Определение параметров двигателя синхронного вертикального ВДС 2–325-24 мощностью 4000 кВт (стр. 1 из 7)
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ»
Кафедра электрических машин
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Двигатель синхронный вертикальный
ВДС 2–325-24 мощностью 4000 кВт
Руководитель, ассистент
И.Е. Родионов
Екатеринбург 2008
Задание на проектирование
Рассчитать и спроектировать электромагнитное ядро ВДС 2-325-24 со следующими данными:
Исходные данные
Номинальная мощность, кВт Р н =4000
Номинальная частота напряжения сети, Гц fн =50
Номинальный коэффициент мощности (опережающий) cosf н =0.9
Внешний диаметр статора, м Dа =3.25
Номинальная частота вращения ротора, об/мин nн =250
Номинальное линейное напряжение, кВ Uн =6
Схема обмотки статора: звезда
Изоляция обмотки статора: термореактивная
Возбудитель: статический, тиристорный
Технические требования
Кратность пускового момента М п /М н ³0.7
Кратность максимального момента М m/М н ³2.1
Кратность входного момента М вх /М н ³1.2
Кратность пускового тока Iп /I н £5,5
Реферат
двигатель синхронный электромагнитный ядро
В курсовом проекте рассмотрен и выполнен расчет электромагнитного ядра явнополюсного синхронного вертикального двигателя типа ВДС 2-325-24 мощностью 4000кВт.
В главе 1 описаны назначение, принцип действия, основные характеристики и элементы конструкции синхронного вертикального двигателя, область применения.
Задача синтеза осуществляется в два этапа.
На первом этапе в ходе ручного расчета получаем первоначальный вариант параметров двигателя, который приводится в главе 2. Ручной расчет был выполнен с помощью программы MathCAD.
На втором этапе, с помощью ЭВМ и полученных данных в ручном расчете, находим оптимальный вариант параметров двигателя, который приводится в главе 3 данной работы. Оптимизация параметров двигателя была произведена с помощью программы «OPTCD».
Задачей проектирования является синтез электромагнитного ядра и определение таких его параметров, при которых двигатель удовлетворял бы требованиям ГОСТа и технического задания. При такой постановке задачи мы имеем большое количество вариантов двигателя. Оценка вариантов и выбор лучшего двигателя производится по ряду эксплутационных показателей, которые рассматриваются в качестве критериев оптимальности.
Содержание
Техническое задание
Реферат
Содержание
Введение
1. Описание конструкции синхронного двигателя
1.1 Общие сведения
1.2 Основные конструкционные особенности
2. Расчет электромагнитного ядра явнополюсного синхронного двигателя
2.1 Расчет номинальных величин
2.2 Расчет сердечника статора
2.3 Расчет обмотки статора
2.4 Коррекция главных размеров статора по уровню индукции в воздушном зазоре, зубцах и спинке статора
2.5 Выбор величины воздушного зазора
2.6 Расчет полюса и демпферной обмотки
2.7 Расчет магнитной цепи
2.8 Расчет перегрузочной способности
2.9 Расчет обмотки возбуждения
3. Оптимизация электромагнитного ядра на ЭВМ
3.1 Поиск приемлемого варианта
3.2 Оптимизация ядра по минимуму приведенной стоимости
3.3 Оптимизация по минимуму резервов
3.4 Выбор оптимального варианта
Заключение
Библиографический список
Приложение
Введение
В настоящее время широкое распространение получили крупные вертикальные электродвигатели типа ВДС 2-325-24мощностью 4000 киловатт и частотой вращения до 250 оборотов в минуту. В энергетике их применяют качестве генераторов на элктростанциях. В промышленных установках синхронные двигатели также находят большое применение.
Синхронная машина данного типа – это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой n находится в строгом соответствии с частотой сети f1. В соответствии с этим запишем аналитическое выражение:
,
где р - число пар полюсов
Синхронной машиной называется электрическая машина переменного тока, у которой частота вращения ротора n находится в строгом соответствии с частотой сети.
Синхронные двигатели – это бесколлекторные машины переменного тока. 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.
В настоящее время широкое распространение получили 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 приводом от асинхронного двигателя 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.
Таким образом, синхронный двигатель в сравнении с другим двигателем имеет следующие преимущества:
1. возможность генерирования, поглощения и регулирования реактивной мощности;
2. меньшая зависимость перегрузочной способности от напряжения;
3. возможность кратковременно увеличивать перегрузочную способность за счет форсировки возбуждения.
4. стабильная частота вращения, что обеспечивает технологичность процесса.
И следующие недостатки:
1. сложность изготовления, дороговизна, меньшая надежность;
2. сложность в управлении и регулировании скорости вращения;
3. довольно сложный пуск.
1. Описание конструкции синхронного двигателя.
1.1 Общие сведения
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.
Рисунок 1 – Насосная станция с синхронным двигателем.
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.