Вертикальный синхронный двигатель
типа ВДС 325/40-16 мощностью 5500 кВт
Задание на курсовое 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
схема обмотки статора
Технические требования:
кратность пускового момента≥ 0,4
кратность максимального момента≥ 1,8
кратность входного момента≥ 1,4
кратность пускового тока≤ 5,5
Изоляция обмотки статора - термореактивная. Возбудитель - статический, тиристорный
Реферат
Пояснительная записка включает в себя расчет синхронного двигателя вертикального исполнения типа ВДС 325/40-16 мощностью Pном = 5500 (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 электромагнтного ядра с учетом всех требований и ограничений. Здесь 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 MathCAD13, все рисунки выполнены в Компас-3D─V7_LT.
Пояснительная записка содержит 37 страницы, 14 рисунков, 4 таблицы; было использовано четыре источника литературы.
Введение
В настоящее время широкое распространение получили крупные 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. инхронный двигатель в сравнении с другим двигателем имеет следующие преимущества:
возможность генерирования и регулирования реактивной мощности;
меньшая зависимость перегрузочной способности от напряжения;
возможность кратковременно увеличивать перегрузочную способность за счет форсировки возбуждения;
стабильная частота вращения, что обеспечивает технологичность процесса.
И следующие недостатки:
сложность изготовления, дороговизна, меньшая надежность;
сложность в управлении и регулировании скорости вращения;
затруднен пуск.
1. Назначение, краткое описание конструкции и системы возбуждения
.1 Принцип действия и конструкция
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.
.2 Конструкция корпуса, сердечника и обмотки статора вертикального СД
.2.1 Корпус статора
Корпус статора вертикального электродвигателя имеет круглую форму и выполняется сварным из листовой стали. Он состоит из горизонтально расположенных круглых фланцев, промежуточных рам, распорных ребер и цилиндрической обшивки с отверстиями для выхода нагретого воздуха.
Расположение ребер, промежуточных рам и обшивки обеспечивает получение секционных камер для прохождения нагретого воздуха к охладителям - при замкнутом цикле вентиляции или к отверстиям в обшивке для выхода воздуха в окружающую среду - при разомкнутом цикле. Нижняя торцевая рама является опорной поверхностью, статор которой устанавливается на фундамент. К корпусу статора с обеих сторон прикрепляются торцевые щиты.
.2.2 Сердечник статора
Сердечник статора синхронного и асинхронного электродвигателей состоит из гладких штампованных сегментов из электротехнической стали толщиной 0,5 мм с выштампованными по внутреннему диаметру открытыми пазами для катушек обмотки, сегментов с вентиляционными распорками и концевых сегментов с нажимными пальцами. Сегменты собраны в пакеты и стянуты посредством нажимных фланцев и шпилек в корпусе статора. Сегменты штампуются из электротехнической стали марки 3413 и покрываются с обеих сторон лаком горячей сушки.
Пакеты сердечника разделяются между собой сегментами с вентиляционными распорками, образующими радиальные вентиляционные каналы шириной по 10 мм. Сегмент с вентиляционными распорками представляет собой два сложенных штампованных листа электротехнической стали марки Э11, к которым приварены точечной сваркой или приклепаны стальные полоски из специального нормализованного профиля двутаврового сечения 4х10 или 8х10 мм ердечник статора выполнен из штампованных сегментов и разделен радиальными каналами на ряд пакетов. Пакеты собираются в остов сварной конструкции, выполненный из стального листа и состоящий из двух рам, ряда ребер н нажимного фланца. Сердечник закрепляется в остове посредством стяжных шпилек, пропущенных через отверстия в спинке сегментов, в раме и нажимном фланце. В корпусе статора подобны и сердечник устанавливается уже в обмотанном виде и закрепляется в нем посредством планок и болтов.
Такая конструкция применяется в электрических машинах, имеющих термореактивную изоляцию обмотки статора, в которых пропитка обмотки изоляционными лаками производится после ее укладки в пазы сердечника.
.2.3 Обмотка статора
Вертикальные синхронные двигатели выполняются с катушечными петлевыми двухслойными обмотками с укороченным шагом. Катушки состоят из ряда витков обмоточной меди прямоугольного сечения марки ПСД с двусторонней изоляцией толщиной 0,47 мм. Каждый виток состоит из нескольких проводников. По ширине паза располагается два проводников.
Для большей плотности крепления обмотки в паз под клин, между стержнями и на дно паза, между стенками паза и стержнями закладывают специальное уплотняющие прокладки. Крайние нижние клинья закрепляют, чтобы предотвратить их выпадение из паза. Лобовые части обмотки статора удерживаются бандажным кольцами от деформаций и вибраций при действии на них усилий, особенно значительных при внезапных коротких замыканиях.
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.
.2.4 Изоляция статорных обмоток
В вертикальных электродвигателях для изоляции катушечных статорных обмоток применяется в основном непрерывная, однородная микалентная изоляция с пропиткой битумными компаундами и прессовкой в компаундных котлах гидростатическим способом.
1.2.5 Воздухоохладители
Воздухоохладитель состоит из сварной рамы, двух трубных досок с трубками и двух крышек. Увеличение поверхности трубок достигается за счет оребрения их или навивки и припайки к трубкам медных проволочных спиралей эллиптической формы.
Концы трубок развальцованы в стальных трубных досках. С внешней стороны трубные доски закрыты стальными штампованными крышками. Крышки снабжены фланцами для подвода и отвода охлаждающей воды и водоразделяющими перегородками. Крепление крышки к трубной доске производится через уплотняющую резиновую прокладку. Рама воздухоохладителя представляет собой стальное гофрированное основание с приваренными уголками, в которых имеются отверстия для подъема воздухоохладителя и отверстия для крепления его к корпусу статора. Нагретый воздух омывает наружную поверхность оребренных трубок или трубок с проволочными спиралями, расположенных в шахматном порядке. Нагретый воздух попадает на трубки со стороны корпуса статора и выходит из противоположной стороны уже охлажденным. Воздухоохладитель уплотняется на корпусе статора резиновыми шайбами.
.3 Конструкция ротора вертикальных синхронных двигателей
Ротор состоит из следующих основных узлов: остова, магнитного обода, полюсов, обмотки возбуждения, вала с насаженными втулками подпятника и направляющих подшипников.
