Аналитический расчет гидрогенератора для Сенгилеевской ГЭС мощностью 7500 кВА

Аннотация (Макеев).docx

Макеев А.А. Аналитический расчет гидрогенератора для Сенгилеевской ГЭС мощностью 7500 кВА. – Челябинск: ЮУрГУ Э; 2013 113 с. 19 ил. библиогр. список – 23 наим. 2 прил.
листоа чертежей ф. А1
В данном выпускном квалификационном проекте произведен аналитический расчет синхронного явнополюсного гидрогенератора мощностью 7500 кВА. В пояснительной записке спроектирована активная часть генератора; произведен электромагнитный расчет; приведены необходимые характеристики. Расчетный КПД в номинальном режиме составил 967%.
Проведено моделирование генератора в программе Maxwell в том числе и с учетом новых электротехнических и изоляционных материалов. Приведена таблица сравнения расчетных опытных и данных моделирования. Сделаны выводы о технико-экономической целесообразности их применения в случае возможной модернизации машины. Прибыль полученная за срок службы генератора составила 27 млн. руб.
Описаны вредные и опасные производственные факторы а также меры по снижению их до приемлемого уровня.
В экономическом разделе приведены затраты необходимые для выполнения НИОКР. Цена готового гидрогенератора – 977 млн. руб.
Графическая часть проекта представлена чертежом общего вида гидрогенератора отдельных узлов и схемой обмотки.

Общий вид.cdw

ДЛЯ СЕНГИЛЕЕВСКОЙ ГЭС
Гидрогенератор CB 26065-12 УХЛ4
ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ГИДРОГЕНЕРАТОРА.
Коэффициент мощности
Номинальная частота вращения
Угонная частота вращения
Маховый момент ротора
Направление вращения левое (против часовой стрелки
если смотреть сверху).
Система возбуждения тиристорная.

Полюс ротора.cdw

СВ 26065-12 УХЛ4 Полюс ротора
Гидрогенератор CB 26065-12 УХЛ4
*Размеры для справок.
Размер А соответствует обжатому состоянию катушки в струбцинах с
шайбами. При необходимости на нижнюю изоляционную шайбу поз.6 со стороны
шайбы поз.3 приклеить эпоксидно-фенольным лаком регулировочные планки
и прибандажировать их лентой стеклянной поз.19 к шайбе поз.6.
Допуск симметричности расположения катушки поз.1 относительно
сердечника поз.2 не более 1 мм.
Катушку равномерно расклинить на сердечнике полюса прокладками
Между катушкой и сердечником к катушке со стороны нижней шайбы поз.6
приклеить по периметру ленту стеклянную поз.19
ГФ-92-ХС . Зазор между нижней шайбой и сердечником уплотнить шнуром ШСЛ
поз.20 по периметру
пропитаным эмалью ГФ-92-ХС
обернув лентой поз.19.
Зазор между верхней шайбой и сердечником уплотнить шнуром ШСЛ поз.20 по
пропитанным эмалью ГФ-92-ХС
до надевания катушки на
Покрытие -эмаль ГФ-92-ХС красно-коричневая VI. 9
кроме поверхностей В.
Собранный полюс взвесить . Массу набить на хвостовой части щеки полюса
со стороны выводных концов катушек.
В собранном полюсе испытать электрическую прочность изоляции катушки
относительно сердечника переменным током частотой 50 Гц напряжением
в течение 1 мин. Витковую изоляцию испытать переменным током
напряжением 5 В на виток в течение 5 минут.
Перед установкой полюса на обод ротора уголки поз.7 снять.

Обмотка статора.cdw

Стык сегментов бандажных колец
СВ2 26065-12 УХЛ4 Обмотка статора
Гидрогенератор CB 26065-12 УХЛ4
. Проверить на немагнитность кронштейны поз.1
бандажных колец поз.2
* Размеры для справок.
** Размеры уточнить по пробной укладке катушек.
Шероховатость поверхности реза деталей БЧ -
Сварка ручная дуговая.
Покрытие зубцовой зоны сердечника статора и термопреобразова-
телей сопротивления до укладки обмотки - полупроводящий лак по инструкции
Зазоры между катушкой и стенкой паза более 0
подбирая их по месту. Допускаются местные зазоры на
длине не более 100 мм. Суммарная длина зазоров по пазу не более 13 длины
сердечника статора. Прокладки установить на стороне паза
Зазоры между лобовыми частями катушек и бандажными кольцами не
После установки клиньев вентиляционные каналы раскрыть.
Припой ПСр-15 ГОСТ 19738-74. Паять по инструкции предприятия.
Расход припоя на пайку 1ЕР.261.002РР.
Расход припоя на одну пайку - 7
Покрытие обмотки и внутренней поверхности внутренней поверхности
статора - эмаль ГФ-92-ХС красно-коричневая VI.9
Электрические испытания обмотки статора произвести по нормам для
машин с номинальным напряжением 6300 В.
.13. Катушки статора
оставшиеся после укладки обмотки
отправить заказчику в качестве запасных частей.
Направление вращения ротора
Схема расположения кронштейнов поз.1

Статор необмотанный.cdw

Радиальная линия сборки
Установка штыря поз.2
для переноса и кантовки статора
Необходимая грузоподъемность
одной ветви не менее 12000 кгс
Схема подьема и кантовки
(масса статора в сборе с обмоткой 24 тонны)
одной ветви не менее 8500 кгс
СВ 26065-12 УХЛ4 Статор необмотанный
Гидрогенератор CB 26065-12 УХЛ4
* Размеры для справок.
Число пазов по окружности 144.
Перед шихтовкой сердечника статора к нижней полке приварить нажимные
пальцы поз. 4 (см. Б-Б; В-В). Пальцы располагать радиально и равномерно по
окружности. Использовать шаблон с базой на отверстие Е.
Предельные отклонения между осями двух любых пальцев не более 0
Допуск плоскостности поверхности Г пяти соседних пальцев не более 1 мм.
Концы планок поз. 10 должны быть приварены.
При шихтовке сегменты располагать так
чтобы технологические
знаки сегментов располагались с левой стороны
Вентиляционные сегменты поз. 4 укладывать распорками вверх.
Удельное давление запрессовки 1 МПа (10 кгсм
Размер по ширине паза «в свету» - 17
Произвести испытание сердечника статора на потери и нагрев.
После испытания произвести подпрессовку сердечника. Удельное
давление в соответствии с п.7
гайки поз. 12 приварить к нижней полке
корпуса статора по двум граням.
Заполнить паспорт размеров 5ЕР.672.275 ПК
Покрытие - наружной поверхности корпуса статора - эмаль ХВ-124
внутренней поверхности корпуса статора
с тыльной стороны - эмаль ГФ-92-ХС красно-коричневая
Подъем статора производить за четыре штыря поз.2.
При кантовке статора допускается использовать один штырь поз.2.

Отзыв (Макеев).docx

Министерство образования и науки российской федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(национальный исследовательский университет)
ВЫПУСКНОГО КВАЛИФИКАЦИОННОГО ПРОЕКТА
Квалификационный проект выполнен
Студентом Макеевым Алексеем Андреевичем
Факультет Энергетический
Кафедра ЭМЭМСГруппа Э-572
Специальность 140601
Наименование темы: «Аналитический расчет гидрогенератора для Сенгилеевской ГЭС мощностью 7500 кВА»
Руководитель: профессор кафедры ЭМЭМС. д.т.н. Погуляев Ю.Д.
Оценка соответствия подготовленности автора выпускного квалификационного проекта требованиям государственного
образовательного стандарта
Требования к профессиональной подготовке
Выполнение работы по проектированию современного электрооборудования
Умение использовать информационные технологии при проектировании и конструировании электротехнического оборудования и систем
Проведение технико-экономического анализа и обоснование принимаемых и реализуемых решений
Умение находить компромисс между различными требованиями как при долговременном так и при краткосрочном планировании
Умение разрабатывать эксплуатационную документацию
Умение применять методы анализа синтеза и оптимизации процессов обеспечения качества испытаний и сертификации продукции
Соблюдение установленных требований действующих норм правил и стандартов
Умение разрабатывать и использовать системы автоматизированного проведения эксперимента
Умение использовать компьютерные технологии моделирования и обработки результатов
Отмеченные достоинства
Проект выполнен на актуальную тему в сфере энергетики.
Электромагнитный расчет синхронного гидрогенератора выполнен по специальной методике. Грамотно выполнена экономическая часть проекта
При работе над проектом Макеев А.А. проявил самостоятельность в работе умение использовать приобретенные знания и способность к самообучению умение работать с современными программными пакетами..
Автор проекта способен самостоятельно решать инженерные задачи пользоваться технической литературой.
Пояснительная записка и конструкторская документация проекта соответствуют предъявляемым к ним требованиям
Считаю что с поставленной задачей Макеев А.А. справился успешно. Работа заслуживает оценки «отлично» а Макеев А.А. присвоения квалификации инженера по специальности «Электромеханика».
Руководитель Погуляев Ю.Д. 13.06.2013 г.

Доклад (Макеев).docx

Здравствуйте уважаемый председатель и уважаемые члены государственной аттестационной комиссии!
Вашему вниманию представлен выпускной квалификационный проект на тему «Аналитический расчет гидрогенератора для Сенгилеевской ГЭС мощность 7500 кВА».
(Слайд 1 – Название дипломного проекта)
Цель данного проекта – создание дополнительной мощности по генерации электрической энергии на малых реках. Проектирование гидрогенераторов с высокими энергетическими параметрами – основной способ достижения данной цели.
В дипломном проекте был произведен электромагнитный расчет синхронного явнополюсного гидрогенератора по специальной методике Абрамова и Иванова-Смоленского. Исходные данные показаны на слайде.
(Слайд 2 – Исходные данные)
Расчет начинается с выбора главных размеров – длины и внутреннего диаметра магнитопровода статора. Предварительные значения выбираются исходя из рекомендаций методики. Минимальный размер определяется требуемым моментом инерции максимальный – предельной окружной скоростью. Критерием правильности выбора размеров служит отношение длины магнитопровода l1 к полюсному делению .
(Слайд 3 – Статор. Вид сверху и сбоку)
Следующий этап проектирования – выбор типа обмотки. Для данного генератора выбрана двухслойная катушечная обмотка с
-ю эффективными проводниками в пазу каждый из которых состоит из 4-х элементарных.
(Слайд 4 – Катушка обмотки статора + разрез пазовой части)
Определяющим фактором при выборе геометрии паза является превышение температуры обмотки статора которое напрямую зависит от плотности тока в обмотке. При использовании более теплопроводной изоляции «монолит» можно увеличить этот параметр. Максимально допустимая индукция в зубце также накладывает ограничение на геометрию паза. Пазы выбраны открытыми прямоугольными.
(Слайд 5 – Разрез паза статора)
Минимальный зазор между статором и ротором выбирается так чтобы получить заданное значение индуктивного сопротивления взаимоиндукции по продольной оси Хad. С увеличением воздушного зазора Хad уменьшается. Отсюда снижение влияние размагничивающей реакции якоря по продольной оси а следовательно меньшие потери на возбуждение. Также оценивается минимально-допустимый зазор по производственно-монтажным соображениям.
На следующем этапе рассчитывается геометрия магнитопровода. Ограничение на размеры магнитопровода накладывает допустимое значение магнитной индукции на всех участках цепи.
После расчета геометрии магнитопровода и обмотки статора производится расчет магнитной цепи на холостом ходе (слайд 8). Особенностью машин такой большой мощности является близкое к единице значение коэффициента насыщения магнитной цепи. Результатом расчета являются характеристики холостого хода частичные характеристики намагничивания и значение МДС на холостом ходу.
(Слайд 6 – Характеристика холостого хода)
(Слайд 7 – Частичная характеристика намагничивания)
Следующим этапом рассчитывается МДС при нагрузке. МДС при нагрузке значительно больше это следствие компенсации размагничивающей реакции якоря.
(Слайд 8 – Векторная диаграмма гидрогенератора)
Полученное значение МДС создает обмотка возбуждения. Переходим к выбору параметров обмотки возбуждения. Выбираем однослойную (однорядную) катушку. Число витков равно 54 сечение проводника 3х40 мм.
(Слайд 9 – Полюсное деление в разрезе)
Результатом расчета являются регулировочная внешняя и U-образные характеристики.
(Слайд 10 – Регулировочная внешняя U-образные характеристики)
Важным критерием эффективности машины является характеристика КПД. В номинальной точке его значение достигает 967% что удовлетворяет техническому заданию на проект. Процентное соотношение полных потерь при номинальной нагрузке представлено на слайде.
(Слайд 11 – Характеристика КПД + диаграмма потерь)
В специальной части дипломного проекта произведен поверочный расчет гидрогенератора а также показан выигрыш при использовании новых электротехнических материалов (шведской стали М270-50А взамен отечественной 3414) и улучшенной технологии изготовления обмоток (опресовки изоляции катушки на 30 %).
Моделирование производилось в программном пакете Ansoft Maxwell RMxprt. Кривые намагничивания сталей и различия в удельных потерях представлены на слайде.
(Слайд 12 – кривые намагничивания сталей таблица удельных потерь)
При утонении изоляции в паз можно заложить больше меди тем самым снизив значение сопротивления обмотки а соответственно и уменьшив потери в обмотке статора.
Расчеты показали что при использовании данных улучшений КПД генератора можно увеличить на 028%. Для мощной машины увеличение КПД даже на одну десятую процента уже достижение. Дополнительно произведенные киловатт-часы с этих процентов на протяжении срока службы гидрогенератора дадут до 27 млн. рублей.
В технико-экономическом расчете был произведен расчет затрат на проведение научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы и на изготовление одного гидрогенератора. Для расчета стоимости НИОКР была выбрана группа из 25 человек. Стоимость составила 3 млн 43 тыс руб. (диаграмма с процентным распределением затрат). Цена гидрогенератора с учетом рентабельности в 20% составила 9 млн 770 тыс руб.
(Слайд 13 – диаграмма затрат на НИОКР + цена ГГ)
В разделе «Безопасность жизнедеятельности» произведен анализ опасных и вредных производственных факторов с которыми может столкнуться ремонтный и обслуживающий персонал. Влияние вредных и опасных факторов было снижено до установленного уровня комплексом организационных и технических мероприятий. Гидрогенератор соответствует общим требованиям безопасности указанным в ГОСТ.
(Слайд 14 – перечень вредных и опасных факторов)
Все цели поставленные дипломным проектом были выполнены. Доклад окончен спасибо за внимание!
(Слайд 15 – Спасибо за внимание!)

Титульник+задание (Макеев).docx

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«Южно-Уральский государственный университет»
Факультет Энергетический
Кафедра «Электромеханика и электромеханические системы»
Аналитический расчет гидрогенератора
для Сенгилеевской ГЭС мощностью 7500 кВА
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К ВЫПУСКНОМУ КВАЛИФИКАЦИОННОМУ ПРОЕКТУ
ЮУрГУ-140601.2013.578.07 ПЗ ВКП
Экономический раздел
Руководитель проекта
студент группы Э-572
Специальность 140601 «Электромеханика»
На выпускную квалификационную работу (проект) студента
Макеева Алексея Андреевича _
(фамилия имя отчество)
Тема работы (проекта) Аналитический расчет гидрогенератора
Исходные данные к работе (проекту):
Номинальная мощность кВАкВт75006000
Номинальное напряжение В6300
Номинальный коэффициент мощности08
Номинальный ток статора А6873
Номинальная частота вращения обмин500
Угонная частота вращения обмин не более1100
Гарантированное значение коэффициента
полезного действия %967
Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов)
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ И ПАРАМЕТРЫ ГЭС ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСЧЕТ
ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей плакатов в листах формата А1)
Консультанты по работе (проекту) с указанием относящихся к ним разделов работы (проекта)
Задание выдал (консультант)
Задание принял (студент)
(подпись руководителя)
выпускной квалификационной работы (проекта)
Срок выполнения этапов работы (проекта)
Отметка о выполнении

ПЗ (Макеев).docx

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ И ПАРАМЕТРЫ ГЭС8
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСЧЕТ10
1Выбор основных размеров10
2Выбор типа обмотки и числа пазов статора13
3Составление схемы обмотки статора16
4Выбор размеров паза статора17
5Выбор зазора между статором и ротором21
6Размеры по длине магнитопровода статора22
7Высота ярма магнитопровода статора22
8Выбор размера магнитопровода ротора и демпферной обмотки23
9Ширина полюсного сердечника25
10Ширина полюсного сердечника27
11Расчет магнитной цепи на холостом ходе.28
12Индуктивные сопротивления обмоток36
13Расчёт МДС возбуждения при нагрузке43
14Выбор размеров и основных параметров обмотки возбуждения48
15Параметры и постоянные времени обмоток50
16Массы активных и конструктивных частей55
17Потери холостого хода56
18Потери короткого замыкания57
19Механические потери59
21Вывод по разделу62
СПЕЦИАЛЬНЫЙ ВОПРОС63
1Общие сведения о Ansoft63
2Обзор пакета Ansoft Maxwell64
3Программные модули Ansys Maxwell65
4Обзор возможного улучшения параметров гидрогенератора66
4.1Сравнение электротехнических сталей 3414 и М270-50А66
4.2Утонение изоляции68
4.3Моделирование в Maxwell70
4.4Экономическая выгода целесообразность76
ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ78
1Затраты на проведение НИОКР78
2Калькуляция заработной платы78
3Калькуляция сырья и расходных материалов80
4Калькуляция амортизации оборудования81
5Калькуляция дополнительных расходов82
6Калькуляция общих затрат82
7Затраты на производство одной машины83
БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ84
2Анализ опасных и вредных производственных факторов связанных с эксплуатацией генератора84
2.1Защита от вращающихся частей машины85
2.2Защита от повышенной температуры поверхностей
2.3Защита от повышенного уровня шума гидрогенератора86
2.4Защита от повышенного уровня вибрации87
2.5Защита от повышенного напряжения в электрической цепи88
2.6Пожарная безопасность89
2.7Недостаточное освещение91
2.8Защита от химически опасных производственных факторов92
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК95
Наша страна обладает большими запасами водной энергии которую экономически выгодно преобразовывать в электрическую на гидроэлектрических станциях (ГЭС). Строительство ГЭС требует больших начальных капитальных вложений однако они в дальнейшем быстро окупаются и производство электрической энергии оказывается очень дешевым.
Сенгилеевская ГЭС относится к каскаду Сенгилеевских ГЭС. Расположены ГЭС на Невинномысском канале и реке Егорлык в Ставропольском крае; входят в Кубанский каскад ГЭС.
Каскад включает в себя четыре электростанции общей мощностью 6288 МВт и среднегодовой выработкой 2276 млн кВтч:
–Сенгилеевская ГЭС (15 МВт 776 млн кВтч);
–Егорлыкская ГЭС (30 МВт 80 млн кВтч);
–Егорлыкская ГЭС-2 (142 МВт 551 млн кВтч);
–Новотроицкая ГЭС (368 МВт 149 млн кВтч).
Эффективность работы станции во многом зависит от энергетических показателей гидрогенераторов. Поэтому для обеспечения высоких показателей генераторов требуется тщательная расчетная и инженерно-конструкторская работа. Также следует отметить что гидрогенераторы средней и большой мощности являются машинами индивидуального исполнения и проектируются непосредственно под параметры реки.
Рассчитываемый в данном дипломном проекте гидрогенератор установлен на Сенгилеевской ГЭС.
В здании гидроэлектростанции установлено три гидрогенератора:
–№1 №3 – ВГС-26070-16 (по 45 мВт);
–№2 – СВ16065-12УХЛ4 (6 мВт).
Первый гидроагрегат был запущен в 1953 году. С этого момента оборудование ГЭС неоднократно модернизировалось. Так в 2006 году была произведена замена импортного генератора 1Е-26060-14 (English Electric Co Англия) на российский.
В данном дипломном проекте производится аналитический расчет именно этого гидрогенератора №2 СВ16065-12УХЛ4 с целью возможности улучшения его параметров с использованием новых электротехнических материалов и улучшенной технологии производства обмоток а также технико-экономического обоснования целесообразности применения этих улучшений.
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ И ПАРАМЕТРЫ ГЭС
Сенгилеевская ГЭС расположена у пос. Приозерный Шпаковского района Ставропольского края. ГЭС построена по деривационному типу в непосредственной близости от реки Егорлык; работает на стоке Невинномысского канала (режим работы — базовый по водотоку).
По современным меркам Сенгилеевская является ГЭС малой мощности.
Сенгилеевская ГЭС является деривационной ГЭС. Стены здания выше отм. 22765 выложены из кирпичной кладки покрытой слоем штукатурки. Наибольший размер подземной части здания ГЭС на отметке 22000 м составляет 3680х3040 м высота подземной части здания ГЭС на отметке 22765 м размер здания в плане 3623х3040 м высота 170 м.
В фундаментной части здания ГЭС на отм. 21234 располагаются две водоприемные потерны. В левой части здания ГЭС располагается маслохозяйство (отм. пола 21976 м) механическая мастерская и вспомогательные помещения (отм. пола 22024 м). Напротив агрегата 2 с верховой стороны находится помещение щита управления имеющее отметку пола 22813 м. В подводной части здания ГЭС располагаются спиральные камеры и отсасывающие трубы.
От здания станции отходит открытое распределительное устройство (ОРУ) 110 кВ 4 линии.
Проектируемый гидрогенератор СВ26065-12УХЛ4 расположен в машинном зале Сенгилеевской ГЭС (рис.1.1). Возбуждение гидрогенератора осуществляется от системы возбуждения СТС-1П-120-450УХЛ4. Генератор сопряжен с пропеллерной турбиной ПР45-В-160 (диаметр рабочего колеса 16 м).
Рисунок 1.1 – Машинный зал Сенгилеевской ГЭС
Условное обозначение гидрогенератора – СВ 26065-12 УХЛ4:
Назначение Сенгилеевской ГЭС – создание дополнительной мощности по генерации электрической энергии на малых реках.
Проектируемый гидрогенератор очень близких аналогов за рубежом не имеет.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСЧЕТ
1Выбор основных размеров
Выбор основных размеров произведем по методике А.И.Абрамова и А.В.Иванова-Смоленского. Главными размерами активных частей гидрогенератора называют внутренний диаметр D и длину l1 магнитопровода статора (рис. 2.1). Главные размеры машин в основном зависят от расчетной мощности Sp и от частоты вращения. Активная мощность
где – номинальная мощность
– коэффициент мощности.
Определим значения параметров гидрогенератора при номинальной нагрузке:
–номинальное фазное напряжение
–номинальный фазный ток
–ЭДС взаимоиндукции при номинальной нагрузке (предварительно)
Рисунок 2.1 – Размеры активных частей явнополюсных машин.
– станина (корпус статора); 2 – пакет сердечника статора; 3 – пальцы нажимной гребенки; 4 – нажимные пласты; 6 – брусок с хвостом для насадки сегментов сердечника; 6 – обмотка статора; 7 – сердечник полюса; 8 – нажимная щека полюса; 9 – встречные клинья; 10 – хвост полюса (Z–образный); 11 – катушка обмотки возбуждения; 12 – стержень успокоительной ( демпферной обмотки; 13 – короткозамыкающий сегмент (на кольцо успокоительной обмотки; 14 15 16 – шпильки стягивающие сердечник статора ярма ротора и полюсов; 17 – остов ротора; 18 – выводы обмотки возбуждения к контактным кольцам.
Основные размеры машин зависят в основном от расчетной мощности машины Sр и частоты вращения. Расчётная мощность
Полюсное деление предварительно при =055 м [1 табл. 5.1]. Ориентировочное значение полюсного деления необходимо для выбора электромагнитных нагрузок.
Линейная нагрузка А=530102 Ам [1 табл. 5.2].
Индукция в зазоре при номинальной нагрузке Вн=087 Тл [1 табл. 5.2].
Машинная постоянная (предварительно)
Момент инерции ротора
где номинальная угловая скорость вращения;
Минимальный внутренний диаметр сердечника статора
где – коэффициент зависящий от конструкции ротора и числа периодов поля (при р12 когда обод ротор насажен непосредственно на вал).
Максимальный внутренний диаметр сердечника статора
где мс при p=6 при кованом ободе.
Оптимальный внутренний диаметр сердечника статора
Поскольку DminDDmax принимаем внутренний диаметр сердечника статора D= 21 м.
Полюсное деление при этом диаметре
Угонная окружная скорость на наружной поверхности ротора не превышает допустимых значений
Длина магнитопровода статора
Относительная длина магнитопровода статора находится в допустимых пределах (11 40)
2Выбор типа обмотки и числа пазов статора
Учитывая что р=6 nн=500 обмин выбираем двухслойную стержневую волновую обмотку. Фазный ток Iн=68731000 А; номинальное напряжение Uн.л.=63 кВ>6 кВ).
Число последовательных витков фазы (предварительно)
Число эффективных проводников в пазу для двухслойной обмотки: uп1=14.
Максимальный и минимальный рекомендуемые токи [1 табл. 6.1]: Iп min=2100 А Iп max=3100 А.
Минимальное и максимальное число параллельных ветвей
Число параллельных ветвей выбирается из неравенства: Принимаем а1 = 4.
Выбранное а1 удовлетворяет условию: целое число.
Число пазов на полюс и фазу
Число последовательных витков фазы
Шаг обмотки (в пазах)
где – полюсное деление в пазовых делениях:
Обмоточный коэффициент статора
где – коэффициент укорочения;
Индукция в воздушном зазоре при номинальной нагрузке (во втором приближении)
Отличается от ранее принятого значения
3Составление схемы обмотки статора
Исходя из данных п. 2.2 выбираем двухслойную петлевую (катушечную) обмотку с целым числом пазов на полюс и фазу.
Каждая фаза обмотки образуется их 2р одинаковых катушечных групп. В группу входят q катушек. Катушки всех фах имеют одинаковую форму и размеры. Полное число катушек
Катушки катушечной группы включают согласно друг с другом. Соседние катушечные группы фазы включают в схему обмотки встречно. На полюсном делении стержни одной фазы занимают в каждом пазовом слое (верхнем или нижнем) по q соседних пазов составляющих фазную зону обмотки. Соседние фазные зоны обмотки в каждом слое смещение на . Фазная зона одного пазового слоя обмотки смещена относительно ближайшей одноименной фазной зоны другого слоя на величину укороченного шага –y.
–число полюсов – 12;
–число пазов на полюс и фазу – 4;
–чередование – 444444;
–тип обмотки – катушечная (петлевая);
–число параллельных ветвей – 4
–шаг обмотки – 1-11;
–соединение фаз – звезда.
Схема обмотки представлена на чертеже 140601.2013.028.06.01 ЭЗ.
4Выбор размеров паза статора
Ширина зубца в наиболее узком месте
Плотность тока в обмотке статора (предварительно)
где Δ1А=1850108 А2м3 для =055.
Сечение эффективного проводника обмотки статора
Высота элементарного проводника стержня аэ=224 мм=000224 м [1 табл. П1.1].
Суммарная ширина изолированных проводников по ширине паза
где 2и=0005 м – полная толщина изоляции по ширине паза без учёта
изоляции элементарных проводников для термоактивной изоляции
пропитанной эпоксидным компаундом [1 табл. 6.6];
Δb=0001 м – припуск на неточность штамповки и сборки сердечника по
Ширина элементарного проводника стержня
где Δи=000028 м – толщина изоляции провода марки ПСД на две стороны
nэ=2 – число элементарных проводников по ширине паза.
По [1 табл. П1.1] принимаем bэ=56 мм=00056 м. Сечение элементарного провода с размерами аэ=224 мм bэ=56 мм равно sэ =12110-6 м2.
Ширина паза (окончательно)
Число проводников в стержне
Сечение эффективного провода обмотки статора
Плотность тока в обмотке статора
Высота и ширина элементарного проводника с учётом изоляции
Выбираем петлевую двухслойную катушечную обмотку с изоляцией катушек по технологии «Микафил».
Суммарная высота изолированных элементарных проводников одного стержня
Высота паза или зубца статора
где hкл=0006 м – толщина клина;
h=00192 м – толщина изоляции по высоте паза с учётом разбухания;
hч=0001 м – расстояние от конца клина до зазора;
h4 – расстояние от клина до воздушного зазора.
Разрез паза статора показан на рис.2.2. Паз статора и спецификация представлены на черт. 140601.2013.578.07.03.
Средний перепад температуры в изоляции паза
где λ=02 Вт(мС) – теплопроводность изоляции;
ρ1=0023410-6 Омм – удельное сопротивление обмотки статора (для меди
при температуре 105С);
kr12 – коэффициент увеличения потерь в обмотке из-за вытеснения тока.
Рисунок 2.2 – Разрез паза статора
– провод ПСДТ 224х56; 2 – лента элмикатерн 55409 012х25; 3– лента стеклослюдяная ЛСП-F-ТПл 01х29; 4 – прокладка из ленты Ф-4 ПН 06х90; 5 – прокладка СТЭФ-П-30; 6 – прокладка СТЭФ-П-10; 7 – прокладка стеклотекстолит СТЭФ-П-035; 8 – прокладка СТЭФ 110; 9 – Прокладка СТЭФ-105; 10 – прокладка диэлектрическая ПД 6687.007.00.
5Выбор зазора между статором и ротором
Максимальная индукция в зазоре при холостом ходе и номинальном напряжении
Индуктивное сопротивление рассеяния (в относительных единицах ориентировочно)
Минимальный зазор между статором и ротором (рис.2.4) обеспечивающий заданное значение xd
Рисунок 2.3 – Масштабный эскиз полюса и обмотки возбуждения
Минимально допустимый по монтажным соображениям зазор
[1 рис.6.9] 001 м 0011 м. Принимаем
Максимальный зазор под краем полюса
6Размеры по длине магнитопровода статора
Ширина канала в сердечнике Длина пакета сердечника статора (предварительно)
Число вентиляционных каналов в магнитопроводе
Длина пакета сердечника статора
Суммарная длина пакетов
7Высота ярма магнитопровода статора
Магнитный поток при номинальной нагрузке
где – коэффициент формы поля.
где – максимальное значение индукции в ярме статора
– коэффициент заполнения пакета сталью.
Наружный диаметр сердечника статора
8Выбор размера магнитопровода ротора и демпферной обмотки
Ширина полюсного наконечника мало отличается от длины полюсной дуги. Длина полюсной дуги
где – коэффициент полюсного перекрытия [1 табл.5.2].
Принимаем ширину полюсного наконечника
Радиус полюсного наконечника
Длина сердечника полюса (для шихтованных полюсов)
Расчетная длина сердечника полюса
Шаг демпферной обмотки
Число стержней на полюс выбирают так чтобы расстояние между крайним стержнем и краем полюсного наконечника было не менее Диаметр стержня демпферной обмотки (предварительно)
Число стержней демпферной обмотки
Примем предварительно
Необходимое сечение медного стержня демпферной обмотки
Для обеспечения необходимого сечения стержня [1 П1.6] примем
Сечение короткозамыкающего сегмента демпферной обмотки
Размеры короткозамыкающего кольца
Размеры прорези паза демпферной обмотки примем и
Длина стержня демпферной обмотки
Высота полюсного наконечника
Высота сердечника полюса
9Ширина полюсного сердечника
Расчетная высота полюсного наконечника
где – высота края полюсного наконечника
Среднее расстояние между боковыми поверхностями полюсного наконечника
Среднее расстояние между боковыми поверхностями полюсного наконечника (ориентировочно)
Коэффициент находят в соответствии с и [1 рис. 6.12]
Коэффициент рассеяния полюсов (предварительно)
– коэффициент зазора.
где – коэффициент зазора учитывающий влияние пазов статора на магнитное поле;
– коэффициент зазора учитывающий влияние пазов демпферной обмотки на магнитное поле;
– коэффициент зазора учитывающий влияние радиальных каналов и выпучивание поля на краях магнитопровода;
Поток в основании сердечника полюса при номинальной нагрузке (предварительно)
где – ЭДС взаимоиндукции;
– намагничивающая сила возбуждения
Ширина сердечника полюса
где – коэффициент заполнения сердечника полюса сталью;
– индукция в основании сердечника при номинальной нагрузке.
10Ширина полюсного сердечника
Внешний диаметр обода ротора
Длина обода ротора (по рис.П.4 слева)
где – ширина обмоточного провода;
– припуск на сборку;
– длина обода ротора превосходит длину катушки на эту величину.
Внутренний диаметр обода при p12 равен диаметру вала
Высота обода ротора (предварительно)
11Расчет магнитной цепи на холостом ходе.
Магнитную цепь при холостом ходе рассчитывают для поления характеристик намагничивания и холостого хода . Расчет сводится к определению МДС обмотки возбуждения при нескольких значениях потока взаимоиндукции и ЭДС взаимоиндукции МДС возбуждения равна сумме магнитных напряжений в отдельных участках замкнутой магнитной цепи: зазоре между статором и ротором зубцах статора зубцах полюсного наконечника ярме статора ярме ротора сердечнике полюса полполюсном зазоре .
Эти магнитные напряжения могут быть точно опрделены если предварительно рассчитано магнитное поле с учетом влияния насыщения и зубчатости статора и полюсов. Однако такой путь решения задачи весьма трудоемок и его нельзя рекомендовать для проведения инженерных расчетов.
Методика инженерного расчета магнитных напряжений базируется на анализе магнитного поля в зазоре проведенного в идеализированной конструкции при отсутствии зубчатости и насыщения статора и полюсов (при гладких поверхностях магнитопроводов статора и полюсов и при их бесконечно большой магнитной проницаемости). Форма поля в такой идеализированной конструкции (рис.2.2) зависит от отношения характерных размеров полюсного наконечника:
При расчете магнитной цепи машины поле в идеализированной конструкции принято характеризовать коэффициентами;
– – коэффициент формы поля возбуждения;
– – коэффициент потока возбуждения;
– – расчетный коэффициент полюсного перекрытия;
– – коэффициент формы ЭДС;
– – коэффициент зазора;
– – коэффициент максимального зазора.
Определим эти коэффициенты и рассчитаем магнитную цепь на холостом ходе. Коэффициент зазора по (2.73). Коэффициент максимально зазора получим заменив на
Эквивалентный минимальный зазор
где – коэффициент насыщения (предварительно).
Если будет отличаться от изначально принятого более чем на 5% – необходимо повторить расчет при уточненном .
Эквивалентный максимальный зазор
Отношение эквивалентного максимального зазора к эквивалентному минимальному зазору
Коэффициент формы поля возбуждения для и [1 рис. 6.14 б].
Коэффициент потока возбуждения для и [1 рис. 6.15 б].
Расчетный коэффициент полюсного перекрытия
Приведем формулы для расчета магнитной цепи на холостом ходу при . Данные расчета при приведены в табл. 2.1.
Магнитный поток в зазоре
Магнитное напряжение в зазоре
Индукция в сечении зубца на 13 высоты
При больших значениях индукции (более 19 Тл) приходится учитывать ответвление потока в паз. При этом пользуются семейством характеристик намагничивания в зависимости от коэффициента . Коэффициент характеризующий ответвление потока в паз
Магнитное напряжение зубцов статора
где для стали 3414 [1 табл. П2.4].
Индукция в ярме статора
Магнитное напряжение ярма статора
где – коэффициент учитывающий непостоянство индукции в ярме
– расчетная длина магнитных
для стали 3414 [1 табл. П2.4].
Индукция в зубцах полюса
Магнитное напряжение зубцов полюса
где – высота зубца между стержнями
для стали Ст.3 толщиной 15 мм
Магнитное напряжение зубцов и ярма статора зазора и зубцов полюса
Коэффициент насыщения
От предварительно выбранного отличается менее чем на 5% – МДС не нуждается в пересчете.
Коэффициент рассеяния полюсов при холостом ходе
где – магнитная проводимость для потока рассеяния
Магнитное напряжение сердечника полюса
где для стали Ст.3 толщиной 15 мм
Магнитное напряжение между полюсом и ярмом ротора [1 табл. на с.205].
Магнитное напряжение сердечника полюса и зазора между полюсом и ярмом ротора
Результирующее напряжение магнитной цепи
Примем это значение за базисное значение МДС обмотки возбуждения при номинальном напряжении и рассчитаем относительные значения
Результаты расчета характеристик намагничивания и холостого хода приведены в табл. 2.1 полные и частичные характеристики холостого хода на рис. 2.4 частичные характеристики намагничивания – на рис. 2.5.
Таблица 2.1 – Расчет характеристик намагничивания и холостого хода
Продолжение таблицы 2.1
Рисунок 2.4 – Полная и частичная
характеристики холостого хода
Рисунок 2.5 – Частичные характеристики намагничивания
12Индуктивные сопротивления обмоток
Коэффициент формы поля по продольной оси
где kf=1027 – коэффициент формы поля [1 рис. 6.14];
kad=085 – коэффициент реакции по продольной оси] при значении
коэффициентов kza=1 α=073 `=004 по [1 рис. 6.18].
Коэффициент формы поля по поперечной оси
где kaq=0478 –коэффициент реакции по поперечной оси [1 рис. 6.19].
Индуктивное сопротивление взаимоиндукции обмотки статора по продольной оси
В относительных единицах
Индуктивное сопротивление взаимоиндукции обмотки статора по поперечной оси
Для определения индуктивного сопротивления рассеяния обмотки определим сначала некоторые коэффициенты.
Коэффициент проводимости для потокосцепления пазового рассеяния
Коэффициент проводимости для потока рассеяния по головкам зубцов
Коэффициент укорочения обмотки
Коэффициент учитывающий влияние укорочения шага на пазовое рассеяние двухслойной трехфазной обмотки
Коэффициент проводимости пазового рассеяния
Коэффициент приведения проводимостей
Коэффициент проводимости лобового рассеяния
Эквивалентное число пазов демпферной обмотки
Коэффициент для учета влияния явнополюсности ротора
Коэффициент дифференциального рассеяния при открытых пазах на статоре и демпферной обмотке на роторе
Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния
Коэффициент проводимости для рассеяния обмотки статора
Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки
Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки возбуждения
где – коэффициент проводимости дифференциального рассеяния на один полюс
– коэффициент проводимости для потокосцепления пазового рассеяния и рассеяния по головкам полюсов на один полюс
– коэффициент проводимости для потокосцепления рассеяния лобовых частей на один полюс
Индуктивное сопротивление рассеяния демпферной обмотки по продольной оси (в относительных единицах):
а) Индуктивное сопротивление рассеяния стержней
где – коэффициент проводимости для потокосцепления пазового рассеяния и рассеяния по головкам зубцов демпферной обмотки на один полюс по продольной оси
Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния демпферной обмотки на один полюс по продольной оси
Коэффициент распределения демпферной обмотки
Коэффициент проводимости для потокосцепления пазового рассеяния демпферной обмотки на один паз
Коэффициент проводимости рассеяния по головкам зубцов демпферной обмотки
Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния демпферной обмотки на один стержень
б) Индуктивное сопротивление рассеяния короткозамыкающих колец (лобовых частей) демпферной обмотки
где – коэффициент проводимости для потокосцепления рассеяния короткозамыкающих колец демпферной обмотки по продольной оси
в) Индуктивное сопротивление рассеяния демпферной обмотки
Индуктивное сопротивление рассеяния демпферной обмотки по поперечной оси:
а) Индуктивное сопротивление рассеяния стержней демпферной обмотки:
б) Индуктивное сопротивление рассеяния короткозамыкающих колец демпферной обмотки
Индуктивное сопротивление нулевой последовательности:
где – коэффициент проводимости для потокосцепления пазового рассеяния при токах нулевой последовательности:
– коэффициент проводимости для дифференциального рассеяния при токах нулевой последовательности
Коэффициент проводимости для лобового рассеяния при токах нулевой последовательности
13Расчёт МДС возбуждения при нагрузке
Расчет поля намагниченности при нагрузке значительно сложнее чем при холостом ходе (п. 2.11). Однако при замене составляющих МДС якоря эквивалентным МДС возбуждения расчет магнитной цкпи при нагрузке может быть выполнен с использованием результатов расчета магнитной цепи на холостом ходу.
Расчёт МДС возбуждения при нагрузке производят по алгоритму изложенному в [1 §6.8]. Результаты расчёта МДС возбуждения при различных нагрузках (U*=1; I*=0; 025; 05; 075; 10; φ=φн=arccos(08)=06 рад) приведены в табл. 2.2.
Таблица 2.2– Расчет МДС возбуждения
Ниже подробно изложен расчёт МДС возбуждения при номинальной нагрузке (U*=1; I*=1; φ=φн= 06 рад).
ЭДС от результирующего поля взаимоиндукции
Угол между током I* и ЭДС Е*rн
По характеристикам Е*f =f(F*1) и Е*f =f(F*) (рис. 2.5) для найденного Е*rн находим F*1н=0993; F*н=0989.
Для найденного kza и находим d=0999; q=099; kqd=1127
Определяем kad=085 [1 рис. 6.18].
Насыщенное значение главного индуктивного сопротивления обмотки статора по поперечной оси
Модуль вектора OQ найдем аналитически
Угол между вектором OQ и током I*
Проекция ЭДС Е*r на ось d:
По характеристике Е*f =f(F*1) находим МДС F*rdн=0948 о.е. соответствующую найденному Е*rdн. Затем пересчитаем МДС в абсолютных единицах:
По характеристике Ф=f(F1) определяем магнитный поток взаимоиндукции Фrdн=0216 Вб соответствующей МДС Frdн=8576 A.
Рассчитываем МДС Fadн` эквивалентную в отношении влияния якоря на продольном поле
Магнитное напряжение между полюсными наконечниками соседних полюсов
По характеристике Фн=f(F1) определяем поток Фн=0072 Вб соответствующей F1f=17408 А.
Поток в сердечнике полюса
С помощью характеристике Фm=f(F2) определяем магнитное напряжение F2н=963 А.
МДС возбуждения при номинальной нагрузке
Так же МДС в относительных единицах
Полученное значение мало отличается от ориентировочного значения этой МДС определённого при выборе ширины сердечника полюса bm.
Векторная диаграмма гидрогенератора для и представлена на рис. 2.6.
Индукция в воздушном зазоре при номинальной нагрузке
Индукция в зубцах статора на 13 высоты при номинальной нагрузке
Индукция в зубцах демпферной обмотки при номинальной нагрузке
Индукция в ярме магнитопровода статора при номинальной нагрузке
Рисунок 2.6 – Векторная диаграмма гидрогенератора
Индукция по полюсе при номинальной нагрузке
Индукции в участках магнитной цепи при номинальной нагрузке находят в допустимых пределах [1 таблица 6.7].
14Выбор размеров и основных параметров обмотки возбуждения
Средняя длина полувитка обмотки возбуждения (предварительно)
где и=0004 м по [1 табл. 6.8].
Плотность тока в обмотке возбуждения
где – коэффициент теплоотдачи:
С – превышение температуры обмотки возбуждения;
kк=097 – коэффициент заполнения медью высоты катушки;
ш=0015 [1 табл. 6.8];
Омм – удельное сопротивление меди обмотки при
превышении температуры 75С.
Ширина провода (предварительно)
Принимаем bf=0040 м [1 табл. П1.3].
Минимально допустимая высота провода
Максимально допустимая высота провода
Выбираем нормализованную высоту провода аf=0003 м которая находится в найденных пределах аfmax > аf=0003 м > аfmin [1 табл. П1.3].
Сечение провода (окончательно)
Превышение температуры при выбранных размерах
Плотность тока при выбранных размерах
Номинальный ток возбуждения
Число витков в катушке возбуждения
Уточняем номинальный ток возбуждения
Сопротивление обмотки возбуждения при t=130С
где Омм – сопротивление обмотки при 130С.
Сопротивление обмотки возбуждения при t=15С
Ток возбуждения при холостом ходе и номинальном напряжении
Напряжение на кольцах обмотки возбуждения при номинальной нагрузке и t=130С
Напряжение на кольцах обмотки возбуждения при холостом ходе в холодном гидрогенераторе (t=15С)
Номинальное напряжение возбудителя
Предельное напряжение возбудителя
где kпр=2 по ГОСТ 5616 – 81.
Полюсное деление в разрезе представлено на рис.2.7.
15Параметры и постоянные времени обмоток
Средняя длина полувитка
Число элементарных проводников по высоте паза
Глубина проникновения электромагнитного поля для медного проводника при f=50 Гц и t=75С
Приведённая высота элементарного проводника
Рисунок 2.7 – Полюсное деление (в разрезе)
Коэффициент увеличения сопротивления обмотки вследствие поверхностного эффекта вызываемого полями рассеяния
где коэффициент учитывающий укорочения шага для двухслойной обмотки
Активное сопротивление фазы обмотки статора
Омическое сопротивление обмотки возбуждения при t=75С
Активное сопротивление демпферной обмотки по продольной оси при t=75С:
а) активное сопротивление стержней
б) активное сопротивление короткозамыкающих колец
в) активное сопротивление демпферной обмотки
Активное сопротивление демпферной обмотки по поперечной оси
Постоянные времени и индуктивные сопротивления обмоток синхронной машины при разомкнутых других обмотках
Индуктивное сопротивление обмотки якоря по продольной оси при разомкнутых обмотках ротора
Индуктивное сопротивление обмотки якоря по поперечной оси при разомкнутых обмотках ротора
Индуктивное сопротивление и постоянная времени обмотки возбуждения при разомкнутых других обмотках
Индуктивное сопротивление и постоянная времени демпферной обмотки по продольной оси при разомкнутых других обмотках:
Индуктивное сопротивление и постоянная времени демпферной обмотки по поперечной оси при разомкнутых других обмотках:
Параметры и постоянные времени характеризующие переходные процессы
Сверхпереходное индуктивное сопротивление обмотки якоря по продольной оси
Сверхпереходное индуктивное сопротивление обмотки якоря по поперечной оси
Индуктивное сопротивление для токов обратной последовательности:
Постоянная времени затухания апериодической составляющей тока якоря
16Массы активных и конструктивных частей
Средняя ширина зубца статора
Масса зубцов сердечника статора
где - плотность электротехнической стали.
Масса ярма сердечника
Масса проводов обмотки статора
где - плотность меди.
Масса проводов обмотки возбуждения
Масса стержней демпферной обмотки
Масса короткозамыкающих колец демпферной обмотки
где kо=09 – коэффициент учитывающий уменьшение веса обода ротора из-за
вентиляционных каналов.
Масса ротора с учетом массы вала и других вращающихся частей
Нагрузка на подпятник
17Потери холостого хода
Магнитные потери в сердечнике статора
где – эмпирические коэффициенты;
– удельные потери в стали 3414;
Добавочные потери на поверхности полюсных наконечников при холостом ходе
где – индукция в зазоре при
Потери в стали на холостом ходе
18Потери короткого замыкания
Основные электрические потери в обмотке статора при t=75°C
Добавочные потери в обмотке статора
Добавочные потери в зубцах статора от третьей гармонической составляющей поля при коротком замыкании
Добавочные потери на поверхности полюсных наконечников от зубчатости статора при коротком замыкании
Добавочные потери на поверхности полюсного наконечника от высших гармонических составляющих н.с. статора при коротком замыкании.
где коэффициент в функции от b=y [1 табл. на с.235].
Сумма добавочных потерь при коротком замыкании
Полные потери при коротком замыкании и номинальном токе статора
Потери на возбуждение
где – КПД системы возбуждения.
19Механические потери
Вентиляционные потери
– коэффициент учитывающий потери на трение вращающихся
частей об охлаждающий газ;
– окружная линейная скорость на
наружной поверхности ротора;
Потери на трение в подшипниках (подпятнике и направляющем подшипнике)
где – коэффициент зависящий от среднего удельного
давления в подпятнике и конструкции гидрогенератора.
Суммарные механические потери
Полные потери при номинальной нагрузке
Коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке
Гарантированное значение коэффициента полезного действия при номинальном напряжении и расчетной рабочей температуре обмоток указанное в техническом задании достигается полностью (967%).
Потери и КПД при частичных нагрузках приведены в таблице 2.3. Характеристика КПД и регулировочная характеристика приведены на рис.2.8. Внешняя характеристика построена из векторной диаграммы по методике Копылова [2] и представлена на рис.2.9. Семейство
U-образных характеристик представлено на рис. 2.10.
Таблица 2.3 – Потери и КПД при частичных нагрузках
Рисунок 2.8 – Регулировочная характеристика и характеристика КПД
Рисунок 2.9 – Внешняя характеристика
Рисунок 2.10 – U-образные характеристики
Был произведен электромагнитный расчет гидрогенератора спроектирована его активная часть приведены все необходимые характеристики.
Спроектированный гидрогенератор удовлетворяет техническому заданию в полной мере.
1Общие сведения о Ansoft
Корпорация Ansoft входящая в состав компании ANSYS Inc. занимается разработками программного обеспечения для автоматизации проектирования электронных приборов и устройств (САПР электроники). Продукты компании Ansoft расширяют и углубляют линейку программных продуктов Ansys предназначенных для инженерного моделирования и отличающихся повышенной функциональностью и совместимостью.
Программные продукты Ansoft:
–HFSS - Электродинамическое моделирование трехмерных СВЧ-структур методом конечных элементов;
–SIwave - Анализ целостности сигнала в печатных платах и корпусах интегральных схем;
–TPA - Автоматический расчёт паразитных параметров в корпусах интегральных схем;
–ParICs - Автоматическое создание геометрии корпуса интегральной схемы.
2Обзор пакета Ansoft Maxwell
В данном дипломном проекте использовался программный пакет
Ansoft Maxwell v.14.0.
Maxwell – это ведущее программное обеспечение для моделирования электромагнитных полей используемое для проектирования и исследования двумерных и трехмерных моделей типа двигателей датчиков трансформаторов и других электрических и электромеханических устройств различного применения. Maxwel базируется на методе конечных элементов (Finite Element Method - FEM) и точно рассчитывает статические гармонические электромагнитные и электрические поля а также переходные процессы в полевых задачах.
Программное обеспечение Ansoft Maxwell характеризуется выгодным на фоне аналогов сочетанием широты возможностей и простоты освоения. Известный аналог ANSYS Emag гораздо более сложен в освоении.
Программы Maxwell нацелены на то чтобы разработчик электротехнического оборудования тратил как можно меньше времени непосредственно на решение полевых задач. Для этого предусмотрена библиотека свойств материалов удобные средства для параметризации модели и автоматизации расчетов при различных сочетаниях параметров. Большинство потребностей пользователя в автоматизации реализуются стандартными средствами без применения скрипта.
3Программные модули Ansys Maxwell
Ansys Maxwell включает в себя следующие программные модули:
–Maxwell 3D (электрические и электростатические трёхмерные поля магнитостатические линейные и нелинейные поля гармонические установившиеся трёхмерные поля переходные процессы в трёхмерных магнитных полях)
–RMxprt (проектирование и оптимизация вращающихся электрических машин)
Остановимся подробнее на RMxprt. ANSYS RMxprt актуален в случае когда нужно смоделировать электрическую машину стандартного типа для которой методики расчета известны. Он использует классическую аналитическую теорию электрических машин и метод эквивалентной магнитной цепи для вычисления рабочих характеристик машины. RMxprt предлагает множество параметризированных моделей электрических машин: асинхронные синхронные машины с щетками и электронной коммутацией — пользователю требуется только ввести исходные данные: геометрические параметры и свойства материалов статора и ротора тип обмоток и схему подключения данные по питанию по нагрузке по вентилятору и т.п.
Программный комплекс ANSYS RMxprt дает возможность проанализировать множество вариантов за считанные минуты — это полезный инструмент для инженеров позволяющий получить необходимые характеристики электрического двигателя с использованием входных данных.
4Обзор возможного улучшения параметров гидрогенератора
4.1Сравнение электротехнических сталей 3414 и М270-50А
Для сердечника статора гидрогенератора для Сенгилеевской ГЭС была заложена сталь 3414 (анизотропная холоднокатаная электротехническая сталь). В апреле 2006 года Верх-Исетский Завод (ООО «ВИЗ-Сталь») сообщил о прекращении производства стали марки 3414 толщиной 05 мм.
Следует отметить что для анизотропной стали согласно ГОСТ 21427.1-8 «Сталь электротехническая холоднокатаная анизотропная тонколистовая. Технические условия» завод-изготовитель не гарантирует уровень удельных электрических потерь в стали поперёк проката.
Как показали опыты (табл. 3.1) удельные потери поперек проката для стали 3414 при индукции 10 Тл оказались равными 17 Вткг (вдоль проката – 07 Вткг).
Таблица 3.1 – Сравнение свойств электротехнических сталей
Удельные потери вдоль проката при 10 Тл Вткг
Удельные потери поперек проката при 10 Тл Вткг
Учитывая вышеизложенное было принято решение применить для изготовления изотропную холоднокатаную электротехническую сталь марки М270-50А толщиной 05 мм (производство фирмы “Cogent Power” Ltd на заводах Surahammars Bruks AB в Швеции)
На рис. 3.1 приведены кривые намагничивания для сталей 3414 и М270-50А. Видно что при малых значениях индукции (до 20 Тл) напряженность шведской стали меньше чем российской.
Таблица 3.2 – Напряжённость магнитного поля для сталей М270-50А и 3414
Рисунок 3.1 – Кривые намагничивания сталей М20-50А и 3414
Задание кривой намагниченности и влияние удельных потерь в стали от индукции в RMxprt приведено в пункте 3.4.3.
4.2Утонение изоляции
При изготовлении катушечных обмоток для гидрогенераторов используют технологию термопрессования с применением пропитанных лент. Наиболее эффективна предложенная система изоляции катушечных обмоток реализуется для высоковольтных электрических с номинальным напряжением 6 10 и 138 кВ с утоненной изоляцией.
Корпусная изоляция изготавливается из предварительно пропитанных стеклослюдинитовых лент теропрессованием. В пазовых частях используется лента ЛСМ. Класс нагревостойкости не ниже F.
В генераторе Сенгилеевской ГЭС при изготовлении катушек использовалась технология «Микафил» [4]. Согласно теоретическим данным и опытам проведенным д.т.н В.М. Паком [3 с.215] изоляцию катушки можно спрессовать на 30%.Таким образом
–двусторонняя толщина изоляции катушки: 167 - 121=46 мм;
–двусторонняя толщина опресованной катушки: 46 70% = 32 мм.
То есть мы можем заложить в паз больше меди:
–увеличить суммарную ширину меди в проводниках на 14 мм.
Исходя из таблицы стандартных размеров прямоугольных медных проводов (ГОСТ 434-78) [1 П1.1] и допустимых значений увеличения габаритов меди взамен провода 224х56 принимаем 224х63 с двусторонней толщиной изоляции 033 мм.
Таблица 3.3 – Заполнение паза в пазовой части обмотки
Лента Элмикатерм 55409 (7 слоев с нахлеста)
Изоляция 4-х проводов
Прокладка между катушками (СТЭФ-П-30)
Прокладка на дно паза (СТЭФ-П-10)
Прокладка под клином (СТЭФ-П-105)
4.3Моделирование в Maxwell
Для моделирования гидрогенератора в Maxwell будем использовать программный модуль RMXprt. RMxprt – программный модуль предназначенный для разработки и оптимизации вращающихся электрических механизмов.
Перед началом работы мы видим перед собой окошко «Machine Type» (рис.3.2) где RMxprt предлагает нам выбрать тип машины. Выбираем трёхфазную синхронную машину (Three Phase Synchronous Machine).
В появившемся окне менеджера проекта (рис. 3.2) видим основные узлы генератора в которые мы должны ввести данные геометрии машины а также исходные энергетические данные. Геометрические размеры возьмем из электромагнитного расчета исходные энергетические параметры – из технического задания на проект. Все вводимые данные с переводом и расшифровкой представлены в приложении .
Рисунок 3.2 – Выбор типа электрической машины
Рисунок 3.3 – Менеджер проекта
Особое внимание следует уделить добавления в библиотеку проекта новой стали и описания её свойств. Окно библиотеки материалов (рис.3.4) вызывается из меню «Stator» – «Steel type». Легче всего задать новый тип стали клонировав встроенную в библиотеку сталь 1010.
Вводим необходимые параметры и таблицу кривой намагниченности (рис. 3.5). Особое внимание стоит уделить вводу коэффициентов отвечающих за удельных потерь. Для их расчета в RMXprt встроен калькулятор параметров. Чтобы его вызвать нужно в строке Core Loss Type выбрать Electrical steel. Выбираем расчет удельных потерь в стали для одной частоты (Calculate properties to – Core Loss at One Frequency).
Рисунок 3.4 – Библиотека материалов RMxprt
Паспортом электротехнической стали заданы только потери при определённой индукции и частоте. Для определения удельных потерь при других значениях B и f можно воспользоваться экстраполяционной формулой
где – удельные потери на частоте 50 Гц и индукции ;
– коэффициенты учитывающие относительное значение
потерь на гистерезис и вихревые токи.
Рисунок 3.5 – Ввод кривой намагниченности для стали 3414
Введем удельные потери для нескольких значений индукции (рис. 3.5).
После ввода всех необходимых параметров в главном окне машины должно появиться схематичное изображение генератора (рис. 3.6).
Введем настройки решателя (Analysis – Add Solution Setup) и запустим его 3 раза изменяя параметры (рис 3.7):
–для стали 3414 и провода 224х56;
–для стали М270-50А и провода 224х56;
–для стали М270-50А провода 224х63 и утоненной изоляции.
Рисунок 3.6 – Ввод зависимости удельных потерь в стали 3414 от индукции
Одним из главных показателей эффективности работы гидрогенератора является значение коэффициента полезного действия при номинальной нагрузке. Промоделировав генератор с различными параметрами получаем табл. 3.4. Подробные данные расчета представлены в приложении В.
Рисунок 3.7 – Схематичное изображение гидрогенератора в Maxwell RMxprt
Рисунок 3.8 – Настройки решателя
Таблица 3.4 –КПД генератора при улучшения на номинальной нагрузке
Генератор из стали 3414 без утонения изоляции
Генератор из стали М270-50А без утонения изоляции
Генератор из стали М270-50А с утонением изоляции
Отсюда можно сделать вывод что при использовании новых электротехнических материалов и опресовки катушки статора можно повысить КПД гидрогенератора на 0282% (с 967% до 96 982%).
4.4Экономическая выгода целесообразность
Рассчитаем какую среднегодовую выработку электроэнергии мы получим применив указанные выше улучшения
где 776 млнкВтч – среднегодовая выработка Сенгилеевской ГЭС [20];
Срок службы гидрогенератора по ГОСТ 5616-89 «Генераторы и генераторы-двигатели электрические гидротурбинные. Общие технические условия» должен быть не менее 40 лет. Рассчитаем выработку киловатт-часов за это время:
для генератора без улучшений
для генератора с улучшениями
Учитывая среднюю цену за киловатт-час рассчитаем выручку полученную с энергии гидрогенератора за 40 лет
Прибыль полученная за срок службы гидрогенератора при применении улучшений составит
Отсюда можно сделать вывод что применение новых электротехнических материалов (стали М270-50А взамен 3414) и улучшения технологии изготовления обмотки (опресовка катушки статора на 30%) экономически выгодно и целесообразно.
Была произведена оценка улучшения параметров гидрогенератора при применении новых электротехнических материалов (стали М270-50А взамен 3414) и улучшения технологии изготовления обмотки (опресовка катушки статора на 30%).
Прибыль полученная за срок службы гидрогенератора составит 27 млн.руб.
Применение данных улучшений экономически выгодно и целесообразно
ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
1Затраты на проведение НИОКР
Каждый гидрогенератор проектируется индивидуально под параметры гидроэлектростанции. Очень близких аналогов не имеет. Поэтому для реализации данной конструкции необходимо тщательная научно – исследовательская и опытно – конструкторская работа (НИОКР).
2Калькуляция заработной платы
Для выполнения НИОКР необходимо группа из 25 человек:
–главный конструктор;
–начальник конструкторского отдела;
–ведущий конструктор (5 человек);
–инженер-конструктор (9 человек);
–инженер-технолог (3 человека);
–начальник расчетного отдела;
–инженер по расчетам (3 человека)
Основная заработная плата рассчитывается с учетом того что в месяце содержится 22 дня (рабочих) и представляет собой сумму прямой заработной платы и поясного коэффициента (для Урала 15%).
Основная заработная плата рассчитывается по формуле (4.1.)
Тгр – трудоемкость по графику дн;
Тфакт – фактическая трудоемкость (время участия в проекте) дн.
С 2012 года (согласно ФЗ от 24 июля 2009 г. № 212) общая ставка страховых взносов составляет 30 процентов которые по фондам делятся так:
–взносы в ПФР – 22 процента;
–взносы в ФСС – 29 процента;
–взносы в ФФОМС – 51 процента.
Заработная плата на этапе проектирования отображена в таблице 4.1.
Таблица 6.1 – Заработная плата на этапе проектирования
Начальник конструкторского отдела
Разработка подпятника верхней и нижней крестовин механических узлов
Продолжение таблицы 6.1
Разработка установки датчиков автоматики и контроля
Начальник расчетного отдела
Инженер (электромеханический расчет)
Инженер (механический расчет)
Инженер (вентиляционный расчет)
Согласно плану проектирование изделия длится 88 дней. Затраты на выплату заработной платы и страховых взносов за это время всем сотрудникам составят 2218141 руб.
3Калькуляция сырья и расходных материалов
Расходные материалы и сырьё необходимые для проведения НИОКР представлены в таблице 6.2.
Таблица 6.2 – Расходные сырьё и материалы
Картридж для принтера
4Калькуляция амортизации оборудования
Необходимо рассчитать амортизацию оборудования за период в течении которого производится проектирование.
Годовая амортизация оборудования рассчитывается по формуле:
где – первоначальная стоимость оборудования руб;
- норма амортизации %.
Фактическая амортизация по рассчитывается по формуле:
где - годовая амортизация оборудования руб;
Также для проведения расчетов необходимо приобретение лицензий на такие программные пакеты как:
–КОМПАС 3D v.13 (93000 руб.);
–Microsoft Office 2013 (3500 руб.).
Мебель относится к четвёртой амортизационной группе (имущество со сроком полезного использования свыше 5 лет до 7 лет включительно) офисная техника (в т.ч. компьютеры) – ко второй (срок полезного использования от 2 до 3 лет) программные пакеты – согласно сроку действия лицензии на них (1 год).
Калькуляция амортизационных отчислений отображена в таблице 6.3.
Таблица 6.3 – Амортизация оборудования.
Первоначальная стоимость руб.
Период использования оборудования (в среднем) дн.
Амортизационный период лет
5Калькуляция дополнительных расходов
Таблица 6.4 – Дополнительные расходы
Использование сети Интернет
6Калькуляция общих затрат
Общие затраты на проведение НИОКР складываются из суммы заработной платы всем сотрудникам страховых взносов расходов на сырье и материалы амортизацию оборудования и дополнительных расходов:
7Затраты на производство одной машины
Общая стоимость материалов на производство одной машины 307 млн.руб. Стоимость материалов на отдельные узлы гидрогенератора отображена в таблице А.1.
Таким образом себестоимость гидрогенератора составляет
Рассчитаем цену данного изделия с условием того что их будет произведено (кол-во) и учитывая рентабельность 20%:
Затраты на проведение НИОКР составили 304 млн.руб. Цена готово гидрогенератора – 977 млн. руб.
БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
В ходе дипломного проектирования разработан синхронный генератор вертикальный в сопряжении с пропеллерной гидротурбиной. Номинальная мощность 75 МВА 60 МВт; номинальный коэффициент мощности 08; номинальное выходное напряжение 63 кВ 50 Гц; частота вращения – 500 обмин.
Генератор рассчитан на эксплуатацию на Сенгилеевской ГЭС
в сочленении с гидротурбиной ПР-45В-160 в помещении при климатических условиях согласно классу УХЛ-4.
Гидрогенератор соответствует общим требованиям безопасности указанным в ГОСТ 5616-89 «Генераторы и генераторы-двигатели электрические гидротурбинные. Общие технические условия»
2Анализ опасных и вредных производственных факторов связанных с эксплуатацией генератора
Все мероприятия и средства включенные в понятие охраны труда направленные на создание таких условий труда при которых либо исключено воздействие на работающих опасных и вредных производственных факторов либо уровни этих факторов не превышают нормативных значений.
По ГОСТ 12.0.003-74 «Опасные и вредные производственные факторы. Классификация» подразделяются на четыре группы:
Обслуживающий и ремонтный персонал обслуживающий оборудование могут столкнуться с воздействием таких вредных и опасных факторов как:
–движущиеся машины и механизмы;
–повышенная температура поверхностей оборудования;
–повышенный уровень шума на рабочем месте;
–повышенный уровень вибрации;
–повышенное значение напряжения в электрической цепи;
–токсическое опасное воздействие на органы дыхания и слизистые оболочки.
Согласно системе стандартов ССБТ эти вредные и опасные факторы должны быть снижены до допустимых значений.
2.1Защита от вращающихся частей машины
Синхронный гидрогенератор имеет исполнение по степени защиты от окружающей среды IP44 (ГОСТ IEC 60034-5-2011 «Машины электрические вращающиеся. Классификация степеней защиты») что в недостаточной мере исключает возможность касания человеком вращающихся частей машины в процессе ее эксплуатации.
Поэтому необходимыми мерами снижения опасности являются:
–закрытие всех люков для обслуживания машины а также дверей в шахту гидрогенератора на замки;
–выставление заграждающих конструкций вокруг генератора;
–установка предупреждающих плакатов.
2.2Защита от повышенной температуры поверхностей оборудования
Во время работы машины происходит нагрев обмоток электрической машины и подпятника. Охлаждение нагретых частей производится воздухоохладителями. Все элементы машины установлены в шахте доступ в которую при работе гидрогенератора закрыт.
Таким образом защита человека от прикосновения к нагретой поверхности оборудования обеспечена полностью.
2.3Защита от повышенного уровня шума гидрогенератора
Согласно ГОСТ 5616-89 (п.2.38) уровень шума (средний уровень звука) гидрогенераторов на расстоянии 1 м от верхней крестовины не должен превышать 85 дБА. Соблюдение данных значений регламентируется в документе общих технических спецификаций предъявляемых к подрядчику.
Согласно ГОСТ 12.1.003-83 «ССБТ. Шум. Общие требования безопасности» уровень шума в машинном зале не должен превышать 60 дБА.
Для снижения уровня шума применяют следующие меры:
–на стадии проектирования: производится оптимальный выбор воздушного зазора числа пазов статора параметров полюсов; для снижения вибраций деталей выполняется установка уплотнительных прокладок из резины или войлока; повышают точность изготовления деталей;
–на стадии монтажа: сборка в соответствии с требованиями завода-изготовителя и балансировка ротора;
–на стадии непосредственной работы: применением средств индивидуальной и коллективной защиты от шума.
При соблюдении всех требований уровень шума для человека будет снижен до приемлемого уровня.
2.4Защита от повышенного уровня вибрации
Согласно общей технической спецификации на гидрогенератор подрядчик должен спроектировать и установить свое оборудование таким образом чтобы избежать чрезмерной вибрации которая может повредить это оборудование или близлежащие конструкции и оборудование.
По ГОСТ 12.1.012-2004 «Вибрационная безопасность. Общие требования» основным способом обеспечения вибробезопасности должно быть создание и применение вибробезопасных машин. Для выполнения данного пункта на стадии проектирования производят оптимальный выбор конструкции.
Норма виброускорения воздействующая на человека в течение рабочего 8-ми часового дня – 2ммс2. Допустимая относительная норма вибрации для вала гидрогенератора – 002 мм на метр длины вала.
Вибрация в источнике возбуждения на гидрогенераторе устраняется следующими методами (согласно ГОСТ 26568-85 «Вибрация. Методы и средства защиты»):
–рациональной установкой зазоров в направляющих подшипниках;
–равномерным распределением нагрузки на сегменты подпятника (если нагрузка будет равномерной – вал расположен строго вертикально соответствено не будет биений в подшипниках и вибраций передающихся на фундамент).
2.5Защита от повышенного напряжения в электрической цепи
Согласно ГОСТ 12.1.019–2009 «Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты» электробезопасность обеспечивается:
–конструкцией машины;
–техническими способами и средствами защиты от поражения электротоком;
–организационными и техническими мероприятиями по обеспечению безопасности при эксплуатации.
Согласно ГОСТ 12.2.007.1-75 «Машины электрические вращающиеся. Требования безопасности» к гидрогенераторам предъявляются следующие основные требования безопасности:
–электрическое сопротивление изоляции должно быть не менее величины равной десятикратному номинальному напряжению то есть 63 МОм (при длительной остановке гидрогенератора во избежание образования конденсата на обмотке включают нагревательные ТЭНы);
–корпус статора должны быть заземлены минимум в двух местах;
–должны присутствовать двери и люки для осмотра сердечника статора без демонтажа воздухоохладителей;
–подводы кабелей и шин токоподводов должны быть изолированы от корпуса.
Для обеспечения защиты от случайного прикосновения персонала к токоведущим частям используются следующие способы и средства:
–защитные ограждения;
–безопасное расположение токоведущих частей;
–изоляцию токоведущих частей;
–защитное отключение.
Согласно ГОСТ 5616-89 «Генераторы и генераторы-двигатели электрические гидротурбинные. Общие технические условия» Гидрогенератор относится к 01 классу защиты по ГОСТ 12.2.007.0 – 75 «Изделия электротехнические. Общие требования безопасности». К классу 01 должны относиться изделия имеющие по крайней мере рабочую изоляцию элемент для заземления и провод без заземляющей жилы для присоединения к источнику питания.
2.6Пожарная безопасность
Согласно ГОСТ 12.2.007-75 «Машины электрические вращающиеся. Требования безопасности» пожарная безопасность изделия должна обеспечиваться как в нормальном так и в аварийном режимах работы.
В результате старения изоляции гидрогенератора возможно возникновение пробоя короткого замыкания и искры что может послужить источником пожара что наиболее вероятно при нахождении гидрогенератора в парах масла в случае ненадлежащей эксплуатации генератора.
При работе элементы гидрогенератора нагреваются. Предельно допустимая температура для какой-либо части электрической машины определяется суммой значения допустимого превышения температуры и температуры окружающей среды.
Величина допустимой предельной температуры определяется классом нагревостойкости изоляции обмоток. Для гидрогенератора принята изоляция обмоток класса F с предельно допустимой температурой 155С. При этом расчет параметров генератора проводится так чтобы температура активных частей генератора соответствовала классу В (120С).
Температуру в обмотке отслеживают датчики температуры встроенные в гидрогенератор. При превышении установленного порога датчики выдают сигнал на пульт автоматизированной системы управления. Если в течении определенного времени не предпринимается никаких действий по снижению температуры и она продолжает повышаться – система посылает сигнал на отключение гидрогенератора.
Опасные факторы пожара воздействующие на людей:
–открытый очаг возгорания;
–повышенная температура воздуха рабочей зоны;
–выделение токсичных продуктов горения;
–пониженная концентрация кислорода в воздухе рабочей зоны;
–дым вызванный очагом возгорания;
Предотвращение пожара достигается:
–предотвращением образованием горючей среды;
–предотвращением образования в горючей среде источников зажигания.
Предотвращение образования горючей среды обеспечивается одним из следующих способов или их комбинацией:
–максимально возможным применением негорючих и трудно горючих веществ и материалов;
Противопожарная защита достигается применением одного из следующих способов или их комбинацией:
–применением средств пожаротушения и соответствующих видов пожарной техники (распыление водой);
–применением автоматических установок пожарной сигнализации и пожаротушения;
–применением средств коллективной и индивидуальной защиты людей от опасных факторов пожара.
2.7Недостаточное освещение
Гидрогенератор находится в шахте глубиной 4 метра что затрудняет проникновение естественного света.
Согласно ГОСТ 12.2.003-91 «Оборудование производственное. Общие требования безопасности» и ГОСТ 12.2.061-81 «Общие требования безопасности к рабочим местам» рабочее место должно иметь достаточную освещенность соответственно характеру и условиям выполняемой работы.
Производственное оборудование должно быть оснащено местным освещением если его отсутствие может явиться причиной перенапряжения органа зрения или повлечь за собой другие виды опасности.
Рациональное освещение рабочего места является одним из важнейших факторов влияющих на эффективность трудовой деятельности человека предупреждающих травматизм и профессиональные заболевания. Правильно организованное освещение создает благоприятные условия труда повышает работоспособность и производительность труда. Освещение на рабочем месте персонала должно быть таким чтобы работник мог без напряжения зрения выполнять свою работу.
Утомляемость органов зрения зависит от ряда причин:
–недостаточность освещенности;
–чрезмерная освещенность;
–неправильное направление света.
Недостаточность освещения приводит к напряжению зрения ослабляет внимание приводит к наступлению преждевременной утомленности. Чрезмерно яркое освещение вызывает ослепление раздражение и резь в глазах. Все эти причины могут привести к несчастному случаю или профзаболеваниям поэтому столь важен правильный расчет освещенности.
В производственных помещениях в случаях преимущественной работы с приборами и установками допускается применение системы комбинированного освещения (к общему освещению дополнительно устанавливаются светильники местного освещения предназначенные для освещения зоны расположения объекта исследования).
Для обеспечения нормируемых значений освещенности в помещениях лабораторий следует проводить чистку стекол оконных рам и светильников не реже двух раз в год и проводить своевременную замену перегоревших ламп.
2.8Защита от химически опасных производственных факторов
Обслуживающий персонал сталкивается с химреактивами при пропитке полиэфирного шнура промазке бандажных колец подготовке заливочного компаунда и заливке колпачков обмотки статора компаундом.
Основные химреактивы:
–эпоксидные смолы (ЭД-22);
–эфиры (полиэфир ДБФ ацетон спирт полиэтиленполиамин);
Согласно ГОСТ 12.1.007-76 «Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности» на предприятиях производственная деятельность которых связана с вредными веществами должны быть разработаны нормативно-технические документы по безопасности труда при производстве применении и хранении вредных веществ и выполнены комплексы организационно-технических мероприятий. А конкретно:
–к работе допускаются лица не моложе 18 лет;
–при производстве работ недопустим прием пищи;
–все работы должны производиться при наличии приточно-вытяжной вентиляции;
–работы должны производиться в спецодежде руки должны быть защищены перчатками а после окончания работы вымыты теплой водой с мылом;
–при производстве работ недопустимо курение наличие открытого огня электросварки работа нагревательных приборов.
–при всех работах с пылевидным кварцем следует пользоваться противопылевым респиратором.
Проанализированы вредные и опасные производственные факторы с которыми может столкнуться ремонтный и обслуживающий персонал гидрогенератора.
Описаны мероприятия по снижению их до допустимого уровня.
В дипломном проекте разработан синхронный гидрогенератор для Сенгилеевской ГЭС. Были определены основные размеры размеры пазово-зубцовой зоны проведён расчёт обмотки статора а также иллюстрация ее условной и структурной схемы. В ходе расчёта магнитной цепи определили МДС её отдельных участков суммарную МДС на полюс. Также были рассчитаны потери и коэффициент полезного действия. КПД составил 967% что удовлетворяет ТЗ в полной мере.
Была произведена оценка улучшения параметров гидрогенератора при применении новых электротехнических материалов (стали М270-50А взамен 3414) и улучшения технологии изготовления обмотки (опресовка катушки статора на 30%). Прибыль полученная за срок службы гидрогенератора составит 27 млн. руб. Применение данных улучшений экономически выгодно и целесообразно.
Проанализированы вредные и опасные производственные факторы с которыми может столкнуться ремонтный и обслуживающий персонал гидрогенератора. Описаны мероприятия по снижению их до допустимого уровня.
Решены все основные задачи. По мнения автора проект выполнен в полной мере и в соответствии с техническим заданием.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Абрамов А.И. Проектирование гидрогенераторов и синхронных компенсаторов: учеб. пособие для вузов А.И. Абрамов А.В. Иванов-Смоленский. – 2-е изд. перераб и доп. – М.: Высш. шк. 2001. – 389 стр.
Копылов И.П. Проектирование электрических машин: учебное пособие для вузов И.П. Копылов. – М.: Энергия 1980. – 496 с.
Новые материалы и системы изоляции высоковольтных электрических машин под ред. В.М. Пака. – М.: Энергоатомиздат 2007. – 416 с.
СТО ЮУрГУ 04–2008. Стандарт организации. Курсовое и дипломное проектирование. Общие требования к содержанию и оформлению составители: Т.И. Парубочая Н.В. Сырейщикова В.И. Гузеев Л.В. Винокурова. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ 2008. – 56 с.
ГОСТ 12.0.003-74. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация. – М.: Изд-во стандартов 1976. – 4 с.
ГОСТ 12.1.003-83. Система стандартов безопасности труда. Шум. – М.: Изд-во стандартов 1984. – 4 с.
ГОСТ 12.1.007-76. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности. – М.: Изд-во стандартов 1977. – 5 с.
ГОСТ 12.1.012-90. Вибрационная безопасность. Общие требования. – М.: Изд-во стандартов 1998. – 48 с.
ГОСТ 12.2.003-91. Оборудование производственное. Общие требования безопасности. – М.: Изд-во стандартов 1992. – 11 с.
ГОСТ 12.2.007-75. Машины электрические вращающиеся. Требования безопасности. – М.: Изд-во стандартов 1976. – 4 с.
ГОСТ 12.2.007.0-75. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности. – М.: Изд-во стандартов 1976. – 12 с.
ГОСТ 12.2.007.1-75. Машины электрические вращающиеся. Требования безопасности. – М.: Изд-во стандартов 1976. – 4 с.
ГОСТ 12.2.049-80. Оборудование производственное. ОБщие эргономические требования. – М.: Изд-во стандартов 2001. – 16 с.
ГОСТ 12.2.061-81. Оборудование производственное. Общие требования безопасности к рабочим местам. – М.: Изд-во стандартов 2001. – 4 с.
ГОСТ 5616-89. Генераторы и генераторы-двигатели электрические гидротурбинные. Общие технические условия. – М.: Изд-во стандартов 2000. – 16 с.
ГОСТ 15150-69. Машины приборы и другие технические изделия. Условия эксплуатации. – М.: Изд-во стандартов 1988. – 76 с.
ГОСТ 26568-85. Вибрация. Методы и средства защиты. – М.: Изд-во стандартов 1985. – 9 с.
ГОСТ 52776-2007. Машины электрические вращающиеся. Номинальные данные и характеристики. – М.: Изд-во стандартов 2007. – 74 с.
ГОСТ IEC 60034-5-2011. Машины электрические вращающиеся. Часть 5. Классификация степеней защиты обеспечиваемых оболочками вращающихся электрических машин (Код IP). – М.: Изд-во стандартов 2013. – 20 с.
Таблица А.1 – Данные моделирования гидрогенератора в Maxwell Rmxprt
Генератор из стали 3414
Генератор из стали М270-50А
Генератор из стали М270-50А с утоненной изоляцией
Rated Apparent Power (kVA):
Operating Temperature (C):
Friction Loss at Reference Speed (W):
Windage Loss at Reference Speed (W):
Exciter Efficiency (%):
Exciting Current (A):
Number of Stator Slots:
Outer Diameter of Stator (mm):
Inner Diameter of Stator (mm):
Type of Stator Slot:
Продолжение таблицы Б.1
Top Tooth Width (mm):
Bottom Tooth Width (mm):
Number of Sectors per Lamination:
Length of Stator Core (mm):
Stacking Factor of Stator Core:
Press board thickness (mm):
Magnetic press board
Number of Air Ducts:
Width of Air Ducts (mm):
STATOR-WINDING DATA
End Length Adjustment (mm):
End-Coil Clearance (mm):
Number of Parallel Branches:
Number of Conductors per Slot:
Number of Wires per Conductor:
Maximum Possible Wires per Coil Side:
in thickness direction
Wire Thickness (mm):
Wire Wrap Thickness (mm):
Wire Direction in Slot:
Bottom Insulation (mm):
Wedge Thickness (mm):
Slot Liner Thickness (mm):
Layer Insulation (mm):
Slot Fill Factor (%):
Stator Winding Factor:
Minimum Air Gap (mm):
Inner Diameter (mm):
Length of Rotor (mm):
Stacking Factor of Iron Core:
Polar Arc Offset (mm):
Ratio of Max. to Min. Air Gap:
Mechanical Pole Embrace:
Pole-Shoe Width (mm):
Pole-Shoe Height (mm):
Pole-Body Width (mm):
Pole-Body Height (mm):
Second Air Gap (mm):
Width of Wire (mm):
Thickness of Wire (mm):
Number of Turns per Pole:
Wire Wrap Thickness (mm):
Under-Pole-Shoe Insulation (mm):
Pole-Body-Side Insulation (mm):
Winding Control Width (mm):
Winding Control Height (mm):
Clearance between Windings (mm):
Inside Corner Radius (mm):
End Core-Coil Clearance (mm):
Number of Dampers per Pole:
Slot Pitch (mech. degrees):
Center Slot Pitch (mech. degrees):
Type of Damper Slot:
Resistivity of Dampers
at 75 Centigrade (ohm.mm^2m):
End Length of Dampers (mm):
Width of End Ring (mm):
Thickness of End Ring (mm):
Resistivity of End Ring
Magnetic End Press Board (mm):
Short-Circuit Ratio:
Electrical Pole Embrace:
Air-Gap Flux Total Harmonic
Distortion at No-Load (%):
Phase-Voltage Total Harmonic
Line-Voltage Total Harmonic
Distortion at Full-Load (%)
Продолжение таблицы А.1
MATERIAL CONSUMPTION
Armature Copper Density (kgm^3):
Field Copper Density (kgm^3):
Damper Bar Material Density (kgm^3):
Damper Ring Material Density (kgm^3):
Armature Core Steel Density (kgm^3):
Rotor Core Steel Density (kgm^3):
Armature Copper Weight (kg):
Field Copper Weight (kg):
Damper Bar Material Weight (kg):
Damper Ring Material Weight (kg):
Armature Core Steel Weight (kg):
Rotor Core Steel Weight (kg):
Total Net Weight (kg):
Armature Core Steel Consumption (kg):
Rotor Core Steel Consumption (kg):
UNSATURATED STEADY STATE PARAMETERS
Armature Resistance R1 (ohm):
Armature Resistance at 20C (ohm):
Armature Leakage Reactance X1 (ohm):
D-Axis Reactive Reactance Xad (ohm):
Q-Axis Reactive Reactance Xaq (ohm):
D-Axis Reactance X1+Xad (ohm):
Q-Axis Reactance X1+Xaq (ohm):
Field Winding Resistance Rf (ohm):
Armature Resistance per Unit:
Armature Leakage Reactance per Unit:
D-Axis Reactive Reactance per Unit:
Q-Axis Reactive Reactance per Unit:
D-Axis Reactance per Unit:
Q-Axis Reactance per Unit:
Field Winding Resistance per Unit:
Base Impedance (ohm):
NO-LOAD MAGNETIC DATA
Stator-Teeth Flux Density (Tesla):
Stator-Yoke Flux Density (Tesla):
Pole-Shoe Flux Density (Tesla):
Pole-Body Flux Density (Tesla):
nd Air-Gap Flux Density (Tesla):
Rotor-Yoke Flux Density (Tesla):
Air-Gap Flux Density (Tesla):
Stator-Teeth Ampere Turns (A.T):
Stator-Yoke Ampere Turns (A.T):
Pole-Shoe Ampere Turns (A.T):
Pole-Body Ampere Turns (A.T):
nd Air-Gap Ampere Turns (A.T):
Rotor-Yoke Ampere Turns (A.T):
Air-Gap Ampere Turns (A.T):
No-Load Exciting Ampere Turns (A.T):
No-Load Exciting Current (A):
Leakage-Flux Factor:
Correction Factor for Magnetic
Circuit Length of Stator Yoke:
Cogging Torque (N.m):
Induced Voltage per Unit with PF=0:
Exciting Current with PF=0 (A):
D-Axis Ampere Turns with PF=0 (A.T):
Exciting Current at Rated
Short-Circuit Current (A):
Power Factor Angle (degree):
Power Angle (degree):
Induced Voltage per Unit:
Total Exciting Ampere Turns (A.T):
Armature Reactive Ampere Turns (A.T):
D-Axis Armature Ampere Turns (A.T):
Q-Axis Armature Ampere Turns (A.T):
Armature Thermal Load (A^2mm^3):
Specific Electric Loading (Amm):
Armature Current Density (Amm^2):
Exciting Current Density (Amm^2):
Exciting Voltage (V):
Stator-Tooth Core Loss (W):
Stator-Yoke Core Loss (W):
Stator Surface Excess Loss (W):
Rotor Surface Excess Loss (W):
Mechanical Loss (W):
Additional Loss (W):
Armature Copper Loss (W):
Field Copper Loss (W):
Apparent Power (kVA):
TRANSIENT PARAMETERS & TIME CONSTANTS
D-axis Damper Leakage Reactance (ohm):
D-axis Damper Resistance (ohm):
Q-axis Damper Leakage Reactance (ohm):
Q-axis Damper Resistance (ohm):
D-axis Transient Reactance (ohm):
D-axis Subtransient Reactance (ohm):
Q-axis Subtransient Reactance (ohm):
Field Leakage Reactance (ohm):
Negative-Sequence Reactance (ohm):
Zero-Sequence Reactance (ohm):
D-axis Damper Leakage Reactance per Unit:
D-axis Damper Resistance per Unit:
Q-axis Damper Leakage Reactance per Unit:
Q-axis Damper Resistance per Unit:
D-axis Transient Reactance per Unit:
Field Leakage Reactance per Unit:
Negative-Sequence Reactance per Unit:
Zero-Sequence Reactance per Unit:
Field Winding Time Constant
with Open-Circuit Armature (s):
D-axis Transient Time Constant (s):
D-axis Subtransient Time Constant
Q-axis Subtransient Time Constant
Armature Time Constant (s):
The 3-phase 2-layer winding can be arranged in 24 slots as below:
AAAAZZZZBBBBXXXXCCCCYYYY
Angle per slot (elec. degrees):
Phase-A axis (elec. degrees):
First slot center (elec. degrees):
The field winding can be arranged as below:
Turns Width Thickness
Maximum number of turns per pole is:
TRANSIENT FEA INPUT DATA
For Armature Winding:
Terminal Resistance (ohm):
End Leakage Inductance (H):
Bar Resistance (ohm):
End Ring Resistance (ohm):
End Ring Inductance (H):
End Ring Center Length Ratio:
End Ring Edge Length Ratio:
Equivalent Model Depth (mm):
Equivalent Stator Stacking Factor:
Equivalent Rotor Stacking Factor:
Estimated Rotor Inertia (kg m^2):
Таблица Б.1 – Стоимость материалов на узлы гидрогенератора
ст. электрот.34142212 т.05х750
Детали и улы обмотки статора
Шины и перемычки ШММ
Катушки статора - 164 шт.:
провод обмоточный ПСДТ 224х56
лента элмикатерм 014х25
Продолжение таблицы Б.1.
лента стеклосл. ЛСп-F-ТПл 01х20
лента Контафел Н2014
лента ЛС-ЭП-934 ТПЛ 013х25
лента EGSB 0413 024х20
Детали и материалы для укладки обмотки
лист ст.10 нержавейка
Сегменты бандажного кольца
круг 25-В нержавейка
Хомутики лента ДПРМ30
Планки втулка ст.3 лист
Лента ЛСК-110ТТ 015х25
Прокладки диэлектрические L=335мм
Материалы для укладки обмотки на ГЭС
стеклотекстолит СТЭФ т.40
Кольцо наж. пальцы подставка кроншт.
Трубопровод пожаротушения
- сегмент стержень демпф.
- изоляция щеки полюса
- изоляция сердечника
- гайки шпильки полюса
Шайбы стеклотекстолит.
Выгородка плита защитная кольцо запорное хомуты кольца груз балансир. клинья полюса прочее
Подшипник направляющий
- корпус сегменты направл. подшипника.
Подпятник без диска подп. и сегментов
Корпус сухарь направл. подш.
Запасные катушки полюса 2шт.
Вспомогательные материалы для монтажа
ИТОГО без НДС с учетом трансп расходов (3%):

Рецензия (Макеев).docx

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«Южно-Уральский государственный университет»
Факультет Энергетический
Кафедра «Электромеханика и электромеханические системы»
НА ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННЫЙ ПРОЕКТ
Квалификационный проект выполнен
Студентом Макеева Алексея Андреевича
Кафедра ЭМЭМСГруппа Э-572
Специальность 140601
Наименование темы: Аналитический расчет гидрогенератора для
Сенгилеевской ГЭС мощностью 7500 кВА
Рецензент: Краев Леонид Павлович
ОЦЕНКА ВЫПУСКНОГО КВАЛИФИКАЦИОННОГО ПРОЕКТА
Актуальность тематики работы
Степень полноты обзора состояния вопроса и корректность постановки задачи
Уровень и корректность использования в работе методов исследований математического моделирования инженерных расчетов
Степень комплексности работы применение в ней знаний естественно-научных социально-экономических общепрофессио-нальных и специальных дисциплин
Ясность четкость последовательность и обоснованность изложения
Применение современного математического и программного обеспечения компьютерных технологий в работе
Качество оформления пояснительной записки (общий уровень грамотности стиль изложения качество иллюстраций соответствие требованиям стандартов)
Объем и качество выполнения графического материала его соответствие тексту записки и стандартам
Оригинальность и новизна полученных результатов научных конструкторских и технологических решений
Отмеченные достоинства:
Выпускной квалификационный проект Макеева Алексея Андреевича «Аналитический расчет гидрогенератора для Сенгилеевской ГЭС мощностью 7500 кВА» выполнен грамотно решены все вопросы.
Актуальность дипломного проекта:
В настоящее время стоит потребность в производстве высокоэффективных гидрогенераторов и улучшений их параметров. Поэтому тема проекта достаточно актуальна.
Характеристика содержания:
Электромагнитный расчет гидроагрегата выполнен по методике Абрамова А.И. и Иванова-Смоленского А.В. Данные технического задания удовлетворены полностью. Графическая часть также выполнена в полном объеме и раскрывает тему квалификационной работы.
Положительные черты:
Показано улучшение параметров гидрогенератора при использовании новых электротехнических материалов и улучшенной технологии изготовления обмотки статора.
Практическая значимость дипломного проекта:
Автор проекта хорошо разобрался с методикой расчета гидрогенератора а также с программным пакетом Maxwell RMXprt электромагнитные расчеты которого можно использовать при дальнейшем анализе электрических машин на ИЦ «ОАО Русэлпром».
Недостатки и замечания:
Дипломный проект Макеева Алексея Андреевича соответствует направлению специальности; заслуживает оценки «отлично»; автор заслуживает присвоения квалификации инженер по специальности «Электромеханика»