Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha Rotor lồng sóc

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… LỜI NÓI ĐẦU Trong công cuộc xây dựng và đổi mới đất nước ngày càng phát triển cao hơn trong mọi lĩnh vực, công nghiệp, giao thông và các dịch vụ trong cuộc sống hàng ngày.Xã hội không ngừng phát triển,sinh hoạt của nhân dân không ngừng được nâng cao nên cần phát triển nhiều loại máy điện mới. Do có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao và giá thành hạ nên đông cơ không đồng bộ được sử dụng rộng rãi nhất. Trong công ngiệp, động cơ không đồng bộ được dùng làm nguồn động lực cho máy cản, máy công cụ trong công nghiệp nhẹ…trong nông nghiệp dùng làm máy bơm, máy gia công nông sản…và trong dịch vụ hàng ngày, nó 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. Theo sự phát triển của nền sản xuất điện khí hóa và tự động hóa trong sản xuất,đời sống và trong một số lĩnh vực khác. Phạm vi ứng dụng của máy điện nói chung và động cơ không đồng bộ nói riêng ngày càng rộng rãi và thông dụng nhất là động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc có công suất vừa và nhỏ,vì so với các loại động cơ khác nó có ưu điểm nổi bật hơn, ngoài ra trong khi làm việc ít gây tiếng ồn và không gây ra cản nhiễu vô tuyến. Nhưng có một số nhược điểm là mô men 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 mô men lớn và tốc độ lớn. Để khắc phục nhược điểm này thì người ta chế tạo ra loại động cơ không đồng bộ rotor lòng sóc. Trong thời gian học môn máy điện em được giao nhiệm vụ thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc với các số liệu cho sẵn. Bản thiết kế bao gồm các phần chính sau: Phần 1. Giới thiệu chung về động cơ không đồng bộ. A - Nguyên lý làm việc và kết cấu của máy điện không đòng bộ. B - Những vấn đề chung khi thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lòng sóc Phần 2. Thiết kế và tính toán động cơ không đồng bộ rotor lòng sóc. A - Tính toán các kích thước cơ bản của động cơ B - Tính toán các thông số dây quấn . C - Tính toán thông số mạch từ D - Tính toán các tham số động cơ ở chế độ định mức E - Tính toán tổn thất động cơ F - Vẽ bản vẽ tổng lắp ráp Trong thời gian làm đồ án vừa qua , với sự cố gắng nổ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Thiết kế máy điện, đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn Lương Thanh Bình, em đã hoàn thành xong bản thiết kế của mình. Trong quá trình thiết kế đồ án, với kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án khó có thể tránh khỏi các khiếm khuyết. Em mong nhận được sự nhận xét,góp ý của các thầy cô giáo để bản thiết kế của em được hoàn chỉnh hơn. Em xin gửi đến thầy giáo hướng dẫn Lương Thanh Bình cùng các thầy cô giáo trong bộ môn Thiết Kế Máy Điện lòng biết ơn sâu sắc nhất. Vinh, ngày 20 tháng 11 năm 2010 Sinh viên Hồ Xuân LýPHẦN MỘT: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ A – PHÂN LOẠI, KẾT CẤU CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ I.phân loại: - Theo kết cấu của vỏ , máy điện không đồng bộ có thể chia thành các kiểu chính sau : kiểu hở , kiểu bảo vệ , kiểu kín , kiểu phòng nổ,……. - Theo kết cấu của rôto, máy điện không đồng bộ được chia làm hai loại : loại rôto kiểu dây quấn va loại rôto kiểu lồng sóc. - Theo số pha trên dây quấn stato có thể chia làm các loại : mọt pha , hai pha và ba pha. II. Kêt cấu: 1. Phần tĩnh hay stato: - trên stato có vỏ , lỏi sắt , va dây quấn. a. Vỏ máy: vỏ máy có tác dụng cố dịnh lỏi sắt và dây quấn không làm để dung mạch dẩn từ. Thường vỏ máy làm bằng gang . đối với vỏ máy có công suất tương đối lớn ( 1000 kw) thường dùng thép hàn lại thành vỏ .Tùy theo cách làm nguội máy mà dạng vỏ củng khác nhau. b. Lỏi sắt: Lỏi thép là phần dẩn từ . Vì từ trường đi qua lỏi sắt là từ trường quay nên để giảm tổn hao , lỏi sắt được làm từ nhửng lá thép điện dày 0.5 mm ép lại. khi mà đường kính ngoài của lỏi sắt nhỏ hon 990 mm thì dùng cả tấm tròn ép lại .Khi đường kính ngoài lớn trị số trên thì phải dùng những tấm hình rẻ quạt gép lại thành khối tròn . Mỗi lá thép kỷ thuật đều được phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm dòng điện xoáy gây nên. Nếu lỏi thép ngắn thì có thể gép thành một khối. Nếu lỏi thép sắt dài quá thì thường ghép thành từng thiếp ngắn, mỗi thiếp dài từ 6 đến 8 cm , đặt cách nhau 1 cm để thông gió cho tốt . Mặt trong của lá thép kỹ thuật có xẻ rảnh để dặt dây. c.Dây quấn: Dấy quấn stato được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lỏi sắt. Kiểu dây quấn , hình dạng và cách bố trí dây quấn . 2.Phần quay hay rôto: Phần này có hai bộ phận chính là lõi sắt và dây quấn. a.Lỏi sắt: Nói chung người ta dùng các lá thép kỷ thuật điện như o stato .Lõi saets được ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá nào đó của máy.Phía ngoài của lá thép kỹ thuật được xẻ rãnh để đặt dây quấn. b.Rôto và dây quấn rôto: Rôto có hai loại chính :rô to kiểu dây quấn và rôto kiêu lồng sóc -Rô to kiểu dây quấn :rô to có dây quấn giống như dây quấn stato trong máy điện cở trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp vì bớt được những dây đầu nối, kết cấu dây quấn trên rô to chặt chẽ. Trong máy điện cỡ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp. Dây quấn ba pha cua rô to thường đấu hình sao, còn ba đầu kia được nối vào ba vành trượt thường làm bằng đồng dặt cố định một đầu trục và thông qua chổi than đấu với mạch điện bên ngoài.đặc điểm của động cơ roto kiểu dây quấn là có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ hay s.đ.đ. phụ vào mạch rôt để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoăc cải thiện hệ số công suất của máy. Khi máy làm việc bình thường dây quấn roto được nối ngắn mạch. -loại rô to kiểu lồng sóc : kết cấu của loại dây này rất khác với dây quấn stato .trong mỗi rãnh của lõi sắt rô to đặt vào thanh dẫn bằng đồnghay nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bang đồng hay nhôm làm thành một cái lồng mà người ta gọi là lồng sóc. - Dây quấn rô to lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt .Để cải thiện tính năng mở máy, trong máy công suất tương đối lớn , rãnh rô to có thể làm thành rãnh sâu hoặc làm thành hai rãnh lồng sóc hay còn gọi là lồng sóc kép .Trong máy điện cở nhỏ rảnh rô to thường được làm chéo đi một góc so với tâm trục. 3.Khe hở : Vì rô to 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 cở nhỏ và vừa) để hạn chế dòng từ hóa lấy từ lưới vào và như vậy mới có thể làm cho hệ số công suất của máy cao hơn. B - NHỮNG VẤN DỀ CHUNG KHI THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ RÔTO LỒNG SÓC I. Ưu diểm: - Kết cấu đơn giản nên giá thành rẻ. - Vận hành dể dàng, bảo quản thuận tiện. - Sử dụng rộng rãi và phổ biến trong phạm vi công suất nhỏ và vừa. - Sản xuất với nhiều cấp điện áp khác nhau (từ 24 V đến 10 kV) nên rất thích nghi cho từng người sử dụng. II. Nhược điểm: - Hệ số công suất thấp gây tổn thất nhiều công suất phản kháng của lưới điện. - Không sử dụng được lúc non tải hoặc không tải. - Khó điều chỉnh tốc độ. - Đặc tính mở máy không tốt, dòng mở máy lớn (gấp 6-7 lần dòng định mức). - Momen mở máy nhỏ. III. Biện pháp khắc phục: - Hạn chế vận hành non tải. - Cải thiện đặc tính mở máy bằng cách điều chỉnh tốc độ (bằng cách thay đổi điện áp, thêm điện trở phụ vào mạch rôto hoặc nối cấp), hay dùng rôto có rãnh sâu, rôto lồng sóc kép để hạ dòng khởi động, đồng thời tăng momen mở máy. - Chế tạo rôto có khe hở thật nhỏ để hạn chế dòng điện từ hóa và nâng cao hệ số công suất. IV. Nhận xét: Mặt dù có nhiều khuyết điểm nhưng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc có những ưu điểm mà những động cơ khác không có được và quan trọng nhất là đơn giản, dể sử dụng, giá thành rẻ. Thực tế động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc được áp dụng rộng rãi, chiếm số lượng 90%, về công suất chiếm 55%. V. Tiêu chuẩn sản suất động cơ: - Tiêu chuẩn về dãy sản suất: Chuẩn hóa dãy công suất của động cơ phù hơp với trình độ sản xuất của từng nước. Dãy công suất dược sắp xếp theo chiều tăng dần. - Tiêu chuẩn về kích thước lắp đặt: - Độ cao tâm trục h: lắp đặc được đồng bộ, thể hiện trình độ sản xuất, trang bị máy công cụ sản xuất. - Khoảng cách chân đế (giữa các lổ bắc bulon). VI. Phương pháp thiết kế: - Thiết kế đơn chiếc: một cấp công suất. -Thiết kế dãy: nhiều công suất. Mặt dù cùng một cở lõi sắt, nhưng chiều dài khác nhau nên công suất khác nhau. VII. Nội dung thiết kế: Thiết kế điện từ: - Xác định kích thước chủ yếu. - Xác định thông số các phần tử chủ yếu của máy. Các chi tiết này không tham gia vào quá trình biến đổi năng lượng. VIII. Các tiêu chuẩn đối với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc: 1. Tiêu chuẩn về dãy công suất. Hiện nay các nước đã sản xuất động cơ điện không đồng bộ theo dãy tiêu chuẩn. Dãy động cơ điện không đồng bộ công suất từ 0,55 kW đến 90kW ký hiệu K theo tiêu chuẩn Việt Nam 1987-1994: Công suất (kW): 0, 55/ 0, 75/ 1, 1/ 1, 5/ 2, 2/ 3/ 4/5, 5/ 7, 5/ 11/ 15/ 18, 5/ 22/ 30/ 37/ 45/ 55/ 75/ 90 Dãy công suất được đặc trưng bởi số cấp hay hệ số tăng công suất: 2. Tiêu chuẩn về kích thước lắp đặt độ cao tâm trục. - Độ cao tâm trục: từ tâm của trục đến bệ máy. Đây là một đại lượng rất quan trọng trong việc lắp ghép động cơ với những cơ cấu thiết bị khác. - Kích thước lắp đặt: chiều cao tâm trục có thể được chọn theo dãy công suất của động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc. 3. Ký hiệu máy. Ví dụ: 3K 250 M4. - 3K: động cơ điện không đồng bộ dày K thiết kế lại lần 3. - 250: chiều cao tâm trục bằng 250mm. - M: kích thước lắp đặc dọc trục là M - 4: máy có 4 cực. 4. Cấp bảo vệ Cấp bảo vệ có ảnh hưởng rất lớn đến kết cấu của máy. Cấp bảo vệ được ký hiệu bằng chữ IP và 2 chữ số kèm theo, trong đó chữ số thứ nhất chỉ mức độ bảo vệ chống tiếp xúc của người vá các vật khác rơi vào máy. Được chia làm 7 cấp đánh số từ 0-6, trong đó số 0 chỉ rằng máy không được bảo vệ (kiểu hở hoàn toàn), còn số 6 chỉ rằng máy được bảo vệ hoàn toàn không cho người tiếp xúc, đồ vật và bụi không lọt vào. Chữ số thứ hai chỉ mức độ bảo vệ chống nước vào máy gồm 9 cấp đánh số từ 0-8, trong đó số 0 chỉ rằng máy không được bảo vệ, còn số 8 chỉ rằng, máy có thể ngâm trong nước trong thời gian vô định hạn. 5. Sự làm mát Ký hiệu là IC… Ví dụ: IC01 làm mát kiểu bảo vệ, làm mát trực tiếp. IC0141 làm mát kiểu kín, làm mát mặt ngoài. 6. Cấp cách điện - Dãy A02: cấp E, B - Dãy 4A: cấp E, F, H Vật liệu cách điện:Vật liệu cách điện là một trong những vật liệu chủ yếu dùng trong ngành chế tạo máy điên. Khi thiết kế máy điện, chọn vật liệu cách điện là một khâu rất quan trọng vì phải đảm bảo máy làm việc tốt với tuổi thọ nhất định, đồng thời giá thành của máy lại không cao. Những điều kiện này phụ thuộc phần lớn vào việc chọn cách điện của máy. Khi chọn vật liệu cách điện cần chú ý đến những vấn đề sau: - Vật liệu cách diện phải có độ bền cao, chịu tác dụng cơ học tốt, chịu nhiệt và dẫn nhiệt tốt lại ít thấm nước. - Phải chọn vật liệu cách điện có tính cách điện cao để đảm bảo thời gian làm việc của máy ít nhất là 15-20 năm trong điều kiện làm việc bình thường, đồng thời đảm bảo giá thành của máy không cao. - Một trong những yếu tố cơ bản nhất là làm giảm tuổi thọ của vật liệu cách điện (cũng là tuổi thọ của máy) là nhiệt độ. Nếu nhiệt độ vượt quá nhiệt độ cho phép thì chất điện môi, độ bền cơ học của vật liệu giảm đi nhiều, dẫn đến sự già hóa nhanh chóng chất cách điện. Hiện nay, theo nhiệt độ cho phép của vật liệu (nhiệt độ mà vật liệu cách điện làm việc tốt trong 15-20 năm ở điều kiện làm việc bình thường). Hội kỹ thuật điện quốt tế IEC đã chia vật liệu cách điện thành các cấp sau đây: Cấp cách điện Y A E B F H C Nhiệt độ cho phép(ºC) 90 105 120 130 155 180 >180 Độ gia tăng nhiệt(ºC) 75 75 75 115 115 Vật liệu cách điện thuộc các cấp cách điện trên đại thể có các loại sau: - Cấp Y: Gồm có sợi bông, tơ, sợi nhân tạo, giấy và chế phẩm của giấy, cactông, gỗ v. v… Tất cả dều không tẩm sơn cách điện. Hiện nay không dùng cách này vì chịu nhiệt kém. - Cấp A: Vật liệu cách điện chủ yếu của cấp này cũng giống như cấp Y nhưng có tẩm sơn cách điện. Cấp A được dùng rộng rãi cho các máy điện công suất đến 100 kW, nhưng chịu ẩm kém, sử dụng ở vùng nhiệt đới không tốt. - Cấp E: Dùng các màng mỏng và sợi bằng polyetylen tereftalat, các sợi tẩm sơn tổng hợp làm từ epoxy, trealat và aceton buterat xenlulo, các màng sơn cách điện gốc vô cơ tráng ngoài dây dẫn (dây emay có độ bền cơ cao). Cấp E được dùng rộng rãi cho các máy điện có công suất nhỏ và trung bình (đến 100 kW hoặc hơn nữa), chịu ẩm tốt nên thích hợp cho vùng nhiệt đới. - Cấp B: Dùng vật liệu lấy từ vô cơ như mica, amiăng, sợi thủy tinh, dầu sơn cách điện chiệu nhiệt độ cao. Cấp B được sử dụng nhiều trong các máy công suất trung bình và lớn. - Cấp F: Vật liệu cũng tương tự như cấp B nhưng có tẩm sơn cách điện gốc silicat chịu nhiệt độ cao. Ở cấp F không dùng các chất hữu cơ như vải lụa, giấy và cactong. - Cấp H: Vật liệu chủ yếu ở cấp này là sợi thủy tinh, mica, amiăng như ở cấp F. Các chất này được tẩm sơn cách điện gốc silicat chịu nhiệt đến 180ºC. Người ta dùng cấp H trong các máy điện làm việc ở điều kiện phức tạp có nhiệt độ cao. - Cấp C: Dùng các chất như sợi thủy tinh, thạch anh, sứ chịu nhiệt độ cao. Cấp C được dùng ở các máy làm việc với điều kiện đặc biệt có nhiệt độ cao. Việc chọn vật liệu cách điện trong các máy điện có một ý nghĩa quyết định đến tuổi thọ và độ tin cậy lúc vận hành của máy. Do vật liệu cách điện có nhiều chủng loại, kỹ thuật chế tạo cách điện ngày càng phát triển, nên việc chọn kết cấu cách điện càng khó khăn và thường phải chọn tổng hợp nhiều loại cách điện để thỏa mãn được những yêu cầu về cách điện. Vật liệu cách điện trong ngành chế tạo máy điện thường do nhiều vật liệu hợp lại như mica phiến, chất phụ gia (giấy hay sợi thủy tinh) và chất kết dính (sơn hay keo dán). Đối với vật liệu cách điện, không những yêu cầu có độ bền cơ cao, chế tạo dể mà còn có yêu cầu về tính năng điện: có độ cách điện cao, rò điện ít. Ngoài ra còn có yêu cầu về tính năng nhiệt: chịu nhiệt tốt, dẫn nhiệt tốt và yêu cầu chịu ẩm tốt. Vật liệu cách điện dùng trong một máy điện hợp thành một hệ thống cách điện. Việc tổ hợp các vật liệu cách điện, việc dùng sơn hay keo để gắn chặc chúng lại, ảnh hưởng giữa các chất cách điện với nhau, cách gia công và tình trạng bề mặt vật liệu v. v… sẽ quyết định tính năng về cơ, điện, nhiệt của hệ thống cách điện, và tính năng của hệ thống cách điện này không thể hiện một cách đơn giản là tổng hợp tính năng của từng loại vật liệu cách điện. 7. Các tiêu chuẩn khác Cần quan tâm đến cosj, h, , , D() £ 15% (so với tiêu chuẩn). Sai lệch cho phép: D(cosj) ³ *(P2£ 50 kW) ³ 0,02333. D() £ -10% (so với tiêu chuẩn). Dh ³ -0, 15. (1-hcp) *( P2 £ 50 kW) ³ 0, 01875. D() £ -20% (so với tiêu chuẩn). 8. Chế độ làm việc Gồm có các chế độ làm việc sau: - Chế độ làm việc liên tục. - Chế độ làm việc ngắn hạn. - Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại. IX-Các thông sô ban đầu: - Công suất định mức: Pđm = 15 kW - Điện áp định mức: Uđm = 380/220V - Tần số định mức: fđm = 50Hz - Cách đấu dây: Y/D - Tốc độ đồng bộ: n1 = 1000 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-10. 1(Tr.601_TKMĐ)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 = 180 mm - Hiệu suất và hệ số công suất: Tra Bảng-10.10(Tr228_TKMĐ) hiệu suất và cosj dãy động cơ điện KĐB 3K ứng với công suất Pđm=15 kW và tốc độ nđb=1000 vòng/phút ta có hiệu suất:h = 87,5% và hệ số công suất: Cosj = 0,87 - Bội số momen cực đại: Tra bảng-10.10(Tr.268_TKMĐ) bội số momen cực đại mmax của dãy động cơ 3K ta có: mmax = = 2,0 - Bội số momen khởi động: Theo bảng-10.11(Tr.271_TKMĐ) bội số momen khởi động dãy động cơ điện 3K ta chọn: mk = = 1,2 -Bội số dòng khởi động: Tra bảng-10.12(Tr.271_TKMĐ) bội số dòng khởi động dãy động cơ điện 3K ta có: ik= Imax/I đm = 6,5  PHẦN II: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTOR LÒNG SÓC A - TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ 1.Số đôi cực: P = = 2. Đường kính ngoài stato Dựa vào mối quan hệ chiều cao tâm trục h theo công suất va số đôi cực Bảng-10.1 (Tr.601 TKMĐ) ta chọn chiều cao tâm trục h = 180 mm = 18 cm. Theo bảng 10.3(T230 TKMĐ) ta có đường kính ngoài stator. Dn = 31,3 cm 3. Đường kính trong stator Tra theo bảng 10.2 (trang 230 TKMĐ) trị số của kD, phụ thuộc vào số đôi cực, ta chọn: kD = 0,70,72 D = kD*Dn = (0,70,72)*31,3= 21,91 22,54cm Þ chọn D = 22 Trong đó: kD là tỷ số giữa đường kính trong và đường kính ngoài của stator 4. Công suất tính toán: P’ = = = 19,07 (kw) Trong đó kE = 0,968. Hình 10-2 (trang 231 TKMĐ). kE là tỷ số sức điện động sinh ra trong máy và điện áp đặt vào. 5. Chiều dài tính toán của lõi sắt stato: Theo hình 10-3a (trang 233 TKMĐ), chọn A = 325A/cm; Bδ = 0,785 T lδ= = = 14,41cm Lấy lδ = 14,4 Trong đó: = = 0,64 : hệ số tính toán cung cực từ. ks==1,11 : hệ số sóng kd=0,92 : hệ số dây quấn A: tải đường Bδ: cảm ứng từ trong khe hở không khí. Do lõi sắt ngắn nên làm thành một khối. Chiều dài lõi sắt stator, rôtor là: l1 = l2 = lδ = 14,4 cm 6.Bước cực: τ = = = 11,52 cm 7. Lập phương án so sánh: Hệ số hình dáng λ: λ = = = 0,75 Trong dãy động cơ không đồng bộ 3K công suất 15 kW, 2p = 6 có cùng đường kính ngoài (nghĩa là cùng chiều cao tâm trục h) với máy công suất P= KW. 8. Dòng điện pha định mức: I1 = = = 29,9 A Trong đó: =220V : điện áp đặt vào stator P =15 kW: công suất định mức = 0,875 : hiệu suất cos=0,87 :hệ số công suất B - DÂY QUẤN, RÃNH STATO VÀ KHE HỞ KHÔNG KHÍ Chọn dạng rãnh stato. Stato máy điện nhỏ có thể dùng các rãnh có dạng hình quả lê, nửa quả lê hoặc hình thang, với các dạng rãnh này chiều rộng răng sẽ đều suốt cả chiều cao rãnh. Rãnh hình quả lê có khuôn dập đơn giản nhất, từ trở ở đáy rãnh so với hai dạng rãnh kia nhỏ hơn vì vậy giảm được sức từ động cần thiết trên răng. Rãnh hình nửa quả lê có diện tích lớn hơn dạng rãnh hình quả lê. Diện tích rãnh hình thang lớn nhất nhưng công nghệ kém hơn dạng rãnh nửa quả lê. Nếu không đặt vấn đề giảm giá thành khuông dập, có thẻ căn cứ vào diện tích rãnh và trị số sức từ động để tính toán, so sánh giữa ba dạng rãnh sau đó chọn phương án tốt nhất. Đối với đề tài này chọn dạng rãnh hình quả lê. 9.Số rãnh stato Z1 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 mãnh, quá trình làm lõi staro tốn hơn. Khi q1 giảm thì Z1 giảm, dây quấn phân bố không đếu trên bề mặt lõi thép nên sức từ động có nhiều sóng bậc cao. Trị số q1 nguyên có thể cải thiện được đặt tính làm việc và giảm tiếng ồn của máy. Lấy q1 = 2 .Khi đó: Z1 = 2*m*p*q1 = 2*3*3*2= 36 rãnh Trong đó: m =3 là số pha. 10. Bước rãnh stato. t1 = = = 1,92 cm 11. Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh ur1 Chọn số mạch nhánh song song : a1= 2 ur1 = = = 41,7 Chọn: ur1 = 42 thanh dẫn. 12. Số vòng dây nối tiếp của một pha w1 = p*q1* = 3*2* = 126vòng Kiểm tra lại phụ tải đường A A = = =327 Ta thấy : Tải đ ường A không lớn hay nhỏ hơn 10% so với giá trị đã chọn ban đầu nên có thể sử dụng số liệu này để tính toán. 13. Tiết diện và đường kính dây dẫn -Tiết diện dây: = Theo hình 10-4a (trang 237 TKMĐ) chọn tích số: A*J = 1890 Mật độ dòng điện: J1’ = = = 5,82 Tiết diện dây (tính sơ bộ): S’1 = = = 1,29 mm2 Trong đó : = 2 là số sợi chập song song = 29,9 = 2 là số mạch nhánh song song Theo Phụ lục VI, bảng VI. 1 (trang 618 TKMĐ) chọn dây đồng tráng men PET-155 có đường kính d/dcđ = mm Khi đó : s = 0,985 mm2 14. 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, đông thời cũng tham gia vào việc chế tạo từ trường cần thiết cho sự biến đổi năng lượng điện có trong máy. Các yêu cầu của dây quấn : - Đối với dây quấn 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, sửa 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, vật liệu cách điện, thời gian lồng dây. - Tính kỹ thuật: dễ thi công hạn chế những ảnh hưởng xấu đến đặc tính của động cơ. Từ yêu cầu trên ta chọn dây quấn một lớp đồng khuôn bối dây bước ngắn. Tác dụng là để làm giảm lượng đồng sử dụng, khử sóng bậc cao, giảm từ trường tản ở phần bối dây và trong rãnh stato, lám tăng cosj, và cải thiện đặc tính mở máy của động cơ, giảm tiếng ồn điện từ lúc động cơ vận hành. Các hệ quả xấu tồn tại trong động cơ khi sóng bậc cao không bị khử: - Tính năng mở máy xấu do các trường trên đặc tuyến mômen (do sóng bậc 5 và 7 gây ra) làm cho động cơ không đạt đến tốc độ định mức. - Nếu số răng của stato và rôto không phù hợp động cơ gây ra tiếng ồn khi vận hành, có khi rôto bị hút lệch tâm (do lực hút điện từ tạo nên). Sóng bậc cao gây tổn hao nhiệt trong lõi thép do tác dụng của dòng phucô.Thực ra việc chọn bước ngắn thích hợp không có tác dụng khử hoàn toàn sóng bậc cao mà chỉ có tác dụng giảm nhỏ chúng xuống đến một giá trị có thể chấp nhận được. Trong thiết kế, bước bối dây có tác dụng khử sóng bậc 5 và 7, cách đấu dây hình sao có tác dụng khử sóng bậc 3. Tiêu chuẩn xét sự tổn hao sóng bậc cao 5% xem như sóng bậc cao không đáng kể, từ 5 - 10% chấp nhận được, > 10% có tồn tại sóng bậc cao. Sóng bậc cao không bị khử không cho phép khả thi. Để khử triệt hoàn toàn sóng bậc 3 ta dùng hệ số = , sóng bậc 5 ta dùng hệ số = , sóng bậc 7 ta dùng hệ số = . Tuy nhiên ta không khử triệt hoàn toàn sóng bậc cao nào cả mà chọn bước bối dây để làm nhỏ các sóng bậc cao 3, 5, 7 cùng một lúc. Chọn dây quấn hai lớp bước ngắn với y = 5 Ta có: = = = 0,83 Bước cực từ = 15. Hệ số dây quấn Hệ số bước ngắn ky: ky = sin = sin = 0,966 Hệ số bước rãi kr: kr = = = 0,966 với α = = = 30˚ Hệ số dây quấn kd: kd = ky*kr = 0,966*0,966 = 0,93 16. Từ thông khe hở không khí Ф Ф = = = 8,3* Wb 17. Mật độ từ thông khe hở không khí Bδ Bδ = = = 0,782 T Ta thấy sai số mật độ từ thông khe hở không khí so với giá trị ban đầu nhỏ hơn 10% nên ta không cần chọn lại. 18. Sơ bộ định chiều rộng của răng b’z1 b’z1 = = = 0,907 cm Chọn b’z1 = 0,9 cm Trong đó : Chọn Bz1 = 1,75 T theo bảng 10-5b, trang 241 TKMĐ Bz1 : là mật độ từ thông trên răng có cạnh song song kc = 0,95 : Hệ số ép chặt lõi sắt (Bảng 2-2, trang 23 TKMĐ). 19. Sơ bộ chiều cao của gông stato hg1 h41 h’g1 = Ở đây lấy = 1,45T (theo Bảng 10.5 Tr.240_TKM Đ) 20. Kích thước rãnh và cách điện Chọn kích thước miệng rãnh như sau : Chiều cao miệng rãnh h41 = 0,5 ÷ 0,8 mm chọn h41 = 0,5 mm Chiều rộng miệng rãnh : b41 = dcđ + ( 1,1 ÷ 1,5) mm Trong đó : = 1,20mm - là đường kính dây dẫn kể cả cách điện của dây quấn stator = 1, 3+1,3 =2,3 mm = 2,6mm Lấy = 3,0mm Đường kính d1 được tính theo công thức: d= = d+ b’z1 = d+ 0,907 d2 = 1,34cm = 13,4(mm) Trong đó: D = 31,3cm đường kính trong stato = 2,09cm b’z1 = 0,907cm chiều rộng răng Đường kính d1 được tính theo công thức: d1 = 1,12cm= 11,2(mm) Chiều cao rãnh Stato được tính theo công thức = 25,6mm Chọn hr1 = 25,6 (mm) Khi đó chiều cao h12 là: h12 = hr1 – 0,5 (2h41 + d1 + d2) = 2,56– 0,5 (20,05 + 1,12 + 1,34) = 1,28cm = 12,8(mm) Theo bảng VIII.1 (T629_TKMĐ) ta có chiều dày cách điện rãnh là: + Chiều dày cách điện rãnh: C = 0,4 (mm) + Chiều dày cách điện của tấm lót: C’ = 0,5 (mm) -Diện tích rãnh trừ nêm: Sr= = + = 208(mm2) Diện tích lớp cách điện rãnh: Scđ =( +2*h+d+d2)*c + = = 37 mm2 Diện tích có ích của rãnh: Sr = Sr’ – Scđ = 208 - 37 = 171 mm2 Hệ số lấp đầy rãnh: = = = 0,71 Ta thấy hệ số lắp đầy rãnh nằm trong khoảng tốt nhất (0,7÷0,75) nên cũng không cần tính lại. 21. Bề rộng răng stator bz1 bz1” = = - 11,2 = 0,427 cm bz1’= = - 1,34 = 0,811cm bz1 = = = 0,858 cm 22. Chiều cao gông stato hg1 = - hr1 + *d2 = - 2,56 +*13,4 = 2,31 cm 23. Khe hở không khí δ = *(1+) = *(1+) = 0,458 mm Theo những máy đã chế tạo ở bảng 10-8 (trang 253 TKMĐ ta chọn : δ = 0,45 mm =0,045cm C - DÂY QUẤN, RÃNH VÀ GÔNG RÔTO 24. 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: Z2¹Z1 Z2¹0,5*Z1 Z2¹2*Z1 Z2¹6*p*g với g=1,2,3… Để tránh momen đồng bộ khi quay ,ta chọn: Z2¹6*p±2*p*g Z2¹Z1±2*p Z2¹2*Z1±2*p Z2¹0,5±p Z2¹Z1±p Để tránh lực hướng tâm do momen không đồng bộ sinh ra trong khi quay ,cần chọn: ¹0,1,2 ¹p,p+1 ¹2*p,2*p±1,2*p±2 ¹2*p Dựa vào các điều kiện trên và bảng 10-6 trang 246 TKMĐ Chọn Z2= 28 rãnh 25. Đường kính ngoài rôto D’ D’ = D- 2δ = 22 – 2*0,045 = 21,9 cm 26. Bước răng rôto t2 t2 = = = 2,457 cm 27. Sơ bộ định chiều rộng của răng rôto b’z2 brz2’ = = = 1,16 cm Ở đây lấy Bz2 = 1,75 T. Theo bảng 10-5b trang 241_TKMĐ 28. Đường kính trục rôto Dt Dt = 0,3*D = 0,3*22= 6,6 cm = 66 mm Lấy Dt = 7 cm 29. Dòng điện trong thanh dẫn rôto Itd Itd = I2 = KI*I1* = = 672 A Trong đó KI = 0,9 lấy theo hình 10-5 trang 244_TKMĐ 30. Dòng điện trong vòng ngắn mạch Iv Iv = Itd* = 672* = 1017 A 31. Tiết diện thanh dẫn vòng nhôm S’td S’td = = = 224 mm2 J nằm trong khoảng 0,25 ÷0,35 Þ Chọn J2= 3 A/mm2 32. Sơ bộ chọn mật độ dòng điện trong vòng ngắn mạch Sv = 2,4 A/mm2 Tiết diện vòng ngắn mạch Sv: Sv = = = 406,8 mm2 Lấy Sv = 407 mm2 J < 20÷30% J 33. Kích thước rãnh rôto và vòng ngắn mạch Lấy h = 0,5 mm b= 1÷1,5mm lấy b= 1,5mm d1 = d2 = 6,8mm hr2 = 32mm ab = 34mm23mm ta có : h12 = hr2 –- - h41 = 32 - - - 0,5 = 24,7 mm Chiều cao vành ngắn mạch hv Chiều cao vành ngắn mạch thường lấy cao hơn chiều cao rãnh Rôto hv = 1,1*hr2 = 1,1*3,2= 3,84 cm = 38,4 mm Đường kính trung bình vành ngắn mạch Dv Dv = D – (a+1) = 220 - (34 + 1) = 185 mm 34. Diện tích rãnh rôto Sr2 Sr2 = *d2+ h12*d = *6,82 + 24,7*6,8 = 204,2 mm2 35. Diện tích vành ngắn mạch: ab = 3423 = 782mm2 36. Bề rộng răng rôto ở 1/3 chiều cao răng bz2 = - d = - 0,68 = 1,91 cm 37. Chiều cao gông rôto hg2 hg2 = - hr2 + *d2 = -3,2 +*0,68 = 4,36 cm 38. Làm nghiên rãnh ở rôto bn Độ nghiên bằng một bước rãnh stato bn = t1 = 1,92 cm D - TÍNH TOÁN MẠCH TỪ 39.Hệ số khe hở không khí kδ1 = = = 1,014 Trong đó: ν1 = = = 0,609 kδ2 = = = 1,024 Trong đó: ν2 = = = 1,33 kδ = kδ1* kδ2 = 1,014*1,024 = 1,038 Từ thông chính sau khi đi qua khe hở không khí thì phân thành hai mạch song song đi vào răngvà rãnh của phần ứng, nhưng từ dẫn của thép lớn hơn không khí nhiều nên đại bộ phận từ thông đi vào răng. 40. Dùng thép kỹ thuật điện cán nguôi 2211 41. Sức từ động khe hở không khí Fδ Fδ = 1,6*Bδ*kδ*δ*104 = 1,6*0,785*1,038*0,045*104 = 587A 42. Mật độ từ thông ở răng stator Bz1 Bz1 = = = 1,749 T 43. Cường độ từ trường trên răng stato Theo bảng V-6 (Phụ lục V, trang 608_TKMĐ). Đường cong từ hóa trên răng động cơ KĐB thép 2211, ta chọn: Hz1 = 21,4 A/cm 44. Sức từ động trên răng stato Fz1 = 2*h’z1*Hz1 = 2*2,1*21,4 = 90 A Trong đó h’z1 = hr1- = 25,6 - = 21 mm 45. Mật độ từ thômg ở răng rôto Bz2 Bz2 = = = 1,75 T 46. Cường độ từ trường trên răng rôto: - Theo bảngV-6 (Phụ lục V, trang 608 TKMĐ), ta có: Hz2 = 22,2 A/vm 47. Sức từ động trên răng rôto Fz2 Fz2 = 2*h’z2*Hz2 = 2*2,97*22,2 = 132 A Trong đó: h’z2 = hr2- = 3,2- = 2,97 cm 48. Hệ số bão hòa răng kz kz = = = 1,37 Theo TKMĐ trang 114, ta có: Hệ số kz nằm trong khoảng thiết kế hợp lý kz thuôc khoảng 1,2÷1,5. 49. Mật độ từ thông trên gông stator Bg1 Bg1 = = = 1,31T 50. Cường độ từ trường ở gông stator Hg1 Theo bảng V-9 (Phụ lục V, trang 611 TKMĐ), ta chọn Hg1 = 4,98A/cm 51. Chiều dài mạch từ ở gông stator Lg1 Lg1 = = = 15,18 cm 52. Sức từ động ở gông stator Fg1 Fg1 = Lg1*Hg1 = 15,18*4,98 = 76 A 53. Mật độ từ thông trên gông rôto Bg2 Bg2 = = = 0,70T 54. Cường độ từ trường ở gông rôto Hg2: theo Bảng V-9 (Phụ lục V, trang 608 TKMĐ), ta chọn Hg2 = 1,59 A/cm 55. Chiều dài mạch từ ở gông rôto Lg2 Lg2 = = = 5,95 cm 56. Sức từ động ở gông rôto Fg2 Fg2 = Lg2*Hg2 = 5,95*1,59 = 9,5 A 57. Tổng sức từ động của mạch từ F F = Fδ+Fz1+Fz2+Fg1+Fg2 = 587+90+132+76+9,5 = 895 A 58. Hệ số bão hòa toàn mạch kμ kμ = = = 1,52 59. Dòng điện từ hóa Iμ Iμ = = = 8,5 A Dòng điện từ hóa phần trăm: Iμ% = = *100% = 28,5 % E - THAM SỐ ĐỘNG CƠ ĐIỆN Ở CHẾ ĐỘ ĐỊNH MỨC 60. Chiều dài phần đầu nối của dây quấn stator Lđ1 lđ1= Kđ1*τy+2*B=1,6*10,7 + 2*1 = 19,12 cm Trong đó: τy = = = 10,7 Kđ1=1,6 tra bảng 3.4 (trang 69_TKMĐ) các hệ số Kđ1 và Kf1 B=1 cm 61. Chiều dài trung bình nửa vòng của dây quấn stator ltb ltb=l1+lđ1=14,4+19,12= 33,52 cm 62. Chiều dài dây quấn một pha của stator L1 L1 = 2*ltb*w1*10-2 = 2*33,52*126*10-2 = 84,5 m 63. Điện trở tác dụng của dây quấn stator r1 r1 = ρ75*=*= 0,355 Ω Trong đó: ρ75 = Ώmm2/m : điện trở suất của dây quấn ở 75˚C (theo bảng 5.1 trang 117_TKMĐ) Tính toán theo đơn vị tương đối: r1* = r1*= 1,237*= 0,0482 64. Điện trở tác dụng của dây quấn rôto rtd rtd = *= *= 3,066*10-5 Ω 65. Điện trở vòng ngắn mạch rv rv =*= *= 2,217*10-6Ω 66. Điện trở rôto r2 r2= rtd += 3,06610-5 + = 4,083*10-5 Ω Trong đó: = 2*Sin = 2*Sin = 0,66 67. Hệ số quy đổi γ γ= = = 5759 68. Điện trở rôto đã quy đổi r’2= γ*r=5759*4,083*10-5 = 0,2351Ω Tính theo đơn vị tương đối: r2*=r2’*= 0,2351*=0,032 69. Hệ số từ dẫn tản rãnh stator 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 =*0,9025+(0,785-+)*0,87 = 0,994 Trong đó: β=0,83 k’β===0,87 kβ===0,9025 h1= hrs- 0,1*d2-2*c-c’= 25,6 - 0,1*13,4 - 2*0,4 - 0,5 = 22,96 mm lấy hrs = hr1 = 25,6mm h2= -(-2*c-c’) = - (-2*0,4 - 0,5)= - 4,3 mm b= d1=11,2 mm h41=0,5mm b41= 3mm 70. Hệ số từ dẫn tản tạp stator λt1= = = 3,42 Trong đó: k41=1-0,033*=1-0,033*= 0,9656 ρt1= 1,05 theo bảng 5.3 trang 137_TKMĐ σ1=0,027 theo bảng 5.2a trang 134_TKMĐ 71. Hệ số từ tản phần đầu nối λđ1 λđ1=0,34**(lđ1-0,64*β*τ) =0,34**(19,12 - 0,64*0,83*11,52) = 0,614 72. Hệ số từ dẫn tản của stator Σλ1=λr1+λt1+λđ1=0,994+3,42+0,614 = 4,978 73. Điện kháng dây quấn stator x1 x1=0,158**()2** Σλ1 =0,158**()2**4,97 = 1,39 Ω Tính theo đơn vị tương đối: x1* = x1*= 1,39*= 0,184 74. Hệ số từ dẫn tản rãnh rôto λr2 λr2= [*(1-)2 + 0,66 - ]*k + = [*(1-)2 + 0,66 - ]*1+ = 1,82 Trong đó: h1=22,96 mm b = d2 = 6,8 mm Sc=204,2 mm2 k=1 b42=1,5 mm h42=0,5 mm 75. Hệ số từ dẫn tản tạp rôto λt2 = = = 3,182 Trong đó: kδ2=1,33 ρt2=1 kt2=1 σ2=0,0356 theo bảng 5-2c (Tr.136_TKMĐ) 76. Hệ số từ dẫn tản phần đầu nối λđ2 = *lg = *lg = 0,254 77. Hệ số từ tản do rãnh nghiêng λrn=0,5*λt2*()2=0,5*3,182*()2=0,971 78. Hệ số từ tản rôto Σλ2 = λr2 + λt2 +λđ2 + λrn=1,82 + 3,182+0,254+0,971 = 6,22 79. Điện kháng tản dây quấn rôto x2 = 7,9*f1*l2* Σλ2*10-8 = 7,9*50*14,4*6,22*10-8 = 3,54*10-4 Ω 80. Điện kháng rôto đã quy đổi x’2 = γ*x2 = 5759*3,54*10-4 = 2,023 Ω Tính theo đơn vị tương đối: x2* = x2’* = 2,023* = 0,274 81. Điện kháng hổ cảm x12 x12 = = = 24,33 Ω Tính theo đơn vị tương đối: x12* = x12*= 24,33* = 3,306 82. Tính lại kE kE= == 0,942 Trị số này không sai khác so với giả thiết ban đầu kE = 0,968 nên không cần tính lại F - TỔN HAO THÉP VÀ TỔN HAO CƠ Động cơ điện khi làm việc sinh ra tổn hao làm giảm hiệu suất máy. Tổn hao là dĩ nhiên nên 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 động cơ điện gồm có: - Tổn hao sắt: Tổn hao này sinh ra trong lõi thép stato và rôto. Nó phụ thuộc vào vật liệu dẫn từ (mã hiệu thép, chiều dài cách điện) và mật độ từ cảm trong đó. Khi tính ta bỏ ra tổn hao trên rôto vì khi làm việc, tốc độ quay rôto gần bằng tốc độ quay từ trường nên tổn hao này không đáng kể. - Tổn hao đồng: Tổn hao này sinh ra trong dây quấn stato và rôto do hiệu ứng Jun-Lenz. - Tổn hao cơ: Do ma sát tại các ổ đở, quạt gió. - Tổn hao bề mặt: trên bề mặt stato và rôto gia công không nhẵn làm khe hở không đều sinh ra tổn hao bề mặt. Nó phụ thuộc vào chất lượng gia công. - Tổn hao đập mạch: nó được sinh ra do hiện tượng đập mạch từ thông từ răng sang phần rãnh và ngược lại, nó phụ thuộc vào kích thước miệng rãnh, bước răng khe hở không khí v. v… - Tổn hao phụ: là tổn hao sinh ra trong vỏ máy và các chi tiết khác, tổn hao đập mạch phần đầu nối v. v… Tổn hao lớn làm máy mất công suất đồng thời cũng làm tăng nhiệt của động cơ. 83. Trọng lượng răng stato: GZ1 = γFe*Z1*bZ1*h’Z1*l1*kc*10-3 = 7,8*36*0,907*2,1*14,4*0,95*10-3 = 7,3 kg Trong đó: γFe = 7,8 kg/dm3 tỷ trọng của sắt kc = 0,95 hệ số ép chặt Z1 = 36 số rãnh stato l1 = 14,4 cm chiều dài lõi thép stato h’Z1 = 2,1 cm chiều cao răng stato bZ1 = 0,907 chiều rộng răng stato 84. Trọng lượng gông từ stato Gg1 = γFe*l1*Lg1*hg1*2*p*kc*10-3 = 7,8*14,4*15,18*2,31*2*3*0,95*10-3= 22,44 kg 85. Tổn hao sắt trong lõi sắt stato - Trong răng: PFeZ1 = kgc*PFeZ *B2Z1*GZ1*10-3 = 1,8*2,5*1,7492*6,92*10-3 = 0,095 kW Trong đó: kgc = 1,8 đối với máy điện không đồng bộ PFeZ = 2,5 suất tổn hao thép ở tần số từ hóa f = 50Hz - Trong gông: PFeg1 = kgcg*PFeg1*B*Gg1*10-3 = 1,6*2,5*1,31*22,45*10-3 = 0,154 kW kgcg = 1,6 đối với máy không đồng bộ - Trong cả lõi sắt stato: P’Fe = PFeZ1+ PFeg1 = 0,095 + 0,154 = 0,249 kW 86. Tổn hao bề mặt trên răng rôto Khi máy điện quay, đối diện với răng roto của máy không đồng bộ lần lượt xuất hiện sự dao động của mật độ từ thông, biên độ dao động của từ thông càng lớn thì khe hở không khí càng nhỏ và miệng rãnh càng to. Tần số dao động phụ thuộc vào số răng và tốc độ quay . Vì tần số dao động cao nên các dòng điện xoáy cảm ứng trong thép điếu 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 roto còn trên bề mặt stato ít hơn do miệng rãnh roto bé Pbm = 2*p*τ**l*pbm*10-7 = 2*3*11,52**14,4*150*10-7 = 0,014 kW Trong đó: pbm = 0,5*k0*(Z1*n1*10-4)*(10*B0*t1)2 = 0,5*1,9*(36*1000*10-4)1,5*(10*0,251*1,92)2 = 150 kW Với k0 = 1,9 là hệ số kinh nghiệm: đối với stato (k0=1,41,8) Đối với rôto (k0=1,72) B0 = β0*kδ*Bδ = 0,39*1,038*0,782 = 0,251 T β0 = 0,31 khi = = 5,822 (tra Hình 6-1, trang 141_TKMĐ) 87. Tổn hao đập mạch trên răng rôto Pđm = 0,11*()2*GZ2*10-3 = 0,11*()2*10,3*10-3= 0,00014 kW Trong đó: Bđm = = = 0,0097 Với GZ2 = γFe*Z2*h’Z2*b’Z2*l2*kc*10-3 = 7,8*28*2,97*1,16*14,4*0,95*10-3 = 10,3 kg 88. Tổng tổn hao thép PFe = P’Fe+Pbm+Pđm = 0,249+0,014+0,00014 = 0,263 kW 89. Tổn hao cơ Pcơ = Kcơ*()2*()4*10-3 = 1*()2*()4*10-3 = 0,096 kW 90. Tổn hao không tải Po = PFe + Pcơ = 0,263 + 0,096 = 0,359 kW G - ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC r1 = 0,355 Ω ; x1 = 1,39 Ω ; x12 = 24,33 Ω r2 = 4,083*10-5 Ω ; x2 = 3,54*10-4 Ω - Hệ số C1 C1 = 1+ = 1+ = 1,061 Ω ; C= 1,125 - Thành phần phản kháng của dòng điện ở chế độ đồng bộ Iđbx = Iμ = 8,5 A - Thành phần tác dụng của dòng điện ở chế độ đồng bộ Iđbr = = = 0,515 A - Sức điện động E1 E1 = U - Iμ*x1 = 220 - 8,2*1,35 = 209V kI = = = 25,11 I’2 = = = 25,8 A - Hệ số trượt định mức sđm = = = 0,019 - Hệ số trượt tại momen cực đại sm = = = 0,059 Các số liệu đặc tính làm việc được tính trong bảng ở mục 93 91. Bội số momen cực đại mmax = = ()* = ()2* = 1,32 I’2m = 4,9 A dòng điện rôto ứng với smax I’2đm = 23,609 A dòng điện rôto ứng với sđm Các số liệu đặc tính làm việc: ,cos;I1(A) s(%)  0 0 5 10 15 P2(kW) S Đơn vị 0,005 0,015 0,017 0,019 0,035 0,059 rns=C12*( 53,273 18,008 10,956 9,105 6,254 4,21 xns=C12*( 3,855 3,855 3,855 3,855 3,855 3,855 Zns= 53,412 18,416 11,614 9,887 7,346 5,708 I’2=C1* A 4,37 12,675 20,098 23,609 31,77 40,9 cos 0,9974 0,9878 0,9733 0,9509 0,8943 0,7976 sin 0,072 0,209 0,322 0,39 0,525 0,675 I1r=Idbr+ A 5,62 12,2 18,38 25,19 26,0 30,17 I1x=Idbx+ A 8,8 11,0 14,79 17,18 24,22 34,52 I1= A 9,94 16,43 23,6 28,92 35,53 45,85 cos 0,657 0,774 0,822 0,871 0,732 0,66 P1 = 3*U1*I1r*10 kW 5,67 9,87 14,51 17,14 17,56 19,92 Pcu1 = 3*I12*r1*10 kW 0,21 0,345 0,62 0,92 1,34 1,98 Pcu2 = 3*I’22*r’2*10 kW 0,015 0,113 0,285 0,393 0,712 1,18 Pf = 0,005* P1 kW 0,029 0,049 0,073 0,093 0,088 0,1 P0 = PFe + Pcơ kW 0,359 0,359 0,359 0,359 0,359 0,359 = Pcu1 +Pcu2 + Pf + P0 kW 0,613 0,886 1,337 1,89 2,499 3,61 P2 = P1 - kW 5,057 8,99 13,18 15,04 15,07 16,32 % 85,0 86,3 86,9 87,1 85,8 82,0 H - TÍNH TOÁN ĐẶC TÍNH KHỞI ĐỘNG 92. Tham số của động cơ điện 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*31,5 *1 = 2 Trong đó: a = hr2 - h42 = 32 - 0,5 = 31,5 mm - Theo hình 10-13 (Tr.256_TKMĐ) Với x = 2 ®y = 0,75 ,φ = 1 kR = 1 + φ = 1 + 1 = 2 rtdx = kR*rtd = 2*3,066*10-5 = 6,13*10-5 Ω - Điện trở của rôto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s=1 r2x = rtdx + = 6,13*10-5 + = 7,15*10-5 Ω - Điện trở rôto đã quy đổi r’2x = γ*r2x =5759*7,15*10-5 = 0,397 Ω - Hệ số từ dẫn rãnh rôto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s=1: λr2x = []*y + =[]*0,75 + = 1,366 Trong đó: h1=hr1=25,6mm; Sc=Sr2=204,2mm2 - Tổng hệ số từ dẫn rôto khi xét đên hiệu ứng mặt ngoài với s=1:1.233 Σλ2x = λ r 2x+λt2 +λđ2+λrn = 1,366 + 3,182 +0,254 + 0,971 = 5,773 - Điện kháng rôto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài: x’2x = x’2*= 1,023*= 0,956 Ω - Tổng trở ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài: rnx = r1 + r’2x = 0,355 + 0,396 = 0,751 Ω xnx = x1 + x’2x = 1,49 +0,956 = 2,446 Ω Znx = = = 2,558 Ω - Dòng điện ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài: Inx = = = 86 A 93. 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 = 1,44 -Dòng điện ngắn mạch khki xét đến hiệu ứng mặt ngoài Inbhx = kbh*Inx = 1,44*86 = 124 A -Sức từ động trung bình của một rãnh stator Fzbh = 0,7* = 0,7* = 3751 Trong đó: ur = 42 Số thanh dẫn tác dụng trong rãnh stator a1 = 2 Số mạch nhánh song song kβ=0,906 Hệ số tính đến sức từ động nhỏ bước ngắn lấy theo hình 10-14 trang 259_TKMĐ ky=0,966 hệ số bước ngắn của dây quấn kđ=0,93 Hệ số dây quấn Cbh= 0,64 + 2,5* = 0,64 + 2,5* = 0,893 Bfδ = = = 5,83 T Theo hình 10-15 (Tr.260_TKMĐ): Chọn: cd = 0,45 C= (t-b)*(1- cd ) = (1,92 – 0,262)*(1 - 0,45) = 0,911 Dλ1bh===0,823 -Hệ số từ tản rãnh khi xét đến bảo hòa mạch từ tản λr1bh = λr1 - Dλ1bh = 0,994 - 0,823 = 0,171 -Hệ số từ tản tạp stator khi xét đến bảo hòa mạchtừ tản: λt1bh = λt1*cd = 3,23*0,45 = 1,452 - Tổng hệ số từ tản stator khi xét đến bão hòa mach từ tản: Σλ1bh = λr1bh + λt1bh + λđ1 = 0,171 + 1,452 + 0,164 = 1,784 - Điện kháng stator khi xét đến bão hòa mach từ tản: x1bh = x1* = 1,49* = 0,55 Ω C2 = (t2 - b42)*(1 - cd) = (2,457 - 0,15)*(1 - 0,45) = 1,268 Dλ2bh = = = 0,298 - Hệ số từ tản rôto khi xét đến bão hòa mạch từ tản và hiệu ứng mặt ngoài: λr2xbh = λr2x - Dλ2bh = 1,366 - 0,298 = 1,068 - Hệ số từ tản tạp rôto khi xét đến bão hòa mạch từ tản: λt2bh = λt2*cd = 3,182*0,45 = 1,43 - Hệ số từ tản do rãnh nghiên rôto khi xét đến bão hòa mạch từ tản: λrnbh = λrn*cd = 0,971*0,45 = 0,437 - Tổng hệ số từ tản rôto khi xét đến bão hòa mạch từ tản và hiệu ứng mặt ngoài Σλ2xbh = λr2xbh+ λt2bh+λđ2+λrnbh = 1,068+1,43+0,254+0,437 = 3,189 - Điện kháng rôto khi xét đến hiệu ứng mắt ngoài và bão hòa từ của mạch từ tản: x’2xbh = x’2* = 2,023* = 1,037 Ω 94.Các tham số ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài và sự bão hòa của nạch từ tản rnx = r1 + rx = 0,355 + 0,397 = 0,752 Ω xnxbh = x1bh + x’2xbh = 0,489 + 1,037 = 1,526 Ω Znxbh== = 1,701 Ω 95. Dòng điện khởi động Ik= A Trị số này không sai khác nhiều với trị số giả thiết ở mục 93 nên không cần giả thiết lại 96. Bội số dòng điện khởi động ik = - Điện kháng hổ cảm khi xét đến bão hòa: x12n = x12*km = 24,33*1,4 = 34 C2xbh = 1 + = 1,03 I’2k = A 97. Bội số momen khởi động mk=()2**sđm=()2**0,0303 = 1,3  PHẦN BA : TỔNG KẾT Trong thời gian vừa qua, với sự nổ lực của bản than cùng với sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Thiết kế máy điện, đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn Lương Thanh Bình, em đã hoàn thành xong bản thiết kế của mình về đề tài Thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc. Trong quá trình thiết kế đồ án, với kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án khó có thể tránh khỏi các thiếu sót. Em mong nhận được sự nhận xét, góp ý của các thầy cô giáo để bản thiết kế của em được hoàn chỉnh hơn. Em xin gửi đến thầy giáo hướng dẫn Lương Thanh Bình cùng các thầy cô giáo trong bộ môn Thiết kế máy điện lời biết ơn sâu sắc nhất. chúc các thầy cô giáo sức khỏe dồi dào và thành công hơn trong sự nghiệp của mình. Em xin chân thành cảm ơn. Vinh, ngày 30 tháng 1 năm 2012 Sinh viên Hồ Xuân Lý  MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU PHẦN MỘT: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG KHI THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ RÔTO LỒNG SÓC I.Ưu điểm…………………………………………………………………………….4 II.Nhược điểm………………………………………………………………………..4 III.Biện pháp khắc phục………………………………………………………………4 IV.Nhận xét…………………………………………………………………………...4 V.Tiêu chuẩn sản xuất động cơ……………………………………………………....5 VI.Phương pháp thiết kế………………………………………………………………5 VII.Nội dung thiết kế…………………………………………………………............5 VIII.Các tiêu chuẩn đối với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc………………….5 1.Tiêu chuẩn về dãy công suất…………………………………………….........5 2.Tiêu chuẩn về kích thước lắp đặt độ cao tâm trục…………………………….6 3.Ký hiệu máy…………………………………………………………………..6 4.Cấp bảo vệ…………………………………………………………………….6 5.Sự làm mát…………………………………………………………………….6 6.Cấp cách điện…………………………………………………………….........6 7.Các tiêu chuẩn khác……………………………………………………………9 8.Chế độ làm việc………………………………………………………………..9 IX- Các thông số ban đầu………………………………………………………………9 PHẦN HAI: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ A-TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ 1.Số đôi cực……………………………………………………………………………11 2.Đường kính ngoài stato………………………………………………………………11 3.Đường kính trong stato……………………………………………………………….11 4.Công suất tính toán…………………………………………………………………...11 5.Chiều dài tính toán của lõi sắt stato…………………………………………………..11 6.Bước cực……………………………………………………………………………...12 7.Lập phương án so sánh……………………………………………………………….12 8.Dòng điện pha định mức……………………………………………………………..12 B-DÂY QUẤN, RÃNH STATO VÀ KHE HỞ KHÔNG KHÍ 9.Số rãnh stato………………………………………………………………………….13 10.Bước rãnh stato……………………………………………………………………..13 11.Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh………………………………………………..13 12.Số vòng dây nối tiếp của một pha…………………………………………………..14 13.Tiết diện và đường kính dây dẫn……………………………………………………14 14.Kiểu dây quấn……………………………………………………………………….15 15.Hệ số dây quấn………………………………………………………………….......16 16.Từ thông khe hở không khí…………………………………………………………16 17.Mật độ từ thông khe hở không khí………………………………………………….17 18.Sơ bộ định chiều rộng của răng……………………………………………………..17 19.Sơ bộ định chiều cao gông stato…………………………………………………….17 20.Kích thước rãnh và cách điện……………………………………………………….17 21.Bề rộng răng stato…………………………………………………………………...19 22.Chiều cao gông stato………………………………………………………………..20 23.Khe hở không khí……………………………………………………………...........20 C-DÂY QUẤN, RÃNH VÀ GÔNG RÔTO 24.Số rãnh rôto…………………………………………………………………………20 25.Dường kính ngoài rôto……………………………………………………………...21 26.Bước răng rôto……………………………………………………………………….21 27.Sơ bộ định chiều rộng răng rôto……………………………………………………..21 28.Đường kính trục rôto………………………………………………………………...21 29.Dòng điện trong thanh dẫn rôto……………………………………………………...21 30.Dòng điện trong vành ngắn mạch……………………………………………………21 31.Tiết diện thanh dẫn bằng nhôm…………………………………………………...…21 32.Sơ bộ chọn mật độ dòng điện trong vành ngắn mạch……………………….............22 33.Kích thước rãnh rôto và vành ngắn mạch…………………………………………...22 34.Diện tích rãnh rôto…………………………………………………………………..22 35.Diện tích vành ngắn mạch…………………………………………………………...22 36.Bề rộng răng rôto ở 1/3 chiều cao răng……………………………………………...22 37.Chiều cao gông rôto…………………………………………………………………23 38.Làm nghiêng rãnh ở rôto…………………………………………………………….23 D-TÍNH TOÁN MẠCH TỪ 39.Hệ số khe hở không khí……………………………………………………………...23 40.Dùng thép kỹ thuật điện cán nguội loại 2212………………………………………..23 41.Sức từ động khe hở không khí……………………………………………………….24 42.Mật độ từ thông ở răng stato……………………………………………...................24 43.Cường độ từ trường trên răng stato………………………………………………….24 44.Sức từ động trên răng stato…………………………………………………………..24 45.Mật độ từ thông ở răng rôto…………………………………………………………24 46.Cường độ từ trường trên răng rôto…………………………………………………..24 47.Sức từ động trên răng rôto…………………………………………………………...24 48.Hệ số bão hòa răng…………………………………………………………………..24 49.Mật độ từ thông trên gông stato……………………………………………………..25 50.Cường độ từ trường ở gông stato……………………………………………………25 51.Chiều dài mạch từ ở gông stato……………………………………………………...25 52.Sức từ động ở gông stato……………………………………………….....................25 53.Mật độ từ thông trên gông rôto…………………………………………………….25 54.Cường độ từ trường trên ở gông rôto………………………………………………25 55.Chiều dài mạch từ ở gông rôto…………………………………………..................25 56.Sức từ động trên gông rôto…………………………………………………………25 57.Tổng sức từ động của mạch từ………………………………………………………25 58.Hệ số bão hòa toàn mạch…………………………………………………………….25 59.Dòng điện từ hóa…………………………………………………………………….26 E-THAM SỐ ĐỘNG CƠ ĐIỆN Ở CHẾ ĐỘ ĐỊNH MỨC 60.Chiều dài phần đầu nối của dây quấn stato…………………………………………26 61.Chiều dài trung bình nửa vòng dây của dây quấn stato…………………………….26 62.Chiều dài dây quấn một pha của stato………………………………………………26 63.Điện trở tác dụng của dây quấn stato………………………………….....................26 64.Điện trở tác dụng của dây quấn rôto………………………………………………..27 65.Điện trở vành ngắn mạch…………………………………………………………...27 66.Điện trở rôto………………………………………………………………………..27 67.Hệ số quy đổi……………………………………………………………………......27 68.Điện trở rôto đã quy đổi…………………………………………………………….27 69.Hệ số từ dẫn tản rãnh stato………………………………………………………….27 70.Hệ số từ dẫn tạp stato……………………………………………………………….28 71.Hệ số từ dẫn tản phần đầu nối………………………………………........................28 72.Hệ số từ dẫn tản stato……………………………………………………………….29 73.Điện kháng dây quấn stato………………………………………………………….29 74.Hệ số từ dẫn tản rãnh rôto…………………………………………………………..29 75.Hệ số từ dẫn tạp rôto………………………………………………………………..29 76.Hệ số từ tản phần đầu nối…………………………………………………………..29 77.Hệ số từ tản do rãnh nghiêng……………………………………………………….30 78.Hệ số từ tản rôto…………………………………………………………………….30 79.Điện kháng tản dây quấn rôto……………………………………………………….30 80.Điện kháng rôto đã quy đổi…………………………………………………………30 81.Điện kháng hổ cảm…………………………………………………………………30 82.Tính lại kE……………………………………………………………………...........30 F-TỔN HAO THÉP VÀ TỔN HAO CƠ 83.Trọng lượng răng stato………………………………………………………...........31 84.Trọng lượng gông từ stato………………………………………………………….32 85.Tổn hao sắt trong lõi sắt stato………………………………………………………32 86.Tổn hao bề mặt trên răng rôto………………………………………………………32 87.Tổn hao đập mạch trên răng rôto……………………………………………………33 88.Tỏng tổn hao thép……………………………………………………………………33 89.Tổn hao cơ………………………………………………………………...................33 90.Tổn hao không tải……………………………………………………………………34 G-ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC 91.Bội số mômen cực đại…………………………………………………………….....35 H-TÍNH TOÁN ĐẶC TÍNH KHỞI ĐỘNG 92.Tham số của động cơ điện khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài(s=1)……………………37 93.Tham số của động cơ điện khi xét cả hiệu ứng mặt ngoài và sự bão hòa của mạch từ tản……………………………………………………………………….....38 94.Các tham số ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài và sự bão hòa của mạch từ tản……………………………………………………………………….....40 95.Dòng điện khởi động………………………………………………………………..40 96.Bội số dòng điện khởi động…………………………………………………………40 97.Bội số mômen khởi động……………………………………………………………49 PHẦN BA : TỔNG KẾT