Помощь студентам в учебе
Проектирование синхронной машины с постоянными магнитами на основе Nd-Fe-B
|
Содержание 7
Введение 9
1. Электромагнитный расчет 11
1.1 Определение основных электрических величин 11
1.2. Расчет постоянных магнитов и геометрических размеров ротора 13
1.3. Расчёт обмотки и магнитопровода статора 16
1.4. Размер зубцовой зоны статора 18
1.5. Расчёт магнитной цепи 22
1.6. Характеристика короткого замыкания 30
1.7. Построение диаграммы магнита и внешней характеристики
синхронного генератора 32
1.8. Определение массы, потерь и КПД генератора 37
2. Тепловой и вентиляционный расчет 40
3. Механический расчет генератора 44
3.1 Расчет вала на прочность 44
3.2. Выбор подшипников 48
4. Специальная часть 50
4.1 Мостовой, управляемый выпрямитель 50
4.2 От генератора переменного тока к поспоянному 53
4.3 Выбор тиристоров для управляемого выпрямителя 53
4.4 Построение внешней характеристики синхронного генератора
работающего на выпрямитель 54
5. Технология общей сборки синхронного генератора на постоянных
магнитах 57
5.1 Анализ конструкции генератора на технологичность 58
5.2 Расчет размерных цепей методом полной взаимозаменяемости 60
5.3 Выбор оборудования и инструментов 65
5.4 Расчет норм времени, программы выпуска, загрузки оборудования и
построение графика загрузки оборудования 67
5.5 Разработка маршрутной технологии 72
6. Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
научных исследований с позиции ресурсаэффективности 75
6.1 Смета затрат на проектирование 75
6.2 Смета затрат на подготовку проекта 76
6.3 Отчисления на социальные нужды 77
6.4 Материальные затраты на канцелярские товары 77
6.5 Амортизация вычислительной техники 77
6.6 Прочие неучтенные затраты 78
6.7 Накладные расходы 78
6.8 Себестоимость проекта 78
6.9 Оценка технического уровня 79
7. Социальная ответственность 83
7.1. Анализ опасных и вредных производственных факторов 83
7.2. Производственная санитария 85
7.3. Микроклимат 85
7.4. Шум и вибрация 87
7.5. Освещение 89
7.6. Пожарная безопасность 93
7.7. Электробезопасность 95
7.8. Чрезвычайная ситуация 96
7.9.Охрана окружающей среды 99
Заключение 100
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 102
Приложение 1 105
Введение 9
1. Электромагнитный расчет 11
1.1 Определение основных электрических величин 11
1.2. Расчет постоянных магнитов и геометрических размеров ротора 13
1.3. Расчёт обмотки и магнитопровода статора 16
1.4. Размер зубцовой зоны статора 18
1.5. Расчёт магнитной цепи 22
1.6. Характеристика короткого замыкания 30
1.7. Построение диаграммы магнита и внешней характеристики
синхронного генератора 32
1.8. Определение массы, потерь и КПД генератора 37
2. Тепловой и вентиляционный расчет 40
3. Механический расчет генератора 44
3.1 Расчет вала на прочность 44
3.2. Выбор подшипников 48
4. Специальная часть 50
4.1 Мостовой, управляемый выпрямитель 50
4.2 От генератора переменного тока к поспоянному 53
4.3 Выбор тиристоров для управляемого выпрямителя 53
4.4 Построение внешней характеристики синхронного генератора
работающего на выпрямитель 54
5. Технология общей сборки синхронного генератора на постоянных
магнитах 57
5.1 Анализ конструкции генератора на технологичность 58
5.2 Расчет размерных цепей методом полной взаимозаменяемости 60
5.3 Выбор оборудования и инструментов 65
5.4 Расчет норм времени, программы выпуска, загрузки оборудования и
построение графика загрузки оборудования 67
5.5 Разработка маршрутной технологии 72
6. Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
научных исследований с позиции ресурсаэффективности 75
6.1 Смета затрат на проектирование 75
6.2 Смета затрат на подготовку проекта 76
6.3 Отчисления на социальные нужды 77
6.4 Материальные затраты на канцелярские товары 77
6.5 Амортизация вычислительной техники 77
6.6 Прочие неучтенные затраты 78
6.7 Накладные расходы 78
6.8 Себестоимость проекта 78
6.9 Оценка технического уровня 79
7. Социальная ответственность 83
7.1. Анализ опасных и вредных производственных факторов 83
7.2. Производственная санитария 85
7.3. Микроклимат 85
7.4. Шум и вибрация 87
7.5. Освещение 89
7.6. Пожарная безопасность 93
7.7. Электробезопасность 95
7.8. Чрезвычайная ситуация 96
7.9.Охрана окружающей среды 99
Заключение 100
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 102
Приложение 1 105
Ускорение научно-технического прогресса требует всемерной автоматизации производственных процессов. Для этого необходимо создавать электрические машины, удовлетворяющие по своим показателям и характеристикам, весьма разнообразным требованиям различных отраслей народного хозяйства. Процесс создания электрических машин включает в себя проектирование, изготовление и испытание.
В последнее время все более часто генератор постоянного тока заменяют синхронным генератором, на выходе которого включен полупроводниковый выпрямитель. Замена генератора постоянного тока синхронным дает возможность выполнить его более быстроходным, что в свою очередь позволяет существенно уменьшить габариты и массу машины. Это объясняется тем, что в машинах постоянного тока для обеспечения удовлетворительной коммутации приходится ограничивать окружную скорость коллектора, а следовательно, и ротора. Кроме того, эксплуатация синхронного генератора, в котором отсутствует коллектор, существенно проще, а надежность выше, чем у генератора постоянного тока.
В настоящей ВКР рассматриваются вопросы проектирования дизельного синхронного генератора с постоянными магнитами на основе Nd-Fe-B, мощностью 10кВт. Такие электростанции служат для аварийного питания (подземного участка, подстанций систем автоматики и релейной зашиты и т.д.) Так же они могут применяться в аварийных системах предприятий, больниц и других объектов, где необходимо обеспечение постоянного электропитания.
Под проектированием электрической машины понимается расчет размеров отдельных ее частей, параметров обмотки, рабочих и других характеристик машины, конструирование машины в целом, а также ее отдельных деталей и сборочных единиц.
Основные тенденции развития энергетической отрасли говорят, о том, что исторически сложилось так, что для улучшения параметров электри
ческих машин проектировщики делают акцент на изменение параметров и варьирование энергетических показателей проектируемых машин.
На сегодняшний день можно утверждать что Россия, как и весь мир, переходит на новые методы проектирования, включаются в работу системы автоматизированного проектирования, берутся в учет экономические показатели, учитываются технологические размеры при производстве.
В последнее время все более часто генератор постоянного тока заменяют синхронным генератором, на выходе которого включен полупроводниковый выпрямитель. Замена генератора постоянного тока синхронным дает возможность выполнить его более быстроходным, что в свою очередь позволяет существенно уменьшить габариты и массу машины. Это объясняется тем, что в машинах постоянного тока для обеспечения удовлетворительной коммутации приходится ограничивать окружную скорость коллектора, а следовательно, и ротора. Кроме того, эксплуатация синхронного генератора, в котором отсутствует коллектор, существенно проще, а надежность выше, чем у генератора постоянного тока.
В настоящей ВКР рассматриваются вопросы проектирования дизельного синхронного генератора с постоянными магнитами на основе Nd-Fe-B, мощностью 10кВт. Такие электростанции служат для аварийного питания (подземного участка, подстанций систем автоматики и релейной зашиты и т.д.) Так же они могут применяться в аварийных системах предприятий, больниц и других объектов, где необходимо обеспечение постоянного электропитания.
Под проектированием электрической машины понимается расчет размеров отдельных ее частей, параметров обмотки, рабочих и других характеристик машины, конструирование машины в целом, а также ее отдельных деталей и сборочных единиц.
Основные тенденции развития энергетической отрасли говорят, о том, что исторически сложилось так, что для улучшения параметров электри
ческих машин проектировщики делают акцент на изменение параметров и варьирование энергетических показателей проектируемых машин.
На сегодняшний день можно утверждать что Россия, как и весь мир, переходит на новые методы проектирования, включаются в работу системы автоматизированного проектирования, берутся в учет экономические показатели, учитываются технологические размеры при производстве.
В данной работе был спроектирован синхронный генератор с постоянными магнитами на основе неодимовых магнитах Nd-Fe-B . В качестве базовой модели выбрана конструкция синхронного генератора ГС-10 общего назначения.
Электромагнитный расчёт позволил определить полную массу генератора равной Ма=90кг, коэффициент полезного действия составил ^=91.8% со следующими установочно-присоединительными размерами:
• высота оси вращения ^=132мм;
• диаметр конца вала d1=38мм^;
• длина выступающего конца вала /1=80мм;
• расстояние между уступом на валу, в который будет упираться муфта при монтаже, и осью ближайшего монтажного отверстия в лапе станины /?1=108мм;
Тепловой расчёт показал, что среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды составляет Ад1=28 0С, что приемлемо для выбранного класса изоляции F (155оС).
Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором Q’e= 0.038 м3/мин, рассчитанный в вентиляционном расчёте превышает расход воздуха, требуемый для охлаждения Qe=0.029 м /мин. Условие выполняется.
В механическом расчёте был спроектирован и рассчитан вал для генератора. Было определено наиболее нагруженном сечение апрА=2.65-10 Па что является меньшей чем предела текучести для стали 45 о=2.5Э0 Па. При диаметре шейки вала d2=45мм был выбран подшипник лёгкой серии.
В специальной части приведен расчет для выбора тиристоров для выпрямителя, а в дальнейшем был выбран тиристор марки КУ218Д.
Привели схему выпрямления для подзарядки никель- кадмиевых аккумуляторных батарей, при этом основная нагрузка идет на аварийное освещение.
В технологической части разработан технологический процесс сборки синхронного генератора на постоянных магнитах.
Исследован маршрут технологии, рассчитано необходимое количество оборудования при заданной программе выпуска А=4500 шт./год. Для проверки электрической прочности применим мегаомметр ЭС0202/1Г.
В разделе «Социальная ответственность» проведён анализ опасных и вредных факторов, возникающих в процессе сборки генератора. Рассмотрены вопросы техники безопасности, производственной санитарии, пожарной безопасности. Проведён расчёт освещения светильниками ПВЛ с мощностью лампы 2х40Вт для участка.
В целом спроектированный синхронный генератор с постоянными магнитами удовлетворяет требованиям, определённым заданием и готов для производства.
Электромагнитный расчёт позволил определить полную массу генератора равной Ма=90кг, коэффициент полезного действия составил ^=91.8% со следующими установочно-присоединительными размерами:
• высота оси вращения ^=132мм;
• диаметр конца вала d1=38мм^;
• длина выступающего конца вала /1=80мм;
• расстояние между уступом на валу, в который будет упираться муфта при монтаже, и осью ближайшего монтажного отверстия в лапе станины /?1=108мм;
Тепловой расчёт показал, что среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды составляет Ад1=28 0С, что приемлемо для выбранного класса изоляции F (155оС).
Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором Q’e= 0.038 м3/мин, рассчитанный в вентиляционном расчёте превышает расход воздуха, требуемый для охлаждения Qe=0.029 м /мин. Условие выполняется.
В механическом расчёте был спроектирован и рассчитан вал для генератора. Было определено наиболее нагруженном сечение апрА=2.65-10 Па что является меньшей чем предела текучести для стали 45 о=2.5Э0 Па. При диаметре шейки вала d2=45мм был выбран подшипник лёгкой серии.
В специальной части приведен расчет для выбора тиристоров для выпрямителя, а в дальнейшем был выбран тиристор марки КУ218Д.
Привели схему выпрямления для подзарядки никель- кадмиевых аккумуляторных батарей, при этом основная нагрузка идет на аварийное освещение.
В технологической части разработан технологический процесс сборки синхронного генератора на постоянных магнитах.
Исследован маршрут технологии, рассчитано необходимое количество оборудования при заданной программе выпуска А=4500 шт./год. Для проверки электрической прочности применим мегаомметр ЭС0202/1Г.
В разделе «Социальная ответственность» проведён анализ опасных и вредных факторов, возникающих в процессе сборки генератора. Рассмотрены вопросы техники безопасности, производственной санитарии, пожарной безопасности. Проведён расчёт освещения светильниками ПВЛ с мощностью лампы 2х40Вт для участка.
В целом спроектированный синхронный генератор с постоянными магнитами удовлетворяет требованиям, определённым заданием и готов для производства.