Thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ MôN HỌC MÁY ĐIỆN Nhiệm vụ thiết kế 1. Đầu đề thiết kế: Số 22 Thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc 2. Các số liệu ban đầu: - Công suất định mức: 55 kW - Điện áp định mức pha: 220 V - Tần số: 50 Hz - Số cực: 2p = 2 - Cosφ ≥ 0.92 - Hiệu suất: η ≥ 91% - Mm/Mđm: ≥ 2,2 - Mkđ/Mđm: ≥ 1,2 - Ikđ/Iđm: ≤ 7,5 - Kiểu máy: Kín, tự làm lạnh bằng quạt gió, cách điện cấp B 3. Nội dung tính toán: - Xác định kích thước chủ yếu. - Xác định thông số dây quấn Stato. - Xác định lõi thép stato. - Xác định ro to. - Tính kiểm tra. - Bản vẽ tổng hợp lắp ráp A0. BàI làm Máy điện KĐB do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, sử dụng bảo quản thuận tiện, giá thành rẻ nên được sử dụng rộng rãi trong nền kinh tế quốc dân. Nhất là loại công suất dưới 100 kW. Động cơ điện KĐB roto lồng sóc cấu tạo đơn giản nhất lại chiếm một số lượng khá lớn trong loại động cơ điện công suất nhỏ và trung bình. Vì thế trong nhiệm vụ tính toán và thiết kế môn học máy điện này em tính toán và thiết kế với động cơ điện KĐB roto lồng sóc. Với các thông số định mức như sau: - Upha = 220 V - Công suất định mức: 55 kW - Tần số f1 = 50 Hz - Số đôi cực 2p = 2 hay tốc độc đồng bộ nđb = 3000 (vòng/phút) - Cấp cách điện cấp B - Kiểu máy: Kiểu kín (IP.44) - Kiểu làm mát: Tự làm lạnh bằng quạt gió Nội dung thiết kế: I. Xác định kích thước chủ yếu 1. Tốc độ đồng bộ của động cơ: 2. Xác định đường kính ngoài của Stato: Với công suất định mức P = 55 kW theo hình10-1a trang 231 tài liệu TKMĐ có chiều cao tâm trục h = 22 cm, theo bảng 10.3/Tr 230 – TKMĐ ta xác định được đường kính ngoài của Stato tiêu chuẩn là Dn = 34,9 cm (Theo tiêu chuẩn 4A của Nga). 3. Đường kính trong của Stato: Theo bảng 10.2/Tr 230 – TKMĐ cứng với máy có 2p = 2 thì kD = 0,52 ữ 0,57. Chọn kD = 0,55 => D = kD.Dn = 0,55.34,9 = 19,19 (cm) ta chọn D = 20 (cm) 4. Chiều dài Stato: Chiều dài của Stato được tính theo công thức (10-2)/Tr 230 – TKMĐ Trong đó: P’: Công suất tính toán. Được xác định theo công thức (10-2)/Tr 231 – TKMĐ: Với : kE = 0,99 : Lấy theo hình 10-2/Tr 231 - TKMĐ P = 55 kW η = 0,91 Cos φ = 0,92 αδ = = 0,64 : Hệ số xung cực từ ks = : Hệ số dạng xung kdq = 0,90 : Hệ số dây quấn (Chọn dây quấn 2lớp với 2P =2) Theo hình 10-3b/ Tr 232 - TKMĐ lấy A = 390A/cm và Bδ = 0,74 T. D = 20 cm : Đường kính trong của Stato (tính toán ở phần 3 của quyển thiết kế này) nđb = 3000 V/ph : Tính toán ở phần 1 của quyển thiết kế này. Vậy ta thu được chiều dài của Stato là: Lấy lS = 18 cm. Chọn chiều dài lõi sắt stato và roto bằng l1 = l2 = 18 cm 5. Bước cực: 6. Xét hệ số chỉ từ thông tản: Theo hình 10-3b/Tr 235 -TKMĐ thì λ nằm trong phạm vi kinh tế cho phép do đó chọn phương án trên là hợp lý. 7. Dòng điện pha định mức: II.Tính toán Stato 1. Số rãnh của Stato: Theo yêu cầu thiết kế có Upha = 220V và theo phần 2 trong quyển thiết kế này ta có chiều cao tâm trục h = 22 cm. Vậy ta dùng dây quấn 2 lớp đặt vào rãnh nửa kín Chọn q1 = 4 => Số rãnh của Stato bằng Z1 = 2m.p.q1 = 2.3.1.4 = 24 (Rãnh). 2. Bước rãnh của Stato: 3. Số vòng dây tác dụng của một rãnh: Trong đó: A = 390 A/cm : Theo phần 4 của quyển thiết kế này t1 = 2,6 cm: Theo phần 9 của quyển thiết kế này a1 = 2: Số mạch nhánh song song (Chọn) I1 = 99,54 A : Theo phần 7 của quyển thiết kế này. Lấy ur1 = 22 – Do đây là dây quấn 2 lớp. 4. Số vòng dây nối tiếp của một pha: 5. Tiết diện và đường kính dây dẫn: Tra đồ thị 10-4b/Tr 237 - TKMĐ ta thấy AJ = 1880 (A2/cm.mm2) => Mật độ dòng điện là: Tính toán thiết diện sơ bộ: Chọn số sợi là: n1 = 3 => Tiết diện dây sẽ là (Sơ bộ): => Theo phụ lục VI bảng VI.1/Tr 618 chọn dây đồng tráng men PETV có đường kính d/dcđ = 2,10/2,20 và s1 = 3,46 mm2 6. Kiểu dây quấn: Chọn dây quấn bước ngắn với y = 5 Hệ số bước ngắn: 7. Hệ số dây quấn: + Hệ số bước ngắn: + Hệ số bước rải: Trong đó: => Hệ số dây quấn kd1 = ky.kr = 0,96.0,96 = 0,92 8. Từ thông qua khe hở không khí: 9. Mật độ từ thông qua khe hở không khí: => Phù hợp với Bδ = 0,74 T đã chọn ở trên 10. Xác định sơ bộ chiều rộng của răng: Trong đó: Bδ = 0,74 T – Đã xác định trong phần 9 quyển T.K này. t1 = 2,6 – Bước rãnh của Stato. BZ1 = 1,85 – Tra bảng 10.5b/Tr 241 – TKMĐ kC = 0,95 – Hệ số ốp chặt lõi chọn theo bảng 2.2/Tr 23 11. Xác định sơ bộ chiều cao của gông Stato: Trong đó: Bg1 = 1,45 đến 1,60 T - Theo bảng 10.5a/Tr 240 – TKMĐ Ở đây ta chọn Bg1 = 1,50 T. Φ = 0,024 Wb – theo phần 15 quyển thiết kế này. l1 = 18 cm – theo phần 4 quyển thiết kế này. 12. Kích thước rãnh và cách điện: d2 hr1 h12 d1 h12 b41 Chọn các kích thước của rãnh Stato như sau: h12 = 17 mm hr1 = 25.6 mm d1 = 16 mm b41 = 3,70 mm d2 = 24 mm h41 = 0,6 mm Theo bảng VIII-1 ở phục lục VIII/Tr 629 –TKMĐ chiều dầy của cách điện rãnh là 0,4mm – 0,5mm Ta có: Sơ bộ d2 là: Ta chọn: d2 = 24 (mm) Ta có: Ta chọn: h41= 0,6(mm) b41 = dcđ + 1,5 = 2,2+1,5= 3,7(mm) Sơ bộ có d1 là: Ta chọn d1 = 16 (mm) Kiểm tra: từ d1 và d2 đã tính ta có Bề rộng của rãnh tại cung tròn D 2 là: ta có: D1 = D + 2h41 +D2 = 191,9 + 2.0,6 + 24 = 217 (mm) Bề rộng của rãnh tại cung tròn D 1 là: Ta thấy nên phương án chọn trên là đúng Ta có tiết diện rãnh Stato sơ bộ là: Vậy chiều cao sơ bộ là: ta chọn chiều cao nêm hn = 3mm Vậy tiết diện rãnh thực của Stato là: Diện tích cách điện của rãnh: với C = 0,4 chiều dầy lớp cách điện tra bảng VIII.1 trang 629 Hệ số lấp đầy : Chiều cao của rãnh Stato: Chiều cao của gông: 13. Khe hở không khí: Theo công thức 10-21/Trang 253 – TKMĐ: Tra bảng 10-8/Tr 253 với máy có h = 22 cm và 2p = 2 ta chọn δ = 0,09 (cm) II.Tính toán Roto 1. Số rãnh của Roto: Theo bảng 10.6/Tr 246 – TKMĐ ta có số rãnh của Roto là Z1 = 24 rãnh và 2P=2 ta chọn Z2 =20(rãnh) 2. Đường kính ngoài của Roto: Dn = D - 2δ = 20 – 2.0,09 = 19,8 cm 3.Bước răng của Roto: 4. Đường kính trục Roto: Dt = 0,3D = 0,3.20 = 6 (cm) 5. Dòng điện qua thanh dẫn Roto: Theo công thức 10-17/Tr 149 – TKMĐ: Trong đó: k1 = 0,96 – Tra hình 10.5/Tr 244 – TKMĐ với cosφ = 0,92 I1 = 99,5 A w1 = 44 Vòng Z2 = 20 => Itd = 1134 (A) 6. Dòng trong vành ngắn mạch: Theo công thức 10-18/Tr 249 – TKMĐ: 7. Tiết diện thanh dẫn bằng Nhôm Ở đây ta chọn J2 = 3,5 A/mm2 8.Tiết diện vòng Ngắn mạch: Chọn sơ bộ mật độ dòng trong vành là Jv = 3,5 A/mm2 b42 h42 a b Dv 9. Kích thước rãnh Roto và vành ngắn mạch: Với chiều cao tâm trục h = 220mm ta chọn rãnh roto hình ôvan như hình vẽ bên. đường kính d1=d2=8 (mm) Vậy chiều cao sơ bộ là: Như vậy ta có kích thước của rôt như sau: b42 = 1,5 mm h42 = 0,6 mm d1 = d2 =8 mm hr2 = 42,8 mm h12 = 34,25 mm Chiều cao rãnh: Bề rộng rãnh rôto ở 1/3 chiều cao răng: Chiều cao gông roto: 10. Kích thước vòng ngắn mạch là: axb = 30mm x14mm Đường kính vành: Dv = D – a = 19,8 – 3 = 16,8(cm) 11. Diện tích rãnh roto: 12. Diện tính vành ngắn mạch: a.b = 30.14 = 420 mm2 13. Độ nghiêng của rãnh ở Roto: Để giảm lực ký sinh tiếp tuyến và hướng tâm và triệt tiêu sóng điều hòa răng người ta thường làm rãnh nghiêng ở Roto hoặc Stato. Trong quyển thiết kế này ta làm rãnh nghiêng trên Roto. Theo công thức 10-16b/Tr 245 – TKMĐ: IV. Tính toán điện từ 1. Hệ số khe hở không khí: Thực tế do mặt Stato và Roto đều có răng nên đường sức từ phân bố không đều ở khe hở không khí , chúng tập chung nhiều ở răng còn ở rãnh thì thưa. Vì vậy có thể coi khe hở không khí thực tế bằng δ’ = kδ.δ Trong đó kδ > 1 là hệ số khe hở không khí. Trị số của nó được tính theo công thức 4-17/Tr 97 – TKMĐ kδ = kδ1.kδ2 Với kδ1 và kδ2 lần lượt là khe hở do răng rãnh của Stato và Roto gây nên: Theo công thức 4-16a/ Tr 96 – TKMĐ Với : t1 = 2,6 cm δ = 0,09 cm tra bảng 10.8 trang 253 TKMĐ Với : t2 = 3,1 cm δ = 0,09 cm Vậy kδ = 1,08.1,01 = 1,09 2. Vật liệu dùng thép cán nguội loại 2211 3. Sức từ động qua khe hở không khí: Theo công thức 4-18/Tr 97 – TKMĐ Fδ = 1,6.Bδkδδ.104 = 1,6.0,74.1,09.0,09.104 = 1036 (A) 4. Mật độ từ thông ở răng Stato: 5. Cường độ từ trường trên răng của Stato: Theo bảng V-6 phụ lục V/Tr 608 – TKMĐ Hz1 = 67,5 A/cm 6. Sức từ động trên răng của Stato: Theo công thức 4-19/Tr 98 – TKMĐ Fz1 = 2hz1Hz1 7. Mật độ từ thông ở răng Roto: 8. Cường độ từ trường trên răng của roto: Theo bảng V-6 phụ lục V/Tr 608 – TKMĐ Hz2 = 11,2 A/cm 9. Sức từ động trên răng của Roto: Theo công thức 4-19/Tr 98 – TKMĐ Fz2 = 2hz2Hz2 10. Hệ số điều hòa răng: Do sự bão hoà thép ở mạch từ nên đường cong từ trường ở khe hở không khí khác dạng hình sin và có dạng bằng đầu, thường dùng hệ số bão hòa răng để biểu thị (kz). Theo công thức 4-10/Tr 93 – TKMĐ ta có: Vậy phương án trên ta chọn là đúng 11. Mật độ từ thông trên gông của Stato: 12. Cường độ từ trường ở gông Stato: Theo bảng V.9 phụ lục V/ Tr 611 – TKMĐ Hg1 = 7,17 A/cm 13. Chiều dài mạch từ ở gông Stato 14. Sức từ động ở gông Stato: Fg1 = . Lg1.Hg1 = 0,32.47.7,17 = 108 A Trong đó: tra hình 4.16 với Bg = 1,4 trang 106 15. Mật độ từ thông trên gông của Roto: 16. Cường độ từ trường ở gông Roto: Theo bảng V.9 phụ lục V/ Tr 611 – TKMĐ Hg1 = 15,9 A/cm 17. Chiều dài mạch từ ở gông Roto: 18. Sức từ động trên gông Roto: Fg2 = .Lg2.Hg2 = 0,28.15,2.15,9 =67,6 A Trong đó: tra hình 4.16 với Bg = 1,63 trang 106 19. Tổng sức từ động của mạch từ: F = Fδ + Fz1 + Fz2 + Fg1 + Fg2 = = 1036 + 309 + 94 + 108 +67,6 ~ 1514 A 20. Hệ số bão hòa toàn mạch: 21. Dòng từ hóa: Theo công thức 4-83/Tr 114 - TKMĐ Trong đó: kd1 = 0,9 – Theo phần I trong quyển thiết kế này 22. Dòng từ hóa phầm trăm: V. Tính tham số của chế độ động cơ định mức 1. chiều dài phần đầu nối của dây quấn Stato: lđ1 = kđ1. τy +2B với các hệ số: Kđ1 = 1,3 B = 1 Chiều rộng trung bình của phần tử: Vậy lđ1 = 1,3.15 +2.1 = 21,5 (cm) 2. Chiều dài trung bình nửa vòng dây của dây quấn Stato; Ltb = l1 + lđ1 = 18+21,5 = 39,5(cm) 3. Chiều dài dây quấn 1 pha của Stato; 4.Điện trở tác dụng của dây quấn Stato: 5. Điện trở tác dụng của dây quấn rôto: 6. Điện trở vành ngắn mạch: 7.Điện trở rôto Trong đó: 8. Hệ số quy đổi: υ 9.Điện trở rôto đã quy đổi: 10. Hệ số từ tản rãnh Stato: Đối với rãnh hình quả lê ta tính theo công thức 5-27/Tr 125 – TKMĐ: Trong đó: Ta lấy phần đồng vượt quá tâm vòng tròn 1 đoạn : h2 = 2,4 (mm) b = d1 = 16 Với β = 0,833 nên theo công thức 5-25 và 5-24/Tr 125 –TKMĐ => k’β = 0,873 và kβ = 0,904 h1 = hr1 – 0,1.d2 – h41 - b/2 + h2 = 29,6 – 0,1.24 – 0,6-16/2+2,4 = 16,2 (mm) 11. Hệ số từ dẫn tản tạp Stato: Theo công thức 5-39/Tr 130 – TKMĐ Trong đó : t1 = 2,6 cm q1 = 4 kd1 = 0,90 ρt1 – Theo bảng 5.3/Tr 137 – TKMĐ ρt1 = σt1 – Theo bảng 5.2a/Tr 134-TKMĐ σt1 = 0,0141 kδ = 1,09 – Theo phần IV của quyển thiết kế này 12. Hệ số từ tản phần đầu nối: Với dây quấn 2 lớp hệ số từ tản tạp ở phần đầu nối dây quấn stato được tính theo công thức 5-45/Tr 131 – TKMĐ 13. Hệ số từ dẫn tản của Stato: 14. Điện kháng dây quấn Stato: Theo công thức 5-47/Tr 132 – TKMĐ Tính theo đơn vị tương đối 15. Hệ số từ dẫn tản rãnh Roto: Theo công thức 5-30/Tr 126 TKMĐ ta xét rãnh roto hình ôvan Trong đó: b = d = 8mm Sc = Std = 324 k =1 16. Hệ số từ dẫn tạp Roto: Trong đó: t2 = 3,1 cm q2 = Z2/2mp = 20/6 = 3,33 kd2 = 1 ρt2 = 1;k42 = 1 Theo bảng 5.2c/Tr 136 – TKMĐ ta có σt2 = 0,0082 17. Hệ số từ tản ở phần đầu nối (vành) Roto: Theo công thức 5-46a/Tr 131 – TKMĐ 18. Hệ số từ tản do rãnh nghiêng: 19. Hệ số từ tản của Roto: 20. Điện kháng tản của dây quấn Roto: Quy đổi điện kháng của Roto về phía stato: x'2 = γ.x2 = 941.4,4.10-4 = 0,41 Ω Tính theo đơn vị tương đối: 21. Điện kháng hỗ cảm: Tính theo đơn vị tương đối: 22. Tính lại kE: Trị số này chấp nhận được so với kE = 0,99 ban đầu VI.Tổn hao thép và cơ. 1. Trọng lượng răng Stato: Gz1 = γFe. Z1..hr1.l1.kC.10-3 = 7,8.24.2,96.18.0,95.10-3 = 9,47 Kg Trong đó: γFe = 7,8 Trọng lượng riêng của sắt từ chọn làm lõi thép Z1 = 24 rãnh l1 = 18 cm kC = 0,95 hr1 = 2,96 cm 2. Trọng lượng gông từ Stato: Gg1 = γFe.l1.Lg1.hg1.2p.kC.10-3 = 7,8.18.47.4,09.2.0,95.10-3 = = 51,27 kg 3. Tổn hao sắt trong lõi thép Stato: Trong răng: Theo công thức 6-2/Tr 140 – TKMĐ tổn hao thép trong răng là: PFer1 = kgc.pFer.B2r1.Gr1.10-3 Trong đó: kgc : Hệ số gia công. Với máy điện KĐB lấy kgc = 1,8 pFeZ: Suất tổn hao thép – Tra bảng V.14/ Tr 618 – TKMĐ Với thép 2211 đó chọn ở trên thì pFeZ1 = 2,5 W/kg Br1 = 2 T Gr1 = 9,47 kg Vậy pFer = PFer1 = 1,8.2,5.4.9,47.0,001 =0,17(kW) Trong gông: Theo công thức 6-3/Tr 140 – TKMĐ tổn hao thép trong gông Stato là: PFeg1 = kgc.pFeg1.B2g1.Gg1.10-3 Trong đó: Bg1 = 1,43 T Gg1 = 51,27 kg pFeg = => PFeg1 = Tổn hao thép trong cả lõi sắt Stato: P’Fe = PFer1 + PFeg1 = 0,17 + 0,47 = 0,64 kW 4. Tổn hao bề mặt trên răng ro to: Ở máy điện không đồng bộ, tổn hao bề mặt lớn và khe hở không khí nhỏ. Tổn hao tập chung chủ yếu trên bề mặt roto còn trên bề mặt Stato ít hơn do miệng rãnh roto bé. Theo công thức 6-7/Tr 142 – TKMĐ: Trong đó: pbm: Suất tổn hao bề mặt được tính theo CT6-5/Tr 141 – TKMĐ B0: Biên độ dao động của mật độ từ thông của khe hở kk B0 = β0.kδ.Bδ = 0,24.1,09.0,74 = 0,17 T Theo đường cong 6-1/Tr 141 – TKMĐ với β0 =0,24 kδ = 1,09 Bδ = 0,74 T k0 : Hệ số kinh nghiệm với máy điện KĐB thì k0 = 1,8 n = 3000 Vòng/phút Z1 = 24 rãnh t1 = 2,6 cm 5. Tổn hao đập mạch trên răng Roto: Sự đập mạch do dao động của từ trường trong vùng liên thông răng(rãnh) stato và roto theo vị trí tương đối của từ của rãnh Stato và roto. - Biên độ dao động của mật độ từ thông trong răng Roto được tính theo công thức 6-10/Tr 142 –TKMĐ: Trong đó: γ1 = 1,8 – Theo phần IV trong quyển thiết kế này - Trọng lượng răng roto: Gr2 = γFe.Z2.hr2.l2.kC.10-3 = 7,8.20.4,28.18.0,95.10-3 = 11,42 kg Tổn hao đập mạch trên răng Roto theo công thức 6-13/Tr 143 – TKMĐ: 6. Tổng tổn hao trong thép: PFe = P’Fe + Pbm + Pđmh = 0,64 + 0,041 + 0,0099 = 0,69 kW 7. Tổn hao cơ: Đối với động cơ KĐB kiểm kín theo công thức 6-19/tr 145 – TKMĐ: 8. Tổn hao không tải: P0 = PFe + Pc = 0,69 + 0,16 = 0,85 kW VII. đặc tính làm việc 1.Các số liệu do tính toán được r1 = 0,046 Ω x1 = 0,24 Ω x12 = 7,6 Ω r’2 = 0,035 Ω x’2 = 0,414 Ω 2.Xét các hệ số: Xây dựng đặc tính làm việc như bảng dưới đây STT Công thức Đ.vị s 0,0033 0,0066 0,0086 0,011 0,0129 0,054 1 Ω 11,30 5,67 4,36 3,42 2,93 2,69 2 Ω 0,68 0,68 0,68 0,68 0,68 0,68 3 Ω 13,5 6,8 5,29 4,13 2,3 1,7 4 A 11,54 27,87 36,82 48,12 56,38 156,7 5 0,998 0,992 0,988 0,982 0,976 0,974 6 Sinφ’2 0,060 0,119 0,154 0,195 0,226 0,247 7 A 28,12 53,90 69,07 86,59 99,59 110,3 8 A 29,16 32,58 35,68 40,32 44,57 48,12 9 A 40,50 58,13 69,99 95,64 1`07,3 117,9 10 Cosφ 0,626 0,837 0,890 0,924 0,928 0,935 11 P1 kW 18,56 35,58 45,58 57,15 65,73 72,77 12 pCu1 kW 0,175 0,362 0,524 0,775 1,003 1,213 13 pCu2 kW 0,042 0,165 0,277 0,445 0,599 0,739 14 pf kW 0,067 0,129 0,161 0,208 0,239 0,265 15 p0 kW 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 16 Σp = pCu1+ Cu2+pf+p0 kW 1,134 1,506 1,812 2,238 2,691 3,067 17 P2 kW 17,43 34,07 43,77 54,88 63,04 69,70 18 η % 81,65 88,30 90,17 91,39 91,58 91,67 5. Các thông số ở chế độ định mức: Từ điểm làm việc định mức: P2 = 55kW S đm = 0,011 I 1đm = 99,54 A Cosφ = 0,92 η = 0,91 6. Bội số mô men cực đại VIII.Tính toán đặc tính khởi động 1. Tham số của động cơ điện khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s=1: - Chiều cao tương đối của rãnh. Theo công thức 10 – 25/Tr 255 – TKMĐ: = 0,067.42,8.1 = 2,86 Trong đó: a = hr2 = 42,8 mm - Với ζ = 2,86 tra hình 10-13/Tr 256 ta được: φ =2,1 ψ = 0,53 Vậy kR = 1+ φ = 1+2,1 = 3,1 rtdζ = rtd.kR = 3,1.0,000015 = 0,0000465 Ω - Điện trở roto khi xét tới hiệu ứng mặt ngoài với s = 1: - Quy đổi về phía Stato: r'2ζ = γ.r2γ = 941.0,23.10-4 = 0,0213 Ω - Hệ số từ dẫn rãnh roto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s =1 - Tổng hệ số từ dẫn của Roto khi xét tới hiệu ứng mặt ngoài với s =1 - Điện kháng của Roto khi xét tới hiệu ứng mặt ngoài: - Tổng trở ngắn mạch khi xét tới hiệu ứng mặt ngoài khi s =1 - Dòng điện ngắn mạch khi chỉ xét tới hiệu ứng mặt ngoài: 2. Tham số của động cơ điện khi xét đến cả hiệu ứng mặt ngoài và sự bão hòa của mạch từ tản khi s = 1: - Với rãnh Stato 1/2 kín ta chọn sơ bộ kbh = 1,23. Theo công thức 10-35 ta có: Inbh ξ = kbh.Inξ = 1,23.417,5 = 573,5 A - Sức từ động trung bình của một rãnh Stato: Theo công thức 10-36/Tr 259 – TKMĐ Trong đó: ur: Số thanh dẫn tác dụng trong rãnh Stato a1: Số mạch nhánh song song kβ: Tra đường cong 10-14/Tr 259 – TKMĐ với β = 0,83 ta được kβ = 0,88 ky: Hệ số bước ngắn. Theo phần II quyển thiết kế này kd: Hệ số dây quấn -Mật độ từ thông quy đổi trong khe hở không khí : Theo công thức 10-37/Tr 259 – TKMĐ Với: Theo mật độ từ thông quy đổi BΦδ, căn cứ vào đường cong trong hình 10-15 trang 260 giáo trình TKMĐ tìm ra hệ số χδ đặc trưng cho tỷ số giữa từ thông tản khi xét tới bão hòa và không bão hoà: χδ = 0,58 Do bão hòa phần trên của răng, hệ số từ dẫn của từ trường tản rãnh giảm xuống. Căn cứ vào đó tìm ra sự biến đổi tương đương của rãnh hở. Đối với Stato sự biến đổi tương đương đó bằng. Theo công thức 10-39/Tr 260 – TKMĐ: C1 = (t1 – b41)(1- χδ) = (2,6 – 0,4)(1 – 0,58) = 0,92 Với rãnh 1/2 kín như thiết kế đã chọn: Trong đó: h3= d2/2 = 16/2 = 8(mm) - Hệ số từ tản rãnh stato khi xét tới đến bão hòa mạch từ tản: λr1bh = λr1 – Δλ1bh = 0,92 – 0,64 = 0,28 - Hệ số từ tản tạp Stato khi xét tới bão hoà mạch từ tản λt1bh = λt1.χδ = 0,34.0,58 = 0,19 - Tổng hệ số từ tản Stato khi xét tới bão hòa mạch từ tản: - Điện kháng của Stato khi xét tới bão hòa mạch từ tản: Với roto lồng sóc sự biến đổi tương đương bằng: C2 = (t2 – b42)(1 - χδ) = (3,1 – 0,15)(1 – 0,58) = 1,23 Với rãnh 1/2 kín theo công thức 10-47/Tr 261 – TKMĐ: - Hệ số từ tản rãnh roto khi xét tới bão hòa mạch từ tản và hiệu ứng mặt ngoài: - Hệ số từ tản tạp Rôto khi xét tới bão hoà mạch từ tản: λt2bh = λt2.χδ = 0,28.0,5 = 0,14 - Hệ số từ tản do rãnh nghiêng Rôto khi xét tới bão hòa mạch từ tản: λrnbh = λrn.χδ = 0,098.0,58 = 0,056 - Tổng hệ số từ tản Rôto khi xét tới bão hòa mạch từ tản và hiệu ứng mặt ngoài: - Điện kháng Rôto lúc đó sẽ là: 3. Các tham số ngắn mạch khi xét tới hiệu ứng mặt ngoài và sự bão hòa mạch từ tản: 4. Dòng điện khởi động: 5. Bội số dòng điện khởi động: ik = Điện kháng hỗ cảm khi xét đến bão hoà: x12n = x12.kμ = 7,6.1,55 = 11,78 Ω 6. Bội số mômen khởi động: So sánh với bảng 10-13 trang 272 TKMĐ ta nhận thấy mkđ nằm trong khoảng (1,2- 1,4) . Vậy giá trị Mkđ = 1,24 ở trên là chấp nhận được. Bảng thống kê số liệu như sau: STT Đề bài yêu cầu Kết quả thiết kế 1 P = 55 kW P = 54,88 kW 2 Cos φ ≥ 0,92 Cos φ = 0,918 3 η ≥ 91% η = 91,3% 4 Mm/Mđm ≥ 2,2 Mm/Mđm = 2,3 5 Mkđ/đm ≥ 1,2 Mkđ/đm = 1,39 6 Ikđ/Iđm ≤ 7,5 Ikđ/Iđm = 7,3 Kết luận: Ta nhận thấy trong bảng thống kê số liệu trên giữa đề bài yêu cầu thiết kế và kết quả tính toán thiết kế được tương đối bằng nhau. Kết quả thiết kế hợp lý, mang tính khả thi cao. Đồ án thiết kế đạt yêu cầu. pR pCu pFe RCu QCu Rd’ Rcđ RFe Rα Qd’ Qcđ QFe θα θCu θFe C - Tính toán nhiệt. Động cơ điện không đồng bộ kiểu kín này được tính toán nhiệt theo sơ đồ thay thế bên: hv cv bv Trong máy điện kiểu kín, để tăng cường bề mặt tản nhiệt. Ngoài vỏ máy người ta cũng chế tạo thêm nhiều gân dọc trục. Như vậy nhiện lượng sẽ tỏa ra ở phần vỏ giữa gân và bề mặt của gân: Chọn cv = 1,5 cm; bv = 0,3 cm; h = 2,5 cm 94. Các nguồn nhiệt trong sơ đồ thay thế bao gồm: - Tổn hao đồng trên Stato: QCu1 = PCu1 + 0,5Pf = 1252 + 0,5.201 = 1352,36 W - Tổn hao sắt trên Stato QFe = PFe = 558,83 W - Tổn hao trên Roto: QR = PCu2 + 0,5Pf + PC + Pbm + Pđmh = = 806 + 0,5.201 + 334 + 28,1 + 28,5 = 1297,58 W 95. Nhiệt trở trên mặt lõi Stato: Theo công thức 8-28/Tr 179 – TKMĐ: RFe = Trong đó: SD1 = π.Dn.l1 = π.34,9.17,8 = 1951 cm2 W/cm2 0C αδg = 0,09 (Chọn) W/cm2 0C => RFe = 1,096.10-2 96. Nhiệt trở phần đầu nối dây quấn Stato: Theo công thức 8-29/Tr 179 – TKMĐ: Trong đó δC: Cách điện đầu nối bằng vải δC = 0,04 cm λC: Đối với cách điện cấp B Theo bảng 8-2/Tr 170 –TKMĐ: λC = 0,16.10-2 W/0C αđ: Hệ số tản nhiện đầu dây quấn: αđ = (1+0,56.v2)10-3 = (1 + 0,56.18,002).10-3 = 0,182 v: Tốc độ gió thổi ở đầu dây quấn lấy bằng tốc độ bề mặt roto: Sđ: Diện tích tản nhiệt đầu dây quấn: Sđ = 2.Z1.Cb.lđ = 2.48.5,4.24,3 = 12609 cm2 0C/W 97. Nhiệt trở đặc trưng cho độ chênh nhiệt giữa không khí nóng bên trong máy và vỏ máy: Trong đó: α = α0(1+k0.VR) = 1,42.(1+0,06.17,98).10-3 = 0,295 W/cm2 0C S’α = 4000 cm2 Chọn gần đúng theo kết cấu máy 98. Nhiệt trở bề mặt ngoài của vỏ máy: Theo công thức 8-34/Tr 181 – TKMĐ: Trong đó: αV = Kg.α’V α’V = 3,6.d-0,2v0,8.10-4 v – Tốc độ gió thổi ở bề mặt ngoài vỏ máy đã tính tới sự suy giảm 50% theo chiều dài gân tản nhiệt. Đường kính ngoài cánh quạt lấy bằng Dn d – Đường kính rãnh thông gió tương đương d = 0,024 m => α’v = 6,06.10-3 W/cm2 0C Với αgõn = βλth(βh) = 1.4.10-2.th(1.2,5) = 3,95.10-2 W/cm2 0C Ở đây => Kg = 1,92 => αV = 11,6.10-3 W/cm2 0C Ở nắp sau, tốc độ gió của cánh tỏa nhiệt là không bị suy giảm nên hệ số tỏa nhiệt trên nắp có gió thổi bằng: α’n = 20,8.α’v = 10,5.10-3 W/cm2 0C Hệ số tản nhiệt trên nắp không có gió thổi: α"n = 1,42.10-3 W/cm2 0C Các diện tích tản nhiệt Sv = 6000 cm2 S’n = S”n = 1000 cm2 => Rα = 1,226.10-2 0C/W 99. Nhiệt trở trên lớp cách điện của rãnh: Trong đó: δC – Chiều dày lớp cách điện: δC = 0,04 cm Sc – Tiết diện truyền nhiệt của lớp cách điện Sc = Z1.l1.Cb = 48.25.5,4 = 6480 cm2 λC – Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách điện λC = 0,16.10-2 100. Độ chênh nhiệt vỏ máy với môi trường: 101. Độ tăng nhiệt của dây quấn Stato: Theo công thức 8-36/Tr 181 TKMĐ Trọng lượng vật liệu tác dụng và chỉ tiêu sử dụng. 102. Trọng lượng thép Silic cần chuẩn bị. 103. Trọng lượng đồng của dây quấn Stato: - Khi không tính tới cách điện: - Khi kể cả cách điện: 104. Trọng lượng của Nhôm Rôto (không kể cánh quạt ở vành ngắn mạch). - Trọng lượng nhôm ở thanh dẫn: - Trọng lượng nhôm ở vành ngắn mạch: - Trọng lượng của nhôm ở Roto: GAl = Gtd + GV = 3,6 + 2,5 = 6,15 kg 105. Chỉ tiêu kinh tế về vật liệu tác dụng: - Thép kỹ thuật điện: gFe = 4,51 kg/kW - Đồng gCu = 0,57 kg/kW - Nhôm gAl = 0,17 kg/kW