Курсовая работа: Совершенствование трехфазного синхронного генератора типа СТ2

Дипломный проект

Тема:

Совершенствование трехфазного синхронного генератора типа СТ2

Содержание

Введение

1. Технологическая часть

1.1 Синхронные генераторы и их характеристики

1.2 U-образная характеристика синхронного генератора

1.3 Для использования генераторов необходимые виды контроля

1.4 Виды ремонтов

1.5 График технического обслуживания и текущего ремонта

1.6 Периодическое обслуживание генераторов

2. Расчетная часть

2.1 Разработка технического проекта

2.2 Активное и индуктивное сопротивления статора

2.3 ЭДС обмотки статора в номинальном режиме

2.4 Определение размеров магнитопровода

3. Экономическая часть

3.1 Оценка экономической эффективности

3.2 Расчет численности ремонтных рабочих

3.3 Расчет себестоимости электрогенератора

3.4 Расчет годового экономического эффекта от изготовления генератора

4. Охрана труда и безопасность жизнедеятельности

4.1 Охрана труда и техника безопасности при эксплуатации объекта проектирования

4.2 Требования к инструменту

4.3 Требование безопасности к подъемно-транспортным устройствам

4.4 Требование к электро- и пневмоинструменту

4.5 Требование ТБ к противопожарной безопасности

4.6 Электробезопасность при эксплуатации двигателя

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Синхронные машины применяют во многих отраслях народного хозяйства, в частности, в качестве генераторов в передвижных и стационарных электрических станциях, двигателей в установках, не требующих регулирования частоты вращения или нуждающихся в постоянной частоте вращения.

Наиболее распространена конструктивная схема синхронной машины с вращающимся ротором, на котором расположены явно выраженные полюсы. Иногда явнополюсные синхронные машины малой мощности (до 15 кВт) выполняют по конструктивной схеме машин постоянного тока, т.е. с полюсами, расположенными на статоре, коллектор заменяется контактными кольцами.

Синхронные генераторы серии СГ2 изготавливают мощностью от 132 до 1000 кВт, при высоте оси вращения до 450 мм, в защищенном исполнении IP23, с самовентиляцией IС01, с частотой вращения от 500 до 1500 об/мин.

Двигатели используют для привода механизмов, не требующих регулирования частоты вращения и изготовляют на напряжения 380 и 6000 В, при частоте 60 и 60 Гц. Генераторы предназначены для выработки трехфазного переменного тока, напряжением 400 В, частотой 50 Гц на стационарных дизель-электрических станциях.

Электрические машины серий СД2 и СГ2 рассчитаны на продолжительный режим работы. Их возбуждение осуществляется от устройства, питающегося от дополнительной обмотки, заложенной в пазы статора. Нагревостойкость изоляционных материалов соответствует классу В. Ток возбуждения регулируют изменением угла зажигания тиристоров преобразователя возбудительного устройства, последние смонтированы в шкафах: в одном для двигателя и в двух для генератора. В шкафах размещены тиристорные преобразователи, элементы электронной системы управления, коммутационная аппаратура. Система управления двигателя осуществляет автоматическую подачу возбуждения при падении напряжения в главной цепи двигателя до 80-85% номинального. Отключается форсировка при увеличении напряжения цепи до 90-95% номинального значения.

Тиристорный преобразователь питается от дополнительной обмотки, заложенной в пазы статора синхронного генератора, и в номинальном режиме работы генератора несет на себе около 30% нагрузки возбуждения. Остальная часть мощности возбуждения обеспечивает диодный преобразователь, питаемый от компаундирующего трансформатора, включенного в цепь статора, который служит для поддерживания напряжения генератора при изменении нагрузки и в режиме короткого замыкания. Двигатели и генераторы имеют радиальную систему вентиляции, обеспечиваемую вентиляционным действием полюсов ротора и вентиляционными лопатками. Охлаждающий воздух при этом входит через вентиляционные окна в подшипниковых щитах, проходит по лобовым частям обмотки статора, через междуполюсное пространство ротора, радиальные каналы статора и выходит через боковые жалюзи станины.

Цель дипломного проекта состоит в совершенствовании трехфазного синхронного генератора типа СТ2, явнополюсного, мощностью 250 кВт, по материалоемкости.

В соответствии с заданной целью, в дипломном проекте поставлены и решены следующие задачи:

- разработано техническое предложение на основе анализа технического задания;

- разработаны эскизный и технический проекты;

- рассчитаны основные параметры синхронного генератора;

- дана оценка экономической эффективности проекта.

1. Технологическая часть

1.1 Синхронные генераторы и их характеристики

На рис. 1 показаны внешние естественные характеристики трехфазного синхронного генератора, иллюстрирующие зависимость напряжения U г на его зажимах от тока обмотки статора Ir при заданном коэффициенте мощности приемников соs ц = const, неизменном токе возбуждения в обмотке ротора IB = const и постоянной частоте вращения ротора, чему отвечает неизменная частота переменного тока f = const. Эти характеристики могут исходить как из общей точки (0, Е_гx), отвечающей режиму холостого хода, так и пересекаться в точке (_{Iг ном}, U _{г ном}), соответствующей номинальной нагрузке.

Рис. 1- Внешние характеристики трехфазного синхронного генератора при изменении нагрузки с заданным коэффициентом мощности нагрузки: а - от режима холостого хода до номинальной; б - от номинальной до режима холостого хода

Первые характеристики позволяют определить изменение напряжения генератора при увеличении нагрузки от режима холостого хода до номинального тока, а вторые - при снижении нагрузки от номинальной до режима холостого хода.

Основной естественной внешней характеристикой синхронного генератора считают кривую Uг (Iг), полученную при симметричном режиме, коэффициенте мощности приемников cos ц = 0,8 и ц > 0.

Для поддержания напряжения синхронного генератора неизменным при переменной нагрузке приходится регулировать ток возбуждения IB в обмотке ротора по закону, определяемому регулировочными характеристиками, крутизна которых зависит от характера нагрузки и ее коэффициента мощности (рис. 1). Так, при увеличивающемся токе нагрузки, отстающем по фазе от напряжения на угол ц > 0, возникает размагничивающее действие реакции якоря и соответствующая регулировочная характеристика поднимается, а при возрастающем токе нагрузки, опережающем по фазе напряжение на угол ц < 0, она снижается вследствие подмагничивающего действия реакции якоря.

Регулировочные характеристики дают возможность установить пределы изменения синхронного генератора и выбрать аппараты для регулирования напряжения. Регулировать ток возбуждения при изменении нагрузки генератора можно, изменяя сопротивление обмотки возбуждения.

Регулировать ток возбуждения при изменении нагрузки генератора, который на тепловозе работает в качестве возбудителя основного тягового генератора, можно не только воздействуя на регулирующий реостат R_p, но и автоматически, что особенно удобно при синхронных генераторах с самовозбуждением.

Здесь при холостом ходе генератора вторичные обмотки вольтодобавочного трансформатора Трв играют роль дросселей, снижающих напряжение на зажимах согласующего трансформатора Трс, через который питаются полупроводниковые диоды В. При увеличении нагрузки генератора в этих обмотках наводится ЭДС, в результате чего напряжение на диодах возрастает и увеличивается ток возбуждения генератора, что приводит к относительной стабилизации напряжения на его зажимах.

Электромагнитная мощность трехфазного синхронного генератора Pэм - мощность, передаваемая электромагнитным путем обмотке статора вращаемым ротором и отличающаяся от мощности P2внешней цепи только на мощность 3R2I 2 отвечающую потерям электрической энергии в обмотке статора, определяется выражением

(1.1)

гдеR₂ - активное сопротивление фазы обмотки статора.

Рис. 2 - Регулировочные характеристики трехфазного синхронного генератора при различном коэффициенте мощности приемников

Поскольку потери электрической энергии в обмотке статора незначительны, можно считать, что мощности P_эм и P₂ практически одинаковы. Поэтому электромагнитную мощность находят:

Поскольку электромагнитная мощность P_эм зависит от ЭДС холостого хода Е_х, определяемой током возбуждения I_в, то некоторым перевозбуждением машины можно увеличить максимальную электромагнитную мощность, при этом повышается статическая устойчивость работы машины, но также усиливается нагрев обмотки ротора.

Работа трехфазных синхронных машин в генераторном режиме сопровождается потерями энергии, которые аналогичны потерям в асинхронных машинах.

Рис 3 - Схема трехфазного синхронного генератора с самовозбуждением

Эффективность работы трехфазного синхронного генератора характеризует КПД, который при симметричной нагрузке находят по формуле

(1.2)

где U_л и I_л - действующие линейные напряжения и ток;

ДP - суммарные потери, отвечающие данной нагрузке машины.

Максимальное значение КПД синхронного генератора отвечает нагрузке, близкой к номинальной, и составляет для машин средней мощности 0,88-0,92, а для генераторов большой мощности доходит до 0,96-0,99 (рис. 2).

Электромагнитный момент синхронного генератора определяется выражением

(1.3)

Особенности применения синхронных генераторов в передачах переменного тока тепловозов. В локомотивных передачах переменного тока используются синхронные генераторы, которые работают совместно с выпрямительной установкой. Для уменьшения пульсации выходного напряжения в статоре тягового синхронного генератора (ГС 501, ГС 504) укладывают две трехфазные обмотки, сдвинутые относительно друг друга на 30 эл. градусов.

Рис 4 - Графики зависимости КПД трехфазного синхронного генератора от нагрузки и коэффициента мощности приемников

Тепловозные синхронные генераторы представляют собой явнополюсную синхронную электрическую машину. Размеры дизельного помещения локомотива позволяют спроектировать синхронный генератор мощностью до 7500 кВт.

Синхронные генераторы по сравнению с генераторами постоянного тока (1111) имеют меньшую массу. Так, синхронный генератор ГС 504 мощностью 2750 кВт имеет массу 6500 кг, а генератор постоянного тока ГП 31ЗБ мощностью 2700 кВт - 9000 кг. Отсюда следует, что масса синхронного генератора меньше массы генератора постоянного тока на 28-30%. Выпрямительная установка имеет массу, равную ~10% массы синхронного генератора. Поэтому общее снижение массы при переходе на синхронный генератор (СГ) и выпрямительную установку (ВУ) составляет 18-20%.

При газотурбинном двигателе СГ является единственно целесообразным, поскольку между ними наличие механического редуктора необязательно, так как синхронный генератор выполняется на частоту вращения ротора газотурбинного двигателя. Совместная работа ГТП с газотурбинным двигателем без механического редуктора невозможна в виду малой механической прочности его якоря. На тепловозах и газотурбовозах с передачей переменного тока между тяговым синхронным генератором и асинхронными тяговыми двигателями возможно наличие неуправляемой выпрямительной установки (ВУ). При определении внешних характеристик силовой установки тепловоза (СГ с учетом ВУ) учитывают размагничивающее действие продольной реакции якоря синхронного генератора.

Вследствие размагничивающего влияния продольной реакции и индуктивного сопротивления обмоток напряжение СГ при независимом возбуждении резко падает при постоянном токе независимой обмотки возбуждения и с увеличением тока нагрузки. Если номинальный ток возбуждения выбрать по U_{г max}, как в генераторах постоянного тока, то максимальный ток короткого замыкания (к.з.) оказывается намного меньше I_{г max} требуемого по условиям использования сцепления колес с рельсом. Для увеличения тока к.з. генератора можно повышать значение о.к.з. (отношение короткого замыкания).

Синхронный генератор, выполненный с повышенным о.к.з., имеет увеличенные габариты и массу. В режиме к.з. по обмотке статора протекает чисто реактивный ток, который практически не зависит от частоты вращения ротора СГ. Только при очень малой частоте вращения ротора СГ начинает проявляться значение активного сопротивления статора и ток к.з. интенсивно уменьшается. Тепловозные генераторы выполняются со значением о.к.з. = 2 и, кроме того, в режимах пуска должны допускать форсировку возбуждения.

Это не приводит к увеличению сечений участков магнитной цепи генератора, так как поток в пусковых режимах мал. Ток возбуждения растет при пуске для компенсации реакции якоря и падения напряжения (рис. 5).

Рис 5 - Регулировочная характеристика возбуждения тепловозного тягового генератора

Расчетная мощность, определяющая активные размеры СГ,

(1.4)

где k_г = U_{г max} - U_{г ном} - коэффициент регулирования генератора.

Расчетная мощность СГ больше, чем генератора постоянного тока, вследствие изменения коэффициента мощности cosц.

Тяговый генератор переменного тока имеет независимое возбуждение от специального возбудителя. Эксплуатация тепловозов (2ТЭ116, ТЭП70, ТЭМ7,2ТЭ121) показала надежность двух систем возбуждения тяговых синхронных генераторов: возбудителя переменного тока с самовозбуждением (2ТЭ121, ТЭП75, 2ТЭ116А, рис. 6 от синхронного возбудителя с регулированием напряжения посредством управляемого выпрямителя возбуждения (2ТЭ116, ТЭП70, ТЭМ7, рис. 6, б).