Курсовая с практикой на тему Расчет параметров обмотки статора результирующей ЭДС витка с учетом высших гармонических составляющих намагничивающей силы трехфазной обмотки (15 вариант)

Содержание:

Введение 3

1 Предварительный расчет параметров обмотки 6

2 Расчет результирующей ЭДС витка с учетом высших гармонических составляющих 14

3 Улучшение качества индуктируемой ЭДС 20

4 Расчет и конструирование окончательного варианта обмотки 27

Заключение 34

Список литературы 36

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 15 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 в первом разделе «Предварительный

расчет параметров обмотки» были рассчитаны число

витков в фазе обмотки.

Во втором разделе «Расчет результирующей ЭДС

витка с учетом высших гармонических составляющих» выполнена оценка гармонического состава ЭДС и рассчитано действующее

значение фазной ЭДС одного витка обмотки с учетом

высших гармонических составляющих – ЭДС равна 6,117 В.

В третьем разделе «Улучшение качества индуктируемой

ЭДС» были скорректированы исходные данные для

корректировки коэффициента формы, который влияет на качество индуктируемой ЭДС. Были скорректированы гармонические составляющие высших гармоник:

— индукция 3-й гармоники В3 = 0,05 Тл;

— индукция 5-й гармоники В5 = 0,03 Тл;

— индукция 7-й гармоники В7 = 0,005 Тл.

В результате проведенных расчетов был 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

Работа синхронного электродвигателя основана на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и постоянного магнитного поля ротора.

Постоянная скорость вращения синхронного электродвигателя достигается за счет взаимодействия между постоянным и вращающимся магнитным полем. Ротор синхронного электродвигателя создает постоянное магнитное поле, а статор – вращающееся магнитное поле (рисунок 1).

Рисунок 1 – Статор и ротор синхронной машины

Статор трехфазной синхронной машины аналогичен статору трехфазного асинхронного двигателя. Он состоит из корпуса 1, цилиндрического сердечника 2, набранного из отдельных пластин электротехнической стали, и трехфазной обмотки 3, уложенной в пазы сердечника.

Ротор синхронной машины представляет собой электромагнит постоянного тока, который создает магнитное поле, вращающееся вместе с ротором. Ротор имеет обмотку возбуждения 4, которая через специальные контактные кольца 5 питается постоянным током от выпрямителя или от небольшого генератора постоянного тока, называемого возбудителем.

На обмотки катушек статора подается трехфазное переменное напряжение. В результате создается вращающееся магнитное поле, которое вращается со скоростью пропорциональной частоте питающего напряжения.

Статор электродвигателей является неподвижной частью, внутри которой на подшипниках вращается ротор (якорь). Конструктивно статор состоит из станины и сердечника, зафиксированного внутри нее винтами. Станина представляет собой литой или сварной корпус, выполненный из чугуна или алюминия.

Сердечник статора синхронных двигателей имеет цилиндрическую форму и формируется из профилированных листов электротехнической стали толщиной от 0,35 до 0,5 мм, предварительно отожженных и изолированных лаком. Между собой такие пластины скрепляются продольными швами или скобами таким образом, чтобы профильные вырезы образовывали продольные пазы, в которые укладывается обмотка, состоящая из ряда изолированных и параллельно соединенных проводников. Такая конструкция сердечника позволяет ослабить вихревые токи.

Статор двигателя постоянного тока большой и средней мощности называется индуктор и собирается из главных полюсов, сформированных из листов электротехнической стали, и монолитных добавочных полюсов.

Многофазные обмотки машин переменного тока должны быть симметричными.

Для создания требуемого вращения момента каждая катушка обмотки должна иметь большое количество витков.

Если уложить все витки катушки в двух пазах получится сосредоточенная обмотка. Сосредоточенные обмотки не получили распространение в асинхронных двигателях, так как для их размещения пришлось бы вырубать в пластинах статора пазы большой площади. Это привело бы к увеличению наружного диаметра статора, следовательно, габаритов машины. Поэтому в машинах переменного тока применяют распределенные обмотки статора. Для выполнения распределенной обмотки каждую катушку делят на группы катушек или секций, соединенных последовательно и размещают их в соседних пазах.

Распределенные обмотки делятся на

‒ однослойные;

‒ двухслойные.

При однослойной обмотке в каждом пазу укладывается одна сторона одной катушки. При двухслойной обмотке в каждом пазу укладываются две стороны разных секций обмотки.

В данной работе рассматриваются однослойную обмотку.

Однослойные обмотки бывают:

‒ концентрические;

‒ шаблонные.

В концентрической обмотке катушки каждой катушечной группы имеют разную ширину и располагаются концентрически.

Устройство обмотки можно рассмотреть на развернутой схеме. Для получения развернутой схемы цилиндрическую поверхность статора вместе с обмоткой условно разрезают вдоль образующей цилиндра и развертывают на плоскости. При этом все секции обмотки изображают одновитковыми.

Лобовые части концентрических обмоток отгибают в двух плоскостях. Для того, чтобы избежать пересечения лобовых частей катушек, принадлежащих разным фазам.

Главным недостатком концентрических катушек является наличие катушек разного размера, вследствие чего они имеют разное сопротивление. Концентрические обмотки применяют в двигателе при большой мощности до 18 кВт.

Перейдем к расчету обмотки.

1.1 Полюсное деление

Полная обмотка, размещенная в магнитопроводе статора двигателя, состоит из трех самостоятельных фазных обмоток, каждая из которых имеет свои выводы.

Каждая фазная обмотка состоит из фазных катушек, или катушечных групп, соединенных соответствующим образом.