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

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

Катушки изготовляются на шаблонах совершенно одинаковыми по форме и размерам. Выгибанием лобовой части на специальном оборудовании достигается форма катушек, при которой стороны располагаются в разных плоскостях.

1.3 Конструкция ротора вертикальных синхронных двигателей

В зависимости от мощности и частоты вращения ротор синхронного двигателя имеет различное конструктивное исполнение. Ротор состоит из следующих основных узлов: остова, магнитного обода, полюсов, обмотки возбуждения, вала с насаженными втулками подпятника и направляющих подшипников.

.3.1 Остов и магнитный обод ротора

Остов ротора выполняется в виде сварной конструкции, состоящей из кованой стальной втулки, двух круглых рам из толстого листа и поперечных ребер прямоугольного сечения. Кроме приварки, рамы закрепляются на втулке стальными цилиндрическими штифтами.

На остов ротора насажен обод. Обод имеет многогранную форму с числом граней, равным числу полюсов ротора. На каждой грани имеется по одной продольной канавке для крепления полюсов с Т-образным хвостовиком. Обод насаживается на остов с натягом в горячем состоянии. Со стороны, обращенной к нижней крестовине, к ободу прикрепляется болтами диск из стального листа, в который при подъеме ротора упираются винты домкрата или колодки тормоза-домкрата.

Для предохранения от сдвига обода при подъеме ротора на домкратах обод дополнительно закрепляется на остове путем установки стальных цилиндрических штифтов, пропущенных сквозь толщу обода и поперечное ребро остова. Обод ротора подобной конструкции воспринимает усилия от центробежной силы полюсов и зоны обода, в которой размещаются хвостовики полюсов.

Остов у мощного ротора имеет сварную конструкцию, выполнен в виде двух стальных рам круглой формы с приваренными поперечными стержнями и вертикальными ребрами, размещенными между рамами. Остов прикрепляется к двум фланцам втулки посредством пригнанных конусных стальных шпилек. Сама втулка насажена на вал с натягом методом горячей посадки. Подобная конструкция допускает выем ротора из статора, не нарушая линию спаренных валов двигателя и насоса.

.3.2 Полюсы ротора.

Для уменьшения пульсационных потерь полюсы набираются из штампованных листов. Штампованные вырубки полюсов собираются в монолитные пакеты посредством двух стальных щек и шпилек или заклепок. В башмаках полюсных вырубок выштамповываются и в щеках высверливаются круглые отверстия для размещения стержней демпферной обмотки. Щеки полюсов изготовляются стальными, литыми или коваными или вырезаются из толстого листового проката. Крепление полюсов к остову ротора производится посредством Т-образных хвостовиков и парных тангенциальных клиньев или болтами.

Для увеличения устойчивости полюсов рекомендуется производить проварку головки хвоста. При пропаренных хвостах допускаемые нагрузки в среднем увеличиваются на 35%. Величины допускаемых нагрузок составляют примерно половину от нагрузки, при которой полюс теряет устойчивость. В шихтованных полюсах наиболее нагруженной частью является хвостовая зона полюсной щеки, на которую действует сосредоточенная центробежная нагрузка от массы лобовой части полюсной катушки, сегмента пусковой обмотки и самой щеки.

В вертикальных электродвигателях полюсы крепятся к остову ротора с помощью одного или двух хвостов. Крепление одним хвостом является более простым и технологичным, и поэтому имеет преимущественное применение.

В тихоходных синхронных двигателях шихтованные полюсы могут крепиться к ободу ротора посредством стальных болтов. По сравнению с клиновым болтовое крепление полюсов является более простым в изготовлении. Кроме того, толщина обода ротора может быть существенно уменьшена.

Ввиду этого, если обеспечивается достаточная механическая прочность, то болтовое крепление полюсов может быть рекомендовано наряду с клиновым креплением с помощью Т-образных хвостов. Глубина ввинчивания болтов в нарезку шихтованных полюсов должна быть равной 2,5 диаметра нарезки.

Для ужесточения шихтованного полюса последний снабжается стальным брусом круглой или прямоугольной ной формы. Брус пропускают через отверстия в штампованных листах полюсов н нажимных щеках. При исполнении полюса со стальным брусом болты, крепящие полюсы к магнитному ободу ротора, ввинчиваются не в шихтованный сердечник, а в сплошной брус.

.3.3 Обмотка возбуждения

Обмотка возбуждения синхронных двигателей выполняется из отдельных полюсных катушек с открытыми наружной и внутренней поверхностями

Катушка полюса изготовляется из голой, согнутой на ребро шинной меди. В синхронных двигателях большой мощности катушки полюсов выполняются из шинной меди специального профиля. Применением подобной меди достигается увеличение наружной поверхности катушки и улучшение съема тепла с катушки.

Витковая изоляция катушки выполняется из лакированной асбестовой бумаги или из стеклоткани, пропитанной эпоксидным лаком. Для придания монолитности катушки опрессовываются и выпекаются под большим давлением на прессе (не менее 150 кгс/см² площади витка).

Изоляция катушки от корпуса накладывается непосредственно на сердечник полюса. Она выполняется из ряда слоев асбестовой бумаги и микафолия для класса изоляции В или из стеклоткани, пропитанной эпоксидным лаком, для класса нагревостойкости F.

Изоляция больших полюсов изготовляется в виде твердых коробов, выполненных из прессованной стеклоткани на эпоксидных связующих. Короба составные и склеиваются под давлением непосредственно на сердечнике полюса. От остова ротора и от полюсного башмака катушки изолируются путем прокладки гетинаксовых или стеклотекстолитовых шайб.

Полюсные катушки выполняются также залитыми синтетическими смолами (эпоксидными) аналогично способу пропитки под вакуумом статорных катушек с термореактивной изоляцией на эпоксидных связующих. Залитые катушки полюсов обладают высокими механическими свойствами, высокой влагостойкостью и обеспечивают хорошую теплопередачу полюсному наконечнику.

Упрочненные катушки устанавливаются на изолированные каркасами и шайбами сердечники полюсов и раскрепляются до заливки изоляционными прокладками.

После заливки смолой полюс с катушкой представляет одно целое. Конструкция полюсов с залитыми катушками возбуждения обладает высокой надежностью, в то же время сами катушки являются неремонтоспособными. При неисправности катушки приходится заменять полностью собранный полюс.

Условия охлаждения катушки возбуждения могут быть улучшены путем установки катушки на изолированный сердечник полюса с помощью расклинивающих прокладок. В образованном зазоре между катушкой и сердечником полюса циркулирует охлаждающий воздух

Выводные концы катушек с целью обеспечения удобств сборки и компенсации температурных деформаций набираются из тонкой ленточной меди и приклепываются к крайним виткам катушки.

В катушках, выполненных из относительно толстых медных проводов, выводные конусы присоединяются к крайним виткам с помощью ласточкиного хвоста и пропаиваются.

Соединение катушек производится медными хомутиками и пропаивается. Для предохранения от выгиба и разрыва, которые возможны под действием центробежных усилий, верхние выводные концы катушек прикрепляются к изоляционной прокладке, установленной между башмаками соседних. полюсов и прибандажированной шпагатом. Нижние выводные концы прикрепляются изоляционными планками к ободу ротора.

Для предохранения катушек от перемещения в радиальном направлении на полюсах, прикрепляемых к остову ротора Т-образными хвостами, устанавливаются спиральные дружины и нажим пружин на катушки осуществляется через стальные шайбы.

.3.4 Демпферная обмотка

Синхронные вертикальные двигатели имеют демпферные (пусковые) обмотки, состоящие из круглых латунных или медных (латунь марки Л62 по ГОСТ 1019-47 медь марки М1 или М2 по ГОСТ 859-66) стержней, припаянных концами к медным пластинам (сегментам). Для получения хорошего теплоотвода стержни демпферной обмотки должны сидеть в пазу плотно, без зазора. Стержни должны быть зафиксированы по центру полюсного башмака с помощью керновки или чеканки для обеспечения равномерного удлинения от торцов башмака при нагреве. Сегменты демпферных обмоток выполняются из меди марки МГТ (ГОСТ 434-71) и припаиваются к стержням тугоплавким припоем. Сегменты располагаются в горизонтальной или вертикальной плоскости.

Конструкция обмотки с демпферными сегментами, расположенными в горизонтальной плоскости, является простой и технологичной по исполнению и надежной в работе. Подобная конструкция применяется в основном для тихоходных двигателей, у которых отсутствуют массивные полюсные щеки и имеется возможность расположить демпферные сегменты в непосредственной близости к краю полюса. Концы соседних горизонтально расположенных сегментов соединяются между собой внахлест болтами, образуя замкнутое кольцо. При достаточной высоте полюсного башмака демпферные обмотки с горизонтальными сегментами могут применяться и в случаях механически загруженных обмоток. Концы соседних сегментов соединяются между собой медными пластинами и для механического закрепления притянуты стальными изолированными шпильками к ободу ротора.

Наиболее часто для крупных двигателей применяется конструкция демпферной обмотки с креплением каждого сегмента зубом (выступом) на козырьке щеки полюса

На плоскости сегмента, обращенной к щеке, делается паз глубиной примерно в половину толщины сегмента (не менее 6 мм). В этом пазу размещается выступ щеки. Соединение сегментов в кольцо выполняется в этом случае также с помощью соединительных медных планок по две на каждый стык. Контактные поверхности сегментов и накладок для особо тяжелых условий пуска двигателя выполняются серебреными.

1.4 Пуск

Весьма сложен процесс пуска синхронного двигателя, так как за счет синхронного момента разогнать ротор из неподвижного состояния до синхронной скорости невозможно из-за инерционности ротора. Если попытаться запустить двигатель за счет подачи одновременно напряжения на обмотку статора и на обмотку ротора от возбудителя, то синхронный момент, возникший в результате взаимодействия полей ротора и статора будет знакопеременным с частотой 50 Гц. В следствии этого, для пуска предусмотрена специальная пусковая обмотка или демпферная обмотка, которая помогает гасить качание ротора в результате переходных процессов. В явно полюсной синхронной машине пусковая обмотка представляет собой короткозамкнутую обмотку типа беличья клетка. Ее стержни располагаются в пазах полюсного наконечника. Сегменты соседних полюсов также связаны и образуют общее короткозамыкающее кольцо. В неявнополюсной машине роль пусковой обмотки выполняет массив ротора и пазовые клинья.

Пуск осуществляется в два этапа: на первом за счет взаимодействия поля статора с пусковой обмоткой возникает асинхронный момент, двигатель запускается до подсинхронной скорости; на втором подается напряжение на обмотку возбуждения и под действием электромагнитного момента происходит втягивание машины в синхронизм.

глава 2. Расчет электромагнитного ядра

.1 Расчет номинальных величин

Номинальная полная мощность

где η = 0.95 - среднее значение КПД крупных синхронных двигателей.

Номинальный фазный ток статора

.2 Расчет сердечника статора

Число пар полюсов

Внутренний диаметр статора

где D_a - внешний диаметр сердечника статора, м. Корректируем внутренний диаметр статора (D_i = 2,77 м) для того чтобы в пунктах 2.6. и 2.7. обеспечивались, приведенные там, соотношения

Полюсное деление

Длина сердечника статора

Высота спинки сердечника статора

Высота паза статора

Ширина паза статора

где U₁ = U_н и ε = 0 - при термореактивной изоляции.

Проверка выполнения соотношений h_n = (5-7)b_n и h_j ≥ h_n: и

h_j - h_n = 0,145 - 0,0951 = 0,0499. Соотношения выполняются.

Число параллельных ветвей

Число параллельных ветвей а выбирается из ряда чисел, кратных числу полюсов. При 2р = 18 возможны числа параллельных ветвей 18, 9, 6, 3, 2, 1. Как правило выбирается наименьшее число из ряда возможных чисел так, чтобы удовлетворялось условие I_a = I_н/а < 275.

< 275 - условие выполняется, следовательно а = 1.

Максимальное зубцовое деление

Максимально возможное число полюсов статора

Число пазов на полюс и фазу

Число пазов статора

Число пазов в сегменте

Число выбирается кратным числу пазов Z в диапазоне Z_c =6-18. Наилучшее деление на сегменты получается при Z_c= 9. При этом большая хорда сегмента

По условию большая хорда сегмента должна быть меньше половины стандартного листа на величину прпуска (5 - 10 мм ). Сегменты штампуются из рулонов электротехнической стали шириной 860 мм.

Зубцовое деление