Разработка системы управления электроприводом клиновойrnзадвижки на базе системы ТРН-АД

Объектом исследования является система “тиристорный регулятор напряжения – асинхронный двигатель”.
Цель работы – разработка системы управления электроприводом клиновой задвижки на базе системы ТРН-АД.
В ходе выполнения данной работы было проведено моделирование переходных процессов асинхронного электродвигателя в разных режимах работы в программной среде MATLAB.
В результате работы была смоделирована система “ТРН-АД” с системой управления, позволяющей осуществлять регулирование скорости асинхронного электродвигателя, вычисление момента на валу. Так же реализован режим плавного пуска и динамического торможения. Проведен анализ графиков переходных процессов в полученной модели.

Введение ……………………………………………………………………………………………………………………….. 7
1. Технологический процесс перекачки нефти ………………………………………………………………… 8
1.1. Описание технологического процесса перекачки нефти ………………………………………… 8
1.2. Обзор задвижек ……………………………………………………………………………………………………. 8
1.3. Обзор электрических преобразователей для электроприводов задвижек………………. 12
1.4. Принцип действия тиристорного преобразователя ………………………………………………. 17
2. Выбор электропривода и расчет его оборудования ……………………………………………………. 20
2.1. Исходные данные……………………………………………………………………………………………….. 20
2.2 Характеристики электропривода………………………………………………………………………….. 21
2.2.1. Технические характеристики ЭПЦ-15000 …………………………………………………………. 21
2.2.2. Состав электропривода ……………………………………………………………………………………. 23
2.3. Расчет параметров схемы замещения асинхронного двигателя…………………………….. 24
2.4. Расчет статических характеристик электродвигателя…………………………………………… 29
3. Имитационная модель ТРН – АД………………………………………………………………………………. 31
3.1. Математическое описание асинхронного двигателя …………………………………………….. 31
3.2. Создание модели системы ТРН-АД в программной среде MATLAB Simulink ……… 43
3.2.1. Однофазный ТРН с управлением от генератора импульсов ………………………………. 44
3.2.2. Однофазный ТРН с управлением от S-function Builder ……………………………………… 48
3.2.3. Создание трехфазного ТРН………………………………………………………………………………. 53
3.2.4. Плавное изменение угла управления по заданному закону ……………………………….. 57
3.2.5. Прямой пуск асинхронного двигателя ………………………………………………………………. 59
3.2.6. Плавный пуск асинхронного двигателя…………………………………………………………….. 63
3.3 Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя с помощью системы ТРН-
АД ……………………………………………………………………………………………………………………………. 65
3.4 Вычисление момента на валу АД …………………………………………………………………………. 69
3.5 Динамическое торможение АД ……………………………………………………………………………. 74
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение …………………… 79
4.1. Предпроектный анализ ……………………………………………………………………………………….. 80
4.2. Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных
исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения ………………………. 80
4.2.1. Технология QuaD …………………………………………………………………………………………….. 80
4.2.2. SWOT-анализ ………………………………………………………………………………………………….. 83
4.3. Планирование научно-исследовательских работ …………………………………………………. 90
4.3.1. Структура работ в рамках научного исследования ……………………………………………. 90
4.3.2. Определение трудоемкости выполнения работ …………………………………………………. 91
4.3.3. Разработка графика проведения научного исследования …………………………………… 92
4.4. Бюджет научно-технического исследования (НТИ) …………………………………………….. 96
4.4.1. Основная заработная плата исполнителей темы ……………………………………………….. 96
4.4.2. Дополнительная заработная плата исполнителей темы ……………………………………… 99
4.4.3. Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) …………………………. 99
4.4.4. Накладные расходы ……………………………………………………………………………………….. 100
4.4.5. Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта……………….. 100
4.5. Определение pеcуpcoэффективнocти проекта ……………………………………………………. 101
5. Социальная ответственность …………………………………………………………………………………… 103
5.1. Характеристика объекта исследования ……………………………………………………………… 103
5.2. Анализ опасных и вредных производственных факторов …………………………………… 104
5.3. Экологическая безопасность …………………………………………………………………………….. 116
5.4. Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………………………….. 117
5.5. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности и условий труда
………………………………………………………………………………………………………………………………. 120
Заключение………………………………………………………………………………………………………………… 123
Список используемой литературы ………………………………………………………………………………. 123
Приложение A……………………………………………………………………………………………………………. 126
Приложение Б ……………………………………………………………………………………………………………. 143
Приложение В ……………………………………………………………………………………………………………. 144

Целью данной работы являлось построение системы ТРН-АД с
возможностью регулирования частоты вращения и определения момента на
валу асинхронного электродвигателя.

Для достижения поставленных целей была создана модель системы ТРН
– АД в программной среде MATLAB Simulink. Основой модели является
блок «S-Function Builder», который позволяет пользователю интегрировать
внешний код C в модель Simulink, что позволяет значительно расширить
возможности стандартной библиотеки MATLAB.

В качестве блока, имитирующего работу АД был выбран блок
Asynchronous Machine SI Units из стандартной библиотеки MATLAB.

В данной работе был выбран электропривод «ЭПЦ – 15000», который
предназначен для дистанционного и местного управления запорной
арматурой магистральных нефтепроводов. Данный электропривод
комплектуется асинхронным двигателем «ДАТЭК – 350.03», параметры
которого были внесены в блок Asynchronous Machine SI Units, имитирующий
работу АД.

Смоделированный процесс пуска АД вхолостую показал преимущества
использования системы ТРН – АД. А именно значительное снижение
пусковых токов и моментов двигателя, что значительно экономит ресурс
электрической и механической частей электропривода.

В модель была добавлена возможность регулирования скорости
вращения ротора АД, что значительно расширяет возможности применения
системы ТРН-АД. Был выявлен максимальный диапазон регулирования,
который составил 1:50.

Так же модель была дополнена возможность определения момента на
валу АД, что позволит соблюдать рекомендуемый режим работы
электропривода, учитываю специфику такого механизма, как задвижка.

В ходе выполнения данной работы был смоделирован режим
динамического торможения и проанализированы графики переходных
процессов АД при таком режиме работы.