Етапи проектування

1. Етапи проектування

Умовно процес проектування можна розділити на наступні
етапи:
– підготовчий;
– розрахунковий;
– створення робочої конструкторської документації.
Підготовчий етап починається з отримання від замовника або
створення за вказівкою замовника основних вимог до ЕМПЕ, який
буде проектуватися.
Ці вимоги можуть бути представленні у вигляді технічного
завдання (ТЗ) або технічних вимог (ТВ). В них обов’язково
вказується номінальна потужність та напруга, а також інші
експлуатаційні вимоги.
Виходячи з поставлених вимог, проектувальник повинен оцінити
можливість їх виконання, вибрати та запропонувати ту чи іншу
конструкцію ЕМПЕ, активні, ізоляційні та конструктивні матеріали,
передбачити просту технологію виготовлення при мінімальноможливих фінансових витратах.
Попереднє рішення підготовчого етапу повинно відповідати
діючим стандартам і бути затверджене замовником !

2. Етапи проектування

Підготовчий етап

3. Етапи проектування

Розрахунковий етап проектування повинен виконати наступні
вимоги:
– ЕМПЕ, що проектується, повинен бути надійним в експлуатації;
– ЕМПЕ, що проектується, повинен задовольняти експлуатаційні
характеристики згідно вимогам;
– спроектованому ЕМПЕ повинна бути дана економічна
характеристика.
Під надійністю розуміють електричну, теплову та механічну
міцність ЕМПЕ в усіх режимах роботи, вказаних в технічному
завданні. Міцність забезпечується електромагнітним, тепловим,
вентиляційним та механічним розрахунками.
Експлуатаційні можливості ЕМПЕ забезпечуються відповідним
вибором основних розмірів та електромагнітним розрахунком, який
включає в себе: розрахунок обмоток, магнітного кола, параметрів та
експлуатаційних характеристик.
Розрахунковий
етап
закінчується
економічною
оцінкою
спроектованого ЕМПЕ, враховуючи вартість матеріалів, затрат на
виробництво та експлуатацію.

4. Етапи проектування

Розрахунковий етап

5. Етапи проектування

Кінцевий етап проектування включає складання робочої
конструкторської документації, тобто робочих креслень на деталі та
складальні креслення вузлів, конструкція та розміри яких визначені на
розрахунковому етапі.
Міждержавний стандарт встановлює наступні етапи розробки
конструкторської документації на вироби в усіх галузях промисловості:
- технічне завдання;
- технічна пропозиція;
- ескізний проект;
- технічний проект;
- розробка робочої документації:
а) для експериментального зразка (партії);
б) для установлювальних серій;
в) для серійного або масового виробництва.

6. Етапи проектування

Складання робочої
конструкторської
документації

7. Етапи проектування

8. Головні вимоги до ЕМПЕ, що проектується

Не звертаючи увагу на різноманітність
конструкторських
форм,
призначень
і
особливостей експлуатації ЕМПЕ, вони
повинні
задовольняти
таким
головним
вимогам:
- мати високу надійність
електрична міцність
термічна міцність
механічна міцність
- мати необхідні експлуатаційні характеристики
КПД, Cosφ, Uk, Pk
- бути максимально економічними
економічність проектування
економічність виробництва
економічність в експлуатації

9. Головні вимоги до ЕМПЕ, що проектується

Висока надійність забезпечується достатніми електричною,
термічною і механічною міцностями.
Електрична міцність властивість ізоляційних матеріалів
забезпечувати свої функції при заданих діапазонах змін напруги
обмоток (електромагнітний розрахунок)
Термічна міцність – здатність ЕМПЕ забезпечувати надійну роботу
у допустимих межах нагріву окремих частин конструкції (тепловий
розрахунок)
Механічна міцність – здатність конструкції витримати, не
виходячи з ладу, механічні зусилля у межах робочих і аварійних
режимів (механічний розрахунок)
Вимоги до надійності ЕМПЕ є головними, або «жорсткими»

10. Головні вимоги до ЕМПЕ, що проектується

Спроектований і виготовлений ЕМПЕ повинен відповідати
експлуатаційним вимогам, викладеними в технічному завданні.
Для силових трансформаторів це:
втрати короткого замикання,
напруга короткого замикання,
втрати і струм неробочого ходу,
струм неробочого ходу,
…..
Для електричних машин це:
коефіцієнт корисної дії,
коефіцієнт навантаження,
величина махового моменту,
ступінь захисту,
…..
Експлуатаційні характеристики забезпечуються шляхом
багатоваріантних розрахунків в процесі проектування,
високою точністю виготовлення і культурою експлуатації.

11. Головні вимоги до ЕМПЕ, що проектується

Максимальна економічність ЕМПЕ – враховує:
- економічність проектування:
- застосування сучасних систем автоматизованого проектування,
- використання новітніх методик розрахунку,
- висока кваліфікація проектанта.
- економічність виготовлення (зниженні собівартості в процесі виготовлення):
- застосування автоматизації і механізації виробничих процесів,
- економія матеріалів (безвідходні і маловідходні технології),
- підвищення коефіцієнта використання виробничого обладнання,
- максимальна уніфікація.
- економічність в експлуатації:
- енергетичні показники (ККД, соsφ),
- зниження втрат на планові ремонти,
- зменшення втрат на сплату обслуговуючого персоналу,
- застосування автоматичних систем управління,
- культура обслуговування і експлуатації.

12. Розрахункова (електромагнітна) потужність

Електромагнітна потужність це внутрішня потужність, яка за
допомогою електромагнітного поля передається через повітряний
проміжок в обертових (або нерухомих) електричних машинах, а в
трансформаторах через магнітопровід.
S EM m E1 I1
Для визначення електромагнітної потужності через вихідні
данні вводять коефіцієнт
E1
KE
U1
S EM m K E U1 I1 K E S ном

13. Розрахункова (електромагнітна) потужність

Для силових двообмоткових трансформаторів
S EM m K E U1 I1 K E S ном
K E 1
U 1 E
S EM S ном m U1 I1 m U 2 I 2

14. Розрахункова (електромагнітна) потужність

Електромагнітна потужність машин постійного струму
S EM m K E U1 I1 K E S ном
S EM PEM Ea I a K E U a I a
Для двигунів постійного струму
P
PEM K E P1 K E 2
K E 0,93 0,96
Для генераторів постійного струму
PEM K E P2
K E 1,02 1,05

15. Розрахункова (електромагнітна) потужність

Електромагнітна потужність асинхронного двигуна
S EM m K E U1 I1 K E S ном
P2
S EM m E1 I1 m K E U1 I1 K E
cos
K E 0,9 0,96

16. Розрахункова (електромагнітна) потужність

Електромагнітна потужність синхронного двигуна
P2
S EM m E1 I1 m K E U1 I1 K E
cos
K E 1,02 1,05
Електромагнітна потужність синхронного генератора
S EM m K E U1 I1 K E S ном
K E 1,02 1,05

17. Основні розміри ЕМПЕ

В трансформаторах
- діаметр стрижня;
- висота обмотки.

18. Основні розміри ЕМПЕ

В трансформаторах
- діаметр стрижня;
- висота обмотки.

19. Основні розміри ЕМПЕ

В обертових електричних машинах
- діаметр якоря;
- розрахункова довжина магнітопроводу якоря.

20. Основні розміри ЕМПЕ

В електричних машинах змінного струму
- діаметр якоря;
- розрахункова довжина магнітопроводу якоря.

21. Основні розміри ЕМПЕ

В електричних машинах змінного струму
- діаметр якоря;
- розрахункова довжина магнітопроводу якоря.

22. Основні розміри ЕМПЕ

В електричних машинах постійного струму
- діаметр якоря;
- розрахункова довжина магнітопроводу якоря.

23. Основні розміри ЕМПЕ

В електричних машинах постійного струму
- діаметр якоря;
- розрахункова довжина магнітопроводу якоря.

24. Основні розміри ЕМПЕ

В електричних машинах постійного струму
- діаметр якоря;
- розрахункова довжина магнітопроводу якоря.

25. Основні розміри ЕМПЕ

Сегментований магнітопровід

26. Основні розміри ЕМПЕ

Сегментований магнітопровід

27. Електромагнітні навантаження ЕМПЕ

Під електромагнітними навантаженнями розуміють:
- лінійне (електричне) навантаження;
- індукцію (магнітне навантаження) у стрижні трансформатора та
індукцію у повітряному проміжку для електричних машин.
Електричне навантаження
A (200 450) А/см (2 4,5) 104 А/м
силових масляних трансформаторах
при проектуванні трансформаторів користуються густиною струму
j (1,5 2,0) А/мм 2
в трансформаторах з алюмінієвими обмотками
в трансформаторах з мідними обмотками
j (2,2 3,5) А/мм 2
A (100 700) А/см (1 7) 104 А/м
A (1200 1600) А/см (12 16) 104 А/м
при охолодженні повітрям ЕМ
при форсованому охолодженні ЕМ
Магнітне навантаження
Bс (1,2 1,4) Тл
Bс (1,55 1,70) Тл
трансформатори з гарячекатаної сталі
трансформатори з холоднокатаної сталі
B (0,1 1,0) Тл
електричні машини загального призначення

28. Електромагнітні навантаження ЕМПЕ

Величини електромагнітних навантажень впливають:
- на основні розміри ЕМПЕ при заданій електромагнітній
потужності, тобто на масу активних і конструкційних матеріалів;
чим більше значення лінійного навантаження і індукції, або їх
добуток, тим менші основні розміри, менші витрати активних
матеріалів, або, як прийнято вважати, збільшується
використання активних матеріалів;
- на величину втрат, котрі збільшуються зі збільшенням лінійного
навантаження і індукції, це впливає на величину ККД й
нагрівання ЕМПЕ;
- на величини та співвідношення параметрів
A
r, x ~
B
значення цього співвідношення важливо при забезпеченні
експлуатаційних властивостей.

29. Зв'язок електромагнітної потужності ЕМПЕ з основними розмірами, електромагнітних навантажень і частотою

Трансформатори
S ЕМ Sном mE1I1 mU1I1
E1 2 f1 w1
S ЕМ m 2 f1 w1 I1
S ЕМ m 2 F1 f1
I1 w1 A L
Dc2
Bc Пс Вс
K c
4
K кр
Пст.ф
Пкр
Kз
П Fe
Пст.ф
К с К кр К з
2 m K c
S ЕМ S ном
( Dc2 L) ( A Bc ) f1
2 2

30. Зв'язок електромагнітної потужності ЕМПЕ з основними розмірами, електромагнітних навантажень і частотою

Машини постійного струму
S ЕМ PЕМ Ea I a
Ea
p N
nн
a
I a 2a ia
PЕМ (2 p ) ( N ia ) nн
A
N ia
NI a
πDa 2aπDa
Ф
Ia
2aπDa
A
N
πα δ
Вδ Da Lδ
2р
PЕМ π 2 αδ ( Da2 Lδ ) ( A Вδ ) nн
Ф В L b р
Bcp L
τ
πDa
2р
αδ
b р
τ
Вср
Вδ

31. Зв'язок електромагнітної потужності ЕМПЕ з основними розмірами, електромагнітних навантажень і частотою

Машини змінного струму
S ЕМ m E1 I1
E1 2 f1 w1 К об
f1 p n1
S ЕМ m 2 ( р Ф) ( w1 I1 ) К об n1
A
2w1 I1 m
D
D
( w1 I1 ) A
2m
1
Ф В D L
р
2
Ф Вср L В L
Вср
D
2
2p
Вmax
2 К об
S ЕМ
( D 2 L ) ( A В ) n1
2

32. Приклад визначення основних розмірів трансформатора

Початкові дані
Повна потужність
Напруга ВН
Напруга НН
Частота
1000 кВА
10000 В
380 В
50 Гц
K E 1
S EM m K E U1 I1 K E S ном 1000000 ВА
K c 0,85...0,9
A (2 4,5) 104 А/м
Bс (1,55 1,70) Тл
2 m K c
S ЕМ S ном
( Dc2 L) ( A Bc ) f1
2 2
2 m K c
( D L) S ЕМ
( A Bc ) f1
2 2
( Dc / L) 0,3...1,1
2
c

33. Узагальнений вираз для ЕРС обмоток ЕМПЕ

ЕРС фази обмотки трансформатора
E1 2 f1 w1
ЕРС якірної (статорної) обмотки машин змінного струму
E1 2 f1 w1 К об
ЕРС якірної обмотки машин постійного струму
Ea
p N
Ф nн
a
N 4a wa
Ea 4 wa Ф ( p nн )
E a 4 Ф f a wa
Загальний вираз ЕРС ЕМПЕ
К об1 1 - для трансформатора
E 2 f1 Ф w1 К об1
К об1 K cк K ук1 K p1 - для машин змінного струму
К об1 1 / 1,11 - для машин постійного струму

34. Узагальнений вираз для електромагнітної потужності ЕМПЕ

Для трансформатора
2 m K c
S ЕМ S ном
( Dc2 L) ( A Bc ) f1
2 2
Для машин змінного струму
2 К об
S ЕМ
( D 2 L ) ( A В ) n1
2
Для машин постійного струму
PЕМ π 2 αδ ( Da2 Lδ ) ( A Вδ ) nн
Загальний вираз
S ЕМ К Sem ( D 2 L ) ( A B ) f1
2 m K c
К Sem
2 2
- для трансформатора
2 К об1
К Sem
2 p
- для машин змінного струму
2
К Sem
p
- для машин постійного струму