Hợp tác nghiên cứu thiết kế và chế tạo động cơ chìm lắp với máy bơm chìm công suất N = 37KW phục vụ nông nghiệp: xây dựng quy trình công nghệ tháo lắp động cơ điện chìm doc

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TỔNG CÔNG TY CƠ ĐIỆN - XÂY DỰNG NÔNG NGHIỆP VÀ THỦY LỢI TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU TƯ VẤN CƠ ĐIỆN VÀ XÂY DỰNG Số 6, Nguyễn Công Trứ, Quận H

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TỔNG CÔNG TY CƠ ĐIỆN - XÂY DỰNG NÔNG NGHIỆP VÀ THỦY LỢI

TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU TƯ VẤN CƠ ĐIỆN VÀ XÂY DỰNG

Số 6, Nguyễn Công Trứ, Quận Hai Bà Trưng, Hà Nội

Báo cáo chuyên đề của Đề tài:

“HỢP TÁC NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO

ĐỘNG CƠ ĐIỆN CHÌM LẮP VỚI MÁY BƠM CHÌM CÔNG SUẤT N = 37KW PHỤC VỤ NÔNG NGHIỆP”

Nội dung chuyên đề:

“Nghiên cứu, tính toán thiết kế động cơ điện chìm”

PGS.TS Nguyễn Văn Bày

865%} -2

Aol s{oeé

D2-3-DS

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

BỘ NÔNG NGIIIỆP VÀ PTNT

TỔNG CÔNG TY CƠ ĐIỆN - XD NN & TL

TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU, TƯ VẤN

CƠ ĐIỆN VẢ XÂY DỰNG

DANH SÁCH TÁC GIẢ

CỦA ĐỂ TÀI KH&CN CẤP NHÀ NƯỚC

1 Tên Đề tài:

“Hợp tác nghiên cứu thiết kế và chế tạo động cơ điện chìm lắp với máy

bơm chìm công suất N= 37kW phục vụ nông nghiệp”

Trung tâm nghiên cứu, tư vấn cơ điện v à xây dung (REMECO)

(Tên cũ: Trung tâm tư vấn đầu tư, thiết kế, công nghệ cơ điện nông nghiệp và thủy lợi)

1 | PGS TS Nguyén Van Bay

L

11

MỤC LỤC

Nghiên cứu, tính toán, thiết kế động cơ điện chìm

Lựa chọn đối tượng nghiên cứu

1⁄2 Cơ sở lý thuyết tính toán động cơ điện chìm

Những đặc điểm của động cơ điện chìm

Tính toán các thông số kỹ thuật

Tinh toán nhiệt

Phần mềm thiết kế động cơ điện chìm không đồng bộ ba pha

Giới thiệu chung về phần mềm tính toán

II.2 Tính toán điện từ của động cơ điện chìm

IH.3 Kiểm tra thiết kế động cơ điện chìm không đồng bộ ba pha

I Nghiên cứu, tính toán, thiết kế động cơ điện chìm

LI Lựa chọn dối tượng nghiên cứu

Trong thực tế, ngành nông nghiệp đã và đang sử dụng hàng vạn máy bơm trục đứng, trục ngang và trục đặt nghiêng lắp với động cơ điện lồng sóc ba pha

công suất Ñ = (32 - 37)KW Nhiều trạm bơm mới đang được thiết kế, xây dựng

và lắp đạt các máy bơm có công suất tương tự Đề tài nghiên cứu cấp Nhà nước theo Nghị định thư về thiết kế, chế tạo máy bơm chìm phục vụ tưới tiêu trong nông nghiệp đã xác định đối tượng nghiên cứu rất quan trọng là máy bơm có lưu lượng Q = 800 - 1.100 m*/h, H = 8 - 12m và công suất N = 37kw Thực tế đã khẳng định là việc lựa chọn loại bơm chìm có công suất nêu trên để đi sâu nghiên cứu là đúng và có ý nghiã khoa học kỹ thuật cao cũng như đem lại hiệu quả kinh tế tốt

Gắn liền với các máy bơm chìm phục vụ tưới tiêu trong nông nghiệp, có

thể chọn đối tượng nghiên cứu động cơ điện chìm công suất NÑ = 37 kw, số vòng

quay n = 1.450 v/ph, điện áp U = 380V, tần số điện ƒ = 50 Hz với kết cấu kiểu lồng sóc Loại động cơ điện chìm này có thể áp dụng rộng rãi trong sản xuất, lắp với hàng loạt kiểu bơm khác nhau với các thông số kỹ thuật khác nhau (H = 8 - 60m, Q = 100 - 1.100 m/⁄h) Kinh nghiệm sử dụng động cơ điện chìm lắp với máy bơm chìm phục vụ tưới tiêu trong nông nghiệp của các nước trên thế giới và

ở Việt Nam chỉ rõ là phải dùng động cơ điện chìm 3 pha kiêủ khô trục đứng hoặc trục ngang

1.2 Cơ sở lý thuyết tính toán động cơ điện chim

12.1 Tình hình chung về thiết kế động cơ điện chìm

Đối với các động cơ điện bình thường khi thiết kế phải tính toán kích

thước hình học và tải trọng điện từ đảm bảo sử dụng tốt nhất các vật liệu, các

chỉ tiêu sử dụng bắt buộc và đặc tính của nó

Một trong các chỉ tiêu chính nằm trong việc lựa chọn tải trọng điện từ

và các kích thước hình học của động cơ điện - đó là máy tính

Mô hình hoá số liệu chỉ dẫn đã được Ê Arnônđôm, M.Vitmarôm,G H

Petrôvam, C I Senpherôm đề xuất Hạn chế của các phương án máy tĩnh là khống chế sử dụng chúng khi thiết kế động cơ điện làm cho ta không thể so

sánh với các động cơ bình thường về sự thay đổi ở dải rộng cảm ứng trong các phần khác nhau của dây dẫn từ và tải trọng trực tiếp khi tần số quay khác

nhau và tần số dòng khác nhau, khi thay đổi các kích thước hình học tần số, vận tốc, công suất và các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

Phương án máy cố định I.M PastnhicôVa được Ê Arnônđa biến đổi và

thể hiện qua các hệ số sử dụng vật liệu cho máy và sự tăng nhiệt của lõi dây Máy cố định đa dạng được đề xuất để chọn các thông số chính của động cơ Chọn các kích thước hình học hợp lý và mối tương quan giữa chúng dựa vào

máy cố định hoàn hảo chuẩn hoá độ ổn định với hệ số đặc trưng cho việc đưa

vào các vật liệu hoạt tính trên cơ sở độ lớn mật độ dòng điện trong cuộn stato và trên giá trị cảm ứng từ trong khung dây của nó

Trong các phương trình của I.M Pastnhicôva có tính toán nhiều các yếu

tố hơn so với trong phương trình của Ê Amônđa, M Vitđmara và những người khác, nhưng nó cũng không cho phép đánh giá ảnh hưởng của các kích thước hình học, tần số và số lượng điện tử đến trọng lượng và kích thước của các động

cơ không đồng bộ (động cơ thông dụng) và cũng không thể hiện được mật độ dòng và cảm ứng trong đây đến các chỉ số của nó khi thay đổi công suất, kích thước hình học và tần số dòng

Khi phân tích tính hiệu quả của động cơ điện chìm, điều cần lưu ý chính

đó là đường kính bao nhỏ nhất và hệ số sử dụng hữu ích cực đại với giá trị cos¢ hợp lý Bắt buộc phải giải một bài toán phức tạp tìm mối liên hệ cho phép xác định các kích thước của động cơ và tải trọng điện từ để có được động cơ với các thông số ấn định và các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cao

Hệ phương trình thể hiện mối tương quan giữa các chỉ tiêu vật lý và hình

học của động cơ điện chìm là mối liên hệ không đơn giản của nhiều biến số

không liên quan còn gọi là các giá trị phân tán Giải hệ các phương trình này cần

tiến hành ở các thời điểm đa dạng Ngoài ra, tính toán điện từ bất buộc phải tính

các tổn thất cơ học: Xác định độ võng của trục và vận tốc tới hạn của nó cũng như các tính toán về lực trong nó, tìm hiệu quả kinh tế của máy và kiểm tra chế

độ nhiệt của động cơ Giải bài toán này trong thực tế tiến hành rất đa dạng với sự trợ giúp của máy tính đó là chưa kể đến chi phí lao động và thời gian cho lập

biểu và lập trình cho máy

Có thể sử dụng phương pháp và những kết quả tính toán cho động cơ

không đồng bộ với việc sử dụng qui hoạch hoá thực nghiệm Việc xác định các động cơ tối ưu trên máy tính được thực hiện bằng phương pháp lựa chọn xác suất So sánh 5 phương pháp tối ưu hoá các động cơ điện: phương pháp Građiên, phương pháp của Đaviđôva- Phletrera- Pauêla(Građiên bậc hai), phương pháp

liên kết nhiều hướng của Pauêla, phương pháp lựa chọn xác suất và trực tiếp Từ

các tính toán bằng nhiều phương pháp suy ra phương pháp tính chậm nhất là phương pháp Građiên, sau đó đến phương pháp Đaviđôva- Phletrera- PauêÌa và cuối cùng là phương pháp tính xác suất của Pauêla Phương pháp cuối cùng sẽ

cho kết quả phụ thuộc vào lựa chọn điểm đầu và dẫn tới sự tìm kiếm chỉ có giá trị aỏ Phương pháp tìm kiếm trực tiếp rất đơn giản và giảm tới mức tối đa thời gian sử dụng máy

Tuy vậy, việc sử dụng máy tính cho thiết kế và tối ưu hoá các động cơ điện chìm đang tồn tại một số hạn chế, đó là chỉ thực hiện được các tính toán trắc nghiệm và xây dựng chương trình tối ưu hoá cho động cơ Trong các công trình liệt kê trên phương pháp xuyên suốt để tính tối ưu cho động cơ bằng máy tính là tìm trực tiếp, phương pháp này cho sự tối ưu chiều sâu trong vùng lựa

chọn các thông số đã biết Đối với động cơ điện chìm điều kiện giới hạn dễ tiếp

nhận hơn các dạng động cơ khác, đặc biệt là hình dáng máy

12.2 Nhĩữmg nét đặc trung trong tính toán điện trường của động cơ điện chìm

Khi thiết kế động cơ điện chìm có thể dựa trên các phương pháp thông

dụng của tính toán điện từ Trong trường hợp sử dụng máy tính để lựa chọn phương án tối ưu bắt buộc phải tìm trong phạm vi qui định cho tính toán, nghĩa

là đưa hệ thống các chỉ tiêu trong giới hạn giá trị cảm ứng, các kích thước hình học, số vòng dây, mật độ dòng, sự xung dòng và môment Những giá trị này

cần thoả mãn các yêu cầu đối với một động cơ điện bình thường Đảm bảo tuổi

thọ sử dụng, công nghệ chế tạo hiện đại và các yếu tố kinh tế Những đặc thù chính của động cơ điện chìm khác với động cơ thông dụng đó là thân động cơ kéo đài hơn, rãnh rôto kín (để giảm tốn thất cơ học) rãnh stato của động cơ công

suất N = 37KW phải kín, đường kính tiết diện nhỏ hơn Ngoài ra, tổn thất cơ học

cũng lớn hơn vì tăng độ trượt do thân động cơ đài và tiết diện rôto nhỏ hơn vì đường kính trong và đường kính ngoài nhỏ hơn Số rãnh của rôto và stato bị hạn

chế do đường kính ngoài và đường kính lỗ stato nhỏ hơn Ngoài những yếu tố trên còn phải kể đến các đặc điểm dưới đây khi thay đổi các đại lượng khác

a Tần số dòng và tần số quay Tân số đòng tăng khi thay đối tần số quay sẽ dẫn đến tăng hoạt tính của động cơ Để tăng số cực bắt buộc phải tăng đường kính

lỗ stato, chưa kể đến việc làm dài động cơ, tổn thất cơ học cũng sẽ tăng Khi tăng tần số dong mà không thay đổi số điện cực tần số quay của rôto dẫn đến

tổn thất cơ học cũng sẽ tăng

Tóm lại, các động cơ bơm nước khi tần số dòng tăng, các chỉ tiêu sẽ kém chất

lượng Giữ cho độ ổn định cao chỉ cách giảm đường kính lỗ stato sẽ gặp nhiều khó khăn

Mật độ dòng stato và rôto Độ lớn mật độ dòng của cuồn stato ảnh hưởng đến chế độ nhiệt, đường kính ngoài của stato, cảm ứng của phần rãnh státo, độ lớn công suất cực đại mà động cơ có thể tạo ra và giá trị coSø

Mật độ dòng của cuộn rôto cũng ảnh hưởng đến chế độ nhiệt, độ cứng của hệ trục, cảm hứng từ trong phần rãnh rôto, những tổn thất trong cuộn rôto đến

mô men khởi động và độ lớn của của cosø, độ bên vững

Chọn đúng độ lớn mật độ dòng trong cuộn dây cần đảm bảo chế độ nhiệt của

máy có đường kính ngoài stato cực tiểu với hệ số sử dụng hữu ích cực đại và giá trị có đa dạng

b Dong tir tinh, do !6n cam ứng từ, số vòng dây cuộn và số rãnh sfato chiều dai

lá thép

Độ lớn dòng từ tính của máy ấn định tần số dòng, số vòng dây pha của cuộn stato Khi tần số ấn định dòng từ tính trước hết phụ thuộc vào số vòng dây, đó

là cơ sở để xác định nhiều chỉ tiêu quan trọng của máy Với sự thay đổi sôs

vòng dây và chiều dài phần hoạt tính của động cơ sẽ thay đổi giá trị cảm ứng

từ trong khung của stato và rôto và trong khe hở giữa các lá thép, đạt tới giá

trị làm cho các chỉ tiêu của máy đạt được yêu cầu về kinh tế và các điều kiện

kỹ thuật ấn định Độ lớn cảm ứng từ giữa các lá thép ảnh hưởng đến độ võng

của trục do tác động của lực cảm ứng từ từ một phía khi có sự sai lệch giữa

tam cla stato va réto

c Hệ số sử dụng hữu ích, với mômen khởi động, mômen cực dai va dong khởi động Hệ số sử dụng hữu ích của động cơ xác định thông qua tổng tất cả các tổn thất trong nó Như đã trình bày ở phần trên các tổn thất cơ học là phần lớn

nhất trong tổng các tổn thất (đôi khi chiếm 30%)

Các tổn thất trong cuộn stato phụ thuộc vào tiết điện và số lượng dây pha,

đồng thời ảnh hưởng đến độ lớn đường kính ngoài của động cơ và ảnh hưởng

cả đến mức độ tổn thất vật liệu chế tao cia stato

Những tổn thất trong cuộn rôto có thể nhỏ hơn khi tăng tiết điện xương cuốn

dây, nhưng khi đó có thể không tránh khỏi sự tăng đường kính ngoài của rôto Điều đó dẫn đến mức tăng đáng kể của tổn thất cơ học và sẽ cho kết quả

ngoài dự tính giảm tốn thất toàn phần Ngoài ra, sự tăng đường đường kính rôto có ảnh hưởng trực tiếp tới tăng kích thước stato và chung quy là cả lá thép và số vòng dây pha của stato

Tăng số lượng các vòng dây cuối khi tổn thất cơ học lớn có thể dẫn đến hạn

chế công suất cực đại đó là khi máy không phát huy được công suất ấn định (thiết kế)

Môment cực đại trong động cơ, khi động cơ dẫn động cho bơm đó là chỉ tiêu giới hạn độ bền của trục

Môment khởi động không được cao đột biến, nó sẽ làm giảm hệ số sử dụng hữu ích khi tăng phản lực của cuộn rôto Độ lớn của nó cần đảm bảo khởi

động bơm

Dòng khởi động thường trong giới hạn cho phép tương đương với mức bảo vệ máy và hoạt động bình thường của lưới điện, ngoài ra nó còn bị ảnh hướng

bởi tiết diện và độ dài của tiếp điện

d Ảnh hưởng của công nghệ , khe hở giữa các lá thép, độ cứng lá thép rôto Khi ghép các lá thép với khe hở đọc trục nhỏ sẽ từ từ xuất hiện áp lực đư có thể làm biến dạng lá thép và làm cho các khe hở không đều nhau Kinh nghiệm cho thấy, khi thép có đệ dày 0,35 m thì tỷ lệ giới hạn của đường kính ở đáy rãnh với đường kính ngoài của stato không được lớn hơn 0,85 (với độ dày của

thép bằng 0,5 m thì tỷ lệ đó <0,9)

Công nghệ rót nhôm bằng áp lực vào rôto bảo đảm chất lượng cuốn dây cho rôto khi khe hở ấn định của rôto nhỏ

Giá trị vượt trội của khe hở giữa các lá thép trong động cơ điện chìm so với

các động cơ thông dụng một mặt sẽ dẫn đến sự tăng dòng từ tínhgây ra tăng

tổn thất trong vòng dây của stato Mặt khác, tăng khe hở sẽ dẫn đến giảm tổn thất cơ học Trong khi đó, nếu tính rằng khi giảm khe hở sẽ không hoàn thiện được động cơ, công nghệ không cho phép xê dịch trục rôto, kết quả là lực uốn cực lớn, không an toàn khi rôto hoạt động

Độ cứng của khung dây và lá thép của khung kín cho phép giảm đường kính của trục và có thể tăng tiết điện vòng dây rôfo và tăng hệ số sử dụng hữu ích của động cơ

L2.3 Phương pháp tính toán điện trường của động cơ điện chìm 3 pha

Tính toán điện trường đó là việc tính toán các chỉ tiêu của động cơ khi đã

cho hình dáng của sfato và rôto, số vòng dây pha stafo, tiết diện dây cuốn stafo

và vòng lõi rôto Tính toán này được gọi là tính toán kiểm nghiệm và các thiết kế máy hiện đại trên cơ sở của phương pháp ấn định

Tính toán cho động cơ điện được chia ra thành một số bước:

Các vật liệu sẽ sử dụng có chất lượng cao và phương pháp tính toán động

cơ điện chìm đảm bảo cho các thông số kỹ thuật tối ưu sẽ cho phép tăng các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của máy

Sau khi đã có được các số liệu, áp dụng phương pháp tính toán như trình bày ở phần trên để tính toán phần rôto và stato của động cơ điện chìm Ví dụ tính cho động cơ điện chìm công suất N = 37KW, số vòng quay n = 1450v/ph sé

được nêu trong Báo cáo tổng hợp này

13 Những đặc điểm của động cơ điện chùm

13.1 Các phụ tải điện từ

Các phụ tải điện từ trong các máy điện là giá trị cảm ứng từ ở các phần khác nhau của đây từ, mật độ dòng điện trong các vòng dây của phần tĩnh (stato)

và động (rôto), trị số của phụ tải của cuộn dây stato

Các động cơ lồng sóc không đồng bộ (đị bộ) thông dụng được sản xuất trong công nghiệp kỹ thuật điện dựa trên cơ sở của nhiều năm nghiên cứu và tính toán các giới hạn thay đổi phụ tải điện từ Các trị số giới hạn đảm bảo mức chỉ

tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ.

Xu hướng tăng phụ tải điện từ của máy điện dẫn đến các hiện tượng cần loại bỏ sau: tăng phụ tải sẽ kéo theo sự giảm kích thước của máy, và hao tổn sắt, đồng, nhôm và các vật liệu tạo hình, nhưng khi đó sẽ tăng tổn thất và giảm các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ

Nếu xem xét riêng rẽ từng phần của động cơ, thì sẽ căn cứ vào mối tương quan giá thành của từng giai đoạn cho điện năng, thép kỹ thuật điện, dây cuốn, vật liệu tạo hình có thể khuyến cáo các tải trọng điện từ đa dạng cho kinh tế Ngoài ra, tải trọng của các vật liệu hoạt tính khi điều kiện làm mát thay đổi sẽ ảnh hưởng đến trạng thái nhiệt của động cơ và các đặc tính của nó phụ thuộc vào tải trọng giá trị dòng stato và rôto, hệ số hữu ích và coso thời điểm trên trục và

độ trượt

Các giá trị tải trọng điện từ trung hoà của động cơ điện chìm và động

cơ lồng sóc không đồng bộ thông đụng công suất N < 100 KW, f = 50 hz, 2P

=2,UM = 380 V cho thấy những giá trị cảm ứng trung bình rất gần với tần số các dây dẫn từ tương ứng, nhưng các giới hạn cảm ứng trong rãnh và lưng của rô

to khi 2P = 2 trong động cơ điện chìm lớn hơn trong các động cơ bình

thường Điều đó giải thích (nếu không tính đến hạn chế về kích thước ngang của

động cơ điện chìm và khó có thể cuốn đủ số vòng đây trong lõi của stato bởi vì

lá thép khá đài), tại sao cảm ứng điện từ tại các phần khác nhau trong dây dẫn từ

của động cơ vẫn tương đương như trong các động cơ thông dụng

Cường độ dòng điện trong cuộn dây rôto của động cơ điện chìm, như đã

mô tả, có thể lớn gấp đôi, trong cuộn dây của staio mật độ dòng điện cao hơn khoảng 1,5 lần theo giới hạn trên

Những đại lượng đã đưa ra về tải trọng điện từ của động cơ điện chìm đủ đảm bảo ở mức cao của các chỉ tiêu kinh tế - kĩ thuật và có thể khuyến cáo sử

dụng khi thiết kế động cơ

13.2 Ảnh hưởng của tải trọng điện từ đến các thông số của động cơ điện

chìm và quy cách hoá chúng trong sẩn xuất động cơ điện

10

Công suất tính toán của động cơ điện ở chế độ nhiệt ấn định phụ thuộc vào

thể tích lõi hoạt tính, dòng cảm ứng từ, tần số quay (hoặc tần số dòng điện và số

cực) chiều dài lá thép, đường kinh doa stato, s6 vong dây pha và cảm ứng trong khe hở giữa các lá thép Rõ ràng, sự thay đổi chiều dài động cơ, số vòng dây, đường kính đoa stato khi giữ nguyên cường độ dòng điện và số cực, có thé thay

đổi cảm ứng trong khe hở giữa các lá thép, dẫn đến giá trị dòng cảm ứng trong

khung dây của roto và stato cũng sẽ thay đổi Sự tăng đột biến của cảm ứng sẽ dẫn đến mức tăng đáng kể dòng điện từ hoá, có nghĩa là cosø sẽ giảm, thậm trí

nó ấn định mức tăng tổn thất trong khung thép của stato và rôto Giá trị cảm ứng thấp hướng tới tăng khối lượng thép, kim loại màu và hiển nhiên sẽ phải tăng kích thước và trọng lượng của máy

Giảm đường kính ngoài của stato thế nào cho hợp lý khi giảm hệ số hữu ích

của động cơ cần phải tính toán trong từng trường hợp cụ thể bằng cách xác định các chỉ tiêu kinh tế của bộ phận dẫn nước Kết quả phân tích cho thấy khi thay đổi

mật độ dòng stato sẽ xuất hiện sự tăng đột biến những tổn thất hữu ích giữa khung thép và đây cuốn

Mat do dong réto thé hiện bằng sự lắp đáy nhôm dưới áp lực, cũng có thể

phản ánh qua hàng loạt các thông số kỹ thuật của động cơ điện chìm trong chế

độ nhiệt, độ cứng hệ trục — rôto và tất nhiên là trên độ lớn cho phép khe hở giữa các lá thép điện trở kháng của cuộn dây, trên kích thước rãnh rôto Kích thước này có thể ảnh hưởng tới chất lượng cuốn dây Để làm khung dây cho rôto với kỹ thuật hiện đại phải đảm bảo sao cho kích thước rãnh không nhỏ hơn giới hạn cực tiểu, cũng như các nguyên nhân đã chỉ ra, đường kính doa stato và đường kính ngoài của rôto chọn theo giá trị nhỏ nhất trong giới hạn cho phép, điều đó sẽ hạn chế được kích thước rãnh rôto đưa đến tăng mật độ dòng rôto

Những liên hệ phụ thuộc của đường kính động cơ điện chìm vào mật độ đồng trong cuộn stato và rôto đã liệt kê trên cho phép chuẩn hoá giá trị các đại

lượng đó khi thiết kế động cơ

Mặt khác, hiệu ứng toàn phần ảnh hưởng của giá trị mật độ dòng trong các

cuộn stato và rôto đến các thông số của động cơ có thể xác định bằng tinh toán

lựa chọn số lượng lớn động cơ Sự lựa chọn giá trị mật độ dòng hợp lý cần theo hướng bảo đảm chế độ nhiệt bình thường cho động cơ và có đường kính ngoài của siato nhỏ nhất để có được hiệu quả sử dụng cực đại và giá trị hệ số công suất

đủ cao

13.3 Những tổn thất cơ học trong các động cơ điện chìm

Trong động cơ điện chìm những tổn thất cơ học liên quan đến chi phí năng lượng chống lại ma sát của nước chảy qua động cơ, hệ số độ nhớt của nước cao

hơn không khí rất nhiều cho nên tổn thất gây ra rất lớn Điều đó đòi hỏi khi chế

tạo động cơ phải dùng các loại vật liệu quy định trong thiết kế đảm bảo gây tổn thất cơ học nhỏ nhất

Những tổn thất cơ học tỷ lệ với mũ 5 đường kính rôto, mũ ba tần số quay

và chiều dài rôto Giảm tổn thất chỉ có thể khi rút nhỏ các đại lượng trên Mặt

khác tần số quay lại là một trong các chỉ tiêu chính ảnh hưởng đến năng suất và

cột áp của bơm sẽ chế tạo Để giảm tổn thất chỉ có thể bằng cách giảm kích

thước hình học của rôto động cơ Thực tế làm giảm các kích thước chỉ trong mỗi

trường hợp khi nó không làm tăng tải trọng điện từ và làm giảm chất lượng các chỉ tiêu khác của động cơ Cũng như khi giảm đường kính rôto mà cảm ứng

trong các khe hở giữa các lá thép và số lượng vòng dây không thay đổi làm cho

động cơ dài ra và sẽ không tránh khỏi làm tăng tổn thất cơ học Để tăng độ cứng bắt buộc phải tăng đường kính trục, khi ấy, dẫn đến giảm tiết diện bản thép của rôío và stato, gây ra giảm hệ số sử dụng hữu ích của động cơ

Tóm lại, giải bài toán về giảm các tổn thất cơ học với các đặc tính của động cơ điện chìm rất phức tạp đòi hỏi phải phân tích theo mọi hướng của rất nhiều các chỉ tiêu kinh tế -kỹ thuật của động cơ Nghiên cứu các tác động thuỷ lực trong trong khe hở giữa các xi lanh đã định vị và quá trình quay của chúng có

thể hiện ảnh hưởng của độ nhám đến hệ số lực cản chuyển động của chất lỏng

Sự hiện diện của độ nhám bắt đầu trong trường hợp khi độ mấp mô tương đương với độ dày lớp bảo vệ

Nếu sử dụng biểu thức của công trình để xác định các tổn thất cơ học trong động cơ điện chìm thì:

Nụ,,=0,81 vì (D; + 5l)

Trong đó:

D;, - đường kính ngoài của rôto;

li - chiều đài lá thép rôto;

v - vận tốc trên đường kính ngoài của rôto

Từ vật liệu chế tạo có thể tính được các tổn thất cơ học khi thiết kế động cơ điện chìm, những phần đúc kết từ kết quả nghiên cứu và vận hành sử dụng cho

phép chuẩn hoá với độ chính xác cao để xác định các chỉ tiêu của động cơ

1.3.4 Anh hưởng của tần số dòng đến các chỉ tiêu của động cơ điện chùm và

các bơm l¡ tâm, bơm hỗn lưu (dòng chéo)

Xác định ảnh hưởng của tần số dòng đến các chỉ tiêu của động cơ điện chìm bằng cách phân tích rất khó, thậm chí, áp dụng cho các động cơ dạng này với dãy công suất có cùng cực thì ảnh hưởng cũng không tương đương

Ngày nay, có thể xác lập ảnh hưởng của tần số đến các chỉ tiêu của động

cơ bằng kỹ thuật điện tử hiện đại Qua máy tính thu được tính toán cho hàng loạt các máy tối ưu Theo kết quả tính toán, xây dựng các đồ thị, trên đó thể hiện ảnh

hưởng biến đổi tần số cực tiểu đến một số các chỉ tiêu của máy

Trên hình I.1 là đồ thị ảnh hưởng của Bạ vào tần số cho các động cơ công suất 2,5 ; 14; 37 Kw Hiện rõ quy luật giảm đột biến cảm ứng trong khe hở giữa stato và rôto khi tăng tần số từ 50 đến100 hz khi 2p = 2 và từ 100 đến 200 hz khi

2p=4 tiếp sau ta nhận thấy sự tang cha Bs

Hiện tượng này giải thích cho việc tăng sử dụng các vật liệu hoạt tính

trong các động cơ điện chìm nhằm tạo ra giá trị tổn thất cơ học hợp lý nhất khi

tăng tần số quay và tăng tần số dòng Các quy luật này chỉ sai lệch chút ít với các động cơ công suất 37Kw Điều này trong trường hợp cụ thể minh chứng cho việc tăng cường sử dụng các vật liệu hoạt tính mặc dù tổn thất cơ học có tăng chút ít khi công suất tăng

Hình L2 Mối liên hệ phụ thuộc

của số vòng dây cuộn stato của

động cơ điện chìm vào tần số

Hình 14 Mối liên hệ phụ thuộc

của đường kính rôto động cơ điện

chìm vào tân số

Hình L3 Mối liên hệ phụ thuộc của

chiêu đài lá thép của động điện chìm vào công suất

Trên hình I.2 mô tả mối liên hệ phụ thuộc của số vòng dây vào sự thay đổi tần số cho các động cơ trên Khi 2p=2và 2p=4, thường là khi số vòng dây giảm dần đến tăng tần số, điều đó cho phép giảm đường kính ngoài của stato và

sử dụng động cơ cho đường kính nhỏ hơn Sự sai lệch với các động cơ công suất 2,5 Kw với 2ø=2cũng như ảnh hưởng của các chỉ tiêu kết cấu và công nghệ không cho phép giảm đường kính trong của stato do không thể cuốn dây được

Trên hình I.3 mô tả mối liên hệ phụ thuộc của chiều dài bó thép stato vào tần số dòng khi 2p=2và 2p=4, cho các động cơ công suất (2,5; 14; 37) Kw Với việc tăng tần số, độ đài lá thép ban đầu giảm đáng kể sau đó quá trình giảm chậm lại Khi 2p =2 quy luật giảm chiểu đài lá thép thể hiện rõ ràng khi 2p = 4

Điều đó giải thích tại sao để giảm tổn thất cơ học phải giảm kích thước của động

cơ

Trên hình I.4 là mối liên hệ phụ thuộc của đường kính tiện stato vào tần số

khi 2p=2và 2p=4, cho các động cơ công suất 2,5; 14; và 37Kw, từ đó suy ra

mức độ giảm đường kính tiện stato của các động cơ công suất nhỏ thấp hơn so

với các động cơ công suất lớn hơn do ảnh hưởng của các chỉ tiêu kết cấu và công

nghệ Khi công suất động cơ tăng đường kính lỗ stato phụ thuộc vào các yếu tố

từ và độ bền Giảm tổn thất cơ học của các động cơ công suất thấp với việc tăng tần số quay chỉ xảy ra khi giảm độ dài lá thép stafo

Trên hình I.5 thể hiện mối liên hệ phụ thuộc của đường kính ngoài stato

của động cơ vào tần số khi 2p =2 và 2p=4, với công suất của động cơ bằng 2,5;

14; và 37Kw, từ đồ thị ta thấy rõ khi tần số tăng thì đường kính sẽ giảm

Trên từng kết cấu kỹ thuật các quy luật vật lý đều có hạn chế của nó Quy luật áp dụng cho các động cơ điện đều có các hạn chế nhất định trong từng phần một trong các hạn chế đó là công suất giới hạn Hiện tượng tương tự liên quan đến các điều kiện làm mát máy, tải trọng điện từ, các vật liệu sử dụng, kết cấu của máy và hàng loạt yếu tố khác

Đối với động cơ điện chìm có các điều kiện đặc biệt khác với động cơ điện

thông dụng, nó liên quan đến tổn thất cơ học lớn, có thể khẳng định rằng khi số

điện cực đã xác định tăng tần số quay động cơ sẽ không hoạt động đựợc có nghĩa

là sẽ không tạo ra được công suất ấn định khi vận tốc rôto tăng đồng thời với tần

SỐ quay

Nếu như chỉ vì tổn thất cơ học lớn, bắt buộc phải tạo ra công suất lớn hơn

khả năng của động cơ, khi đó động cơ được coi là không thực hiện được Tăng công suất có thể thực hiện đựơc băng cách tăng hiệu điện thế đầu dây stato, cách này không có hiệu quả kinh tế Bởi vậy, chúng ta sẽ xem xét khả năng tạo ra công suất cần thiết bằng cách thay đổi kích thước và số dây sao cho không gây

lên tổn thất lớn trong trong động cơ

Công suất của động cơ có thể tăng bằng cách nâng thể tích stato, nghĩa là,

tăng đường kính trong hoặc chiều dài lá thép của stato Nhưng nếu tăng đường kính stato sẽ gây ra tăng đột biết tổn thất cơ học và cũng sẽ không cho kết quả

như ý Tăng chiều đài lá thép tuy tổn thất cơ học tăng không đáng kể nhưng lại tạo ra tăng lực cản hữu ích và vô ích mà điều này lại khống chế công suất của

động cơ

Khi giữ nguyên kích thước siato và tăng tần số dòng điện lưới, cảm kháng

sẽ tăng, mức giảm số vòng dây và độ dài stato sẽ it hơn sự tăng tần số vì sự tăng

tổn thất cơ học

Như vậy, khi tỷ lệ giữa độ lớn của tần số và số điện cực đã ấn định với

điện áp không đối, có thể xác định kích thước và khả năng sử dụng các vật liệu hoạt tính sẽ gặp khó khăn trong trường hợp quá tải

Nghiên cứu các tài liệu về động cơ điện chìm kiểu khô, nửa ướt và kiểu

ướt có thể rút ra kết luận là khi tính toán thiết kế động cơ điện chìm thì động cơ điện chìm kiểu khô có các thông số kỹ thuật và cách tính toán rất gần với các thông số và cách tính toán thiết kế động cơ điện bình thường Đặc điểm cần quan tâm nhất là động cơ điện chìm có chiều dài lớn hơn, đường kính tiết diện tròn của động cơ chìm lại nhỏ hơn Ngoài ra, vấn đề làm kín đóng vai trò quan trọng

nhất với cụm chỉ tiết của vòng làm kín cơ khí của động cơ điện chìm

16

II Tính toán các thông số kỹ thuật

HT Các thông số định mức

Điện áp định mức: U, = 380 V

Tan số nguồn điện: f = 50Hz

Công suat dinh mic: N,=37kw

1.Chiều cao tâm trục: h = 160 mm

2.Đường kính ngoài stato Da = 327 mm

3 Đường kính trong stato: D1 = 0,62 Da = 200 mm

4.Chiều dài lõi thép stato:

25 Chọn dây đồng tiết điện tròn có các thông số sau:

- Đường kính dây chưa kể cách điện: d„„ = 1,08mm

- Miệng rãnh rôto: by = 1,5 mm

- Chiều cao rãnh rôto: h, = 30,5mm

- Chiéu cao gong roto: hy = 29mm

- Chiéu cao miéng ranh: hy = 1 mm

- Chiều cao vòng ngắn mach: hy = 1,1.h, = 34mm

- Bề rộng vòng ngắn mạch: by = S,/hy = 592/34 = 17,5mm

- Ranh réto lam nghiéng mét budc: t, = 18,048 mm

10,3 Tinh todn mach tir

39 Cuong do tir trudng 0 rang stato:

- Tra đường cong tir hod img véi Bz, = 1,56 ta cé Hz, = 13,1/cm

43 Cường độ từ trường 6 gong stato:

-_ Tra đường cong từ hoá ứng với B„¡ = 1,16T ta có H,¡ = 3,74 A/cm

46 Cường độ từ trường ở gông rôto:

-_ Tra đường cong từ hoá ứng với Bg2 = 1,36T ta c6 Hg2 = 5,85A/cm

47 Chiểu dài mạch từ ở gông rôto:

Fs Fy + Fy, + Fey + Foy + Fey = 636,48 + 68,1 + 86,06 + 64,48 + 61,565 = 916,685.A

33 Hệ số bão hoà toàn mach:

Hé s6 tir dan tan stato:

A, = Ay, + Ag, + Ap, = 2,152 + 0,74475 + 2,291 = 5,18765

Điện kháng quận day stato:

71 Hé s6 tir dan tan & rang roto:

81 Tổn thất Ở gông stato:

N gp =1,6-P pop: Bg Goi =1,6.2,5.1,16° 64,93 = 349,5,W

82 Trong luong rang stato:

Got = reb My Zr kp 10° = 7,8.8.26.30,5.280.0,95.10°° = 13,16.4g rỊ trì

83 Tén that 6 rang stato:

Nyy =18-P ap Bi) Gy, =1,8.2,5.1,56?.13,16 = 144,14

88 Dòng điện không tải:

Ty = V Pox + Por = 8,43? + 0,715? = 8,46.A

89 Hệ số công suất không tải: