по курсу «Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов» «Автоматизация технологических процессов (стр. 9 из 10)
поэтому потребляемую с вала двигателя мощность можно записать в виде
Р*=М*ω*=Мх.х*+(1-Мх.х*)Q*, (2.26)
где Р*=Р/Рном=1; ω*=ω/ωном; ω=Vip/R; Pном, ωном – номинальные соответственно мощность и угловая скорость на валу двигателя.
Из формулы (2.26) следует, что по мере снижения производительности эффективность работы конвейера уменьшается, так как возрастает относительная доля мощности, расходуемой на преодоление момента холостого хода Мх.х.
Более экономичным является режим работы конвейера с переменной линейной скоростью, обеспечивающей ту же производительность, но при постоянстве составляющей усилия Fг*=1. В соответствии с формулой (2.26) угловая скорость в этом случае должна изменяться по закону ω*=V*=Q*, которому соответствует мощность на валу двигателя
Р*=М*ω*=[Мх.х*+(1-Мх.х*)]Q*=Q*. (2.27)
Очевидно, что в этом случае мощность на валу двигателя будет меньше на величину
ΔР*=Мх.х*(1-Q*). (2.28)
Из формулы (2.28) видно, что эффект от регулирования линейной скорости конвейера тем выше, чем больше момент холостого хода и чем значительнее снижается его производительность.
Характерным примером является электропривод ленточных участковых и магистральных конвейеров угольных шахт и горно-обогатительных комбинатов, работающий с переменной нагрузкой, изменения которой достаточно трудно предсказуемы из-за случайного характера грузопотока. При этом время работы на холостом ходу может достигать 20...40 % времени работы конвейера.
Для оценки возможного снижения энергопотребления при применении регулируемого электропривода ленточного конвейера в сравнении с нерегулируемым электроприводом было вычислено относительное потребление электрической энергии при транспортировании груза одинакового объема системами с нерегулируемым электроприводом, с частотно-регулируемым электроприводом, обеспечивающим плавное регулирование скорости ленты конвейера, с двухскоростным электроприводом с различным соотношением номинальных угловых скоростей, равным 1:2 и 1:3, обеспечивающим дискретное регулирование линейной скорости ленты конвейера [4].
При оценке принималось, что система автоматического управления частотно-регулируемым электроприводом обеспечивает поддержание постоянной погонной нагрузки конвейера. В этом случае электропривод конвейера работает с оптимальной энергоемкостью. Численные значения параметров электропривода приведены для ленточного конвейера типа 2Л80У. Полученные данные потребления электрической энергии приводом конвейера приведены в табл. 2.5 в относительных единицах. За базовое значение принято потребление электрической энергии нерегулируемым электроприводом.
Таблица 2.5
Потребление энергии конвейерами в зависимости от типа электропривода и нагрузки
| Тип электропривода конвейера | Потребление энергии при загрузке конвейера, отн. ед. | |
| низкой | высокой | |
| Нерегулируемый асинхронный | 1,0 | 1,0 |
| Частотно-регулируемый асинхронный | 0,62 | 0,74 |
| Двухскоростной асинхронный с соотношением угловых скоростей: | ||
| 1:2 | 0,79 | 0,92 |
| 1:3 | 0,80 | 0,95 |
Из анализа данных табл. 2.5 следует, что применение плавного регулирования линейной скорости ленты, например с помощью частотно-регулируемого электропривода, позволяет снизить энергопотребление на 26...38 % по сравнению с нерегулируемым электроприводом. Применение дискретного регулирования линейной скорости ленты конвейера с использованием двухскоростного электропривода с соотношением угловых скоростей 1:2 и 1:3 позволяет снизить потребление электроэнергии на 5...21 % по сравнению с нерегулируемым приводом. Экономия энергии при применении регулируемого привода тем выше, чем ниже загрузка конвейера.
Таким образом, применение частотно-регулируемого электропривода конвейера, обеспечивающего плавное регулирование линейной скорости ленты, позволяет получить максимальную экономию электроэнергии транспортирования груза при переменном грузопотоке. Немаловажное значение имеет и возможность плавного пуска конвейера.
Отметим, что особенностью частотно-регулируемых электроприводов конвейера является необходимость применения асинхронного электродвигателя с принудительным охлаждением, чтобы при регулировании угловой скорости ниже номинальной условия охлаждения двигателя не изменялись. Это позволяет обеспечить по условиям нагрева постоянный, равный номинальному значению, момент на всех скоростях АД.
2.7. Электроприводы управления дуговыми сталеплавильными печами.
Возможность снижения энергопотребления в энергоемких производствах за счет использования быстродействующих частотно-регулируемых электроприводов рассмотрим на примере дуговых сталеплавильных печей (ДСП).
Выплавка высококачественной стали в дуговых сталеплавильных печах [1] в настоящее время становится экономически более целесообразной, чем в мартеновских или другого типа печах. Однако многие существующие ДСП морально и физически устарели, а создание новых требует значительных капиталовложений, поэтому одним из основных способов решения данной проблемы считается модернизация существующих ДСП.
На многих действующих ДСП, построенных 15...20 лет назад, используется аналоговая или простейшая цифровая система управления, которая не соответствует современным требованиям к производительности печи, удельному расходу энергии, качеству выплавляемой стали, надежности и т.д. В последние годы наметился качественный скачок в области микропроцессорных систем автоматического управления и электрического привода, связанный с совершенно новым подходом к решению задач управления, проектирования систем управления и автоматизации, новыми технологиями монтажа и наладки. Существующие системы управления ДСП основаны на достаточно простых законах управления и имеют низкое быстродействие, определяемое датчиками и исполнительными устройствами.
С другой стороны, технология выплавки стали в ДСП, основные механизмы печи и технологическое оборудование не претерпели за это время столь значительных изменений и требуют лишь ревизии и своевременного ремонта. Поэтому следует признать экономически целесообразным модернизацию существующих ДСП путем замены системы управления и ряда исполнительных устройств на современные. При этом должны использоваться наиболее эффективные законы управления, а также многоуровневая система автоматизации с развитыми подсистемами визуализации, диагностики, статистической обработки и документирования.
Все эти требования могут быть удовлетворены при использовании мощных программируемых контроллеров и современных систем привода электродов на нижнем уровне автоматизации и промышленных персональных ЭВМ – на верхнем. При этом существенную роль играют алгоритмы регулирования и быстродействие отдельных элементов системы.
Так как в дуговой печи имеют место частые броски тока, особенно в период расплавления, то в ней токи эксплуатационного короткого замыкания должны быть ограничены до безопасного для электрооборудования значения, а система автоматического регулирования должна быстро реагировать на эти броски и ликвидировать их. В целом работа ДСП характеризуется нестабильностью дуги особенно на этапе расплавления, значительными бросками тока в процессе работы, которые носят случайный характер. Одним из основных параметров, определяющих качество стали и удельный расход электроэнергии, является дисперсия тока дуги d, уменьшение которой следует считать одной из главных задач модернизации печи.
На рис. 2.13 показаны зависимости активной мощности Р и cosφ ДСП-200 от тока дуги при разных дисперсиях этого тока, а на рис. 2.14 – зависимости удельного потребления энергии Wyд и продолжительности расплавления tр сталеплавильной печи ДСП-200 мощностью 45 МВ∙А от тока дуги при разных дисперсиях этого тока [1]. На рис. 2.13 и 2.14 видно, что при одном и том же токе, но разных уровнях его пульсации характеристики ДСП-200 значительно отличаются как по среднестатистическим значениям активной мощности и коэффициента мощности, так и по удельному расходу энергии и продолжительности расплавления. Статистическая оптимизация работы регулятора мощности сталеплавильной печи по
Рис. 2.13. Зависимости активной мощности Р (- - - -) и cosφ (-------) при разных значениях дисперсии тока d
Рис. 2.14. Зависимости удельного потребления энергии Wуд (- - - -) и продолжительности расплавления tр (-------) при разных значениях дисперсии тока d
критерию минимума дисперсии тока дает значительное повышение технико-экономических показателей ДСП. Такая оптимизация может быть выполнена, например, с использованием известных методов вариационного исчисления. Очевидно, что успешное решение этой задачи зависит от качества и быстродействия всех элементов, входящих в замкнутый контур регулирования мощности дуги, в том числе электропривода перемещения электродов.
В качестве регулируемого электропривода электродов используется привод постоянного тока, в конструкции двигателя которого имеется коллектор и щеточный аппарат, что усложняет эксплуатацию двигателя, приводя к дополнительным расходам на его техническое обслуживание. Асинхронный двигатель имеет прочную конструкцию, надежен и практически не требует обслуживания по сравнению с двигателем постоянного тока, что очень важно, учитывая тяжелые условия эксплуатации электропривода электродов. Сложность использования этого двигателя в регулируемых установках состоит в том, что энергетические показатели и диапазон регулирования его скорости, сопоставимые с приводом постоянного тока, может обеспечить только преобразователь частоты. Ограничение применения частотно-регулируемого привода было связано с большой стоимостью этих преобразователей и их сравнительно невысокой максимальной мощностью.