Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ

имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

Кафедра «Электрические машины»

Оценка проекта:

Члены комиссии:

Двигатель синхронный вертикальный

типа ВДС 375/91 – 24 мощностью 12500 кВт

Курсовой проект

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

140205 338138 001 ПЗ

Руководитель, доц., к.т.н. Н.Н.Новиков

Нормоконтроль, доц., к.т.н. Н.Н.Новиков

Студент, группа Э-36014 П.А.Афанасьев

Екатеринбург 2009

Содержание

Реферат………………………………………………………………..3

Задание на курсовое проектирование . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 4

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1 Общая характеристика синхронного вертикального

двигателя ………………………………………………………........6

1.1 Назначение и область применения синхронного вертикального

двигателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………….…..6

1.2 Описание конструкции синхронного вертикального

двигателя………………………………………………………………….…….9

1.3 Описание системы статического тиристорного возбуждения ………17

2 Электромагнитный расчет двигателя

и выбор главных размеров. . . . . . .. . . …….………………………....19

2.1 Расчет номинальных величин…………………………………………….19

2.2 Расчет сердечника статора………………………………………………..19

2.3 Расчет обмотки статора…………………………………………………...23

2.4 Коррекция главных размеров статора по уровню индукции в воздушном зазоре, зубцах и спинке статора……………………………………………...…26

2.5 Выбор величины воздушного зазора……………………………………..28

2.6 Расчет полюса и демпферной обмотки…………………………………..28

2.7 Расчет магнитной цепи……………………………………………………32

2.8 Расчет перегрузочной способности………………………………………39

2.9 Расчет обмотки возбуждения……………………………………………..40

3 Синтез и оптимизация электромагнитного ядра

на персональном компьютере………..…… ………………….....…..43

3.1 Поиск приемлемого варианта……………………….…………….……...43

3.2 Оптимизация электромагнитного ядра по минимуму приведенной стоимости……………………………………………………………………………….44

3.3 Оптимизация электромагнитного ядра по минимуму резервов……………………………………………………………………………….46

3.4 Выбор оптимального варианта…………………………………….……...47

3.5 Анализ серии двигателей……………………………………….…….……51

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...……….…. 57

Список используемой литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . …………. . . 58

Реферат

Пояснительная записка включает в себя расчет синхронного двигателя вертикального исполнения типа ВДС 375/91-24 мощностью P_ном = 12500 (кВт).

В данной работе произведен синтез электромагнитного ядра явнополюсного синхронного вертикального двигателя, результаты которого удовлетворяют всем предъявленным техническим требованиям.

В первой главе описаны конструкция, принцип действия, назначение, основные характеристики и элементы конструкции синхронного двигателя.

Вторая глава представляет собой полностью ручной расчет электромагнитного ядра с учетом всех требований и ограничений. В этой главе получен первоначальный вариант проектируемого двигателя.

Далее производится синтез электромагнитного ядра двигателя на ЭВМ и поиск оптимального варианта. При этом используются данные второй главы, а также некоторые опытные и аналитические зависимости. Итогом третьей главы является полностью спроектированное электромагнитное ядро машины.

Математические вычисления были выполнены в математическом пакете MathCAD, рисунки выполнены в AutoCAD.

Пояснительная записка содержит 58 страниц, 7 рисунков, 15 таблиц, 7 графиков, было использовано 5 источников литературы.

Задание на проектирование

Спроектировать вертикальный синхронный двигатель со следующими параметрами:

Номинальные данные:

- номинальная мощность СМ

- номинальное линейное напряжение

- номинальная частота вращения ротора

- номинальная частота напряжения сети

- номинальный коэффициент мощности (опережающий)

- внешний диаметр сердечника статора

- класс нагревостойкости изоляции В

- схема обмотки статора Y

- изоляция обмотки статора термореактивная.

- возбудитель статический, тиристорный.

Технические требования:

- кратность пускового момента ≥ 0,5

- кратность максимального момента ≥ 2,2

- кратность входного момента ≥ 1,1

- кратность пускового тока ≤ 5,8

Введение

Синхронной машиной называется электрическая машина переменного тока, у которой частота вращения ротора n находится в строгом соответствии с частотой сети f₁:

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.

Крупные синхронные двигатели широко применяются в нефтяной, металлургической, газовой и газодобывающей отраслях промышленности, в энергетике и в системах водоснабжения. Преимуществами синхронного двигателя перед асинхронным являются: более высокие КПД и перегрузочная способность, возможность кратковременно увеличивать перегрузочную способность за счет форсировки возбуждения, меньшая зависимость перегрузочной способности от напряжения в сети, стабильная частота вращения и сохранение производительности рабочего механизма, возможность широкого регулирования реактивной мощности. В зависимости от возбуждения он может потреблять и выдавать реактивную мощность в сеть. При опережающем коэффициенте мощности синхронный двигатель имеет более выгодные показатели по стоимости и потерям, чем асинхронный с конденсаторными устройствами, обеспечивающие полную компенсацию реактивной мощности.

Синхронная машина обратима и может работать как в режиме генератора, так и в качестве двигателя для привода мощных насосов, компрессоров, воздуходувок и других крупных установок. Такой двигатель по своим технико-экономическим показателям превосходит двигатели других типов.

1 Общая характеристика синхронного вертикального двигателя

1.1 Назначение и область применения синхронного вертикального двигателя

Синхронный двигатель большой мощности экономически выгоднее, чем двигатель другого типа. Целесообразно применять его 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.

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.

Вертикальный синхронный двигатель ВДС -375/ 91-24, мощностью 12500 кВт и номинальным напряжением 10 кВ можно применять на насосных станциях городского и промышленного водоснабжения (см. рисунок 1).

Общий вид синхронного вертикального двигателя представлен на рисунке 2.

Рисунок 1 - Насосная станция с синхронным двигателем

Рисунок 2- Общий вид синхронного вертикального двигателя типа ВДС