Введение 10
1. Литературный обзор 13
2. Электромагнитный расчет 20
2.1 Выбор главных размеров 20
2.2 Расчет размеров зубцовой зоны и обмотки статора 22
2.3 Расчет ротора 28
2.4 Расчет магнитной цепи 33
2.5 Параметры рабочего режима 36
2.6 Расчет потерь 41
2.7 Расчет рабочих характеристик 43
2.8 Расчет пусковых характеристик 48
3. Тепловой и вентиляционный расчет 53
3.1 Тепловой расчет 23
3.2 Расчет вентиляции 26
4. Механический расчет 57
4.1 Расчет вала на жесткость 57
4.2 Расчет вала на прочность 60
4.3 Выбор подшипников 62
5. Расчет динамических параметров 64
6. Технологическая часть 65
6.1 Введение 65
6.2 Оценка технологичности конструкции 66
6.3 Размерный анализ конструкции электродвигателя методом
полной взаимозаменяемости 69
6.4 Составление схемы сборки и маршрутной технологии общей
сборки электрической машины 73
6.5 Выбор сборочного оборудования и оснастки 75
6.6 Нормирование сборочных работ и расчет количества
технологического оборудования 76
6.7 Заключение 81
7. Специальная часть 82
8. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение 88
8.1 Введение 88
8.2 Определение себестоимости проекта 88
8.3 Оценка технического уровня 93
9. Социальная ответственность 97
9.1 Введение 97
9.2 Техногенная безопасность 98
9.3 Региональная безопасность 115
9.4 Особенности законодательного регулирования проектных
решений 117
9.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 119
10. Заключение 120
Список источников 122
Приложение А Схема обмотки статора 124
Приложение Б Паз статора 125
Приложение В Паз ротора 126
Приложение Г Схема сборки асинхронного двигателя 127
Приложение Д Комплект документов на технологический процесс
сборки асинхронного двигателя (маршрутная карта) -
Приложение Е Программа в MatLab, листинг 128
Современные условия развития промышленности, транспорта, сельского хозяйства, новых отраслей техники, специальных видов техники привело к разработке и внедрению автоматического управления рабочими процессами и механизмами. Автоматическое управление не возможно без применения маломощных электродвигателей мощностью в диапазоне от нескольких единиц до сотен ватт в качестве исполнительных и управляющих элементов. Электрические машины малой мощности (ЭМММ) широко используют не только в системах автоматики, но и для других целей.
Производство электрических машин малой мощности является отраслью электротехники, характеризующейся высокими темпами роста, разнообразием применения и большим числом исполнений ЭМММ. Высокие темпы роста производства этих машин обусловлены возрастающим спросом со стороны отраслей промышленности, сельского хозяйства, транспорта, а также бытовой техники.
В нашей стране проводится большая работа по исследованию, проектированию и производству различных типов электрических двигателей малой мощности с участием многих научно - исследовательских институтов, проектных организаций, заводов. Накоплен значительный опыт эксплуатации двигателей малой мощности.
Дальнейший рост производства малых электрических машин требует качественно нового подхода к организации производства малых машин, их проектирования и исследования.
В условиях развития современной энергетики существует ряд актуальных проблем, которыми необходимо задаваться проектировщикам электрических машин. Главными задачами, которые ставится перед инженерами и разработчиками являются:
1) Сбережение электроэнергии потребляемой электроприводами либо системами, в которых работает двигатель.
2) Достижение максимальных параметров качества и надежности.
Основные тенденции развития энергетической отрасли говорят, о том, что исторически сложилось так, что для улучшения параметров электрических 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 автоматического проектирования, берутся в учет экономические показатели, учитываются технологические размеры при производстве.
Проектирование асинхронных двигателей малой мощности обусловлено рядом специфических особенностей, отличающих их от более исследованных и изученных двигателей средних и больших мощностей. Закономерности изменения геометрических соотношений и электромагнитных величин в сериях асинхронных двигателей приводят для двигателей малых мощностей (до 1 кВт) к существенным количественным и качественным изменениям условий проектирования. Основными факторами, на которых отражаются «особенности» малых машин, являются следующие: массогабаритные и технологические показатели, конструкция узлов и деталей, применяемые материалы, тепловые нагрузки. Каждый из перечисленных факторов нуждается в детальном рассмотрении.
ЭМММ, используемые в автоматических устройствах должны удовлетворять разнообразным требованиям. Тем не менее, их можно разделить на две основные группы: общие и специфические.
Общие требования не отличаются от требований, предъявляемых к обычным электрическим машинам. Они являются общими для всех ЭМММ независимо от функций, которые они выполняют в схемах автоматики. Перечень этих требований содержится в ГОСТ 183-74 и включает в себя такие величины, как номинальные значения напряжения, частоты, потребляемых тока и мощности, КПД, номинальной полезной мощности, соэф, допустимого значения превышения температуры, уровня шума, сопротивления изоляции.
Специфические требования касаются только определенного типа машин и определяются теми функциями, которые машины данного типа выполняют в схемах автоматики.
Проектируемая машина предназначена для работы в качестве исполнительного механизма в составе электропривода промышленного вентиля. Специфические требования, предъявляемые к исполнительным двигателям: должны иметь требуемые статические характеристики и надлежащее быстродействие, малые значения мощности управления и напряжения трогания.
Для проектируемого двигателя приняты: номинальное фазное напряжение ином = 220/380 В, число полюсов 2р = 2 при номинальной частоте питающей сети f = 50 Гц. Проектирование любой новой электрической машины начинают с выбора базовой модели, на которую ориентируются при проведении всех расчетов, начиная с выбора главных размеров и при разработке основных узлов. В данном проекте выбран двигатель ДАТ 53271 (4АА50А2УЗ), являющийся прототипом для проектируемого нами двигателя, имеющий такую же высоту оси вращения и число полюсов и по мощности, которая равна 90 Вт.
В выпускной работе при проектировании двигателя первоочередной задачей является, на основе анализа методов расчетов, найти наиболее подходящее проектное решение и спроектировать двигатель с более высокими энергетическими показателями: КПД, коэффициентом мощности по сравнению с аналогом и провести исследование возможностей проектируемого двигателя в качестве исполнительного механизма при работе на нагрузку промышленного вентиля в соответствии с заданными параметрами системы.
В процессе выполнения выпускной квалификационной работы был спроектирован асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором мощностью Р2Н = 90 Вт, частотой вращения п = 3000 об/мин, числом пар полюсов 2р = 2, напряжением UH = 220 В.
В разделе электромагнитный расчет путем пробных ходов при помощи математической программы MathCAD и рекомендаций технической литературы и справочных источников были рассмотрены и проанализированы результаты расчетов для достижения поставленной задачи. В результате было выбрано самое приемлемое решение и спроектирован двигатель с более высокими энергетическими показателями КПД и коэффициентом мощности cos ^ по сравнению с базовой моделью, на которую ориентировались при проведении всех расчетов. У спроектированного двигателя КПД = 0,66 и cos ^ = 0,74, у прототипа: КПД = 0,6 и cos <р = 0,7.
В ходе работы были выбраны главные размеры и определены параметры двигателя, масса активных материалов, потери и КПД, а также рассчитаны рабочие и пусковые характеристики, кратность пускового тока и максимального момента, удовлетворяющие требованиям, предъявляемым к двигателю малой мощности.
Обмотка статора выбрана однослойной, обмотка ротора литая из алюминия. В двигателе применена изоляция класса F, которая допускает длительный нагрев обмотки статора до 1150 С.
Тепловой расчет показал, что у двигателя имеется температурный запас при нагреве обмотки статора, а вентилятор обеспечивает расход воздуха почти с трехкратным запасом.
Механический расчет вала показал, что жесткость, прочность и критическая частота вращения вала удовлетворяют требуемым условиям.
В специальной части для оценки динамических характеристик спроектированного асинхронного двигателя при работе на нагрузку промышленного вентиля, был использован метод виртуального моделирования в пакете прикладных программ Matlab Simulink. При сравнении полученных результатов с техническими данными привода, определили, что спроектированный двигатель соответствует требуемым параметрам.
При выполнении технологической части выпускной квалификационной работы был разработан комплект документов и технологический процесс на общую сборку АД с учетом требований техники безопасности. Выбрано оборудование и оснастка для сборки. Проведен размерный анализ машины и рассчитаны допуски на размеры составных элементов. Определены нормы времени и необходимое количество оборудования для выполнения требуемой программы выпуска.
В экономической части работы проведено обоснование целесообразности разработки проекта, сформирован план его разработки и рассчитана смета затрат на проведение научно - исследовательской работы, определена себестоимость проекта. Проведен анализ критериев, определяющих конкурентоспособность нового изделия, и оценка его технического уровня.
В разделе «Социальная ответственность» рассмотрены вопросы по выполнению требований к безопасности и гигиене труда, к промышленной безопасности и охране окружающей среды. Проведен анализ опасных и вредных факторов, возникающих в процессе сборки двигателя. Освещены вопросы пожарной безопасности и в чрезвычайных ситуациях, ответственность в рамках законодательства за безопасные условия труда.
В результате проведенной работы, был спроектирован асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором для применения его в качестве исполнительного механизма при работе на нагрузку промышленного вентиля, применяемого в системе автоматики и удовлетворяющий основным, для всех ЭМММ независимо от функций, и специфическим требованиям данной системы - это динамические характеристики и надлежащее быстродействие.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
