Содержание

Введение

. Разработка технического задания (ТЗ)

. Разработка технического предложения на основе анализа технического задания

. Разработка эскизного проекта

. Разработка технического проекта

.1 Установление параметров проекта исходного для оптимизации

.1.1 Основные размеры

.1.2 Зубцовая зона и обмотка статора

.1.3 Зубцово-пазовая геометрия и укладка проводников в пазы статора

.1.4 Размеры полюса

.1.5 Обмотка полюсов. Рассеяние полюсов

.1.6 Активное и индуктивное сопротивления статора

.1.7 ЭДС обмотки статора в номинальном режиме

.1.8 Расчет магнитной цепи

.1.9 Потери и КПД

.1.10 Проверка теплового режима

.1.11 Проверка результатов «ручного» электромагнитного расчета на ЭВМ

.1.12 Проверка механической прочности отдельных деталей и узлов

.2 Оптимизация проекта на ЭВМ

.2.1 Постановка задачи оптимизации

.2.2 Результаты оптимизации

.2.3 Отличие рабочих свойств и параметров оптимального проекта

.3. Оценка экономической эффективности

.3.1 Экономическая целесообразность разработки и внедрения проектируемого генератора

.3.2 Виды ремонтов

.3.3 Текущий ремонт

.3.4 График технического обслуживания и текущего ремонта

.3.5 Расчет численности ремонтных рабочих

.3.6 Экономическая целесообразность разработки и эксплуатации электродвигателя

.3.7 Расчет себестоимости электрогенератора

.3.8 Расчет годового экономического эффекта от изготовления генератора

.3.9 Вывод

.4 Охрана труда и техника безопасности при изготовлении и эксплуатации объекта проектирования

.4.1 Задачи охраны труда при производстве генераторов

.4.2 Требования к инструменту

.4.3 Требование безопасности к подъемно-транспортным устройствам

.4.4 Требование к электро- и пневмо инструменту

.4.5 Электросварочные работы

.4.6 Газоплавочные работы

.4.7 Требование ТБ к противопожарной безопасности

.4.8 Расчет защитного заземления для механосборочного участка

4.5 Пуск и защита электромеханического преобразователя при работе с сетью

Заключение

Список использованных источников

Введение

Синхронные машины применяют во многих отраслях народного хозяйства, в частности, в качестве генераторов в передвижных и стационарных электрических станциях, двигателей в установках, не требующих регулирования частоты вращения или нуждающихся в постоянной частоте вращения.

Наиболее распространена конструктивная схема синхронной машины с вращающимся ротором, на котором расположены явно выраженные полюсы. Иногда явнополюсные синхронные машины малой мощности (до 15 кВт) выполняют по конструктивной схеме машин постоянного тока, т.е. с полюсами, расположенными на статоре, коллектор заменяется контактными кольцами.

Синхронные генераторы серии СГ2 изготавливают мощностью от 132 до 1000 кВт, при высоте оси вращения до 450 мм, в защищенном исполнении IP23, с самовентиляцией IС01, с частотой вращения от 500 до 1500 об/мин.

Двигатели используют для привода механизмов, не требующих регулирования частоты вращения и изготовляют на напряжения 380 и 6000 В, при частоте 60 и 60 Гц. Генераторы предназначены для выработки трехфазного переменного тока, напряжением 400 В, частотой 50 Гц на стационарных дизель-электрических станциях.

Электрические машины серий СД2 и СГ2 рассчитаны на продолжительный режим работы. Их возбуждение осуществляется от устройства, питающегося от дополнительной обмотки, заложенной в пазы статора. Нагревостойкость изоляционных материалов соответствует классу В. Ток возбуждения регулируют изменением угла зажигания тиристоров преобразователя возбудительного устройства, последние смонтированы в шкафах: в одном для двигателя и в двух для генератора. В шкафах размещены тиристорные преобразователи, элементы электронной системы управления, коммутационная аппаратура. Система управления двигателя осуществляет автоматическую подачу возбуждения при падении напряжения в главной цепи двигателя до 80-85% номинального. Отключается форсировка при увеличении напряжения цепи до 90-95% номинального значения.

Тиристорный преобразователь питается от дополнительной обмотки, заложенной в пазы статора синхронного генератора, и в номинальном режиме работы генератора несет на себе около 30% нагрузки возбуждения. Остальная часть мощности возбуждения обеспечивает диодный преобразователь, питаемый от компаундирующего трансформатора, включенного в цепь статора, который служит для поддерживания напряжения генератора при изменении нагрузки и в режиме короткого замыкания. Двигатели и генераторы имеют радиальную систему вентиляции, обеспечиваемую вентиляционным действием полюсов ротора и вентиляционными лопатками. Охлаждающий воздух при этом входит через вентиляционные окна в подшипниковых щитах, проходит по лобовым частям обмотки статора, через междуполюсное пространство ротора, радиальные каналы статора и выходит через боковые жалюзи станины.

Цель дипломного проекта состоит в совершенствовании трехфазного синхронного генератора типа СТ2, явнополюсного, мощностью 250 кВт, по материалоемкости.

В соответствии с заданной целью, в дипломном проекте поставлены и решены следующие задачи:

 разработано техническое предложение на основе анализа технического задания;

 разработаны эскизный и технический проекты;

 рассчитаны основные параметры синхронного генератора;

 проведена оптимизация проекта на ЭВМ;

 дана оценка экономической эффективности проекта.

1. Разработка технического задания (ТЗ)

Техническое задание состоит в совершенствовании трехфазного синхронного генератора типа СТ2, явнополюсного, мощностью 250 кВт, по материалоемкости.

Для целей проектирования установлены следующие технические требования и исходные материалы: номинальный режим работы S1, нормальная отдаваемая мощность Р2 = 250 кВт; количество фаз статора m1=3; способ соединения фаз статора ∆/Y; частота напряжения f=50 Гц; номинальное линейное напряжение U1=400В; синхронная частота вращения n1=750 об/мин; количество пар полюсов Р=4; КПД η=93,2 %; cos φ = 0,8.

2. Разработка технического предложения на основе анализа технического задания

трехфазный синхронный генератор

Основным направлением в создании нового поколения электрогенери-рующего оборудования малой и средней мощности является повышение рабочей частоты вращения первичного двигателя и генератора.

Это позволяет резко сократить материалоемкость оборудования, улучшить массогабаритные показатели, повысить КПД, а также позволяет реализовать безредукторную схему соединения первичного двигателя с генератором. При этом параметры генерируемой электроэнергии, как правило, будут отличаться от стандартных. Для преобразования параметров генерируемой электроэнергии в стандартные: по частоте и величине напряжения, необходимо в структуру автономной электростанции ввести преобразователь частоты, который будет отвечать за величину и стабильность частоты генерируемого напряжения. Наличие преобразователя частоты позволяет системе работать в режиме «переменная скорость вращения - постоянная частота выходного напряжения, что очень важно для оптимизации работы первичного двигателя при переменном графике нагрузки потребления электроэнергии.

3. Разработка эскизного проекта

Проекции синхронного генератора приведены на рис. 1.

Рис. 1 - Проекции синхронного генератора.

Рис. 2 - Продольный разрез активной части синхронного генератора.

Рис. 3 - Поперечный разрез активной части синхронного генератора.

4. Разработка технического проекта

4.1 Установление параметров проекта исходного для оптимизации

4.1.1 Основные размеры

Проектирование синхронных машин начинают с определения главных размеров: внутреннего диаметра D1 и длины l1 сердечника статора.

Определяем число полюсов р:

(1)

где f - частота напряжения, n1 - .частота вращения

по рис. 11-1 определяем [гольд]: о.е.

по рис. 11-2 определяем [гольд]:

Главные размеры. Расчетную мощность определяют по формуле (3) для этого определим значение коэффициента по формуле (2).

(2)

кВт (3)

Определим высоту оси вращения h по таблице 11-1. Для мощности Р2 = 400 кВт и частоте вращения п1 = 600 об/мин получаем высоту оси вращения h = 450 мм. По таблице 9-2 определим предельно допустимое значение наружного диаметра DH1max для известной высоты оси вращения h = 450 мм - DH1max = 850 мм. По той же таблице определяют припуски на штамповку , а так же ширина резаных лент h1 и стандартной рулонной стали h2, из которых штампуются листы сердечника. мм, h1 = 9 мм, h2 = 16 мм. [гольд ]

Исходя из условия DH1max DH1 , принимаем DH1 = 850 мм. Для количества полюсов 2р = 10, внутренний диаметр сердечника статора определяется по формуле (4):

мм (4),

Определим наружный диаметр корпуса по формуле (5):

мм (5)

По рис. 11-3 определим предварительное значение линейной нагрузки статора , для DH1 = 850 и 2р = 10 А/см

Так же по рис 11-4 и 11-5 определяем предварительное значение магнитной индукции в воздушном зазоре в номинальном режиме Тл индуктивное сопротивление машины по продольной оси о.е.

Определим индуктивное сопротивление реакции якоря по продольной оси по формуле (6):

о.е. (6)

Определим полюсное деление по формуле (7):

мм (7)

Коэффициент, учитывающий наличие зазора в стыке полюса и сердечника ротора или полюсного наконечника и полюса, . Обычно , меньшее значение относятся к машинам большей мощности. Примем =1,05. Определим предварительное значение максимальной индукции в воздушном зазоре машины при х.х. по формуле (8):

Тл (8)

Определим величину воздушного зазора между полюсным наконечником и сердечником статора по формуле (9):

мм (9)

В машинах с h = 315-450 мм применяют эксцентричный воздушный зазор, при котором центры радиусов полюсной дуги и внутренней окружности сердечника статора не совпадают. В этом случае зазор имеет наименьшее значение под серединой полюса, постепенно увеличивающегося до к краям наконечника. Для рассматриваемых машин применяют

Определим значения и по формулам (10) и (111):

мм (10)

мм (11)

Определим коэффициент полюсной дуги для 2р=10 по формуле (12)

(12)

по рис. 11-9 для графика 2 определим значение расчетного коэффициента полюсной дуги и коэффициент формы поля возбуждения кв =1,13 [гольд].

Сердечник статора собирают из отдельных отштампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, имеющих изоляционные покрытия для уменьшения потерь в стали от вихревых токов. Для высоты оси вращения 500-450 мм рекомендуется применять сталь 2411.Для этой стали изолирование листов обычно производят лакировкой (КС = 0,95). При использовании двухслойной обмотки с укороченным шагом обмоточный коэффициент коб = 0,91

Определим расчетную длину сердечника статора по формуле (13):

мм (13),

примем мм.

При длине сердечника более 300-350 мм применяют радиальные вентиляционные каналы. В этом случае определяют по формуле (14):

(14)

где , количество вентиляционных каналов (16)

Примем длину пакета стали , при этом количество пакетов определяется по формуле (14):

(15)

Тогда количество радиальных вентиляционных каналов сердечника статора :

(16)

Для проверки размеров определим показатель :

(17)

По рис. 11-10 определим значение = 1. Условие выполняется. Определим количество пазов на полюс и фазу q1 . Для h = 450 и 2р = 10 получаем q1 = 3.

Определим количество пазов z1 сердечника статора:

(18)

Проверим выполнения условия симметричной обмотки:

целое число. (19)