Курсовая с практикой на тему Электрические машины

Содержание:

Введение 3

1 Предварительный расчет параметров обмотки 6

2 Расчет результирующей ЭДС витка с учетом высших гармонических составляющих 10

3 Улучшение качества индуктируемой ЭДС 14

4 Расчет и конструирование окончательного варианта обмотки 18

Заключение 24

Список литературы 25

Введение:

Наряду с централизованным способом электроснабжения потребителей от сетей энергосистем в ряде случаев необходимо предусматривать местные источники электроснабжения. К ним относятся дизельные электростанции, которые широко используются также в качестве резервных установок, обеспечивающих электрической энергией потребителей при отключении питания в случае аварий на линиях энергосистемы. Для потребителей с повышенными требованиями к бесперебойности электроснабжения установка резервных источников электроснабжения обязательна.

Синхронный генератор дизельной электростанции работает в генераторном режиме и является источником электроэнергии только в периоды аварии основного источника электроэнергии – государственной линии электропередачи.

Когда же электроснабжение объектов работает в нормальном режиме, то синхронный генератор переводится в режим синхронного двигателя для привода компрессорной установки, подающей сжатый воздух в цех переработки продукции.

На дизельных электростанциях применяют генераторы типов СГД (синхронный генератор, дизельный), ЕСС (единой серии с самовозбуждением), ЕС (единой серии), МСД открытого и МСА защищенного исполнения с самовентилированием и др.

Передвижные дизельные электростанции выполнены как комплектные электроустановки, смонтированные на каком-либо транспортном средстве и защищенные от атмосферных воздействий. Дизельные электроагрегаты также выполняют как комплектные установки в виде отдельных блоков, чаще всего смонтированными на общей раме.

Стационарные дизельные электроустановки предназначены для нормальной работы и выработки электроэнергии необходимого качества при температуре окружающего воздуха от +8 до +40°С, высоте над уровнем моря не выше 1000 м и относительной влажности воздуха до 98% при +25° С. Передвижные электроустановки вырабатывают электроэнергию при колебаниях температуры окружающего воздуха от —50 до +50°С при той же его влажности и установке над уровнем моря на высоте до 4000 м.

Основным элементом дизельной-электроустановки (станции или агрегата) является дизель-генератор, состоящий из дизельного двигателя, электрического генератора, трехфазного переменного тока, систем охлаждения, смазочной, топливоподачи и пультов управления.

Передвижные электростанции типа ЭСД комплектуются дизельными агрегатами марки АД (АСД), а электростанции ЭСДА — агрегатами АД и АСДА.

Агрегаты типа АСД, АСДА мощностью 30—100 кВт используются в качестве резервных электроустановок. Для них применяют также электростанции типа ДЭС. Для стационарных резервных электростанций большей мощности (300‒500 кВт) используют дизельные электроагрегаты типов АС, АСДА, ДГА и др. Такие резервные электростанции сооружают в закрытых помещениях. Их располагают в непосредственной близости от резервируемого объекта или в центре нагрузок, для резервирования трансформаторных подстанций потребителей с учетом резервирования в первую очередь наиболее ответственных потребителей электроэнергии.

В рамках данного курсового проекта необходимо рассмотреть синхронные генераторы, рассчитать и научиться оптимизировать геометрические и электрические параметры трехфазных обмоток и выполнить следующие задачи:

1) по имеющимся геометрическим размерам статора синхронного генератора и заданному напряжению рассчитать число витков в фазе обмотки;

2) выполнить оценку гармонического состава ЭДС генератора. При необходимости провести оптимизацию гармонического состава ЭДС и рассчитать окончательный вариант обмотки, удовлетворяющий требованиям стандарта.

Далее приведены исходные данные для 17 варианта.

Заключение:

В результате расчета данного курсового проекта была восстановлена обмотка трехфазной синхронной машины, которая в свою очередь выполняет две очень важные вещи на производстве.

Во-первых, это работа в качестве резервного источника питания, а во-вторых, это работа в режиме электрического двигателя в составе компрессорной установки.

Таким образом в результате ремонта были сэкономлены значительные средства, так как новый синхронный генератор стоит несказанно больше ремонта уже имеющегося, но неисправного синхронного генератора.

Основная цель работы достигнута. Были освоены навыки расчета и оптимизации геометрических и электрических параметров трехфазных обмоток.

Были выполнены все задачи курсового проекта. По имеющимся геометрическим размерам статора синхронного генератора и заданному напряжению были рассчитаны число витков в фазе обмотки. Выполнена оценка гармонического состава ЭДС и рассчитан окончательный вариант обмотки, удовлетворяющий требованиям стандарта в соответствии с ГОСТ 183-66. Рассчитаны амплитудные значения намагничивающих сил однофазной обмотки одной фазы одного полюса и трехфазной обмотки в расчете на один полюс. Проанализировано вращающееся магнитное поле статора при помощи интегральной кривой намагничивания.

Резервное электроснабжение, а также работа компрессорной установки восстановлено полностью и в кратчайшие сроки без покупки нового синхронного генератора. Цена ремонта многократно ниже цены новой машины. В итоге, можно с уверенностью судить о рациональности проведенной работы.

 

Фрагмент текста работы:

1 Предварительный расчет параметров обмотки

Полюсное деление

Полюсным делением называется часть окружности статора приходящаяся на один полюс. Полюсное деление измеряется и рассчитывается как в пазах статора Z, так и в линейных единицах (м). Для составления схемы обмотки полюсное деление рассчитывается в пазах статора и представляет собой число пазов статора приходящихся на один полюс:

τ=Z/(2∙p),

где Z – число пазов;

p – число пар полюсов.

τ=48/(2∙2)=12 пазов

Однако для расчета магнитного потока полюсное деление рассчитывается в единицах длины (м):

τ=(π∙D)/(2∙p),

где D – диаметр статора.

τ=(π∙0,112)/(2∙2)=0,087 м.

Переходим к рассчету следующего пункта.

Число пазов на полюс и фазу

Число пазов на полюс и фазу (q) определяет число секций в катушечной группе.

Каждая катушка обмотки участвует в создании двух полюсов, так как активные проводники одной её стороны имеют одно направление тока, а другие ‒ противоположные.

Число пазов рассчитывается по следующей формуле

q=Z/(2∙p∙m)=48/(2∙2∙3)=4

При q > 1, обмотка называется рассредоточенной, при этом фазные катушки должны быть разделены на секции, число которых равно q.

q=48/(2∙2∙3)=4.

Переходим к расчету шага обмотки.

Шаг обмотки

Шагом обмотки называется расстояние между первой и второй активными сторонами одной секции, выраженное в пазах статора.

Для двухслойных обмоток шаг рассчитывается по формуле:

γ=β∙τ=0,7∙12≈9.

где β – коэффициент укорочения шага, который выбирается конструктором обмотки.

γ=0,7∙12≈9.

Переходим к расчету следующего пункта.

Угол сдвига ЭДС

Начальные фазы электромагнитных синусоидальных колебаний первичного и вторичного напряжения, с частотой одинаковой величины, могут существенно различаться на некоторый угол сдвига фаз (угол φ). Переменные величины могут неоднократно в течение определенного периода некоторого времени изменяются с определенной частотой. Если электрические процессы имеют неизменный характер, а сдвиг фаз равен нулю, это свидетельствует о синхронизме источников величин переменного напряжения, например, трансформаторов. Сдвиг фазы служит определяющим фактором коэффициента мощности в электрических сетях переменного тока.

Угол сдвига фаз находится при необходимости, тогда, если один из сигналов является опорным, а второй сигнал с фазой в самом начале совпадает с углом сдвига фаз.

α=(360∙p)/Z;

α=(360∙2)/48=15 °.

Переходим к следующему пункту.

1.5 Конструирование схемы обмотки

По рассчитанным параметрам в соответствии с правилами конструирования схем двухслойных обмоток, составляем схему-таблицу и по ней строим схему-развертку обмотки.

Схема-развертка должна быть составлена по следующим правилам:

1. число катушечных групп в каждой фазе n равно числу полюсов 2р

n = 2р;

2. начала катушечных групп одной фазы смещены относительно друг друга на 180 эл. градусов (что соответствует смещению на одно полюсное деление τ);

3. число секций в каждой катушечной группе S равно числу пазов на полюс и фазу q:

S = q.

4. катушечные группы одной фазы соединяются по схеме: конец предыдущей катушечной группы соединяется с концом последующей; начало предыдущей катушечной группы с началом последующей;

5. начала обмоток различных фаз смещены относительно друг друга на 120 электрических градусов.

Схема-таблица двухслойной обмотки по данным Z = 48; 2р = 4 представлена на рисунке 1.

Содержание:

Введение 3

1. Выбор двигателя по номинальной мощности 4

2. Расчет ротора 5

2.1 Расчёт магнитной цепи 8

2.2 Расчет параметров рабочего режима 10

2.3 Расчет параметров двигателя для номинального режима 14

3. Выбор типа обмотки 18

4. Расчет обмоточных данных 21

5. Построение развернутой схемы обмотки статора 25

6. Определение эффективных значений фазной и линейной ЭДС первой, третьей, пятой и седьмой гармоник 28

Заключение 36

Список использованных источников 37

Введение:

Интерес к асинхронным двигателям (АД) для регулируемых электроприводов значительно вырос, поскольку в последние годы, как в нашей стране, так и за рубежом проводится широкий комплекс работ по созданию модификаций двигателей, предназначенных для работ в самых различных регулируемых системах, которые используются в промышленности, сельском хозяйстве, на транспортных, самоходных, строительных и дорожных машинах, буровых станках передвижных и подвижных устройствах различного назначения и т.д.

В качестве электромеханических преобразователей частотно-регулируемых электроприводов используются трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. К таким электроприводам относятся основное оборудование компрессорных установок и в частности привода конвейерных линий. К таким двигателям предъявляют требования высокого начального пускового момента и мягкой механической характеристики. Эти двигатели вследствие простоты и жесткости конструкции, высокой надежности, долговечности и несложного ухода применяются для привода роликов нереверсивных и реверсивных прокатных станков, как холодной, так и горячей прокатки металла и для транспортных рольгангов.

Для расчета асинхронного двигателя в данной дипломной работе применяется методика расчета асинхронного двигателя предложенная в учебнике «Проектирование электрических машин» под редакцией профессора И.П. Копылова.

В данной курсовой работе будут рассчитаны: статор, ротор, намагничивающий ток, потери, рабочие характеристики, тепловой расчет.

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором более экономичные с точки зрения потребления электроэнергии по сравнении с частотно регулируемыми и другими системами, где необходимо регулирование частоты вращения в необходимых пределах.

Заключение:

Выбирая базовую модель для проектирования новой машины, мы остановились на двигателях серии 4А, которые удовлетворяют рекомендациям МЭК. Благодаря применению электротехнической стали с улучшенными магнитными свойствами, реализации запасов по нагреву и усовершенствованию охлаждения, переходу на более высокие классы изоляции мощность двигателей этой серии при заданных высотах оси вращения на 2-3 ступени шкалы мощностей больше по сравнению с двигателями серии А2. Это позволило уменьшить массу двигателей в среднем на 15-18%, сэкономить объемы обмоточной меди и электротехнической стали на 20-25% при оставшихся неизменными энергетических показателях.

В данном курсовом проекте, ориентируясь на данные асинхронного двигателя 4АН200М6УЗ, был спроектирован новый асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, который соответствует последним достижениям в области расчета и конструирования электрических машин переменного тока.

Содержание:

Введение  4

Глава 1. Расчет электрических параметров режимов
работы АД.. 5

Глава 2.  Расчет
параметров ярма статора. 7

Глава 3.  Расчет
параметров обмотки статора. 13

Глава 4.  Расчет
параметров ярма ротора. 15

Глава 5. Расчет магнитной цепи. 16

Глава 6. Расчет
индуктивных сопротивлений обмоток статора и ротора. 17

Глава 7. Расчет
параметров режима работы двигателя. 18

7.1 Расчёт параметров. 18

7.2 Построение рабочих характеристик. 19

Заключение. 20

Использованная литература. 21

ПРИЛОЖЕНИЕ А.. 22

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. 23

Введение:

Асинхронные двигатели являются самым распространенным типом
бесколлекторных электрических машин переменного тока. Промышленный выпуск
высоковольтной полупроводниковой техники и статических преобразователей
напряжения позволяют внедрять электропривод с асинхронными двигателями во всех
областях техники: от систем автоматического управления, где используются
двигатели мощностью менее 1Вт, до тягового привода мощных транспортных средств,
где используются двигатели мощностью более 1000 кВт.

Асинхронной называют машину переменного тока, у которой
угловая скорость вращения ротора отличается от угловой скорости вращения
электромагнитного поля и изменяется в зависимости от нагрузочного
момента.

Асинхронные двигатели классифицируются:

1) трехфазные двигатели
с короткозамкнутым ротором;

2) трехфазные двигатели
с фазным ротором;

3) двухфазные
исполнительные двигатели с короткозамкнутым ротором;

4) однофазные двигатели
с конденсаторным пуском.

Асинхронные машины
общего назначения применяют главным образом в двух исполнениях: с
короткозамкнутым и с фазным ротором.

Наибольшее применение
имеют трехфазные двигатели, рассчитанные на работу от сети промышленной частоты
50 Гц. Асинхронные двигатели специального назначения для приборов и систем
автоматики изготавливаются на повышенные частоты переменного тока до 200, 400
Гц и более.

В курсовой работе
проводится расчет параметров и рабочих характеристик трёхфазного асинхронного
двигателя с короткозамкнутым ротором.

Заключение:

В курсовом проекте произведён расчёт
параметров режимов работы АД. При расчётах параметров статора и ротора били
просмотрены несколько вариантов расчётов. В проект занесён только один вариант,
который наиболее близко соответствует заданию.

Все расчёты проводились в последней
версии программы Mathcad Prime 6.0. Файлы с расчётами прилагаются к проекту и
занесены в пояснительную записку. При расчёте составлены были эскизы пазов
статора и ротора, с указанием размеров.

Был проведён расчёт магнитной цепи,
результаты которого показали правильность расчётов. Были
рассчитаны и построены в Mathcad Prime 6.0 рабочие характеристики

Фрагмент текста работы:

Расчет электрических параметров режимов работы АД

Исходные данные для расчета асинхронного двигателя: – номинальная
мощность на валу электродвигателя ;

– номинальное
значение линейного напряжения ;

– число фаз статора ;

– номинальная
частота питающего напряжения – номинальное
значение скольжения – допустимая частота вращения ротора .

В качестве прототипа для расчётов выберем асинхронный двигатель серии А4
мощностью 500 кВт, частотой вращения 1000 об/мин и напряжением 6000 В, степень
защиты 1Р23, со следующими данными, которые могут в дальнейшем использоваться
при расчётах: Для расчета основных параметров номинального режима работы двигателя
необходимо по значению механической мощности определить значение его полной мощности . Для
этого первоначально определяется активная мощность на входе в двигатель ,
задавшись ориентировочным значением номинального коэффициента полезного
действия по характеристикам двигателя-прототипа. Тогда получим [1]: