Đồ án Thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha rôtor lồng sóc

LỜI NÓI ĐẦU Trong công cuộc xây dựng và phát triển của đất nước ngày càng phát triển cao hơn trong mọi lĩnh vực: công nghiệp, giao thông và các dịch vụ trong cuộc sống hằng ngày. Thực tế cho thấy máy điện không đồng bộ nói chung và động cơ không đồng bộ nói riêng. Do có kết cấu đơn giản dễ chế tạo, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành lại hạ mà nổi bật nhất là động cơ không đồng bộ rôtor lồng sóc và được sử dụng rộng rãi nhất. Trong công nghiệp được dùng nó làm nguồn động lực cho máy cản, máy công cụ trong công nghiệp nhẹ trong hầm mỏ dùng máy tời, quạt gió trong nông nghiệp dùng máy bơm, máy gia công nông sản trong dịch vụ hằng ngày máy điện không đồng bộ cũng chiếm một vị trí khá quan trọng như được dùng cho máy quay đĩa. Quạt gió, động cơ cho tủ lạnh và các thiết bị khác Tóm lại, theo sự phát triển của nền sản xuất điện khí hoá và tự động hoá ngày càng cao trong sản xuất, đời sống và trong một số lĩnh vực khác. Cho nên phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ nói chung và động cơ không đồng bộ nói riêng ngày càng rộng rãi và thông dụng nhiều nhất là động cơ không đồng bộ Rôtor lồng sóc có công suất vừa và nhỏ vì so với các loại động cơ khác nó có ưu điểm nổi bật hơn hẳn, ngoài ra trong khi làm việc ít gây tiếng ồn và không gây ra cản nhiễu vô tuyến. Nhưng nó có một số nhược điểm là mômen mở máy nhỏ, dòng điện mở máy lớn, điều chỉnh tốc độ khó khăn. Do đó không thể khởi động trực tiếp hay làm việc trong một số trường hợp tải cần mômen lớn và tốc độ lớn để khắc phục nhược điểm này thì người ta chế tạo ra loại động cơ không đồng bộ rôtor lồng sóc nhiều tốc độ, dùng rôtor rãnh sâu, lồng sóc kép nhằm để hạ được dòng điện khởi đôïng và tăng được mômen mở máy và điều chỉnh tốc độ dễ dàng hơn. Trong suốt thời gian học chuyên ngành về máy điện cũng không đủ nhiều cho đến khi nhận đề tài tốt nghiệp, em được khoa và bộ môn thiết bị điện giao cho nhiệm vụ thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha rôtor lồng sóc với các số liệu ban đầu như trên. Để hoàn thành nhiệm vụ yêu cầu của bang thiết kế đặt ra, em được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo bộ môn và đặt biệt là thầy giáo hướng dẫn Nguyễn Trung Cư, cùng với sự nỗ lực của bản thân, em đã hoàn thành nhiệm vụ của bảng thiết kế tuần tự theo các chương nhỏ sau: Lời nói đầu Chương I. Giới thiệu máy và nguyên lý hoạt động Chương II.Tính toán và xác định kích thước chủ yếu của máy Chương III.Tính toán dây quấn, rãnh Stator và khe hở không khí Chương IV.Tính toán dây quấn, rãnh và gông rôtor Chương V. Tính toán mạch từ Chương VI. Tính toán tham số của động cơ điện ở chế độ định mức Chương VII. Tính toán tổn hao thép và tổn hao cơ Chương VIII.Tính toán đặc tính làm việc của động cơ Chương IX. Tính toán đặc tính khởi động Chương X. Tính toán nhiệt Chương XI. Tính toán trọng lượng,vật liệu tác dụng vàchỉ tiêu sử dụng vật liệu máy. Chương XII .Tính toán cơ. Chương XII . Chuyên Đề. Nói chung trong quá trình thiết kế, tuy bản thiết kế đã hoàn thành và đạt được yêu cầu, chỉ tiêu cũng như tiêu chuẩn của nhà nước của bản thiết kế đề ra. Nhưng em là một sinh viên mới bắt tay vào việc nghiên cứu và thiết kế vả lại đề tài về máy điện rất đa dạng và phong phú, hơn nữa thời gian có hạn. Cho nên em không tránh khỏi nhưng thiếu xót và cũng như không tối ưu của vấn đề. Do đó em rất mong sự thông cảm và bỏ qua của thầy cô về những sai sót của em trong bảng thiết kế và em mong muốn nhận được sự chỉ bảo và góp ý của các thầy cô trong bộ môn để cho em học hỏi và rút kinh nghiệm về sau. Em xin chân thành cảm ơn. Hà Nội, tháng 5 năm 2005 Sinh viên thiết kế CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG A. Phân loại và kết cấu và nguyên lý hoạt động của động cơ: I. Phân loại: Theo kết cấu của động cơ không đồng bộ có thể chia ra làm các kiểu chính: kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín, kiểu phong nổ... Theo kết cấu của Rotor, máy điện không đồng bộ chia làm 2 loại: loại Rotor kiểu dây quấn và loại Rotor kiểu lồng sóc. Theo số pha trên dây quấn Stator có thể chia làm các loại: Một pha, hai pha và ba pha. II.Kết cấu: Giống như các máy điện quay khác, máy điện không đồng bộ gồm các bộ phận chính sau: 1.Phần tĩnh hay Stator: Trên Stator có vỏ, lõi sắt và dây quấn. a. Vỏ máy: Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng để làm mạch dẫn từ . thường vỏ máy làm bằng gang. Đối với máy có công suất lớn (1000 Kw) thường dùng thép tấm hàn lại làm thành vỏ. Tuỳ theo cách làm nguội máy mà dạng vỏ cũng khác nhau. b. Lõi sắt: Lõi sắt là phần dẫn từ . Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên để giảm tổn hao, lõi sắt được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện dày 0,5mm ghép lại. Khi đường kính ngoài lõi sắt nhỏ hơn 990mm thì dùng cả tấm tròn ép lại. Khi đường kính ngoài lớn hơn trị số trên thì phải dùng những tấm hình rẻ quạt ghép lại thành khối tròn. Mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Nếu lõi sắt ngắn thì có thể ghép thành một khối. Nếu lõi sắt dài quá thì thường ghép thành từng thếp ngắn, mỗi thếp dài 6 đến 8 cm,đặt cách nhau 1cm để thông gió cho tốt. Mặt trong của lá thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn. c. dây quấn: Dây quấn Stator được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõi sắt. Bối dây có thể là một vòng (gọi là dây quấn kiểu thanh dẫn) bối dây thường được chế tạo dạng phần tử và tiết diện dây thường lớn, hay cũng có thể: bối dây gồm nhiều vòng dây (tiết diện dây nhỏ gọi là dây quấn kiểu vòng dây). Số vòng dây mỗi bối, số bối dây mỗi pha và cách nối dây là tuỳ thuộc vào công suất, điện áp, tốc dộ, điều kiện làm việc của máy và quá trình tính toán mạch từ. 2. Phần quay hay Rotor: Phần này có hai bộ phận chính là lõi sắt và dây quấn. a. Lõi sắt: Lõi sắt là các lá thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau. Lõi sắt được ghép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá Rotor của máy. Phía ngoài của lá thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn. a. Rotor và dây quấn Rotor: Rotor có hai loại chính: Rotor kiểu dây quấn và Roto kiểu lồng sóc. - Loại Rotor kiểu dây quấn: Rotor có dây quấn giống như dây quấn Stator. Trong máy điện cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp vì bóp được những đầu dây nối, kết cấu dây quấn trên Rotor chặt chẽ. Trong máy điện cỡ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp. Dây quấn ba pha của Rotor thường đấu hình sao, còn ba đầu kia được nối vào ba vành trượt thường làm bằng đồng đặt cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với mạch điện bên ngoài. Đặc điểm của loại động cơ điện Rotor dây quấn là có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch điện Rotor để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy. Khi máy làm việc bình thường dây quấn Rotor được nối ngắn mạch. - Loại Rotor kiểu lồng sóc: kết cấu của loại dây quấn này rất khác với dây quấn Stator. Trong mỗi rãnh của lõi sắt Rotor đặt vào thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng mà người ta quen gọi là lồng sóc. Dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt. để cải thiện tính năng mở máy, trong máy công suất tương đối lớn, rãnh Roto có thể làm thành dạng rãnh sâu hoặc làm thành hai rãnh lồng sóc hay còn gọi là lồng sóc kép. Trong máy điện cỡ nhỏ, rãnh Roto thường được làm chéo đi một góc so với tâm trục. 3. Khe hở: Vì Rotor là một khối tròn nên khe hở đều. Khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ (từ 0,2 đến 1mm trong máy điện cỡ nhỏ và vừa) để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới vào và như vậy mới có thể làm cho hệ số công suất của máy cao hơn * Nguyên lý hoạt động của máy điện không đồng bộ nói chung và động cơ không đồng bộ 3 pha rôtor lồng sóc nói riêng là làm việc dựa theo nguyên lý cảm ứng điện từ. * Khi cho dòng điện 3 pha đi vào dây quấn 3 pha đặt trong lõi sắt Stator, trong lõi sắt Stator của máy tạo ra một từ trường quay với tốc độ đồng bộ n1= 60.f/p với p là số đôi cực, f là tần số lưới. Từ trường quay cắt các thanh dẫn của dây quấy Stator, cảm ứng các sư6t1 điện động. Vì dây quấn rôtor nối ngắn mạch, nen sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện trong các thanh dẫn của rôtor. Lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường quay của máy với thanh dẫn mang dòng điện rôtor, kéo rôtor quay cùng chiều quay từ trường với tốc độ n n 1 1 dt F 1 n dt F N n n dt F s s dt F Hình: Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ Để minh hoạ vẽ từ trường quay tốc độ n1, chiều sức điện động và dòng điện cảm ứng trong thanh dẫn rôtor, chiều lực điện từ Fđt. Khi xác định chiều sức điện động cảm ứng theo qui tắc bàn tay phải ta căn cứ vào chuyển động tương đối của thanh dẫn rôtor với từ trường. Nếu coi từ truờng đứng yên thì chiều chuyển động tương đối của thanh giược với chiều chuyển dộng của n1. từ đó áp dụng qui tắc bàn tay phải xác định được chiều chuyển động của sức điện động như hình vẽ. Chiều lực điện từ xác địng theo qui tắc bàn tay trái trùng với chiều quay n1. Tốc độ n của máy nhỏ hơn tốc độ từ trường quay n1, vì nếu tốc độ bằng nhau thì khơng có sự chuyển động tương đối, trong dây quấn không có sức điện động và dòng điện cảm ứng, lực điện từ bằng 0. Độ chênh lệch giữa tốc độ từ trường quay và tốc độ máy gọi là tốc dộ trượt n2 . n2 = n1 – n Hệ số trượt của tốc độ là: s = Khi rôtor đứng yên (n = 0), hệ số trượt s = 1. Khi rôtor quay định mức s = 0,02¸ 0,06 tốc độ động cơ: vòng/phút CHƯƠNG II: KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU 1. Tốc độ đồng bộ: trong đó: n1 =1500 là tốc độ của động cơ f1 =50 hz là tần số của lưới điện 2. Đường kính ngoài Stator: Với Pđm = 90 kw và p =2 tra phụ lục 10-6 tài liệu thiết kế máy điện . Ta có chiều cao tâm trục của động cơ điện không đồng bộ Rotor lồng sóc kiểu IP23 theo tiêu chuẩn Việt Nam 1987-1994 cách điện cấp B với h=250 mm. Tra bảng 10.3 trang 230 ta được đường kính ngoài Stator theo tiêu chuẩn trong dãy 4A của nga Dn = 43,7cm. 3. Đường kính trong Stator: Theo bảng 10.2 trang 230 có KD=(0,640,68) ứng với động cơ có 2p =4 Trong đó: + KD: tỉ số giữa đường kính trong và ngoài Stator + D: Đường kính trong Stator + Dn =43,7mm D = KD.Dn =(0,640,68) . 43,7 = 29,7 mm 4. Công suất tính toán: Trong đó: + KE = 0,98:Tỉ số giữa sức điện động và điện áp.Tra hình 10.2 trang 231 sách TKMĐ theo Dn = 43,7cm. + P = 90 kw Theo bảng 10.1 trang 228 sách TKMĐ 5. Chiều dài tính toán của lõi sắt Stator: Lấy ld = 21,8 cm trong đó: ủửụùc choùn theo kieồu daõy quaỏn ụỷ maựy nhieàu cửùc trang 231 saựch TKMẹ + = 0,64 là hệ số cực từ + ks = 1,11 là hệ số sóng hình sin + kd =0,92 là hệ số dây quấn + A = 420 A/cm là tải đường + Bd = 0,806 là mật độ từ thông khe hở không khí Do lõi sắt ngắn nên được làm thành một khối. Chiều dài của lõi sắt Stator, Rotor: l1 = l2 =ld = 21,8 cm 6. Bước cực: Trong đó: 2p = 4 số đôi cực D = 29,7 cm 7. Lập phương án so sánh: Hệ số: Trong dãy máy động cơ khôngđồng bộ K, công suất 90 KW, 2p = 4 có cùng đường kính ngoài (nghĩa là cùng chiều cao tâm trục h). với máy 100 KW 2p = 4 . + Hệ số tăng công suất của máy này là: Do đó l của máy 100 kw bằng: l100 =l90.g =1,11.0,93=1,032 Theo hình 10.3b trang 233 ta thấy hệ số l90 và l100 nằm trong vùng gạch chéo cho phép tức là thỏa mãn điều kiện kinh tế và kỹ thuật. Do đó việc chọn phương án trên là hợp lý. 8. Dòng điện pha định mức: Trongđó: +U1 = 220 là điện áp đặt vào Stator + P = 90 KW là công suất định mức là hiệu suất +cos j = 0,91 là hệ số công suất CHƯƠNG III: THIẾT KẾ DÂY QUẤN, RÃNH STATOR VÀ KHE HỞ KHÔNG KHÍ Dây quấn phần ứng (Stator) máy điện xoay chiều không đồng bộ rotor lồng sóc gồm nhiều phần tử nối với nhau theo qui luật nhất định. Các phần tử ở đây cũng chính là số bối dây và được đặt trong các rãnh phần ứng. Mỗi bối dây có nhiều vòng dây. Số vòng dây của mỗi bối, số bối của mỗi pha và cách nối phụ thuộc vào công suất, điện áp, tốc độ, điều kiện làm việc của máy... và quá trình tính toán điện từ Dạng rãnh Stator phụ thuộc vào thíêt kế điện từ và loại dây dẫn. Rãnh được thiết kế sao cho có thể cho vừa số dây dẫn kể cả cách điện và công nghệ chế tạo (dập, cắt) dễ dàng. Mật độ từ thông trên gông và răng không lớn hơn một trị số nhất định, để đảm bảo tính năng của máy. Đối với khe hở không khí ta cố gắn lấy nhỏ để cho dòng điện không tải nhỏ và hệ số công suất cao. Nhưng nếu khe hở không khí quá nhỏ thì công nghệ chế tạo khó và đễ sát cốt làm tăng tổn hao phụ. 9. Số rãnh Stator: Số rãnh của một pha dưới một cực là q1, thông thường chọn q1 trong khoảng từ 2 đến 5. ở đây vì máy có công suất vừa nên lấy q1 = 4. Việc chọn q1 ảnh hưởng trực tiếp đến số rãnh Stator Z1. số rãnh này không nên nhìêu quá vì như vậy diện tích cách điện chiếm chỗ so với số rãnh ít sẽ nhiều hơn do đó hệ số lợi dụng rãnh sẽ kém đi. Mặt khác về phương diện độ bền cơ thì số rãnh lớn làm cho độ bền cơ của răng yếu đi. Nếu số rãnh ít sẽ làm cho dây quấn phân bố không đều trên bề mặt lõi sắt nên suất từ động phần ứng có nhiều số bậc cao. Z1 =6.p.q1 = 6 . 2. 4 =48 rãnh 10. Bước rãnh Stator: 11. Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh: Chọn số mạch nhánh song song a =1 Nhưng số thanh dẫn tác dụng của một rãnh Ur1 phải dược qui về số nguyên. Vì dây là dùng dây quấn hai lớp nên nó phải là số nguyên chẵn do đó lấy Ur1 = 20 thanh. 12. Số vòng dây nối tiếp của một pha: (vòng) Trong đó: Chọn số mạch nhánh song song a1 = 4 13. Tiết diện và đường kính dây dẫn: Theo hình 10.4a tri số AJ của máy điện không đồng bộ kiểu bảo vệ IP23 với h = 250 mm, trang 237 sách TKMĐ ta lấy giá trị AJ = 2370 A2/cm.mm2 Mật độ dòng điện Trong đó: - Tiết diện dây sơ bộ: Trong đó: n1 = 3 là số sợi chập song song a1 = 4 là số mạch nhánh song song Iđm = 161,13 cm Ta chọn n1 =3 là số sợi chập song song - Theo phụ lục VI bảng VI-1 trang 619 sách TKMĐ chọn dây đồng tráng men FET-155 có đường kính với S1 = 2,38 mm2 14. Kiểu dây quấn: Chọn dây quấn 2 lớp sóng bước ngắn với y = 10 15. Hệ số dây quấn: + Hệ số bước ngắn: + Hệ số bước rải: Trong đó: + Hệ số dây quấn: kd = ky . kr = 0,966 . 0,958 =0,925 16.Từ thông khe hở không khí: Trong đó: KE = 0,98 lấy theo hình 10 – 2 U1 = 220 Điện áp pha định mức kd = 0,925 f = 50 Hz là tần số W1 = 40 vòng 17.Mật độ từ thông khe hở không khí: Trong đó: là hệ số xung cực từ cm l1 =21,8 cm 18.Sơ bộ định chiều rộng của răng: Trong đó: t1 = 1,944 cm kc =0,93 là hệ số ép chặt lõi sắt tra theo bảng 2.2 trang sách TKMĐ + Động cơ kiểu bảo vệ IP23, 2p = 4, h = 250 mm. Treo bảng 10.5b trang 241 sách TKMĐ Ta chọn Bz1 = 1,85 T 19.Sơ bộ định chiều cao gông Stator: Trong đó: l1 = 21,8 cm kc = 0,93 là hệ số ép chặt lõi sắt Bg1 = 1,6T là mật độ từ thông trong gông Stator (Tra theo bảng 10.5a trang 240 sách TKMĐ). 20.Kích thước rãnh và cách điện: hr1 = 29,5 mm h12 = 22,5 mm d1 = 11 mm d2 = 13 mm b41 = 3,4 mm h41 = 0,5 mm Trong đó: Dn = 43,7 cm D = 29,7 cm + Đường kính trong rãnh: lấy d1 = 1,1 cm =11 mm + Chiều rộng miệng rãnh: + Chiều cao: Trong đó: hr1 = 2,95 cm là chiều cao răng Stator d1 = 1,1 cm đường kính đáy nhỏ rãnh Stator d2 = 1,3 cm đường kính đáy lớn rãnh Stator + Chiều dài miệng rãnh: Trong thực tế chiều dài miệng rãnh h41 = 0,5 mm chứ không thể nhỏ hơn vì công nghệ cắt dập không thể cắt dập được. + Theo bảng VIII – 1 ở phụ lục VIII trang 629 sách TKMĐ Chọn chiều dài cách điện rãnh là c = 0,4 mm Chọn chiều dài của nêm là c’ = 0,5 mm + Diện tích rãnh trừ nêm: + Chiều rộng của miếng các tông nêm là (), của tấm cách điện giữa 2 lớp là (d1 + d2). + Scđ = = + Diện tích có ích của rãnh: Scđ =Scđ = 317 – 44 = 273 + Hệ số lấp đầy rãnh: kđ = Trong đó: ur1 = 20 thanh n = 3 sr = 273 cm 21.Bề rộng rãnh Stator: 22. Chiều cao gông Stator: 23. Khe hở không khí: Việc chọn khe hở không khí d sao cho nhỏ nhất để có thể công nghệ chế tao được và làm giảm dòng không tải, cosj nhưng không quá nhỏ vì nếu quá nhỏ dễ bị chạm giữa rôtor và Stator trong quá trình làm việc. Do đó theo những máy đã chế tạo bảng 10.8 trang 253 sáchTKMĐ ta lấy SƠ ĐỒ DÂY QUẤN STATOR Z = 48 ; Y = 10; t =12; q = 4; a = 4 CHƯƠNG IV: DÂY QUẤN RÃNH VÀ GÔNG RÔTOR 24. Số rãnh Rôtor được chọn theo bảng 10.6 trang 246. Với số đôi cực 2p = 4, số rãnh Stator Z1 =48 ta có thể chọn: Z2 = 40 rãnh 25. Đường kính ngoài Rôtor: 26.Bươc răng Rôtor: 27.Sơ bộ định chiều rộng ranh Rôtor: Theo bảng 10.5b trang 241. Ta chọn Bz2 = 1,85 T và hệ số ép chặt lõi sắt kc = 0,93. 28. Đường kính trục Rôtor: Dt = 0,3.D = 0,3.29,7 = 8,94 cm. Lấy Dt = 9 cm 29. Dòng điện trong thanh dẫn Rôtor: Itd = I2 = Trong đó: I1 = 161,13 A W1 = 40 vòng kd = 0,925 Z2 = 40 rãnh KI = 0,94 được chọn theo cos trong hình 10.5. 30. Dòng điện trong vành ngắn mạch: 31. Tiết diện thanh dẫn bằng nhôm: Đối với máy không đồng bộ rôtor lòng sóc, tiết diện rãnh rôtor đồng thời là tiết diện thanh dẫn rôtor. Vì vậy cần phải chọn mật độ dòng điện cho thích hợp. Jcd = (2,5 3,5) . Chọn Jtd =3 . 32.Sơ bộ chọn mật độ dòng điện trong vành ngắn mạch: Mật độ dòng điện trong vành ngắn mạch Jv chọn thấp hơn Jtd trong khoảng từ (20 25)%. Ta chọn Jv = 2,5 . Tiết diện vòng ngắn mạch: 33. Kích thước rãnh Rôtor và vành ngắn mạch: Chọn dạng rãnh như hình vẽ, diện tích rãnh cũng chính là diện tích thanh dẫn của lồng sóc. Lồng sóc được đúc bằng nhôm theo phương pháp áp lực h42 = 0,5 mm b42 = 1,5 mm h12 = 29 mm hr2 = 37,3 mm d1 = d2 = 7,8 mm a = 1,2. hr2 = 1,2.37,3 = 44,76 lấy a = 45 mm b = lấy b= 23,9 mm lấy Sv = a.b = 1075,5 mm2 Dv = D – (a+1) = 297 – (45+1) = 251 mm =25,1 cm 34. Diện tích rãnh Rôtor: Sr2 = b=23,9 35. Diện tích vòng ngắn mạch: Sv = a . b = 45 . 23,9 =1075,5 mm2 a=45 36. Bề rộng răng Rôtor: 37. Làm rãnh nghiêng ở Rôtor với độ nghiêng bằng một bước rãnh Stator. Để giảm lực ký sinh tiếp tuyến và hướng tâm người ta thường làm nghiêng rãnh Stator hay rôtor. Vì như vậy có thể triệt tiêu sóng điều hoà răng. Ơû đây ta làm nghiêng rãnh ở rôtor và làm nghiêng bằng 1 bước răng Stator bn = t1 = 1,944 cm 38. Chiều cao gông rôtor: hg2 = CHƯƠNGV:TÍNH TOÁN MẠCH TỪ: 39.Hệ số khe hở không khí: Trong đó: Với 40. Dùng thép kỹ thuật điện dày 0,5mm, cán nguôïi loại 2211 41. Sức từ động khe hở không khí: Trong đó: 42.Mật độ từ thông răng Stator: Trong đó: t1 = 1,944 cm bz1 = 0,933 cm kc = 0,93 là hệ số ép chặt lõi sắt lấy theo bảng 2.2 43. Cường độ từ trường trên răng Rôtor: Theo bảng V – 6 ở phụ lục V trang 608 sách TKMĐ Ta có: Bz1 = 1,806 T Hz1 = 27,6 A/cm 44. Sức từ động trên răng Stator: Trong đó: 45.Mật độ từ thông ở răng Rôtor: Trong đó: t2 = 2,32 cm bz2 = 1,147 cm kc = 0,93 Là hệ số ép chặt lõi sắt lấy theo bảng 2.2 46. Cường độ từ trường trên răng rôtor: Theo bảng V – 6 ơ û phụ lục V trang 608 sách TKMĐ có: Bz2 = 1,753 T Hz1 = 22,5 A/cm 47. Sức từ động trên răng rôtor: Trong đó: 48. Hệ số bão hoà răng: Trong đó: Fz1 = 139 A Fz2 = 156 A 49. Mật độ từ thông trên gông Stator: Trong đó: hg1 = 4,27 cm l1 =21,8 cm kc = 0,93 Hệ số ép chặc lõi sắt lấy theo bảng 2.2 50. Cường độ từ trường ở gông Stator: Theo bảng V – 9 ở phụ lục V trang 611 sách TKMĐ Ta tra được Hg1 = 10,9 A/cm 51.Chiều dài mạch từ ở gông Stator: Trong đó: Dn = 43,7 cm hg1 = 4,27 cm 2p = 4 Số đôi cực từ 52. Sức từ động ở gông Stator: Fg1 = Lg1.Hg1 = 30,97 . 10,9 = 338 cm Trong đó: Lg1 = 30,97 cm Hg1 = 10,9 A/cm 53. Mật độ từ thông trên gông rôtor: Trong đó: 54. Cường độ từ trường ở gông rôtor: Theobảng V-9 của phụ lục V trang 611 sách TKMĐ. Ứng với Bg2 = 0,97 ta tra được Hg2 = 2,6 A/cm 55. Chiều dài mạch từ gông rôtor: 56. Sức từ động trên gông rôtor: Trong đó: Lg2 = 12,3 cm Hg2 = 2,6 A 57. Tổng sức từ động của mạch từ: F = Fd + Fz1 + Fz2 + Fg1 + Fg2 = 1143 + 139 + 156 + 338 + 32 = 1808 A Trong đó: Fd = 1143 A Fz1 = 139 A Fz2 = 156 A Fg1 = 338 A Fg2 = 32 A 58 . Hệ số bão hòa toàn mạch: Trong đó: F = 1808 A Fd = 1143 A 59 . Dòng điện từ hóa: Trong đó: P = 2 số đôi cực F = 1808 A W1 = 40 vòng Kd1 = 0,925: Hệ số dây quấn +Dòng điện từ hóa phần trăm: Trong đó: Im = 36,2 A Iđm = 161,13 A (dòng điện định mức) CHƯƠNG VI: THAM SỐ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Ở CHẾ ĐỘ ĐỊNH MỨC 60. Chiều dài phần đầu nối của dây quấn Stator: lđ1 = Kđ1 . Ty +2B = 1,3 . 21,4 + 2.1 = 29,82 cm Trong đó: Với: Kd1 = 1,3 (lấy từ 3.4 trang 69 sách TKMĐ) B = 1 (chọn Kd1, B theo số cực 2P =4) y =10 hr1 = 2,95 cm chiều cao răng Stator 61. Chiều dài trung bình nữa vòng dây quấn Stator: ltb = l1 + ld1 = 21,8 + 29,82 = 51,62 cm Trong đó: l1 =21,8 cm Lđ1= 29,82 cm 62 . Chiều dài dây quấn 1 pha của Stator: L1 = 2 . ltb .W .10-2 = 2 . 51,62 . 40 . 10-2 = 41,3 m 63 . Điện trở tác dụng của dây quấn Stator: Trong đó: Là điện trở suất ở nhiệt độ tính toán là 75oC n1 = 3 làsố sợi chập song a1 = 4 là số mạch nhánh song song của dây quấn S1 = 2,38 mm2 tiết diện dây quấn Tính theo đơn vị tương đối: Trong đó: I1 = 161,13 A là dòng điện pha định mức U1 = 220 v là điện áp pha định mức 64. Điện trở tác dụng của dây quấn rôtor: Trong đó: l2 = 21,8 cm Sr2 = 274 mm2 là điện trở của nhôm ở nhiệt đo tính toán là 75oC 65. Điện trở vành ngắn mạch: Trong đó: Dv = 25,1 cm Z2 = 40 rãnh Sv = 1075,5 mm2 66. Điện trở rôtor: Trong đó: với: p = 2 số đôi cực Z2 = 40 rãnh 67. Hệ số qui đổi: Trong đó: m1 = 3 số pha W1 =40 vòng kd1 = 0,925 Z2 = 40 rãnh 68. Điện trở rôtor đã qui đổi: + tính theo đơn vị tương đối: Trong đó: r’2 = 0,0209.10-4 W I1 = 161,13 A dòng điện pha định mức U1 = 220 v Điện áp pha định mức 69. Hệ số từ dẫn tản rãnh rôtor: Trong đó: h1 = hr1 - 2c’ - 2.c – 0,1. d =29,5 - 0,1 . 13 - 2. 0,4 - 0,5 = 26,9 mm Vì phần trên của dây đồng vượt quá tâm của vòng tròn nên trị số h2 phải lấy trị số âm. b41 = 3,4 mm h41 = 0,5 mm d1 = b =11 mm 70. Hệ số từ dẫn nạp Stator: Trong đó: t1 =1,944 cm q1 = 4 sốrãnh một pha dưới một cực từ kd1 = 0,925 hệ số dây quấn kd = 1,108 hệ sốkhe hở không khí d = 0,08 cm + + Tra bảng 5.3 trang 137 sách TKMĐ. Ta tra ra được rt1 = 0,82. + Tra bảng 5.2a trang 134 sách TKMĐ.Ứng với q = 4 Ta tra ra được s1 = 0,0062. 71. Hệ số từ tản phần đầu nối: Trong đó: q1 = 4 ld = 21,8 cm lđ1 = 29,82 cm b = 0,833 t = 23,33 cm 72. Hệ số từ dẫn tản Stator: Trong đó: lr1 = 1,085 lt1 = 1,306 lđ1 = 1,084 73. Điện kháng dây quấn Stator: Trong đó: f1 = 50 hz là tần số w1 = 40 vòng ld = 21,8 cm Sl1 = 3,475 + Tính theo đơn vị tương đối: 74. Hệ số từ dẫn tản rãnh rôtor: Trong đó: b = d1 = 7,8 mm Sr = 274 mm2 h42 = 0,5 mm b42 = 1,5 mm h1 = hr2 – (h42 + + 0,1.d) = 37,3 - (0,1++0,1.7,8) = 32,1 mm 75. Hệ số từ dẫn nạp rôtor: Trong đó: t2 =2,32 cm q2 = 40/ 4.3 Với: máy rôtor lồng sốc tra bảng 52.c trang136 với q2 = 2,83 76. Hệ số từ tản phần đầu nối: Trong đó: Z2 = 40 rãnh l2 = 21,8 cm Dv=251 mm = 25,1cm a = 4,5 cm b = 2,39 cm 77. Hệ số từ tản do rãnh nghiên: Trong đó: bn = t1 = 1,944 (bn là độ nghiên bằng một bước rãnh Stator) t2 = 2,32 cm 78. Hệ số từ tản rotor: Trong đó: 79. Điện kháng tản dây quấn rotor: X2 = 7,9.f1.l2. 80. Điện kháng rôtor đã qui đổi: Trong đó: x2 = 4,895.10-4 W + Tính theo đơn vị tương đối: 81. Điện kháng hổ cảm: Trong đó: U1 = 220 điện áp pha định mức x1 = 0,119W 82. Tính lại KE: Trị số này không sai khác nhiều so với giả thuyêtù ban đầu nên không cần tính lại. CHƯƠNG VII: TỔN HAO THÉP VÀ TỔN HAO CƠ 83. Trọng lượng răng Stator: Gz1= YFe.z1.hr1.bz1.l1.kc.10-3 = 7,8.48.0,933.2,516.21,8.0,93.10-3=17,8 Kg Trong đó: YFe =7,8kg/cm2 trọng lượng riêng của Fe phần Stator. hr1 =2,516 cm Z1=48rãnh bz1 = 0,933 l1 = 21,8 cm kc = 0,93 hệ số ép chặt lõi sắt 84. Trọng lượng gông từ Stator: Trong đó: Lg1 = 30,97 cm hg1 = 4,27 cm 2p = 4 số đôi cực 85. Tổn hao sắt trong lõi sắt Stator: * Tổn hao trong răng: pFez1 = Kgz1.pFez1.B2z1.Gz1.10-3 = 1,8.2,5.(1,806)2 .17,8.10-3 = 0,261 kw Trong đó: Kgz1 = 1,8 hệ số gia công . Bz1 = 1806 T PFez1 = 2,5kg/w tra ở phụ lục văn bản V/14 trang 618 sách TKMĐ GGz = 17,8kg * Tổn hao trong gông: PFeg1= kgc. pFeg1. B2g1.Gg1.10-3 = 1,6.2,5.1,5162.83,6.10-3 =0,768kw Trong đó: kgc=1,6 là hệ số gia công gông Bg1 = 1,5196T PFeg1 = 2,5 kg/w tra ở phụ lục văn bản V-14 trang 618 sách TKMĐ Gg1 = 83,6 kg * Tổn hao trong cả lõi sắt Stator: P’Fe = pFez1 + pFeg1 = 0,261 + 0,768 = 1,029 kw 86. Tổn hao bề mặt trên răng rôtor: Trong đó: t = 23,33 cm t2 = 2,32 cm b42 = 0,15 cm l2 = 21,8 cm k0 = 2 là hệ số kinh nghiệm trang 141 sách TKMĐ ứng với tra ở hình 6.1 trang 141 87. Tổn hao đập mạch trên răng rôtor: Với : Bz2 = 1,753 T t2 = 2,32 cm Trong đó: trọng lượng riêng của Fe Z2 = 40 rãnh h’Z2 = 3,47 b’z2 = 1,147 cm l2 = 21,8 cm Kc =0,93 hệ số ép chặt lõi sắt . 88. Tổng tổn hao thép: PFe = P’Fe + Pbm + Pđm = 1,029 + 0,0702 + 0,0506 = 1,1498 kw 89. Tổn hao cơ: Pcơ = ) .10-3 =7. Trong đó: n1 =1500 vòng/phút Dn =437 mm K = 1 90. Tổn hao không tải: P0 = PFe + Pcơ = 1,314 + 1,1498 = 2,463 Kw . CHƯƠNG VIII: ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC: Ta có: r1 =0,0314W x1 = 0,119 W x12 = 5,96 W Trong đó: PFe = 1,1498 kw dòng điện từ hoá r1 = 0,0314 W điện trở tác dụng của dây quấn Stator U1 =220 V điện áp pha định mức Trong đó: W1 =40 vòng/phút kd1 = 0,925 Z2 = 40 rãnh Trong đó: I2 =840 A Ki =5,55 Sdm = Bảng: Đặc tính làm việc của động cơ điện không đồng bộ rôtor lồng sóc s Đơnvị 0,005 0,01 0,0151 0,025 0,066 4,379 2,205 1,481 0,901 0,361 0,330 0,330 0,330 0,330 0,330 4,391 2,229 1,517 0,959 0,487 A 51,1 100,67 147,9 233,99 460,8 0,9972 0,9892 0,9763 0,9395 0,075 0,148 0,218 0,344 A 51,88 99,56 143,5 219,45 A 39,96 50,8 67,81 102,11 A 65,48 111,77 157,6 240,04 0,788 0,891 0,911 0,914 P1=3.U1.I1r.10-3 Kw 34,241 65,709 94,771 144,837 Pcu1=3.I 12.r1.10-3 Kw 0,403 1,176 2,339 5,427 Pcu2=3..10-3 Kw 0,163 0,635 1,371 3,432 Pf =0,005P1 Kw 0,171 0,328 0,473 0,724 Po Kw 2,463 2,463 2,463 2,463 Kw 3,2 4,602 6,646 12,046 kw 31,041 61,107 88,1 132,791 % 90,654 92,996 93,021 91,683 Từ bảng đặc tính trên ứng với P2 =90 kw theođương đặc tính(hình)được: Iđm = 165,6 A sđm = 0,0151 91. Bội số mômen cực đại: trong đó: và I’2đm tính được từ bảng đặc tính làm việc. CHƯƠNG IX: TÍNH TOÁN ĐẶC TÍNH KHỞI ĐỘNG: 92.Tham số của động cơ điện khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s = 1. Trong đó: a = hr2 – h42 =37,3 – 0,5 =36,8 mm Theo hình 10.13 khi tra ra y = 0,62; j = 1,6 KR = 1 + j = 1 + 1,6 =2,6 trong đó: rtd = 0,3459.10-4 W Điện trở của rôtor khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s = 1. Trong đó: rv = 0,00797.10-4 W D = 0,313 Điện trở rôtor đã qui đổi: + hệ số từ dẫn rãnh rôtor khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s = 1. Trong đó ; h1 = 31,1 mm b = d1= 7,8 mm Sr2 = 274 mm2 b42 = 1,5 mm + Tổng hệ số từ dẫn rôtor khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s = 1. Sl2x = lr2x + lt2 + lđ2 +lrn = 1,391 +2,146 + 0,746 + 0,753 = 5,036 Trong đó: + Điện kháng rôtor khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài: Trong đó: + Tổng trở ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s = 1. Trong đó: r1 = 0,0314 W X1 = 0,119 W + Dòng điện ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài . 93. Tham số của động cơ điện khi xét cả hiệu ứng mặt ngoài và sự bão hòa của mạch từ tản khi s = 1. Sơ bộ chọn hệ số bão hòa: Kbh = 1,40 + Dòng điện ngắn mạch khi xét cả hiệu ứng mặt ngoài và sự bão hòa của mạch từ tản: + Sức từ động trung bình của một rãnh Stator: Trong đó: ur1 = 20 thanh a1 = 4 số mạch nhánh song song ky = 0,965 kd = 0,925 Z2 =34 rãnh Z1 = 48 rãnh kb= 0,88 là hệ số tính đến sức từ động nhỏ do bước ngắn lấy theo đường cong trong hình 10.14 sách TKMĐ. Trong đó: d =0,08cm t1 = 1,944 cm t2 = 2,32 cm Theo hình 10-15 trang 260 sách TKMĐ ta tra được C1 = (t1 – b41)(1 -) = (1,944 – 0,34)(1 – 0,46) = 0,86 Với rãnh 1/2 kín nên: Trong đó: h3 = b41 = 0,34 cm h41 = 0,05 cm + Hệ số từ dẫn tản rãnh Stator khi xét đến bão hòa mạch từ tản: trong đó: l1=1,085 =0,681 + Hệ số từ tản nạp rãnh Stator khi xét đến bão hòa mạch từ tản: Trong đó: + Tổng hệ số từ tản Stator khi xét đến bão hòa mạch từ tản: Sl1bh= lr1bh + lt1bh + lđ =0,404 + 1,123 + 1,084 =2,611 Trong đó: + Điện kháng Stator khi xét đến bão hòa mạch từ tản: X1bh= X1 = 0,119. =0,0894 Trong đó: X1 = 0,119 W ål1=3,475 C2 = (t2 – b42)(1 -) = (2,32 -0,15)(1 – 0,46) = 1,171 Trong đó: t2 = 2,32 cm b42 = 0,15 cm Trong đó: h42 = 0,5 mm = 0,05 cm b42 = 0,15cm + Hệ số từ tản rãnh rôtor khi xét và sự bão hòa của mạch từ tản và hiệu ứng mặt ngoài: + Hệ số từ tản rãnh rôtor khi xét và sự bão hòa của mạch từ tản: Trong đó: + Hệ số từ tản do rãnh nghiêng rôtor khi xét và sự bão hòa của mạch từ tản: Trong đó: + Tổng hệ số từ tản rôtor khi xét và sự bão hòa của mạch từ tản và hiệu ứng mặt ngoài: Sl2xbh = l2xbh + lt2bh + lđ2 +lrnbh = 1,096 + 0,987 + 0,746 +0,346 = 3,175 Trong đó: l2xbh = 1,096 lt2bh = 0,987 + Điện kháng rôtor khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài và sự bão hòa của mạch từ tản: X’2xbh =X2’. = 0.2012. = 0,112 Trong đó: ål2 = 5,685 =3,175 94. Các tham số ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài và sự bão hòa của mạch từ tản: 95. Dòng điện khởi động =1023,75 96. Bội số dòng điện khởi động: Với: Iđm = 165,5 A lấy từ dường đặc tính khi P2 =90 kw. ik = 6,18 nhỏ hơn 7 nên thỏa với tiêu chuẩn trong bảng 10-12 sách TKMĐ trang 271. + Điện kháng hỗ cảm khi xét đến bão hòa: Trong đó: X12 = 5,96 W 97. Bội số mômen khởi động: Trong đó: lấy từ bảng đặc tính làm việc sđm = 0,0151 lấy từ đường đặc tính khi P2 =90 kw. mk = 1,5 >1, 2 nên thỏa với tiêu chuẩn trong bảng 10-11 sách TKMĐ trang 271. CHƯƠNG X: TÍNH TOÁN NHIỆT Trong khi làm việc, máy điện nói chung và động cơ điện nói riêng sinh ra các tổn hao năng lượng, tiêu tốn đó biến thành nhiệt năng làm nóng các bộ phận của máy. Vì thế tính toán nhiệt và giải quyết vấn đề tản nhiệt cho máy là hết sức quan trong và tùy vào từng loại máyvà chế độ làm việc mà ta có phương pháp tính toán nhiệt hợp lý để cho nmáy làm việc đảm bảo không gây nóng quá mức cho phép, nếu nóng quá sẽ làm hư hỏng dây quấn và các bộ phận khác trong máy. Động cơ điện không đồng bộ 3 pha kiểu bảo vệ IP23 này được tính toán nhiệt theo sơ đồ thay thế sau: Rc fFe RFe Rcu Rd Pcu PR PFe Qcu Qc Máy có quạt gắn trên vành ngắn mạch, máy làm mát bằng không khí tự nhiên. Chiều cao tâm trục của máy h = 250 mm và chiều dài lắp đặt của vỏ là S. cụ thể máy có ký hiệu 3K 250S – 4. 98. Các nguồn nhiệt trong sơ đồ thay thế nhiệt bao gồm: + Tổn hao đồng trên Stator: Qcu1 = Pcu1 =2,339 KW =2339W +Tổn hao sắt trên Stator: QFe1 = PFe1= 1,029KW = 1029W + Tổn hao trên rôtor: QR = Pcu2 + 0,5. Pf + Pcơ + Pbm + Pđm = 1,371 + 0,5. 0,473 + 1,314 + 0,0702+ 0,0506 = 3,042 W Trong đó: Pcu2 = 1,371 kw Pf = 0,473 kw lấy trong bảng đặc tính Pcơ = 0,1,314 kw Pbm = 0,0702 kw Pđm = 0,0506kw 99.Độ tăng nhiệt của dây quấn Stator: =2,020C Trong đó: - điển trở suất của dây dẫn ởnhiệt độ cho phép, với cách điện cấp B: =1/4020 -hệ số dẫn nhiệt của cách điện,tra trong bảng 8-2trang170 sách TKMĐ.Chọn tấm bìa cách điện Amiăng có =0,19.10-2 -chiều dày cách điện rãnh của 1 phía =0,04 cm A-Tải đường ; A=415 (A/cm) J- Mật độ dòng điện J =5,7 (A/mm2) t1 –Bước răng Stator ; t1 =1,944 cm C2 –chu vi rãnh Stator ;C2 = 10,67 cm b. Độ tăng nhiệt của mặt ngoài lõi sắt với môi trường: = 0C Trong đó: Ở đây ta chon hệ thống thông gió dọc trục. (W/cm2) -là hế số tản nhiệt trên bề mặt đưỡcác định theo công thức = Với: =3,3.10-3 Ở đây tốc độ quay của bề mặt rôtor (quạt): c,Độ tăng nhiệt của mặt ngoài phần đầu nối dây quân Stator so với nhiệt độ môi trường: 0C Trong đó: (W/cm2) Với: C1 = 10,67 cm là chu vi rãnh t1 =1,944 cm A = 415 A/ cm J =5,7 A/mm2 d. Độ tăng nhiệt của dây quấn Stator: 102.Độ tăng nhiệt của dây quấn rotor: + Độ tăng nhiệt mặt ngoài lõi sắt rotor so với nhiệtđộmôi trường . Với: PFe2 –tổn hao rotor lúc không tải (w) PFe2 = Pbm + Pdm =0,1208(Kw) Pf –Tổn hao phụ.Pf =0,473 Kw =473 W A2 –Tải đường củadây quấn rotor A2= 415 A/cm J2 –Mật độ dòng điện của thanh dẫn rotor .J2 =3 A/mm2 D- Đường kính ngoài rotor.D =29,54 cm l2 – Chiều dài lõi rotor.l2 = 21,8cm - hệ số tản nhiệt bề mặt . v- tốc độ bề mặt rotor. V=23 (m/s) Độtăng nhiệt của rotor: CHƯƠNG XI: TRỌNG LƯỢNG VẬT LIỆU TÁC DỤNG VÀ CHỈ TIÊU SỬ DỤNG 106.Trọng lượng thép silic cần chuẩn bị: = (43,7 + 0,7)2. 21,8. 0,93. 7,8. 10-3 = 312 kg Trong đó: Dn = 43,7 cm D = 0,7 l1 =21,8 cm kc = 0,93 là hệ số ép chặt lõi sắt bảng 2.2 gFe = 7,8 kg/cm2 trong lượng riêng của săt 107. Trọng lượng đồng của dây quấn Stator: - Khi không tính cách điện: G’cu = Z1. ur1. n. S1. ltb. gcu. 10-5 = 48. 20 . 3. 2,38 . 51,62 . 8,9 . 10-5 = 31,5 kg Trong đó: Z1 = 48 rãnh Ur1 = 20thanh n = 3 Số sợi chập song song S1 = 2,38 mm2 ltb = 51,62 cm gcu = 8,9 kg/ cm2 trọng lượng riêng của đồng - Khi có cách điện: Trongđó: dcđ = 1,24 mm d = 1,16 mm 108. Trọng lượng nhôm rôtor: (không kể canh quạt ở vành ngắn mạch) - Trọng lượng nhôm ở thanh dẫn: Gtd = Z2. Std . l2 . gAl.10-5 = 40 . 274 .21,8 .2,6 .10-5 = 6,2 kg Trong đó: Z2 = 40 rãnh Std = 274 mm2 l2 = 21,8 cm gAl = 2,6 kg/ cm2 trong lượng riêng của nhôm. - Trọng lượng riêng của nhôm ở vành ngắn mạch: Gv = 2 . p . Dv . Sv . gAl . 10-5 = 2.p .25,1 .1075,5 .2,6 .10-5 = 4,41 kg Trong đó: Dv = 25,1 cm Sv = 1075,5 mm2 - Trọng lượng nhôm ở rôtor: GAl = Gtd + Gv = 6,2 + 4,41 = 10,61 kg 109. Chỉ tiêu kinh tế về vật liệu tác dụng: - Thép kỹ thuật điện: - Đồng: - Nhôm: CHƯƠNG XII. TÍNH TOÁN TRỤC 110.Tính độ võng trục: Ngoài việc phải chịu toàn bộtrong lượng của rotor ra trục còn chịu mômen xoắn và mômen uốn trong quá trình truyền dộng tải (bánh răng của). Trục còn chịu lực hướng trục thường là lực kéo như ở các máy kiểu trục đứng. Ngoài những tải tren còn phải chú ý đến lực từ một phía do khe hở không khí không đềugây ra.Cuối cùng trục còn phải chịu lực do cân bằng động không tốt gây nên,nhất là khi quá tốc độ giới hạn. Thực tế là trọng lượng của rotor tác dụng lên trục ở những chỗ khác nhau,nhưng để đơn giản hoá tính toán ta coi tác dụng lên cùng một chỗ ở chính giữalõi sắt rotor. Thường thì tính độ võng trục chỉ tính đến các điểm giữa chiều dài lõi sắt rotor,vì thực tế độ võng ở đấy thường lớn nhất và có thểgây nguy hại cho rotor chạm vàStator. Chon thép cacbon (C45) làm trục máy. 1’ 1 64,7cm a = 32,3 f 70 f 60 f 80 f90 f80 b = 32,4 Y3 =21,5 X3=21,4 15cm 1c 1a 10cm 2a 3a 3b 2b 11,4cm 1b 10,5cm 21,8cm 11cm X1 =1,2 Y1 =1,2 110.Trọng lượng phàn ứng: G = 6,3. D2 .l .10-3 = 6,3 .29,542.21,8 = 119,8 Kg Trong đó: D = 29,54 cm .đường kính ngoài rotor L = 21,8 cm .chiều dài lõi sắt Stator và rotor 111.Mômen xoắn đầøu trục định mức: Trong đó:P2 =90 Kw n = 15009(vòng/phút) 112.Lực kéo đầu trục: Trong đó: K2 = 0,3 là hệ số truyền động khi truyền động bằng trục nối R0 =5 cm là bán kính trục của trục nối Mx =5850 Kgcm 113. Tính Sa, Sb,S0: Tiết diện di cm Ji cm4 Yi cm Yi3 cm3 cm3 cm-1 Yi2 Cm2 cm3 cm-2 Phần bên phải trục 1b 7 117,8 1,2 1,728 1,728 0,056 1,44 1,44 0,012 2b 8 201,1 11 1331 1329,3 6,61 121 199,56 0,992 3b 9 321,9 21,5 9938,4 8609,1 26,7 462,25 262,7 0,816 Sb= 33,37 So=1,82 Phầnbên trái trục Tiết diện di cm Ji cm4 Xi chuyển mạch Xi3 cm3 Xi3 -Xi-13 cm3 cm-1 1a 7 117,8 1,2 1,728 1,78 0,056 2a 8 201,1 10 1000 998,3 4,96 3a 9 321,9 21,4 9800,3 8802 27,34 Sa=32,36 114. Độ võng trục đo trong lượng rôtor gây nên ở tiết diện 1-1’ Trong đó: E = 21.106 kg/cm2 là môđun đàn tính của thép G = 94,6 kg. 115. Độ võng trục fp do lực đầu trục P gây nên ở tiết diện 1-1’ 116. Độ lệch tâm ban đầu: eo = 0,1d + fG + fp = 0,1.0,08 + 0,000120 + 0,000965 = 0,009085 cm 117. Lực từ một phía ban đầu: Trong đó: D = 29,54 đường kíng ngoài rôtor l = 47,4 d = 0,08 cm khe hơ ûkhông khí giữa Stator và rôtor e0 = 0,009085 cm độ lệch tâm ban đầu 118. Độ võng fM do lực từ một phía gây ra ở tiết diện 1-1’ Trong đó: 119. Độ võng tổng tiết diện 1-1’ f = fG + fp + fM = 0,00965 + 0,00012 + 0,00624 = 0,007325 cm Độ võng này bằng 9,15% d nên cho phép Trong đó: fG = 0,00965 cm fp = 0,00012 cm 120. Tốc độ giới hạn: vòng /phút Trong đó: m = 0,42 fG = 0,00965 cm Tốc độ nàycao hơn hẳn tốc độ định mức nên độ cứng của trục coi như đạt yêu cầu. 121. Tính độ bền của trục: a. kiểm nghiệm đoạn 1c M = k.p.l = 2.351.26 = 10530 kg.cm Ơû đây p = 351 kg k = 2 hệ số quá tải làmviệc trong điều kiện bình thường. l = 26 cm khoảng cách từ khớp nối tới đoạn 1c +Mômen kháng uốn: W = 0,1.d03 = 0,1.4,53 = 9,11 cm3 Trong đó: d0 = 3,5 cm đường kính trục trừ đi lỗ then. +Ứng suất kéo của trục ở tiết diện 1c b. Kiểm nghiệm đoạn b của trục: +Phản lực B trên trục b đượctính theo công thức Trong đó: a = 32,3cm c1 = 79,7 cm d = 0,08 cm e0 = 0,009085 cm độ lệch tâm ban đầu. + Mômen uốn ở tiết diện 1-b: M = K .P . lp + B.lb = 2.351.11,5 + 902,5 . 1,2 = 8805 kg.cm Trong đó: lp = 11,5 cm, lb = 1,2 cm là chiêù dài từ điềm trác dụng của lực P và B đến tiết diện 1-b. + Mômen kháng uốn: W = 0,1. d3 = 0,1.73 = 34,3 cm3 + Ưùng suất ở tiết diện 1-b: + Mômen uốn ở tiết diện 2-b: M= K .P .lp + B.lb = 2.315 . 32,4 + 902,5 .11 = 30339,5 kg.cm + Mômen kháng uốn: W = 0,1 .d3 =0,1.83 = 51,2 cm3 Trong đó: d = 8 cm + Ứng suất ở tiết diện 2-b: c. Kiểm nghiệm các tiết diện trong đoạn a của trục +Phản lực A trên mỗi trục. A được tính theo công thức: Trong đó: b = 32,4 cm l = 64,7 cm P = 351 kg +Mômen uốùn ở tiết diện 1-a : M= A. la = 553.1,2 = 663,6 kg.cm Trong đó: la = 1,2cm là khoảng cách từ điểm tác dụng của lực A đến tiết diện 1-a +Mômen kháng uốn ở tiết diện 1-a W = 0,1 .d3 = 0,1 . 73 = 34,3 cm3 +Ưùng suất ở tiết diện 1-a : + Mômen uốn ở tiết diện 2-a M = A . la = 553 . 10 = 5530 kg.cm + Mômen kháng uốn ở tiết diện 2-a W = 0,1 .d3 = 0,1 . 83 = 51,2 cm3 + Ứng suất ở tiết diện 2-a: CHƯƠNG XIII: CHUYÊN ĐỀ THIẾT BỊ VÀCÔNG NGHỆ LÕI SẮT MÁY ĐIỆN QUAY Trình tự vàcông nghệ lõi sắt phần ứng của máy điện quay gồm các bước sau: Chọn kích thước tấm tôn và thiết kế quy trình cắt dập . Dập các la ùtôn theo bảng vẻ thiết kế . Cán,tẩy bavia và sơn tẩm cách cách điện các látôn . Ghép các lá tôn thành lõi sắt theo kích thước thiết kế . Gia công lại (tiện) để đạt được khe hở không khí cần thiết nếu có yêu cầu Đối với một số máy điện công suất không lớn,kích thước răng nhỏ còn phải thêm bước công nghệ ủ lá tôn để phục hồi khả năng dẫn từ do khâu dập biến tĩnh . 1.Chọn kích thước tấm tôn và thiết kế quy trình cắt dập: Vấn đề đặt ra ở đây là thiết kế tận dung nguyên liệu ở mức độ tối đa.Ta gọi phần diện tích sử dụng là Q1,phần diện tích tấm tôn là Q2 thì hệ số sử dụng k được định nghiã là tỉ số k = . Tôn kỷ thuật điện được sản xuất với nhiều kích thước khác nhau căn cư vào kích thước lá tôn thiết kế và kích thước tấm tôn có,ta phải chọn được phương án dập thế nào để cho phần tôn thừa là ít nhất . Việc thiết kế quy trình dập còn căn cứ vào thiết bị sẳn có và sản lượng sản phẩm. -Sốlượng máy dập . -Công suất máy dập - Kích thước máy dập . - Sản lượng đon chiết hay hàng loạt . -Dập bình thường hay tự động. Đối với máy điện công xuất lớn (có đường kính lớn hơn 1m) người ta chia lá tôn thanh nhiều mảnh gọi la sécmăng để dập,sau đó ghép lại.Các sécmăng của lõi sắc Stator gồm nhiều loại . -Sécmăng chính(để tạo thành lõi sắt dẫn từ). - Sécmăng thông gió (để tạo thành rãnh thông gió hướng kính). -Sécmăng ép ở hai đầu. -Sécmăng cách điện. Các máy phát điện lớn thường ghép từ 15 đến 21 sécmăng để tạo thành mọt lá thép, kích thước, sốlượng, chiều dày và loại thép được xác định khi thiết kế. Thông thường chúng được làm bằng tôn cán nguội dày từ 0,35 đến 0,5 mm mã hiệu 3413(w330) đối với sécmăng thông gió dùng tôn 1211(w11). Tôn kỹ thuật điện dùng trong các máy lớn co ùthể lá tôn tấm hoặc tôn cuộn (rulô).Trong sản xuất tự động hoá người ta sử dụng tôn cuộn để dễ dàng trong việc cấp liệu trường hợp này có thể dập đơn hoặc dập kép 2.Dập các lá tôn theo bảnh vẻ thiết kế: a. Khái niệm về khuôn dập và máy dập: Thông thường trong các nhà máy chế tạo máy điện,tuỳ phạm vi công suất,người ta đặc các máy dập 16,35,63,100 hoặc 120 tấn. Lực dập và công suất của máy dập được tính toán theo chiều dài vết cắt, chiều dày lá tôn, loại tôn và quy trình dập tôn. Nếu máy dập không đủ công suất, có thể chia radập nhiều lần tất nhiên ở trường hợp này độ chính xác sẽ kém đi. Tuỳ theo quy mô sản xuất sẽ sử dụng máy dập thông thường,máy dập tự động,hoặc máy tự động hoá hoàn toàn. Khuôn để dập các lá tôn gồm hai phần là chày và cối. Chày là phần lồi có kích thước tương ứng với các lỗ trên látôn.Thông thương chày được bắt chặt với phần động của máy dập.Cối là phần lỗ, thông thường được bắt chặt với bàn máy dập. (tĩnh). Trong thực tế việc bố trí chày và cối ở phần nào là do tính chất của dây chuyền công nghệ quyết định (phương pháp lấy sản phẩm,thải phoi và xử lý đề xê). b. Các bước công nghe: để không phải trang bịmáy dập quá lớn, thường người ta chia ra nhiều bước để dập. Đối với nhũng lá tôn nguyên (kích thước nhỏ) thường dập theo 4 bước: - Bước 1: dập để cắt đường kính ngoài và trục - Bước 2: dập cắt tách hai lá tôn Stator và rotor (theo đường kính ngoài của Stator) - Bước 3 và 4: dập các rãnh đặc dây, lỗ thông gió dọc trục (nếu co)ù,lỗ công nghệ lỗ để đặc các đai ép cho riêng từng lá tôn Stator và rotor. Theo phương án này ta cần phải có 4 khuôn dập một lá tôn:2 bộ khuôn cắt và 2 bộ để đột các lỗ trên các lá tôn sta tor và rotor (trong trường hợp co lá tôn là rotor). Hoặc ta cũng có thể dập theo phương án: Bước 1:dập cắt 3 đường tròn lỗ trục, đường kính ngoài và cắt tách hai lá tôn Stator và rotor. Bước 2 và 3: dập các lỗ trên các lá tôn Stator và rotor. Trong trường hợp dập các sécmăng mỗi lần dập phải hoàn chỉnh 1 hoặc 2 sécmăng.Như vậy nếu nhà máy công suất lớn thì buộc phải trang bị máy dập công suất lớn . c. Dập các lá tôn trên dây chuyền tự động: Việc tự động hoá hkâu dập cáclá tôn khá phức tạp và thường được áp dụng khi sản xuất loạt lớn hay dập sécmăng các máy điện lớn khi dùng tôn cuộn.các dây chuyền dập tự động được tụ động hoá từ khâu cấp liệu, dập, lấy sản phẩm đến việc thải đề xê và sắp xếp sản phẩm dập. *Dập bằng khuôn dập phức hợp đảo ngược (cối ở phía trên). Trong trường hợp này sản phẩm được lấy về phía sau, ngược với chiều đưa tôn vào máy,còn đề xê được thải ra phía trước. *Dập trên máy đột dập thường (khuôn đột lỗ) có cửa sổ bên cạnh đểchuyển phoi ra ngoài,sản phẩm lấy ra theo một băng chuyền về phía trước cũng được cắt nhỏ để rơi vào thùng đựng. Theo hướng thứ nhất ta có được thiết bị nhỏ gọn, tính vạn năng hầu như không bị hạn chế nhưng năng suất thấp (trong 1phút chỉ thục hiện được 12¸18 nhát). Theo hướng thứ hai năng suất cao hơn (30¸ 45 nhát /phút)nhưng tính vặnnng và độ chính xác của sản phẩm bị hạn chế. d. Tẩy bavia:Khi chế tạo khuôn dập người ta không thể làm cho khe hở giũa chày và cối đủ nhỏ và đều để khi dập không có bavia.Mặc khác,sau một thời gian với một số nhát dập nào đó chày và cối sẽ bị cùn và sứt mẻ.Vì vây người ta chấp nhận dập có bavia và thêm vào quy trình công nghệ một thiết bị mài bavia. Các lá tôn sau khi dập nhờ một băng chuyền bằng con lăn đưa tới may mài bavia. Máy mài bavia (hình)gồm hai trục quay trong đó một trục là đá mài, lá tôn được cán qua hai trục đó và bavia sẽ được mài nhẵn. Khi dưa lá tôn vào máy,ta dể mạtbavia về phía đá mài.Trục phía trên được ép xuống nhờ hệ thống lò xo. 2 3 Hỡnh: Maứi bavia baống ủaự maứi Truùc maứi (ủaự) Truùc ủụừ laự toõ Lực ép phải vừa đủ đểtẩy hết bavia đồng thời không làm biến dạng lá tôn.Cũng có thể làm máy mai bavia theokiểu khác để hiệu quả mai bavia được cao hơn. Để kiểm tra mức độ mài ba via người ta có thể dùng tay để sờ,hoặc dùng dụng cụ đo.Dụng cụ đo bavia có thể dùng panme hoặc chính xác hơn dùng thiết bị đo quang học kiểu. e.Ủ các lá tôn để phục hồi tính dẫn từ: Khi dập do tác dụng cơ khí mạnh, kết cấu các phần tử thép bị thay đổi,do đó làm giảm khả năng dẫn từ của thép ở gần các gờ mép.Aûnh hưởng này có thể sâu tới 0,5¸ 1mm tính từ mép.Đối với những lá tôn của động cơ nhỏ hoặc quá nhiều rãnh, kích thước còn lại quá bé,hiện tượng này ảnh hưởng khá rõ .Để phục hồi lai tính dẫn từ người ta tiến hành ủ lá tôn. h.Sơn cách điện các lá tôn: Các lá tôn cần được sơn cách điện để tăng điện trở đối với dòng điện Fucô tronglõi sắt.lớp sơn này phải có khả năng chịu nhiệt tương đối cao.Thông thường người ta kết hợp các nguyên công mài bavia sơn và sấy lá tôn trên một dây chuyền công nghệ thống nhất. Chất lượng của nguyên công sơn cần phải được kiểm tra,giám sát tỉ mỉ.Việc kiểm tra có thể thục hiện bằng mắt thường, đo chiều dày lớp sơn cách điện,hoặc đo điện trở tác dụng. Nhìn bằng mắt thường nếu thấy lớp sơn đều,không bị xây xát, không bị đổi màu hoặc dính ướt là được. Bằng đo đạc(dùng thước panme) ta kiểm tra được chiều dài lớp sơn và độ đồng đều của nó. Đối với tôn cán nguội (trong sản xuất máylớn) không được xếp các lá tôn thành chồng cao qua ù500 ¸ 600 mm. Những năm gần đây một số nước đã áp dụng phương pháp cho kết tủa sơn bằng điện phân để phủ sơn cách điện lên lá tôn.Hệ thống các điện cực cần phải đảm bảo việc kết tủa sơn đều đặn trên bề mặt lá tôn.Trong trường hợp này lá tôn là anốt .Dòng điện được dưa vào các katốt và anốt theo kiểu tiếp xúc nhọn và đảm bảo ổn định trong quá trình sơn kết tủa,điện trở của các lá tôn tăng lên .Việc sấy lá tôn tiến hành trong lò điện tuynen,với băng chuyền tư ïđộng liên tục .Khó khăn trong công nghệ này là cơ khí hoá và tự động hoá quá trình cấp liệu chuyền tải cũng như thu các lá tôn đã cách điện. 3.Ghép các lá tôn thành lõi theo kích thước thiết kế: Yêu cầu của công đoạn này là tạo mạch từ chắc chắn về mặt cơ khí,không bị ngắn mạch với dòng Fucô, đạt được hệ số ép chặc thiết kế, tạo độ chéo rãnh cho trước, đảm bảo các kích thước và yêu cầu kỹ thuật khác quy định. TÀI LIỆU THAM KHẢO Thiết kế máy điện - Trần Khánh Hà -Nguyễn Hồng Thanh -2001 Máy điện 1 - Trần Khánh Hà - Vũ Gia Hanh-Nguyễn Văn Sáu - Phan Tử Thụ. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội -2001. Công nghệ Chế tạo máy điện - Nguyễn Đức Sỹ. MỤC LỤC Trang