Вертикальный синхронный двигатель типа ВДС2 325 - 18 мощностью 4000. Вертикальный синхронный двигатель


Описание конструкции синхронного вертикального двигателя типа ВДС-375

Поиск Лекций

В вертикальном синхронном двигателе различают активные и конструктивные части. Активными частями, участвующими в процессе преобразования энергии, являются магнитопроводы ротора и статора с обмотками. Части, обеспечивающие работу активных частей, называются конструктивными.

Основным исполнением вертикального электродвигателя является подвесное с подпятником, расположенным выше корпуса ротора, и двумя направляющими в верхней и нижней крестовинах.

Система вентиляции машины – замкнутая с циркуляцией воздуха благодаря напору, создаваемому полюсами, распорками в радиальных каналах остова ротора и центробежными вентиляторами, прикрепленными к торцам остова.

Обмотка статора двигателя мощностью 12500 кВт выполнена из катушек с термореактивной изоляцией класса В.

Двигатель допускает прямой пуск от сети. Для обеспечения синхронизации при пуске на подсинхронной частоте вращения используется форсировка возбуждения. Двигатель серии ВДС рассчитан на 200 пусков в год. Двигатель по условиям нагрева демпферной обмотки допускает два пуска подряд из холодного состояния, а третий пуск, если двигатель не вошел в синхронизм, через час.

Статор представляет собой неподвижный полый шихтованный сердечник с продольными пазами внутри, в которых расположена обмотка статора. Во внутренней полости статора расположена вращающаяся часть машины – ротор, который имеет явнополюсное исполнение. В роторе крепится обмотка возбуждения и демпферная клетка, которая служит для пуска и успокоения ротора при резком изменении режимных параметров. Обмотка возбуждения создает неподвижное поле. К валу ротора подводится нагрузка.

Рассмотрим более подробно, из каких частей состоит синхронный вертикальный двигатель ВДС -375/ 91-24, мощностью 12500 кВт.

1.2.1 Корпус статора

Корпус статора - конструктивная часть вертикального синхронного двигателя. Он служит для передачи на фундамент усилий от веса размещенных на нем узлов, деталей, электромагнитных усилий, возникающих в различных режимах эксплуатации.

Корпус статора имеет круглую форму и выполнен сварным из листовой стали. Он состоит из горизонтально расположенных круглых фланцев, промежуточных рам, распорных ребер и цилиндрической обшивки с отверстиями для выхода нагретого воздуха.

Расположение ребер, промежуточных рам и обшивки обеспечивает получение секционных камер для прохождения нагретого воздуха к отверстиям в обшивке для выхода воздуха в окружающую среду.

Нижняя торцевая рама является опорной поверхностью, статор которой устанавливается на фундамент. К корпусу статора с обеих сторон прикрепляются торцевые щиты.

На верхнюю часть корпуса установлена грузонесущая крестовина. Поэтому жесткость корпуса должна быть рассчитана на дополнительные усилия от силы тяжести вращающихся частей насосного агрегата и реакции воды. Для подъема двигателя краном к корпусу приварены цапфы.

 

1.2.2 Сердечник статора

Сердечник статора синхронного электродвигателя состоит из гладких штампованных сегментов электротехнической стали марки 2013 (холоднокатаная изотропная) толщиной 0,5 мм с выштампованными по внутреннему диаметру открытыми пазами для катушек обмотки, сегментов с вентиляционными распорками и концевых сегментов с нажимными пальцами. Сегменты собраны в пакеты и стянуты посредством нажимных фланцев и шпилек в корпусе статора.

Пакеты сердечника разделяются между собой сегментами с вентиляционными распорками, образующими радиальные вентиляционные каналы шириной по 10 мм. Сегмент с вентиляционными распорками представляет собой сложенные два штампованных листа электротехнической стали, к которым приварены точечной сваркой или приклепаны стальные полоски из специального нормализованного профиля двутаврового сечения.

Сердечник удерживается в корпусе статора посредством приваренных к рамам шихтованных клиньев и установленных с обеих сторон стальных нажимных гребенок. С помощью стяжных шпилек пакеты активной стали статора опрессовываются в монолитный сердечник. Нажимная гребенка состоит из стального фланца и приваренных к ней нажимных пальцев.

В корпусе статора сердечник устанавливается уже в обмотанном виде и закрепляется в нем посредством планок и болтов.

Так как машина имеет термореактивную изоляцию обмотки статора, то пропитка обмотки изоляционными лаками производится после ее укладки в пазы сердечника.

1.2.3 Обмотка статора

Обмотка статора выполнена из проводов прямоугольного сечения со стекловолокнистой (ПСД) изоляцией. Конструкция обмотки – двухслойная катушечная, петлевая с укороченным шагом, при котором значительно улучшается формы кривых М.Д.С. и Э.Д.С.

Для проводов прямоугольного сечения применены открытые пазы прямоугольной формы, позволяющие наилучшим способом разместить проводники и обеспечить надежную их изоляцию. При укладке проводников в пазы, дно и стенки паза покрывают изоляционным материалом. Проводники, а также их верхний и нижний слои тоже изолированы друг от друга. Укреплены проводники в пазах статора с помощью стеклотекстолитовых клиньев.

Проводники, находящиеся в пазах, соединены между собой, образуя ряд катушек. Все катушки разбиты на одинаковые группы по числу фаз, которые расположены симметрично вдоль окружности статора. В каждой такой группе все катушки электрически соединены между собой, образуя одну фазу обмотки.

 

 

1.2.4 Ротор

Ротор двигателя имеет явнополюсную конструкцию. Основные части ротора: вал, остов, обод, полюсы с обмоткой возбуждения, вентилятор, тормозные сегменты. Ротор является в первую очередь индуктором, создающим магнитное поле в машине при холостом ходе и участвующим совместно со статором в создании магнитного поля при различных нагрузках. Также ротор является маховиком, обладающим необходимым моментом инерции, вентилятором, создающим движение воздуха для охлаждения и тормозным диском для его торможения при остановке.

Конструктивный тип ротора зависит от конструкции его остова и обода. Остов представляет собой внутреннюю часть ротора, насаживаемую непосредственно на вал. На нем закреплен обод ротора, являющийся магнитопроводом. На ободе ротора крепятся полюсы.

Остов ротора выполнен в виде сварной конструкции, состоящей из кованой стальной втулки, двух круглых рам из толстого листа и поперечных ребер прямоугольного сечения. Кроме приварки, рамы закрепляются на втулке стальными цилиндрическими штифтами.

На остов ротора насажен обод, выполненный из стального литья марки Ст 3. Обод имеет многогранную форму с 24 гранями, соответствующим числу полюсов ротора. На каждой грани имеется по одной продольной канавке для крепления полюсов с Т-образным хвостовиком. Обод насаживается на остов с натягом в горячем состоянии.

На рисунке 3 показан ротор двигателя ВДС

Рисунок 3- Ротор синхронного вертикального двигателя типа ВДС

 

 

1.2.5 Полюсы ротора

Полюс ротора представляет собой стальной магнитопрвод с намотанной на него катушкой обмотки возбуждения. В пазах, выштампованных в наконечниках сердечников полюсов, размещена демпферная обмотка.

В сердечнике полюса условно различают наконечник, сердечник и хвост, с помощью которого полюс крепят к ободу. Сердечники полюсов выполнены шихтованными для уменьшения пульсационных потерь. Они набраны из стали Ст 3 толщиной 1.5мм. По торцам сердечника установлены массивные стальные щеки специального профиля. Гайки стяжных шпилек установлены в предусмотренные выемки. В машине полюсы закреплены в соответствующих пазах обода ротора вала с помощью Т-образных хвостов, расклинивающихся двумя встречными парами клиньев прямоугольного сечения. Снизу к ободу ротора приварены пластинки, закрывающие паз, служащие для упора полюса и для предотвращения выпадения клиньев.

Полюсные наконечники выполнены такой формы, чтобы воздушный зазор между полюсным наконечником и статором был минимальным под серединой полюса и максимальным у его краев, благодаря чему кривая распределения индукции в воздушном зазоре приближается к синусоиде.

Для увеличения устойчивости полюсов производится проварка головки хвоста. При проваренных хвостах допускаемые нагрузки в среднем увеличиваются на 35%. Величины допускаемых нагрузок составляют примерно половину от нагрузки, при которой полюс теряет устойчивость

1.2.6 Обмотка возбуждения

Обмотка возбуждения двигателя выполнена из отдельных полюсных катушек с открытыми наружной и внутренней поверхностями.

Обмотка возбуждения наматывается из голой полосованной меди на ребро, и проводники обмотки изолируются друг от друга и от поверхности сердечника полюса изоляционными прокладками.

Витковая изоляция катушки выполнена из стеклоткани, пропитанной эпоксидным лаком. Для придания монолитности катушки опрессованы и выпечены под большим давлением на прессе (не менее 150 кгс/см2 площади витка).

Для закрепления катушек на полюсах используются полюсные наконечники. Все катушки соединены последовательно при помощи пакетов из тонкой листовой фосфористой бронзы, образуя полное число витков обмотки возбуждения.

Для подвода тока к обмотке возбуждения на роторе расположены два контактных кольца. Токосъем с контактных колец осуществляется при помощи щеток – прямоугольных брусков, изготовленных из смеси угля, графита и порошка металла (меди и свинца). Щетки установлены в специальных щеткодержателях и прижимаются к контактной поверхности при помощи пружин.

 

1.2.7 Демпферная обмотка

Демпферная обмотка двигателя предназначена для успокоения колебаний ротора при переходных процессах; гашения поля обратной последовательности, создаваемого токами обратной последовательности при несимметричных режимах работы; улучшения условий входа в синхронизм; уменьшения перенапряжений при несимметричных коротких замыканиях.

Изготовлена демпферная обмотка из круглых бронзовых стержней, вставленных в пазы, выштампованные в полюсных наконечниках. По торцам стержни одного полюса припаяны к массивным медным шинам-сегментам твердым припоем. Короткозамыкающие сегменты полюсов соединены между собой эластично пакетом тонких изогнутых пластин.

 

1.2.8 Контактные кольца

Обмотка возбуждения, размещенная на полюсах ротора, питается постоянным током, проходящим через скользящий контакт, вращающиеся контактные кольца - неподвижные щетки. Контактные кольца выполнены из стали.

Контактные кольца собраны на сварном остове-звезде на изоляционных прокладках и затем насажены на вал. Токосъем с контактных колец осуществляют при помощи щеток – прямоугольных брусков, изготовленных из смеси угля, графита и порошка металла (меди и свинца). Щетки установлены в специальных щеткодержателях и прижимаются к контактной поверхности при помощи пружин.

1.2.9 Вал

Вал изготовлен кованным из стали. Для сопряжения с приводом он выполнен с фланцевым концом для непосредственного сопряжения. На вал насажены наглухо втулка нижнего направляющего подшипника и съемная втулка подпятника. Для обеспечения соосности втулок и вала и параллельности опорной поверхности втулки подпятника и фланца окончательная обработка вала произведена с уже насаженными втулками.

Для укладки токоподвода от обмотки ротора до контактных колец верхняя часть вала выполнена с центральным отверстием.

Для закрепления на валу остова ротора, контактных колец, втулок и других деталей применены стальные призматические шпонки. В вертикальном электродвигателе вал передаёт только вращающий момент и рассчитан в основном только на скручивание. Вертикально расположенный вал испытывает относительно небольшой изгибающий момент от сил одностороннего магнитного притяжения при неравномерном зазоре между статором и ротором электродвигателя. Кроме того, незначительные изгибающие усилия испытывают валы от небаланса вращающихся частей электродвигателя.

 

1.2.10 Подпятник

Весьма ответственной частью двигателя является упорный подшипник, или подпятник, который воспринимает вес вращающихся частей.

В подпятнике различают две основные части: вращающуюся (пяту), укрепленную на роторе и неподвижную, находящуюся под пятой. Вертикальные усилия ротора через вращающуюся пяту передаются неподвижной части и от нее на фундамент. Единственный тип упорного подшипника, который может передавать усилия от вращающейся части на неподвижную - подшипник скольжения. Таким образом, подпятник данной машины является упорным подшипником скольжения. Между трущимися поверхностями создан достаточно большой слой смазки (минеральное масло) для уменьшения сил трения. Для подпятника применена втулка, изготовленная из стальной поковки.

Втулка насажена на верхний конец вала ротора. Так как при каждой разборке и сборке электродвигателя втулку приходится снимать с вала или насаживать на вал, то для облегчения этих операций в посадочные места втулки подпятника установлены бронзовые литые кольца. Наружная поверхность верхней части втулки является цапфой для направляющего подшипника.

К верхнему торцу втулки прикреплено болтами запорное стальное кольцо, удерживающее ротор электродвигателя и присоединенное к нему колесо насоса. К нижнему торцу втулки через изоляционную прокладку прикреплен вращающийся диск подпятника.

 

1.2.11 Крестовины

Крестовины служат для восприятия и передачи вертикальных и радиальных усилий непосредственно на фундамент или корпус статора, закрепленный на фундаменте. В них размещены направляющие подшипники и подпятники. В вертикальном электродвигателе верхняя крестовина является грузонесущей, она опирается на корпус статора.

Крестовины выполнены лучевого типа сварной конструкции из листовой стали. Крестовина состоит из центральной части и приваренных к ней лап. Центральная часть крестовины изготовлена: из внутреннего цилиндра (выгородка крестовины), внешней обечайки цилиндрической формы, верхнего и нижнего фланцев, основных и промежуточных ребер, сваренных между собой. К основным ребрам приварен опорный диск, непосредственно воспринимающий нагрузку от подпятника. Центральная часть крестовины является масляной ванной и в ней расположены опорный подпятник, верхний направляющий подшипник и маслоохладители. Пространство между лапами закрыто перекрытием, состоящим из отдельных листов и являющимся одновременно верхним статорным щитом. Подпятник крестовины воспринимает нагрузку, складывающуюся из силы тяжести вращающихся частей электродвигателя и насоса и гидравлического усилия, действующего на рабочее колесо насоса.

Размеры верхней крестовины определяются из условия обеспечения ее вертикальной жесткости и допустимых механических напряжений в сечениях лап, во фланцах центральной части, в ребрах и других частях крестовины.

На нижнюю крестовину в радиальном направлении действует несбалансированная односторонняя нагрузка, воспринимаемая направляющим подшипником. Кроме того при пуске двигателя, крестовина нагружается моментом сил трения, возникающим на поверхности сегментов подпятника. Нижняя крестовина располагается своими лапами на фундаментных плитках, закрепленных непосредственно на фундаменте.

 

poisk-ru.ru

Вертикальный синхронный двигатель типа ВДС 325/40-16 мощностью 5500 кВт

Курсовой проект - Физика

Другие курсовые по предмету Физика

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вертикальный синхронный двигатель

типа ВДС 325/40-16 мощностью 5500 кВт

Задание на курсовое проектирование

 

Спроектировать вертикальный синхронный двигатель со следующими параметрами:

Номинальные данные:

- номинальная мощность СМ

номинальное линейное напряжение

номинальная частота вращения ротора

номинальная частота напряжения сети

номинальный коэффициент мощности (опережающий)

внешний диаметр сердечника статора

класс нагревостойкости изоляции

схема обмотки статора

Технические требования:

кратность пускового момента? 0,4

кратность максимального момента? 1,8

кратность входного момента? 1,4

кратность пускового тока? 5,5

Изоляция обмотки статора - термореактивная. Возбудитель - статический, тиристорный

 

Реферат

 

Пояснительная записка включает в себя расчет синхронного двигателя вертикального исполнения типа ВДС 325/40-16 мощностью Pном = 5500 (кВт).

В данной работе произведен синтез электромагнитного ядра явнополюсного синхронного вертикального двигателя, результаты которого удовлетворяют всем предъявленным техническим требованиям.

В первой главе описаны конструкция, принцип действия, назначение, основные характеристики и элементы конструкции синхронного двигателя.

Вторая глава представляет собой полностью ручной расчет электромагнтного ядра с учетом всех требований и ограничений. Здесь получен первоначальный вариант проектируемого двигателя.

Далее производится синтез электромагнитного ядра двигателя на ЭВМ и поиск оптимального варианта. При этом используются данные второй главы, а также некоторые опытные и аналитические зависимости. Итогом третьей главы является полностью спроектированное электромагнитное ядро машины.

Математические вычисления были выполнены в математическом пакете MathCAD13, все рисунки выполнены в Компас-3D-V7_LT.

Пояснительная записка содержит 37 страницы, 14 рисунков, 4 таблицы; было использовано четыре источника литературы.

 

Введение

 

В настоящее время широкое распространение получили крупные вертикальные электродвигатели переменного тока мощностью от нескольких десятков ватт до десятков мегаватт, а частотой вращения от нескольких до десятков тысяч оборотов в минуту.

Синхронные двигатели большой мощности экономически выгоднее, чем двигатели другого типа. Также целесообразно применять их в качестве привода устройств, в местах стабильной нагрузки, где не требуются частые пуски и двигатель должен работать с постоянной частотой вращения, например: компенсаторы, насосы, воздухоустановки, нагнетатели. инхронный двигатель в сравнении с другим двигателем имеет следующие преимущества:

возможность генерирования и регулирования реактивной мощности;

меньшая зависимость перегрузочной способности от напряжения;

возможность кратковременно увеличивать перегрузочную способность за счет форсировки возбуждения;

стабильная частота вращения, что обеспечивает технологичность процесса.

И следующие недостатки:

сложность изготовления, дороговизна, меньшая надежность;

сложность в управлении и регулировании скорости вращения;

затруднен пуск.

 

1. Назначение, краткое описание конструкции и системы возбуждения

 

.1 Принцип действия и конструкция

 

Следует выделить две основные части синхронной машины: статор и ротор. Статор представляет собой неподвижный полый шихтованный сердечник с продольными пазами внутри, в которых расположена обмотка статора. Во внутренней полости статора расположена вращающаяся часть машины - ротор, который может иметь явно полюсное и неявно полюсное исполнение. В неявно полюсной машине зазор между ротором и статором постоянный. В роторе крепится обмотка возбуждения и демпферная клетка, которая служит для пуска и успокоения ротора при резком изменении режимных параметров. Обмотка возбуждения создает неподвижное поле. К валу ротора подводится нагрузка.

Синхронная машина может работать в двух различных режимах: в автономном и параллельно с сетью. В автономном режиме машина является единственным источником энергии для потребителей, то есть работает только в генераторном режиме. При работе от сети или параллельно сети она может работать в режимах синхронного генератора, двигателя, компенсатора.

 

.2 Конструкция корпуса, сердечника и обмотки статора вертикального СД

 

.2.1 Корпус статора

Корпус статора вертикального электродвигателя имеет круглую форму и выполняется сварным из листовой стали. Он состоит из горизонтально расположенных круглых фланцев, промежуточных рам, распорных ребер и цилиндрической обшивки с отверстиями для выхода нагретого воздуха.

Расположение ребер, промежуточных рам и обшивки обеспечивает получение секционных камер для прохождения нагретого воздуха к охладителям - при замкнутом цикле вентиляции или к отверстиям в обшивке для выхода воздуха в окружающую среду - при разомкнутом цикле. Нижняя торцевая рама является опорной поверхностью, статор которой устанавливается на фундамент. К корпусу статора с обеих сторон прикрепляются торцевые щиты.

 

.2.2 Сердечник статора

Сердечник статора синхронного и асинхронного электродвигателей состоит из гладких штампованных сегментов из электротехнической стали то

geum.ru

Вертикальный синхронный двигатель типа ВДС2 325

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО "Уральский государственный технический университет -УПИ"

Кафедра электрических машин

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Вертикальный синхронный двигатель типа ВДС2 325 - 18 мощностью 4000

Техническое задание

Спроектировать вертикальный синхронный двигатель со следующими параметрами:

Номинальные данные:

номинальная мощностьРн = 4000 кВт

номинальное линейное напряжениеUн = 10 кВ

- номинальный коэффициент мощности (опережающий)= 0.9

номинальная частота напряжения сетиfн = 50 Гц

номинальная частота вращения ротора= 333 об/мин

внешний диаметр сердечника статораDa = 3.25 м

класс нагревостойкости изоляцииF

схема обмотки статораY

Технические требования:

кратность пускового моментаМп / Мном 0.5

кратность максимального моментаМмакс / Мном 1.9

кратность входного моментаМвх / Мном 1.4

кратность пускового токаIп / Iном 4.8

Изоляция обмотки статора - термореактивная. Возбудитель - статический, тиристорный.

Реферат

В пояснительной записке представлен расчет вертикального синхронного двигателя типа ВДС2-325-18 мощностью Рном = 4000 кВт.

В данной работе описывается методика синтеза электромагнитного ядра явнополюсного синхронного двигателя, который должен удовлетворять всем предъявленным техническим требованиям.

В первой главе дано назначение вертикальных синхронных двигателей и краткое описание их конструкции. Во второй главе приводится ручной расчет электромагнитного ядра вертикального синхронного двигателя по номинальным данным и техническим требованиям. В результате этой работы получаем вариант, служащий исходным для оптимизации в программе "OPTCD". В третьей главе произведена оптимизация электромагнитного ядра на ЭВМ, которая заключается в поиске лучшего из возможных вариантов двигателя при условии соблюдения технического задания.

синтез электромагнитный ядро двигатель

Техническое задание

Реферат

Введение

Глава 1. Общая характеристика вертикального синхронного двигателя типа ВДС2

.1 Конструкция корпуса, сердечника и обмотки статора

.2 Конструкция ротора вертикального синхронного двигателя

.3 Конструкция крестовин

.4 Конструкция вала

.5 Подпятник

.6 Изоляция направляющих подшипников и подпятника

.7 Система возбуждения

глава 2. Расчет электромагнитного ядра

.1 Расчет номинальных величин

.2 Расчет сердечника статора

.3 Расчет обмотки статора

.4 Коррекция главных размеров статора по уровню индукции в воздушном зазоре, зубцах и спинке статора

.5 Расчет величины воздушного зазора

.6 Расчет полюса и демпферной обмотки

.7 Расчет магнитной цепи

.8 Расчет перегрузочной способности

.9 Расчет обмотки возбуждения

глава 3. Оптимизация электромагнитного ядра на ЭВМ

.1 Поиск приемлемого варианта

.2 Оптимизация по минимуму приведенной стоимости

.3 Оптимизация по минимуму резервов и выбор оптимального варианта

Заключение

Введение

В настоящее время широкое распространение получили крупные вертикальные электродвигатели переменного тока мощностью от нескольких десятков ватт до десятков мегаватт, а частотой вращения от нескольких до десятков тысяч оборотов в минуту.

Синхронные двигатели большой мощности экономически выгоднее, чем двигатели другого типа. Также целесообразно применять их в качестве привода устройств, в местах стабильной нагрузки, где не требуются частые пуски и двигатель должен работать с постоянной частотой вращения, например: компенсаторы, насосы, воздухоустановки, нагнетатели.

Весьма удобно, когда электрическая машина удалена от центра питания, так как при питании такого синхронного двигателя можно регулировать реактивную мощность в узле и тем самым поддерживать постоянное напряжение.

Насосные агрегаты с асинхронными двигателями устанавливаются на электростанциях. При питании двигателя, находящегося на электростанции, нет потерь мощности на передачу реактивной энергии по ЛЭП, не требуется от электродвигателя выдача реактивной энергии в сеть. В этих условиях асинхронные короткозамкнутые двигатели имеют значительные преимущества перед синхронными в части удобства и простоты обслуживания, а также стоимости. Стоимость асинхронного короткозамкнутого двигателя в среднем на 20% меньше стоимости синхронного двигателя с электромашинным возбудителем.

В настоящее время в эксплуатации находится большое количество крупных вертикальных электродвигателей переменного тока. В ирригационных и оросительных системах, на насосных станциях городского и промышленного водоснабжения устанавливаются насосные агрегаты с вертикальными электродвигателями, преимущественно синхронными, мощностью от 500 до 25000 кВт.

На гидроаккумулирующих станциях, где агрегаты работают то как насосы, создавая запасы воды в водохранилищах, то как турбины, расходуя запасенную воду в часы пиков электронагрузки, мощность синхронных двигателей-генераторов доходит до 100 МВт и более.

Для систем технического водоснабжения тепловых электростанций применяются вертикальные насосные агрегаты с асинхронными двигателями мощностью от 300 до нескольких тысяч киловатт. Мощность асинхронных двигателей для главных циркуляционных насосов атомных электростанций достигает 10000 кВт.

Таким образом, синхронный двигатель в сравнении с другим двигателем имеет следующие преимущества:

  • возможность генерирования и регулирования реактивной мощности;
  • меньшая зависимость перегрузочной способности от напряжения;
  • возможность кратковременно увеличивать перегрузочную способность за счет форсировки возбуждения;
  • стабильная частота вращения, что обеспечивает технологичность процесса.

И следующие недостатки:

  • сложность изготовления, дороговизна, меньшая надежность;
  • сложность в управлении и регулировании скорости вращения;
  • затруднен пуск.

Глава 1. Общая характеристика вертикального синхронного двигателя типа ВДС2

1.1 Принцип действия и конструкция

Следует выделить две основные части синхронной машины: статор и ротор. Статор представляет собой неподвижный полый шихтованный сердечник с продольными пазами внутри, в которых расположена обмотка статора. Во внутренней полости статора расположена вращающаяся часть машины - ротор, который может иметь явно полюсное и неявно полюсное исполнение. В неявно полюсной машине зазор между ротором и статором постоянный. В роторе крепится обмотка возбуждения и демпферная клетка, которая служит для пуска и успокоения ротора при резком изменении режимных параметров. Обмотка возбуждения создает неподвижное поле. К валу ротора подводится нагрузка.

Синхронная машина может работать в двух различных режимах: в автономном и параллельно с сетью. В автономном режиме машина является единственным источником энергии для потребителей, то есть работает только в генераторном режиме. При работе от сети или параллельно сети она может работать в режимах синхронного генератора, двигателя, компенсатора.

Рассмотрим принцип действия синхронной машины, которая имеет питание как обмотки возбуждения, так и обмотки статора от независимых источников: обмотка возбуждения - от возбудителя, обмотка статора - от трехфазной сети. Если подать постоянное напряжение на обмотку возбуждения, то по ней потечет постоянный ток, который будет создавать неподвижное, относительно ротора, поле. При подключении фаз обмотки статора, которые сдвинуты в пространстве на 1200 к трехфазной сети, то будет создана вращающееся с синхронной скоростью поле. Если ротор привести во вращение с синхронной скоростью, то эти поля, относительно друг друга станут неподвижными. В зависимости от положения ротора возникнет момент - тормозящий или двигательный. Таким образом, синхронная машина при подключении к сети, в зависимости от положения ротора, может работать как в генераторном, так и в двигательном режимах. В режиме двигателя ротор отстает от поля статора, в отличии от генераторного, где ротор опережает. Под действием электромагнитного момента, который совпадает с направлением вращения и противонаправлен внешнему нагрузочному моменту, происходит синхронное вращение ротора. Степень загруженности оценивают рабочим углом q - угол между ротором и осью поля статора. Чем больше нагрузка, тем больше q.

1.2 Конструкция корпуса, сердечника и обмотки статора

Основным исполнением вертикальных электродвигателей является подвесное с подпятником, расположенным выше корпуса ротора, и двумя направляющими подшипниками в верхней и нижней крестовинах и с фланцевым концом вала для присоединения к насосу. В большинстве своем двигатели рассматриваемого диапазона мощностей и частот вращения выполняются с подпятниками и направляющими подшипниками скользящего трения.

Рис.1 Общий вид вертикального синхронного двигателя.

Система смазки - замкнутая внутри масляных ванн верхней и нижней крестовин без внешней циркуляции. Масло в ваннах охлаждается с помощью встроенных маслоохладителей. Вертикальные электродвигатели малой мощности могут выполняться с подпятником скольжения и с направляющими подшипниками качения, имеющими жидкостную систему смазки.

Синхронные электродвигатели мощностью от 3200 кВт и выше в большинстве своем выполняются с непосредственно пристроенным возбудителем. Якорь возбудителя присоединяется к верхнему концу вала двигателя.

Возбудитель вертикального синхронного двигателя отличается по исполнению от нормальной вертикальной машины постоянного тока отсутствием подшипников, выполнением вала с центральным сквозным отверстием è расположением контактных колец двигателя рядом с коллектором.

Электродвигатели меньшей мощности имеют независимое возбуждение от отдельно стоящего электромашинного возбудительного агрегата или от полупроводникового возбудителя. В последнее время независимое возбуждение от полупроводниковых возбудителей стало применяться и в синхронных электродвигателях большой мощности.

Синхронные вертикальные двигатели мощностью от 2000 кВт и выше в большинстве своем выполняются с замкнутым циклом вентиляции и охлаждением воздуха водяными охладителями. Воздухоохладители в количестве 4 - 6 шт. прикрепляются непосредственно к корпусу статора. Как правило, вертикальные синхронные электродвигатели выполняются с демпферными обмотками и предназначены для пуска от полного напряжения сети с включением обмотки возбуждения на возбудитель через разрядное сопротивление. При частых пусках демпферная обмотка должна иметь усиленную конструкцию, так же как и крепление статорной обмотки. Двигатели большой мощности могут пускаться от пониженного реактором напряжения.

Асинхронные вертикальные двигатели с короткозамкнутым ротором большей частью изготовляются с разомкнутой системой вентиляции и выходом воздуха в окружающую среду из отверстий в корпусе статора. Степень защиты - 1Р11 (защищенное). Как правило, они предназначаются для прямого пуска от полного напряжения сети.

1.2.1 Корпус статора

Корпус статора вертикального электродвигателя имеет круглую форму и выполняется сварным из листовой стали. Он состоит из горизонтально расположенных круглых фланцев, промежуточных рам, распорных ребер и цилиндрической обшивки с отверстиями для выхода нагретого воздуха.

Расположение ребер, промежуточных рам и обшивки обеспечивает получение секционных камер для прохождения нагретого воздуха к охладителям - при замкнутом цикле вентиляции или к отверстиям в обшивке для выхода воздуха в окружающую среду - при разомкнутом цикле. Нижняя торцевая рама является опорной поверхностью, статор которой устанавливается на фундамент. К корпусу статора с обеих сторон прикрепляются торцевые щиты .

На верхнюю часть корпуса устанавливается грузонесущая крестовина. Поэтому жесткость корпуса должна быть рассчитана на дополнительные усилия от силы тяжести вращающихся частей насосного агрегата и реакции воды. Для подъема двигателя краном к корпусу приварены цапфы. По условию транспортабельности в электродвигателях с диаметром статора более четырех метров корпус выполняется разъемным из двух половин.

Крепление двух частей корпуса в кольцо производится стяжными шпильками, пропущенными сквозь толстые, стальные пластины, вваренные в края половинок корпуса

.2.2 Сердечник статора

Сердечник статора синхронного и асинхронного электродвигателей состоит из гладких штампованных сегментов из электротехнической стали толщиной 0,5 мм с выштампованными по внутреннему диаметру открытыми пазами для катушек обмотки, сегментов с вентиляционными распорками и концевых сегментов с нажимными пальцами. Сегменты собраны в пакеты и стянуты посредством нажимных фланцев и шпилек в корпусе статора. Сегменты штампуются из электротехнических сталей марок 1211, 1311, 1411, 2411, 3413 и покрываются с обеих сторон лаком горячей сушки. Пакеты сердечника разделяются между собой сегментами с вентиляционными распорками, образующими радиальные вентиляционные каналы. Сердечник удерживается в корпусе статора посредством приваренных к рамам шихтованных клиньев и установленных с обеих сторон стальных нажимных гребенок. С помощью стяжных шпилек пакеты активной стали статора, спрессовываются в монолитный сердечник. Нажимная гребенка состоит из стального фланца и приваренных к ней нажимных пальцев. Для уменьшения добавочных потерь от потоков рассеяния пальцы гребенки изготовлены из немагнитной стали.

Сердечник статора выполнен из штампованных сегментов и разделен радиальными каналами на ряд пакетов. Пакеты собираются в остов сварной конструкции, выполненный из стального листа и состоящий из двух рам, ряда ребер и нажимного фланца. Сердечник закрепляется в остове посредством стяжных шпилек, пропущенных через отверстия в спинке сегментов, в раме и нажимном фланце. В корпусе статора сердечник устанавливается уже в обмотанном виде и закрепляется в нем посредством планок и болтов.

1.2.3 Обмотка статора

Вертикальные синхронные и асинхронные двигатели выполняются с катушечными петлевыми двухслойными обмотками с укороченным шагом. Катушки состоят из ряда витков обмоточной меди прямоугольного сечения марки ПБД или ПСД с двусторонней изоляцией толщиной 0,33 мм или медного проводника с усиленной изоляцией марки ПЭТВСД с двусторонней толщиной 0,5-0,55 мм. Каждый виток состоит из одного или нескольких проводников. по ширине паза располагается не более двух проводников. Для катушек обмоток на напряжение свыше 3000 В, выполняемых из обмоточной меди ПБД и ПСД, необходимо на каждый виток накладывать витковую изоляцию. При изготовлении катушек из обмоточной меди марки ПЭТВСД для обмоток на напряжение 6000 В дополнительной витковой изоляции не требуется.

Катушки изготовляются на шаблонах совершенно одинаковыми по форме и размерам. Выгибанием лобовой части на специальном оборудовании достигается форма катушек, при которой стороны располагаются в разных плоскостях.

1.3 Конструкция ротора вертикальных синхронных двигателей

В зависимости от мощности и частоты вращения ротор синхронного двигателя имеет различное конструктивное исполнение. Ротор состоит из следующих основных узлов: остова, магнитного обода, полюсов, обмотки возбуждения, вала с насаженными втулками подпятника и направляющих подшипников.

.3.1 Остов и магнитный обод ротора

Остов ротора выполняется в виде сварной конструкции, состоящей из кованой стальной втулки, двух круглых рам из толстого листа и поперечных ребер прямоугольного сечения. Кроме приварки, рамы закрепляются на втулке стальными цилиндрическими штифтами.

На остов ротора насажен обод. Обод имеет многогранную форму с числом граней, равным числу полюсов ротора. На каждой грани имеется по одной продольной канавке для крепления полюсов с Т-образным хвостовиком. Обод насаживается на остов с натягом в горячем состоянии. Со стороны, обращенной к нижней крестовине, к ободу прикрепляется болтами диск из стального листа, в который при подъеме ротора упираются винты домкрата или колодки тормоза-домкрата.

Для предохранения от сдвига обода при подъеме ротора на домкратах обод дополнительно закрепляется на остове путем установки стальных цилиндрических штифтов, пропущенных сквозь толщу обода и поперечное ребро остова. Обод ротора подобной конструкции воспринимает усилия от центробежной силы полюсов и зоны обода, в которой размещаются хвостовики полюсов.

Остов у мощного ротора имеет сварную конструкцию, выполнен в виде двух стальных рам круглой формы с приваренными поперечными стержнями и вертикальными ребрами, размещенными между рамами. Остов прикрепляется к двум фланцам втулки посредством пригнанных конусных стальных шпилек. Сама втулка насажена на вал с натягом методом горячей посадки. Подобная конструкция допускает выем ротора из статора, не нарушая линию спаренных валов двигателя и насоса.

.3.2 Полюсы ротора.

Для уменьшения пульсационных потерь полюсы набираются из штампованных листов. Штампованные вырубки полюсов собираются в монолитные пакеты посредством двух стальных щек и шпилек или заклепок. В башмаках полюсных вырубок выштамповываются и в щеках высверливаются круглые отверстия для размещения стержней демпферной обмотки. Щеки полюсов изготовляются стальными, литыми или коваными или вырезаются из толстого листового проката. Крепление полюсов к остову ротора производится посредством Т-образных хвостовиков и парных тангенциальных клиньев или болтами.

Для увеличения устойчивости полюсов рекомендуется производить проварку головки хвоста. При пропаренных хвостах допускаемые нагрузки в среднем увеличиваются на 35%. Величины допускаемых нагрузок составляют примерно половину от нагрузки, при которой полюс теряет устойчивость. В шихтованных полюсах наиболее нагруженной частью является хвостовая зона полюсной щеки, на которую действует сосредоточенная центробежная нагрузка от массы лобовой части полюсной катушки, сегмента пусковой обмотки и самой щеки.

В вертикальных электродвигателях полюсы крепятся к остову ротора с помощью одного или двух хвостов. Крепление одним хвостом является более простым и технологичным, и поэтому имеет преимущественное применение.

В тихоходных синхронных двигателях шихтованные полюсы могут крепиться к ободу ротора посредством стальных болтов. По сравнению с клиновым болтовое крепление полюсов является более простым в изготовлении. Кроме того, толщина обода ротора может быть существенно уменьшена.

Ввиду этого, если обеспечивается достаточная механическая прочность, то болтовое крепление полюсов может быть рекомендовано наряду с клиновым креплением с помощью Т-образных хвостов. Глубина ввинчивания болтов в нарезку шихтованных полюсов должна быть равной 2,5 диаметра нарезки.

Для ужесточения шихтованного полюса последний снабжается стальным брусом круглой или прямоугольной ной формы. Брус пропускают через отверстия в штампованных листах полюсов н нажимных щеках. При исполнении полюса со стальным брусом болты, крепящие полюсы к магнитному ободу ротора, ввинчиваются не в шихтованный сердечник, а в сплошной брус.

.3.3 Обмотка возбуждения

Обмотка возбуждения синхронных двигателей выполняется из отдельных полюсных катушек с открытыми наружной и внутренней поверхностями

Катушка полюса изготовляется из голой, согнутой на ребро шинной меди. В синхронных двигателях большой мощности катушки полюсов выполняются из шинной меди специального профиля. Применением подобной меди достигается увеличение наружной поверхности катушки и улучшение съема тепла с катушки.

Витковая изоляция катушки выполняется из лакированной асбестовой бумаги или из стеклоткани, пропитанной эпоксидным лаком. Для придания монолитности катушки опрессовываются и выпекаются под большим давлением на прессе (не менее 150 кгс/см2 площади витка).

Изоляция катушки от корпуса накладывается непосредственно на сердечник полюса. Она выполняется из ряда слоев асбестовой бумаги и микафолия для класса изоляции В или из стеклоткани, пропитанной эпоксидным лаком, для класса нагревостойкости F.

Изоляция больших полюсов изготовляется в виде твердых коробов, выполненных из прессованной стеклоткани на эпоксидных связующих. Короба составные и склеиваются под давлением непосредственно на сердечнике полюса. От остова ротора и от полюсного башмака катушки изолируются путем прокладки гетинаксовых или стеклотекстолитовых шайб.

Полюсные катушки выполняются также залитыми синтетическими смолами (эпоксидными) аналогично способу пропитки под вакуумом статорных катушек с термореактивной изоляцией на эпоксидных связующих. Залитые катушки полюсов обладают высокими механическими свойствами, высокой влагостойкостью и обеспечивают хорошую теплопередачу полюсному наконечнику.

Упрочненные катушки устанавливаются на изолированные каркасами и шайбами сердечники полюсов и раскрепляются до заливки изоляционными прокладками.

После заливки смолой полюс с катушкой представляет одно целое. Конструкция полюсов с залитыми катушками возбуждения обладает высокой надежностью, в то же время сами катушки являются неремонтоспособными. При неисправности катушки приходится заменять полностью собранный полюс.

Условия охлаждения катушки возбуждения могут быть улучшены путем установки катушки на изолированный сердечник полюса с помощью расклинивающих прокладок. В образованном зазоре между катушкой и сердечником полюса циркулирует охлаждающий воздух

Выводные концы катушек с целью обеспечения удобств сборки и компенсации температурных деформаций набираются из тонкой ленточной меди и приклепываются к крайним виткам катушки.

В катушках, выполненных из относительно толстых медных проводов, выводные конусы присоединяются к крайним виткам с помощью ласточкиного хвоста и пропаиваются.

Соединение катушек производится медными хомутиками и пропаивается. Для предохранения от выгиба и разрыва, которые возможны под действием центробежных усилий, верхние выводные концы катушек прикрепляются к изоляционной прокладке, установленной между башмаками соседних. полюсов и прибандажированной шпагатом. Нижние выводные концы прикрепляются изоляционными планками к ободу ротора.

Для предохранения катушек от перемещения в радиальном направлении на полюсах, прикрепляемых к остову ротора Т-образными хвостами, устанавливаются спиральные дружины и нажим пружин на катушки осуществляется через стальные шайбы.

.3.4 Демпферная обмотка

Синхронные вертикальные двигатели имеют демпферные (пусковые) обмотки, состоящие из круглых латунных или медных (латунь марки Л62 по ГОСТ 1019-47 медь марки М1 или М2 по ГОСТ 859-66) стержней, припаянных концами к медным пластинам (сегментам). Для получения хорошего теплоотвода стержни демпферной обмотки должны сидеть в пазу плотно, без зазора. Стержни должны быть зафиксированы по центру полюсного башмака с помощью керновки или чеканки для обеспечения равномерного удлинения от торцов башмака при нагреве. Сегменты демпферных обмоток выполняются из меди марки МГТ (ГОСТ 434-71) и припаиваются к стержням тугоплавким припоем. Сегменты располагаются в горизонтальной или вертикальной плоскости.

Конструкция обмотки с демпферными сегментами, расположенными в горизонтальной плоскости, является простой и технологичной по исполнению и надежной в работе. Подобная конструкция применяется в основном для тихоходных двигателей, у которых отсутствуют массивные полюсные щеки и имеется возможность расположить демпферные сегменты в непосредственной близости к краю полюса. Концы соседних горизонтально расположенных сегментов соединяются между собой внахлест болтами, образуя замкнутое кольцо. При достаточной высоте полюсного башмака демпферные обмотки с горизонтальными сегментами могут применяться и в случаях механически загруженных обмоток. Концы соседних сегментов соединяются между собой медными пластинами и для механического закрепления притянуты стальными изолированными шпильками к ободу ротора.

Наиболее часто для крупных двигателей применяется конструкция демпферной обмотки с креплением каждого сегмента зубом (выступом) на козырьке щеки полюса

На плоскости сегмента, обращенной к щеке, делается паз глубиной примерно в половину толщины сегмента (не менее 6 мм). В этом пазу размещается выступ щеки. Соединение сегментов в кольцо выполняется в этом случае также с помощью соединительных медных планок по две на каждый стык. Контактные поверхности сегментов и накладок для особо тяжелых условий пуска двигателя выполняются серебреными.

1.4 Пуск

Весьма сложен процесс пуска синхронного двигателя, так как за счет синхронного момента разогнать ротор из неподвижного состояния до синхронной скорости невозможно из-за инерционности ротора. Если попытаться запустить двигатель за счет подачи одновременно напряжения на обмотку статора и на обмотку ротора от возбудителя, то синхронный момент, возникший в результате взаимодействия полей ротора и статора будет знакопеременным с частотой 50 Гц. В следствии этого, для пуска предусмотрена специальная пусковая обмотка или демпферная обмотка, которая помогает гасить качание ротора в результате переходных процессов. В явно полюсной синхронной машине пусковая обмотка представляет собой короткозамкнутую обмотку типа беличья клетка. Ее стержни располагаются в пазах полюсного наконечника. Сегменты соседних полюсов также связаны и образуют общее короткозамыкающее кольцо. В неявнополюсной машине роль пусковой обмотки выполняет массив ротора и пазовые клинья.

Пуск осуществляется в два этапа: на первом за счет взаимодействия поля статора с пусковой обмоткой возникает асинхронный момент, двигатель запускается до подсинхронной скорости; на втором подается напряжение на обмотку возбуждения и под действием электромагнитного момента происходит втягивание машины в синхронизм.

глава 2. Расчет электромагнитного ядра

.1 Расчет номинальных величин

Номинальная полная мощность

где ? = 0.95 - среднее значение КПД крупных синхронных двигателей.

Номинальный фазный ток статора

.2 Расчет сердечника статора

Число пар полюсов

Внутренний диаметр статора

где Da - внешний диаметр сердечника статора, м. Корректируем внутренний диаметр статора (Di = 2,77 м) для того чтобы в пунктах 2.6. и 2.7. обеспечивались, приведенные там, соотношения

Полюсное деление

Длина сердечника статора

Высота спинки сердечника статора

Высота паза статора

Ширина паза статора

где U1 = Uн и ? = 0 - при термореактивной изоляции.

Проверка выполнения соотношений hn = (5-7)bn и hj ? hn: и

hj - hn = 0,145 - 0,0951 = 0,0499. Соотношения выполняются.

Число параллельных ветвей

Число параллельных ветвей а выбирается из ряда чисел, кратных числу полюсов. При 2р = 18 возможны числа параллельных ветвей 18, 9, 6, 3, 2, 1. Как правило выбирается наименьшее число из ряда возможных чисел так, чтобы удовлетворялось условие Ia = Iн/а < 275.

< 275 - условие выполняется, следовательно а = 1.

Максимальное зубцовое деление

Максимально возможное число полюсов статора

Число пазов на полюс и фазу

Число пазов статора

Число пазов в сегменте

Число выбирается кратным числу пазов Z в диапазоне Zc =6-18. Наилучшее деление на сегменты получается при Zc = 9. При этом большая хорда сегмента

По условию большая хорда сегмента должна быть меньше половины стандартного листа на величину прпуска (5 - 10 мм ). Сегменты штампуются из рулонов электротехнической стали шириной 860 мм.

Зубцовое деление

.3 Расчет обмотки статора

Линейная нагрузка

А/м

Число эффективных проводников в пазу

Величина Un округляется до ближайшего целого четного числа. Un = 8.

Число элементарных проводников в одном эффективном

где J1 = 5,3 - Uн/10 = 4,3 - предварительное значение плотности тока в обмотке статора, А/мм2;

S0 = 18 мм2 - предварительная площадь сечения элементарного проводника. Число n0 может принимать значения 1,2,3,4,6. n0 = 6.

Ширина элементарного проводника

где ?в = 1,2 - толщина витковой изоляции, мм;

?к = 6,1 - толщина корпусной изоляции, мм;

m0 = 2 - число элементарных проводников по ширине паза.

Высота элементарного проводника

где ?из = 0,33 - двухсторонняя толщина изоляции элементарного проводника, мм.

По найденным значениям a0 и b0 из табл. П3.2. [4] определяются размеры стандартного проводника и его сечение S0, а затем уточняются размеры паза

a0 = 2,12 мм;

b0 = 4,5 мм;

S0 = 9,177 мм2;

Размеры паза должны удовлетворять соотношениям

bn = (0,34 - 0,45)t1 = (0,34 - 0,45)*0,04 = 0,014 - 0,018 м,

hn = (4,5 - 7.5)bn = (4,5 - 7.5)×0,018 = 0,08 - 0,133 м.

Соотношения выполняются.

Средний перепад температуры в изоляции обмотки статора

?С,

где - плотность тока в обмотке статора;

?из = 0,022 Вт/мм2 - теплопроводность изоляции для термореактивной изоляции.

Средний перепад температуры ?из не должен превышать 25 - 30 ?С.

Число витков в фазе

Шаг обмотки (округляется до ближайшего целого)

, y =10,

где m = 3 - число фаз.

Укорочение шага

Коэффициент укорочения

.

Коэффициент распределения

.

Обмоточный коэффициент

2.4 Коррекция главных размеров статора по уровню индукции в воздушном зазоре, зубцах и спинке статора

Число вентиляционных каналов (округляется до ближайшего целого)

, nв = 9,

где bг = 0,04 м - ширина пакета статора;

bв = 0.01 м - ширина вентиляционного канала.

Длина сердечника статора

м.

Индукция в воздушном зазоре над серединой полюса

Тл,

где ? = 0,77 - 0,12? = 0,77 - 0,12*0,483 = 0,712 - коэффициент полюсного перекрытия. 2.4.4. Индукция в спинке статора

Тл,

где м - высота спинки статора;

м - суммарная длина пакетов статора.

Индукция в зубцах на высоте 1/3 от основания паза

Тл,

гдем

bz1/3 - ширина зубца на высоте 1/3 от основания паза.

Значения индукций в различных участках магнитной цепи при холостом ходе обычно находятся в пределах:

B?0 = (0,6 - 0,82) Тл;

Bj = (1,46 - 1,6) Тл;

Bz1/3 = (1,6 - 1,8) Тл.

Так как полученные значения индукций не попадают в указанный диапазон, то необходимо выполнить коррекцию главных размеров: внутреннего диаметра Di и длины lt.

Таблица 1. Коррекция главных размеров статора

Вариант коррекцииIIIIIIIVDi2,772,782,82,81nв98860,040,040,040,040,490,440,440,340,40,360,360,280,480,490,490,490,040,040,0410,0410,1420,1370,1270,1220,0230,0230,0230,0230,5340,5920,5880,7580,8550,9851,0631,4231,2461,3761,3591,73

.5 Расчет величины воздушного зазора

Линейная нагрузка

А/м.

Величина воздушного зазора под серединой полюса

м,

Найденное значение ? не должно быть ниже граничного ?гр, определяемого условиями изготовления и монтажа

м.

Одновременно проверяется условие

м.

.6 Расчет полюса и демпферной обмотки

Ширина полюсного наконечника

м.

Высота полюсного наконечника

м.

Ширина сердечника полюса

м.

Высота сердечника полюса

м.

Число стержней демпферной обмотки (округляется до ближайшего целого числа)

.

Сечение стержня демпферной обмотки

мм2.

Диаметр стержня демпферной обмотки (округляется с точностью до 0,5 мм)

мм.

Размеры демпферной обмотки корректируются по условию термической устойчивости

ncSc > 0,05As?, 10*39,645 > 0,05*52924*0,49, гдемм2.

1539.8 >1296.1

Шаг демпферной обмотки

м.

Для уменьшения добавочных потерь и исключения прилипания ротора при пуске число стержней nc и их шаг t2 корректируют так, чтобы выполнялось условие

(nc -1)(1- t2/t1) > 0,75.

(10 -1)*(1 - 0,034/0,04) = 1,32 - условие выполняется.

Площадь поперечного сечения короткозамыкающих колец

Sк = 0,5ncSc = 0,5*10*153.938=769.69мм2.

Поперечные размеры короткозамыкающих колец

мм;

мм.

Размеры колец bк и hк приводятся в соответствие со стандартными значениями шинной меди [4, табл. П3.2.].

bк = 12,5 мм;

hк = 55 мм.

Ширина шлица паза демпферной обмотки

м.

Высота шлица паза демпферной обмотки

hs = 0,003м.

2.7 Расчет магнитной цепи

Рис.4 Магнитная цепь

Первая гармоника основного магнитного потока Ф01 на холостом ходу

Вб,

МДС обмотки статора Fad по продольной оси

А,

yamiki.ru

Синхронный вертикальный двигатель типа ВДС 375/64-24

ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Спроектировать вертикальный синхронный двигатель со следующими параметрами:

Номинальная мощность = 9000 кВт

Номинальное линейное напряжение = 10 кВ

Номинальный коэффициент мощности = 0,9

Номинальная частота напряжения сети = 50 Гц

Номинальная частота вращения ротора nн = 250 об/мин;

Внешний диаметр сердечника статора Dа = 3,75 м;

Схема обмотки статора - Y;

Изоляция - термореактивная класса В;

Возбудитель - статический тиристорный.

Технические требования:

Кратность пускового тока=6.0

Кратность пускового момента=0.4

Кратность максимального момента=2.0

Кратность входного момента=1.1

Реферат

В пояснительной записке представлен расчет синхронного вертикального двигателя типа ВДС 375/64-24 мощностью = 9000 кВт.

В первой главе описаны конструкция, принцип действия, назначение, основные характеристики и элементы конструкции синхронного двигателя.

Вторая глава представляет собой ручной расчет электромагнитного ядра двигателя по номинальным данным и техническим требованиям. В ходе этой работы получен первоначальный вариант параметров двигателя.

В третьей главе производится синтез электромагнитного ядра машины на ЭВМ и поиск оптимального варианта, используя первоначальные данные, которые были получены во второй главе, путем коррекции основных конструктивных размеров.

В четвертой главе приведен анализ серии вертикальных синхронных двигателей.

Пояснительная записка содержит 66 страниц, 15 рисунков, 30 таблиц. В ходе работы были использованы 4 источника литературы.

ВВЕДЕНИЕ

Синхронной машиной называется электрическая машина переменного тока, у которой частота вращения ротора n находится в строгом соответствии с частотой сети f.

Синхронные двигатели - это бесколлекторные машины переменного тока. По своему устройству они отличаются от асинхронных машин лишь конструкцией ротора, который может быть явнополюсным или неявнополюсным. Синхронные машины отличаются синхронной частотой вращения ротора при любой нагрузке, а также возможностью регулирования коэффициента мощности, устанавливая такое его значение, при котором работа синхронной машины становится наиболее экономичной.

В настоящее время в эксплуатации находится большое количество крупных вертикальных электродвигателей переменного тока. В ирригационных и оросительных системах, на насосных станциях городского и промышленного водоснабжения устанавливаются насосные агрегаты с вертикальными электродвигателями, преимущественно синхронными, мощностью от 500 до 25000 кВт.

На гидроаккумулирующих станциях, где агрегаты работают то как насосы, создавая запасы воды в водохранилищах, то как турбины, расходуя запасенную воду в часы пиков электронагрузки, мощность синхронных двигателей-генераторов доходит до 100 МВт и более.

Двигатель, спроектированный в данной работе, используется в системах водоснабжения в качестве насоса для подъема воды на определенную высоту в каналах городского и промышленного водоснабжения, проложенных на местности с разно-уровневым рельефом.

Гидравлический насос изготавливается с вертикальным валом. Это объясняется значительными технико-экономическими преимуществами вертикальных насосов по сравнению с горизонтальными - более удобной компоновкой и меньшими размерами. Нагрузку от реакции воды и силы тяжести ротора насоса и электродвигателя воспринимает подпятник вертикального электродвигателя. Эта особенность существенно влияет на конструкцию электродвигателя. В данном двигателе применяется подвесное исполнение. В этом случае подпятник расположен выше ротора и грузонесущей является верхняя крестовина электродвигателя. Такое исполнение обеспечивает удобство обслуживания и повышает надежность работы.

На рис. 1 показан разрез насосного агрегата, состоящего из осевого насоса и синхронного двигателя мощностью 12500 кВт.

Рис. 1 - Насосная станция с вертикальным синхронным двигателем мощностью 12500 (кВт), 10 (кВ), 250 (об/мин)

1. НАЗНАЧЕНИЕ, ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

.1 Принцип действия вертикального синхронного двигателя

Выделим две основные части синхронной машины: статор и ротор. Статор это неподвижный полый шихтованный сердечник с продольными пазами внутри, в которых расположена обмотка статора. Во внутренней полости статора расположена вращающаяся часть машины - ротор. Вертикальный синхронный двигатель типа ВДC имеет явнополюсное исполнение ротора. В роторе крепится обмотка возбуждения и демпферная клетка, которая служит для пуска и успокоения ротора при резком изменении режимных параметров. Обмотка возбуждения создает неподвижное поле. К валу ротора подводится нагрузка.

Рассмотрим принцип действия синхронной машины, которая имеет питание как обмотки возбуждения, так и обмотки статора от независимых источников: обмотка возбуждения - от возбудителя, обмотка статора - от трехфазной сети. Если подать постоянное напряжение на обмотку возбуждения, то по ней потечет постоянный ток, который будет создавать неподвижное, относительно ротора, поле. При подключении фаз обмотки статора, которые сдвинуты в пространстве на 120° к трехфазной сети, будет создано вращающееся с синхронной скоростью поле. Если ротор привести во вращение с синхронной скоростью, то эти поля, относительно друг друга станут неподвижными. В зависимости от положения ротора возникнет момент - тормозящий или двигательный. Таким образом, синхронная машина при подключении к сети, в зависимости от положения ротора, может работать как в генераторном, так и в двигательном режимах. В режиме двигателя ротор отстает от поля статора, в отличии от генераторного, где ротор опережает. Под действием электромагнитного момента, который совпадает с направлением вращения и противонаправлен внешнему нагрузочному моменту, происходит синхронное вращение ротора.

Устойчивость работы электродвигателя характеризуется высоким значением максимального момента, равным 2.2Мном, что предохраняет электродвигатель от выпадения из синхронизма при кратковременном понижении напряжения от сети до 0.75Uном.

Как правило, все типы вертикальных синхронных двигателей рассчитаны для работы с опережающим cos? = 0.9. При работе в номинальном режиме это позволяет получить от двигателя реактивную мощность в пределах до 40% номинальной, которая может быть использована для улучшения коэффициента мощности сети.

.2 Краткое описание конструкции вертикального синхронного двигателя типа ВДС

Исполнение вертикального синхронного двигателя - подвесное с подпятником, расположенным выше корпуса ротора, и двумя направляющими подшипниками в верхней и нижней крестовинах и с фланцевым концом вала для присоединения к насосу.

Система смазки - замкнутая внутри масляных ванн верхней и нижней крестовин без внешней циркуляции. Масло в ваннах охлаждается с помощью встроенных маслоохладителей. Двигатель оснащен статическим тиристорным возбудителем с питанием через согласующий трансформатор от сети собственных нужд.

Синхронный двигатель выполнен с замкнутым циклом вентиляции и охлаждением воздуха водяными охладителями. Воздухоохладители прикрепляются непосредственно к корпусу статора. Двигатель выполнен с демпферной обмоткой и предназначен для пуска от полного напряжения сети с включением обмотки возбуждения на возбудитель через разрядное сопротивление. Так как электродвигатель для насосной станции должен допускать частые пуски, то его демпферная обмотка имеет усиленную конструкцию, так же как и крепление статорной обмотки.

Конструкция вертикального синхронного электродвигателя типа ВДС приведена на рис. 2.

Рис. 2 - Общий вид вертикального синхронного двигателя типа ВДС

Верхняя крестовина 1 является грузонесущей и выполняется цельносварной из стальных листов. К основанию крестовины и центральной цилиндрической части привариваются четыре сварные лапы из листовой стали. В центральной цилиндрической части масляной ванны крестовины расположены: сегментный регулируемый подпятник 2, сегментный регулируемый направляющий подшипник 3 и маслоохладители 4.

Нижняя крестовина 5 также сварная из листовой стали. Центральная цилиндрическая часть крестовины служит масляной ванной для размещения направляющего подшипника и трубчатых маслоохладителей. Каждая из четырех лап крестовины снабжается площадкой для установки гидравлических масляных или винтовых домкратов, служащих для подъема ротора при демонтаже подпятника и других работах по сборке и разборке электродвигателя.

Система смазки подпятника и направляющих подшипников замкнута внутри ванн с постоянным объемом масла, без внешней циркуляции. Охлаждение масла осуществляется встроенными маслоохладителями.

Обмотка статора 6 выполняется из шаблонных двухслойных катушек с сокращенным шагом, имеющих изоляцию на основе термореактивных связующих. В процессе изолировки катушки подвергаются вакуумной сушке и пропитке под вакуумом эпоксидным компаундом. Класс изоляции обмотки В.

Обмотка возбуждения 7 состоит из отдельных одинаковых катушек, насаженных на изолированные полюсы. Катушки изготовляются из голой ленточной меди, гнутой на ребро. Витки изолируются друг от друга лакированными асбестовыми прокладками.

Демпферная обмотка ротора состоит из круглых медных стержней, пропущенных через отверстия в башмаках полюсов, и приваренных к ним на концах медных сегментов. Полное замкнутое кольцо образуется путем соединения отдельных сегментов между собой планками и болтами.

Остов ротора 8 выполняется в виде сварной конструкции, состоящей из кованной стальной втулки, двух круглых рам из толстого листа и поперечных ребер прямоугольного сечения. Кроме приварки, рамы закрепляются на втулке стальными цилиндрическими штифтами.

.3 Конструкция корпуса, сердечника и обмотки статора вертикального синхронного двигателя

.3.1 Корпус статора

Корпус статора служит для передачи на фундамент усилий от веса размещенных на нем узлов и деталей и электромагнитных усилий. Корпус статора имеет круглую форму и выполняется сварным из листовой стали. Он состоит из горизонтально расположенных круглых фланцев, промежуточных рам, распорных ребер и цилиндрической обшивки с отверстиями для выхода нагретого воздуха.

В корпусе статора различают верхнюю, среднюю и нижнюю части. К средней части крепится сердечник статора. Она состоит из нескольких полок, приваренных к наружной обшивке. К полкам средней части корпуса статора с внутренней стороны по образующей цилиндрической поверхности с помощью угольников приварены клинья. Верхняя часть корпуса статора располагается выше лобовых частей и соединительных шин обмотки статора. На нее опирается крестовина.

Расположение ребер, промежуточных рам и обшивки обеспечивает получение секционных камер для прохождения нагретого воздуха к охладителям. Нижняя торцевая рама является опорной поверхностью, статор которой установлен на фундамент.

Для подъема двигателя краном к корпусу приварены цапфы. Диаметр статора - 3.75м, что по условиям транспортабельности позволяет сделать корпус цельным.

.3.2 Сердечник статора

Сердечник статора является магнитопроводом. Его шихтуют из отдельных сегментов, изготовляемых методом холодной штамповки из электротехнической стали толщиной 0.5мм, легированной кремнием, с выштампованными по внутреннему диаметру открытыми пазами для катушек обмотки, сегментов с вентиляционными распорками и концевых сегментов с нажимными пальцами. В пазы закладывают обмотку статора, закрепляемую пазовыми клиньями. Пазовые клинья входят в специальный, предусмотренный для них паз между окончаниями соседних зубцов. По внешней дуге сегмента штампуют пазы специальной формы для крепления сердечника к корпусу статора.

Сегменты собраны в пакеты и стянуты посредством нажимных фланцев и шпилек в корпусе статора. Сегменты штампуются из электротехнической стали марки 2411 и покрыты с обеих сторон лаком горячей сушки.

Пакеты сердечника разделяются между собой сегментами с вентиляционными распорками, образующими радиальные вентиляционные каналы шириной по 10мм.

Концевые сегменты крайних пакетов выполняются с нажимными пальцами. Для повышения эффективности вентиляции и обеспечения более равномерного охлаждения сердечника и обмотки статора крайние пакеты сердечника выполнены большей ширины, чем средние.

Сердечник удерживается в корпусе статора посредством приваренных к рамам шихтованных клиньев и установленных с обеих сторон стальных нажимных гребенок. С помощью стяжных шпилек пакеты активной стали статора опрессовываются в монолитный сердечник.

Пакеты собираются в остов сварной конструкции, выполненной из стального листа и состоящий из двух рам, ряда ребер и нажимного фланца. Сердечник закрепляется в остове посредством стяжных шпилек, пропущенных через отверстия в спинке сегментов, в раме и в нажимном фланце. В корпусе статора сердечник устанавливается уже в обмотанном виде и закрепляется посредством балок и болтов.

На внутренней дуге сегментов штампуют открытые пазы прямоугольной формы, чередующиеся с зубцами. В пазы закладывают обмотку статора и закрепляют пазовыми клиньями. Пазовые клинья вставляются в специальный, предусмотренный для них паз между окончаниями соседних зубцов. На внешней дуге сегмента штампуют пазы специальной формы для крепления к корпусу статора.

Размеры сегментов, число пазов в них, размеры пазов и зубцов определяют из расчёта электромагнитного ядра. При сборке сердечника отдельные сегменты могут быть сдвинуты относительно друг друга так, что размеры паза «в свету» уменьшатся по сравнению с размерами пазов «в штампе». Для того чтобы этого не случилось, размеры паза в штампе увеличивают обычно по ширине на 0,5 мм, по высоте - на 0,2 мм от расчётных величин. После штамповки сегменты имеют на контуре вырубок грат (заусенцы), который в собранном сердечнике замыкает листы стали между собой, что приводит к дополнительным потерям мощности в сердечнике и увеличенному его нагреву. Поэтому после штамповки сегменты обязательно проходят операцию снятия грата. Очищенные сегменты покрывают прочной лаковой плёнкой толщиной около 0.05 мм, которая предохраняет их от коррозии и создаёт электрическую изоляцию между ними в собранном сердечнике.

Чтобы уменьшить потери мощности и большие местные нагревы, вызванные торцевым магнитным полем (главным образом из-за выпучивания магнитного поля воздушного зазора), крайние пакеты сердечника делают ступенчатыми. Для этого в сегментах стали, укладываемых в крайние пакеты, обрезают зубцы (по внутреннему радиусу) на необходимую величину. Размер ступенек - 6х6 мм. Ступенчатая форма крайнего пакета позволяет укоротить нажимной палец, уменьшить потери в нем и увеличить его жёсткость.

Чтобы обеспечить в сердечнике наибольшую магнитную проводимость и механическую прочность, его собирают из отдельных сегментов способом в перекрой, при котором стыки сегментов одного слоя перекрываются сегментами другого слоя.

.3.3 Обмотка статора

Вертикальный синхронный двигатель выполнен с катушечной петлевой двухслойной обмоткой с укороченным шагом. Катушки состоят из ряда витков обмоточной меди сечения марки ПСД с двухсторонней изоляцией толщиной 0.33 мм. Так как напряжение двигателя превышает 3000В, витковая изоляция накладывается на каждый виток.

Для большей плотности крепления обмотки в паз под клин, между стержнями и на дно паза, между стенками паза и стержнями закладывают специальное уплотняющие прокладки. Крайние нижние клинья закрепляют, чтобы предотвратить их выпадение из паза. Лобовые части обмотки статора удерживаются бандажным кольцами от деформаций и вибраций при действии на них усилий, особенно значительных при внезапных коротких замыканиях.

Катушки изготовляются на шаблонах совершенно одинаковыми по форме и размерам. Выгибанием лобовой части на специальном оборудовании достигается форма катушек, при которой стороны располагаются в разных плоскостях.

.3.4 Изоляция статорных обмоток

Статорные обмотки имеют термореактивную изоляцию типа монолит. Изоляция выполнена из стеклослюдинитовой ленты, пропитанной эпоксидным компаундом горячего твердения. На катушку после наложения витковой изоляции накладывается многими слоями вполнахлеста сухая стеклослюдинитовая лента толщиной 0.13мм, представляющая собой слюдинитовый материал на стеклотканевой основе. Сверху на стеклослюдинитовую ленту накладываются слои стеклоленты толщиной 0.1мм вполнахлеста. Изолированные катушки в холодном состоянии укладываются в открытые пазы сердечника статора и заклиниваются клиньями. Дальнейший процесс производится в специальной вакуум - пропиточной установке с обогреваемыми котлами.

После сушки и вакуумирования сердечник с обмоткой пропитывается под вакуумом эпоксидным компаундом, состоящим из эпоксидной смолы и отвердителя, а затем гидростатическим путем опрессовывается и выпекается при давлении в 10 кгс/см2 и температуре около 90 0С. После пропитки и опрессовки в котле сердечник с обмоткой нормализуется в печи при температуре около 130 0С. Полностью обмотанный сердечник статора устанавливается и закрепляется в корпусе статора.

Стеклослюдинитовая на термореактивных связующих изоляция катушек по сравнению с ранее использующейся микалентной изоляцией обеспечивает лучшее заполнение паза медью, имеет более высокую электрическую прочность в 1,5 раза лучшую теплопроводность. Стоимость подобной изоляции примерно в 1,5 раза меньше микалентной изоляции.

По классу нагревостойкости термореактивная изоляция типа монолит относится к классу В. Обмотка, состоящая из катушек, имеющих термореактивную изоляцию, неремонтоспособная.

.3.5 Крепление обмотки статора, выводы обмотки

Катушки, заложенные в пазы, удерживаются в них посредством гетинаксовых или стеклотекстолитовых клиньев со скошенными на протяжении вентиляционного канала краями для улучшения вентиляции.

Для предотвращения смещения лобовых частей обмотки и отгиба их к сердечнику, что может произойти при пуске или внезапном коротком замыкании, они прикрепляются к одному или к двум изолированным бандажным кольцам, выполненным из стали круглого или квадратного сечении. Бандажные кольца устанавливаются на кронштейны, прикрепленные к фланцам статора. Для соединения отдельных катушек обмотки в общее кольцо между лобовыми частями соседних сторон катушек через каждые 80 - 100 мм прокладываются и бандажируются шнуром методом «цепной вязки» гетинаксовые или стеклотекстолитовые прокладки.

Напряжение, растягивающее кольца, получается сравнительно небольшим. Однако на практике для уменьшения деформаций лобовых частей обмотки бандажные кольца устанавливаются через каждые 75 - 100 мм длины вылета лобовых частей.

Изоляция бандажных колец выполняется из микаленты или слюдопластоленты и стеклолакоткани. Крепление междукатушечных соединений обмотки выполняется с помощью шнура. Выводные концы соседних катушек скрепляются между собой шнуром, образуя общее кольцо.

От обмотки статора к коробке выводов выводятся четыре конца. В данном случае нулевые выводы обмотки соединяются в звезду внутри корпуса статора и подключаются к четвертому выводу коробки обычной конструкции с литым чугунным или сварным стальным корпусом.

Концы обмотки статора подключаются к медным контактным шпилькам, встроенным в центральные отверстия опорных фарфоровых изоляторов, установленных на корпусе коробки. Кабельные концы, подключаемые к сети, присоединяются к другим концам медных шпилек, расположенным с противоположной стороны опорных изоляторов. Корпус коробки выводов сварной конструкции выполняется из стального листа и закрывается стальной крышкой. Внизу корпус имеет уплотняющее устройство для выводного кабеля и снабжен фланцем для прикрепления кабельной муфты.

При наличии в обмотке нескольких параллельных ветвей их соединение по схеме осуществляют через специальные соединительные шины, расположенные за лобовыми частями обмотки. Соединительные шины изолированы и размещены между изоляционными плитами, стянутыми болтами из немагнитной стали, укреплённым на нажимной плите или корпусе статора.

.3.6 Воздухоохладители

Для охлаждения воздуха в двигателях с замкнутым циклом вентиляции применяются водяные воздухоохладители из трубок с развитой поверхностью охлаждения. Воздухоохладитель состоит из сварной рамы, двух трубных досок с трубками и двух крышек. Увеличение поверхности трубок достигается за счет оребрения их или навивки и припайки к трубкам медных проволочных спиралей эллиптической формы. Оребренные трубки выполняются биметаллическими (внутри латунные и снаружи оребренные алюминиевые). Трубки, на которые навиваются медные спирали, также изготовляются из латуни. Внутренний диаметр латунной трубки 17 мм.

Концы трубок развальцованы в стальных трубных досках. С внешней стороны трубные доски закрыты стальными штампованными крышками. Крышки снабжены фланцами для подвода и отвода охлаждающей воды и водоразделяющими перегородками. Крепление крышки к трубной доске производится через уплотняющую резиновую прокладку. Рама воздухоохладителя представляет собой стальное гофрированное основание с приваренными уголками, в которых имеются отверстия для подъема воздухоохладителя и отверстия для крепления его к корпусу статора. Охлаждающая вода подается по трубкам. Нагретый воздух омывает наружную поверхность оребренных трубок или трубок с проволочными спиралями, расположенных в шахматном порядке. Нагретый воздух попадает на трубки со стороны корпуса статора и выходит из противоположной стороны уже охлажденным. Воздухоохладитель уплотняется на корпусе статора резиновыми шайбами.

.4 Конструкция ротора вертикальных синхронных двигателей

Основными частями ротора являются остов, обод, полюсы с обмоткой возбуждения, вентилятор, тормозные сегменты и вал с насаженными втулками подпятника и направляющими подшипниками.

.4.1 Остов и магнитный обод ротора

Остов ротора выполняется в виде сварной конструкции, состоящей из кованой стальной втулки, двух круглых рам из толстого листа и поперечных ребер прямоугольного сечения. Кроме приварки, рамы закрепляются на втулке стальными цилиндрическими штифтами.

На остов ротора насажен обод, выполненный из стального литья марки 25. Обод имеет многогранную форму с числом граней, равным числу полюсов ротора. На каждой грани имеется по одной продольной канавке для крепления полюсов с Т-образным хвостовиком. Со стороны, обращенной к нижней крестовине, к ободу прикрепляется болтами диск из стального листа.

Для предохранения от сдвига обода при подъеме ротора на домкратах обод дополнительно закрепляется на остове путем установки стальных цилиндрических штифтов, пропущенных сквозь толщу обода и поперечное ребро остова. Обод ротора подобной конструкции воспринимает усилия от центробежной силы полюсов и зоны обода, в которой размещаются хвостовики полюсов.

Между отдельными кольцами установлены дистанционные распорки из полосовой стали, образующие радиальные вентиляционные каналы, через которые охлаждающий воздух попадает в окна между катушками обмотки возбуждения. Остов прикрепляется к двум фланцам втулки посредством пригнанных конусных стальных шпилек. Сама втулка насаженна на вал с натягом методом горячей посадки. Подобная конструкция допускает выем ротора из статора, не нарушая линию спаренных валов двигателя и насоса.

.4.2 Полюсы ротора

Полюс ротора представляет собой сердечник с надетой на него катушкой обмотки возбуждения.

Для уменьшения пульсационных потерь полюсы набираются из штампованных листов. Листы сердечника полюса получают холодной штамповкой из обычной низкоуглеродистой стали марки Ст3 толщиной 1 или 1.5 мм. Штампованные вырубки полюсов собираются в монолитные пакеты посредством двух стальных щек и шпилек. В башмаках полюсных вырубок выштамповываются и в щеках высверливаются круглые отверстия для размещения стержней демпферной обмотки. Щеки полюсов изготовляются стальными, литыми или коваными или вырезаются из толстого листового проката. Опрессованный и стянутый стяжными шпильками сердечник полюса подвергают необходимой механической обработке. Чтобы боковые ребра четырехгранного сердечника полюса не прорезали изоляцию обмотки, острые углы сердечника срезают, благодаря чему уменьшаются размеры катушки полюса и создается возможность более удобно разместить ее на сердечнике. Крепление полюсов к остову ротора производится посредством Т-образных хвостовиков и парных тангенциальных клиньев или болтами.

Для увеличения устойчивости полюсов рекомендуется производить проварку головки хвоста. При пропаренных хвостах допускаемые нагрузки в среднем увеличиваются на 35%. Величины допускаемых нагрузок составляют примерно половину от нагрузки, при которой полюс теряет устойчивость. В шихтованных полюсах наиболее нагруженной частью является хвостовая зона полюсной щеки, на которую действует сосредоточенная центробежная нагрузка от массы лобовой части полюсной катушки, сегмента пусковой обмотки и самой щеки.

В вертикальных электродвигателях полюсы крепятся к остову ротора с помощью одного или двух хвостов. Крепление одним хвостом является более простым и технологичным, и поэтому имеет преимущественное применение.

.4.3 Обмотка возбуждения

Обмотка возбуждения синхронных двигателей выполняется из отдельных полюсных катушек с открытыми наружной и внутренней поверхностями.

Катушка полюса изготовляется из голой, согнутой на ребро шинной меди специального профиля. Применением подобной меди достигается увеличение наружной поверхности катушки и улучшение съема тепла с катушки.

Витковая изоляция катушки выполняется из лакированной асбестовой бумаги или из стеклоткани, пропитанной эпоксидным лаком. Для придания монолитности катушки опрессовываются и выпекаются под большим давлением на прессе (не менее 150 кгс/см2 площади витка).

Изоляция больших полюсов изготовляется в виде твердых коробов, выполненных из прессованной стеклоткани на эпоксидных связующих. Короба составные и склеиваются под давлением непосредственно на сердечнике полюса. От остова ротора и от полюсного башмака катушки изолируются путем прокладки гетинаксовых или стеклотекстолитовых шайб.

Выводные концы катушек с целью обеспечения удобств сборки и компенсации температурных деформаций набираются из тонкой ленточной меди и приклепываются к крайним виткам катушки.

Соединение катушек производится медными хомутиками и пропаивается. Для предохранения от выгиба и разрыва, которые возможны под действием центробежных усилий, верхние выводные концы катушек прикрепляются к изоляционной прокладке, установленной между башмаками соседних полюсов и прибандажированной шпагатом. Нижние выводные концы прикрепляются изоляционными планками к ободу ротора.

Для предохранения катушек от перемещения в радиальном направлении на полюсах, прикрепляемых к остову ротора Т-образными хвостами, устанавливаются спиральные пружины, и нажим пружин на катушки осуществляется через стальные шайбы.

.4.4 Демпферные обмотки

Демпферная обмотка предназначена для: демпфирования колебаний ротора при переходных процессах, гашения поля обратной последовательности, создаваемого токами обратной последовательности при несимметричных режимах работы, улучшения условий входа в синхронизм, уменьшения перенапряжений при несимметричных коротких замыкания.

Синхронные вертикальные двигатели имеют демпферные (пусковые) обмотки, состоящие из круглых латунных или медных стержней, припаянных концами к медным пластинам (сегментам). Для получения хорошего теплоотвода стержни демпферной обмотки должны сидеть в пазу плотно, без зазора. Стержни должны быть зафиксированы по центру полюсного башмака с помощью керновки или чеканки для обеспечения равномерного удлинения от торцов башмака при нагреве. Сегменты демпферных обмоток выполняются из меди марки МГТ и припаиваются к стержням тугоплавким припоем. Сегменты располагаются в горизонтальной или вертикальной плоскости.

В данном двигателе применяется конструкция демпферной обмотки с креплением каждого сегмента зубом (выступом) на козырьке щеки полюса.

На плоскости сегмента, обращенной к щеке, делается паз глубиной примерно в половину толщины сегмента. В этом пазу размещается выступ щеки. Соединение сегментов в кольцо выполняется в этом случае также с помощью соединительных медных планок по две на каждый стык. Контактные поверхности сегментов и накладок для особо тяжелых условий пуска двигателя выполняются серебряными.

.4.5 Элементы конструкции ротора синхронного вертикального двигателя

В синхронных двигателях, если напряжение в катушке полюса на изгиб превосходит допускаемое (для меди 500 кгс/см2), необходимо в междуполюсные окна соседних полюсов устанавливать распорки из немагнитного материала, которые будут воспринимать усилия от тангенциальной составляющей центробежной нагрузки, создаваемой катушками. Распорки изготовляются из прочного кованого алюминиевого сплава или из литой бронзы. Распорки из кованого, термически обработанного алюминиевого сплава выполняются цельными и прикрепляются к остову ротора болтами. Для уменьшения перекрытия поверхности катушек и обеспечения максимального прихода охлаждающего воздуха в междукатушечное пространство соседних полюсов распорки изготовляются меньшей высоты, чем катушка. Распорка устанавливается между катушками на изоляционных прокладках из теплостойкого материала (стеклотекстолита марки СТЭФ). Литые распорки из медного сплава, состоящие из двух частей, опирающихся на башмаки полюсов и распертых сверху шпилькой, в вертикальных двигателях применяются редко.

В двигателе токоподвод от контактных колец к обмотке возбуждения выполняется из изолированных кабелей и помещается в центральном отверстии вала.

С одного конца вала кабели присоединяются к выводам катушек. С другого конца кабели токоподвода с помощью кабельных наконечников присоединены к шпилькам контактных колец. На участке от места выхода кабеля из центрального отверстия вала до катушек полюсов токоподвод располагается на остове ротора. Кабели токоподвода закрепляются на остове ротора и на валу посредством изоляционных прокладок, стальных хомутиков и болтов.

В вертикальном синхронном двигателе применяются вентиляторы, выполненные в виде отдельных крыльев, прикрепленных с обеих сторон ротора к торцам обода. Вентиляторные крылья изготовляются из листовой стали.

Число крыльев с каждой стороны обода соответствует числу полюсов ротора, и располагаются они таким образом, чтобы лопасти направляли воздух в междуполюсные окна. Вентилятор состоит из двух стальных дисков и прикрепленных между ними лопастей. Вентиляторы прикрепляются к торцевым поверхностям обода ротора болтами.

Обмотка возбуждения, размешенная на полюсах ротора, питается постоянным током, проходящим через скользящий контакт, вращающиеся контактные кольца - неподвижные щетки.

Контактные кольца размещаются на торцевой части вала ротора. Подобная конструкция представляет собой стальной фланец, на котором посредством четырех стяжных изолированных шпилек и промежуточных изоляционных втулок закреплены два контактных кольца. Кабельные наконечники токоподвода ротора прикрепляются непосредственно к телу контактных колец (без контактных шпилек).

1.5 Конструкция крестовин и вала

.5.1 Верхняя крестовина

В вертикальных электродвигателях верхняя крестовина является грузонесущей, она опирается на корпус статора.

Крестовина выполняется лучевого типа сварной конструкции из листовой стали. Крестовина состоит из центральной части и приваренных к ней лап. Центральная часть крестовины изготовляется: из внутреннего цилиндра, внешней обечайки цилиндрической или конической формы, верхнего и нижнего фланцев, основных и промежуточных ребер, сваренных между собой. К основным ребрам приварен опорный диск, непосредственно воспринимающий нагрузку от подпятника. Центральная часть крестовины является масляно

yamiki.ru