3

Выбор числа и мощности силовых трансформаторов для питания высоковольтных электроприемников

Средние активные и реактивные мощности РП-12 составляют:

по секции шин № 1, 3 кВ: Рс1 = 5820,7 кВт, Qс1 = 4937,3 квар;

по секции шин № 2, 3 кВ: Рс2 = 7680 кВт, Qс2 = 5760 квар;

Определяем полную среднюю нагрузку за смену:

кВА

где Рс1, Рс2, Qc1, Qc2 - средние активные и реактивные мощности по 1 и 2 секции шин.

Расчётная мощность одного трансформа...