Промышленность производство : Дипломная работа: Расчет параметров асинхронного энергосберегающего электродвигателя

Дипломная работа: Расчет параметров асинхронного энергосберегающего электродвигателя

Министерство образования Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

« Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

Факультет Автоматики и вычислительной техники

Кафедра Вычислительной техники и прикладной математики

Специальность 2204 Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем управления

Допустить к защите

Заведующий кафедрой

. / /

«»мая2005г.

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

На тему: Расчет параметров асинхронного энергосберегающего

электродвигателя

Студента

(фамилия, имя, отчество)

Руководитель/ Леднов Анатолий Викторович/

(подпись, дата)

Задание получил/ Ремизов Юрий Павлович/

(подпись, дата)

2005

РЕФЕРАТ

Тема дипломного проекта: «Расчет параметров асинхронного энергосберегающего электродвигателя».

Ключевые слова: параметр, зависимость, формула, сценарий, путь решения, база данных.

Объект исследования – расчет параметров электродвигателя.

Цель работы – создание компьютерной программы для расчета и исследования энергосберегающего асинхронного двигателя с индивидуальными номинальными данными.

В результате в среде разработки Borland C++ Builder была создана компьютерная программа «Электродвигатель». С помощью инструментальных средств, этой программы проведен расчет параметров асинхронного электродвигателя.

Для работы приложения необходимо наличие интерфейса «Microsoft ActiveX Data Objects» (ADO). Минимальные системные требования Pentium II 300 с 64 мегабайтами оперативной памяти, оперативной памяти операционная система Microsoft Windows.

Разработанный программный продукт рекомендуется для специалистов в области электромашиностроения, электропривода и ремонта электрических машин.

Объем отчета 87 страниц. Отчет содержит 30 таблиц, 22 иллюстрации и одно приложение. В работе использовалось 6 литературных источников.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОРНАЯ ЧАСТЬ

1.1 Устройство и принцип действия асинхронного двигателя

1.1.1 Устройство асинхронных двигателей

1.1.2 Степени защиты асинхронных двигателей

1.1.3 Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя

1.3 Реляционные базы данных

1.3.1 Проектирование реляционных баз данных

1.3.2 Язык реляционных баз данных SQL

1.3.3 СУБД dBase и Visual dBase

1.3.4 СУБД Access 

1.3.5 Технологии ADO и ODBC

1.4 Интерполяция функций. Приближение Лагранжа

2. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ОПИСАНИЕ ПРОГРАММЫ

2.1 Структура базы данных

2.1.1 Параметры электродвигателя

2.1.2 Зависимости

2.2 Редактор таблиц базы данных

2.3 Ввод формул в программе

2.4 Поиск пути решения

2.5 Работа в программе «Электродвигатель»

2.5.1 Соединение с базой данных

2.5.2 Справочники

2.5.3 Работа с параметрами

2.5.4 Работа с зависимостями

2.5.5 Выполнение расчета параметров

2.5.6 Сценарии расчета

3. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ

3.1 Анализ опасных и вредных факторов на рабочем месте пользователя ПЭВМ

3.2 Мероприятия по улучшению условий труда и техники безопасности на рабочем месте пользователя ЭВМ

3.3 Чрезвычайные ситуации

3.3.1 Общая характеристика пожарной безопасности вычислительного центра

3.3.2 Противопожарные мероприятия. Установки обнаружения и тушения пожаров

4. Анализ технико-экономических показателей и обоснованиие экономической (социально-экономической, социальной) целесообразности принятых в проекте решений

4.1 Обзор рынка

4.2 Выбор организационно-правовой формы предприятия

4.3 Расчет затрат на регистрацию программного продукта

4.4 Расчет затрат на организацию производства

4.5 Расчет заработной платы

4.6 Расчет постоянных и переменных расходов. Цена программного продукта

4.7 Движение денежных средств

4.8 Расчет экономического эффекта

ЗАКЛЮЧЕНИЕСПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А

Сравнение результатов расчета

Проблема сбережения энергии и ее эффективного использования в технологиях, рабочих машинах и их электроприводах стала актуальна для российских товаропроизводителей. Доля энергозатрат на единицу продукции превышает 20% себестоимости, вследствие этого при нерациональном использовании энергии наша продукция становится неконкурентоспособной.

С целью решения проблемы энергосбережения разработано достаточно большое число вариантов энергосберегающих асинхронных двигателей.

При проектировании электропривода существует проблема выбора одного из вариантов исполнения. Кроме того, исследования показывают, что в условиях широкого внедрения частотно-регулируемых асинхронных приводов целесообразно применение ЭАД индивидуально изготовленного для конкретного электропривода.

В расчетах электродвигателей может участвовать от 200 и более различных параметров. В зависимости от особенностей конструкции энергосберегающего электродвигателя набор рассчитываемых параметров, а также алгоритмы их определения могут сильно изменяться.

В данном проекте была поставлена задача, разработать программу, с помощью средств которой пользователь смог бы описать алгоритм расчета параметров асинхронного электродвигателя и произвести вычисления по этому алгоритму. На основе информации о взаимозависимостях между параметрами, полученной от пользователя, программа должна подобрать такую очередность вычислений, которая позволила бы определить запрашиваемый параметр, используя известные значения параметров, в том случае, когда это возможно. Для организации ветвлений и циклов в вычислениях параметров в программе должен присутствовать микроязык описания алгоритмов.

1.1      Устройство и принцип действия асинхронного двигателя

Современные трехфазные асинхронные электродвигатели являются основными преобразователями электрической энергии в механическую и составляют основу электропривода большинства машин и механизмов, работающих во всех отраслях народного хозяйства.

Об их роли в электроприводе говорит хотя бы то, что из всех выпускаемых в мире двигателей 90% являются трехфазными асинхронными. Эти электрические машины потребляют до 70% всей вырабатываемой электроэнергии, на их изготовление расходуется значительное количество дефицитных материалов, обмоточной меди, изоляции, электротехнической стали и др. В затратах на обслуживание и ремонт всего установленного в стране оборудования более 5% приходится на асинхронные двигатели. Поэтому правильный выбор двигателей, их грамотная эксплуатация и высококачественный ремонт играют важнейшую роль в деле экономии электрической энергии, материальных и трудовых ресурсов.

1.1.1        Устройство асинхронных двигателей

Асинхронный двигатель состоит из неподвижной части — статора и вращающейся – ротора.

Статор представляет собой стальной сердечник в виде пустотелого цилиндра, набираемого из отдельных листов электротехнической стали, изолированных между собой лаком. Внутри цилиндра выштампованы пазы, куда укладывают обмотку статора. По устройству статор асинхронного двигателя почти ничем не отличается от статора синхронной машины. Обмотки статоров асинхронной и синхронной машин рассчитывают и выполняют аналогично (рисунок 1.1).

Внутри статора помещается ротор, представляющий собой стальной цилиндр, который набирают из отдельных листов электротехнической стали, покрытых изоляционным лаком.

Рисунок 1.1 – Асинхронные двигатели

Роторы бывают двух типов: короткозамкнутые и фазные.

Рисунок 1.2 – Короткозамкнутый ротор

В пазы короткозамкнутого ротора укладывают обмотку в виде беличьей клетки, выполняемую из медных стержней, которую с торцовых сторон замыкают кольцами, как показано на рисунке 1.2. В двигателях небольшой мощности, до 100 квт, беличью клетку изготовляют путем заливки пазов ротора алюминием под давлением.

Рисунок 1.3 – Короткозамкнутый ротор с алюминиевой литой обмоткой

Беличью клетку от стали ротора не изолируют, так как проводимость проводников обмотки в десятки раз больше проводимости стали. При отливке беличьей клетки из алюминия одновременно отливают и боковые кольца вместе с вентиляционными крыльями (рисунок 1.3).

В пазы фазного ротора укладывают трехфазную обмотку, выполняемую по типу обмотки статора.

Как правило, фазную обмотку ротора соединяют в звезду. При этом концы обмотки соединяют вместе, а начала присоединяют к контактным кольцам, на которые устанавливают щетки, соединенные с пусковым реостатом.

Схемы двигателей приведены на рисунке 1.4. Обмотки двигателя могут быть соединены в звезду или в треугольник.

Рисунок 1.4 Схемы асинхронных двигателей

1.1.2        Степени защиты асинхронных двигателей

Характеристики степеней защиты электрических машин обозначают двумя латинскими буквами IP (International Protection) и двумя цифрами.

Первая цифра (от 0 до 6) характеризует степень защиты персонала от соприкосновения с движущимися или находящимися под напряжением частями, а также от попадания внутрь машины твердых посторонних предметов; вторая (от 0 до 8) – степень защиты от проникновения внутрь машины влаги. Таким образом, открытые машины в которых не предусмотрено никаких мер защиты, обозначаются IP00.

Наиболее распространенными исполнениями машин по степени защиты являются IP22, IP23, IP44, и IP57.

Исполнения IP22 и IP23 соответствуют защите от возможности соприкосновения с токоведущими и вращающимися частями машины пальцев человека и твердых предметов диаметром более 12,5 мм, а также защите от проникновения внутрь машины капель воды, попадающих под углом не более  к вертикали (IP22) или не более  (IP23) и продувом воздуха через машину. При этом вентилятор располагается на валу машины, а воздух, проходя внутри корпуса, охлаждает обмотки и сердечники. Двигатели этих исполнений назвали каплезащищенными. Они выполняются с самовентиляцией.

Машины исполнения IP44 защищены от возможности соприкосновения инструментов, проволоки или других предметов, толщина которых не превышает 1мм, с токоведущими частями, а также от попадания внутрь двигателя предметов диаметром более 1 мм.

Вторая цифра 4 обозначает, что машина защищена от попадания внутрь корпуса брызг любого направления. Такие машины называют закрытыми. В большинстве случаев они имеют наружный обдув. Охлаждающий воздух при этом прогоняется вдоль наружной поверхности оребренного корпуса с помощью вентилятора, установленного вне корпуса на выступающем конце вала, но закрытого кожухом.

Для специальных целей выпускаются электродвигатели с более высокой степенью защиты, например IP57. В этом исполнении машина защищена от попадания пыли внутрь корпуса и может работать будучи погруженной в воду.

1.1.3        Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя

При подаче трехфазного напряжения на зажимы статорной обмотки в магнитной системе двигателя возникает вращающееся магнитное поле с полюсами , эквивалентное полю постоянного магнита.

Для рассмотрения принципа действия двигателя условно заменим вращающееся магнитное поле статора полем постоянного магнита, который будем вращать по часовой стрелке, а короткозамкнутую обмотку ротора – одним короткозамкнутым витком, закрепленным на осях с возможностью вращения. Это изображено на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 – Принцип действия асинхронного двигателя

В момент запуска двигателя, когда ротор неподвижен, а внешнее магнитное поле начало вращаться, силовые линии этого поля пересекают обмотки ротора и наводят в ней ЭДС, направление которой можно определить, используя правило правой руки.

Так как ЭДС возникает в замкнутом витке, то под ее действием пойдет электрический ток, практически совпадающий по фазе с ЭДС.

Проводник же с током, находящийся в магнитном поле, будет из него выталкиваться в направлении, определенном правилом левой руки.

Если применить это правило, то окажется, что верхний проводник выталкивается из поля вправо, а нижний – влево, т.е. электромагнитные силы, приложенные к неподвижному ротору, создают пусковой момент, стремящийся повернуть ротор в направлении движения магнитного поля.

Когда электромагнитный момент, действующий на неподвижный ротор, превышает тормозной момент на валу, ротор получает ускоренное движение в направлении вращения магнитного поля двигателя.

По мере возрастания частоты вращения  ротора относительная разность частот  сокращается, вследствие чего уменьшаются величины ЭДС и тока в проводниках ротора, что влечет за собой соответствующее уменьшение вращающего момента.

Процессы изменения ЭДС, тока, момента и частоты вращения ротора прекратятся, как только наступит устойчивое равновесие между электромагнитным моментом, вызывающим вращение ротора, и тормозным моментом (моментом сопротивления), создаваемым производственным механизмом, который приводится в движение электродвигателем. При этом ротор машины будет вращаться с постоянной частотой , а в короткозамкнутых контурах его обмотки установятся токи, обеспечивающие создание вращающегося момента, равного моменту тормозному.

Таким образом, принцип работы асинхронных двигателей основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с токами, которые наводятся этим полем в проводнике ротора. Очевидно, что возникновение токов в роторе и создание вращающегося момента возможны лишь при движении проводников ротора относительно магнитного поля машины, т.е. при наличии разности частот вращения магнитного поля статора и ротора .

Магнитное поле статора и ротора асинхронного двигателя вращаются в пространстве с разной частотой: частота оси вращения ротора двигателя  всегда меньше частоты вращения магнитного поля статора. С этим связано название машины: асинхронный двигатель.

При анализе работы асинхронной машины часто пользуются безразмерным параметром , называемым скольжением и определяемым разностью частот вращения магнитного поля статора и ротора , выраженной в относительных единицах (отнесенной к ):

(1.1)

Скольжение — основная переменная величина асинхронной машины, от которой зависит режим ее работы. Величина скольжения асинхронных двигателей составляет примерно . Скольжение может быть определено также в процентах.

1.2      Расчет параметров асинхронного электродвигателя

Алгоритм расчета традиционного асинхронного двигателя представлен на рисунке 1.6. В блоках 1,2,3 вводятся исходные данные, предварительно определяются размеры магнитопровода, вычисляются параметры обмотки статора, проверяется магнитная индукция в воздушном зазоре . Если  больше допустимой , уменьшают предварительную длину сердечника статора . Определяют уровень линейных нагрузок . Если уровень линейных нагрузок  превышает допустимый уровень (блок 4), то переходят в блок 3 для перерасчета магнитного потока. В блоке 5 определяются геометрические размеры пазов статора, тепловая нагрузка статора. Если полученное значение тепловой нагрузки  превышает допустимое значение более чем на 10%, выбирается проводник большего диаметра с учетом соответствующего уменьшения плотности тока . В Блоках 7,8,9,10 осуществляется расчет параметров короткозамкнутого или фазного ротора, электрических параметров обмоток, намагничивающего тока.

Если магнитная индукция в спинке ротора  превышает допустимые значения, то уменьшается высота паза ротора . В блоках 11 и 12 проверяются на допустимые значения коэффициент насыщения магнитной цепи  и коэффициент рассеяния статора . Если  и при этом , то определяют э. д. с. холостого хода , где  – коэффициент сопротивления статора. При отличии  от значения э. д. с.  более чем на 3% повторяют расчет намагничивающего тока при магнитных индукциях , , , , , измененных пропорционально отношению . В блоке 13 происходит расчет рабочих и пусковых характеристик, тепловой расчет, расчет массы двигателя.

1.3      Реляционные базы данных

Реляционная модель данных была предложена Е.Ф.Коддом (Dr. E.F.Codd), известным исследователем в области баз данных, в 1969 году, когда он был сотрудником фирмы IBM. Впервые основные концепции этой модели были опубликованы в 1970 г.

Реляционная база данных представляет собой хранилище данных, содержащее набор двухмерных таблиц. Набор средств для управления подобным хранилищем называется реляционной системой управления базами данных (РСУБД). РСУБД может содержать утилиты, приложения, сервисы, библиотеки, средства создания приложений и другие компоненты.

Любая таблица реляционной базы данных состоит из строк (называемых такж