Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn MỤC LỤC Trang  LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay đất nước ta đang tiến lên thời kỳ công nghiệp hoá hiện đại hoá với mục đích tiến kịp và hội nhập vào nền kinh tế của các nước trong khu vực và trên thế giới. Như ta đã biết ngành công nghiệp năng lượng chiếm một vị trí rất quan trọng trong sự phát triển của nền kinh tế đất nước. Do đó ngành chế tạo máy điện đòi hỏi phải luôn đi trước một bước về công nghiệp và chất lượng nhằm đảm bảo tốc độ phát triển chung của toàn ngành và yêu cầu của nền kinh tế. Ngành chế tạo máy điện sản xuất ra các thiết bị điện phục vụ cho nền kinh tế như máy biến áp, động cơ điện dùng làm nguồn động lực cho các loại thiết bị, công suất từ vài (W) đến hàng trăm (KW). Với các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật trong bảng số liệu qua tính toán đã đạt được các yêu cầu của đề ra. Trong quá trình thiết kế em đã được thầy Nguyễn Trung Cư chỉ dẫn tận tình, em xin chân thành cảm ơn thầy. Trong thời gian ngắn, với kiến thức học được trên lóp trong đồ án này không tránh khỏi những sai sót, em mong sự thông cảm và ý kiến đánh giá của thầy và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày 04 tháng 05 năm 2009 Sinh Viên : Nguyễn Đăng Lưu Chương I: Tính toán kích thước chủ yếu. Xác định chiều dài đường kính D,chiều dài ld : Yêu cầu có kích thước để máy được chế tạo tinh tế nhất và tính năng phù hợp với tiêu chuẩn. Theo công thức: CA == ( Hằng số máy điện) + p:số đôi cực với n=750v/p: p===4 Þ2p=8 Với P = 45 (Kw) và 2p = 8 ta chọn KD = 0,74 ¸ 0,77 + Dn: là đường kính ngoài của lõi sắt Stato.Dn có quan hệ mật thiết với kết cấu máy, cấp cách điện và chiều cao tâm trục h đã chuẩn hoá.Vì vậy thường chọn Dn theo h và từ đó tính ngược lại D. Với công suất cho Pđm=45(kw) tra bảng IV.1(tr601) sách thiết kế máy điện. Dãy công suất chiều cao tâm trục của động cơ điện không đồng bộ Rôto dây quấn kiểu IP23 theo TCVN-1987-94 cấp cách điện B ta có: h =280(mm) Với chiều cao h=280(mm) qua bảng 10.3 (tr230) chọn : Dn = 52(cm) + D: đường kính trong của lõi sắt Stato, giữa hai đường kính trong và ngoài của lõi sắt Stato có một quan hệ nhất định: KD= Tra bảng 10.2(tr230) trong sách “TKMĐ” ta có: KD = 0,74 ¸ 0,77 ÞD=KD.Dn=(0,74¸0,77).52 = 38,48¸40,04 (cm) Chọn D=40,04 (cm) + P’ công suất tính toán: P’= Với Pđm=45(kw),từ bảng 10.1(tr228)Sách thiết kế máy điện máy điện ta có h=91,5%;cosj=0,84 ;theo hình 10.2 (tr 231) trong ” TKMĐ” ta có trị số kE=0,967. Vậy P’== 56,62 (kw) +Chọn A và Bd: A là tải đường đặc trưng cho mạch điện; Bd là mật độ từ thông d khe hở không khí đặc trưng cho mạch từ.Việc chọn A và Bd ảnh hưởng rất nhiều đến kích thước chủ yếu D và l . A, Bd được chọn phụ thuộc nhiều vào vật liệu. Nếu dùng vật liệu sắt từ tốt (tổn hao thấp hay độ từ thẩm cao), thì chọn Bd lớn. Trong máy điện không đồng bộ thì tỉ số ảnh hưởng rất lớn đến kích thước máy điện, đặc tính khởi động cũng như đặc tính làm việc của máy điện. Dùng dây đồng có cấp cách điện cao cấp B nhiệt độ cho phép là 1300 có thể chọn A lớn. Với h=280(mm); Dn = 52(cm); 2p = 8 và kiểu bảo vệ IP23 từ bảng 10.3 (tr234)sách “TKMĐ” ta chọn A = 430 (A/cm) và Bd = 0,82(T) . Với αδ là hệ số cụm cực từ lấy ; kd là hệ số sóng lấy ; chọn D=40,04 (cm). +Vậy chiều dài lõi sắt là: ld===12,46(cm) Lấy l’d = l1= 12(cm) Bước cực: Lập phương án so sánh : l = = = 0,76 Theo hình 10.3b (tr235) sách “TKMĐ” thì để thiết kế chế tạo máy có tính năng tốt và tính kinh tế cao thì l nằm trong phạm vi cho phép. Với 2p = 8, h ³ 250 (mm), kiểu bảo vệ IP23; đối chiếu với Hình 10-3b (tr235Sách TKMĐ) ta chọn phương án này là hợp lý . 4. Dòng điện định mức: I1đm = = = 88,71(A) Chương II. Dây quấn, rãnh Stato và khe hở không khí. 5. Bước rãnh Stato: t1 = = = 1,3(cm) mà Z1 = 2m.p.q1 với q1 = 4, m = 3 ( vì mạch 3 pha), p = 4 nên Z1 = 2.3.4.3 = 96 6. Số thanh dẫn tác dụng trong một rãnh: Chọn số mạch nhánh song song là: a = 4 Ta có : ur1 = = = 25,2 Lấy ur1 = 25 vòng 7. Số vòng dây nối tiếp của 1 pha: W1 = = = 100 (vòng) 8. Kiểu dây quấn : Chọn dây quấn hai lớp bước ngắn với y = 10 b = = = sách “TKMĐ”) 9. Hệ số dây quấn:0,833(Với t tra bảng 10.4 tr239 Ta tính : ky1 = sinb = sin = 0,966 kr1 = = = 0,958 Trong đó: a = = = 15 Vậy ta có: kd1 = ky1.kr1 = 0,966.0,958 = 0,925 10. Từ thông khe hở không khí: f = = = 0,01 (Wb) 11. Mật độ từ thông khe hở không khí: Bd = = 0,829 (T) 12. Chiều rộng của răng Stato nơi nhỏ nhất: bz1min = = = 0,567 (cm) Trong đó theo bảng 10-5c trang 241 sách “TKMĐ” lấy Bz1max = 2(T). Chọn tôn silic 2312, hệ số ép chặt kc = 0,95. 13. Chiều rộng rãnh hìng chữ nhật(sơ bộ): br1 = t1- bz1min = 1,3 – 0,567 = 0,733 (cm) 14. Tiết diện dây (sơ bộ): Theo hình 10-4e (tr237 sách “TKMĐ”) ta có trị số: AJ = 2000 (A2/mm2) Ta tính được J1 = = = 5,1 (A2/mm2) Chọn hai sợi ghép song song n1 = 2.Vậy tiết diện mỗi sợi dây : s’1 = = = 2,17 15. Kích thước rãnh stato và sự điền đầy rãnh như hình và bảng sau: Các mục Kích thước rãnh ( mm) Chiều rộng Chiều cao - Dây dẫn KSDKT của Nga cỡ: ( tra bảng VI.2 trang 620 và bảng VII.b) 2,76.2 = 5,52 1,17.25 = 29,25 - Cách điện rãnh ( bảng VII.b) không kể dung sai 2,2 4,5 - Kích thước rãnh trừ nêm 7,72 33,75 Rãnh Stato 34,05 38,05 7,33 2,83 3 1 16. Mật độ dòng điện dây quấn stato: J1 = = = 5,08 (A/cm2) 17. Khe hở không khí : d = = = 0,071 (cm) Chọn d = 0,7 mm = 0,07 cm 18. Đường kính ngoài của Rôto: D’ = D - 2d = 40,04 – 2.0,07 = 39,9(cm) 19. Chiều dài lõi sắt Rôto: l2 = l1 + 0,5 = 12 + 0,5 = 12,5(cm) 20. Số rãnh của Rôto: Z2 = 2p.m.q2 = 8.3.3 = 72 Trong đó lấy q2 = 3 21. Bước răng Rôto: t2 = = = 1,7 (cm) = 17 (mm) 22. Dùng dây quấn kiểu thanh dẫn : Số vòng dây của một pha Rôto: W2 = 2p.q2 = 8.3 = 24 23. Điện áp trên vành trượt lúc không tải: U2 = = = 91,5 (V) 24. Dòng điện trong thanh dẫn roto: I2 = k1.I1dm.n1 = 0,88.88,71.4,01 = 313 (A) Trong đó: + K1 là hệ số phụ thuộc vào cosj của máy, qua hình 10-5 (tr244 sách “TKMĐ”) ta có K1 = 0,88. + Kd1: hệ số dây quấn Stato, Kd1 = 0,925 kđ2 = kr2 == 0,96 (Với N = 3, ở đây q = 3) Vậy ta có : V1 = = = 4,01 25. Tiết diện thanh dẫn Rôto: s’2 = = = 56,9 (mm2) Trong đó ta chọn: J2 = 5,5 (mm2) 26. Kích thước rãnh Rôto: Sơ bộ lấy chiều rộng rãnh : br2 = 0,4.t2 = 0,4.17 = 6,8 (mm) Chọn thanh dẫn: a = 3,55 (mm), b = 16 (mm) với tiết diện s2 = 56,25 (mm2) (tra bảng VI.2 tr622,623- “TKMĐ”) 27. Mật độ dòng điện Rôto: J2 = = 28. Kích thước rãnh Rôto và sự điền đầy rãnh như bảng và hình vẽ sau: Các mục Kích thước rãnh ( mm) Chiều rộng Chiều cao - Thanh dẫn bằng đồng: 3,55 16.2 = 32 - Cách điện rãnh: 1,7 4,0 - Kích thước rãnh trừ nêm và dung sai 5,25 36 Rãnh Rôto 1 2,5 39,8 36,3 1,7 5,55 29. Đường kính trong Rôto: D2 » 0,3.40,04 = 12,01 (cm) Lấy D2 = 12 (cm) Trong gông Rôto có một dãy lỗ thông gió dọc trục có đường kính lỗ dg2 =30(mm) Chương III: Tính toán mạch từ. 30. Mật độ từ thông trên răng stato: Bz1max = Bz1min = Bz1tb = Trong đó: bz1min = t1 – br1 =1,3 – 0,733 = 0,567 (cm) bz1max = 31. Mật độ từ thông trên răng Rôto: Bz2max = Bz2min = Bz2tb = ở đây : bz2min = 32. Mật độ từ thông trên gông Stato: Bg1=(T) Trongđó: h’g1=(cm) 33. Mật độ từ thông gông Rôto: Bg2=(T) Trong đó: h’g2 =(cm) 34. Sức từ động khe hở không khí: Fd=1,6 . Bd.kd . d . 104 = 1,6 . 0,829 . 1,143 . 0,07 . 104 = 1061(A) Trong đó : kd = kd1.kd2 = 1,11 . 1,03 = 1,143 kd1 = g1 = kd2 = g2 = 35. Sức từ động trên răng Stato: Fz1 = 2hz1Hz1 = 2.3,805.25,38 = 193,14(A) ở đây: Hz1=(Hz1max+Hz1min+4Hz1tb) =(67,5 + 8,79 + 4.19)=25,38(A/cm) Với Bz1max = 2(T); Bz1tb = 1,7(T); Bz1min = 1,39(T) Theo phụ lục V-6(tr608 sách “TKMD”) ta có: Hz1max = 67,5(A/cm); Hz1tb = 19(A/cm); Hz1min = 8,79(A/cm) 36. Sức từ động trên răng Rôto: Fz2 = 2hz2Hz2 = 2.3,98.11,14 = 88,67(A) ở đây: Hz2 = (Hz2max+Hz2min+4Hz2tb) = (19 + 6,26 + 4.10,4)= 11,14 (A/cm) với Bz2max = 1,7 (T); Bz2tb = 1,47 (T); Bz2min = 1,233 (T) Theo phụ lục V-6(tr608) ta có: Hz2max = 19 (A/cm); Hz2tb = 10,4 (A/cm); Hz2min = 6,26 (A/cm) 37. Hệ số bão hoà răng: kz = 38. Sức từ động trên gông Rôto: Fg1 = Lg1Hg1 = 19,55.52,2 = 1020,5 (A) ở đây: Lg1 = (cm) với Bg1 = 1,9 (T),theo phụ lục V-9(tr611 sách “TKMĐ”) ta có: Hg1 = 52,2 (A/cm) 39. Sức từ động trên gông Rôto: Fg2 = Lg2Hg2 = 8,62.1,15 = 9,91 (cm) ở đây : Lg2 = (cm) Với Bg2 = 0,53 (T), theo phụ lục V-9(tr611 sách”TKMĐ”) Ta có: Hg2 = 1,15 (A/cm) 40. Tổng sức từ động toàn mạch: F = Fd + Fz1 + Fz2 + Fg1 + Fg2 =1061 + 193,14 + 88,67 + 1020,5 + 9,91 = 2373,22 (A) 41. Hệ số bão hoà toàn mạch: km = 42. Dòng điện từ hoá: Im = Im* = 43. Chiều dài phần đầu nối của dây quấn Stato: ld1 = kd1ty1 + 2B = 1,9.14,34 + 2.1 = 29,246(cm) trong đó :ty = tra bảng (3.4) ta có: kd1 = 1,9; kf1 = 0,72; B = 1 (cm) 44. Chiều dài trung bình nửa vòng dây của dây quấn Stato: ltb1 = l1 + ld1 = 12 + 29,246 = 41,246 (cm) 45. Chiều dài dây quấn một pha của Stato: L1 = 2 . 1tb1 . W1 . 10-2 = 2 . 41,246 . 100 . 10-2 = 82,49 (m) 46. Chiều dài phần đầu nối với dây quấn phần tử mền của Stato: f1 = kf1ty + B = 0,72 . 14,34 + 1 = 11,325 (cm) 47. Điện trở Stato: r1 = r75 r1* = r1. = 0,103 . = 0,042 48. Chiều dài trung bình nửa vòng dây Rôto: ltb2 = l2 + ld2 = 12,5 + 18,22 = 30,72 (cm) trong đó : ld2 = kd2.ty2 + 2B = 1,15 . 14,1 + 2 . 1 = 18,22 (cm) với tra bảng (3.5): kd2 = 1,15; B = 1(cm) 49. Điện trở Rôto: trong đó: L2 = 2 . ltb2 . w2 . 10-2 = 2 . 30,72 . 24 . 10-2 = 14,75 (m) 50. Điện trở Rôto đã qui đổi : r2’ = g . r2 = 16,12 . 0,0057 = 0,092 trong đó: hệ số qui đổi: 51. Hệ số từ tản rãnh Stato: trong đó theo phụ lục VIII-5 về cách điện rãnh : h3 = 3 (mm); h1 = 34,05 – 2.0,4 = 33,25 (mm) h41=1 (mm), b41 = 2,83 (mm) 52. Hệ số từ tản phần đầu nối Stato: 53. Từ tản tập Stato: trong đó: 54. Điện kháng Stato: 55. Từ tản rãnh Rôto: trong đó: (theo cách điện ở phụ lục VIII-10) , h3 = 2,5(mm) h1 = 36,3 - 2.1,2 = 33,9 (mm); h4 = 1(mm); b4 = 1,5 (mm); br = 5,55 (mm); kb=k’b =1 56. Từ tản đầu nối Rôto: 57. Từ tản tạp Rôto: ở đây: 58. Điện kháng tản Rôto: 59. Điện kháng tản Rôto đã qui đổi : x2’ = g . x2 = 16,12.0,029= 0,467(W) 60. Điện kháng từ hoá : 61. Điện trở từ hoá: Chương IV: Tính toán tổn hao 62. Tổn hao sắt chính: PFe= ở đây: p1/50 = 1,75 (W/kg) ; b = 1,4 ; kg = 1,6 ; kz = 1,8 Gg1 = p(Dn-hg1) . hg1 . l1 . kc . gFe . 10-3 = p(52-2,175) . 2,175 . 12 . 0,95 . 7,8 . 10-3 = 30,26 (kg) Gz1 = hz1 . bz1tb . Z1 . l1 . kc . gFe . 10-3 = 3,805 . 0,691 . 96 . 12 . 0,95 . 7,8 . 10-3=22,44 (kg) trong đó: bz1tb = 63. Tổn hao bề mặt : Pbm = pbm2 . (t2 - b42) . Z2 . l2 .10-7 = 155,45 . (1,7-0,15) . 72 . 12,5 . 10-7 = 0,02169 (kw) =21,69 +(w) ở đây : B0 = b02 . kd . Bd = 0,244.1,143.0,829 = 0,23 Khi 64. Tổn hao đập mạch: ở đây: Gz2 = hz2 .bz2tb . Z2 . l2 . kc . gFe .10-3 = 3,98.0,998.72.12,5.0,95.7,8.10-3 = 26,49 (kg) 65. Tổn hao sắt phụ: PFef = Pđm + Pbm = 0,4569 + 21,69 = 22,1469 (w) 66. Tổn hao cơ: Pcơ=kcơ. 67. Tổn hao ma sát trên vành trượt : Pms = 9,81.kms.rv.Sv.Vv.10-3 = 9,81.0,16.0,17.76,8.7,85.10-3 = 0,16087 (kw) trong đó lấy kms = 0,16; rv=0,15~0,25kg/cm2; rms = 0,17 (kg/cm2) Lấy mật độ dòng điện trong chổi than Jt = 12 (A/cm2) thì tiết diện chổi than là : Theo phụ lục vẽ chổi than với lt = 20 (mm); bt = 32 (mm) thì số chổi than trên một vành trượt bằng: , chọn nt = 4 Mật độ dòng điện trên chổi than: Tiết diện tiếp xúc trên cả 3 vành trượt : St=bt.lt.nt.m2 = 2.3,2.4.3 = 76,8 (cm2) Với đường kính vành trượt là Dv = 20(cm) thì tốc độ đường bề mặt rãnh trượt bằng : 68. Tổn hao không tải: P0 = PFe + PFef + Pcơ + Pms = 510 + 22,1469 + 252,8 + 160,87 = 945,8169 (W) » 0,9458(kw) 69. Tổn hao phụ: 70. Dòng điện không tải : Trong đó: I0x = Im = 38 (A) 71. Hệ số công suất lúc không tải : Chương V: Đặc tính làm việc r1 = 0,103 W x1 = 0,35 W x12 = 5,44 W r2’= 0,092 W x2’= 0,467 W E1 = U – Im.x1 = 220 - 38.0,35 = 206,7 (V) Với sm = 0,12 ta có: Ở đây: P2 = 45 (KW); I1= 88,71 (A); h = 91,5%; cosj = 0,84 Bảng đặc tính làm việc của động cơ Rôto dây quấn với P2 = 45 KW; U1 = 220/380 V; 2p = 8 TT S Đơn vị 0,005 0,01 0,02 0,035 0,05 0,12 1 rnS = W 20,78 10,45 5,28 3,55 2,18 0,97 2 W 0,895 0,895 0,895 0,895 0,895 0,895 3 W 20,8 10,49 5,36 3,66 2,36 1,32 4 A 11,21 22,23 43,5 63,72 98,81 176,7 5 0,999 0,996 0,985 0,969 0,924 0,735 6 0,043 0,085 0,167 0,245 0,379 0,678 7 A 12,67 23 42,53 60,36 88,24 124,63 8 A 38,45 39,78 44,85 52,73 73,33 151 9 A 40,48 45,95 61,81 80,15 114,73 195,79 10 0,31 0,5 0,69 0,75 0,77 0,64 11 P1 = 3U1 . I1r . 10-3 Kw 8,36 15,18 28,07 39,84 58,24 82,26 12 PCu1 = Kw 0,51 0,65 1,18 1,99 4,07 11,85 13 PCu2 = Kw 0,035 0,136 0,52 1,12 2,69 8,62 14 Ptx = 3.DUch.I'2.V1.10-3 Kw 0,081 0,16 0,314 0,46 0,713 1,275 15 Pf = 0,005. p1 Kw 0,0418 0,0759 0,1404 0,1992 0,2912 0,4113 16 P0 Kw 0,9458 0,9458 0,9458 0,9458 0,9458 0,9458 17 SP=PCu1+PCu2+Ptx+Pf +P0 Kw 1,6136 1,9677 3,1002 4,715 8,71 23,102 18 P2 = P1 - SP Kw 6,746 13,212 24,969 35,125 49,53 59,158 19 0,76 0,85 0,88 0,87 0,82 0,61 0,5 0,01 0,02 0 50 cosj 0,04 0,03 0,05 1 s 100 (A) P2 (KW) s 10 20 30 40 50 0 0 h I2 I1 h cosj I2 I1 TÀI LIỆU THAM KHẢO - Thiết kế Máy điện – Trần Khánh Hà & Nguyễn Hồng Thanh Nxb KHKT năm 2001 Máy điện I – Vũ Gia Hạnh , Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ & Nguyễn Văn Sáu Nxb KHKT năm 2003.