Курсовая работа (т): Вертикальный синхронный двигатель типа ВДС2 325 - 18 мощностью 4000

Вертикальный синхронный двигатель типа ВДС2 325 - 18 мощностью 4000

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО "Уральский государственный технический университет -УПИ"

Кафедра электрических машин

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Вертикальный синхронный двигатель типа ВДС2 325 - 18 мощностью 4000

Техническое задание

Спроектировать вертикальный синхронный двигатель со следующими параметрами:

Номинальные данные:

номинальная мощностьРн = 4000 кВт

номинальное линейное напряжениеUн = 10 кВ

- номинальный коэффициент мощности (опережающий)= 0.9

номинальная частота напряжения сетиfн = 50 Гц

номинальная частота вращения ротора= 333 об/мин

внешний диаметр сердечника статораDa = 3.25 м

класс нагревостойкости изоляцииF

схема обмотки статораY

Технические требования:

кратность пускового моментаМп / Мном  0.5

кратность максимального моментаМмакс / Мном 1.9

кратность входного моментаМвх / Мном  1.4

кратность пускового токаIп / Iном 4.8

Изоляция обмотки статора - термореактивная. Возбудитель - статический, тиристорный.

Реферат

В пояснительной записке представлен расчет вертикального синхронного двигателя типа ВДС2-325-18 мощностью Рном = 4000 кВт.

В данной работе описывается методика синтеза электромагнитного ядра явнополюсного синхронного двигателя, который должен удовлетворять всем предъявленным техническим требованиям.

В первой главе дано назначение вертикальных синхронных двигателей и краткое описание их конструкции. Во второй главе приводится ручной расчет электромагнитного ядра вертикального синхронного двигателя по номинальным данным и техническим требованиям. В результате этой работы получаем вариант, служащий исходным для оптимизации в программе "OPTCD". В третьей главе произведена оптимизация электромагнитного ядра на ЭВМ, которая заключается в поиске лучшего из возможных вариантов двигателя при условии соблюдения технического задания.

синтез электромагнитный ядро двигатель

Техническое задание

Реферат

Введение

Глава 1. Общая характеристика вертикального синхронного двигателя типа ВДС2

.1 Конструкция корпуса, сердечника и обмотки статора

.2 Конструкция ротора вертикального синхронного двигателя

.3 Конструкция крестовин

.4 Конструкция вала

.5 Подпятник

.6 Изоляция направляющих подшипников и подпятника

.7 Система возбуждения

глава 2. Расчет электромагнитного ядра

.1 Расчет номинальных величин

.2 Расчет сердечника статора

.3 Расчет обмотки статора

.4 Коррекция главных размеров статора по уровню индукции в воздушном зазоре, зубцах и спинке статора

.5 Расчет величины воздушного зазора

.6 Расчет полюса и демпферной обмотки

.7 Расчет магнитной цепи

.8 Расчет перегрузочной способности

.9 Расчет обмотки возбуждения

глава 3. Оптимизация электромагнитного ядра на ЭВМ

.1 Поиск приемлемого варианта

.2 Оптимизация по минимуму приведенной стоимости

.3 Оптимизация по минимуму резервов и выбор оптимального варианта

Заключение

Введение

В настоящее время широкое распространение получили крупные вертикальные электродвигатели переменного тока мощностью от нескольких десятков ватт до десятков мегаватт, а частотой вращения от нескольких до десятков тысяч оборотов в минуту.

Синхронные двигатели большой мощности экономически выгоднее, чем двигатели другого типа. Также целесообразно применять их в качестве привода устройств, в местах стабильной нагрузки, где не требуются частые пуски и двигатель должен работать с постоянной частотой вращения, например: компенсаторы, насосы, воздухоустановки, нагнетатели.

Весьма удобно, когда электрическая машина удалена от центра питания, так как при питании такого синхронного двигателя можно регулировать реактивную мощность в узле и тем самым поддерживать постоянное напряжение.

Насосные агрегаты с асинхронными двигателями устанавливаются на электростанциях. При питании двигателя, находящегося на электростанции, нет потерь мощности на передачу реактивной энергии по ЛЭП, не требуется от электродвигателя выдача реактивной энергии в сеть. В этих условиях асинхронные короткозамкнутые двигатели имеют значительные преимущества перед синхронными в части удобства и простоты обслуживания, а также стоимости. Стоимость асинхронного короткозамкнутого двигателя в среднем на 20% меньше стоимости синхронного двигателя с электромашинным возбудителем.

В настоящее время в эксплуатации находится большое количество крупных вертикальных электродвигателей переменного тока. В ирригационных и оросительных системах, на насосных станциях городского и промышленного водоснабжения устанавливаются насосные агрегаты с вертикальными электродвигателями, преимущественно синхронными, мощностью от 500 до 25000 кВт.

На гидроаккумулирующих станциях, где агрегаты работают то как насосы, создавая запасы воды в водохранилищах, то как турбины, расходуя запасенную воду в часы пиков электронагрузки, мощность синхронных двигателей-генераторов доходит до 100 МВт и более.

Для систем технического водоснабжения тепловых электростанций применяются вертикальные насосные агрегаты с асинхронными двигателями мощностью от 300 до нескольких тысяч киловатт. Мощность асинхронных двигателей для главных циркуляционных насосов атомных электростанций достигает 10000 кВт.

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

·   возможность генерирования и регулирования реактивной мощности;

·   меньшая зависимость перегрузочной способности от напряжения;

·   возможность кратковременно увеличивать перегрузочную способность за счет форсировки возбуждения;

·   стабильная частота вращения, что обеспечивает технологичность процесса.

И следующие недостатки:

·   сложность изготовления, дороговизна, меньшая надежность;

·   сложность в управлении и регулировании скорости вращения;

·   затруднен пуск.

Глава 1. Общая характеристика вертикального синхронного двигателя типа ВДС2

1.1 Принцип действия и конструкция

Следует выделить две основные части синхронной машины: статор и ротор. Статор представляет собой неподвижный полый шихтованный сердечник с продольными пазами внутри, в которых расположена обмотка статора. Во внутренней полости статора расположена вращающаяся часть машины - ротор, который может иметь явно полюсное и неявно полюсное исполнение. В неявно полюсной машине зазор между ротором и статором постоянный. В роторе крепится обмотка возбуждения и демпферная клетка, которая служит для пуска и успокоения ротора при резком изменении режимных параметров. Обмотка возбуждения создает неподвижное поле. К валу ротора подводится нагрузка.

Синхронная машина может работать в двух различных режимах: в автономном и параллельно с сетью. В автономном режиме машина является единственным источником энергии для потребителей, то есть работает только в генераторном режиме. При работе от сети или параллельно сети она может работать в режимах синхронного генератора, двигателя, компенсатора.

Рассмотрим принцип действия синхронной машины, которая имеет питание как обмотки возбуждения, так и обмотки статора от независимых источников: обмотка возбуждения - от возбудителя, обмотка статора - от трехфазной сети. Если подать постоянное напряжение на обмотку возбуждения, то по ней потечет постоянный ток, который будет создавать неподвижное, относительно ротора, поле. При подключении фаз обмотки статора, которые сдвинуты в пространстве на 120⁰ к трехфазной сети, то будет создана вращающееся с синхронной скоростью поле. Если ротор привести во вращение с синхронной скоростью, то эти поля, относительно друг друга станут неподвижными. В зависимости от положения ротора возникнет момент - тормозящий или двигательный. Таким образом, синхронная машина при подключении к сети, в зависимости от положения ротора, может работать как в генераторном, так и в двигательном режимах. В режиме двигателя ротор отстает от поля статора, в отличии от генераторного, где ротор опережает. Под действием электромагнитного момента, который совпадает с направлением вращения и противонаправлен внешнему нагрузочному моменту, происходит синхронное вращение ротора. Степень загруженности оценивают рабочим углом q - угол между ротором и осью поля статора. Чем больше нагрузка, тем больше q.

1.2 Конструкция корпуса, сердечника и обмотки статора

Основным исполнением вертикальных электродвигателей является подвесное с подпятником, расположенным выше корпуса ротора, и двумя направляющими подшипниками в верхней и нижней крестовинах и с фланцевым концом вала для присоединения к насосу. В большинстве своем двигатели рассматриваемого диапазона мощностей и частот вращения выполняются с подпятниками и направляющими подшипниками скользящего трения.

Рис.1 Общий вид вертикального синхронного двигателя.

Система смазки - замкнутая внутри масляных ванн верхней и нижней крестовин без внешней циркуляции. Масло в ваннах охлаждается с помощью встроенных маслоохладителей. Вертикальные электродвигатели малой мощности могут выполняться с подпятником скольжения и с направляющими подшипниками качения, имеющими жидкостную систему смазки.

Синхронные электродвигатели мощностью от 3200 кВт и выше в большинстве своем выполняются с непосредственно пристроенным возбудителем. Якорь возбудителя присоединяется к верхнему концу вала двигателя.

Возбудитель вертикального синхронного двигателя отличается по исполнению от нормальной вертикальной машины постоянного тока отсутствием подшипников, выполнением вала с центральным сквозным отверстием è расположением контактных колец двигателя рядом с коллектором.

Электродвигатели меньшей мощности имеют независимое возбуждение от отдельно стоящего электромашинного возбудительного агрегата или от полупроводникового возбудителя. В последнее время независимое возбуждение от полупроводниковых возбудителей стало применяться и в синхронных электродвигателях большой мощности.

Синхронные вертикальные двигатели мощностью от 2000 кВт и выше в большинстве своем выполняются с замкнутым циклом вентиляции и охлаждением воздуха водяными охладителями. Воздухоохладители в количестве 4 - 6 шт. прикрепляются непосредственно к корпусу статора. Как правило, вертикальные синхронные электродвигатели выполняются с демпферными обмотками и предназначены для пуска от полного напряжения сети с включением обмотки возбуждения на возбудитель через разрядное сопротивление. При частых пусках демпферная обмотка должна иметь усиленную конструкцию, так же как и крепление статорной обмотки. Двигатели большой мощности могут пускаться от пониженного реактором напряжения.

Асинхронные вертикальные двигатели с короткозамкнутым ротором большей частью изготовляются с разомкнутой системой вентиляции и выходом воздуха в окружающую среду из отверстий в корпусе статора. Степень защиты - 1Р11 (защищенное). Как правило, они предназначаются для прямого пуска от полного напряжения сети.

1.2.1 Корпус статора

Корпус статора вертикального электродвигателя имеет круглую форму и выполняется сварным из листовой стали. Он состоит из горизонтально расположенных круглых фланцев, промежуточных рам, распорных ребер и цилиндрической обшивки с отверстиями для выхода нагретого воздуха.

Расположение ребер, промежуточных рам и обшивки обеспечивает получение секционных камер для прохождения нагретого воздуха к охладителям - при замкнутом цикле вентиляции или к отверстиям в обшивке для выхода воздуха в окружающую среду - при разомкнутом цикле. Нижняя торцевая рама является опорной поверхностью, статор которой устанавливается на фундамент. К корпусу статора с обеих сторон прикрепляются торцевые щиты .

На верхнюю часть корпуса устанавливается грузонесущая крестовина. Поэтому жесткость корпуса должна быть рассчитана на дополнительные усилия от силы тяжести вращающихся частей насосного агрегата и реакции воды. Для подъема двигателя краном к корпусу приварены цапфы. По условию транспортабельности в электродвигателях с диаметром статора более четырех метров корпус выполняется разъемным из двух половин.

Крепление двух частей корпуса в кольцо производится стяжными шпильками, пропущенными сквозь толстые, стальные пластины, вваренные в края половинок корпуса

.2.2 Сердечник статора

Сердечник статора синхронного и асинхронного электродвигателей состоит из гладких штампованных сегментов из электротехнической стали толщиной 0,5 мм с выштампованными по внутреннему диаметру открытыми пазами для катушек обмотки, сегментов с вентиляционными распорками и концевых сегментов с нажимными пальцами. Сегменты собраны в пакеты и стянуты посредством нажимных фланцев и шпилек в корпусе статора. Сегменты штампуются из электротехнических сталей марок 1211, 1311, 1411, 2411, 3413 и покрываются с обеих сторон лаком горячей сушки. Пакеты сердечника разделяются между собой сегментами с вентиляционными распорками, образующими радиальные вентиляционные каналы. Сердечник удерживается в корпусе статора посредством приваренных к рамам шихтованных клиньев и установленных с обеих сторон стальных нажимных гребенок. С помощью стяжных шпилек пакеты активной стали статора, спрессовываются в монолитный сердечник. Нажимная гребенка состоит из стального фланца и приваренных к ней нажимных пальцев. Для уменьшения добавочных потерь от потоков рассеяния пальцы гребенки изготовлены из немагнитной стали.

Сердечник статора выполнен из штампованных сегментов и разделен радиальными каналами на ряд пакетов. Пакеты собираются в остов сварной конструкции, выполненный из стального листа и состоящий из двух рам, ряда ребер и нажимного фланца. Сердечник закрепляется в остове посредством стяжных шпилек, пропущенных через отверстия в спинке сегментов, в раме и нажимном фланце. В корпусе статора сердечник устанавливается уже в обмотанном виде и закрепляется в нем посредством планок и болтов.

1.2.3 Обмотка статора

Вертикальные синхронные и асинхронные двигатели выполняются с катушечными петлевыми двухслойными обмотками с укороченным шагом. Катушки состоят из ряда витков обмоточной меди прямоугольного сечения марки ПБД или ПСД с двусторонней изоляцией толщиной 0,33 мм или медного проводника с усиленной изоляцией марки ПЭТВСД с двусторонней толщиной 0,5-0,55 мм. Каждый виток состоит из одного или нескольких проводников. по ширине паза располагается не более двух проводников. Для катушек обмоток на напряжение свыше 3000 В, выполняемых из обмоточной меди ПБД и ПСД, необходимо на каждый виток накладывать витковую изоляцию. При изготовлении катушек из обмоточной меди марки ПЭТВСД для обмоток на напряжение 6000 В дополнительной витковой изоляции не требуется.