Помощь студентам в учебе
Эффективность применения ферромагнитных клиньев в асинхронных двигателях большой мощности
|
Введение 10
1. Объект исследования 11
2. Исследование магнитных полей двигателя с использованием
программного продукта Elcut 12
2.1. Исследование магнитных полей с диэлектрическими клиньями в
пазах статора 13
2.2. Исследование магнитных полей сферромагнитными клиньями
стандартных размеров в пазах статора 20
2.3. Исследование магнитных полей с модифицированными
ферромагнитными клиньями в пазах статора 22
3. Определение энергетических характеристик с помощью Ansis
Maxwel 25
3.1. Характеристики электродвигателя при отсутствии
клина 28
3.2. Характеристики электродвигателя при установке в пазы статора
ферромагнитных клиньев 31
4. Сравнение результатов полученных при расчетах 34
5. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 38
5.1. Предпроектный анализ 38
5.2. Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 39
5.3. FAST-анализ 40
5.4. Диаграмма Исикава 41
5.5. SWOT анализ 43
5.6. Экономия, окупаемость и прибыль 44
5.7. Определение трудоемкости выполнения работ 45
5.8. Разработка графика проведения научного исследования 46
5.9. Расчет бюджета для научно-технического исследования 50
5.10. Сравнение исследований 52
б . Социальная ответственность 59
6.1. Производственная безопасность 59
6.2. Опасные факторы 68
6.3. Экологическая безопасность 73
6.4. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 74
6.5. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности.78
Заключение 81
Приложение А
1. Объект исследования 11
2. Исследование магнитных полей двигателя с использованием
программного продукта Elcut 12
2.1. Исследование магнитных полей с диэлектрическими клиньями в
пазах статора 13
2.2. Исследование магнитных полей сферромагнитными клиньями
стандартных размеров в пазах статора 20
2.3. Исследование магнитных полей с модифицированными
ферромагнитными клиньями в пазах статора 22
3. Определение энергетических характеристик с помощью Ansis
Maxwel 25
3.1. Характеристики электродвигателя при отсутствии
клина 28
3.2. Характеристики электродвигателя при установке в пазы статора
ферромагнитных клиньев 31
4. Сравнение результатов полученных при расчетах 34
5. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 38
5.1. Предпроектный анализ 38
5.2. Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 39
5.3. FAST-анализ 40
5.4. Диаграмма Исикава 41
5.5. SWOT анализ 43
5.6. Экономия, окупаемость и прибыль 44
5.7. Определение трудоемкости выполнения работ 45
5.8. Разработка графика проведения научного исследования 46
5.9. Расчет бюджета для научно-технического исследования 50
5.10. Сравнение исследований 52
б . Социальная ответственность 59
6.1. Производственная безопасность 59
6.2. Опасные факторы 68
6.3. Экологическая безопасность 73
6.4. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 74
6.5. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности.78
Заключение 81
Приложение А
Асинхронные электродвигатели используются во многих сферах производства, поскольку являются надежными и энергоффективными. Они отличаются плавностью запуска, максимальной защитой от перепадов напряжения и простотой эксплуатации. Стоит обратить внимание и на коэффициент полезного действия, который имеют мощные электродвигатели - более 95%, что немаловажно для крупномасштабного производства.
В зависимости от того, в каких условиях используется асинхронные электродвигатели, выделяют следующие типы:
1. Устройства общего использования. Например, стандартный электродвигатель имеет доступную цену и применяется в обычных условиях эксплуатации.
2. Взрывозащищенные. Эксплуатируются на производствах с повышенной взрывоопасностью. Во многих случаях используются двигатели мощностью 132 т- 160 кВт.
3. Мощностью 20 От-5 60 кВт . используются высоковольтные двигатели.
4. Двигатели механизмов. Эти устройства являются частью механизмов машин, например, используются для работы кранов.
В промышленности используют, в основном, электродвигатели большой мощности асинхронного типа. Они отличаются простой конструкцией, хорошей перегрузочной способностью и надежностью. Конечно, в зависимости от качественных характеристик, может меняться цена устройства.
В России потребление электродвигателями переменного тока составляет более 40% производимой электроэнергии. В связи с этим повышение энергоэффективности асинхронных электродвигателей переменного тока является актуальной задачей. В двигателях большой мощности обмотка выполняется из медной шины прямоугольного сечения [6] , поэтому для упрощения ее укладки в статоре используются полуоткрытые пазы.
Неравномерность воздушного зазора создает пульсации магнитного потока, который, в свою очередь, приводит к появлению пульсационных потерь и, соответственно, снижению энергетических характеристик. Кроме того, пульсации магнитного потока приводят к пульсациям момента. Поэтому существует потребность в уменьшения пульсаций магнитного потока.
Целью данной работы является исследование влияния ферромагнитных клиньев в полуоткрытых пазах статора на энергетические показатели асинхронного электродвигателя большой мощности с короткозамкнутым ротором. Для этого необходимо решить ряд задач:
1. Исследовать влияние магнитного клина на пульсации магнитной индукции по длине воздушного зазора;
2. Исследовать влияние магнитного клина на пульсации момента вращения;
3. Влияние магнитного клина на энергетические показатели электродвигателя.
В зависимости от того, в каких условиях используется асинхронные электродвигатели, выделяют следующие типы:
1. Устройства общего использования. Например, стандартный электродвигатель имеет доступную цену и применяется в обычных условиях эксплуатации.
2. Взрывозащищенные. Эксплуатируются на производствах с повышенной взрывоопасностью. Во многих случаях используются двигатели мощностью 132 т- 160 кВт.
3. Мощностью 20 От-5 60 кВт . используются высоковольтные двигатели.
4. Двигатели механизмов. Эти устройства являются частью механизмов машин, например, используются для работы кранов.
В промышленности используют, в основном, электродвигатели большой мощности асинхронного типа. Они отличаются простой конструкцией, хорошей перегрузочной способностью и надежностью. Конечно, в зависимости от качественных характеристик, может меняться цена устройства.
В России потребление электродвигателями переменного тока составляет более 40% производимой электроэнергии. В связи с этим повышение энергоэффективности асинхронных электродвигателей переменного тока является актуальной задачей. В двигателях большой мощности обмотка выполняется из медной шины прямоугольного сечения [6] , поэтому для упрощения ее укладки в статоре используются полуоткрытые пазы.
Неравномерность воздушного зазора создает пульсации магнитного потока, который, в свою очередь, приводит к появлению пульсационных потерь и, соответственно, снижению энергетических характеристик. Кроме того, пульсации магнитного потока приводят к пульсациям момента. Поэтому существует потребность в уменьшения пульсаций магнитного потока.
Целью данной работы является исследование влияния ферромагнитных клиньев в полуоткрытых пазах статора на энергетические показатели асинхронного электродвигателя большой мощности с короткозамкнутым ротором. Для этого необходимо решить ряд задач:
1. Исследовать влияние магнитного клина на пульсации магнитной индукции по длине воздушного зазора;
2. Исследовать влияние магнитного клина на пульсации момента вращения;
3. Влияние магнитного клина на энергетические показатели электродвигателя.
Использование в конструкции асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором магнитных клиньев, позволяющие сформировать магнитное поле определенной конфигурации, снизить амплитуды зубцовых гармоник магнитной индукции в воздушном зазоре между ротором и статором. При использовании модифицированных магнитных клиньев в пазах статора амплитуда пульсаций магнитной индукции по длине воздушного зазора снизилась в 4 раза. Так же ферромагнитные клинья позволяют эффективно уменьшить потери в стали. Потери снизились в 4 раза, также снизились моменты от высших гармоник магнитного поля, шумы и вибрации магнитного происхождения. Пульсации момента снизились на 28%. При исследовании установлено, что наличие магнитного клина модифицированной конструкции приводит к росту КПД на 1%, снижается температура нагрева обмоток и стали сердечника, существенно улучшаются виброакустические характеристики.
Таблица 17 - Результаты проведенных исследований
Наименование Значение
Пульсации магнитной индукции Уменьшились в 4 раза
Пульсации вращающего момента Уменьшились на 28%
Постоянные потери (в стали) Уменьшились в 4 раза
КПД Увеличился на 1%
В ходе выполнения раздела «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение» были решены следующие задачи:
1. Проведена оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научного исследования на примере SWOT-анализа, результат которого показал большой потенциал применения методики, а так же возможность быстрого выхода на внутренний рынок обеспечены актуальностью данного исследования.
2. Определен полный перечень работ, проводимых при исследовании
влияния автоматического включения резерва на возможность самозапуска мощных синхронных двигателей. Общее число работ составило 8. Определена трудоемкость проведения работ. Ожидаемая трудоемкость работ для научного руководителя составила 16 чел-дней, для студента-исполнителя составила 60 чел-дней. Общая максимальная длительность выполнения работы составила 114 календарных дней.
3. Суммарный бюджет затрат НТИ составил - 643248 рубль. Расчет бюджета осуществлялся на основе следующих пунктов:
- расчет материальных затрат НТИ;
- основная заработная плата исполнителей темы;
- дополнительная заработная плата исполнителей темы;
- отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления); - накладные расходы.
4. Суммарный бюджет затрат на исследование экспериментальным путем составил 1170000 рублей. Отсюда можно сделать вывод, что исследование с помощью создания математической модели является на порядок дешевле.
Таблица 17 - Результаты проведенных исследований
Наименование Значение
Пульсации магнитной индукции Уменьшились в 4 раза
Пульсации вращающего момента Уменьшились на 28%
Постоянные потери (в стали) Уменьшились в 4 раза
КПД Увеличился на 1%
В ходе выполнения раздела «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение» были решены следующие задачи:
1. Проведена оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научного исследования на примере SWOT-анализа, результат которого показал большой потенциал применения методики, а так же возможность быстрого выхода на внутренний рынок обеспечены актуальностью данного исследования.
2. Определен полный перечень работ, проводимых при исследовании
влияния автоматического включения резерва на возможность самозапуска мощных синхронных двигателей. Общее число работ составило 8. Определена трудоемкость проведения работ. Ожидаемая трудоемкость работ для научного руководителя составила 16 чел-дней, для студента-исполнителя составила 60 чел-дней. Общая максимальная длительность выполнения работы составила 114 календарных дней.
3. Суммарный бюджет затрат НТИ составил - 643248 рубль. Расчет бюджета осуществлялся на основе следующих пунктов:
- расчет материальных затрат НТИ;
- основная заработная плата исполнителей темы;
- дополнительная заработная плата исполнителей темы;
- отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления); - накладные расходы.
4. Суммарный бюджет затрат на исследование экспериментальным путем составил 1170000 рублей. Отсюда можно сделать вывод, что исследование с помощью создания математической модели является на порядок дешевле.