Моделирование нагрева асинхронного двигателя (стр. 10 из 12)
При работе привода в кратковременном режиме с постоянной нагрузкой (S2) имеется возможность получить от двигателя мощность больше паспортной. Это объясняется тем, что в кратковременном режиме работы температура обмотки не достигает установившегося значения, а при отключении от сети двигатель остывает до температуры окружающей среды. Величина допустимой перегрузки в первую очередь зависит от продолжительности работы двигателя.
При работе электропривода в повторно-кратковременном режиме (S3), температура обмотки в течение одного цикла не достигает установившегося значения, а при отключении двигателя от сети, он не успевает остыть до температуры окружающей среды. Поэтому в этом режиме, так же как и в режиме S2, возможна некоторая перегрузка двигателя. Величина допустимой перегрузки определяется продолжительностью включения, а именно временем работы и временем отключения.
На практике режимы работы электропривода отличаются от стандартизированных режимов. В этом случае, зная характер изменения нагрузки, можно смоделировать соответствующий режим на ЭВМ и определить температуру двигателя в конкретном режиме работы.
Однако следует учитывать, что ни одна, даже самая сложная модель асинхронного двигателя не обеспечивает точное решение задачи. Это объясняется, во-первых, приближенностью определения коэффициентов системы дифференциальных уравнений через конструктивные параметры асинхронного двигателя, и, во-вторых, технологическим разбросом характеристик самого двигателя. Так, например, только разброс характеристик материалов, применяемых при изготовлении асинхронных двигателей, может достигать ±18% [2].
Поэтому известные попытки использования устройств защиты асинхронных двигателей, реализованных с помощью тепловых моделей [9,11,12], по мнению автора, не способны обеспечить срабатывание защиты именно в тот момент времени, когда фактическая температура обмотки достигает значения уставки. В публикациях, посвященных этим устройствам защиты, отсутствует оценка погрешности их срабатывания.
Однако для решения задачи выбора двигателя по мощности тепловую модель использовать можно, так как при проектировании электропривода мощность двигателя выбирается с небольшим запасом, который компенсирует погрешность модели.
5. Экономический расчет
Затраты на разработку и реализацию лабораторной работы определяются по формуле:
, (5.1)где Сосн,зп – основная заработная плата персонала, руб.;
Сдоп,зп – дополнительная заработная плата персонала, руб.;
Сн,з – налоги на заработную плату, руб.;
Спо – затраты на приобретение программного обеспечения, руб.;
Свт – затраты на содержание и эксплуатацию вычислительной техники, руб.;
Сн – накладные расходы, руб.
Основная заработная плата рассчитывается как:
, (5.2)где Тразраб – время необходимое для разработки лабораторной работы, ч;
З – основная заработная плата персонала за один час, руб./ч.
Для разработки лабораторной работы необходимо Тразраб=150 ч. Исполнителем является инженер-программист. Оклад инженера-программиста третьей категории составляет 800 руб. в месяц. При условии, что продолжительность рабочего дня равна 8 ч, а в месяце 22 рабочих дня, основная заработная плата за 1 ч составит:
руб./ч.Основная заработная плата инженера-программиста за весь период разработки в соответствии с выражением (5.2) составит:
руб.Дополнительная заработная плата рассчитывается в процентах от основной заработной платы и составляет 12%. Дополнительная заработная плата инженера-программиста за весь период разработки составит:
руб.Налоги на заработную плату берутся в размере 36,6% от суммы основной и дополнительной заработной платы. Налоги на заработную плату за весь период разработки и реализации лабораторной работы составят:
руб.Затраты на приобретение программного обеспечения берутся как стоимость программного обеспечения. Стоимость полного пакета MatLab 6.1, в которой реализуется лабораторная работа, 52500 руб. Следовательно затраты на приобретение программного обеспечения составят:
Спо=52500 руб.
Затраты на содержание и эксплуатацию вычислительного комплекса определяются следующим образом:
, (5.3)где см-ч – стоимость машино-часа, руб./ч.
Стоимость машино-часа:
, (5.4)где Сэл,эн – стоимость потребляемой в год электроэнергии, руб.;
А – амортизация в год, руб.;
Срем – затраты на ремонт в год, руб.;
Твт – действительный фонд времени работы вычислительной техники, ч.
Стоимость потребляемой в год электроэнергии:
, (5.5)где р – мощность, потребляемая из сети одной ЭВМ, кВт;
Тном – номинальный фонд времени работы ЭВМ в год, ч;
сэ – стоимость 1 кВт/ч электрической энергии, руб./(кВт∙ч).
Мощность, потребляемая из сети одной ЭВМ, р=0,25 кВт. Стоимость 1 кВт∙ч электрической энергии сэ=1,2 руб./(кВт∙ч). При условии, что продолжительность рабочего дня равна 8 ч, а в месяце 22 рабочих дня, номинальный фонд времени работы ЭВМ равен:
Tном=8∙22∙12=2112 ч.
За год отчисления на электрическую энергию составят:
руб.Амортизация вычислительной техники считается как 25% от ее балансовой стоимости. Стоимость ЭВМ, необходимой для работы – 15000 руб. Амортизация вычислительной техники за год составит:
руб.Затраты на ремонт в год считаются как 4% от стоимости ЭВМ и составляют:
руб.Действительный фонд времени работы ЭВМ в год рассчитывается как:
, (5.6)где Тном – номинальный годовой фонд времени работы ЭВМ, ч;
Тпроф – годовые затраты времени на профилактические работы (принимаются 10% от Тном), ч.
Действительный фонд времени работы ЭВМ по выражению (5.6):
ч.Стоимость машино-часа по выражению (12.4):
руб./ч.Затраты на содержание и эксплуатацию ЭВМ по выражению (5.3):
руб.Накладные расходы рассчитываются как 30% от основной заработной платы и составляют:
руб.Смета затрат на разработку и реализацию лабораторной работы приведена в таблице 5.1.
Таблица 5.1 – Смета затрат на разработку и реализацию лабораторной работы
| № п/п | Наименование статьи расхода | Цена за единицу, руб. | Кол-во | Стоимость, руб. |
| 1 | Основная заработная плата персонала. | – | – | 681 |
| 2 | Дополнительная заработная плата персонала. | – | 12% | 81,72 |
| 3 | Налоги на заработную плату | – | 36,6% | 279,16 |
| 4 | Программное обеспечение. | 52500 | 1 | 52500 |
| 5 | Содержание и эксплуатация вычислительной техники. | 393 | 1 | 393 |
| 6 | Накладные расходы. | – | 30% | 204,3 |
| ИТОГО: | 54139,18 | |||
Заключение
В процессе дипломирования была решена задача определения параметров тепловой модели асинхронного двигателя. В основе последней лежит представление двигателя двумя коаксиальными цилиндрами. Внешний цилиндр представляет сталь сердечника статора, внутренний – медь обмоток статора. Процессы нагрева и охлаждения в двигателе в этом случае описываются системой дифференциальных уравнений второго порядка. Коэффициенты теплоотдачи входящие в эту систему были определены путем преобразования эквивалентной тепловой схемы асинхронного двигателя закрытого исполнения, содержащей шесть узлов, в схему с двумя узлами. Преобразование тепловой схемы выполнялось для стационарного режима, так как коэффициенты теплоотдачи в переходном и стационарном режимах одинаковы.
Полученные результаты используются в компьютерной лабораторной работе «Моделирование нагрева асинхронного двигателя в различных режимах работы». Лабораторная работа выполнена в программной среде MatLab 6.1, и в ее приложении Simulink 4. Данная работа позволяет моделировать процессы нагрева и охлаждения асинхронного двигателя практически в любых режимах его работы. Изначально для моделирования предлагаются три основных режима работы асинхронного двигателя – S1, S2, S3, но так же имеется возможность задания произвольного режима работы средствами приложения Simulink.