Đồ án Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc

và bulon tiếp mát. - 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 từ những lá thép kỹ thuật điện dày 0,5mm bề mặt các lá thép có phủ một lớp sơn cách điện mỏng để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, các lá thép được ép lại thành khối. Yêu cầu lõi sắt là phải dẫn từ tốt, tổn hao sắt nhỏ và chắc chắn. - Dây quấn Dây quấn stato được đặt vào rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõi sắt. Dây quấn đóng vai trò quan trọng của máy điện vì nó trực tiếp tham gia các quá trình biến đổi năng lượng điện năng thành cơ năng hay ngược lại, đồng thời về mặt kinh tế thì giá thành của dây quấn cũng chiếm một phần khá cao trong toàn bộ giá thành máy. b. Phần quay (Rôto) Rôto của động cơ không đồng bộ gồm lõi sắt, dây quấn và trục (đối với động cơ rôto dây quấn còn có vành trượt). - Lõi sắt Lõi sắt của rôto bao gồm các lá thép kỹ thuật điện như của stato, điểm khác biệt ở đây là không cần sơn cách điện giữa các lá thép vì tần số làm việc trong rôto rất thấp, chỉ vài Hz, nên tổn hao do dòng phu co trong rôto rất thấp. Lõi sắt được ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá rôto của máy. Phía ngoài của lõi thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn rôto. - Dây quấn rôto lồng sóc Kết cấu của loại dây quấn rất khác với dây quấn stato. Trong mỗi rãnh của lõi sắt rôto, đặt các thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài khỏi lõi sắt và được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch bằng đồng hay nhôm. Nếu là rôto đúc nhôm thì trên vành ngắn mạch còn có các cánh khoáy gió. Rôto thanh đồng được chế tạo từ đồng hợp kim có điện trở suất cao nhằm mục đích nâng cao mô men mở máy và giảm tổn hao. Để cải thiện tính năng mở máy, đối với máy có công suất lớn, người ta làm rãnh rôto sâu hoặc dùng lồng sóc kép. Đối với máy điện cỡ nhỏ, rãnh rôto được làm chéo góc so với tâm trục. Dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt. - Trục Trục máy điện mang rôto quay trong lòng stato, vì vậy nó cũng là một chi tiết rất quan trọng. Trục của máy điện tùy theo kích thước có thể được chế tạo từ thép cacbon từ 5 đến 45. Trên trục của rôto có lõi thép, dây quấn, và quạt gió. 1.1.3. Khe hở Vì rôto là một khối tròn nên khe hở đều. Khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ (0,2¸1 mm trong máy cỡ nhỏ và vừa) để hạn chế dòng từ hóa, nhờ đó hệ số công suất của máy cao hơn. 1.1.4. Nguyên lý làm việc của động cơ điện không đồng bộ xoay chiều ba pha. Khi ta cho dòng điện ba pha tần số f vào ba dây quấn stato, sẽ tạo ra từ quay p đôi cực, quay với tốc độ là =.Từ trường quay cắt các thanh dẫn của dây quấn rôto, cảm ứng các sức điện động. Vì dây quấn rôto nối ngắn mạch, nên sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện trong các thanh dẫn rôto. Lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường quay của máy với thanh dẫn mang dòng điện rôto, kéo rôto quay cùng chiều quay từ trường với tốc độ n. Để minh họa, trên hình vẽ a vẽ từ trường quay tốc độ , chiều sức điện động và dòng điện cảm ứng trong thanh dẫn rôto ,chiều các lực điện từ . Khi xác định chiều sức điện động cảm ứng theo qui tắc bàn tay phải, ta căn cứ vào chiều chuyển động tương đối của thanh dẫn và từ trường .Nếu coi từ trường đứng yên, thì chiều chuyển động tương đối các thanh dẫn ngược với Chiều , từ đó áp dụng qui tắc bàn tay phải, xác định chiều sức điện động như hình vẽ (dấu chỉ chiều đi từ ngoài vào trang giấy). Chiều lực điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái ,trùng với chiều quay . Tốc độ n của máy nhỏ hơn tốc độ của từ trường quay vì nếu tốc độ bằng nhau thì không có sự chuyển động tương đối, trong dây quấn rôto không có sức điện động và dòng điện cảm ứng, lực điện từ bằng không. Độ chênh lệch giữa tốc độ từ trường quay và tốc độ máy gọi là tốc độ trượt . Hệ số trượt tốc độ là: Khi rôto đứng yên (n = 0), hệ số trượt s = 1; khi rôto quay định mức s = 0,02 ÷ 0,06.Tốc độ động cơ là: (vòng/phút). 1.1.5. Công dụng Máy điện không đồng bộ là máy điện chủ yếu dùng làm động cơ điện. Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu quả cao, giá thành rẻ, dễ bảo quản … Nên động cơ không đồng bộ là loại máy điện được sử dụng rộng rãi nhất trong các ngành kinh tế quốc dân với công suất vài chục W đến hàng chục kW. Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ… Trong hầm mỏ dùng làm máy tưới hay quạt gió. Trong nông nghiệp dùng làm máy bơm hay máy gia công nông phẩm. Trong đời sống hàng ngày, máy điện không đồng bộ cũng đã chiếm một vị trí quan trọng như quạt gió, động cơ trong tủ lạnh, máy giặt, máy bơm nước … nhất là loại rôto lồng sóc. Tóm lại sự phát triển của nền sản suất điện khí hóa, tự động hóa và sinh hoạt hằng ngày, phạm vi của máy điện không bộ ngày càng được rộng rãi. Máy điện không đồng bộ có thể dùng làm máy phát điện, nhưng đặc tính không tốt so với máy điện đồng bộ, nên chỉ trong vài trường hợp nào đó (như trong quá trình điện khí hóa nông thôn) cần nguồn điện phụ hay tạm thời thì nó cũng có một ý nghĩa rất quan trọng. 1.2 YÊU CẦU CỦA THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA RÔ TO LỒNG SÓC 1.2.1. Nhiệm vụ và phạm vi thiết kế: Nhiệm vụ thiết kế được xác định từ hai yêu cầu sau: - Yêu cầu từ phía nhà nước, bao gồm các tiêu chuẩn nhà nước, các yêu cầu kỹ thuật do nhà nước quy định. - Yêu cầu từ phía nhà máy và người tiêu dùng thông qua các hợp đồng ký kết. Nhiệm vụ của người thiết kế là đảm bảo tính năng kỹ thuật của sản phẩm đạt các tiêu chuẩn nhà nước quy định để tìm khả năng hạ giá thành để đạt hiệu quả kinh tế cao nhất, nói tóm lại là đạt chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cao. 1.2.2. Các bước thiết kế gồm có: a. Thiết kế điện từ: Nhiệm vụ của tính toán điện từ một động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc là lựa chọn và tính toán kích thước của lõi sắt stato, rôto, kích thước dây quấn sao cho máy đạt được tính năng mà tiêu chuẩn đã quy định. Trong giai đoạn này, người thiết kế xác định một phương án điện từ hợp lý, có thể tính bằng tay, có thể nhờ vào máy tính. Quá trình này sẽ tiến hành tính toán, thiết kế các thành phần: - Xác định các kích thước chủ yếu. - Thiết kế stato. - Thiết kế rôto. - Xác định tham số của động cơ điện ở chế độ định mức. - Tính toán đặc tính làm việc và khởi động. Thiết kế kết cấu: Trong giai đoạn này phải tiến hành tính toán nhiệt để xác định kết cấu cụ thể về phương thức thông gió và làm nguội, kết cấu cụ thể về cách bôi trơn ổ đỡ, kết cấu thân máy và nắp máy. Để chế tạo được động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc còn phải qua các khâu thiết kế sau [4]: + Thiết kế thi công, có nhiệm vụ vẽ tất cả các bản vẽ lắp ráp và chi tiết. + Thiết kế khuôn mẫu và gá lắp dùng trong gia công các chi tiết của máy. + Thiết kế công nghệ, dùng để kiểm tra công nghệ trong quá trình gia công. 1.2.3. Vật liệu thường dùng trong thiết kế Khi thiết kế động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc, vấn đề chọn vật liệu để chế tạo động cơ có một vai trò rất quan trọng và ảnh hưởng rất lớn đến giá thành và tuổi thọ làm việc của nó. Ta có các loại vật liệu sau: a. Vật liệu dẫn từ: Để chế tạo các phần của hệ thống mạch từ của động cơ, người ta thường dùng các loại thép lá kỹ thuật điện hay còn gọi là tôn si líc. Hàm lượng si líc trong thép lá kỹ thuật điện có ảnh hưởng quyết định đến tính năng của nó. Cho si líc vào thép có thể làm cho điện trở suất tăng cao, do đó hạn chế được dòng điện xoáy nên tổn hao thép sẽ thấp xuống, nhưng khi có si líc thì cường độ từ cảm cũng hạ thấp, độ cứng và độ giòn cũng tăng lên, vì vậy lượng si líc trong thép nói chung không vượt quá 4,5%. Trong lõi thép có từ trường biến thiên, khi mật độ từ thông và tần số biến thiên không đổi thì tổn hao vì dòng điện xoáy của đơn vị thể tích lõi thép tỷ lệ bình phương với chiều dày lá thép, vì vậy trong đại bộ phận máy điện đều dùng tôn si líc dày 0,5mm. Chỉ trong trường hợp đặc biệt mới dùng tôn dày 0,35mm. Tùy theo công nghệ cán, người ta chia tôn si líc thành 2 loại: + Tôn cán nóng: Loại tôn này có lịch sử lâu đời, hiện nay vẫn còn sản xuất nhiều. Tùy theo hàm lượng si líc mà người ta phân ra loại ít si líc (và nhiều si líc (>2,8%) [2], [3]. + Tôn cán nguội: So với tôn cán nóng, tôn cán nguội có nhiều ưu điểm như tổn hao nhỏ, cường độ từ cảm cao, chất lượng bề mặt tốt, độ bằng phẳng tốt nên hệ số ép chặt lá tôn cao, có thể sản xuất thành cuộn, do đó các nước phát triển đều dùng tôn cán nguội thay thế tôn cán nóng. Tùy theo sự sắp xếp các tinh thể si líc trong tôn cán nguội mà phân thành hai loại: đẳng hướng và dị hướng. Ở tôn si líc cán nguội dị hướng thì theo chiều cán, suất dẫn từ cao (với cường độ từ trường H = 25A/cm, mật độ từ thông B có thể đạt 1,7 - 1,85T), suất tổn hao nhỏ, nhưng theo chiều vuông góc với chiều cán thì tính năng kém đi nhiều, có khi không bằng cả tôn cán nóng. b. Vật liệu dẫn điện: Trong ngành chế tạo máy điện, người ta chủ yếu dùng đồng tinh khiết với tạp chất không quá 0,1% làm vật liệu dẫn điện vì điện trở suất của đồng chỉ kém bạc. Ngoài đồng ra còn dùng nhôm với tạp chất không quá 0,5%. c. Vật liệu kết cấu: - Kim loại đen: Kim loại đen thường dùng là gang và thép. Gang vừa rẻ tiền lại dễ đúc, do đó được dùng nhiều, nhất là dùng để đúc các hình mẫu phức tạp như vỏ và nắp máy điện không đồng bộ. Thép dùng làm vật liệu kết cấu thường là thép định hình. Thép có tiết diện tròn dùng để chế tạo trục máy và các chi tiết khác có tiết diện tròn. Tùy theo lực tác dụng lên từng chi tiết của máy mà người ta dùng nhiều loại thép khác nhau. - Kim loại màu: Thường dùng hợp kim nhôm để chế tạo các chi tiết và bộ phận của máy mà trọng lượng cần giảm tối đa. -Vật liệu chất dẻo: Chất dẻo hiện nay được dùng nhiều để chế tạo các chi tiết trong máy điện ít chịu lực cơ học và nhiệt. Chất dẻo có ưu điểm là nhẹ, dễ gia công và không bị gỉ. Vật liệu cách điện: Vật liệu cách điện là một trong những vật liệu chủ yếu dùng để chế tạo động cơ. Khi thiết kế động cơ, chọn vật liệu cách điện là một khâu rất quan trọng vì phải đảm bảo động cơ làm việc tốt với tuổi thọ nhất định, đồng thời giá thành của nó lại không cao. Khi chọn vật liệu cách điện cần chú ý những điểm sau: - Vật liệu cách điện phải có độ bền cao, chịu tác dụng về cơ học tốt, chịu nhiệt và dẫn điện tốt lại ít thấm nước. - Gia công dễ dàng, đủ mỏng để đảm bảo hệ số lấp đầy rãnh cao. - Phải chọn vật liệu cách điện có tính cách điện cao để đảm bảo thời gian làm việc ít nhất của máy là 15-20 năm trong điều kiện làm việc bình thường, đồng thời đảm bảo giá thành của động cơ không cao. Một trong những yếu tố cơ bản nhất làm giảm tuổi thọ của vật liệu cách điện là nhiệt độ. Nếu nhiệt độ vượt quá nhiệt độ cho phép thì chất điện môi, độ bền cơ của vật liệu giảm đi nhiều, dẫn đến sự già hóa nhanh chất cách điện. 1.3. CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU - Công suất định mức: Pđm = 4 kW - Điện áp định mức: Uđm = 380/220V - Tần số định mức: fđm = 50Hz - Cách đấu dây: Y/D - Tốc độ đồng bộ: n1 = 1500 vòng/phút - Kiểu máy: Máy kiểu kín - Cấp bảo vệ: IP44 - Cấp cách điện: Cách điện cấp B - Chế độ làm việc: Liên tục - Kết cấu rôto: Rôto lồng sóc - Chiều cao tâm trục: Tra Bảng IV. 2, phụ lục IV [3] chiều cao tâm trục theo dãy công suất của động cơ điện KĐB rôto lồng sóc 4A (Nga) kiểu IP44 cấp cách điện B là h = 112 mm - Hiệu suất và hệ số công suất: Tra Bảng 10-1 [3] hiệu suất và cosj dãy động cơ điện KĐB 3K ứng với công suất Pđm=4 kW và tốc độ nđb=1500 vòng/phút ta có hiệu suất:h = 84% và hệ số công suất: Cosj = 0,84 - Bội số momen cực đại: Tra bảng 10-10 [3] bội số momen cực đại mmax của dãy động cơ 3K ta có: mmax = = 2,2 - Bội số momen khởi động: Theo bảng 10-11 [3] bội số momen khởi động dãy động cơ điện 3K ta chọn: mk = = 2 -Bội số dòng khởi động: Tra bảng 10-12 [3] bội số dòng khởi động dãy động cơ điện 3K ta có: ik = Imax/I min = 6 CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU Những kích thước chủ yếu của động cơ điện không đồng bộ là đường kính trong stato D và chiều dài lõi sắt l. Mục đích của việc chọn kích thước này là để chế tạo ra máy kinh tế hợp lý nhất mà tính năng phù hợp với tiêu chuẩn nhà nước. Tính kinh tế của máy không chỉ là vật liệu sử dụng để chế tạo ra máy mà còn xét đến quá trình chế tạo trong nhà máy, như tính thông dụng của các khuông dập ,vật đúc, các kích thước và chi tiết tiêu chuẩn hoá … 2.1. Số đôi cực trong ñoù: -n1 = 1500ä (voøng/phuùt) -f = 50á (Hz) 2.2. Đường kính ngoài stato Đường kính ngoài Dn có liên quan mật thiết với kết cấu động cơ, cấp cách điện và chiều cao tâm trục h đã được tiêu chuẩn hóa. Vì vậy thường chọn Dn theo h. Ở nước ta hay dùng quan hệ giữa đường kính ngoài và chiều cao tâm trục h của các động cơ điện không đồng bộ Hungary dãy VZ cách điện cấp E và của Nga dãy 4A cách điện cấp F. Với chiều cao tâm trục h = 112 mm theo Bảng 10-3 [3] trị số của Dn theo h, ta chọn đường kính ngoài stato: Dn = 19,1 cm 2.3. Đường kính trong stato Tra theo bảng 10-2 [3] trị số của kD, phụ thuộc vào số đôi cực, với 2p=4 ta tra được: kD = 0,640,68 D = kD.Dn = (0,640,68).19,1 = 12,22412,988 Þ chọn D = 12,6 cm 2.4.Công suất tính toán (P’): trong đó kE là hệ số công suất định mức. Chọn kE = 0,965 theo hình 10-2 [3]. 2.5.Chiều dài tính toán của lõi sắt stato (l1): Chiều dài của lõi sắt stato được xác định: trong đó: - kd : hệ số dây dẫn - as : hệ số cung cực từ - ks : hệ số dạng sóng - A : Tải điện từ - Bd :Mật độ từ thông khe hở không khí Chọn sơ bộ : kd = 0,96 -Hệ số dây quấn một lớp, theo [3] kS = = 1,11 Việc chọn A và Bd ảnh hưởng rất nhiều đến kích thước chủ yếu của D và l. Đứng về mặt tiết kiệm vật liệu thì nên chọn A và Bd lớn, nhưng nếu A và Bd quá lớn thì tổn hao đồng và sắt tăng lên, làm máy quá nóng, ảnh hưởng đến tuổi thọ sử dụng máy. Do đó khi chọn A và Bd cần xét đến chất liệu vật liệu sử dụng. Nếu sử dụng vật liệu sắt từ tốt (có tổn hao ít hay độ từ thẩm cao) thì có thể chọn Bd lớn. Dùng dây đồng có cấp cách điện cao thì có thể chọn A lớn .Ngoài ra tỷ số giữa A và Bd củng ảnh hưởng đến đặt tính làm việc và khởi động của động cơ không đồng bộ , vì A đặt trưng cho mạch điện , Bd đặt trưng cho mạch từ. Tra bảng 10-3a [3], chọn: A = 240 (A/cm); Bd = 0,8 (T) Thay các giá trị vào biểu thức: Lấy lδ = 10,7 cm Do lõi sắt ngắn nên làm thành một khối. Chiều dài lõi sắt stato, rôto là: l1 = l2 = lδ = 10,7 cm 2.6 Bước cực (t): τ = = = 9,89 (cm) - Lập phương án so sánh: Hệ số hình dáng λ: Trong quan hệ giữa đường kính của stato và chiều dài lõi sắt stato phải nằm trong phạm vi kinh tế. Quan hệ này được biểu thị qua quan hệ giữa chiều dài lõi sắt stato với bước cực bởi hệ số: λ = = = 1,08 Theo hình 10-3b trang 235 của [3] thì nằm trong đường kinh tế h ≤ 250(mm) và 2p=4 do đó phương án chọn trên là hợp lý. 2.7. Dòng điện pha định mức: = = 8,59 (A) trong đó: - P: Công suất định mức (kW) - U1: điện áp định mức - h: hiệu suất - cosj : hệ số công suất CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ STATO Khi đường kính ngoài lõi sắt nhỏ hơn 1m thì dùng tấm nguyên để làm lõi sắt. Lõi sắt sau khi ép vào vỏ sẽ có một chốt cố định với vỏ để khỏi bị quay dưới tác động của momen điện từ. Nếu đường kính ngoài của lõi sắt lớn hơn 1m thì dùng các tấm hình rẽ quạt ghép lại. Khi ấy để ghép lõi sắt, thường dùng hai tấm thép dầy ép hai đầu. Để tránh được lực hướng tâm và lực hút các tấm, thường làm những cánh đuôi nhạn hình rẽ quạt trên các tấm để ghép các tấm vào các gân trên vỏ máy. 3.1. Mã hiệu thép và bề dầy lá thép Ta chọn thép kỹ thuật điện cán nguội đẳng hướng làm lõi thép stato, chọn loại thép có mã hiệu 2211 bề dầy lá thép là 0,5 mm, hệ số ghép chặt kc= 0,95. 3.2. Số rãnh stato Z1 Khi thiết kế dây quấn stato cần phải xác định số rãnh của một pha dưới mỗi cực q1. Với máy công suất nhỏ thường lấy q1 = 2. Máy tốc độ cao, công suất lớn có thể chọn q1 = 6. Thường lấy q1 = 3 - 4 Khi q1 tăng thì Z1 tăng dẫn đến diện tích rãnh tăng làm cho hệ số lợi dụng rãnh giảm, răng sẽ yếu vì mảnh, quá trình làm lõi stato tốn hơn. Khi q1 giảm thì Z1 giảm, dây quấn phân bố không đều trên bề mặt lõi thép nên sức từ động có nhiều sóng bậc cao. Trị số q1 nguyên có thể cải thiện được đặc tính làm việc và giảm tiếng ồn của máy. trong đó: - q1 : số rãnh của một pha dưới mỗi cực. Lấy q1 = 3 - p : số đôi cực từ, p = 2 - m là số pha. thay vào ta được: (raõnh) 3.3. Bước rãnh stato t1 = = = 1,1 (cm) 3.4. Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh ur1 ur1 = = = 61,46 Lấy: ur1 = 62 trong đó: - a1 là số mạch nhánh song song, chọn a1 = 2. - I1 : Dòng điện định mức, tính ở 2.7 3.5. Số vòng dây nối tiếp của một pha w1 = p.q1. = 2.3. = 186 (vòng) 3.6. Tiết diện và đường kính dây dẫn Muốn chọn kích thước dây trước hết phải chọn mật độ dòng điện J của dây dẫn. Căn cứ vào dòng điện định mức để tính ra tiết diện cần thiết. Việc chọn ra mật độ dòng điện ảnh hưởng đến hiệu suất và sự phát nóng của máy mà sự phát nóng này chủ yếu phụ thuộc vào tích số AJ. Tích số này tỷ lệ với suất tải nhiệt của máy. Do đó theo kinh nghiệm thiết kế chế tạo, người ta căn cứ vào cấp cách điện để xác định AJ. - Theo hình 10-4 [3] chọn tích số: AJ = 1560 () - Mật độ dòng điện: J1’ = = = 6,5 - Tiết diện dây: = = 0,330 (mm2) trong đó: n1 là số sợi chập, chọn n1 = 2 sợi. Theo Phụ lục VI, bảng VI.1 [3] chọn dây đồng tráng men PETV có đường kính d/dcđ = 0,67/0,73 mm, s = 0,353 mm2. Với: + d: đường kính dây không kể cách điện + dcd: đường kính dây kể cả cách điện + s: tiết diện dây 3.7. Kiểu dây quấn Dây quấn stato đặt vào rãnh của lõi thép stato và được cách điện với lõi thép. Dây quấn có nhiệm vụ cảm ứng được sức điện động nhất định, đồng thời cũng tham gia vào việc tạo nên từ trường cần thiết cho sự biến đổi năng lượng điện có trong máy. - Các yêu cầu của dây quấn: + Đối với dây quấn ba pha điện trở và điện kháng của các pha bằng nhau và của mạch nhánh song song cũng bằng nhau. + Dây quấn được thực hiện sao cho có thể đấu thành mạch nhánh song song một cách dễ dàng. Dây quấn được chế tạo và thiết kế sao cho tiết kiệm được lượng đồng, dễ chế tạo, sữa chữa, kết cấu chắc chắn, chịu được ứng lực khi máy bị ngắn mạch đột ngột. - Việc chọn dây quấn stato phải thỏa mãn tính kinh tế và kỹ thuật: + Tính kinh tế: Tiết kiệm vật liệu dẫn điện, vật liệu cách điện, thời gian lồng dây. + Tính kỹ thuật: Dễ thi công, hạn chế những ảnh hưởng xấu đến đặc tính điện của động cơ. - Vieäc choïn kieåu daây quaán coù theå theo caùch sau: Vôùi ñieän aùp £ 660 V, chieàu cao taâm truïc h £ 160 mm coù theå choïn daây quaán moät lôùp ñoàng taâm ñaët vaøo raõnh 1/2 kín. Vôùi h = 160 – 250 mm duøng daây quaán hai lôùp ñaët vaøo raõnh 1/2 kín .Vôùi h³ 280 mm, duøng daây quaán hai lôùp phaàn töû cöùng ñaët vaøo raõnh 1/2 hôû Bước rãnh : = = Hệ số rút ngắn : = = = 1 3.8. Hệ số dây quấn - Hệ số bước ngắn ky: ky = sin = sin = 1 - Hệ số bước rãi kr: kr = = = 0,96 với α = = = 200 - Hệ số dây quấn kd: kd = ky.kr = 1.0,96 = 0,96 Choïn daây quaán ñoàng khuoâng, 1 lôùp böôùc đủ co y = 9 (vôùi y laø böôùc raõnh). Sô ñoà daây quaán ở hình vẽ : t t t t 3.9. Từ thông khe hở không khí Ф = = 5,36.10-3 (Wb) = 186: Số vòng dây nối tiếp một pha, được xác đinh ở mục 3.7 3.10. Mật độ từ thông khe hở không khí Bδ Bδ = = = 0,79 (T) trong đó: - ad : hệ số cung cực từ, chọn ở 2.5 - t : bước cực, tính ở 2.6 Ta thấy sai số mật độ từ thông khe hở không khí nhỏ hơn giá trị Bδ chọn ban đầu và tải đường tương đương với giá trị ban đầu nên ta không cần chọn lại. 3.11. Sơ bộ định chiều rộng của răng bz1 trong đó: - Bz1: mật độ từ thông ở răng stato, theo bảng 10.5b [3] chọn BZ1=1,8( T) - kc : hệ số ép chặt lõi sắt, kc = 0,95 -  : bước rãnh stato tính ở mục 3.3, = 1,1(cm). 3.12. Sơ bộ chiều cao của gông stato hg1 hg1 = = » 1,68 (cm) trong đó: - Bg1: mật độ từ thông ở gông stato, theo bảng 10.5a [3] chọn Bg1=1,55 - f: từ thông khe hở không khí, tính ở 3.9 3.13. Kích thước rãnh và cách điện Chiều cao rãnh stato: hr1 = - hg1 = - 1,68 = 1,57 (cm) d1 = = ≈ 0,65 (cm) d2 = = ≈ 0,79 (cm) h12 = hr1- = 1,57- = 1,18 (cm) Kích thước rãnh như hình vẽ: Hình 3.2 : Dạng rãnh của Stato 3.14. Diện tích rãnh trừ nêm S’r +.(h12-) = +.(11,8-) = 102,02 (mm2) - Diện tích cách điện rãnh: Scđ = [+2.h12].c+.c’ = [+2.11,8].0,25+.0,35 = 12,57 (mm2) Trong đó : c = 0,25(mm) là bề dày cách điện của rãnh; là bề dày cách điện của miệng rãnh được lấy theo bảng VIII-1 phụ lục VIII kiểu dây quấn một lớp, cách điện cấp B cách điện sử dụng là màng mỏng thủy tinh. - Diện tích có ích của rãnh: Sr = S’r-Scđ = 102,02 – 12,57 = 89,45 (mm2) -Hệ số lắp đầy rãnh: kđ = = = 0,739 Ta thấy hệ số lắp đầy rãnh = 0,739 nằm trong phạm vi cho phép lồng dây được vào rãnh stato nên không cần tính lại. 3.15. Bề rộng răng stato bz1 bz1” = -d1 = - 0,65 = 0,514 (cm) bz1’ = -d2 = -0,79 = 0,524 (cm) bz1 = = = 0,52 (cm) 3.16. Chiều cao gông stato hg1 = - hr1+.d2 = - 1,57+.0,79 = 1,81 (cm) 3.17. Khe hở không khí Theo những máy đã chế tạo ở bảng 10-8 [3] khe hở không khí δ dãy động cơ 4A, h = 112(mm) và 2p = 4 ta chọn δ = 0,3 mm. CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ RÔTO Sự khác nhau giữa các kiểu máy không đồng bộ là ở rôto, tính năng của máy tốt xấu cũng là ở rôto. Để thoả mãn các yêu cầu khác nhau có thể chế tạo thành rôto dây quấn, rôto lồng sóc đơn, rôto lồng sóc sâu, rôto lồng sóc kép… Loại rôto dây quấn không có yêu cầu về khởi động mà chỉ thoả mãn tiêu chuẩn nhà nước về hiệu suất, cosj, bội số mômen cực đại trong điều kiện làm việc định mức. Đối với loại rôto lồng sóc, tính năng của máy còn phải thoả mãn tiêu chuẩn về khởi động là bội số mômen khởi động và bội số dòng khởi động. Khi ấy rôto chọn 1/2 kín hình ôvan hay quả lê với miệng rãnh b42 = (1,5 – 2) mm. Ta chọn rãnh rôto hình quả lê với miệng rãnh b42 = (1,5 – 2) mm. 4.1. Số rãnh rôto Z2 Việc chọn số rãnh rôto lồng sóc Z2 là một vấn đề quan trọng vì khe hở không khí của máy nhỏ, khi mở máy momen phụ do từ thông sóng bậc cao gây nên ảnh hưởng đến quá trình mở máy và ảnh hưởng cả đến đặc tính làm việc. - Để loại trừ momen phụ đồng bộ khi mở máy, cần chọn: Z2 ¹ Z1; Z2 ¹ 0,5.Z1; Z2 ¹ 2.Z1; Z2 ¹ 6.p.g với g = 1,2,3… - Để tránh momen đồng bộ khi quay, ta chọn: Z2 ¹ 6.p ± 2.p.g; Z2 ¹ Z1 ± 2.p; Z2 ¹ 2.Z1 ± 2.p; Z2 ¹ 0,5±p; Z2 ¹ Z1 ± p Dựa vào các điều kiện trên và bảng 10-6 [3] Chọn Z2 = 28 rãnh 4.2. Đường kính ngoài rôto D’ D’ = D- 2δ = 12,6 – 2.0,03 = 12,54 (cm) trong đó: - D: đường kính trong stato, tính ở 2.3 - d: khe hở không khí, tính ở 3.18 4.3. Bước răng rôto t2 t2 = = = 1,384 (cm) 4.4. Sơ bộ định chiều rộng của răng rôto b’z2 = = 0,657 (cm) trong đó : - BZ2: mật độ từ thông ở răng rôto, theo bảng 10.5b [3] chọn BZ2 = 75T. - kc : hệ số ép chặt lõi sắt, kc = 0,95 - Bd : mật độ từ thông khe hở không khí, tính ở 3.10 - t2 : bước răng rôto, tính ở 4.3 - l2 : chiều dài lõi sắt rôto 4.5. Đường kính trục rôto Dt Dt = 0,3.D = 0,3.12,6 = 3,78 (cm) 4.6. Dòng điện trong thanh dẫn rôto Itd Itd = I2 = kI.I1. = = 293 (A) trong đó: - Hệ số kI lấy theo hình 10-5 [3] : kI = 0,89 - kd : hệ số dây quấn stato, tính ở 3.8 - Z2 : số rãnh rôto 4.7. Dòng điện trong vòng ngắn mạch Iv = = = 658,4 (A) 4.8. Tiết diện thanh dẫn vòng nhôm S’td Đối với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc, tiết diện rãnh rôto đồng thời là tiết diện thanh dẫn rôto, vì vậy phải làm sao cho mật độ dòng điện trong thanh dẫn rôto thích hợp S’td = = = 98 (mm2) trong đó : J2 là mật độ dòng điện thanh dẫn rôto, lấy J2 = 3 A/mm2 4.9. Tiết diện vành ngắn mạch. - Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong vành ngắn mạch theo Tiết diện vòng ngắn mạch Sv: Sv = = = 263,4 (mm2) 4.10 Sơ bộ chiều cao gông rôto (hg2): hg2=== 1,88 (cm) trong đó: - Bg2: mật độ từ thông ở gông rôto, theo bảng 10.5a [3] chọn Bg2 = 1,4 - f: từ thông khe hở không khí, tính ở 3.9 4.11. Kích thước rãnh rôto và vòng ngắn mạch hr2 = = = 2,5 (cm) d1R = = = 0,66 cm = 6,6 (mm) d2R = = = 0,212cm = 2,12 (mm) h12 = hR2- = 2,5 - = 2,014 (cm) Kích thước rãnh rôto Hình 4-1 : Dạng rãnh rôto 4.12. Chiều cao vành ngắn mạch hv av = 1,1. hr2 = 1,1.25 = 27,5 (mm) 4.13. Đường kính trung bình vành ngắn mạch Dv Dv = D’- av = 12,54 - 2,75 = 9,79 (cm) trong đó: - D’ là đường kính ngoài rôto, được xác định ở mục 4.2 4.14. Bề rộng vành ngắn mạch bv bv = = = 9,58 (mm) trong đó: - Sv: tiết diện vòng ngắn mạch mục 4.9 - av: chiều cao vòng ngắn mạch 4.15. Diện tích rãnh rôto Sr2 Sr2 = + .(h12-) + h42.b42 = +.(20,14 - ) + 0,5.1,5 = 102,8 (mm2) 4.16. Bề rộng răng rôto bz2 bz2” = -d1 = -0,66 = 0,66 (cm) bz2’ = - = -0,212 = 0,657 (cm) bz2 = = = 0,658 (cm) 4.17. Chiều cao gông rôto hg2 hg2 = -hr2+ .d2 = - 2,5 +.0,212 = 1,92 (cm) 4.18. Làm nghiêng rãnh ở rôto bn Độ nghiêng bằng một bước rãnh stato t1 bn = t1 = 1,1 (cm) CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN MẠCH TỪ VÀ XÁC ĐỊNH THAM SỐ CỦA ĐỘNG CƠ Ở CHẾ ĐỘ ĐỊNH MỨC 5.1. TÍNH TOÁN MẠCH TỪ 5.1.1. Hệ số khe hở không khí - Do bề phần ứng có rãnh dẫn đến từ dẫn trên khe hở của bề mặt phần ứng có rãnh khác nhau. - Trên răng, từ trở nhỏ hơn trên rãnh do sức từ động khe hở không khí của phần ứng có răng rãnh lớn hơn so với bề mặt phần ứng nhẵn. Khi thiết kế phải dùng một khe hở không khí tính toán, như vậy cần phải tính hệ số khe hở không khí. Hệ số khe hở không khí nói lên ảnh hưởng của răng stato và rôto tới khe hở. * Hệ số khe hở không khí stato: kδ1 = = = 1,137 trong đó: - t1: bước rãnh stato, xác định ở mục 3.3 - d: Khe hở không khí, xác định ở mục 3.18 - ν1 = = = 4,44 Với b41 là miệng rãnh stato, xác định ở mục 3.14 * Hệ số khe hở không khí rôto kδ2 = = = 1,057 trong đó: - t2: bước rãnh stato mục 4.3 - ν2 = = = 2,5 Với b42 là miệng rãnh rôto mục 4.11 * Hệ số khe hở không khí kδ = kδ1.kδ2 = 1,167.1,058 = 1,2 5.1.2. Dùng thép KTĐ cán nguội 2211 5.1.3. Sức từ động khe hở không khí Fδ Fδ = 1,6.Bδ.kδ.δ.104 = 1,6.0,79.1,2.0,03.104 = 455,04 (A) trong đó: - Bd: Mật độ từ thông trong khe hở không khí, xác định ở 3.10 - kd : hệ số khe hở không khí 5.1.4. Mật độ từ thông ở răng stato Bz1 Bz1 = = = 1,76 (T) trong đó : - l1: Chiều dài lõi thép stato - bz1: bề rộng răng stato - t1: bước rãnh stato * Cường độ từ thông trên răng stato Hz1: - Theo bảng V-6 Phụ lục V [3]. Đường cong từ hóa trên răng động cơ KĐB thép 2211, ta chọn: Hz1 = 23 (A/cm) 5.1.5. Sức từ động trên răng stato Fz1 = 2.h’z1.Hz1 = 2.1,3.23 = 59,8 (A) trong đó : 5.1.6. Mật độ từ thông ở răng rôto Bz2 Bz2 = = = 1,68 (T) trong đó : - Bd: Mật độ từ thông trong khe hở không khí, xác định ở 3.10 - l2: Chiều dài lõi thép rôto - bz2: bề rộng răng rôto, xác định ở 4.16 * Cường độ từ trường trên răng rôto Hz2: - Theo bảng V-6 Phụ lục V, [3]. Đường cong từ hóa trên răng động cơ KĐB thép 2211, ta chọn: Hz2 = 17,9 (A/cm) 5.1.7. Sức từ động trên răng rôto Fz2 Fz2 = 2.h’z2.Hz2 = 2.2,28.17,9 = 81,6 (A) trong đó: h’z2 = hr2 - = 25 - = 22,8 (mm) 5.1.8. Hệ số bão hòa răng kz kz = = = 1,31 trong đó: - Fd: Sức từ động khe hở không khí - Fz1: Sức từ động trên răng stato - Fz2: Sức từ động trên răng rôto Hệ số kz nằm trong khoảng thiết kế hợp lý kz thuộc khoảng 1,2÷1,5. 5.1.9. Mật độ từ thông trên gông stato Bg1 Bg1 = = = 1,45 (T) trong đó: - F: từ thông trong khe hở không khí, xác định ở 3.9 - l1: chiều dài lõi thép stato - hg1: chiều cao gông stato, xác định ở mục 3.17 5.1.10. Cường độ từ trường ở gông stato Hg1 Theo bảng V-9 Phụ lục V, [3], ta có Hg1 = 7,63 A/cm 5.1.11. Chiều dài mạch từ ở gông stato Lg1 Lg1 = = = 13,57 (cm) trong đó: - Dn: Đường kính ngoài stato - hg1: chiều cao gông stato, xác định ở mục 3.17 5.1.12. Sức từ động ở gông stato Fg1 Fg1 = Lg1.Hg1 = 13,57.7,63 = 103,5 (A) 5.1.13. Mật độ từ thông trên gông rôto Bg2 Bg2 = = = 1,37 (T) trong đó: - F: từ thông trong khe hở không khí - l2: chiều dài lõi thép rôto - hg2: chiều cao gông rôto, xác định ở mục 4.17 5.1.14. Cường độ từ trường ở gông rôto Hg2: Theo Bảng V-9 Phụ lục V, [3], ta có Hg2 = 6 (A/cm) 5.1.15. Chiều dài mạch từ gông rôto Lg2 Lg2 = = = 4,475 (cm) trong đó: - Dt : đường kính trục rôto - hg1: chiều cao gông rôto 5.1.16. Sức từ động ở gông rôto Fg2 Fg2 = Lg2.Hg2 = 4,475.6 = 26,85 (A) 5.1.17. Tổng sức từ động của mạch từ F F = Fδ + Fz1 + Fz2 + Fg1+ Fg2 = 455,04+59,8+81,6+103,5+26,85 = 726,79 (A) 5.1.18. Hệ số bão hòa toàn mạch kμ kμ = = = 1,597 5.1.19. Dòng điện từ hóa Iμ Iμ = = = 3,015 (A) 5.1.20. Dòng điện từ hóa phần trăm Iμ% = = .100% = 35,09 (%) 5.2. THAM SỐ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Ở CHẾ ĐỘ ĐỊNH MỨC Điện trở và điện kháng của dây quấn là những tham số chủ yếu của máy điện. Điện kháng xác định bởi từ thông móc vòng của cảm ứng tương hổ xuyên qua các khe hở không khí và móc vòng vào cả hai cuộn dây stato và rôto động cơ, sinh ra điện kháng cơ bản, đó là điện kháng hổ cảm. Từ thông móc vòng tản chỉ móc vòng mỗi bản thân cuộn dây, sinh ra điện kháng tản x1 đối với stato và x2 đối với rôto, x1+x2 là điện kháng tổng của dây quấn động cơ. Điện trở động cơ giúp xác định những tổn hao của dây quấn động cơ ở chế độ xác lập và quá trình quá độ. 5.2.1. Chiều dài phần đầu nối của dây quấn stato Lđ1 lđ1 = Kđ1.τy + 2.B = 1,3.11,12 + 2.1=16,45 (cm) trong đó: - τy = = = 11,2 - Z1: số rãnh stato - hr1: chiều cao rãnh stato, tính ở mục 3.14 - y1 = 9: bước quấn dây rút ngắn stato, tính ở mục 3.7 - Các hệ số Kđ1 và B tra bảng 3-4 [3], kết quả Kđ1 = 1,3; B = 1 5.2.2. Chiều dài trung bình nửa vòng của dây quấn stato ltb ltb = l1 + lđ1 = 10,7 +16,45 = 27,15 (cm) trong đó l1là Chiều dài lõi thép stato 5.2.3. Chiều dài dây quấn một pha của stato L1 L1 = 2.ltb.w1.10-2 = 2.27,15.186.10-2 = 101 (m) trong đó W1 là số vòng dây nối tiếp một pha, tính ở mục 3.5 5.2.4. Điện trở tác dụng của dây quấn stato r1 r1 = ρ. =. = 1,555 (Ω) trong đó: - r = Ώ.mm2/m điện trở suất của đồng ở 75˚C - n1 = 2: số sợi chập - a1 = 2: số mạch nhánh song song - s1= 0,353 mm2 : tiết điện dây dẫn, xác định ở 3.6 Tính toán theo đơn vị tương đối: = 1,555.= 0,0607 5.2.5. Điện trở tác dụng của dây quấn rôto rtd = .= 0,0453.10-3 (Ω) trong đó: - rAl = Ώ.mm2/m: điện trở suất của nhôm - Sr2 = 102,8 mm2 : diện tích rãnh rôto, tính ở mục 4.15 5.2.6. Điện trở vòng ngắn mạch rv rv =. = .= 0,001812.10 -3 (Ω) trong đó: - Dv = 9,79 mm: đường kính trung bình vòng ngắn mạch ở mục 4.13 - Sv = 263,4 mm2:diện tích vòng ngắn mạch tính ở mục 4.9 5.2.7. Điện trở rôto r2 r2= rtd += (0,0453 + ).10-3 = 0,0636.10-3 (Ω) trong đó: - rtd: điện trở tác dụng của dây quấn rôto - rv: điện trở vòng ngắn mạch - = 2.Sin = 2.Sin = 0,445 - Z2: Số rãnh rôto 5.2.8. Hệ số quy đổi γ γ = ==13664 trong đó: - m: số pha - w1 = 186 vòng: Số vòng dây nối tiếp một pha tính ở mục 3.5 - kd = 0,96: hệ số quấn dây, xác định ở 3.8 5.2.9. Điện trở rôto đã quy đổi r’2 = γ.r2 = 13664.0,0636.10-3 = 0,87 (Ω) Tính theo đơn vị tương đối: = 0,87. = 0,0335 5.2.10. Hệ số từ dẫn tản rãnh stato λr1 Hệ số từ dẫn tản rãnh λr1 phụ thuộc vào kích thước, hình dạng và kiểu dây quấn: λr1=.kβ + (0,785-++).k’β =.1 + (0,785--+).1 = 1,207 trong đó: - β = 1: hệ số bước đủ, xác định ở mục 3.7 - k’β = = = 1 - kβ = = = 1 - h1 = hr1- 0,1.d2 - 2.c - c’ =15,7 - 0,1.7,9- 2.0,25-0,35 = 14,06 (mm) Với + hr1: chiều cao rãnh stato, tính ở mục 3.14 + d2 : đường kính trên rãnh stato, tính ở mục 3.14 + c, c’: chiều dày cách điện - h2 = - (- 2.c - c’) = - (-2.0,25-0,35) = -2,4 (mm) Với + d1: đường kính dưới rãnh stato, tính ở mục 3.14 - b = d1 = 6,5 mm - h41: chiều cao miệng rãnh stato, xác định ở 3.14 - b41: bề rộng miệng rãnh stato, xác định ở 3.14 5.2.11. Hệ số từ dẫn tản tạp stato λt1 = = = 2,34 trong đó: - t1 = 1,1 cm: bước rãnh stato, xác định ở mục 3.3 - q1 = 3: số rãnh một pha dưới một cực, xác định ở mục 3.2 - kd = 0,96: hệ số quấn dây, xác định ở 3.8 - kδ = 1,2: hệ số khe hở không khí, xác định ở mục 5.1.3 - k41 = 1- 0,033. = 1- 0,033.=0,95 - ρt1 = 0,94 theo bảng 5-3 [3] - σ1 = 0,0115 theo bảng 5-2a [3] 5.2.12. Hệ số từ tản phần đầu nối λđ1 λđ1 = 0,34..(lđ1 - 0,64.β.τ) = 0,34..(16,45 - 0,64.1.9,89) =0,965 trong đó: - = 3: số rãnh một pha dưới một cực được xác định ở mục 3.1 - lđ1 =16,45 cm: chiều dài phần đầu nối của dây quấn stato mục 5.2.1 - τ = 9,89: bước cực, được xác định ở mục 2.6 - l1: chiều dài lõi sắt stato 5.2.13. Tổng hệ số từ dẫn tản của stato Σλ1=λr1+λt1+λđ1=1,207+2,34+0,965=4,512 trong đó: - λr1: Hệ số từ dẫn tản - λt1: Hệ số từ dẫn tạp - λđ1: Hệ số từ dẫn đầu nối 5.2.14. Điện kháng dây quấn stato x1 x1 = 0,158..()2.. Σλ1 = 0,158..()2..4,512 = 2,199 (Ω) trong đó: - Σλ1: tổng hệ số từ dẫn tản của stato - l1 : chiều dài lõi sắt stato Tính theo đơn vị tương đối: = 2,199. = 0,0858 5.2.15. Hệ số từ dẫn tản rãnh rôto λr2 λr2 = [.(1-)2 + 0,66 -].k + = [(1-)2 + 0,66-].1+= 1,745 trong đó: - h1 = h12 + = 20,14 + = 20,545 (mm) Với + h12 : chiều cao phần rãnh thẳng rôto, tính ở mục 4.11 + d2 : đường kính dưới rãnh rôto, tính ở mục 4.11 + d1: đường kính trên rãnh rôto, tính ở mục 4.11 Sr2: tiết diện rãnh rôto, xác định ở 4.15 b = d1 = 6,6 mm b42: bề rộng miệng rãnh rôto, xác định ở 4.11 h41: chiều cao miệng rãnh rôto, xác định ở 4.11 5.2.16. Hệ số từ dẫn tản tạp rôto λt2 = == 2,935 trong đó: - t2: bước răng rôto, xác định ở mục 4.3 - kδ = 1,2: hệ số khe hở không khí, xác định ở mục 5.1.1 - kd2 = 1: hệ số dây quấn rôto - : số rãnh một pha dưới một cực của rôto - ρt2 = 0,93, kt2 = 1, σ2 = 0,0168 theo bảng 5-2c [3] 5.2.17. Hệ số từ dẫn tản phần đầu nối λđ2 =.lg =.lg=0,377 trong đó: - Dv = 9,79 cm: đường kính vành ngắn mạch, xác định ở mục 4.13 - av = 2,75 cm: chiều cao vành ngắn mạch, xác định ở mục 4.12 - bv = 0,985 cm: bề rộng vành ngắn mạch, xác định ở mục 4.14 - D = 0,445: xác định ở mục 5.7 5.2.18. Hệ số từ tản do rãnh nghiên λrn = 0,5.λt2.()2 = 0,5.2,935.()2 = 0,927 trong đó : - lt2 : hệ số từ dẫn tạp rôto , tính ở 5.2. 16 - bn : bước nghiêng bằng bước rãnh stato bn = 1,1 (cm), ở 4.18 - t2: bước răng rôto, xác định ở mục 4.3 5.2.19. Tổng hệ số từ tản rôto Σλ2 = λr2 + λt2 + λđ2 + λrn = 1,745 + 2,935 + 0,377 + 0,927 = 5,98 5.2.20. Điện kháng tản dây quấn rôto x2 = 7,9.f1.l2. Σλ2.10-8 = 7,9.50.10,7.5,98.10-8 = 2,53.10-4 (Ω) trong đó : -f1 : tần số định mức -Sl2: hệ số từ tản rôto, tính ở 5.2.19 -l2: chiều dài lõi sắt rôto 5.2.21. Điện kháng rôto đã quy đổi x’2 = γ.x2 = 13664.2,53.10-4 = 3,45 (Ω) trong đó : -g : hệ số quy đổi, tính ở 5.2. 8. -x2: điện kháng tản dây quấn rôto, tính ở 5.2.20. Tính theo đơn vị tương đối: = 3,45.= 0,1347 5.2.22. Điện kháng hổ cảm x12 x12 == = 70,77 (Ω) trong đó : - U1: điện áp định mức - Im : dòng điện từ hoá, tính ở 5.1.19 - x1 : điện kháng dây quấn stato , tính ở 5.2.14 Tính theo đơn vị tương đối: =70,77. = 2,76 5.2.23. Tính lai kE kE = = = 0,97 Trị số này không sai khác nhiều so với trị số ban đầu (kE = 0,965) nên không cần tính lại. 5.3. TỔN HAO THÉP VÀ TỔN HAO CƠ Động cơ điện khi làm việc sinh ra tổn hao làm giảm hiệu suất máy. Người ta luôn tìm cách giảm tổn hao xuống thấp nhất để nâng cao hiệu suất và tăng công suất ra ở đầu trục. Tổn hao trong máy động cơ điện có thể phân thành những loại sau: Tổn hao trong sắt : ở stato và rôto do từ trễ và dòng điện xoáy khi từ thông chính biến thiên. Ngoài ra trong tổn hao sắt còn tính đến các tổn hao phụ gọi là tổn hao bề mặt và tổn hao đập mạch do sự thay đổi từ trễ và sự thay đổi lần lượt vị trí tương đối của rãnh stato và rôto. Tổn hao trong đồng : do hiệu ứng Jun gây nên trong dây quấn và ở nơi tiếp xúc giữa chổi than và vành góp hoặc vành trượt. Tổn hao phụ : khi có tải do sự đập mạch của từ thông tản hoặc do sự biến dạng của từ trường phản ứng phần ứng. Tổn hao cơ : do ma sát ở vòng bi, ma sát giữa chổi than với vành góp hay vành trượt và ma sát giữa không khí với các bộ phận quay. Tổn hao trên quạt gió cũng kể vào tổn hao cơ. Ở những động cơ điện làm việc với điện áp và tốc độ quay không đổi, khi chuyển từ chế độ làm việc không tải đến chế độ tải định mức, tổn hao thép và tổn hao cơ thay đổi rất ít, vì vậy tổn hao này gọi là tổn hao không tải Các tổn hao trong đồng và tổn hao phụ khi có tải gọi là tổn hao khi có tải vì chúng biến đổi theo tải 5.3.1. Trọng lượng răng stato: GZ1 = γFe.Z1.bZ1.h’Z1.l1.kc.10-3 = 7,8.36.0,52.1,307.10,7.0,95.10-3 = 1,94 (kg) trong đó: - kc = 0,95 hệ số ép chặt - Z1 = 36 số rãnh stato - l1 = 10,7 cm chiều dài lõi thép stato - h’Z1 = hr1- = 13,07 - bZ1 = 0,52 chiều rộng răng stato 5.3.2. Trọng lượng gông từ stato Gg1 = γFe.l1.Lg1.hg1.2.p.kc.10-3 = 7,8.10,7.13,57.1,81.2.2.0,95.10-3 = 7,79 (kg) trong đó: - hg1: chiều cao gông stato, xác định ở mục 3.17 - Lg1 = 13,57 cm: Chiều dài mạch từ ở gông stato mục 5.1.11 - p = 2: số đôi cực 5.3.3. Tổn hao sắt trong lõi sắt stato * Trong răng: PFeZ1 = kgc.p1/50.B2Z1.GZ1.10-3 = 1,8.2,5.1,762.1,94.10-3 = 0,027 (kW) trong đó: - hệ số gia công kgc = 1,8 đối với máy điện không đồng bộ - p1/50 = 2,5 tra bảng V.14 [3] suất tổn hao thép ở tần số từ hóa f = 50Hz - BZ1: mật độ từ thông ở răng stato, xác định ở 5.1.4 * Trong gông: PFeg1 = kgcg.P1/50.Bg1.Gg1.10-3 = 1,6.2,5.1,45.7,79.10-3 = 0,0452 (kW) trong đó: - kgcg = 1,6 đối với máy không đồng bộ - Bg1 = 1,45 T : Mật độ từ thông trên gông stato mục 5.1.9 * Trong cả lõi sắt stato: PFe’ = PFeZ1 + PFeg1 = 0,027 + 0,0452 = 0,0722 (kW) 5.3.4. Tổn hao bề mặt trên răng rôto Vì tần số dao động cao nên các dòng điện xoáy cảm ứng trong thép đều tập trung lên lớp mỏng trên bề mặt lõi thép, vì vậy tổn hao gây nên bởi các dòng điện xoáy này được gọi là tổn hao bề mặt. Ở máy điện không đồng bộ, tổn hao bề mặt lớn vì khe hở không khí nhỏ. Tổn hao chủ yếu đập trung trên bề mặt rôto còn trên bề mặt stato ít hơn do miệng rãnh rôto bé Pbm = 2.p.τ..l2.p’bm.10-7 = 2.2.9,89..10,7.177,71.10-7 = 0,0067 (kW) trong đó: - t2: bước răng rôto, xác định ở mục 4.3 - b42: bề rộng miệng rãnh rôto, xác định ở 4.11 -P'bm: Suất tổn hao trung bình trên một đơn vị (m2)bề mặt stato : P’bm = 0,5.k0.(Z1.n1.10-4)1,5.(10.B0.t1)2 = 0,51,9.(36.1500.10-4)1,5.(10.0,351.1,1)2 = 177,71 Với + k0 = 1,9 là hệ số kinh nghiệm (k0=1,7÷2) + B0 = β0.kδ.Bδ = 0,37.1,2.0,79 = 0,351 (T) . kδ = 1,2: hệ số khe hở không khí mục 5.1.3 . β0 = 0,38 khi = = 7,4 Hình 6-1, [3] 5.3.5. Tổn hao đập mạch trên răng rôto Pđm = 0,11.()2.GZ2.10-3 = 0,11.)2.3,33.10-3 = 0,0075 (kW) trong đó: - Bđm = = = 0,0837 Với + Bz2: mật độ từ thông ở răng rôto, xác định ở 5.1.6 + v1 = 4,44 được xác định ở 5.1.1 - GZ2 = γFe.Z2.h’Z2.b’Z2.l2.kc.10-3 = 7,8.28.2,28.0,658.10,7.0,95.10-3 = 3,33 (kg) Với + h’Z2 = 2,28 được xác định ở 5.1.7 + bZ2 = 0,658: bề rộng răng rôto, xác định ở 4.16 5.3.6. Tổng tổn hao sắt PFe = P’Fe+Pbm+Pđm = 0,0722+0,0067+0,0075= 0,0864 (kW) trong đó: - P'Fe: tổn hao cả lõi sắt stato - Pbm: tổn hao bề mặt trên răng rôto - Pđm : tổn hao đập mạch trên răng rôto 5.3.7. Tổn hao cơ Tổn hao cơ hay tổn hao ma sát phụ thuộc vào áp suất trên bề mặt ma sát, hệ số ma sát và tốc độ chuyển động tương đối của bề ma sát. Việc tính toán các tổn hao này gặp khó khăn ở phần xác định hệ số ma xát vì hệ số này phụ thuộc vào chất lượng bề mặt ma sát, loại dầu bôi trơn và nhiệt độ. Pcơ = kcơ.()2.()4.10-3 = 1.()2.()4.10-3 = 0,03 (kW) trong đó: - : xác định theo đường kính ngoài stato Dn và số đôi cực p - n1: tốc độ đồng bộ - Dn: Đường kính ngoài stato 5.38. Tổn hao không tải Po = PFe + Pcơ = 0,0864 + 0,03 = 0,1164 (kW) CHƯƠNG 6 ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC VÀ KHỞI ĐỘNG 6.1 ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC Sau khi đã chọn các kích thước và dây quấn của động cơ điện, tính toán các tham số, dòng điện từ hoá và các tổn hao sẽ tìm được đặc tính của máy ở chế độ làm việc bình thường. Các thông số đã tính được: r1 = 1,555 Ω: Điện trở tác dụng của dây quấn stato x1 = 2,199Ω : Điện kháng dây quấn stato x12 =70,77Ω : Điện kháng hỗ cảm r2’ = 0,87Ω : Điện trở rôto đã quy đổi x2’ = 3,45 Ω : Điện kháng rôto đã quy đổi 6.1.1. Hệ số C1 C1 = 1+ = 1+ = 1,031 ÞC21 = 1,063 6.1.2. Thành phần phản kháng của dòng điện ở chế độ đồng bộ Iđbx = Iμ = 3,015 A 6.1.3. Thành phần tác dụng của dòng điện ở chế độ đồng bộ Iđbr = = = 0,1954 (A) 6.1.4. Sức điện động E1 E1 = U-Iμ.x1 = 220- 3,015.2,199 = 213 (V) 6.1.5. Hệ số trượt tại momen cực đại sm = = = 0,156 6.1.6. Hệ số trượt định mức Trong đó : Cho hệ số trượt biến thiên và tính toán, ta được bảng đặc tính như sau: Tham số Đơn vị s(%) 0,01 0,015 0,025 0,0315 0,045 0,156 Rns= C12 (+ ) W 93,89 63,25 38,59 30,96 22,15 7,08 Xns = C12(+ x2’) W 5,934 5,934 5,934 5,934 5,934 5,934 Zns = W 94,07 63,53 39,04 31,5 22,93 9,23 I’2 = c1. A 2,41 3,57 5,81 7,2 9,89 24,57 0,998 0,996 0,988 0,983 0,966 Sin = 0,063 0,093 0,152 0,189 0,258 I1r=Iđbr+.Cosφ’2 A 2,528 3,664 5,763 7,06 9,46 I1x=Iđbx+.Sinφ’2 A 3,16 3,337 3,87 4,43 5,489 I1 = A 4,046 4,94 6,94 8,34 10,94 Cosφ = 0,625 0,74 0,83 0,847 0,865 P1 = 3.U1.I1r.10-3 kW 1,67 2,4 3,8 4,66 6,24 Pcu1 = 3.I21.r1.10-3 kW 0,0764 0,114 0,225 0,326 0,558 Pcu2 = 3.I2’2.r’2.10-3 kW 0,015 0,033 0,088 0,136 0,255 Pf = 0,005.P1 kW 0,0084 0,012 0,019 0,0233 0,0312 Po = PFe + Pcơ kW 0,1164 0,1164 0,116 0,1164 0,1164 ΣP =Pcu1 + Pcu2+ Pf + Po kW 0,2162 0,2755 0,448 0,602 0,9606 P2 = P1- ΣP kW 1,454 2,124 3,352 4,058 5,28 η = .100% % 87,05 88,5 88,2 87,08 84,6 Từ bảng kết quả xây dựng được đặc tính làm việc như hình vẽ: Hình 6.1: Đặc tính làm việc của động cơ điện KĐB ba pha rô to lồng sóc 4 kW; 2P = 4 6.1.7. Bội số momen cực đại mmax = = ()2 . = . = 2,35 trong đó: - I’2max = 24,57 A dòng điện rôto ứng với smax - I’2đm = 7,2A dòng điện rôto ứng với sđm 6.2 TÍNH TOÁN ĐẶC TÍNH KHỞI ĐỘNG Tất cả các động cơ không đồng bộ phải tự mở máy được, tức là tự lấy đà được từ trạng thái đứng yên lên tốc độ gần đồng bộ, sau khi thắng momen cản của tải. Đối với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc, ta cần tính toán kỹ để động cơ bảo đảm yêu cầu khi mở máy và chú ý hai điểm: Thứ nhất, khi mở máy thì hệ số trượt s = 1 (rôto đứng yên) nên bị ảnh hưởng của hiệu ứng mặt ngoài xảy ra ở thanh dẫn rôto, dòng điện trong các dây quấn lúc mở máy tăng lên rất nhiều so với bình thường nên mạch từ sẽ bão hòa mạch. Thứ hai, khi dòng mở máy lớn mà các momen điện từ không lớn sẽ làm cho quá trình mở máy kéo dài, nhiệt độ dây quấn có thể vượt quá giới hạn cho phép. Việc tính chính xác đối với hiện tượng hiệu ứng mặt ngoài và bảo hòa rất phức tạp cho việc xác định đặc tính khởi động, do đó thường chỉ tính đặc tính mở máy lúc khởi động (s = 1). Và chỉ dùng phương pháp tính gần đúng. 6.2.1. Tham số của động cơ khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s = 1 - Tính hệ số quy đổi chiều cao rãnh rôto khi mở máy (s = 1): x = 0,067.a. = 0,067.24,5.1 = 1,64 trong đó: + x: Chiều cao tương đối + a: Chiều cao của đồng hay nhôm trong rãnh rôto + a = hr2 - h42 = 25 - 0,5 = 24,5 (mm) -Theo hình 10-13 [3] Với x = 1,64 ® y = 0,88 ; φ = 0,66 kR = 1 + φ = 1 + 0,66 = 1,66 Điện trở thanh dẫn khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài rtdx = kR.rtd = 1,66.0,0453.10-3 = 0,0752.10-3 (Ω) trong đó: rtd = 0,0453.10-3 Ω: Điện trở thanh dẫn rôto, được xác định ở 5.2.3 - Điện trở của rôto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s = 1 r2x = rtdx + = (0,0752 +).10-3 = 0,0935.10-3 (Ω) trong đó: + rv = 0,001812.10-3: Điện trở vòng ngắn mạch, mục 5.2.6 + D = 0,445: được xác định ở 5.2.7 - Điện trở rôto đã qui đổi r’2x = γ.r2x = 13664.0,0935.10-3 = 1,28 (Ω) trong đó: g = 13664 được xác định ở 5.2.8 - Hệ số từ dẫn rãnh rôto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s = 1: λr2x = [.(1-)2+0,66-].y+ = [(1-+0,66-].0,88+ = 1,449 - Tổng hệ số từ dẫn rôto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s = 1: Σλ2x =λ2rx+λt2+λđ2+λrn=1,449+2,935+0,377+0,927= 5,688 trong đó: - λt2 = 2,935: Hệ số từ dẫn tạp rôto, được xác định ở 5.2.16 - λđ2 = 0,377: Hệ số từ dẫn tản phần đầu nối, được xác định ở 5.2.17 - λrn = 0,927: Hệ số từ tản do rảnh nghiêng, được xác định ở 5.2.18 - Điện kháng rôto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài: x’2x = x’2.= 3,45 . = 3,282Ω trong đó: Sλ2 =6,437 : hệ số từ tản rôto, được xác định ở 5.2.19 - Tổng trở ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài: rnx = r 1 + r’2x = 1,555 + 1,28 = 2,84 Ω xnx = x1 + x’2x= 2,199 + 3,282 = 5,48 (Ω) Znx === 6,18 (Ω) - Dòng điện ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài: Inx = = = 35,5 (A) 6.2.2. Tham số của động cơ điện khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài và sự bão hòa của mạch từ tản khi s = 1 Sơ bộ chọn hệ số bão hòa kbh = 1,3 trang 259 [3] - Dòng điện ngắn mạch khi xét cả hiệu ứng mặt ngoài và sự bảo hoà của mạch từ tản: Inbhx = kbh.Inx =1,3.35,5 = 46,1(A) - Sức từ động trung bình của một rãnh stato: Fzbh = 0,7. = 0,7= 2230 trong đó: + ur = 62: số thanh dẫn tác dụng trong rãnh stato, được xác định ở 3.4 + a1= 2: số mạch nhánh song song + kβ = 1: hệ số tính đến sức từ động bước ngắn theo hình 10-14 [3]. + ky = 1: hệ số bước ngắn của dây quấn, được xác định ở 3.8 + kđ = 0,96: hệ số dây quấn, được xác định ở 3.8 -Maät ñoä töø thoâng quy ñoåi trong khe hôû khoâng khí Theo hình 10-15 trang 260 ta tra được trong đó : -Hệ số từ tản rãnh khi xét đến bảo hòa mạch từ tản λr1bh = λr1-Dλ1bh = 1,027-0,6 = 0,607 trong đó: + λr1 = 1,027: hệ số từ dẫn tản rãnh stato mục 5.2.10 + Dλ1bh = ==0,6 Với: C1 = (t1 - b41).(1 - cd) = (1,1 - 0,223).(1 - 0,5) = 0,438 -Hệ số từ tản tạp stato khi xét đến bảo hòa mạch từ tản: λt1bh = λt1.cd = 2,34.0,5 = 1,17 trong đó λt1=2,34: hệ số từ dẫn tản tạp stato, được xác định ở 5.2.11 - Tổng hệ số từ tản stato khi xét đến bão hòa mach từ tản: Σλ1bh = λr1bh + λt1bh + λđ1 = 0,607 + 1,17 + 0,965 = 2,742 trong đó λđ1 = 0,965: hệ số từ dẫn tản phần đầu nối, được xác định ở 5.2.12 - Điện kháng stato khi xét đến bão hòa mach từ tản: x1bh = x1. = 2,199. = 1,337 (Ω) trong đó Σλ1=4,512: hệ số từ dẫn tản stato, được xác định ở 5.2.13 - Hệ số từ tản rôto khi xét đến bão hòa mạch từ tản và hiệu ứng mặt ngoài: λr2xbh = λr2x - Dλ2bh = 1,449-0,268 =1,016 trong đó : + λr2x = 1,499: hệ số từ dẫn rãnh rôto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s =1 + Dλ2bh = ==0,268 Với C2 = (t2 - b42).(1 - cd) = (1,384 - 0,15).(1 - 0,5) = 0,617 - Hệ số từ tản tạp rôto khi xét đến bão hòa mạch từ tản: λt2bh = λt2.cd = 2,935.0,5 =1,468 trong đó: λt2 = 2,935 là hệ số từ dẫn tản tạp rôto, được xác định ở 5.2.16 - Hệ số từ tản do rãnh nghiêng rôto khi xét đến bão hòa mạch từ tản: λrnbh = λrn.cd = 0,927.0,5 = 0,0,464 trong đó λrn= 0,927 là hệ số từ dẫn do rãnh nghiêng, được xác định ở 5.2.18 - Tổng hệ số từ tản rôto khi xét đến bão hòa mạch từ tản và hiệu ứng mặt ngoài Σλ2xbh = λr2xbh+ λt2bh+λđ2+λrnbh = 1,182+1,468+0,377+0,464 = 3,491 trong đó λđ2 = 0,377 là hệ số từ tản phần đầu nối, được xác định ở 5.2.17 - Điện kháng rôto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài và bão hòa từ của mạch từ tản: x’2xbh = x’2.= 3,45. = 2,014 (Ω) trong đó Σλ2= 5,98 là hệ số từ tản rôto, được xác định ở 5.2.19 - Các tham số ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài và sự bão hòa của mạch từ tản rnx = r1 + r’2x = 1,555 + 1,28 = 2,84 (Ω) xnxbh = x1bh + x’2xbh= 1,337 +2,014 = 3,351 (Ω) Znxbh = = = 4,4 (Ω) 6.2.3. Dòng điện khởi động Ik = 50 (A) 6.2.4. Bội số dòng điện khởi động ik= Giá trị này đạt yêu cầu đặt ra (ik £ 6). 6.2.5. Bội số momen khởi động mk = ()2..sđm = ()2..0,0315 = 2,16 trong đó: I’2k=(A) Với: C2xbh = 1 + = 1,018 + x12n = x12.km = 70,77.1,597 = 113,02 km= 1,597: hệ số bão hòa toàn mạch, xác định ở 5.1.18 CHƯƠNG 7 TRỌNG LƯỢNG VẬT LIỆU TÁC DỤNG VÀ CHỈ TIÊU SỬ DỤNG 7.1. Trọng lượng thép silic cần chuẩn bị GFe = (Dn + D)2.l1.kc.gFe.10-3 = (19,1 + 0,445)2 .10,7.0,95.7,8.10-3 = 30,29 (kg) trong đó: - Dn=19,1 cm: Đường kính ngoài stato - D = 0,445: mục 5.2.7 - l1 = 10,7 cm: Chiều dài lõi sắt stato - kc= 0,95: Hệ số ép chặt - gFe=7,8.10-3 : Trọng lượng riêng của sắt 7.2. Trọng lượng dồng của dây quấn stato - Khi không tính cách điện. G’cu = Z1 .ur1 .n1 .s1 .ltb .gcu .10-5 = 36 .62 .2.0,353 .27,15 .8,9 .10-5 = 3,8 (kg) trong đó: + Z1=36: Số rãnh stato + ur1=62: Số thanh dẫn tác dụng của 1 rãnh, được xác định ở 3.4 + s1= 0,353 Tiết diện dây quấn stato + n1=2: số sợi chập + ltb = 27,15 cm: Chiều dài trung bình của nữa vòng dây quấn stato, được xác định ở 5.2.2 + gcu: Trọng lượng riêng của đồng - Khi kể cả cách điện Gcu = [0,876 + 0,124.(.G’cu = [ 0,876 + 0,124.(].3,8 = 3,89 (kg) 7.3. Trọng lượng nhôm rôto (không kể cánh quạt ở vành ngắn mạch) - Trọng lượng nhôm ở thanh dẫn. GTd = Z2.Std.l2.gal.10-5 = 28.98.10,7.2,6.10-5 = 0,76 (kg) trong đó: + Z2 = 28 : Số rãnh rôto + Std = 98mm2: Tiết diện rãnh rôto + l2 = 10,7cm: Chiều dài rôto mục 2.2 + gal : Trọng lượng riêng của đồng - Trọng lượng nhôm ở vành ngắn mạch. Gv = 2.p.Dv.Sv.gal.10-5 = 2.p.9,79.263,4.2,6.10-5 = 0,42 (kg) trong đó: + Dv = 9,79: Đường kính trung bình vành ngắn mạch + Sv = 263,4 mm2: Tiết diện vòng ngắn mạch - Trọng lượng nhôm ở rôto. GAl = GTd + Gv = 0,76 + 0,42 = 1,18 (kg) - Chỉ tiêu kinh tế về vật liệu tác dụng. + Thép kĩ thuật điện: gFe = (kg/kw) + Đồng: gcu = (kg/kw) + Nhôm: gAl = (kg/kw) KẾT LUẬN Sau một thời gian tính toán, thiết kế bản đồ án đã hoàn thành các chỉ tiêu kỹ thuật đề ra là: Hiệu suất h =87,08; yêu cầu h = 84 Hệ số công suất Cosj = 0,847 ;yêu cầu Cosj = 0,84 Bội số dòng khởi động ik=5,995 ; yêu cầuik ≤ 6 Bội số momen khởi động mk = 2,16 ; yêu cầu mk ≥ 2 Bội số momen cực đại mmax= 2,35 ; yêu cầu mmax ≥ 2,2 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan tử thụ, Nguyễn Văn Sáu; Máy điện 1; Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà nội, 2003. [2] Trần Khá Hà; Động cơ không đồng bộ một pha và ba pha công suất nhỏ; Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà nội, 1993. [3] Trần Khánh Hà, Nguyễn Hồng Thanh; Thiết kế máy điện; Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà nội, 2006. [4] Nguyễn Đức Sỹ; Công nghệ chế tạo máy điện và máy biến áp; Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà nội, 1995.