При оптимизации синхронного двигателя по минимуму приведенной стоимости возникло большое отклонение температуры обмотки возбуждения от заданных параметров. Малое значение температуры говорит о том, что был произведен неправильный выбор сечения проводника. Уменьшим ширину и высоту проводника обмотки возбуждения. Добавим число пазов статора, уменьшим длину сердечника статора и уменьшим число стержней демпферной обмотки (Таблица 9).
Таблица 9- Экспресс информация
Далее ещё уменьшим ширину и высоту проводника обмотки возбуждения, уменьшим воздушный зазор и высоту паза статора и меняем марку стали (берем 3413) - таблица 10
Таблица 10- Экспресс информация
Дальнейшие попытки изменить показатели двигателя приводят к значительным отклонениям технических требований заказчика от установленных величин. Поэтому данный вариант оптимизации по минимуму резервов является наиболее оптимальным (Таблица 10).
3.4 Выбор оптимального варианта
Наиболее приемлемым вариантом является вариант, полученный при дальнейшей оптимизации. Этот вариант представлен в таблице 11. Несмотря на меньший КПД и большую приведенную стоимость по сравнению с вариантом, представленным в таблице 8, данный вариант более точно соответствует поставленным техническим требованиям, но не так, как в таблице 10. Итак, оптимальным вариантом двигателя является усредненный вариант, приведенный в таблице 11.
Таблица 11- Экспресс информация
Полные данные выбранного варианта представлены в расчетном формуляре (см. Таблица 12).
Далее приведены характеристики данного синхронного двигателя
(см. график 1-график 4).
Таблица 12- Расчетный формуляр двигателя ВДС 375/91-24
Продолжение таблицы 12
График 1- Характеристика пускового тока синхронного двигателя
График 2- Характеристика пускового момента синхронного двигателя
График 3- Характеристика холостого хода синхронного двигателя
Анализ серии двигателей
В данной главе будет рассмотрен анализ серии синхронных двигателей ВДС – 375.
Серия состоит из пяти машин, работающих от переменного трехфазного напряжения 10 кВ, частотой 50 Гц. Номинальная частота вращения 250 об/мин. Целью данной главы является выявление наиболее удачного с точки зрения затрат, качества и надежности проекта двигателя.
Эта задача будет решена в три этапа. На первом этапе сравнение производится по следующим критериям: коэффициент полезного действия (КПД), удельная стоимость, удельный расход меди и стали.Результаты отражаются на графиках. Рассмотрим порядок действий на примере зависимости КПД от мощности двигателей (см. график 4). На график наносим значения КПД, полученные разработчиками. Далее выполняем аппроксимацию полученной кривой с помощью программы Microsoft Excel. Аппроксимирующая прямая представляет собой линейку значений КПД, которые мы условно принимаем за оптимальные для данной серии двигателей. Отклонение значения в большую сторону будем считать положительным, а в меньшую – отрицательным. Посчитанные значения абсолютных отклонений переводим в так называемые «универсальные единицы» (относительные отклонения), т.е. принимаем максимальное абсолютное отклонение за 1 и, исходя из этого, рассчитываем остальные относительные отклонения.
Аналогично обрабатываются данные по стоимости, затратам меди и стали. Рассчитав относительные отклонения по всем четырем показателям, путем их алгебраического сложения вычисляем критерий оценки. Очевидно, что, чем больше величина этого критерия, тем двигатель лучше. Исходя из этого, распределяем места. Результаты технико-экономического анализа вариантов приведены в таблице 13.
Второй этап. Теперь необходимо сравнить двигатели по таким параметрам, как температуры обмотки возбуждения и обмотки статора, пусковому моменту, пусковому току, а также, максимальному моменту. В отличии от первого этапа, здесь нам известно, какими должны быть значения данных характеристик. По условиям эксплуатации температура обмотки возбуждения должна быть равна 80°С, обмотки статора - 60°С. Требуемые значения кратностей моментов и токов приведены в задании. Абсолютным отклонение здесь будет являться разность между фактическим значением и требуемым. Относительным – отношение этой разноси к требуемому значению. Результаты анализа вариантов по резервам показаны в таблице 14. Критерием оценки данного двигателя здесь, как и на первом этапе, является алгебраическая сумма относительных отклонений. Понятно, что любое отклонение нежелательно, поэтому чем критерий получится меньшим, тем лучше двигатель. Исходя из этого, распределяем места.
Третий этап. Теперь нужно выяснить, какой двигатель будет выполнен наиболее удачно. Оценка (абсолютная), полученная двигателем на первом этапе, характеризует двигатель с точки зрения эффективности и экономичности. Оценка на втором этапе является, своего рода, штрафом за перерасход, или недорасход ресурсов. Таким образом, вычитая из первой оценки вторую, получаем окончательный критерий оценки двигателя (таблица 15). Чем он больше, тем двигатель лучше.
3.5.1 Зависимости КПД, приведенной стоимости, удельного расхода стали и удельного расхода меди от мощности двигателей
График 4 - Зависимость КПД от мощности двигателей
График 5 - Зависимость приведенной стоимости от мощности двигателей
График 6 - Зависимость удельного расхода стали от мощности двигателей
График 7 - Зависимость удельного расхода меди от мощности двигателей
3.5.2 Анализ вариантов по технико-экономическим показателям
Таблица 13- Анализ вариантов по технико-экономическим показателям
| Показатель | КПД | Стоимость СД | GFe | GCu | Критер оценка | Место | ||||
| №вар.\откл. | Абс. | Отн. | Абс. | Отн. | Абс. | Отн. | Абс. | Отн. | ||
| -0,049 | -0,156 | 0,279 | 0,408 | -0,027 | -0,421 | 0,025 | 0,455 | 0,072 | ||
| -0,063 | -0,201 | -0,468 | -0,684 | 0,008 | 0,125 | 0,005 | 0,091 | -0,167 | ||
| 0,313 | 0,684 | 0,064 | -0,091 | -1,655 | 0,336 | |||||
| -0,129 | -0,412 | -0,462 | -0,675 | -0,039 | -0,609 | 0,055 | -0,174 | |||
| -0,072 | -0,23 | -0,039 | -0,057 | -0,006 | -0,093 | 0,005 | 0,091 | -0,072 |
3.5.3 Анализ резервов
Таблица 14- Анализ резервов
| Показатель | Θос | Θов | Мm/Мн | Iп/Iн | Мп/Мн | Критер. оценка | Место | |||||
| № вар. | Абс. | Отн. | Абс. | Отн. | Абс. | Отн. | Абс. | Отн. | Абс. | Отн. | ||
| 5,2 | 0,086 | 1,1 | 0,013 | 0,21 | 0,095 | 0,04 | 0,08 | 0,0548 | ||||
| 10,3 | 0,172 | 1,9 | 0,023 | 0,1 | 0,045 | 0,45 | 0,077 | 0,02 | 0,04 | 0,0714 | ||
| 0,2 | 0,004 | 36,8 | 0,46 | 0,01 | 0,005 | 0,24 | 0,041 | 0,05 | 0,1 | 0,122 | ||
| 0,1 | 0,002 | 8,2 | 0,103 | 0,06 | 0,027 | 0,19 | 0,033 | 0,08 | 0,16 | 0,065 | ||
| 0,4 | 0,006 | 11,4 | 0,142 | 0,36 | 0,163 | 0,38 | 0,065 | 0,0752 |
3.5.4 Анализ вариантов
Таблица 15- Анализ вариантов
| № варианта | Рн, кВт | Ф.И.О. | Критериальная оценка | Место |
| Афанасьев Павел Алексеевич | 0,0172 | |||
| Безукладникова Екатерина Геннадьевна | -0,2384 | |||
| Мухлынин Никита Дмитриевич | 0,214 | |||
| Скороходов Егор Леонидович | -0,239 | |||
| Южаков Алексей Сергеевич | -0,1472 |
Заключение
В результате проведенных расчетов был получен двигатель с довольно удовлетворительными показателями для такого класса машин. Сравнивая полученный в результате оптимизации вариант с первоначальными показателями двигателя можно сделать вывод, что ЭВМ играет огромную роль в современном проектировании. Удалось нормализовать перегревы обмоток, подведя их к крайним верхним пределам. КПД и стоимость двигателя находятся в хорошем соотношении. Удельный вес железа и меди приведен к минимуму. Все остальные резервные и технико-экономические показатели также близки к норме. Двигатель имеет запасы по пусковому и максимальному моменту, поэтому он может нести нагрузки несколько превышающие номинальные, что позволяет говорить о высокой надежности и экономичности.
Применение автоматизированных методов при разработке электрических машин, в настоящее время, существенно упрощает процесс проектирования и позволяет одновременно рассмотреть несколько вариантов, с последующим выбором оптимального.
Список используемой литературы
1 Параметрическая оптимизация явно полюсных синхронных двигателей на персональных компьютерах: методические указания / составители: Новиков Н.Н., Родионов И.Е., Шутько В.Ф. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2005.
2 Синтез электромагнитного ядра явно полюсных синхронных двигателей: методические указания / составители: Новиков Н.Н., Родионов И.Е., Шутько В.Ф - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2005.
3 Конструктивное устройство вертикальных электродвигателей переменного тока: методические указания / составители: Новиков Н.Н., Родионов И.Е.,
Шутько В.Ф - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2000.
4 Синхронные двигатели: справочник / составители: Новиков Н.Н., Родионов И.Е., Шутько В.Ф - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2005.
5 Электрические машины: учебное пособие / Новиков Н.Н., Шутько В.Ф - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2005