Помощь студентам в учебе
Магнитоэлектрический двигатель для привода турбомеханизма
|
Введение
1. Обзор литературы 14
2. Методы расчета магнитных полей в магнитоэлектрических машинах 15
3. Сравнение магнитов 18
4. Конструкции роторов 22
5. Модель асинхронного двигателя 26
6. Модель магнитоэлектрического двигателя 34
7. Социальная ответственность 41
7.1 Производственная безопасность 41
7.2 Анализ опасных факторов производственной среды 48
7.3 Расчет искуственного освещения 54
7.4 Экологическая безопасность 59
7.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 60
7.6 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 63
8. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение 64
Заключение 91
Приложение А
1. Обзор литературы 14
2. Методы расчета магнитных полей в магнитоэлектрических машинах 15
3. Сравнение магнитов 18
4. Конструкции роторов 22
5. Модель асинхронного двигателя 26
6. Модель магнитоэлектрического двигателя 34
7. Социальная ответственность 41
7.1 Производственная безопасность 41
7.2 Анализ опасных факторов производственной среды 48
7.3 Расчет искуственного освещения 54
7.4 Экологическая безопасность 59
7.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 60
7.6 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 63
8. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение 64
Заключение 91
Приложение А
Благодаря своим высоким эксплуатационным характеристикам, магнитоэлектрические двигатели являются наиболее перспективными электрическими машинами в диапазоне малых и средних мощностей.
К основным развитиям электромеханики выделяют:
- Переход с коллекторных машин к электромеханическим преобразователям бесколлекторным или полностью бесконтактными;
- интегрированию с электронными компонентами, управляющими системами, накопительными комплексами;
- Применение высококоэрцитивных постоянных магнитов;
- внедрение малоотходных технологических процессов.
Множеству из этих развитий относится магнитоэлектрический двигатель с постоянными магнитами.
Такие двигатели надежны, конструктивно просты, не требуют затрат энергии на возбуждение и имеют абсолютно жесткие механические характеристики. Перечисленные качества электрических машин обуславливают использование в производственных системах автоматики, манипуляторах и роботах, приводах подач и главного движения металлорежущих станков, космической и авиационной технике, нефтяной и газовой отрасли, автомобильном машиностроении, биомедицинской аппаратуре, бытовой технике.
Применение высокоэнергетических магнитов, типа NdFеB создает предпосылки для снижения массы и габаритов двигателей за счет новых рациональных технических решении, повышенных значений магнитной индукции в рабочей зоне, меньших размеров индуктора; способствует снижению потерь и росту КПД, которые даже для машин средней мощности достигают уровня 96 - 97%; приводит к уменьшению электромагнитных шумов, благодаря большим величинам эквивалентных воздушных зазоров; снимает проблемы, связанные со щеточными контактами; обеспечивает более высокую надежность энергоустановки; облегчает обслуживание оборудования.
Цель работы заключается в проектировании магнитоэлектрического двигателя путем изменения конструкции ротора асинхронного двигателя, применяемого в приводах турбомеханизмов, для повышения энергетических характеристик.
Турбомеханизмы являются машинами массового применения. Можно сказать, что примерно 28% всей электроэнергии, вырабатываемой в России, расходуется электроприводом турбомеханизмов. К ним относятся вентиляторы, насосы, компрессоры.
Современные турбокомпрессоры имеют мощность до 18 кВт, насосы до 100 кВт, вентиляторы до 5кВт. Скорость сверхбыстроходного турбокомпрессоров примерно 20 000 об/мин. тихоходных вентиляторов примерно 100 об/мин
Все турбомеханизмы разнообразны по назначению, основным параметрам и условиям работы, их характеристики с точки зрения условий работы и требований имеют много общего, что влечет к рассмотрению турбомеханизмов как отдельный класс.
В последнии время для турбомашин использовались почти исключительно нерегулируемые электропривода на базе асинхронных или синхронных двигателей.
Основные критерии, показывающие необходимость использования магнитоэлектрических двигателей для турбомеханизмов:
• стремление для увеличения КПД электроустановок;
• улучшение качества продукции за счет оптимизации технологического процесса и регулирования;
• также переход от комплексной или полной к частичной автоматизации производственных процессов;
• рост единичной мощности турбомеханизма.
Главное условие целесообразности использования магнитоэлектрического двигателя для турбомеханизмов обусловленно тем, что для многих турбомеханизмов режим работы (насосов промышленного водоснабжения и коммунального, компрессоров и т.д.) во многих случаев является принципиально неопределенным. Автоматическая экономичная оптимизация технологических параметров возможна только при наличии магнитоэлектрического двигателя. Это стало особенно актуальным в связи с выпуском в настоящее время компактных и надежных преобразователей частоты [8].
Вопрос о выборе типа двигателей для турбомеханизмов должен быть принципиально рассмотрен таким образом, чтобы при проектировании электроустановок обосновывался отказ от применения асинхронных и синхронных машин.
К основным развитиям электромеханики выделяют:
- Переход с коллекторных машин к электромеханическим преобразователям бесколлекторным или полностью бесконтактными;
- интегрированию с электронными компонентами, управляющими системами, накопительными комплексами;
- Применение высококоэрцитивных постоянных магнитов;
- внедрение малоотходных технологических процессов.
Множеству из этих развитий относится магнитоэлектрический двигатель с постоянными магнитами.
Такие двигатели надежны, конструктивно просты, не требуют затрат энергии на возбуждение и имеют абсолютно жесткие механические характеристики. Перечисленные качества электрических машин обуславливают использование в производственных системах автоматики, манипуляторах и роботах, приводах подач и главного движения металлорежущих станков, космической и авиационной технике, нефтяной и газовой отрасли, автомобильном машиностроении, биомедицинской аппаратуре, бытовой технике.
Применение высокоэнергетических магнитов, типа NdFеB создает предпосылки для снижения массы и габаритов двигателей за счет новых рациональных технических решении, повышенных значений магнитной индукции в рабочей зоне, меньших размеров индуктора; способствует снижению потерь и росту КПД, которые даже для машин средней мощности достигают уровня 96 - 97%; приводит к уменьшению электромагнитных шумов, благодаря большим величинам эквивалентных воздушных зазоров; снимает проблемы, связанные со щеточными контактами; обеспечивает более высокую надежность энергоустановки; облегчает обслуживание оборудования.
Цель работы заключается в проектировании магнитоэлектрического двигателя путем изменения конструкции ротора асинхронного двигателя, применяемого в приводах турбомеханизмов, для повышения энергетических характеристик.
Турбомеханизмы являются машинами массового применения. Можно сказать, что примерно 28% всей электроэнергии, вырабатываемой в России, расходуется электроприводом турбомеханизмов. К ним относятся вентиляторы, насосы, компрессоры.
Современные турбокомпрессоры имеют мощность до 18 кВт, насосы до 100 кВт, вентиляторы до 5кВт. Скорость сверхбыстроходного турбокомпрессоров примерно 20 000 об/мин. тихоходных вентиляторов примерно 100 об/мин
Все турбомеханизмы разнообразны по назначению, основным параметрам и условиям работы, их характеристики с точки зрения условий работы и требований имеют много общего, что влечет к рассмотрению турбомеханизмов как отдельный класс.
В последнии время для турбомашин использовались почти исключительно нерегулируемые электропривода на базе асинхронных или синхронных двигателей.
Основные критерии, показывающие необходимость использования магнитоэлектрических двигателей для турбомеханизмов:
• стремление для увеличения КПД электроустановок;
• улучшение качества продукции за счет оптимизации технологического процесса и регулирования;
• также переход от комплексной или полной к частичной автоматизации производственных процессов;
• рост единичной мощности турбомеханизма.
Главное условие целесообразности использования магнитоэлектрического двигателя для турбомеханизмов обусловленно тем, что для многих турбомеханизмов режим работы (насосов промышленного водоснабжения и коммунального, компрессоров и т.д.) во многих случаев является принципиально неопределенным. Автоматическая экономичная оптимизация технологических параметров возможна только при наличии магнитоэлектрического двигателя. Это стало особенно актуальным в связи с выпуском в настоящее время компактных и надежных преобразователей частоты [8].
Вопрос о выборе типа двигателей для турбомеханизмов должен быть принципиально рассмотрен таким образом, чтобы при проектировании электроустановок обосновывался отказ от применения асинхронных и синхронных машин.
В процессе выполнения выпускной квалификационной работы проведен анализ магнитоэлектрических машин различных конструкций. На основе данного анализа была предложена магнитоэлектрическая машина. В качестве базовой модели был выбран асинхронный двигатель ДАТ-164 применяемый в топливопрокачивающем агрегате тепловоза. При проектирование магнитоэлектрической машины поперечная геометрия статор осталась без изменений.
В качестве ротора был выбран ротор конструкции звездочка так как она обладает простотой ее изготовления и малыми сопротивления по осям ротора, обуславливающие жесткость механических характеристик.
В качестве магнитных материалов был использован NdFeB, который широко используемые в настоящее время на производстве, обладающие наиболее высокими магнитными параметрами из всех выпускаемых. Магниты NdFeB имеют меньшую температурную стабильность, высокую силу изгиба, высокую твердость, возможность создания сильных магнитных полей при малых габаритах, отсутствие в составе сплава NdFeB достаточно дорогого металла - кобальта .
Моделирование производилось в програмном комплексе ANSYS Maxwell. В ходе моделирования были получены данные, на основание которых можно провести сравнения энергетических характеристик базового асинхронного двигателя и магнитоэлектрической машины полученной на его основе. В магнитоэлектрической машине увеличился КПД на 4,7 %, коэффициент полезного действия соБф на 9 %, по сравнению с асинхронным двигателем.
В части финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение проведено планирование научно - исследовательских работ. Произведен расчет ресурсной, финансовой, бюджетной, социальной и
В разделе «Социальная ответственность» проведен проведен анализ опасных и вредных факторов, рассмотрены вопросы экологической безопасности, безопасность в чрезвычайных ситуациях и правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности. Проведен расчет освещения рабочей зоны.
В качестве ротора был выбран ротор конструкции звездочка так как она обладает простотой ее изготовления и малыми сопротивления по осям ротора, обуславливающие жесткость механических характеристик.
В качестве магнитных материалов был использован NdFeB, который широко используемые в настоящее время на производстве, обладающие наиболее высокими магнитными параметрами из всех выпускаемых. Магниты NdFeB имеют меньшую температурную стабильность, высокую силу изгиба, высокую твердость, возможность создания сильных магнитных полей при малых габаритах, отсутствие в составе сплава NdFeB достаточно дорогого металла - кобальта .
Моделирование производилось в програмном комплексе ANSYS Maxwell. В ходе моделирования были получены данные, на основание которых можно провести сравнения энергетических характеристик базового асинхронного двигателя и магнитоэлектрической машины полученной на его основе. В магнитоэлектрической машине увеличился КПД на 4,7 %, коэффициент полезного действия соБф на 9 %, по сравнению с асинхронным двигателем.
В части финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение проведено планирование научно - исследовательских работ. Произведен расчет ресурсной, финансовой, бюджетной, социальной и
В разделе «Социальная ответственность» проведен проведен анализ опасных и вредных факторов, рассмотрены вопросы экологической безопасности, безопасность в чрезвычайных ситуациях и правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности. Проведен расчет освещения рабочей зоны.