Помощь студентам в учебе
Проектирование энергоэффективного асинхронного двигателя
|
ВВЕДЕНИЕ 12
1 ВЫБОР ПРОТОТИПА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ 14
2 ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ АД 18
2.1 Основные методы повышения энергетических показателей 18
2.2 Показатели энергоэффективности 19
2.3 Проектирование асинхронного двигателя с улучшенным КПД и
коэффициентом мощности 20
3 ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТАТОРА 29
3.1 Оценка технологичности конструкции 29
3.2 Составление схемы сборки и маршрутной технологии 30
3.3 Специальные технологические расчеты 31
3.4 Выбор оборудования и оснастки 33
3.5 Нормирование работ 36
3.6 Расчет количества требуемого оборудования 46
4 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ И
РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ 53
4.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных исследований с позиции эффективности и сбережения ресурсов .... 53
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 53
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений 53
4.1.3 SWOT-анализ 57
4.2 Определение возможных альтернатив проведения научных исследований 64
4.3 Планирование научно-исследовательских работ 65
4.3.1 Структура работ в рамках научного исследования 65
4.3.2 Определение трудоемкости выполнения работ 66
4.3.3 Разработка графика проведения научного исследования 67
4.3.4 Расчет затрат на специальное оборудование для научных работ 70
4.3.5 Основная заработная плата исполнителей темы 70
4.3.6 Дополнительная заработная плата исполнителей 73
4.3.7 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) 73
4.3.8 Накладные расходы 74
4.3.9 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта . 75
4.4 Определение pеcуpcoэффективнocти проекта 76
5 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 80
5.1 Производственная безопасность 80
5.1.1 Анализ вредных и опасных факторов при разработке проектируемого
решения 80
5.1.1.1 Микроклимат 81
5.1.1.2 Производственное освещение 81
5.1.1.3 Расчет системы освещения 82
5.1.1.4 Шумы и вибрация 85
5.1.1.5 Электромагнитные поля 86
5.1.2 Анализ вредных и опасных факторов при эксплуатации
проектируемого решения 87
5.1.2.1 Вредные факторы, профилактика и средства защиты 87
5.1.2.2 Опасные факторы, профилактика и средства защиты 88
5.2 Экологическая безопасность 90
5.2.1 Влияние компьютерной техники на организм человека 90
5.2.2 Утилизация электрических отходов 92
5.2.3 Влияние асинхронных двигателей на окружающую среду в процессе
их эксплуатации 93
5.2.4 Утилизация асинхронных двигателей 93
5.3. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 94
5.3.1 Чрезвычайные ситуации при разработке и эксплуатации
проектируемого решения 94
5.3.2 Противопожарная профилактика и правила поведения 95
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 100
1 ВЫБОР ПРОТОТИПА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ 14
2 ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ АД 18
2.1 Основные методы повышения энергетических показателей 18
2.2 Показатели энергоэффективности 19
2.3 Проектирование асинхронного двигателя с улучшенным КПД и
коэффициентом мощности 20
3 ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТАТОРА 29
3.1 Оценка технологичности конструкции 29
3.2 Составление схемы сборки и маршрутной технологии 30
3.3 Специальные технологические расчеты 31
3.4 Выбор оборудования и оснастки 33
3.5 Нормирование работ 36
3.6 Расчет количества требуемого оборудования 46
4 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ И
РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ 53
4.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных исследований с позиции эффективности и сбережения ресурсов .... 53
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 53
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений 53
4.1.3 SWOT-анализ 57
4.2 Определение возможных альтернатив проведения научных исследований 64
4.3 Планирование научно-исследовательских работ 65
4.3.1 Структура работ в рамках научного исследования 65
4.3.2 Определение трудоемкости выполнения работ 66
4.3.3 Разработка графика проведения научного исследования 67
4.3.4 Расчет затрат на специальное оборудование для научных работ 70
4.3.5 Основная заработная плата исполнителей темы 70
4.3.6 Дополнительная заработная плата исполнителей 73
4.3.7 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) 73
4.3.8 Накладные расходы 74
4.3.9 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта . 75
4.4 Определение pеcуpcoэффективнocти проекта 76
5 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 80
5.1 Производственная безопасность 80
5.1.1 Анализ вредных и опасных факторов при разработке проектируемого
решения 80
5.1.1.1 Микроклимат 81
5.1.1.2 Производственное освещение 81
5.1.1.3 Расчет системы освещения 82
5.1.1.4 Шумы и вибрация 85
5.1.1.5 Электромагнитные поля 86
5.1.2 Анализ вредных и опасных факторов при эксплуатации
проектируемого решения 87
5.1.2.1 Вредные факторы, профилактика и средства защиты 87
5.1.2.2 Опасные факторы, профилактика и средства защиты 88
5.2 Экологическая безопасность 90
5.2.1 Влияние компьютерной техники на организм человека 90
5.2.2 Утилизация электрических отходов 92
5.2.3 Влияние асинхронных двигателей на окружающую среду в процессе
их эксплуатации 93
5.2.4 Утилизация асинхронных двигателей 93
5.3. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 94
5.3.1 Чрезвычайные ситуации при разработке и эксплуатации
проектируемого решения 94
5.3.2 Противопожарная профилактика и правила поведения 95
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 100
В недалеком будущем вопрос об энергосбережении станет одним из основных рассматриваемых проблем, т.к. при быстром развитии экономики, будет дефицит электрической энергии, путями решения данной проблемы являются - введение новых систем генерации электрической энергии и энергосбережение. Первый путь является длительным во времени и достаточно дорогим, а второй сравнительно быстрее и выгоднее с финансовой точки зрения, т.к. при энергосбережении 1 кВт электрической мощности стоит в 4-5 раза дешевле, чем в первом случае. Значительные затраты электроэнергии на единицу всеобщего валового продукта создают огромную возможность энергосбережения в народном хозяйстве. Следовательно, энергосбережение является важнейшим фактором повышения эффективности и экономического роста народного хозяйства.
В структуре потребления энергии в промышленности асинхронный двигатель, ввиду своей простоты и надежности, составляет 50-70% от общего потребления, поэтому в то же время является основным источником потерь электроэнергии - доля энергопотребления асинхронных двигателей в структуре потребления машиностроительного предприятия составляет 50%
Коэффициент полезного действия асинхронного двигателя составляет от 0,8 до 0,9 в номинальном режиме, а при недогрузках на валу значительно снижается и достигает значений от 0,2 до 0,3. Данная ситуация приводит к значительному росту потребления энергии, наведением в электрической сети реактивных токов, поломкам и снижению срока службы электродвигателей. На потребление электроэнергии электродвигателем влияет величина потерь электроэнергии во всей структурной цепочке. Более 90% асинхронных электродвигателей являются нерегулируемыми (не имеют возможность изменять частоту вращения), что дает неэффективное расходование
электроэнергии, объем которой достигает 30% от общего потребления и в 3 раза больше аналогичного показателя в других странах.
С ростом мощности используемого электродвигателя, будут выше и требования к энергетическим характеристикам всего привода.
Основной целью данной работы, является рассмотрение возможностей проектирования асинхронных двигателей с повышенными энергетическими показателями (КПД и коэффициент мощности), со следующими параметрами: с высотой оси вращения 132 мм, мощностью 11 кВт, четырьмя полюсами - для обеспечения максимального энергосбережения всего электропривода.
Для достижения этой цели, должно быть выполнено следующее:
• Подбор прототипа асинхронного двигателя;
• Подбор наиболее подходящего метода для повышения энергетических показателей асинхронного двигателя;
• Проведение исследования на двигателе с высотой оси вращения 132 мм, мощностью 11 кВт и четырьмя полюсами;
• Анализ полученных результатов.
В первой главе данной научно-исследовательской работы рассматривается прототип асинхронного двигателя, на основе которого и будут проходить проектирование, также его служебное назначение и особенности конструкции. Далее идет раздел посвященный повышению энергоэффективности АД: методы, показатели эффективности, регулируемые параметры. Также в этот раздел будет входить электромагнитный расчет, в качестве приложения. В дополнение к основной части, есть разделы: технология производства, финансовый менеджмент и социальная ответственность.
В структуре потребления энергии в промышленности асинхронный двигатель, ввиду своей простоты и надежности, составляет 50-70% от общего потребления, поэтому в то же время является основным источником потерь электроэнергии - доля энергопотребления асинхронных двигателей в структуре потребления машиностроительного предприятия составляет 50%
Коэффициент полезного действия асинхронного двигателя составляет от 0,8 до 0,9 в номинальном режиме, а при недогрузках на валу значительно снижается и достигает значений от 0,2 до 0,3. Данная ситуация приводит к значительному росту потребления энергии, наведением в электрической сети реактивных токов, поломкам и снижению срока службы электродвигателей. На потребление электроэнергии электродвигателем влияет величина потерь электроэнергии во всей структурной цепочке. Более 90% асинхронных электродвигателей являются нерегулируемыми (не имеют возможность изменять частоту вращения), что дает неэффективное расходование
электроэнергии, объем которой достигает 30% от общего потребления и в 3 раза больше аналогичного показателя в других странах.
С ростом мощности используемого электродвигателя, будут выше и требования к энергетическим характеристикам всего привода.
Основной целью данной работы, является рассмотрение возможностей проектирования асинхронных двигателей с повышенными энергетическими показателями (КПД и коэффициент мощности), со следующими параметрами: с высотой оси вращения 132 мм, мощностью 11 кВт, четырьмя полюсами - для обеспечения максимального энергосбережения всего электропривода.
Для достижения этой цели, должно быть выполнено следующее:
• Подбор прототипа асинхронного двигателя;
• Подбор наиболее подходящего метода для повышения энергетических показателей асинхронного двигателя;
• Проведение исследования на двигателе с высотой оси вращения 132 мм, мощностью 11 кВт и четырьмя полюсами;
• Анализ полученных результатов.
В первой главе данной научно-исследовательской работы рассматривается прототип асинхронного двигателя, на основе которого и будут проходить проектирование, также его служебное назначение и особенности конструкции. Далее идет раздел посвященный повышению энергоэффективности АД: методы, показатели эффективности, регулируемые параметры. Также в этот раздел будет входить электромагнитный расчет, в качестве приложения. В дополнение к основной части, есть разделы: технология производства, финансовый менеджмент и социальная ответственность.
В данной работе был спроектирован трехфазный асинхронный двигатель с повышенными энергетическими показателями. В качестве базовой модели выбрана конструкция асинхронных двигателей серии АИР, которые предназначены для наиболее широкого применения в различных отраслях народного хозяйства.
В результате усовершенствования электродвигателя, удалось увеличить КПД на 0,067 % от базового значения, при увеличении длины сердечника электродвигателя на 7% от базового значения длины.
При модернизации двигателя были получены значения электромагнитных нагрузок А и В3, входящие в рекомендуемые пределы, основанные на исследовании работающих двигателей серии АИР. От электромагнитных нагрузок зависят не только размеры машины, а также и ее характеристики.
При расчете рабочих характеристик получили уточненные значения номинального тока обмотки статора и мощности, потребляемой двигателем, которые меньше, чем принятые вначале работы предварительно. Полученные энергетические показатели машины КПД и cos^ получились соответственно на 1,6 % и 2,4 % больше предварительно принятых данных в начале расчета.
В расчете пусковых характеристик кратность пускового тока получилась в допустимых пределах - 7,5, установленных стандартом (ГОСТ 19523 - 74), а пусковой момент достаточным, его кратность превысила заданного значения -2,2.
Модернизированный асинхронный двигатель также удовлетворяет всем техническим требованиям по тепловому, вентиляционному и механическому расчету.
Материалоемкость при наивысших энергетических показателях увеличилась на 6,6% для стали, на 2,8% для меди и на 5,2% для алюминия.
Засчет более высокой энергоэффективности модернизированного двигателя, дополнительные затраты на большее количество используемых активных материалов быстро окупятся.
В технологической части работы, была разработана последовательность технологических операций, которая может быть использована на любом заводе или предприятии по изготовлению статора, потому она содержит все основные положения по его производству из типовой технологической последовательности. Была проведена оценка технологичности конструкции двигателя и статора, составлена схема сборки и маршрутная карта сборки и механической обработки статора. В маршрутную карту была внесена важная информация по технологическим процессам для работников цеха, на максимально понятном языке.
В экономической части проекта было выявлено, что данная разработка является весьма актуальной. Так как ресурсоэффективность в настоящее время является одной из основных целей многих предприятий. Был составлен перечень этапов и работ в рамках проведения научного исследования и также произведено распределение исполнителей по видам работ. По принятым данным построили ленточный график - диаграмму Ганта. Также были рассмотрены достоинства и недостатки данного проекта, также был проведен расчет бюджета затрат, куда входили затраты на заработную плату, оборудование, накладные расходы, страховые отчисления, в сумме которые составили 256 тыс.руб.
В главе социальная ответственность были рассмотрены всевозможные вредные и опасные факторы и методы борьбы с ними при разработке проекта, и при эксплуатации асинхронных двигателей. Также были рассмотрены вопросы, затрагивающие темы экологической безопасности: влияние компьютерной техники на окружающих, влияние асинхронный двигателей на окружающую среду и т.д. Безопасность в чрезвычайных ситуациях - при пожаре в рабочем помещении и правила поведения.
Спроектированный асинхронный двигатель с улучшенными энергетическими показателями на базе АИР132М4У3 отвечает поставленным в техническом задании требованиям.
В результате усовершенствования электродвигателя, удалось увеличить КПД на 0,067 % от базового значения, при увеличении длины сердечника электродвигателя на 7% от базового значения длины.
При модернизации двигателя были получены значения электромагнитных нагрузок А и В3, входящие в рекомендуемые пределы, основанные на исследовании работающих двигателей серии АИР. От электромагнитных нагрузок зависят не только размеры машины, а также и ее характеристики.
При расчете рабочих характеристик получили уточненные значения номинального тока обмотки статора и мощности, потребляемой двигателем, которые меньше, чем принятые вначале работы предварительно. Полученные энергетические показатели машины КПД и cos^ получились соответственно на 1,6 % и 2,4 % больше предварительно принятых данных в начале расчета.
В расчете пусковых характеристик кратность пускового тока получилась в допустимых пределах - 7,5, установленных стандартом (ГОСТ 19523 - 74), а пусковой момент достаточным, его кратность превысила заданного значения -2,2.
Модернизированный асинхронный двигатель также удовлетворяет всем техническим требованиям по тепловому, вентиляционному и механическому расчету.
Материалоемкость при наивысших энергетических показателях увеличилась на 6,6% для стали, на 2,8% для меди и на 5,2% для алюминия.
Засчет более высокой энергоэффективности модернизированного двигателя, дополнительные затраты на большее количество используемых активных материалов быстро окупятся.
В технологической части работы, была разработана последовательность технологических операций, которая может быть использована на любом заводе или предприятии по изготовлению статора, потому она содержит все основные положения по его производству из типовой технологической последовательности. Была проведена оценка технологичности конструкции двигателя и статора, составлена схема сборки и маршрутная карта сборки и механической обработки статора. В маршрутную карту была внесена важная информация по технологическим процессам для работников цеха, на максимально понятном языке.
В экономической части проекта было выявлено, что данная разработка является весьма актуальной. Так как ресурсоэффективность в настоящее время является одной из основных целей многих предприятий. Был составлен перечень этапов и работ в рамках проведения научного исследования и также произведено распределение исполнителей по видам работ. По принятым данным построили ленточный график - диаграмму Ганта. Также были рассмотрены достоинства и недостатки данного проекта, также был проведен расчет бюджета затрат, куда входили затраты на заработную плату, оборудование, накладные расходы, страховые отчисления, в сумме которые составили 256 тыс.руб.
В главе социальная ответственность были рассмотрены всевозможные вредные и опасные факторы и методы борьбы с ними при разработке проекта, и при эксплуатации асинхронных двигателей. Также были рассмотрены вопросы, затрагивающие темы экологической безопасности: влияние компьютерной техники на окружающих, влияние асинхронный двигателей на окружающую среду и т.д. Безопасность в чрезвычайных ситуациях - при пожаре в рабочем помещении и правила поведения.
Спроектированный асинхронный двигатель с улучшенными энергетическими показателями на базе АИР132М4У3 отвечает поставленным в техническом задании требованиям.