Обоснование системы электропривода производственных механизмов.

V. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА.

Технико-экономические обоснования принятых решений.

Обоснование системы электропривода производственных механизмов.

Выбор привода иногда вызывает затруднения, т.к. во многих случаях могут удовлетворительно работать различные системы привода. Поэтому производят сравнения с точки зрения их экономичности.

Решающей характеристикой экономичности той или иной системы привода всегда является производительность механизма.

Другой важной экономической характеристикой является КПД системы электропривода, характеризующей величину потерь электроэнергии.

Экономическая оценка рассматриваемого варианта заключается в определении капитальных вложений и ежегодных издержек.

Сущность этого метода заключается в том, что для каждого варианта определяются расчетные затраты З руб/год, представляющие собой сумму ежегодных эксплуатационных расходов С и капитальных затрат К, приведенных к одинаковой размерности (году), т.е.

З=Р_н ∙ k +С;

Р_н – нормативный коэффициент эффективности ( при расчете энергоустановок принимают Р_н=0,15)

Величина себестоимости С складывается из т.н. эксплуатационных расходов, учитывающих амортизационные отчисления С_а, стоимость потерь потребляемой энергии электроприводом С_п, стоимость ремонта ЭО С_р и стоимость обслуживания этого ЭО С_з за год нормальной эксплуатации, т.е.

С=С_а+С_п+С_р+С_з

При модернизации ЭУ в годовые эксплуатационные расходы включают как дополнительные расходы, связанные с заменой узлов машины, так и дополнительные капитальные вложения на новый электропривод.

Годовые затраты сопоставляемых вариантов при модернизации привода и системы управления им определяются из:

З_с=Р_нΔk_с+С_с; З_н=Р_н(k_н- k_л)+С_н;

З_с, З_н – годовые затраты на старый и новый модернизированный электропривод;

k_с – затраты на ремонт старого ЭО в случае отказа от модернизации;

k_н – капитальные вложения в новое ЭО при модернизации электропривода;

k_л – ликвидационная стоимость демонтируемого ЭО;

С_с, С_н – годовые издержки сопоставляемых вариантов.

Методика технико-экономических расчетов (ТЭР) предполагает, что варианты сопоставляются при одинаковых технических условиях, однако, на практике эти условия могут несколько различаться. Кроме того, следует учитывать, что большинство параметров, определяющих основные экономические показатели К и С, являются вероятностными величинами и могут отклоняться в ту или иную сторону от своих истинных значений.

Из сказанного следует, что для выбора варианта электропривода с меньшими затратами не всегда окончательный. Для правильного выбора варианта надо охарактеризовать степень экономичности одного по отношению к другому варианту.

Показатель степени экономичности

ΔЗ=З_больш.-З_меньш. – разность годовых затрат;

Δk=k_больш.-k_меньш. – разность капитальных вложений.

Рассмотрим технико-экономический выбор вариантов электропривода на двух примерах:

1) выбор мощного (до 1 квт) привода к металлорежущему станку;

2) выбор мощного (около 1000 квт) привода к компрессору.

Пример1.

Привод вращения изделия шлифовального станка с ЭД постоянного тока (Р=0,5 квт) должен удовлетворять ряду требований, основные из которых:

- диапазон плавного регулирования п 1 : 100;

- высокое быстродействие;

- точность поддержания п ±5 – 10%.

Экономическому сравнению подлежат три современных электропривода, равнозначных с точки зрения основных требований и отличающихся размерами, регулируемыми преобразователями переменного тока в постоянный ток:

1) магнитный усилитель-двигатель (МУ-Д);

2) ионный преобразователь-двигатель (ИП-Д);

3) тиристорный преобразователь-двигатель (ТП-Д).

Составляем таблицу капитальных вложений на ЭО (таблица 1) при этом ввиду малой мощности привода стоимость монтажа не учитываем:

Таблица 1.

№ вариантов	Система	Наименование ЭО	Кол-во	Шифр прейскуранта или ценника	Стоимость, руб	Итого по варианту
1	МУ-Д ИП-Д ТП-Д	Комплектный эл.привод типа ПМУ-5/М-1 с магнитный усилителем, ЭД 0,5 квт и тахогенератором Реле управления типа РП-14 кнопки управления КММ ЭД постоянного тока типа П11 тахогенератор постоянного тока ТМГ-30 тиратрон ТГ – 2,5/4 трансформатор ТС – 1,5/0,5 дроссель сеточное управление Комплектный тиристорный эл.привод с трансформатором, ЭД – 0,5 квт, тахогенератором и контакторной аппаратурой.		15 – 04 15 – 180 15 – 04 12 – 171 15 – 04 18 – 084	553 – 00 13 – 00 0 – 23	553 – 00 39 – 00 0 – 46 592 – 46
	15 – 01 08 – 001 15 – 01 16 – 038 16 – 03 5 – 166	55 – 00 37 – 00 8 – 75 22 – 00 4 – 00 50 – 00	55 – 00 37 – 00 52 – 50 22 – 00 8 – 00 50 – 00 224-50
	По данным завода-изготовителя	680 - 00	680 - 00

Порядок расчета.

1. Амортизационные отчисления Се – принимается в размете 10% от капиталовложений (0,1k). При определении Се во втором варианте предполагается, что в соответствии со сроком службы тиратронов двух комплектов хватит на 1 год работы.

Се = 2∙52,5 + (224,5 – 52)0,1= 121,2 руб

2. Для определения стоимости потерь ЭЭ Сп сначала находим величину потерь ЭЭ (квт.час)

Р₂ – номинальная мощность на валу ЭД;

η – КПД системы электропривода;

k₃ – коэффициент загрузки по мощности (принимается равным 0,8):

Т – действующий фонд времени (принимается 4000 ч.)

КПД рассматриваемых систем:

1. η_МУ-Д = η_МУ∙∙ η_Д = 0,75 ∙0,75 = 0,56;

2. η_ИП-Д =η_{трансф.∙} η_ИП∙∙ η_Д = 0,97 ∙0,93 ∙0,75 = 0,68;

3. η_ТП-Д =η_{трансф.∙} η_ТП∙∙ η_Д = 0,97 ∙0,99 ∙0,75 = 0,73.

Значения η_МУ, η_{трансф,}η_ИП,η_ТП,η_Д, взяты из паспортных данных Потери ЭЭ рассматриваемых систем сводим в таблицу

№ п/п	№ варианта
1. 2. 3.	Система электропривода КПД ∆А, квт.час.	МУ – ЭД 0,56	ИП – ЭД 0,68	ТП – ЭД 0,73

Стоимость потерь (руб) Сп = ∆А∙ω

ω – стоимость 1 квт.час, равная 1,2 коп.

3. Расходы на ремонт Ср берутся в % от капитальных затрат; для всех вариантов принято 2%.

4. Стоимость обслуживания ЭО зависит от зарплаты персонала, обслуживающего систему электропривода, за год, величина которой может быть подсчитана непосредственно по штатам эксплуатационников или ориентировочно принята в % от всех эксплуатационных расходов.

Для машиностроительной промышленности, например, Сз равна приблизительно 5% от затрат, т.о.:

Сз = 0,05 (Са + Сп + Ср)

Результаты расчетов по каждому варианту сводятся в таблицу.

№ п/п Варианты

Са, руб Сп, руб Ср, руб. Сз, руб. 59,2 10,9 11,8 4,1 121,2 4,5 6,6 68,0 5,1 13,6 4,3

С, руб 86,0 138,8 91,0 Полные затраты по каждому варианту

k,руб З, руб. 172,6

Наиболее экономичной системой по полным затратам оказалась система ИП – ЭД.

Однако, в настоящее время тиристорные преобразователи становятся наиболее перспективными, стоимость их с каждым годом уменьшается, производство расширяется и совершенствуется.

Учитывая большое быстродействие, меньшую себестоимость эксплуатации и незначительное превышение приведенных затрат (всего 17 руб.),в проект следует заложить систему электропривода ТП – ЭД.

Пример2.

Сравнить по технико-экономическим показателям АД и СД в приводе компрессора. АД - тип АН, номинальной мощностью 1250 квт; КПД = 0,94; cos φ = 0,91 ; СД – тип СДН, номинальной мощностью 1250 квт КПД = 0,958, cos φ = 0,9.

Средние удельные потери на 1 квар выдаваемой реактивной мощности ΔРу.е. = 0,012квт/квар. Среднегодовая нагрузка на валу ЭД Р = 1000 квт.

Требуется компенсация реактивной мощности.

Порядок расчета.

1. Потери активной мощности АД:

Реактивная нагрузка АД

Так как требуется компенсация Q, то экономический эквивалент реактивной мощности:

ΔР_у.п. – удельные приведенные потери;

р – значение коэффициента отчислений для стат. конденсаторов (р=0,225);

k_у.к_. – капитальные вложения на установку конденсаторов (k_у.к = 6 руб/квар);

ΔР_у. – удельные потери равные 0,003 квт/квар.

Приведенные потери активной мощности:

2. Потери активной мощности СД

Реактивная нагрузка СД

т.к. > , то для СД также К_эк =

При этом приведенные потери

Остальные расчеты дополнительных объяснений не требуют. Исходные данные и результаты сведены в таблицу. Из приведенных расчетов видно, что для установки целесообразно применить СД.

Показатели Источник или формула Вариант с АД Вариант с СД

Номинальная мощность, Р_ном, квт Нагрузка на валу, Р, квт Коэффициент загрузки ЭД, k₃ Капитальные вложения, К, руб Суммарный коэффициент отчислений, р КПД ЭД в % Коэффициент мощности cos φ Потери активной мощности, квт Реактивная нагрузка, Q_a, Q_c, квар Экономический эквивалент, реактивной мощности квт/квар Приведенные потери активной мощности , квт Стоимость ээ 1 квт/год, руб Стоимость годовых потерь ээ, руб/год Годовые затраты З, руб/год Разность годовых затрат руб/год Нормированный коэффициент эффективности, Р_н Степень экономичности % Исходные данные Исходные данные Р/Р_н Прейскурант цен Справочник Каталог Каталог Расчеты k_эк, расчеты γ-исходные данные, расчет С_э=ΔΡ′γ рk+ ΔΡ′γ ΔЗ=З₂-З₁ Исходные данные (нормируются) (где Δ k=k₂- k₁) 0,8 0,225 0,91 0,02 73,8 - 0,15 - 0,8 0,21 95,8 0,9 0,02 0,15

Расчеты и анализ подобных установок показывает, что если требуется компенсация реактивной нагрузки, то экономичность, как правило, оказывается на стороне СД.

Когда компенсация Q не требуется, экономически конкурентоспособными являются высокоскоростные АД.