Глава 7

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

Технический уровень спроектированной электрической машины специализированного назначения может быть оценен степенью осуществления в проекте основных характеристик, необходимых для данной установки. Например, в качестве требования такой установки может являться минимальная масса или максимальный динамический момент инерции. Для некоторых установок требуется минимальная высота или длина машины. В других случаях превалирующими являются требования к КПД или коэффициенту мощности, к пусковому моменту, максимальному моменту и т. п. В таких случаях критерием технического уровня или эффективности машин является удовлетворение одному или нескольким из указанных требований. Если эти требования противоречивы, то необходимо находить приемлемое решение, удовлетворяющее в определенной мере каждому из них.

Однако большинство электрических машин проектируются и изготовляются для общего назначения. Такие машины могут быть использованы в различных установках. Машины общего назначения обычно изготовляются в виде серии машин со стройно нарастающими основными параметрами — мощностью и геометрическими размерами. Эти машины должны удовлетворять в части рабочих характеристик требованиям действующих стандартов или технических условий и вместе с тем быть экономически эффективными для народного хозяйства.

Например, при соблюдении указанных требований стандартов машины могут быть спроектированы с высоким использованием активных (проводниковых и магнитных) материалов, иметь уменьшенную массу и, следовательно, стоимость. Однако если при этом ухудшаются энергетические показатели, то повысится стоимость потерь энергии.

Одним из критериев технико-экономической эффективности является уровень компактности. Чем выше компактность машины, тем меньше необходимые для установки машины площадь и объем. Компактность электрических машин благоприятно влияет на экономические показатели большинства объектов, например, сокращается длина или ширина станков и других механизмов, в которых применены электродвигатели.

Показатель компактности электрической машины (кВт/мм³)

, (7-1)

где Р₂ — номинальная мощность машины, кВт; h - высота оси вращения, мм; L — габаритная длина машины, мм.

Одним из направлений повышения компактности является уменьшение высоты оси вращения и применение максимально допустимого наружного диаметра машины при выбранном значении h, что дает возможность уменьшить L.

Важным критерием является уровень шума электрических машин. Высокий уровень шума в производственном помещении, где установлены машины, отрицательно влияет на производительность труда, отражается на качестве продукции, вызывает потери рабочего времени в результате частичной или временной нетрудоспособности производственного персонала.

Технический уровень спроектированной электрической машины оценивают путем сравнения технико-экономических показателей этой машины с показателями лучших изделий-аналогов отечественного и зарубежного производства. Учитывая, что при этом сравнивают разные показатели машин — массу, габариты, энергетические показатели и др., целесообразно общую оценку технического уровня производить по обобщенному показателю.

, (7-2)

где Q — экономический эффект от применения спроектированной машины по сравнению с машиной-аналогом; — стоимость машины.

В качестве базы принимают себестоимость спроектированной машины или цену по прейскуранту машины-аналога отечественного производства. Экономический эффект представляет собой сумму составляющих (руб.) эффект: обусловленная разностью КПД

, (7-3)

обусловленная разностью коэффициентов мощности (только для асинхронных двигателей)

, (7-4)

обусловленная разностью показателей компактности

, (7-5)

обусловленная разностью уровней шума

, (7-6)

обусловленная разностью массы машин, влияющей на уровень конструкции и технологического оборудования,

. (7-7)

Здесь P₂ — номинальная мощность, кВт; — КПД спроектированной машины и машины - аналога;- тангенс угла сдвига между напряжением и током спроектированного двигателя и двигателя - аналога;K^' _к, К”_к — показатели компактности спроектированной машины и машины - аналога; — уровни шума (звукового давления) спроектированной машины и машины - аналога, дБ · А (если разность уровней звукового давления более 5 дБ·А, то следует сократить разность до указанного значения). Следует отметить, что фактический уровень звукового давления спроектированной машины может быть установлен после испытания и исследования, опытных образцов машины. До изготовления опытных образцов в производимых технико-экономических расчетах составляющая эффективности уровня звукового давления не учитывается;m^´ , m´´— масса спроектированной машины и машины – аналога.

Таким образом, экономический эффект

. (7-8)

Составляющая эффекта, обусловленная повышением надежности электрической машины , если она может быть рассчитана, добавляется в (7-8).

Себестоимость машины (руб.)

, (7-9)

где — общая стоимость материалов, примененных в машине, руб.;— стоимость производства машины, руб.

Стоимость материалов может быть определена, исходя из заготовительной массы материалов и цены материалов по формулам, приведенным в табл. 7-1.

Таблица 7.1

Наименование материала	Заготовительная масса, кг	Стоимость материала, руб.
Провода обмоток
Коллекторная медь
Алюминий короткозамкнутого ротора
Сталь сердечников статора и ротора асинхронного двигателя
Сталь сердечника якоря
Сталь сердечников главных полюсов
Сталь сердечников добавочных полюсов
Сталь массивной станины
Сталь шихтованной станины
Изоляция
Конструкционные материалы

Здесь — «чистая» и заготовительная массы рассматриваемого рода материала;- эффективная длина сердечника соответственно статора, якоря, главного полюса, т. е. длина сердечника без учета изоляционного покрытия и неплотного прилегания листов, наличия радиальных вентиляционных каналов;— припуск на штамповку;— ширина полюсной дуги;— высота главного полюса.

Значения «чистой» массы материалов определены в § 9-14, 10-17, 11-14. Заготовительная масса сердечников статора и ротора (остова и полюсов) синхронных машин вычисляется в соответствии с принятой конструкцией ротора и намеченным процессом штамповки листов статора (использованием внутренней вырубки).

Стоимость проводов обмоток приведена в табл. 7-2.

Таблица 7-2

Марка и форма поперечного сечения провода	Стоимость , у. е. / кг
Прямоугольная
ПЭТВП	1,14+0,72/S
ПЭТГ-155	1,32+0,84/S
ПЭТКП	1,53+0,97/S
ПСД	1,1+1,5/S
ПСДК	1,18+2,4/S
ПСДКТ	1,28+7,4/S
Неизолированные шины и ленты марки МГМ	0,98+0,5/S
Круглая
ПЭТВ	1,22+0,3/d
ПЭТ-155	1,42+0,35/d
ПЭТК	1,65+0,4/d
ПСД	1+0,6/d
ПСДК	1+0,8/d
ПСДКТ	0,7+2,5/d
Коллекторная медь марки МГТ - трапецеидальная	1,05+2/S

Здесь и— диаметр (мм) и площадь поперечного сечения (мм²) провода без изоляции.

Площадь поперечного сечения коллекторной меди (мм²)

, (7-10)

где - ширина коллекторной пластины (большее основание трапеции);12,4мм — высота коллекторной пластины;— наружный диаметр коллектора, мм.

Для обмоток статора на напряжение 6 кВ, выполняемых из прямоугольных эмалированных проводов с дополнительной двухслойной изоляцией из стекловолокна (например, марки ПЭТВСД),.стоимость , получаемую из табл. 7-1, следует увеличивать в 1,6 раз. Для алюминия короткозамкнутого роторас_ал=0,65 у.е/кг. Стоимости листовой стали приведена ниже:

Марка стали	2013	2312	2312	2411	3411	ст30
Толщина мм	0,5	0,5	1,0	0,5	1,0	10-6
Значение ,у.е./кг	0,21	0,25	0,225	0,30	0,25	0,096

Средняя стоимость изоляции составляет при классе нагревостойкости изоляции В 12у.е./кг, классе F —16 у.е/кг и классе H - 22 у.е/кг. Средняя стоимость конструкционных материалов =0,38 у.е/кг.

Суммарная стоимость материалов (руб.) машин переменного тока.

(7-11)

машин постоянного тока

(7-12)

Здесь - суммарная стоимость обмоточных проводов;— суммарная стоимость листовой стали.

Стоимость производства, а, следовательно, и себестоимость машины на электромашиностроительном предприятии определяется путем подробной калькуляции с учетом масштаба выпуска, уровня технологического процесса, уровня механизации и автоматизации производства. Однако при разработке проекта и сравнения различных вариантов достаточно определить приближенное значение стоимости производства

. (7-13)

Здесь — коэффициент, определяемый совершенством оборудования, технологического процесса и организации производства (среднее значение=3,2·10^-4 для асинхронных двигателей; =6,5·10^-4 - для машин постоянного тока и синхронных машин).

Приведенный выше метод следует также применять для сравнения показателей технического уровня отдельных вариантов спроектированной машины. При этом себестоимость машины определяют отдельно для каждого варианта, а составляющую эффекта Q₅, обусловленную разностью массы машин, исключают из (7-8), так как при расчете себестоимости машин учитывается изменение массы материалов, а также влияние массы на технологический процесс и на стоимость производства машин.