Синхронный электродвигатель с возбуждением от постоянных магнитов.

Название работы: Синхронный электродвигатель с возбуждением от постоянных магнитов.

Скачать демоверсию

Тип работы:

Дипломная

Предмет:

Электротехника

Страниц:

89 стр.

Год сдачи:

2010 г.

Содержание:

Введение 6

1. Техническое задание 9

1.1 Назначение и область применения синхронного электродвигателя 9

1.2 Основные технические данные: 9

1.3 Требования безопасности 9

1.4 Показатели надежности 9

1.5 Требования к конструкции 9

1.6 Требования к режимам работы 10

1.7 Климатические условия 10

2 Обзор патентной и научно-технической литературы 11

2.1 Обзор патентной литературы 11

2.2 Обзор научно-технической литературы 19

2.3 Анализ технико-экономических показателей изделий-аналогов 21

2.4 Принимаемые технические решения 25

3 Электромагнитный расчет синхронного электродвигателя с возбуждением от постоянных магнитов 27

3.1 Определение главных размеров и выбор электромагнитных нагрузок 27

3.2 Расчет геометрии статора 28

3.3 Выбор величины воздушного зазора и расчет геометрии ротора 31

3.4 Расчет проводимостей рассеяния ротора 31

3.5 Расчет магнитной цепи 33

3.6 Расчет параметров 36

3.7 Масса активных материалов 38

4 Обоснование и описание конструкции синхронного электродвигателя с возбуждением от постоянных магнитов 40

5. Тепловой расчет электродвигателя 45

6 ВЕНТИЛЯЦИОННЫЙ РАСЧЕТ 47

6. Вентиляционный расчет 48

6.1 Необходимое количество воздуха: 48

6.2 Давление воздуха, которое развивается при аксиальной вентиляции: 48

7. Механический расчет вала синхронного электродвигателя с возбуждением от постоянных магнитов 49

8. Выбор постоянных магнитов 53

9. Технология изготовления обмотки статора 57

10. Охрана труда 63

10.1. Расчет защитного заземления для механосборочного участка 71

11. Расчет технико-экономических показателей 79

11.1. Виды ремонтов 79

11.2 График технического обслуживания и текущего ремонта 82

11.3 Расчет численности ремонтных рабочих 83

11.4 Экономическая целесообразность разработки и эксплуатации электродвигателя 83

11.5. Расчет себестоимости электродвигателя 84

Заключение 89

Список литературы 90

Выдержка:

Введение:

Синхронный двигатель с постоянными магнитами (СДПМ), благодаря своим высоким эксплуатационным характеристикам, является наиболее пер-спективной машиной в диапазоне малых и средних мощностей. СДПМ про-стой по конструкции, не имеет потерь на возбуждение и обладает высокой стабильностью скорости ротора. Эти качества выделяют его из ряда всех ос-тальных машин и обеспечивают ему применение в системах автоматики, при-водах подачи станков, прецизионных системах слежения, а также системах, где стабильность скорости является первостепенным требованием, предъяв-ляемым к технологическому процессу.

Бесконтактные электрические машины с постоянными магнитами, назы-ваемые также бесконтактными машинами с магнитоэлектрическим индукто-ром – первый тип электромеханического преобразователя энергии, созданного человеком. Еще в 1831 году М.Фарадей демонстрировал принцип электромаг-нитной индукции с помощью устройств, содержащих неподвижные обмотки и перемещающиеся постоянные магниты. Начиная с 1832 года, различные ис-следователи предлагали целый ряд оригинальных конструкций электрических машин с постоянными магнитами. В дальнейшем эти машины были полно-стью вытеснены машинами с электромагнитным возбуждением. Это объясня-ется тем, что по энергетическим и массогабаритным показателям постоянные магниты долгое время значительно уступали электромагнитам. В последние десятилетия положение существенно изменилось. Появились постоянные маг-ниты с относительно высокими удельными свойствами, реализуемыми на ос-нове сплавов железа с кобальтом, молибденом, хромом, никелем, некоторыми другими металлами. Еще более заметно ситуация изменилась в пользу посто-янных магнитов, когда в 70-е годы началось промышленное внедрение высо-коэнергетических магнитов на основе интерметаллических соединений ко-бальта с редкоземельными элементами – самарием, лантаном и другими. Та-кие магниты имеют высокую стоимость и сложную технологию производства. Однако по своим свойствам они превосходят другие марки магнитов.

В последние годы разрабатывается технология производства менее до-рогих магнитов на основе соединения Nd-Fe-B. Такие магниты обладают наи-лучшими свойствами. Магнитная проницаемость постоянных магнитов, как и ферритов, близка к магнитной проницаемости воздуха.

Существенным недостатком постоянных магнитов является их чрезвы-чайно высокая твердость, значительная хрупкость и склонность к трещинооб-разованию. Вследствие невысокой механической прочности применение по-стоянных магнитов невозможно без специальной арматуры. Также следует отметить чувствительность постоянных магнитов к нагреванию.

Появление высокоэнергетических магнитов на основе Nd-Fe-B позволя-ет решить проблему создания многих механических устройств на принципи-ально новом уровне. Высокие значения остаточной индукции и коэрцитивной силы, достижимые в таких постоянных магнитах на сегодняшний день.

Срок службы высокоэнергетических постоянных магнитов на сегодняш-ний день составляет 20 – 25 лет и более. Высокое значение коэрцитивной силы делает такие устройства практически нечувствительными к воздействию внешних магнитных полей. Таким образом, можно создать устройства с прин-ципиально новым набором характеристик.

Постоянные магниты в синхронных машинах предназначены для созда-ния магнитного поля возбуждения. Его использование позволяет получить требуемые регулировочные характеристики по напряжению и частоте враще-ния при значительно уменьшенной мощности возбуждения и объеме магнит-ной системы по сравнению с классическими электромагнитными системами возбуждения синхронных машин. Применение постоянных магнитов с высо-кой удельной энергией позволяет улучшить массогабаритные, энергетические и стоимостные показатели двигателя.

Основная часть:

Особый интерес представляет патент №2375806. Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, – снижение энерго-потребления электродвигателя, то есть снижение мощности потерь при задан-ных габаритах двигателя и большом выходном моменте.

Технический результат достигается тем, что в синхронный электродви-гатель, имеющий корпус, пакет статора с зубцами и с многофазной обмоткой, вал, чередующиеся коаксиальные полые цилиндры ротора и статора, состоя-щие из ферромагнитных и немагнитных элементов, расположенных вдоль оси вращения, причем цилиндры ротора механически связаны с ротором, а цилин-дры статора – с корпусом, при этом зубцы и ферромагнитные элементы ци-линдров статора, а также зубцы магнитопровода и ферромагнитные элементы цилиндров ротора имеют свои одинаковые угловые положения, введены вто-рой пакет статора в виде полого цилиндра с зубцами на его внутренней по-верхности, расположенный снаружи от полых цилиндров, вал с ротором быст-рого вращения, содержащим высококоэрцитивные постоянные магниты в виде прямоугольных параллелепипедов, расположенные радиально, намагниченные тангенциально и встречно, клинообразные полюсные наконечники, располо-женным между полыми цилиндрами и пакетом статора с многофазной обмот-кой, имеющим обращенную конструкцию. Сущность заявленного изобретения поясняется на рисунках 2.1-2.3.

Синхронный электродвигатель имеет корпус 1, внутренний пакет стато-ра 2 с многофазной обмоткой 3, наружный пакет 4, полые цилиндры статора 5, ротор медленного вращения с полыми цилиндрами 6, подшипниками 13 и ва-лом 14, ротор быстрого вращения с прямоугольными высококоэрцитивными постоянными магнитами 8, намагниченными тангенциально, и клинообразные полюсные наконечники 7 с выпуклыми профилированными поверхностями, обращенными к внутреннему и наружному рабочим зазорам, подшипники 11 и вал быстрого вращения 12. Полые цилиндры ротора 6 и полюсные наконеч-ники 7 с постоянными магнитами 8 крепятся немагнитными дисками 9, 10 к валу медленного 14 и быстрого вращения 12 соответственно.

Кольцевой шихтованный магнитопровод 4 имеет равномерно располо-женные зубцы, обращенные к рабочему зазору. Полые цилиндры 5 и 6 имеют чередующиеся ферромагнитные и немагнитные элементы, параллельные оси вращения. Угловые размеры всех зубцов и ферромагнитных элементов полых цилиндров одинаковые. Магнитные элементы полых цилиндров, связанных со статором, имеют угловое положение, совпадающее с угловым положением зубцов магнитопровода статора. Количество ферромагнитных элементов по-лых цилиндров, связанных со статором и с ротором медленного вращения, от-личаются в пределах одного полюсного деления ротора быстрого вращения на единицу.

Синхронный электродвигатель работает следующим образом. На мно-гофазную обмотку 3 статора подается многофазная система напряжений. Воз-никает вращающееся магнитное поле, которое взаимодействует с магнитными потоками, выходящими из клинообразных полюсных наконечников 7 во внут-ренний воздушный зазор. Магнитные потоки, выходящие из клинообразных полюсных наконечников 7 в наружный воздушный зазор, разделяются на большое число струек потока, которые многократно изгибаются и создают большой момент на выходном валу 14.

Постоянные магниты 8 ротора быстрого вращения и полюсные наконеч-ники 7 создают в рабочих зазорах синусоидально распределенную магнитную индукцию. Максимальное по модулю значение магнитной индукции достига-ется посередине полюсных наконечников. В рабочих зазорах напротив сере-дин постоянных магнитов радиальная составляющая магнитной индукции равна нулю.

При вращении ротора быстрого вращения со скоростью gj волна маг-нитной индукции вращается с той же угловой скоростью. При этом полые ци-линдры, связанные с ротором медленного вращения, при отсутствии момента нагрузки будут занимать положение, при котором в зоне максимума модуля магнитной индукции ферромагнитные элементы полых цилиндров 6 занимают угловое положение, совпадающее с угловым положением цилиндров 5 и зуб-цов на наружном пакете 4. В зоне нейтралей ферромагнитные элементы 6 рас-положены напротив немагнитных элементов полых цилиндров 5 и пазов паке-та 4. При повороте ротора быстрого вращения на одно полюсное деление ро-тор медленного вращения повернется на одно зубцовое деление.

На рисунке 2.3 показана волна магнитной индукции и развертка втулок. Зубцы пакета 4 и ферромагнитные элементы полого цилиндра 5 неподвижны.

В зонах нейтралей, соответствующих серединам магнитов 8, ферромаг-нитные элементы полых цилиндров 6, связанных с ротором медленного вра-щения, расположены напротив немагнитных элементов цилиндра 5 и напротив пазов на пакете 4. Когда ротор быстрого вращения повернется на одно полюс-ное деление, полюсы N и S поменяются местами, а полые цилиндры 6 повер-нутся на один ферромагнитный элемент. На рисунке 3 показан случай, когда передаточное отношение редуктора равно 7.

Заключение:

В соответствии с задачами дипломного проектирования была проведена работа по расчету синхронного электродвигателя с возбуждением от постоян-ных магнитов общепромышленного назначения с основными показателями: номинальная мощность Р2 = 2,2 кВт, фазное напряжение U = 100 В, частота вращения n = 1500 об/мин., число полюсов 2p = 4.

Целью данной работы являлась разработка конструкции синхронного электродвигателя с возбуждением от постоянных магнитов. В ходе выполне-ния работы решены следующие задачи: составлено техническое задание на разработку конструкции синхронного электродвигателя с возбуждением от постоянных магнитов, проведен обзор патентной и научно-технической лите-ратуры, произведен электромагнитный расчет синхронного электродвигателя, выбрана конструкция, произведен тепловой и вентиляционный расчет, произ-веден механический расчёт вала, выбрана технология изготовления якоря не-обмотанного, выполнен экономический расчет и расчет по охране труда.

Полученный синхронный электродвигатель имеет следующие характе-ристики: коэффициент полезного действия – 0,76; масса – 76,46; срок службы – 10 лет; ресурс работы – 40000 часов; достоверность безотказной работы – 0,9. Значения данных показателей отвечают техническим требованиям и яв-ляются лучшими, чем у изделия-аналога.

Экономический эффект спроектированного электродвигателя составил 213,87 руб. Удельная себестоимость спроектированного электродвигателя со-ставляет 9066 руб, а расчетная оптовая цена – 11967 руб.

Похожие работы на данную тему