Калькуляция себестоимости магнитоэлектрического генератора

Важной составляющей в конечной стоимости продукта производства является его себестоимость. Себестоимость продукции складывается из составляющих ее материалов и сборочных единиц, а также иных затрат, связанных с производством. Расчет себестоимости синхронного генератора сведен в таблицу 4.10 [29].

Таблица 4.10 – Калькуляция цеховой себестоимости

Калькуляционная единица, наименование статей	Себестоимость, руб
1 Основные материалы и сборочные единицы
2 Вспомогательные материалы
3 Топливо и энергия на технологические цели
Итого: прямые материальные затраты
4 Основная заработная плата производственных рабочих
5 Дополнительная зарплата производственных рабочих
6 Взносы в социальные внебюджетные фонды с заработной платы основных производственных рабочих
7 Расходы по содержанию и эксплуатации оборудования
8 Расходы на подготовку и освоение производства (5% от основной зарплаты)
9 Цеховые расходы

Итого: цеховая себестоимость
10 Общезаводские расходы
11 Прочие производственные расходы
Итого: производственная себестоимость
12 Внепроизводственные расходы

Итого: полная себестоимость

13. Прибыль (25% от полной себестоимости)
Итого: оптовая цена

Внепроизводственные расходы - это такие затраты, которые связаны с продажей изготовленной продукции, они включены в полную себестоимость товаров сверх их производственной себестоимости: расходы на тару, упаковку товаров на складах; затраты по доставке товаров на станцию отправления; затраты на погрузку; комиссионные сборы различным сбытовым организациям; расходы на рекламу и так далее. (Данные о внепроизводственных расходах предоставила АО «Технодинамика»)

Расчет годового экономического эффекта и срок окупаемости

4.9.1 Себестоимость аналога

, (4.14)

где - себестоимость проектируемого генератора;

к₁ – коэффициент, связанный с различием технических уровней аналога и проектируемого варианта;

руб.

4.9.2 Экономия в сфере производства

(4.15)

руб.

Данные нормы предоставлены отделом нормирования АО «Технодинамика».

4.9.6 Эффективность производства

; (4.16)

4.9.7 Срок окупаемости

года. ; (4.17)

Вывод:

Годовая экономия составила Э_год=1351605 рублей, показатель эффективности – 0,35. Проведенные расчеты говорят о том, что производство и внедрение проектируемого синхронного генератора экономически выгодно.

Безопасность проекта

Электробезопасность – это система организационных и технических мероприятий и средств, которые обеспечивают защиту людей от вредного и опасного действия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества [30].

Электрическая безопасность включает в себя правовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-гигиенические, лечебно-профилактические, реабилитационные и иные мероприятия.

Правила электробезопасности регламентируются правовыми и техническими документами, нормативно-технической базой. Знание основ электробезопасности обязательно для персонала, обслуживающего электроустановки и электрооборудование.

Отказы элементов системы электроснабжения могут привести к недопустимому ухудшению качества электроэнергии, прекращению питания

бортового оборудования, невыполнению полетного задания или другим летным происшествиям.

При отказе канала генерирования электрической энергии приемники переходят на питание от аварийного источника электрической энергии ограниченной мощности (часть приемников отключается). Такой режим работы системы электроснабжения называется аварийным.

Аварийное отключение канала генерирования переменного тока необходимо для предотвращения питания приемников электроэнергией низкого качества [30].

Одним из основных требований к самолетной электрической сети является требование надежности работы в заданных условиях эксплуатации.

К основным техническим требованиям относятся следующие:

1. Надежность работы сети в любых условиях эксплуатации самолета.

2. Максимальная живучесть сети, т. е. бесперебойное питание потребителей при возможных аварийных режимах.

3. Минимальный вес и габариты без уменьшения надежности и удобства в эксплуатации.

4. Высокая эластичность.

5. Высокая механическая, электрическая и термическая прочность.

6. Независимость работы сети от вибраций, толчков, больших ускорений и изме­нения параметров окружающей среды.

7. Удобство и безопасность в обслуживании.

8. Отсутствие воздействий, мешающих работе радиоаппаратуры и электроприборов.

9. Взаимозаменяемость и унификация элементов электрической сети.

10. Достаточный срок службы и небольшая стоимость производства.

Максимальную надежность и живучестьможно получить рацио­нальным выбором системы передачи и распределения электроэнергии, соответствующей

защитой сетей, а именно так, чтобы поврежденный участок отключался автоматически, причем лишалось питания наименьшее число потребителей [30].

Рациональный монтаж сети – прокладка жгутов по разным бортам фюзеляжа, осуществление многоканальности питания ответственных потребителей, применение аварийной сети электроснабжения для жизненно важных потребителей, правильный выбор сечения электрических проводов из условия нагрева и допустимой потери напряжения, бронезащита распределительных устройств и т. д. также увеличивают надежность и живучесть электрической сети.

Получение минимального весадостигается рациональным выбором способа передачи электроэнергии (например вместо двухпроводного используется однопроводный способ передачи) и использованием такой системы распределения, при которой длина силовой проводки будет наименьшей.

Уменьшение веса сети также достигается путем максимальной загрузки проводов, применением алюминиевых проводов вместо обычных медных, улучшением качества изоляции и повышением напряжения электрической сети.

Удобство и безопасность в обслуживании сети достигается правильным ее монтажом, обеспечивающим свободный доступ к необ­ходимым элементам сети, с соблюдением условий безопасности в отношении пожара и взрыва; для этого герметизируется коммутационная и защитная аппаратура, находящаяся вблизи топлива, масла и кислорода [30].

Особое внимание уделяется вопросу безопасности сети для человека, для чего выбирается безопасное напряжение сети, и особенно напряжение цепей управления, которые непосредственно находятся вблизи членов экипажа.

Борьба с радиопомехами,вызываемыми электрической сетью, осуществляется рядом мер: экранировкой отдельных агрегатов, применением фильтров, металлизацией, применением радиоактивных разрядников. Этот вопрос полностью не решен и требует специальных исследований.

Требование взаимозаменяемости и унификацииэлементов электрической сети является совершенно необходимым с точки зрения производства, а также эксплуатации и ремонта электрооборудования.

Для предотвращения негативных последствий при отказах в СЭС ЛА предусмотрена соответствующая защита. В общем случае система защиты электроузлов предназначена для выполнения основных задач:

• исключения длительной работы потребителей при неудовлетворительном качестве электроэнергии;

• предотвращения возникновения аварийных ситуаций при повреждениях энергоузлов.

Система защиты самолетной электросети должна автоматически отключать только те её участки, на которых ток увеличился сверх допустимого значения. Для этого защитная аппаратура должна обладать [30]:

- селективностью (избирательностью), т. е. способностью отключить только поврежденный участок так, чтобы остальные работали нормально;

- быстродействием, для того чтобы свести к заданному период времени между возникновением аварийного режима и срабатыванием защиты. Чем меньше это время, тем меньше воздействие недопустимых по значению токов и меньше их разрушительное действие. На короткое замыкание защита должна реагировать немедленно, на перегрузку - с некоторой задержкой по времени;

- инерционностью, под которой подразумевается ее свойство не реагировать на кратковременные допустимые перегрузки (например, при пуске электродвигателей) [31];

- высокой чувствительностью - способностью реагировать на аварийные режимы в начале их возникновения и в то же время не реагировать на случайные отклонения параметров сети;

- надежностью, которая определяется надежностью самого автомата защиты и сети.

Аппаратура защиты реагирует на абсолютное значение тока . Она отключает цепь при прохождении по ней тока, превышающего максимально допустимое значение. Осуществляется такая защита тепловыми аппаратами - предохранителями. Такими как стеклянный плавкий предохранитель (СП), тугоплавкий предохранитель (ТП), инерционно-плавкий предохранитель (ИП) и биметаллическими автоматами защиты АЗР, АЗС и АЗФ. Их свойства отражает ампер-секундная характеристика аппарата. Это зависимость времени срабатывания аппарата защиты от значения тока перегрузки. Критическим током аппарата защиты называют наименьший ток, при котором срабатывает аппарат защиты. Номинальный ток аппарата защиты указывается в его паспорте. Такая зависимость токов взята для предотвращения ложного срабатывания защиты при изменении условий окружающей среды или разбросе параметров аппаратов защиты [31].

Система защиты отключает поврежденный элемент СЭС и перестраивает структуру системы электроснабжения таким образом, чтобы электрическая энергия продолжала поступать или ко всем потребителям, или только тем, от которых зависит безопасность полета. При этом защита должна быть такой, чтобы после ее срабатывания число потребителей, лишившихся электроэнергии, сводилось к минимуму.

При отключении неисправного элемента в нем могут сохраняться условия для дальнейшего развития повреждения. Так, например, в генераторе независимого возбуждения при возникновении которого замыкания внутри него или на его фидере протекает значительный ток, который может вывести генератор из строя и даже привести к пожару на борту ЛА. Защита в этом случае не только отключает генератор, но и, размыкая цепь обмотки возбуждения, гасит поле возбуждения. Ток при этом уменьшаемся практически до нуля. Генератор с возбуждением от постоянных магнитов в аналогичной ситуации развозбудить нельзя, поэтому его защита от КЗ предусматривает расцепление валов генератора и привода [31].

Для защиты участков сети в системах электроснабжения большой мощности применяется релейная контактная защита, осуществляемая с помощью электромагнитной коммутационной аппаратуры – реле и контакторов. К защитной аппаратуре относятся, кроме того, электронные транзисторные бесконтактные устройства защиты и тепловые автоматы защиты.

Работа автоматов защиты основана на максимальном токовом принципе, то есть аппаратура приходит в действие при повышении тока в защищаемом объекте сверх установленной величины. Принцип действия тепловых автоматов защиты базируется на изгибе биметаллических термочувствительных элементов при нагревании их протекающим током. Биметаллический элемент состоит из двух наложенных друг на друга и сваренных металлических пластин, имеющих различные температурные коэффициенты линейного расширения.

Изгиб термочувствительного элемента вызывает срабатывание механизма, разрывающего контакты, через которые питается защищаемый объект [32].

Тепловые автоматы защиты получили широкое распространение благодаря тому, что они:

• имеют хорошую чувствительность и реагируют на незначительную длительную перегрузку;

обладают достаточной инерционностью, то есть отключают оборудование при кратковременных перегрузках, не вызывающих выход оборудования из строя-

• обладают быстродействием при отключениях коротких замыканий;

• обладают многократностью действия;

• имеют малые массы и габариты

Конструктивно тепловые автоматы обычно выполняются в виде выключателя типа тумблера, контакты несработавшего автомата выполняются могут быть замкнуты и разомкнуты с помощью рукоятки, как в обычном выключателе. По кинематической схеме автоматы защиты делятся на два типа:

1) ЛЗС - автоматы защиты без свободного расцепления управления и контактной системы;

2) АЗР - автоматы защиты со свободным расцеплением управления и контактной системы.

Автоматы типа АЗС целесообразно устанавливать для той аппаратуры, включение которой в особых случаях необходимо даже при наличии неисправности в их цепях. АЗС рассчитаны на токи 2, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 75, 100, 150, 200 и 250 А [32].

Автомат АЗР. так же как и АЗС, выполняет одновременно функции обычного выключателя. Но в отличие от АЗС, у которого возвратная пружина остается до срабатывания защиты в сжатом состоянии, в АЗР возвратная пружина взводится при каждом включении.

АЗР не позволяет принудительно коммутировать цепь в аварийной ситуации, что дает возможность использовать его в пожароопасных цепях (например, в цепи подкачивающего электронасоса, расположенного топливном баке). АЗР выпускается на номинальные токи 6, 10, 15, 25, 30 40, 50, 100, 200, 250 А.

Кроме автоматов защиты АЗС и АЗР широко применяются герметизированные тепловые автоматы типа АЗСГ (АЗСГК), АЗРГ (АЗРГК); они работают в цепи постоянного тока с напряжением до 30 В. Их номинальные токи 2, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50 А. Автоматы с буквой К предназначены для кабин с красным освещением. Отключение цепи может быть ручное и автоматическое с помощью биметаллической пластины и электромагнитного расцепителя [30].

Автоматы АЗС(ЗФ) устанавливают в сетях трехфазного переменного тока напряжением 208В, частотой 400Гц. Они рассчитаны на токи 2; 3; 4; 5; 7,5; 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90' 100' 125 и 150А. При коротком замыкании в одной фазе автомат, срабатывая, отключает все три фазы.

В качестве аппаратов защиты сети на токи более 500 А применяются автоматы, имеющие устройства, обеспечивающие электромагнитную отсечку по

току. Эти автоматы отключают цепь при коротких замыканиях, но не могут обеспечить их защиту при перегрузках, так как они не имеют биметаллического элемента. Отсутствие биметаллического элемента делает их конструкцию более простой по сравнению с биметаллическими автоматами.

Различают три способа нагрева биметалла: непосредственный, косвенный и комбинированный. Рассмотренные автоматы относятся к автоматам с непосредственным нагревом [31].

Метод непосредственного нагрева используют также при повышенных и высоких температурах. Однако увеличение интенсивности радиационного теплообмена создает трудности в его реализации. Вместе с тем метод может успешно применяться при высоких температурах, если калориметр окружить адиабатной оболочкой. В этом случае автоматический регулятор поддерживает

температуру оболочки калориметра равной температуре поверхности образца. Это сводит к минимуму тепловые потери образца и снижает погрешность измерения теплоемкости.  

При косвенном нагреве биметаллический элемент нагревается за счет тепла от специального элемента по которому проходит ток защищаемой цепи.

Авиационные тепловые автоматы защиты выполняются с непосредственным нагревом, так как при применении косвенного нагрева в момент короткого замыкания нагревательный элемент не успеет передать тепло биметаллу. То же самое относится и к способу комбинированного нагрева [30].

На летательных аппаратах применяются плавкие вставки типов ПВ (плавкая вставка), СП (стеклянно-плавкая), ИП (инерционно-плавкая), ТП (тугоплавкая). Плавкие вставки ПВ выполняются из калиброванных серебряных проволочек на номинальные токи 2, 6, 10, 20, 30, 40, 60, 80 и 100А. Предохранители СП изготовляются на номинальные токи 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30 и 40А. На токи до

5 А плавкие вставки выполняются из медной проволоки, на токи. 5—10А — из серебряной проволоки, на токи 15— 40 А — из цинковых пластинок.

Для защиты сетей с большими номинальными токами (200— 900А) требуется большое сечение и, следовательно, большая масса вставки. При плавлении такой вставки ее расплавленные капли могут вызвать пожар или иные повреждения. Поэтому защита цепей с большими токами осуществляется тугоплавкими предохранителями типа ТП, изготовляемыми на токи 200, 400, 600, 900А. Плавкая вставка их выполняется из меди и помещается в асбоцементный корпус для локализации расплавляемого металла [31].

Плавкие предохранители ПВ, СП, ТП малоинерционны. Они четко срабатывают при появлении токов перегрузок. Но такие предохранители не обеспечивают защиты цепей с электродвигателями. Пусковые токи электродвигателей могут быть в 3—10 раз больше номинальных токов.

В таких цепях надо, чтобы за время пуска предохранитель не сработал при таких больших токах. В то же время предохранитель должен сработать, если

длительное время ток превышает его номинальное значение на 10—20% или если в цепи электродвигателя возникло короткое замыкание. Поэтому в цепях с электродвигателями устанавливаются инерционно-плавкие предохранители типа ИП, конструкция которых обеспечивает выполнение отмеченных выше требований [30].

Все плавкие предохранители имеют существенные эксплуатационные недостатки:

— невозможно визуально контролировать состояние предохранителя;

— необходимо иметь запасной комплект предохранителей;

— трудно и даже невозможно заменить в полете сработавший предохранитель;

— невозможно проверить характеристики предохранителя (для этого надо расплавить его вставку, т. е. «сжечь»)

Исходные данные генератора:

Длительный ток в линии

По току расцепителя выбираем автомат: АЗ3Б-75-300.

Вывод:

Приведены защитные меры, применяемые в электроустановках. Определены нормативные документы, нормирующие предельные значения напряжения и тока, организационные и технические мероприятия, обеспечивающие безопасность при эксплуатации электрооборудования.

Заключение:

Выпускная квалификационная работа на тему «Генератор синхронный с вращающимся выпрямителем мощностью 100 кВт для системы электроснабжения летательных аппаратов» выполнена в полном объеме согласно заданию. Расчет и проектирование проведены в соответствии с условиями эксплуатации и надежности.

Произведен подробный анализ существующих типов и область применения синхронных генераторов, так же рассмотрены современные материалы используемые в синхронных генераторах, и способы повышения энергоэффективности.

В технологической части разработан технологический процесс изготовления ротора.

В технико-экономической части обосновывается экономическая эффективность синхронного генератора.

В конструкторской части выпускной квалификационной работы выполнены электромагнитный, тепловой и механический расчеты, выполнен расчет характеристик.

Список литературы

1. Системы электроснабжения летательных аппаратов: учебник / под ред. С.П. Халютина. – М.: ВВИА им. Проф. Н.Е. Жуковского, 2010. – 428 с.

2. Электрооборудование летательных аппаратов : учебник Э455 для вузов. Том1/ по редакции С.А Грузкова.– М.: Издательство МЭИ, 2005.

3. ГОСТ Р 54073-2010. Системы электроснабжения самолетов и вертолетов. Общие требования и нормы качества электроэнергии. М.: Изд-во стандартов, 2010.

4. ОСТ 100575-82. Генераторы трехфазные постоянной частоты. Технические требования. М.: Изд-во стандартов, 1982.

5. Электрооборудование летательных аппаратов : учебник Э455 для вузов. Том2/ по редакции С.А Грузкова.– М.: Издательство МЭИ, 2005.

6. . Henri Eisenbeis. UAV Photogrammetry. ETH ZURICH. DISS. ETH NO. 18515. Zurich, 2009.

7. Авиационное оборудование / под ред. Ю. П. Доброленского. — М.: Военное издательство, 1989. — 248 с. — ISBN 5-203-00138-3.

8. Электрооборудование летательных аппаратов (Учебное пособие). — Севастополь, 1974.

9. Системы электроснабжения летательных аппаратов (Учебник) / под ред. С.П. Халютина. — М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2010. — 428 с. — ISBN 978-5-903111-42-8.

10. Патент РФ № 2524776 F02C 7/6 Способы запуска газотурбинного двигателя бесконтактным явнополюсным синхронным генераторм с вращающимся выпрямителем, опубликованр: 10.08.2014г.

11. Патент РФ №2528950 F0N 11/14 Стартер – генератор газотурбинного двигателя и способ его управления, опубликовано: 20.09.2014г.

12. Патент РФ2396693 H02P 9/02 Устройство автономного электроуправления, опубликовано: 10.09.2010.

13. Антонов М. В., Герасимова Л. С. / Технология производства электрических машин: Учеб. пособие для вузов. – М.: Энергопздат. 1982. – 512 с.

14. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. – 9-е

изд., перераб. и доп. / В.И. Анурьев; Под ред. И.Н. Жестковой. – М.: Машиностроение, 2006.

15. Балагуров В.А., Галтеев Ф.Ф. Электрические генераторы с постоянными магнитами. – М.: Энергоатомиздат, 1988.

16. Белкин И.М. Допуски и посадки / И.М. Белкин. – М.: Машиностроение,

1992. – 528 с.

17. Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины. – М.: Высшая школа,

1990. – 416 с.

18. Гольдберг О.Д. Проектирование электрических машин: Учебник для

втузов / О.Д. Гольдберг, Я.С. Гурин, И.С. Свириденко; Под ред. О.Д.

19. Копылов И.П. Электрические машины. – 5-е изд., стер. – М.: Высш.

шк., 2006. – 360 с.

20. Копылов И.П. Проектирование электрических машин / И.П. Копылов,

Б.К. Клоков, В.П. Морозкин и др.; Под ред. И.П. Копылова . – 4-е изд. – М.:

Высш. шк. 2005. – 496 с.

21. Ледовский А.Н. Электрические машины с высококоэрцитивными

постоянными магнитами. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 168 с.

22. Маталин А.А. Технология машиностроения / А.А. Маталин. – Л.:

Машиностроение. 1985. – 512 с.

23. Паластин Л.М. Электрические машины автономных источников

питания / Л.М. Паластин. – М.: Энергия, 1972. – 320 с.

24. Применение огнетушителей в производственных, складских и общественных зданиях и сооружениях: Рекомендации / Н.В. Навценя, Н.В. Исавнин, А.В. Матюшин и др. – М.: ВНИИПО, 1986. – 31 с.

25. Справочник по электрическим машинам: В 2 т./Под общ. ред. И. П. Копылова и Б. К. Клокова. Т. 1. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 456 с: ил.

26. Электротехнический справочник: в 3-х т. 2. Электротехнические

изделия и устройства/под общ. ред. профессоров МЭИ (гл. ред. Орлов И.Н.). – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 712 с.

27. Методика (основные положения) определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. М.: Экономика, 1977.

28. Методика определения экономической эффективности капитальных вложений. Экономическая газета, 1961.

29. Методические материалы по планированию, учету и калькулированию себестоимости продукции на предприятиях машиностроения и металлообработки. – М.; Прейскурантиздат, 1983.

30. ССБТ. Шум. Общие требования безопасности: ГОСТ 12.1.003-88 (2001) / Госстандарт СССР. – Введ. 1988–12–19. – М.: Стандартинформ, 2001. – 11 с.

Защита от шума. Нормы проектирования: СНиП 23-03-2003 / Госстрой России. – Введ. 2003–06–30. – М.: Госстрой, 2003. – 20 с.

31. ССБТ. Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля: ГОСТ 12.1.006-84 (1999) / Госстандарт СССР. – Введ. 1987–11–01. – М.: Стандартинформ, 1999. – 15 с.

32. ССБТ. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты: ГОСТ 12.1.019-79 (2001) / Госстандарт СССР. – Введ. 1979–07– 17– М.: Стандартинформ, 2001. – 11 с.

33. ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление: ГОСТ 12.1.030-81 (2001) / Госстандарт СССР. – Введ. 1981–05–15. – М.: Стандартинформ, 2001. – 12 с.

34. ССБТ. Электростатические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля: ГОСТ 12.1.045-84 (2001) /

Госстандарт СССР. – Введ. 1984–09–17. – М.: Стандартинформ, 2001. – 12 с.