Дипломная работа (ВКР) — бакалавр, специалист на тему Синхронный двигатель типа СДН мощностью 5000 кВт для привода насоса

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ. 4

1. ОБЩАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА СИНХРОННОГО ВЕРТИКАЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ.. 6

1.1
Назначение и общие сведения. 6

1.2 Основные
конструкционные особенности. 9

2. РАСЧЁТ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ЯДРА.. 20

2.1 Расчёт номинальных величин. 20

2.2 Предварительный выбор основных геометрических размеров. 20

2.3 Выбор числа пазов статора. 22

2.4 Расчёт обмотки статора. 23

2.5 Коррекция главных размеров статора. 28

2.6 Выбор величины воздушного зазора. 31

2.7 Выбор размеров полюса и обмотки возбуждения. 32

2.8 Расчёт демпферной обмотки. 33

2.9 Расчёт магнитной цепи двигателя. 35

2.10 Расчёт перегрузочной способности. 41

2.11 Расчёт обмотки возбуждения. 42

3. СИНТЕЗ И
ОПТИМИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ЯДРА НА ПК.. 46

3.1 Поиск
приемлемого варианта. 47

3.2
Оптимизация по минимуму приведенной стоимости. 48

3.3
Оптимизация по минимуму резервов. 49

3.4 Выбор
оптимального варианта. 50

СПИСОК
ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.. 55

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. 56

ПРИЛОЖЕНИЕ 2  57

Введение:

В
настоящее время широкое распространение получили крупные вертикальные
электродвигатели типа ВДС 2-325-20 мощностью 5000 киловатт и частотой вращения
до 333 оборотов в минуту. В энергетике их применяют качестве генераторов на
элктростанциях. В промышленных установках синхронные двигатели также находят
большое применение.

Синхронной
машиной называется электрическая машина переменного тока, у которой частота
вращения ротора n находится в строгом соответствии с частотой сети.

Синхронные
двигатели – это бесколлекторные машины переменного тока. По своему устройству
они отличаются от асинхронных машин лишь конструкцией ротора, который может
быть явнополюсным или неявнополюсным. Синхронные машины отличаются синхронной
частотой вращения ротора (n1=n2=const) при любой нагрузке, а также возможностью
регулирования коэффициента мощности, устанавливая такое его значение, при
котором работа синхронной машины становится наиболее экономичной.

В
настоящее время широко используются вертикальные двигатели переменного тока
мощностью от нескольких десятков до нескольких десятков мегаватт и скоростью от
нескольких до десятков тысяч оборотов в минуту.

Синхронные
двигатели большой мощности более экономичны, чем двигатели других типов. Также
рекомендуется использовать их в качестве устройства в местах со стабильной
нагрузкой, где не требуется повторных пусков и двигатель должен работать с
постоянной скоростью, например, компенсаторы, насосы, воздушные агрегаты,
вентиляторы.

Это
очень удобно, когда электрическая машина находится далеко от энергоцентра,
потому что при питании такого синхронного двигателя можно регулировать
реактивную мощность в узле и, таким образом, поддерживать постоянное
напряжение.

Электростанции
оснащены насосными агрегатами с асинхронным двигателем. Когда поставляется
двигатель, расположенный на электростанции, нет потерь мощности для передачи
реактивной энергии по линии электропередачи, и не требуется электродвигатель
для подачи блестящей энергии в сеть. В этих условиях асинхронные двигатели с
короткозамкнутым ротором имеют значительное преимущество перед синхронными
двигателями с точки зрения комфорта и ремонтопригодности, а также стоимости.
Цена асинхронного двигателя Орава-Хаккинена в среднем на 20% ниже, чем у
синхронного двигателя с возбуждением от электрической машины.

Сегодня
используется много больших вертикальных заменяющих двигателей. В системах
орошения и полива насосные станции с вертикальными, преимущественно синхронными
электродвигателями мощностью 500-25 000 кВт устанавливаются в насосных станциях
городских и промышленных систем водоснабжения.

Таким
образом, синхронный двигатель в сравнении с другим двигателем имеет следующие
преимущества:

–
способность производить, поглощать и контролировать реактивную мощность;

–
меньшая зависимость напряжения от перегрузки;

–
возможность кратковременного увеличения пропускной способности за счет
принудительной настройки;

–
абильная скорость, обеспечивающая технологичность процесса.

И
следующие минусы:

1.
сложность производства, дороговизна, меньшая надежность;

2.
трудности с регулировкой и регулировкой скорости вращения;

3.
Довольно сложный старт.

Заключение:

Согласно
техническому заданию, вариант синхронного двигателя рассчитывался вручную, что
использовалось в качестве исходных данных в компьютерных расчетах. Расчет этих
данных показал, что данный вариант двигателя не отвечает всем требованиям
заказчика и требует оптимизации. Оптимизация проводилась на компьютере с
программой «OPTCD», что значительно ускорило и облегчило задачу, а также
позволило учесть характеристики синхронного двигателя, отсутствующие в ручных
расчетах. Результатом проделанной работы стала предложенная версия двигателя.

Полученный
вариант двигателя отличается хорошо сбалансированным температурным режимом,
низкими зарядами по показателям, средней ценой и КПД = 95,14, что характерно
для машин этого класса мощности. Двигатель способен выдерживать нагрузки,
незначительно превышающие номинальные, что позволяет говорить о высокой
надежности и экономичности. В целом по этим параметрам получен оптимальный
двигатель, отвечающий необходимым технико-экономическим требованиям, что делает
его конкурентоспособным и дает возможность широкого применения в народном
хозяйстве.

Как
правило, электродвигатель — это электромеханическое устройство, преобразующее
электрическую энергию в механическую.

В
зависимости от типа подключения двигатели бывают однофазными и трехфазными.
Наиболее распространенными трехфазными двигателями являются асинхронные
двигатели (асинхронные) и синхронные двигатели.

Когда
электрические провода трехфазного двигателя находятся в определенном геометрическом
положении (под углом друг к другу), создается электрическое поле. Возникающее
электромагнитное поле вращается с определенной скоростью, называемой синхронной
скоростью.

Если
это вращающееся магнитное поле имеет электромагнит, оно будет магнитно близко к
этому вращающемуся полю и будет вращаться со скоростью этого поля. Фактически,
это нерегулируемый двигатель, потому что у него только одна скорость, которая
является синхронной, и не может быть промежуточных скоростей. Другими словами,
он работает синхронно с частотой сети.

Основное
отличие синхронной машины состоит в том, что скорость вращения якоря такая же,
как и соответствующая характеристика магнитного потока.

И
если асинхронные двигатели используют ротор с короткозамкнутым ротором,
синхронные двигатели имеют катушку, на которую подается переменное напряжение.

В
некоторых моделях используются постоянные магниты. Но это делает двигатель
дороже.

Если
увеличить нагрузку, подключенную к ротору, его скорость не изменится. Это одна
из важнейших характеристик машин этого типа. Обязательным условием является то,
что движущееся магнитное поле имеет такое же количество пар полюсов, что и
электромагнит ротора. Это обеспечивает постоянную угловую скорость вращения
компонента двигателя. И это не зависит от момента, примененного к нему.

Фрагмент текста работы:

1.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИНХРОННОГО ВЕРТИКАЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ 1.1
Назначение и общие сведения Синхронная
машина состоит из двух основных частей: статора и ротора. Статор представляет
собой сплошной полый многослойный сердечник с продольными канавками внутри, в
которых находится обмотка статора. Во внутренней полости статора находится
вращающаяся часть машины — ротор, который может иметь как видимые, так и скрытые
полюса. В машине с редуктором зазор между ротором и статором постоянный. К
ротору прикреплены катушка возбуждения и демпфирующая клетка, которая
используется для запуска и отключения ротора при резком изменении рабочих
параметров. Настроечная обмотка образует фиксированное поле. Вал ротора
нагружен.

Синхронная
машина может работать в двух разных режимах: отдельно и параллельно сети.
Машина является единственным источником энергии для потребителей в автономном
режиме, т.е. работает только в режиме генератора. При работе от сети или
параллельно с сетью может работать в режиме синхронного генератора, двигателя,
компенсатора. [2]

Синхронная
машина состоит из двух основных частей: статора и ротора. Статор представляет
собой сплошной полый многослойный сердечник с продольными канавками внутри, в
которых находится обмотка статора. Во внутренней полости статора находится
вращающаяся часть машины — ротор, который может иметь как видимые, так и
скрытые полюса. В машине с редуктором зазор между ротором и статором
постоянный. К ротору прикреплены катушка возбуждения и демпфирующая клетка,
которая используется для запуска и отключения ротора при резком изменении
рабочих параметров. Настроечная обмотка образует фиксированное поле. Вал ротора
нагружен. На рисунке 1.1 показан насос с синхронным двигателем.