›
›

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

doc 66 trang hoanguyen 6660
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Thiết kế động cơ điện không đồng bộ 3 pha Roto lồng sóc", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • docdo_an_thiet_ke_dong_co_dien_khong_dong_bo_3_pha_roto_long_so.doc

Nội dung text: Đồ án Thiết kế động cơ điện không đồng bộ 3 pha Roto lồng sóc

  1. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN QUAY Thiết kế động cơ điện không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc Giáo viên hướng dẫn : Sinh viên thực hiện : Phan Văn Kiên 1 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  2. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Trang PHẦN 1: TỔNG QUAN CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ CÁC MÁY ĐIỆN QUAY 4 I. Kết cấu chung của các máy điện quay . 4 II. Nguyên lý làm việc của các máy điện quay . 4 CHƯƠNG 2: ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 5 I. Khái niệm chung . . . .5 II. Cấu tạo của động cơ không đồng bộ . . 6 III. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ . 10 IV. Công dụng . . 12 V.Phân loại . 13 CHƯƠNG 3: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG TRONG THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN . 14 I. Ưu điểm . 14 II. Khuyết điểm . 14 III. Biện pháp khắc phục . . 14 IV. Nhận xét . 14 V. Tiêu chuẩn sản xuất động cơ . . 15 VI. Nội dung thuyết minh, thiết kế và tính toán . 15 VII. Các tiêu chuẩn đối với động cơ không đồnh bộ rôto lồng sóc 15 PHẦN 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHƯƠNG I. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU 19 CHƯƠNG II. DÂY QUẤN, RÃNH STATO VÀ KHE HỞ KHÔNG KHÍ 24 CHƯƠNG III. DÂY QUẤN, RÃNH VÀ GÔNG RÔTO 30 CHƯƠNG IV. TÍNH TOÁN MẠCH TỪ . 33 CHƯƠNG V. CÁC THAM SỐ ĐỘNG CƠ Ở CHẾ ĐỘ ĐỊNH MỨC 37 CHƯƠNG VI. TỔN HAO THÉP VÀ TỔN HAO CƠ .43 CHƯƠNG VII. ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC . . 46 CHƯƠNG VIII. TÍNH TOÁN ĐẶC TÍNH KHỞI ĐỘNG 49 2 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  3. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ CHƯƠNG IX. TÍNH TOÁN NHIỆT 54 KẾT LUẬN . 61 CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 MỤC LỤC 63 3 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  4. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ LỜI NÓI ĐẦU Trong sản xuất hiện nay, việc ứng dụng động cơ điện vào việc truyền động để tạo ra các nguyên công nhằm tạo ra các sản phẩm phục vụ con người là rất phổ biến. Máy điện không đồng bộ do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, sử dụng, bảo quản thuận tiện, giá thành rẻ nên được sử dụng nhiều trong nền kinh tế quốc dân (như trong máy cái, bơm nước, quạt gió ). công suất nhỏ và trung bình. Tuy vậy, máy điện không đồng bộ có những nhược điểm như: cosφ của máy thường không cao và đặc tính điều chỉnh tốc độ không được tốt nên ứng dụng của máy điện không đồng bộ có phần bị hạn chế. Vì vậy, sự cần thiết hiện nay là phải thiết kế ra những máy điện để đáp ứng nhu cầu xã hội. Tuy vấn đề thiết kế máy điện không còn mới nhưng để thiết kế ra những máy điện đạt hiệu suất cao và hệ số cosφ lớn để tiết kiệm cho người tiêu dùng, nâng cao hiệu suât cho lưới điện Quốc gia hay đáp ứng một nhu cầu nào đó của khách hàng thì lúc nào cũng là vấn đề rất mới đòi hỏi người thiết kế phải nắm vững các kiến thức lý thuyết kết hợp với tư duy sáng tạo để tạo ra những sản phẩm tối ưu nhất nhằm giảm giá thành, đáp ứng nhu cầu sử dụng, giải quyết việc làm Nhờ sự giảng dạy tận tình và chu đáo của Thầy Nguyễn Anh Tuấn và sự hướng dẫn tận tình của Thầy Nguyễn Văn Hà và các thầy cô bộ môn đã tận tình giúp đỡ em để hoàn thành đồ án “Thiết kế động cơ điện không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc”. Do điều kiện thời gian có hạn cũng như kiến thức thực tế còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót, em mong nhận được những góp ý của thầy cô và bạn bè để hoàn thiện đồ án cũng như kiến thức của mình. Qua đồ án này, em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Văn Hà, Thầy Nguyễn Anh Tuấn, Thầy Ngô Đức Kiên và các thầy cô bộ môn đã tận tình giúp đỡ em hoàn thiện đồ án này. Vinh, ngày 11 tháng 11 năm 2010 Sinh viên thực hiên: Phan Văn Kiên 4 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  5. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ KHOA ĐIỆN BỘ MÔN LÝ THUYẾT CƠ SỞ 0&0 ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN QUAY Học sinh thiết kế: Phan Văn Kiên lớp: ĐH Điện. K3C Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Văn Hà Thiết kế động cơ điện không đồng bộ 3pha rôto lồng sóc . CÁC SỐ LIỆU KĨ THUẬT : Công suất định mức P đm = 30 kw; cosφđm = 0,89 Điện áp đinh mức Uđm = 380V; cuộn dây stato nối ∆ Tốc độ định mức nđm = 1450 v/phút. NỘI DUNG THUYẾT MINH VÀ TÍNH TOÁN: 1. Xác định các kích thước chủ yếu của động cơ. 2. Thiết kế mạch từ. 3. Thiết kế dây quấn. 4.Tính toán tổn hao. 5. Tính toán nhiệt và thông số. 6. Xây dựng các đặc tính của động cơ. YÊU CẦU : Bản vẽ sơ đồ dây quấn. Bản vẽ tổng lắp. Thời gian thực hiện: – Nhận đề tài: 14 / 09/ 2010 – Hoàn thành: 20 /11/ 2010 Bộ môn : Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Anh Tuấn Nguyễn Văn Hà 5 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  6. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 6 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  7. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ 7 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  8. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ Phần 1: TỔNG QUAN Chương 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ CÁC MÁY ĐIỆN QUAY I. KẾT CẤU CHUNG CỦA CÁC MÁY ĐIỆN QUAY Máy điện quay thường gồm có hai bộ phận kết cấu chính là mạch từ và dây quấn, ở đó diễn ra sự biến đổi năng lượng cơ điện, và các bộ phận kết cấu khác. Mạch từ của máy điện quay gồm hai khối thép đồng trục cách nhau bởi một khe hở đảm bảo cho một trong hai khối thép có thể chuyển động quay tương đối so với khối kia. Khối đứng yên gọi là phần tĩnh hay stato, còn khối quay được gọi là phần quay hay rôto. Nếu từ thông trong khối thép là xoay chiều hay biến thiên thì nó được ghép bằng các lá tôn silic dày 0,35 ÷ 0,5 mm để làm giảm tổn hao do dòng xoáy, còn nếu từ thông là không đổi thì nó được đúc bằng thép hoặc ghép từ thép tấm. Các dây quấn của máy điện quay được đặt ở hai phía khe hở trong các rãnh hoăc trên các cực của stato hay roto. Các bộ phận kết cấu khác gồm có: vỏ máy, nắp máy, trục, ổ trục, quạt gió hoặc hệ thống làm mát II. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CÁC MÁY ĐIỆN QUAY Nguyên lý làm việc của tất cả các máy điên quay đều dựa vào hai định luật điện từ cơ bản. Định luật thứ nhất là định luât sức điện động e cảm ứng được trong một từ trường đứng yên có từ cảm B. Chiều và giá trị của sức điện động đó được xác định từ tích vectow e = lv ^ B . Đó là định luật cơ sở của máy phát điện biến đổi cơ năng thành điện năng. Định luật thứ hai là định luật về lực điện từ ƒ tác dụng lên thanh dẫn có chiều dài l khi nó có dòng điện i và nằm trong từ trường có từ cảm B. Chiều và độ lớn của lực ƒ được xác định theo tích vectơ f = l i ^ B . Đó là định luật cơ bản của đọng cơ biến đổi điện năng thành cơ năng. Vì hai định luật điện từ cơ bản nói trên là thuận nghịch nên bất kì một máy điện quay nào cũng có thể làm việc thuận nghịch, nghĩa là có thể làm việc như máy phát điện hoặc như động cơ điện. Chương 2: ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 8 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  9. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ I. KHÁI NIỆM CHUNG Máy điện không đồng bộ là máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ rôto n khác tốc độ từ trường quay trong máy n 1. Máy điện không đồng bộ có thể làm việc ở hai chế độ: động cơ và máy phát. Máy điện do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, sử dụng và 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 100kW. Máy phát diện không đồng bộ ít dùng vì có đặc tính làm việc không tốt và theo yêu cầu thiết kế, nên trong chương này ta chủ yếu đề cập đến động cơ không đông bộ. Động cơ không đồng bộ được sử dụng nhiều trong sản xuất và sinh hoạt vì chế tạo đơn giản, giá thành rẻ, độ tin cậy cao, vận hành đơn giản, hiệu suất cao và gần như không bảo trì. Gần đây do kĩ thuật điện tử phát triển, nên động cơ không đồng bộ đã đáp ứng được yêu cầu điều chỉnh tốc độ vì vậy động cơ càng sử dụng rộng rãi hơn. Động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc cấu tạo đơn giản nhất nên chiếm một số lượng khá lớn trong loại động cơ điện công suât nhỏ và trung bình. Nhược điểm của loại này là điều chỉnh tốc độ khó khăn và dòng điện khởi động lớn (thường 6 ÷ 7 lần dòng điện định mức). Để bổ khuyết cho nhược điểm này, người ta đã chế tạo động cơ không đồng bộ roto lồng sóc nhiều tốc độ và dùng rôto rãnh sâu, lồng sóc kép để hạ dòng điện khởi động, đồng thời tăng mômen khởi động lên. Động cơ điện không đồng bộ rôto dây quấn có thể điều chỉnh tốc được tốc độ trong một chừng mực nhất định, có thể tạo một mômen khởi động lớn mà dòng khởi động không lớn lắm, nhưng chế tạo có khó hơn so với với loại rôto lồng sóc, do đó giá thành cao hơn, bảo quản cũng khó hơn. Động cơ điện không đồng bộ được sản xuất theo kiểu bảo vệ IP23 và kiểu kín IP44. Những động cơ điện theo cấp bảo vệ IP23 dùng quạt gió hướng tâm đặt ở hai đầu rôto động cơ điện. Trong các động cơ rôto lồng sóc đúc nhôm thì cánh quạt nhôm được đúc trực tiếp lên vành ngắn mạch. Loại động cơ điện theo cấp bảo vệ 9 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  10. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ IP44 thường nhờ vào cánh quạt đặt ở ngoài vỏ máy để thổi gió ở mặt ngoài vỏ máy, do đó tản nhiệt có kém hơn so với loại IP23 nhưng bảo dưỡng máy dễ dàng hơn. Hiện nay các nước đã sản xuất động cơ điện không đồng bộ theo dãy tiêu chuẩn. Dãy động cơ không đồng bộ công suất từ 0,55– 90 KW ký hiệu là K theo tiêu chuẩn Việt Nam 1987– 1994 được ghi trong bảng 10-1 (Trang 228 TKMĐ). Theo tiêu chuẩn này, các động cơ điện không đồng bộ trong dãy điều chế tạo theo kiểu IP44. Ngoài tiêu chuẩn trên còn có tiêu chuẩn TCVN 315 – 85, quy định dãy công suất động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc từ 110 kW-1000 kW, gồm có công suất sau: 110, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800 và 1000kW. II. CẤU TẠO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Động cơ không đồng bộ về cấu tạo được chia làm hai loại: động cơ không đồng bộ ngắn mạch hay còn gọi là rôto lồng sóc và động cơ dây quấn. Stato có hai loại như nhau. Ở phần đồ án này chỉ nghiên cứu động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc. Cấu tạo của động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc gồm hai thành phần chính là stato và rôto, ngoài ra còn có vỏ mấy, nắp máy và trục máy. Trục làm bằng thép, trên đó gắn rôto, ổ bi và phia cuôi có gắn một quạt để làm mát máy dọc trục. 1. Stato (phần tĩnh) Stato bao gồm vỏ máy, lõi thép, dây quấn. a) Vỏ máy Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng để làm mạch dẫn từ. Vỏ máy gồm có thân và nắp. Thường vỏ máy làm bằng gang. Đối với máy có công suất tương đối lớn (1000 kW) thường dùng thép tấm hàn lại làm thành vỏ. b) Lõi thép 10 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  11. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ 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 những lá thép kỹ thuật điện dây 0,5mm ép lại. Khi đường kính ngoài lõi sắt nhỏ hơn 900 mm thì dùng cả tấm tròn ép lại. Khi đường kính ngoài lớn hơn trị số trên thì phải dùng những tấm hình rẻ quạt (hình 2.1) ghép lại thành khối tròn. Yêu cầu lõi sắt là phải dẫn từ tốt, tổn hao sắt nhỏ và chắc chắn. Mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Nếu lõi sắt ngắn thì có thể ép thành một khối. Nếu lõi sắt dài quá thì thường ghép thành từng thếp ngắn, mỗi thếp dài từ 6 ÷ 8 cm, đặt cách nhau 1 cm để thông gió cho tốt. Mặt trong của lá thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn. Hình 2.1: lá thép stato c) Dây quấn Dây quấn stator được đặt vào rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõi sắt. Có thể là dây đồng hoặc nhôm. 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. 11 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  12. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ 10 9 8 3 7 4 6 5 Hình 2.2 : cấu tạo động cơ điện không đồng bộ 1. Lõi thép stato;2. Dây quấn stato;3.Nắp máy;4. Ổ bi;5. Trục máy; 6.Hộp đấu cực;7. Lõi thép roto;8. Thân máy;9. Quạt gió làm mát; 10. Hộp quạt Hình 2.3 : Lõi thép stato 12 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  13. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ 2) Rôto (phần quay) Rôto là phần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy. a) Lõi thép Lõi thép của rôto (hình 2.4) bao gồm các lá thép kỹ thuật điện như của stator, điểm khác biệt ở đây là không cần sơn cách điện giữa các lá thép vì tần số làm việc trong roto rất thấp, chỉ vài Hz, nên tổn hao do dòng phuco trong rôto rất thấp. Lõi thép 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. (a) (b) Hình 2.4: cấu tạo rôto động cơ không đồng bộ. (a) Dây quấn rôto lồng sóc. (b) Lõi thép rôto. b) Trục: Trục của động cơ không đồng bộ làm bằng lõi thép, trên đó gắn lõi thép rôto. c) Dây quấn rôto Phân làm hai loại chính: loại rôto kiểu dây quấn và loại rôto kiểu lồng sóc:  Loại rôto kiểu dây quấn Rôto có dây quấn giống như dây quấn stato. Máy điện kiểu trung bình trở lên dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp, vì bớt những dây đầu nối, kết cấu dây quấn 13 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  14. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ trên rôto chặt chẽ. Máy điện cỡ nhỏ dùng dây quấn đồng tâm một lớp. Dây quấn ba pha của rôto thường đấu hình sao. Đặc điểm của loại động cơ kiểu dây quấn là có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch rôto để cải thiện tính năng mở máy, điều chinh tốc độ hay cải thiện hệ số công suất của máy.  Loại rôto kiểu 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 mômen mở máy. 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. 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 lấy từ lưới vào, nhờ đó hệ số công suất của máy cao hơn. III. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Động cơ không đống bộ ba pha có hai phần chính: stato (phần tĩnh) và rôto (phần quay). Stato gồm có lõi thép trên đó có chứa dây quấn ba pha. Khi đấu dây quấn ba pha vào lưới điện ba pha, trong dây quấn sẽ có các dòng điện chạy, hệ thống dòng điện này tao ra từ trường quay, quay với tốc độ: f n 60 1 1 p 14 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  15. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ Trong đó : – f1: tần số lưới điện (Hz) – p: số đôi cực của dây quấn Phần quay, nằm trên trục quay bao gồm lõi thép rôto. Dây quấn rôto bao gồm một số thanh dẫn đặt trong các rãnh của mạch từ, hai đầu được nối bằng hai vành ngắn mạch. Từ trường quay của stato cảm ứng trong dây rôto sức điện động E, vì dây quấn stato kín mạch nên trong đó có dòng điện chaỵ. Sự tác dụng tương hổ giữa các thanh dẫn mang dòng điện với từ trường của máy tạo ra các lực điện từ F đt tác dụng lên thanh dẫn có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái. Tập hợp các lực tác dụng lên thanh dẫn theo phương tiếp tuyến với bề măt rôto tạo ra mômen quay rôto. Như vậy, ta thấy điện năng lấy từ lưới điện đã được biến thành cơ năng trên trục động cơ. Nói cách khác, động cơ không đồng bộ là một thiết bị điện từ, có khả năng biến điện năng lấy từ lưới điện thành cơ năng đưa ra trên trục của nó. Chiều quay của rôto là chiều quay của từ trường, vì vậy phụ thuộc vào thứ tự pha của điện áp lưới đăt trên dây quấn stato. Tốc độ của rôto n là tốc độ làm việc và luôn luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường và chỉ trong trường hợp đó mới xảy ra cảm ứng sức điện động trong dây quấn rôto. Hiệu số tốc độ quay của từ trường và rôto được đặc trưng bằng một đại lượng gọi là hệ số trượt s: n n s 1 n 1 Khi s = 0 nghĩa là n1 = n, tốc độ rôto bằng tốc độ từ trường, chế độ này gọi là chế độ không tải lý tưởng (không có bất cứ sức cản nào lên trục). Ở chế độ không tải thực, s 0 vì có một ít sức cản gió, ma sát do ổ bi Khi hệ số trượt bằng s = 1, lúc đó rôto đứng yên (n = 0), momen trên trục bằng momen mở máy. Hệ số trượt ứng với tải định mức gọi là hệ số trượt định mức. Tương ứng với hệ số trượt này gọi tốc độ động cơ gọi là tốc độ định mức. 15 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  16. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ Tốc độ động cơ không đồng bộ bằng: n n1 (1 s) Một đăc điểm quan trọng của động cơ không đồng bộ là dây quấn stato không được nối trực tiếp với lưới điện, sức điện động và dòng điện trong rôto có được là do cảm ứng, chính vì vậy người ta cũng gọi động cơ này là động cơ cảm ứng. Tần số dòng điện trong rôto rất nhỏ, nó phụ thuộc vào tốc độ trựơt của rôto so với từ trường: n1 n p.n1 (n1 n) f p s. f1 60 60.n1 Động cơ không đồng bộ có thể làm việc ở chế độ máy phát điện nếu ta dùng một động cơ khác quay nó với tốc độ cao hơn tốc độ đồng bộ, trong khi các đầu ra của nó được nối với lưới địện. Nó cũng có thể làm việc độc lập nếu trên đầu ra của nó được kích bằng các tụ điện. Động cơ không đồng bộ có thể cấu tạo thành động cơ một pha. Động cơ một pha không thể tự mở máy được, vì vậy để khởi động động cơ một pha cần có các phần tử khởi động như tụ điện, điện trở IV. 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, quay đĩa động cơ trong tủ lạnh, máy giặt, máy bơm Nhất là loại rôto lồng sóc. Tóm lại sự phát 16 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  17. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ 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. V. PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1) Phân loại theo kết cấu vỏ máy o Kiểu kín o Kiểu hở o Kiểu bảo vệ 2) Phân loại theo số pha Ta có máy điện không đồng bộ o Một pha o Hai pha o Ba pha 3) Phân loại theo kiểu dây quấn rôto o Máy điện không đồng bộ rôto lồng sóc. o Máy điện không đồng bộ rôto dây quấn. 17 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  18. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ Chương 3: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG TRONG THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN I. Ưu diểm - Kết cấu đơn giản nhất (nhất là loại đúc nhôm). - 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. Khuyết 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 điện khởi động lớn (thường bằng 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 roto 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 nhỏ để hạn chế dòng điện từ hóa và nâng cao hệ số công suất. - Sử dụng phương pháp mở máy và thiết bị cần dùng rẻ tiền, chắc chắn. 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, về số lượng chiếm 90%, về công suất chiếm 55%. 18 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  19. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ 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 lỗ bắc bulong). VI. Nội dung thuyết minh, thiết kế và tính toán Trong phạm vi của đố án này, yêu cầu : 1) Xác định các kích thước chủ yếu của động cơ. 2) Thiết kế mạch từ. 3) Thiết kế dây quấn. 4) Tính toán tổn hao. 5) Tính toán nhiệt và thông số. 6) Xây dựng các đặc tính của động cơ. VII. 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 90 kW ký hiệu K theo Tiêu chuẩn Việt Nam 1987- 1994 đươc ghi trong bảng 10-1 (Thiết Kế Máy Điện, trang 228). Ngoài tiêu chuẩn trên còn có tiêu chuẩn TCVN 315-85, quy định dãy công suất của động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc công suất từ 110kW đến 1000 kw,gồm các cấp công suất sau : 110, 132, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800 và 1000 kW. 19 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  20. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ 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 Kí hiệu của một động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc được ghi theo kí hiệu về tên gọi của dãy động cơ điện, kí hiệu về chiếu cao tâm trục quay, kí hiệu về kích thước lắp đặt dọc trục và kí hiệu về số cực. 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 250 mm. - M: kích thước lắp đặc dọc trục là M (kích thước lắp đặt dọc trục có 3 cỡ: L (dài), M (trung bình) và S (ngắn). - 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. Theo tiêu chuẩn TCVN 1987-1994, các dãy động cơ điện khồng đồng bộ trong dãy đều chế tạo theo kiểu IP44. 20 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  21. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ 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 Vật liệu cách điện: Vật liệu cách điện là một trong những vật liệu chủ yếu dùng trong ngành chế tạo máy điện. 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. - 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 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: 21 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  22. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ Cấp cách điện Y A E B F H C Nhiệt độ cho 90 105 120 130 155 180 >180 phép; oC 7. Các tiêu chuẩn khác I M min M Cần quan tâm đến cos , , min , , max I đm M đm M đm Imin ( ) 15 % (so với tiêu chuẩn). I đm Sai lệch cho phép : 1 cos cp (cos ) .(P 50 kW) 0,02333. 6 2 M max ( ) – 10 % (so với tiêu chuẩn). M đm  – 0, 15. (1 – cp).( P2 50 kW) 0, 01875. M (min ) – 20 % (so với tiêu chuẩn). M đm 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. 22 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  23. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ Phần 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ Chương 1 : XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU A. Các thông số ban đầu  Công suất định mức P = 30 kW  Điện áp định mức Uđm = 380 V  Cuộn dây stato nối ∆  Tốc độ định mức: nđm = 1450 v/phút.  Tần số định mức fđm = 50 Hz  Kiểu máy: máy kiểu kín.  Cấp bảo vệ: IP44.  Chế độ làm việc: liên tục.  Cấp cách điện: cấp B.  Kiểu rôto: rôto lồng sóc  Chiều cao tâm trục : Tra Bảng IV.1 phụ lục IV (trang 601TKMĐ) chiều cao tâm trục theo dãy công suất của động cơ điện không đồng bô rôto lồng sóc kiểu IP44 theo TCVN – 1987 – 94 cách điện cấp B : Chon h = 200 mm.  Tốc đọ đông bộ: Ta có hiệu số tốc độ quay của từ trường và rôto được đặc trưng bằng một đại lượng gọi là hệ số trượt s: n n s 1 n1 Trong đó: n1: tốc độ đồng bộ n: tốc độ rôto (tốc độ định mức) Trong máy điện không đồng bộ, trường hợp rôto quay thuận với từ trường quay nhưng tốc độ nhỏ hơn tốc độ đồng bộ (0 s > 0). Thì máy điện làm việc trong chế độ động cơ điện. Nhưng máy chỉ làm việc ở chế độ đó khi 23 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  24. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ và chỉ khi n < n 1. Trong phạm vi đồ án, với n=n đm=1450 v/phút chọn n 1 = 1500 v/phút.  Hiệu suất và hệ số công suất : Tra Bảng 10.1 (trang 228 TKMĐ) hiệu suất và cos dãy động cơ điện KĐB 3K ứng với công suất Pđm=30kW và tốc độ nđb=1500 v/phút ta chọn hiệu suất:  = 91 % Và hệ số công suất: cos = 0,89  Bội số momen cực đại: Tra bảng 10.10 (trang 268 TKMĐ) bội số momen cực đại mmax của dãy động cơ 3K ta chọn: M max mmax = = 2,2 M đm  Bội số momen khởi động: Theo bảng 10-11 (trang 271 TKMĐ) bội số momen khởi động dãy động cơ điện 3K ta chọn: M k mk = = 1,4 M đm  Bội số dòng khởi động: Tra bảng 10-12 (trang 271 TKMĐ) bội số dòng khởi động dãy động cơ điện 3K ta chọn: I min ik = = 7 I max B. Kích thước chủ yếu: Những kích thước chủ yếu của máy điện không đồng bộ là đường kính trong stato D và chiều dài lõi sắt l. Mục đích của việc chọn kích thước chủ yếu này là để chế tạo ra máy kinh tế hợp lý nhất mà tính năng phù hợp với các 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 khuôn dập, vật đúc, các kích thước và chi tiết tiêu chuẩn hóa 24 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  25. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ 1) Số đôi cực: 60 . f 1 60.50 p = = = 2 n 1 1500 2) Đường kính ngoài stato: Với chiều cao tâm trục h = 200 mm theo Bảng 10.3(trang 230 TKMĐ) trị số đường kính ngoài stato tiêu chuẩn Dn theo h, ta chọn: Dn = 34,9 cm 3) Đường kính trong stato: Giữa hai đường kính trong và ngoài của lõi sắt stato có một quan hệ nhất định: D kD Dn Tra theo bảng 10.2 (trang 230 TKMĐ) trị số của k D, phụ thuộc vào số đôi cực, ta chọn: kD = 0,64 ÷ 0,68 D = kD .Dn = (0,64 ÷ 0,68).34,9 = 22,34 ÷ 23,73 Chọn D =23,5 cm 4) Công suất tính toán: k .P 0,98.30 P’ = E = = 36,3 kVA .cos 0,91.0,89 E Trong đó k = = 0,98 lấy theo hình 10-2 (trang 231 TKMĐ). E U 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: lδ được tính theo công thức: , 6,1.107.P ' lδ = 2  .k s .kd .A.B .D .n1 Trong đó: P’ : công suất tính toán D: đường kính trong stato. n1: tốc độ đồng bộ 2  : Hệ số cung cực từ. Lấy  = = 0,64 25 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  26. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ ks hệ số dạng sóng. Lấy ks = = 1,11 2 2 kd: Hệ số dây quấn lúc đầu chọn theo kiểu dây quấn. Đối với dây quấn một lớp lấy kd = 0, 95  0, 96, với dây quấn hai lớp hoặc một lớp mà 2p = 2 thì k d = 0,90  0,91, còn máy nhiều cực thì kd= 0,91  0,92. Sơ bộ chọn kd = 0,92. Chọn Tải đường A, Cảm ứng từ trong khe hở không khí Bδ: Việc chọn A và B ảnh hưởng rất nhiều đến kích thước chủ yếu D và l. Đứng về mặt tiết kiệm vật liệu thì nên chọn A và B lớn, nhưng nếu A và B quá lớn thì tổn hao đồng và sắt tăng lên, làm máy quá nóng, ảnh hưởng đến tuổi thọ sử dụng máy. Quan hệ giữa A và B trong máy điện không đồng bộ theo đường kính ngoài Dn được biểu thị trong hình 10-3a (trang 231, TKMĐ) Theo hình 10-3a chọn A = 360 A/cm; Bδ = 0,77 T , 6,1.107.P ' 6,1.107.36,3 Vậy: lδ = 2 = 2 = 14,75 cm  .k s .kd .A.B .D .n1 0,64.1,11.0,92.360.0,77.23.5 .1500 Lấy lδ = 14,8 cm Trong máy điện không đồng bộ, khi chiều dài lõi sắt ngắn hơn 25 ~ 30 cm, việc tản nhiệt không khó khăn lắm nên lõi thép có thể ép thành một khối. Chiều dài lõi sắt stato, rôto bằng: l1 = l2 = lδ = 14,8 cm 6) Bước cực: .D .23,5 τ = = = 18,46 cm 2.p 2.2 7) Lập phương án so sánh: Hệ số chỉ từ thông tản λ: l 14,8 λ =  = = 0,8  18,46 Trong dãy động cơ không đồng bộ 3K công suất P = 30 kW, 2p = 4 có cùng đường kính ngoài (nghĩa là cùng chiều cao tâm trục h) với máy công suất P = 37 kW. 26 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  27. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ Hệ số tăng công suất của máy là: 37 γ = = 1,23 30 do đó λ37 = γ.λ30 = 1,23.0,78 = 0,98 Ở máy điện không đồng bộ, qua những máy đã thiết kế chế tạo và có tính năng tốt, tính kinh tế cao thì  nên nằm trong phạm vi gạch chéo của hình 10-3b (trang 235, TKMĐ). Vì vậy khi bắt đầu thiết kế một máy mới nên nghiệm lại  sau khi đã sác định D và l. Theo hình 10-3b hai hệ số λ 37, λ 30 đều nằm trong phạm vi kinh tế do đó việc chọn phương án trên là hợp lý. 8) Dòng điện pha định mức: P.103 15.103 I1 = = = 56,1 A 3.U1..cos 3.220.0,89.0,88 Trong đó: P: công suất định mức. U1: điện áp dây. η: hiệu suất của động cơ. cosφ: hệ số công suất. 27 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  28. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ Chương 2 : DÂY QUẤN, RÃNH STATO VÀ KHE HỞ KHÔNG KHÍ 1) Số rãnh stato: Khi thiết kế dây quấn stato cần phải xác định số rãnh của một pha dưới mỗi cực q1. Nên chọn q1 trong khoảng từ 2  5. Thường lấy q1 = 3  4. Với máy công suất nhỏ hoặc tốc độ thấp, lấy q1 = 2. Máy tốc độ cao công suất lớn có thể chọn q1 = 6. Chọn q1 nhiều hay ít có ảnh hưởng đến số rãnh stato Z1. Số rãnh này nếu nhiều quá, thì diện tích cách điện rãnh chiếm chổ so với số rãnh ít sẽ nhiều hơn, do đó hệ số lợi dụng rãnh sẽ kém đi, răng sẽ yếu. Ít răng quá sẽ làm cho dây quấn phân bố không đều trên bề mặt lõi sắt nên sức từ động phần cứng có nhiều sóng bật cao. Trị số q 1 nguyên có thể cải thiện được đặt tính làm việc và giảm tiếng ồn của máy. Lấy q1 = 4 rãnh Z1 = 2.m.p.q1 = 2.3.2.4 = 48 rãnh Trong đó: m là số pha. 2) Bước rãnh stato: .D .23,5 t1 = = = 1,538 cm Z1 48 3) Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh ur1:hình 2.1: lá thép stato. Chọn số mạch nhánh song song a1 = 4 A.t1.a1 370.1,538.4 ur1 = = = 39,48 I1 56,1 A = 370 (A/cm): t¶i ®­êng Số vòng dây trong một rãnh url phải được quy về số nguyên (nếu là dây quấn hai lớp thì phải là số nguyên chẵn). chọn: ur1 = 40 thanh dẫn. 4) Số vòng dây nối tiếp của một pha: ur1 40 w1 = p.q1. = 2.4. = 80 a1 4 28 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  29. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ 5) Tiết diện và đường kính dây dẫn: Theo hình 10-4b (trang 237 TKMĐ) ứng với D n = 34,9 và 2p = 4 chọn tích số: A.J 1880A 2 / cm.mm 2 ’ A.J 1880 2 Mật độ dòng điện:J 1 = = = 5,22 A mm A 370 I 56,1 1 2 Tiết diện dây (sơ bộ): s’1 = = = 1,343 mm a1.n.J '1 4.2.5,08 Ở đây chọn: n1 = 2 sợi. Theo Phụ lục VI, bảng VI.1 (trang 618, 619 TKMĐ) chọn dây đồng tráng men 2 PETV có đường kính d/dcđ = 1,32/1,405, s = 1,368 mm 6) 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 chế tạo nên từ trường cần thiết cho sự biến đổi năng lượng điện có trong máy. Máy điện xoay chiều ngày nay thường dùng loại dây quấn hai lớp. Ưu điểm của nó là: - có thể chọn bước của dây quấn tốt nhất để cải thiện dạng sóng sức điện động. - Giảm nhỏ lượng tiêu hao ddoongfowr phần nối khi máy lớn và khi chế tạo có thể cơ giới hóa do đó giảm được giá thành. - Chọn số vòng dây của mỗi pha tương đối dễ dàng khi muốn duy trì tỷ lệ giữa A và Bδ. Ngoài ra co khả năng chọn q là phân số để cải thiện dạng sóng sức điện động. Chọn dây quấn 2 lớp bước ngắn với y = 10 y 10  0,833  12 Z 48 Trong đó:  1 12 là bước cực từ 2 p 4 y: là bước bối dây chọn ymin y ymax 2 2 ymin = .τ = .12 = 8 3 3 ymax = τ – 1 = 12 – 1 = 11 ta chọn y = 10 . hình 2.2: các bối dây stato (ảnh minh họa) 29 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  30. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ 7) Hệ số dây quấn: Hệ số bước ngắn k : k sin  sin(0,833. ) 0,966 y y 2 2 4.15 sin q. sin 2 2 Hệ số bước rải k : kr 0,958 r 15 q.sin 4sin 2 2 p.360 2.360 với α = = = 15˚ Z1 48 Hệ số dây quấn kd: kd = ky.kr = 0,966.0,958 = 0,925 8) Từ thông khe hở không khí Ф: k E .U1 0,98.220 Ф = = = 0,0131 Wb 4.k s .kd . f .w1 4.1,11.0,925.50.80 ks hệ số dạng sóng. kd: Hệ số dây quấn U1: điện áp dây kE: tỷ số sức điện động sinh ra trong máy và điện áp đặt vào. 9) Mật độ từ thông khe hở không khí Bδ và tải đường A: .104 0,0131.104 Bδ = = = 0,75 T  ..l1 0,64.18,46.14,8 Ta thấy sai số mật độ từ thông khe hở không khí và tải đường so với giá trị ban đầu nhỏ hơn 10% nên ta không cần chọn lại. 10) Sơ bộ định chiều rộng của răng b’z1: B .l1.t1 0,75.14,8.1,538 b’z1 = = = 0,69 cm Bz1.l1.kc 1,75.14,8.0,95 Chiều rộng rãnh stato b z1 được xác định theo kết cấu tức là xét đến độ bền của răng, đánh giá khôn dập, độ bền của khuôn và đông thời đảm bảo từ thông qua răng Bz1 nằm trong phạm vi cho phép.Thường thì Bz1 2T Ở đây lấy Bz1 = 1,75 T (Bảng 10-5b, trang 241 TKMĐ). Lõi sắt stato trong máy điện không đồng bộ thường làm bằng lá thép kĩ thuật điện dày 0,5 mm. Khi chiều dài lõi sắt không quá 14 – 15 cm thì có thể không cần phủ sơn. Thường dùng hệ số ép chặt k c để chỉ quan hệ giữa chiều dài phần sắt với chiều dài thực của lõi sắt. 30 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  31. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ Chọn Hệ số ép chặt k c= 0,95 (Bảng 2-2, trang 23 TKMĐ). 11) Sơ bộ chiều cao của gông stato: .104 0,0131.104 ’ h g1= = = 3,0 cm 12 mm 2.Bg1.l1.kc 2.1,55.14,8.0,95 ở đây lấy Bg1 = 1,5T (theo Bảng 10-5a, trang 240 TKMĐ). 28 mm 12) Kích thước rãnh và cách điện: 21,5 mm Chọn rãnh hình quả lê như hình bên: 9 mm Chiều cao miệng rãnh thường lấy từ 0,5  0,8 (mm). Chọn h41 = 0,5 (mm) 0,5 mm Đường kính d được tính theo công thức: 1 3,00 mm ' (D 2.h41 ) bz1.z1 (23,5 2.0,05) 0,694.48 d1 Z1 48 = 0,9 cm = 9,0 mm ta chọn d1 = 9 mm Đường kính d2 được tính theo công thức: ' (Dn 2.hg1 ) bz1.z1 (34,9 2.3) 0,694.48 d 2 = 1,18 cm = 12 mm Z1 48 ta chọn d2 = 12 mm Chiều cao rãnh Stato được tính theo công thức: D D 2.h 34,9 23,5 2.3,0 h n g1 = 2,7 cm = 27 mm r1 2 2 Chọn hr1 = 28 mm Khi đó chiều cao của h12 là: d2 12 h12 = hr1 – h41 – = 28 – 0,5 – = 21,5 mm 2 2 Miệng rãnh b41 = dcđ + 1,5 mm trong đó dcđ là đường kính dây kể cả cách điện. Chiều cao miệng rãnh h41thường lấy trong khoảng 0,4 ~ 0,8 mm. b41 = dcđ +1,5 mm = 3 mm 31 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  32. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ Theo Bảng VIII. 1 (Phụ lụcVIII, trang 629 TKMĐ) chiều dầy cách điện của rãnh là c = 0,4 mm, của nêm là c’=0,5 mm. 13) Diện tích rãnh trừ nêm: 2 2 .(d1 d 2 ) d1 d 2 d1 S’r = + .(h12 – ) 8 2 2 .(92 122 ) 12 9 9 = + .(21,5 – ) = 267 mm2 8 2 2 .d Chiều rộng của miếng cáctông nêm là (1 ), của tấm cách điện giữa hai lớp là 2 (d1 + d2). – Diện tích cách điện rãnh: .d 2 .d1 Scđ = [ +2.h12+(d1 + d2)].c + .c’ 2 2 .12 .9 = [ + 2.21,5 + (12 + 9)].0,4 + .0,5 = 40 mm2 2 2 – Diện tích có ích của rãnh: 2 Sr = S’r – Scđ = 270,17 – 39,70 = 227 mm – Hệ số lắp đầy rãnh: 2 2 ur1.n1.d cđ 40.2.1,435 kđ = = = 0,7 S r 227 Trong đó: u rl: số thanh dẫn tác dụng của một cực. dcđ : đường kính dây kể cả cách điện. Ta thấy hệ số lắp đầy rãnh nằm trong khoảng tốt nhất (0,7 ÷ 0,75) nên không cần tính lại. hình 2.3: lõi thép stato 14) Bề rộng răng stator bz1: .(D 2.h41 d1 ) .(23,5 2.0,05 0,9) bz1” = – d1 = – 0,9 = 0,703 cm Z1 48 .(D 2.(h41 h12 ) .(23,5 2.(0,05 2,15)) bz1’ = – d2 = – 1,2 = 0,626 cm Z1 48 32 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  33. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ b " b ' 0,703 0,626 b = z1 z1 = = 0,665 cm z1 2 2 15) Chiều cao gông stato: Dn D 1 34,9 23,5 1 hg1 = – hr1 + d2 = – 2,8 + .1,2 = 3,1 cm 2 6 2 6 16) Khe hở không khí: Theo kết cấu thì khe hở phụ thuộc vào kích thước đường kính ngoài rôto, khoảng cách giữa hai ổ bi và đường kính trục. Nguyên nhân là đường kính D ảnh hưởng đến dung sai lắp ghép của vỏ, nắp, lõi sắt, từ đó quyết định độ lệch tâm cho phép và lực từ một phía của máy. Đường kính trục và khoảng cách giữa hai ổ bi quyết định độ võng của trục. Có thể dùng những công thức sau để chọn hệ số khe hở của không khí: - Với những máy công suất P 20 kW: Khi 2p 4  = 0, 25 + D*10-3mm 1,5D Khi 2p = 2  = 0, 3 + mm 1000 -Với những máy công suất P 20 kW: D 9  .(1 )mm 1200 2 p Trong các công thức trên, D tính theo mm. Trị số  tính ra phải làm tròn con số thứ hai sau dấu phẩy thành 0 hoặc 5. D 9 235 9 δ = .(1+ ) = .(1+ ) = 0,644 mm 1200 2 p 1200 2.2 Theo những máy đã chế tạo ở bảng 10.8 (trang 253 TKMĐ) khe hở không khí δ dãy động cơ 4A, ta chọn δ = 0,7 mm = 0,07 cm. 33 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  34. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ Chương 3: DÂY QUẤN, RÃNH VÀ GÔNG RÔTO 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. Hình 3.1: rôto hoàn chỉnh Hình 3.2: các thanh nhôm được gắn trên rôto Thiết kế rãnh rôto phải làm sao cho mật độ từ thông ở răng và gông rôto phải nằm trong phạm vi thích hợp ghi trong các bảng 10.5(trang 241 TKMĐ). Vì vậy khi thiết kế rãnh, phải định kích tthước tối thiểu của răng và gông rôto. Dựa vào các điều kiện trên và bảng 10-6 (trang 246 TKMĐ) Chọn Z2 = 38 rãnh 2) Đường kính ngoài rôto D’: D’ = D – 2δ = 23,5 – 2.0,07 = 23,36 cm 34 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  35. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ 3) Bước răng rôto t2: .D' .23,36 t2 = = = 1,931 cm Z 2 38 Hình 3.3: lá thép rôto 4) Sơ bộ định chiều rộng của răng rôto b’z2 : B .l2 .t2 0,75.1,931 b’z2 = = = 0,87 cm Bz2 .l2 .kc 1,75.0,95 Ở đây lấy Bz2 = 1,75 T. Theo bảng 10-5b (trang 241 TKMĐ) 5) Đường kính trục rôto Dt: Dt = 0,3.D = 0,3.23,5 = 7,05 cm Chọn Dt = 7 cm 6) Dòng điện trong thanh dẫn rôto: 6w1.kd1 6.80.0,925 I td I 2 k I .I1 0,94.56,1 = 616 A Z 2 38 Trong đó lấy kI = 0,94 theo hình10.5(trang 241 TKMĐ) 7) Dòng điện trong vành ngắn mạch: 1 1 I I . 616. = 1872 A v td .p 180.2 2sin 2sin Z 2 38 8) Tiết diện thanh dẫn bằng nhôm: ' I 616 2 td 2 Std 205,3mm , Trong đó chọn J2 = 3A/mm J 2 3 2 9) Sơ bộ chọn mật độ dòng điện trong vành ngắn mạch: Jv = 2,5 A/mm IV 1872 2 Tiết diện vành ngắn mạch: Sv 749mm J v 2,5 35 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  36. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ b 42 h 10) Kích thước rãnh rôto và vòng ngắn mạch: 42 Ngày nay, với những máy có chiều cao tâm trục h = 50 ~ 250 mm thường lồng sóc được đúc bằng nhôm, trong đó khi d1 h = 50 ~ 250 mm thường đúc bằng áp lực, khi h 280 mm thì đúc rung hay trọng lực. h r2 h 12 Chọn d1 = d2 = 6,8 mm b42 = 1,5 mm h42 = 0,5 mm d1 a × b = 34 × 23 Dv = D – (a+1) = 235 – (34+1) = 200 mm 2 2 ' d 6,8 ( ) 203,5 ( ) std 4 4 h = = = 24,7 mm 12 d 6,8 hr2 = h12 + d +h42 = 24,7 + 6,8 + 0,5 = 32 mm 11) Diện tích rãnh rôto: S .d 2 h .d .6,82 24,7.6,8 204,2mm 2 2 4 12 4 12) Diện tích vòng ngắn mạch: a × b = 34 ×23 = 782mm2 13) Bề rộng răng rôto ở 1/3 chiều cao răng: 4 4 D' 2h42 (h12 d) 23,5 2.0,05 (2,47 0,68) 3 3 bz21/ 3 d 0,68 Z 2 38 = 0,896 cm 14) Chiều cao gông rôto: D' D 1 23,36 7 1 h t h .d 3,2 .0,68 5,1cm g 2 2 r 2 6 2 2 6 15) Làm nghiêng rãnh ở rôto: Độ nghiêng bằng 1 bước rãnh stato : bn ≈ t1 = 1,54 cm 36 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  37. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ Chương 4: TÍNH TOÁN MẠCH TỪ 1) Hệ số khe hở không khí: 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 t1 1,538 kδ1 = = = 1,099 t1  1. 1,538 1,978.0,07 Trong đó: 2 2 (b41 / ) (3/ 0,7) ν1 = = = 1,978 5 b41 / 5 3/ 0,7 t2 1,931 kδ2 = δ = = 1,024 t2  2 . 1,931 0,643.0,07 Trong đó: 2 2 (b42 / ) (1,5/ 0,7) ν2 = = = 0,643 5 b42 / 5 1,5/ 0,7 t1, t2: bước rãnh stato, rôto δ : khe hở không khí kδ = kδ1. kδ2 = 1,099.0,643 = 1,125 Từ thông chính sau khi đi qua khe hở không khí thì phân thành hai mạch song song đi vào răng và rãnh của phần ứng, nhưng từ dẫn của thép lớn hơn không khí nhiều nên đại bộ phận từ thông đi vào răng. 2) Trong máy có chiều cao tâm trục h ≤ 250 mm thường dùng thép cán nguội ký hiệu 2211, 2212, khi h = 280 ÷ 355 mm dùng thép 2312 có phủ sơn bề mặt và khi h ≥ 400 mm, điện áp 6000V dùng thép 2411 phủ sơn bề mặt. Ta dùng thép kĩ thuật điện cán nguội 2211. 3) Sức từ động khe hở không khí Fδ: 4 4 Fδ = 1,6.Bδ.kδ.δ.10 = 1,6.0,75.1,125.0,07.10 = 945 A Trong đó: Bδ : mật độ từ thông khe hở không khí kδ :hệ số khe hở không khí. δ : khe hở không khí 37 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  38. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ 4) Mật độ từ thông ở răng stator Bz1: B .l1.t1 0,75.1,538 Bz1 = = = 1,701 T bz1.l1.kc 0,714.0,95 Trong đó: Bδ : mật độ từ thông khe hở không khí l1: chiều dài lõi sắt stato. t1: bước rãnh stato 5) Cường độ từ thông trên răng stato Hz1: – Theo bảng V-6 (Phụ lục V, trang 608 TKMĐ). Đường cong từ hóa trên răng động cơ KĐB thép 2211, ta chọn: Hz1=22,2 A/cm 6) Sức từ động trên răng stato: Fz1 = 2.h’z1.Hz1 = 2.2,4.22,2 = 107 A d 12 Trong đó h’ = h – 2 = 28 – = 24 mm z1 r1 3 3 Trong đó: hr1: chiều cao rãnh stato d2: đường kính rãnh stato 7) Mật độ từ thômg ở răng rôto Bz2: B .l 2 .t2 0,75.1,931 Bz2 = = = 1,701 T bz2 .l2 .kc 0,896.0,95 8) Cường độ từ trường trên răng rôto Hz2: – Theo bảngV-6 (Phụ lục V, trang 608 TKMĐ): Hz2 = 22,2 A/vm 9) Sức từ động trên răng rôto Fz2: Fz2 = 2.h’z2.Hz2 = 2.2,97.22,2 = 132 A d 0,68 Trong đó: h’z2 = hr2 – = 3,2 – = 2,97 cm 3 3 hr2: chiều cao rãnh rôto, d: đường kính rãnh rôto. 10) Hệ số bão hòa răng: F F z1 Fz2 945 107 132 kz = = = 1,25 F 945 Hệ số kz nằm trong khoảng thiết kế hợp lý kz thuôc khoảng 1,2÷1,5. 38 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  39. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ 11) Mật độ từ thông trên gông stator Bg1: .104 0,131104 Bg1 = = = 1,5 T 2.hg1.l1.kc 2.3,1.14,8.0,95 12) Cường độ từ trường ở gông stator Hg1: Theo bảng V-9 (Phụ lục V, trang 611 TKMĐ), ta chọn Hg1 = 9,05 A/cm 13) Chiều dài mạch từ ở gông stator Lg1: .(Dn hg1 ) .(34,9 3,1) Lg1 = = = 25 2.p 4 14) Sức từ động ở gông stator Fg1 Fg1 = Lg1.Hg1 = 25.9,05 = 226 A 15) Mật độ từ thông trên gông rôto Bg2 : .104 0,0131.104 Bg2 = = = 0,91 T 2.hg 2 .l2 .kc 2.5,1.14,8.0,95 16) Cường độ từ trường ở gông rôto Hg2: Theo Bảng V-9 (Phụ lục V, trang 611 TKMĐ), ta chọn Hg2 = 2,31 A/cm 17) Chiều dài mạch hở gông rôto Lg2 : .(Dt hg 2 ) .(7 5,1) Lg2 = = = 9,5 cm 2.p 2.2 18) Sức từ động ở gông rôto Fg2 : Fg2 = Lg2.Hg2 = 9,5.2,31 = 22 A 19) Tổng sức từ động của mạch từ F : F = Fδ + Fz1 + Fz2 + Fg1 + Fg2 = 945 + 107 + 132 + 226 + 22 = 1432 A 39 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  40. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ 20) Hệ số bão hòa toàn mạch kμ: F 1432 kμ = = = 1,52 F 945 Với các đại lượng đã chú thích ở trên. 21) Dòng điện từ hóa Iμ: p.F 2.1432 Iμ = = = 14,3 A 2,7.w1.kd1 2,7.80.00,925 Dòng điện từ hóa phần trăm I  14,3 Iμ % = = .100 = 25,5 % I đm 56,1 40 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  41. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ Chương 5: THAM SỐ ĐỘNG CƠ ĐIỆN Ở CHẾ ĐỘ ĐỊNH MỨC 1) Chiều dài phần đầu nối của dây quấn stator lđ1: lđ1= Kđ1.τy + 2B=1,3.17,2 + 2.1= 24,4 cm Trong đó: Chiều rộng trung bình cuả phần tử: .(D hr1 ).y .(23,5 2,8).10 τy= = =17,2 Z1 48 D : đường kính trong lõi sắt stato Kđ1 = 1,3 tra bảng 3-4( trang 69 TKMĐ) các hệ số Kđ1 và Kf1 B=1 y: bước dây stato Z1: số rãnh stato hr1: chiều cao rãnh stato. 2) Chiều dài trung bình nửa vòng của dây quấn stator ltb: ltb= l1 + lđ1 = 14,8 + 24,4 = 39,2 cm 3) Chiều dài dây quấn một pha của stator L1: -2 -2 L1 = 2.ltb.w1.10 = 2.39,2.80.10 = 62,72 (m) 4) Điện trở tác dụng của dây quấn stator r1: L1 r 0 1 Cu75 a .n .S 1 1 1 1 62,72 r . 0,1246() 1 46 4.2.1,368 Theo bảng 5.1(trang 117 sách TKMĐ) điện trở suất của đồng là: Theo quy định, nhiệt độ làm việc tính toán của máy la 75ºC đối với cấp cách điện A, E, B và 115oC đối với cách điện cấp F, H. 1 2 0 (mm / m) cu75 46 Trong đó : n1: sợi dây stato 41 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  42. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ a1: số mạch nhánh song song s1: tiết diện dây stato - Tính theo đơn vị tương đối : I1 56,1 r1 r1. 0,1246 0,032() U1 220 5) Điện trở tác dụng của dây quấn rôto rtd : 2 2 l2 .10 1 14,8.10 4 rtd Al . . 0,3151.10 () S r 2 23 204,2 Theo bảng 5.1 trang 117 sách TKMĐ ta chọn điện trở suất của nhôm: 1 (mm 2 / m) Al 23 6) Điện trở vành ngắn mạch rv : 2 2 .Dv .10 1 .20,3.10 6 rv Al . . 0,933.10 () Z 2 .Sv 23 38.782 7) Điện trở rôto r2 : 2.r 2.0,933.10 6 r r v 0,3151.10 4 = 0,487.10-4 2 td 2 0,3292 zp 180.2 Với : 2sin 2sin 0,329 z2 38 8) Hệ số quy đổi γ: 4.m .(w .k )2 4 3.(80 0,925)2  1 1 d 1730 Z 2 38 9) Điện trở rôto đã quy đổi : / 4 r2  .r2 1730.0,.487.10 0,0843() / / I1 56,1 Tính theo đơn vị tương r2 r2 . 0,0843. 0,021 U1 220 10) 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: 42 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  43. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ h b h h 1 41 2 41 r1 .k 0,785 .k' 3b 2b b b41 Trong đó : β=0,833 1 3 1 3.0,833 k / 0,875  4 4 1 3 1 3 k .k / .0,875 0,9125  4 4  4 4 b’ = d2 = 12 mm ; b = d1 = 9 mm ; b41 = 3 mm ; h41 = 0,5 mm h1 = hr1 - 0,1.d2 - c - h41 =28 - 0,1.12 - 0,4 - 0,5 = 25,9 (mm) d 1 ’ h2 = –( –2.c – c ) = –[(9/2) – 2.0,4–0,5] = –3,2 (mm) 2 11) Hệ số từ dẫn tản tạp stator : 2 2 0,9.t1.(q1.kd1 ) . t1.k41. 1 0,9.1,538.(4.0,925) .0,72.0,97280,0062 λt1= = = 1,045 k . 1,125.0,07 Trong đó: 2 2 b41 0,3 k41=1 – 0,033. = 1 – 0,033 = 0,9728 t1. 1,538.0,07 ρt1=0,72 theo bảng 5.3 trang 137 TKMĐ σ1=0,0062 theo bảng 5.2a trang 134 TKMĐ 43 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  44. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ 12) Hệ số từ tản phần đầu nối λđ1 : q1 4 λđ1=0,34. (lđ1 – 0,64.β.τ) = 0,34. (24,4 – 0,64.0,833.18,46) = 1,338 l 14,8 Trong đó: q1: số rãnh stato lδ:chiều dài tính toán lõi sắt stato lđ1: chiều dài phần đầu nối của dây quấn stato β: bước tương đối τ : bước cực. 13) Hệ số từ dẫn tản của stato : Σλ1=λr1+λt1+λđ1=1,224 + 0,9728 + 1,338 = 3,607 14) Điện kháng dây quấn stator x1 : 2 f1 w1 l x1 0,158. . .1 100 100 p.q1 2 50 80 14,8 x1 0,158. . . 3,607 0,337() 100 100 2.4 - Tính theo đơn vị tương đối: I1 56,1 x1 x1. 0,337. 0,0859 U1 220 Trong đó: w1: số vòng dây nối tiếp của 1 pha. lδ: chiều dài tính toán lõi sắt stato. I1: dòng điện pha định mức. f1, p, q1: là tần số dòng điện, số đôi cực, số rãnh stato. 15) Hệ số từ dẫn tản rãnh rôto λr2 : 2 h .b 2 b h  1 1 0,66 42 k 42 r 2 3.b 8.S 2b b c 42 44 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  45. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ 2 27,4 .6,82 1,5 0,5 = . 1 0,66 .1 = 1,887 3.6,8 8.204,2 2.6,8 1,5 Trong đó : h42 = 0,5 mm; b42 = 1,5mm ; b = b’ = d2 = d1= 6,8 mm 2 k=1 ; Sc= 204,2 mm h1 = hr2 – h42 – b/2 – 0,1b = 32 – 0,5 – 6,8/2 – 0,1.6,8 = 27,4 mm 16) Hệ số từ dẫn tản tạp rôto : – Tính theo công thức sau : 2 0,9.t2 q2 .kd 2 . t 2 .kt 2 t 2 . t 2 k . 2 38 0,9.1,931 .1.1 3 4  .0,0092 2,036 t 2 1,125.0,07 Z 2 38 Trong đó: q 2 3.2 p 3.4 Đối với dây quấn rôto lồng sóc thì: kδ2 = 1; ρt2=1 ; kt2 = 1 ; σ2 = 0,0092 theo bảng 5-2c (trang 136 TKMĐ) 17) Hệ số từ dẫn tản phần đầu nối : Theo công thức với rôto lồng sóc đúc nhôm, vòng ngắn mạch coi ở liền, sát với đầu lõi sắt rôto: 2,3Dv 4,7Dv d 2 2 lg Z 2.l2. a 2b 2,3.20 4,7.20  lg 0,817 d 2 38.14,8.0,3292 3,2 2.2,3 Trong đó: Dv: đường kính trung bình của vành ngắn mạch. l2: chiều dài tính toán lõi sắt rôto. a, b: kích thước vành ngắn mạch. Z2: số rãnh rôto. zp 180.2 2sin 2sin 0,329 z2 38 45 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  46. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ 18) Hệ số từ tản do rãnh nghiêng: 2 2 b 1,538 n rn 0,5t 2 0,5.2,036 0,646 t2 1,931 19) Hệ số từ tản rôto: 2 r 2 t 2 d 2 rn 1,887 2,036 0,817 0,646 5,386 20) Điện kháng tản dây quấn rôto: 8 8 4 x2 7,9. f1.l2 .2 .10 7,9 50 14,4 5,386.10 3,15.10 () 21) Điện kháng rôto đã quy đổi: -4 x’2=γ.x2=1730.3,15.10 = 0,5446 Ω Tính theo đơn vị tương đối: 56,1 I1 x2*=x2’. =0,5446. =0,139 U 1 220 Với γ : hệ số quy đổi. 22) Điện kháng hổ cảm x12 : U1 I .x1 220 14,3.0,337 x12= = =15,05 Ω I  14,3 Tính theo đơn vị tương đối : * I1 56,1 x12 =x12. =15,05. =3,84 U 1 220 23) Tính lại kE : U1 I .x1 220 14,3.0,337 kE= = =0,978 U1 220 Trong đó: U1: điện áp dây đặt vào dây quấn stato. Iµ: dòng điện từ hóa x1: điện kháng tản dây quấn stato Trị số này không sai khác nhiều so với trị số ban đầu k E=0,98 nên không cần tính lại. 46 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  47. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ Chương 6: TỔN HAO THÉP VÀ TỔN HAO CƠ 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 ở động cơ điện xoay chiều hoặc do sự biến dạng của từ trường phản ứng phần ứng và từ trường của phần tử đổi chiều ở động cơ điện một chiều. + 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. 1) Trọng lượng răng stato: -3 -3 GZ1 = γFe.Z1.bZ1.h’Z1.l1.kc1.10 =7,8.48.0,714.2,38.14,8.0,95.10 = 8,95 kg Trong đó: 3 γFe = 7,8 kg/dm tỷ trọng của sắt kc1 = 0,95 hệ số ép chặt Z1 = 48 số rãnh stato l1 = 14,8 cm chiều dài lõi thép stato h’Z1 = 2,38 cm chiều cao răng stato bZ1 = 0,714 cm chiều rộng răng stato 2) Trọng lượng gông từ stato : -3 -3 Gg1 = γFe.l1.Lg1.hg1.2.p.kc.10 = 7,8.14,8.25.3,1.2.2.0,95.10 = 34 kg. 3) Tổn hao sắt trong lõi sắt stato : Trong răng: 2 -3 2 -3 PFeZ1 = kgc.p1/50.B Z1.GZ1.10 = 1,8.2,5.1,7 .8,95.10 = 0,116 kW Trong đó: kgc =1,8 hệ số gia công răng stato, đối với máy điện không đồng bộ P ≤250 kW 47 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  48. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ p1/50=2,5 suất tổn hao thép ở tần số từ hóa f = 50Hz. tra bảng V-14 phụ lục V (trang 618 TKMĐ) BZ1: mật độ từ thông ở răng stato. Trong gông: 2 -3 2 -3 PFeg1 = kgc.p1/50.B2g1 .Gg1.10 = 1,6.2,5.1,5 .34.10 = 0,306 kW kgc = 1,6 hệ số gia công gông stato, đối với máy điện không đồng bộ P ≤250 kW Gg1: trọng lượng gông từ stato (kg) Trong cả lõi sắt stato: PFe’ = PFeZ1+ PFeg1 = 0,116 + 0,306 = 0,422 kW 4)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. (t2 b42 ) 7 Pbm 2 p. .l2 .pbm .10 t2 (1,931 0,15) P 4.18,46. .14,8.274.10 7 0,028kW bm 1,931 Trong đó: τ : bước cực stato t2: bước răng rôto. b42: bề rộng miệng rãnh rôto pbm: Suất tổn hao bề mặt trung bình trên một đơn vị bề mặt roto chọn k0 = 2: Hệ số kinh nghiệm. 48 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  49. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ 1,5 Z1.n1 2 pbm 0,5.k0 10B0 .t1 10000 1,5 48 1500 2 pbm 0,5 2. 10.0,245.1,538 274kW 10000 Bo: biên độ dao động của mật độ từ thông tại khe hở không khí. B0  0 .k .B 0,2 1,1026 0,75 0,245 b 3  0,2khi 41 3,53 (theo hình 6-1 trang 141 sách TKMĐ) 0  0,85 5)Tổn hao đập mạch trên răng rôto : 2 Z1.n1 3 Pdm2 0,11 10.Bdm GZ 2 .10 10000 2 48 1500 3 Pdm2 0,11 10.0,062 10,6.10 0,023(kW ) 10000 Trong đó: Bđm : Biên độ dao động của mật độ từ thông trong răng 1. 1,978.0,07 Bdm2 BZ 2 .1,745 0,062T 2t1 2.1,931 Trong đó: v1 đã tính toán ở chương 4. GZ2 trọng lượng răng roto: 3 GZ 2  Fe .Z 2 .h'Z 2 .b'Z 2 .l2 .kc .10 3 GZ 2 7,8.38.2,97.0,896.14,8 0,95.10 11,09(kg) 6)Tổng tổn hao thép : P P' P P Fe Fe bm 2 âm 2 PFe 0,422 0,028 0,024 0,478(kW ) 7) Tổn hao cơ : 2 4 n1 Dn 3 Pco k .10 1000 10 2 4 1500 34,9 3 Pco 1. .10 0,334(kW ) 1000 10 Trong đó k = 1 khi 2p = 48. 8)Tổn hao không tải : P0 = PFe + Pcơ = 0,478 + 0,334 = 0,812 (kW) 49 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  50. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ Chương 7: ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC Sau khi xác định kích thước và dây quấn của động cơ ,tính toán các tham số máy điện và các tổn hao ta có thể xác định đặc tính làm việc của máy bằng hai phương pháp – phương pháp đồ thị vòng tròn. – Phương pháp giải tích. Ở đây ta chọn phương pháp giải tích vì phương pháp này cho kết quả chính xác hơn. Phương pháp giải tích dưa vào mạch điện thay thế và giản đồ vectơ của động cơ không đồng bộ: r1 = 0,1233 Ω x1 = 0,337 Ω x12 =15,05 Ω r2’ = 0,0843 Ω x2’ =0,5446 Ω 1) Hệ số C1: x1 0,337 C1 = 1+ = 1 + = 1,022 x12 15,05 2 C1 = 1,044 2) Thành phần phản kháng của dòng điện ở chế độ đồng bộ: Iđbx = Iμ = 14,3 A 3) Thành phần tác dụng của dòng điện ở chế độ đồng bộ: 3 2 PFe .10 .I  .r1 478 3.14,3.0,1233 Iđbr = = = 0,839 A 3.U1 3.220 4) Sức điện động E1 : E1 = U – Iμ.x1 = 220 – 14,3.0,337 = 215,2 A 6.w1.kd1 6.80.0,925 k1 = = = 11,68 Z 2 38 I 2 616 I’2 = = = 52,72 A k1 11,68 50 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  51. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ 5) Hệ số trượt định mức: I'2 .r2 ' 52,72.0,0843 sđm = = = 0,0206 E1 215,2 6) Hệ số trượt tại momen cực đại: r2 ' 0,0843 sm = = = 0,096 x1 0,337 x2 ' 0,5446 c1 1,022 7) Bội số momen cực đại: S I'2m đm 161,76 0,0206 M max 2 2 mmax = = ( ) = ( ) . = 2,383 M đm I'2đm S m 50,08 0,096 I’2max = 161,76 A dòng điện rôto ứng với smax I’2đm = 50,08 A dòng điện rôto ứng với sđm So với giá trị chọn ban đầu mmax = 2,2 là lớn hơn nên không cần tính lại. b I (A) η 1 S % cosφ 1 50 0,9 0,8 40 2 0,7 I1 0,6 30 s 0,5 0,4 20 1 0,3 0,2 10 0,1 P (KW) 0 0 10 20 30 §Æc tÝnh lµm viÖc cña ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé r«to lång sãc 30 KW 51 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  52. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ Các số liệu đặc tính làm việc: Đơn Hệ số trượt Công thức vị 0,005 0,01 0,015 0,0206 0,025 0,096 r r / 2 1 2 rns C1  17,728 8,927 5,993 4,398 3,646 1,043 C1 s x 0,913 0,913 0,913 0,913 0,913 0,913 2 1 /  xns C1 x2 C1 2 2 Z ns rns x ns  17,75 8,97 6,06 4,49 3,76 1,39 / U1 I2 C1 A 12,67 25,07 37,1 50,08 59,8 161,76 Z ns / rns cos 2 0,9988 0.9952 0,9889 0,9795 0,9697 Z ns / xns sin 2 0,051 0,102 0,151 0,203 0,243 Z ns / I 2 ' I1r I dbr cos 2 C1 A 13,22 25,25 36,74 48,84 57,58 / I 2 ' I1x I dbx sin 2 A 14,93 16,8 19,78 24,25 28,52 C1 2 2 I1 I1r I1x A 19,94 30,33 41,73 54,53 64,26 I1r cos 1 0,663 0,833 0,88 0,896 0,897 I1 3 P1 3U1I1r .10 kW 8,725 16,665 24,248 32,234 38,003 2 3 PCu1 3I1 r1.10 kW 0,147 0,34 0,644 1,1 1,527 ' 2 / 3 PCu2 3I 2 r2 .10 kW 0,041 0,159 0,348 0,634 0,904 P0 kW 0,812 0,812 0,812 0,812 0,812 Pf 0,005P1 kW 0,0436 0,083 0,121 0,161 0,19 P P0 Pf PCu1 kW 1,044 1,394 1,925 2,707 3,433 PCu2 P2 P1 P kW 7,681 15,571 22,323 24,527 34,57 P  2 .100 % 88,03 91,6 92,06 91,58 90,97 P1 52 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  53. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ Chương 8: TÍNH TOÁN ĐẶC TÍNH KHỞI ĐỘNG 1) 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):  = 0,067.a.s = 0,067.31,5.1 = 2 Trong đó: a = hr2 – h42=32 – 0,5=31,5 mm hr2: chiều cao rãnh rôto. h42: chiều cao miệng rãnh. – Theo hình 10-13 (trang 256 TKMĐ) Với :  = 2 tra ra  = 0,75 ,φ = 1 kR = 1 + φ = 1 + 1 = 2 -4 -3 rtd = kR.rtd = 2.0,3151.10 =0,063.10 Ω Với rtd: điện trở tác dụng của dây quấn rôto. – Điện trở của rôto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s=1 2.r 2.0,933.10 3 r = r + v = (0,63 + ).10-4=0,647.10-4 Ω 2 td 2 0,3292 Với : rv: điện trở vành ngắn mạch. .p ∆= 2sin = 0,329 Z 2 – Điện trở rôto đã qui đổi : -4 r’2 = γ.r2 = 1730.0,647.10 = 0,112 Ω – Hệ số từ dẫn rãnh rôto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s = 1: 2 h1 .b h h 2 (1 0,66 42 ) 42 λr2 = [ ]. + 3.b 8.Sc 2.b b42 24,7 .6,82 1,5 0,5 =[(1 0,66 ].0,75 + = 1,499 3.6,8 8.204,2 2.6,8 1,5 – Tổng hệ số từ dẫn rôto khi xét đên hiệu ứng mặt ngoài với s = 1: Σλ2= λ2r + λt2 + λđ2 + λrn = 1,499 + 2,036 + 0,817 + 0,646 = 4,998 53 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  54. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ – Điện kháng rôto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài: 2 4,998 x’2=x’2 = 0,5446. = 0,5054 Ω 2 5,386 –Tổng trở ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài: rn = r1 + r2’ = 0,1246 + 0,112 = 0,2366  xn = x1 + x’2 = 0,337 + 0,5054 = 0,8424 Ω 2 2 2 2 Zn=rn xn =0,2366 0,8424 = 0,875 Ω – Dòng điện ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài: U1 220 In= = =251,4 A Z n 0,875 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=1,44 – Dòng điện ngắn mạch khki xét cả hiệu ứng mặt ngoài và sự bão hòa của mạch từ tản: Inbh = kbh.In = 1,44.251,4 = 362 A – Sức từ động trung bình của một rãnh stator I nbh .ur Z1 Fzbh = 0,7. .(k  k y .kđ . ) a1 Z 2 352.40 48 = 0,7.(0,88 0,966.0,925. ) = 4949 4 38 Trong đó: ur = 40 Số thanh dẫn tác dụng trong rãnh stator a1=4 Số mạch nhánh song song kβ= 0,88: Hệ số tính đến sức từ động nhỏ bước ngắn tra theo hình 10-14(trang 259 TKMĐ) 54 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  55. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ ky= 0,966 hệ số bước ngắn của dây quấn kđ= 0,925 Hệ số dâu quấn  0,07 Cbh=0,64+2,5. =0,64+2,5. = 0,995 t1 t2 1,538 1,931 t1, t2: bước rãnh stato va rôto. 4 4 Fzbh .10 4949.10 Bδ = = = 4,44 T 1,6.C bh . 1,6.0,995.0,07 Theo hình 10-15 (trang 260 TKMĐ) Chọn:  = 0,58 C1 = (t1 –b41)(1 – ) = (1,538 –0,3)(1 – 0,58) = 0,51 h41 0,58.h3 C1 0,05 0,58.0,45 0.51 λ1bh = . = . = 0,551 b41 C1 1,5.b41 0,3 0.51 1,5.0,3 C1: tính ở trên. h41: chiều cao miệng rãnh stato. b41: chiều rộng miệng rãnh stato. h3: (minh họa như hình bên). – Hệ số từ tản rãnh khi xét đến bảo hòa mạch từ tản λr1bh = λr1 – λ1bh = 1,224 – 0,551 = 0,673 – Hệ số từ tản tạp stato khi xét đến bảo hòa mạch từ tản: λt1bh = λt1. = 1,045.0,58 = 0,606 – Tổng hệ số từ tản stato khi xét đến bão hòa mạch từ tản : Σλ1bh = λr1bh + λt1bh + λđ1 = 0,606 + 0,673 + 1,338 = 2,495 – Điện kháng stato khi xét đến bão hòa mạch từ tản : 2,495 1bh xbh = x1. = 0,337. = 0,233 Ω 1 3,607 C2 = (t2 – b42).( 1 –  ) = ( 1,931 – 0,15 ).( 1– 0,58) = 0,748 h42 C 2 0,05 0,748 λ2bh = . = . = 0,2777 b42 C2 b42 0,15 0,748 0,15 55 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  56. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ – Hệ số từ tản rôto khi xét đến bão hòa mạch từ tản và hiệu ứng mặt ngoài: λr2bh = λr2 – λ2bh = 1,449 – 0,2777 = 1,1713 – Hệ số từ tản tạp rôto khi xét đến bão hòa mạch từ tản: λt2bh=λt2.=2,036.0,58 = 1,18 – Hệ số từ tản do rãnh nghiêng rôto khi xét đến bão hòa mạch từ tản: λrnbh = λrn. = 0,646.0,58 = 0,375 –Tổng hệ số từ tản rôto khi xét đến bão hòa mạch từ tản và hiệu ứng mặt ngoài Σλ2bh = λr2bh + λt2bh + λđ2 + λrnbh = 1,1713 + 1,18 + 0,854 + 0,375 = 3,58 –Điện kháng rôto khi xét đến hiệu ứng mắt ngoài và bão hòa từ của mạch từ tản:  2bh 3,58 x’2bh = x’2. = 0,5446. = 0,362 Ω  2 5,386 3) Các tham số ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài và sự bão hòa của nạch từ tản : rn = r1 + r’2 = 0,1233 + 0,112 = 0,2353 Ω xnbh = x1bh + x’2bh = 0,233 + 0,362 = 0,595 Ω 2 2 2 2 Znbh = r n x nbh = 0,2366 0,595 = 0,62 Ω 4) Dòng điện khởi động : U1 220 Ik= 355 A Z nbh 0,62 Trị số này không sai khác nhiều với trị số giả thiết ở mục 2 nên không cần tính lại 5) Bội số dòng điện khởi động : I k 355 ik = 6,38 I đm 55,6 Giá trị này không sai khác nhiều so với giá trị chọn ban đầu. 56 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  57. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ Điện kháng hổ cảm khi xét đến bão hòa: x12n = x12.k = 15,05.1,52 = 22,876 x'2bh 0,341 I k 349 C2bh=1+ 1 =1,016, I’2k= 343,5 A x12n 22,876 C 2bh 1,016 6) Bội số momen khởi động: I'2k r'2 0,141 2 343,5 2 mk = ( ) . .sđm = ( ) . .0,0206 = 1,6 I'2đm r'2 51,6 0,0843 57 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  58. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ Chương 9: TÍNH TOÁN NHIỆT Khi làm việc, trong máy điện luôn sinh ra các tổn hao, biến thành nhiệt năng và làm nóng các bộ phận của máy. Khi trạng thái nhiệt trong máy đã ổn định thì toàn bộ nhiệt lượng phát ra từ máy đều tỏa ra môi trường xung quanh nhờ sự chênh lệch nhiệt giữa các bộ phận của máy bị đốt nóng và môi trường bên ngoài. Nhiệm vụ của tính toán nhiệt là xác định độ tăng nhiệt của các bộ phận trong máy điện. Đây là quá trình phức tạp vì kết cấu của máy điện khác nhau, quá trình sản xuất khác nhau đều ảnh hưởng đến quá trình tản nhiệt của máy. Độ tăng nhiệt phụ thuộc vào tính chất vật liệu mà chủ yếu là vật liệu cách điện, chọn độ tăng nhiệt thấp chưa hẳn là ưu điểm vì còn phải tính đến việc sử dụng vật liệu có hiệu suất kinh tế tốt nhất. Độ tăng nhiệt còn phụ thuộc vào chế độ làm việc của động cơ, môi trường làm việc (nhiệt độ, độ ẩm) và công nghệ chế tạo. Tản nhiệt trong máy điện thông qua hai hình thức: truyền nhiệt trong vật rắn và tản nhiệt nhờ bức xạ, đối lưu. Giải quyết vấn đề tản nhiệt cho máy điện là một việc quan trọng nhất là khi thiết kế cho một máy mới. Việc tính toán nhiệt liên quan chặt chẽ đến việc làm nguội máy và cuối cùng là xác định độ tăng nhiệt θ cho phép giữa dây quấn máy điện và môi trường. Động cơ địên không đồng bộ kiểu kín IP44 này được tính toán nhiệt theo sơ đồ thay thế nhiệt. Máy có quạt thổi ngoài vỏ máy qua các cánh tản nhiệt, đồng thời có gió tuần hoàn trong vỏ máy nhờ cánh quạt đặt trên vành ngắn mạch của rôto lồng sóc. Tâm cao máy h = 200 mm và chiều dài lắp đặt của vỏ là S. 58 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  59. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ   Cu Rcd Fe P PCu Fe Qcd RCu Qcd R QFe Fe PR / Rd Q  / R  P Sơ đồ thay thế nhiệt – Các nguồn nhiệt do các tổn hao sinh ra:  Tổn hao đồng trên dây quấn stato: PCu.  Tổn hao sắt: PFe.  Tổn hao trên rôto: PR.  Tổn hao phụ: Pf, Pđm, Pbm. – Các nhiệt trở gồm:  Nhiệt trở cách điện: Rc.  Nhiệt trở phần đầu nối: Rđ.  Nhiệt trở chỗ tiếp giáp giữa lõi sắt stato với vỏ và trên gông stato: RFe.  Nhiệt trở đặc trưng cho độ chênh lệch giữa không khí nóng bên trong máy với vỏ máy: R '  Nhiệt trở tản nhiệt bề mặt giữa vỏ và nắp máy với môi trường: R 1. Các nguồn nhiệt trên sơ đồ thay thế nhiệt bao gồm: – Tổn hao trên stato: QCu1 = PCu1 + 0,5Pf = 1114 + 0,5 169 = 1195(W) – Tổn hao sắt trên stator: QFe = PFe = 430 (W) – Tổn hao trên rôto: QR = PCu2 + 0,5Pf + Pcơ + Pbm2 + Pđm2 59 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  60. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ QR = 625 + 0,5.163 + 334 + 25 + 23 = 1090 (W) 2. Nhiệt trở trên mặt lõi sắt stator: 1 1 1 R R R . Fe Feg g S Dn g g 1 1 1 2 o = . 1,01.10 ( C /W ) 2193 0,09 0,09 Trong đó: g : Hệ số tản nhiệt. 2 Fe 30.10 2 0 g 0,09(W / cm C) hg1 3,328 g : Hệ số truyền nhiệt kinh nghiệm 2 0 2 0 g 0,08  0,1 W / cm . C, ta chọn g = 0,09W/cm . C Diện tích bề mặt truyền nhiệt của gông (lấy bằng diện tích bề mặt hình trụ ngoài của lõi sắt stato): 2 S g1 SDn .Dn .l1 .34,9.20 2193(cm ) 3. Nhiệt trở phần đầu nối dây quấn stator: Gồm nhiệt trở của lớp cách điện phần đầu nối và nhiệt trở đặc trưng cho độ chênh nhiệt độ giữa bề mặt phần đầu nối và không khí bên trong máy.  c 1 Rd c .S d d .S d 1 0,04 1 R 0,18.10 2 ( 0 C /W ) d 2 16399 0,16.10 0,189 Trong đó:   c = 0,02(cm) :cách điện đầu nối bằng băng vải. -2 0   c =0,16.10 W/ C (cách điện theo cấp B)bảng 8.1(trang 166 TKMĐ) 60 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  61. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ  Hệ số tản nhiệt đầu dây quấn là : 2 3 2 3 2 d (1 0,54.vR ).10 (1 0,54 18,33 ).10 0,189(W / cm C) n đm = 1450 (vòng/phút) Tốc độ gió thổi ở đầu dây quấn lấy bằng tốc độ bề mặt roto là : .D.n .23,8.1450 v 18,07(m / s) R 6000 6000 S d: Diện tích tản nhiệt đầu dây quấn, với dây quấn 2 lớp : 2 Sd = 2.Z1.Cb.ld = 2.48.7,03.24,3 16399(cm ) Với Cb: chu vi của bối dây ' C b (h r1 b r1 ). 2.k d = (2,75 + 1,05) 2 0,925 = 7,03(cm) ' hr1 = d = hr1 – h41 = 28 – 0,5 = 27,5 (mm) d d 9 12 b d 1 2 10,5 mm 1,05 cm r1 2 2 4. Nhiệt trở đặc trưng cho độ chênh lệch giữa không khí nóng bên trong máy và vỏ máy: / 1 1 2 0 R / 3 8,3.10 ( C /W ) .S 2,98.10 .4000 Trongđó: 3 3 3 2  0 (1 k0 .vR ).10 1,42 (1 0,06 18,33).10 2,98.10 (W / cm C) ko: hệ số tính đến sự hoàn hảo của sự dịch chuyển dòng không khí ở bề mặt phần đầu nối dây quấn ko= 0,05 ÷ 0,07.chọn ko = 0,06. /  S : Diện tich bề mặt bên trong vỏ máy, bao gồm những phần không tiếp xúc với bề mặt ngoài của lõi thép stato. / 2 S = 4000 cm xác định theo kết cấu máy. 61 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  62. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ 5. Nhiệt trở bề mặt ngoài vỏ máy: 1 R / / // '' v .Sv n .S n n .S n 1 R 11,6.10 3.6000 10,5.10 3.1000 1,42.10 3.1000 0 R 0,01226( C /W ) 2 c g b 1,5 3,85.10 0,3 Trong đó: k g / . 3 . 1,92 b c v b c 0,3 1,5 6,06.10 0,3 1,5 2 2 2 o g ..th(h) 1 4.10 .th(1.2,5) 3,95.10 (W/cm C) 2 / 2.6,06.10 3  v 1 .b 4.10 2 0,3 / 0,2 0,8 4 n 3,6 d Vv .10 / 0,2 0,8 4 3 2 n 3,6 0,024 269 .10 10,5.10 (W / cm C) Với d = 2,4 cm: Đường kính rãnh thông gió 2.h.c 2.1,5.6,06 d 2,4 cm h c 1,5 6,06 V V: Tốc độ gió thổi mặt ngoài vỏ máy đã tính đến sự suy giảm 50% theo chiều dài gân tản nhiệt. Đường kính ngoài cánh quạt lấy bằng Dn. .D .n .34,9.1470 V 0,5 n 0,5. 13,5(m / s) v 6000 6000 Hệ số tản nhiệt trên nắp Ġ có thể lấy bằng hệ số Ġ: // 3 2 n 0 1,42.10 (W / cm C) Sv: Diện tích tản nhiệt của vỏ máy (kể cả gân) Sv =  Dn1 2.q ng .b ng 2.h b .L = =  34,9 2.0,5 19.0,3 19 2.2,5 0,3 .29,6 6000cm2 Chọn Chiều dài vỏ máy bằng 2 lần chiều dài stato: L = 2.l1 = 2.14,8 = 29,6 ng: số gân tản nhiệt: Dn 2.a 34,9 2.0,5 ng = = = 62,66 b c 0,3 1,5 62 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  63. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ chọn ng = 62 gân. 2 Diện tích của nắp Sn = S'n = 1000cm h c 1 Hình 9.2. Kích thước cánh tản nhiệt trên thân máy. b = 3 (mm): chiều dày gân. h = 15 (mm):chiều cao cánh. c = 12 (mm): khoảng cách trung bình giữa các gân. 6. Nhiệt trở trên lớp cách điện rãnh:  c 0,03 3 o Rc = = 3 2,78.10 ( C /W ) c .Sc 1,6.10 .6749 63 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  64. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ Trong đó:  c 0,03(cm) : độ dầy cách điện rãnh Tiết diện truyền nhiệt của lớp cách điện: 2 Sc = Z1.Cb.l1 = 48.7,03.20 = 6749 cm 7. Độ chênh nhiệt của vỏ máy với môi trường: 2 0  (QCu1 PFe PR ).R (1195 430 1090).1,226.10 33,3( C) 8. Độ tăng nhiệt của dây quấn stato: / RFe Rc Qcu1 RFe Rc PFe .RFe PR .R / Rd R 1  RFe Rc 1 / Rd R 1,01 0,36 1195(1,01 0,36).10 2 430.1,01 1090.8,3 .10 2 0,24 8,3  33,3 1 1,01 0,36 1 0,24 8,3 0 1 63( C) 64 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  65. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ KẾT LUẬN Khi được giao nhiệm vụ làm đề tài đồ án “thiết kế động cơ điện không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc”. Sau gần 2 tháng tìm tòi tài liệu, quan sát thực tế các loại động cơ trong thực tiễn, cùng với sự hướng dẫn nhiệt tình của Thầy Nguyễn Văn Hà, và các thầy cô khác trong bộ môn đã giúp em hoàn thành đồ án này. Trong nội dung của bản của đồ án này, em đã trình bày đặc tính, nguyên lý hoạt động của máy điện nói chung và động cơ không đồng bộ 3 pha nói riêng,phân tích tính toán và lựa chọn các thông số, kết cấu phù hợp. Trong quá trình làm đồ án, em đã nỗ lực hết sức mình, cộng với sự hướng dẫn tận tình của Thầy Nguyễn Văn Hà và các thầy cô khác trong khoa, em đã giải quyết được cơ bản yêu cầu mà đề tài đặt ra và hoàn thành đúng tiến độ. Nhưng bản thân còn gặp nhiều khó khăn trong quá trìn tìm tài liệu, kiến thức và kinh nghiệm thiết kế cũng như kinh nghiệm thực tế còn hạn chế, do đó trong quá trình tính toán thiết kế còn nhiều hạn chế, chưa hợp lý. Do đó, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp xây dựng của Thầy Cô, bạn bè để em có thể hoàn thiện hơn. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Văn Hà, Thầy Nguyễn Anh Tuấn, Thầy Ngô Đức Kiên và các thầy cô khác trong bộ môn đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này ! Vinh , ngày 11 tháng 11 năm 2010 Sinh viên thực hiện: Phan Văn Kiên 65 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3
  66. ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY ĐIỆN GVHD: NGUYỄN VĂN HÀ CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN – Trần Khánh Hà, Nguyễn Hồng Thanh (nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật). [2] MÁY ĐIỆN 1 – Vũ Gia Hanh, Trần khánh Hà, Phan Tử Thụ (nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật). [3] MÁY ĐIỆN 1 – ĐH BK ĐÀ NẴNG. 66 SVTH: PHAN VĂN KIÊN LỚP: ĐH ĐIỆN C K3