Thiết kế động cơ không đồng bộ roto lồng sóc

Môc môc Môc môc 4Ch­¬ng I C¸c th«ng sè ®Þnh møc 1 Tèc ®é ®ång bé 4 2 Dßng ®iÖn ®Þnh møc (pha) 4 Ch­¬ng II KÝch th­íc chñ yÕu 4 3 C«ng suÊt tÝnh to¸n 4 4 §­êng kÝnh Stato 4 5 ChiÒu dµi tÝnh to¸n lâi lâ[.]

Mục mục

CHơng I: Các thông số định mức 4

1 Tốc độ đồng bộ 4

2 Dòng điện định mức (pha) 4

Chơng II: Kích thớc chủ yếu 4

3 Công suất tính toán 4

4 Đờng kính Stato 4

5 Chiều dài tính toán lõi lõi sắt Stato(l  ) 5

6 Chiều dài thực của Stato 5

chơngiii: thiết kế dây quấn và lõi sắt stato………

7 Số rãnh Stato 5

8 Bớc rãnh Stato 5

9 Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh 5

10 Số vòng dây nối tiếp của một pha dây quấn Stato 6

11 Tiết diện và đờng kính dây 6

12 Tính lại mật độ dòng điện trong dây dẫn Stato 6

13 Kiểu dây quấn 6

14 Từ thông khe hở không khí 6

15 Mật độ từ thông khe hở không khí 7

16 Xác định sơ bộ chiều dài răng Stato 7

17 Xác định sơ bộ chiều cao gông 7

18 Kích thớc răng, rãnh và cách điện rãnh 7

19 Chiều rộng răng Stato 9

20 Chiều cao gông từ Stato 9

21 Khe hở không khí 9

CHơng IV: Thiết kế dây quấn rãnh và gông rôto 10

22 Số rãnh Rôto 10

23 Đờng kính ngoài Rôto 10

24 Đờng kính trục Rôto 10

25 Bớc răng Rôto 10

26 Xác định sơ bộ chiều rộng răng Rôto 10

27 Dòng điện trong thanh dẫn Rôto 11

28 Dòng điện trong vành ngắn mạch 11

29 Tiết diện thanh dẫn 11

30 Tiết diện vành ngắn mạch 11

31 Kích thớc răng, rãnh Rôto 12

32 Vành ngắn mạch 13

33 Diện tích rãnh Rôto 13

34 Tính các kích thớc thực tế 13

35 Chiều cao gông Rôto 13

36 Độ nghiêng rãnh Stato 14

Chơng IV: Tính toán mạch từ 15

37 Hệ số khe hở không khí 15

38 Sức từ động trên khe hở không khí 15

39 Mật độ từ thông ở răng Stato 15

40 Cờng độ từ trờng trên răng Stato 15

44 Hệ số bão hoà răng 16

45 Mật độ từ thông trên gông Stato 16

46 Cờng độ từ trờng trên gông Stato 16

47 Chiều dài mạch từ gông từ Stato 16

48 Sức từ động trên gông Stato 16

49 Mật độ từ thông trên gông Rôto 17

50 Cờng độ từ trờng trên gông Rôto 17

51 Chiều dài mạch từ gông từ Stato 17

52 Sức từ động trên gông Stato 17

53 Sức từ động tổng của toàn mạch 17

54 Hệ số bão hoà toàn mạch 17

55 Dòng điện từ hoá 17

Chơng Vi: tham số của động cơ điện 17

56 Chiều dài phần đầu nối của dây quấn Stato khi ra khỏi lõi sắt 18

57 Chiều dài trung bình 1/2 vòng dây của dây quán Stato 18

58 Chiều dài dây quấn của 1 pha Stato 18

59 Điện trở tác dụng của dây quấn Stato 18

60 Điện trở tác dụng của dây quấn Rôto 19

61 Hệ số quy đổi điện trở Rôto về Stato 19

62 Điện trở Rôto sau khi quy đổi về Stato 19

63 Hệ số từ tản Stato 20

64 Điện kháng tản dây quấn Stato 21

65 Hệ số từ dẫn tản Rôto 21

66 Điện kháng tản dây quấn Rôto 22

67 Điện kháng tản Rôto đã quy đổi về Stato 22

68 Điện kháng hỗ cảm (Khi không xét rãnh nghiêng) 22

69 Tính lại k E 22

Chơng ViI: tổn hao trong thép và tổn hao cơ 23

70 Trọng lợng răng Stato 23

71 Trọng lợng gông từ Stato 23

I Tổn hao chính trong thép 23

72 Tổn hao cơ bản trong lõi sắt Stato 23

II Tổn hao phụ trong thép Stato 24

73 Tổn hao bề mặt trên răng Stato và Tổn hao đập mạch trên răng Stato 24 III tổn hao phụ trong Rôto 24

74 Tổn hao bề mặt trên răng Rôto 24

75 Tổn hao đập mạch trong răng Rôto 25

76 Tổng tổn hao trong thép lúc không tải 25

77 Tổn hao đồng trong dây quấn Stato 26

78 Tổn hao cơ 26

79 Tổng tổn hao của toàn máy khi không tải(không xét pcu) 26

80 Tổng tổn hao của toàn máy khi không tải 26

Chơng VIII: đặc tính mở máy 27

bảng đặc tính……… 28

81 Bội số mômen cực đại 29

82 Tham số động cơ điện khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài của dòng điện (khi s=1) 29

83 Tham số của động cơ khi xét hiệu ứng mặt ngoài dòng điện và sự bão hoà từ trờng tản 31

84 Dòng điện mở máy khi s=1 32

85 Bội số dòng điện mở máy 33

86 Bội số mômen mở máy 33

Chơng IX: Tính toán nhiệt 34

87 Nhiệt trở trên mặt lõi sắt Stato 35

88 Nhiệt trở phần đầu nối của dây quấn Stato 35

89 Nhiệt trở đặc trng độ cho độ chênh nhiệt giữa không khí nóng bên trong máy và vỏ máy 35

90 Nhiệt trở bề mặt ngoài vỏ máy 35

91 Nhiệt trở trên lớp cách điện 36

92 Độ tăng nhiệt của vỏ máy với môi trờng 36

93 Độ tăng nhiệt của dây quấn Stato với môi trờng 37

94 Độ tăng nhiệt của của lõi sắt Stato 37

Chơng IX: Trọng lợng vật liệu tác dụng 38

95 Trọng lợng thép Sillic cần chuẩn bị sẵn 38

96 Trọng lợng đồng của dây quấn Stato 38

97 Trọng lợng nhôm Rôto 38

98 Chỉ tiêu kinh tế và vật liệu tác dụng 39

- Kiểu máy: kín, tự làm mát bằng quạt gió

- Chế độ làm việc liên tục

- Cấp cách điện: cấp B

Đờng kính Stato phụ thuộc vào công suất tính toán P’

Với chiều cao tâm trục h=90 mm theo bảng 10-3có đờng kính ngoài stato theo tieu chuẩn Dn=14,9 cm

đối với máy có số đôi cực 2p=4ta có:

- Theo hình 10-3a trang 234 TKMĐ- Tần Khánh Hà,

Với Dn=9,6 cmta tra đợc: A=225A/cm

9 Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh

Trong đó: a1 : số nhánh song song, chọn càng nhỏ càng tốt, chọn a1 =1

A =225 (A/cm) : đã chọn ở mục 6

I1đm =2,793 (A) : tính ở mục 2

10 Số vòng dây nối tiếp của một pha dây quấn Stato

11 Tiết diện và đờng kính dây

Trong đó: a1 =1 số nhánh song song

n1: số sợi dây ghép song song, chọn n1

=1

J1: mật độ dòng điện dây quấn StatoTheo phụ lục IV, Bảng IV,1 trang 464 Giáo trình thiết kế máy điện- Trần Khánh Hà (ấn bản mới): Dãy công suất chiều cao tâm trục của động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc, kiểukín TCVN-1987-94- cách điện cấp B

Theo phụ lục VI ,bảng VI-1 chọn dây quấn tráng men PETV

có đờng kính d/dcd=0,49/0,53mm ) có tiết diện bằng

S1=0,1886 mm2

12 Kiểu dây quấn

Chọn dây quấn 1 lớp bớc ngắn y=5

 hệ số bớc ngắn :

13 Hệ số dây quấn

- Hệ số dây quấn bớc ngắn:

B’z1: mật độ từ thông răng Stato, theo bảng 11-2 trang

270 Giáo trình thiết kế máy điện-Trần Khánh Hà, với răng có cạnh song song thì Bz1=1,7 1,9 (cm), ta chọn sơ bộ B’z1

Dn =14,9 (cm) đờng kính ngoài Stato

D =9,6 (cm) đờng kính trong Stato,

Trong đó: D =9,6 (cm) đờng kính trong Stato

Dn =14,9 (cm) đờng kính ngoài Stato

Diện tích lớp cách điện: Chọn tổng chiều dày cách

- Chiều rông răng Stato phía đáy rãnh phẳng:

Theo công thức 4- 31 trang 64, Giáo trình thiết kế máy

điện- Trần Khánh Hà

- Chiều rông răng Stato phía đáy rãnh tròn:

- Chiều rộng răng Stato trung bình:

20 Chiều cao gông từ Stato

Đối với động cơ có đáy rãnh Stato hình quả lê

21 Khe hở không khí

Khí chọn khe hở không khí  ta cố gắng lấy nhỏ để cho dòng điện không tải nhỏ và cos cao, Nhng khe hở không khí nhỏ sẽ khó khăn trong việc chế tạo và quá trình làm việc của máy: Stato rất dễ chạm với Rôto (sát cốt), làm tăng thêm tổn thất phụ, điện kháng tản tạp của động cơ cũng tăng lên,

Tra theo bảng tham khảo ta có khe hở không khí

Chơng IV: Thiết kế dây quấn rãnh và gông rôto

22 Số rãnh Rôto

Thiết kế Rôto lồng sóc đúc nhôm, chọn số rãnh Rôto theo bảng 4- 2 trang 23, Giáo trình Động cơ không đồng bộ- phối hợp giữa số rãnh Stato và số rãnh Rôto của máy điện không

đồng bộ Rôto lồng sóc: 2p =4 rãnh Rôto nghiêng, động cơ làmviệc ở điều kiện bình thờng:

Z2 = 16 (rãnh)

23 Đờng kính ngoài Rôto

D’= D – 2. = 96-2.0,25=95,5(mm)

Trong đó:

D = 96(mm) đờng kính trong stato

27 Dòng điện trong thanh dẫn Rôto

Trong đó: kdq1 =0,933 hệ số dây quấn

W1 =408 (vòng) số vòng dây

Z2 =16 (rãnh)

m1 =3 số pha của dây quấn Stato

kI =f(cos): là hệ số dòng điện, đợc tra trong hình 11- 5

trang 273, Giáo trình TKMĐ- Trần Khánh Hà, ứng với cosđm

=0,765 thì

k =0,82

b42 h42

dr2max

dr2min

bZ2tbb’Z2

29 TiÕt diÖn thanh dÉn

Víi thanh dÉn nh«m th× td =2,2  4,5 (A/mm 2 ) ta chän s¬ bé:

 Chiều rộng rãnh Rôto phía hẹp nhất:

Trong đó: dt =2,88 (mm) là đờng kính trục Rôto

Bề rộng trung bình của răng Rôto:

35 Chiều cao gông Rôto

Đối với động cơ loại rãnh có đáy tròn, số đôi cực 2p=4, theocông thức 6- 51b tr 68- Giáo trình TKMĐ ta có:

Trong đó: dr2min =5 (mm): đờng kính đáy tròn Rôto chỗ

nghiÒu kiÓu phèi hîp r·nh Stato vµ R«to, tham kh¶o trang 88 Gi¸o tr×nh TKM§

- §é nghiªng r·nh Stato qu·ng =

LÊy bíc nghiªng:bn=t1=1,256 (cm)

40 Cờng độ từ trờng trên răng Stato

HZ1 =f(BZ1), gia trị của HZ1 đợc tra trong phụ lục V-6 Giáo

Cờng độ từ trờng HZ2 phía bZ2:

Ta thấy trị số kZ tính ở trên so với giá trị chọn sơ bộ ban

đầu ở mục 6 không sai khác là bao nhiêu

Vậy kZ tính toán là chấp nhận

45 Mật độ từ thông trên gông Stato

(tính lại việc chọn sơ bộ ở trên)

46 Cờng độ từ trờng trên gông Stato

Tra đờng cong và bảng từ hóa ở phụ lục V- 9, ta đợc:

47 Chiều dài mạch từ gông từ Stato

Theo công thức 4- 48 Tr 67 Giáo trình TKMĐ:

48 Sức từ động trên gông Stato

Fg1 =lg1.Hg1 =10,65.16,6=176,79 (A)

49 Mật độ từ thông trên gông Rôto

50 Cờng độ từ trờng trên gông Rôto

Tra đờng cong và bảng từ hóa ở phụ lục V- 6

Trong đó: Iđm =2,793 (A) dòng điện đực mức, tính ở

mục 2

Chơng Vi: tham số của động cơ điện

56 Chiều dài phần đầu nối dây quấn Stato

là bề rộng trung bình của phần tử (theo công thức 3- 30)

Trong đó: D = 9,6 (cm) đờng kính trong Stato

hr1 =1,35 (cm) chiều cao rãnh Stato

Trong đó: Rtd =4,3.10-5 () điện trở thanh dẫn, tính trên

 t1: Tr0a theo bảng 5- 3 Tr 86 Giáo trình TKMĐ, với loại rãnh làm nghiêng: q1 =2; tỉ số ta tra đợc t1 = 0,94

trong đó:

Đối với dây quấn Rôto lồng sóc thì: và kdq2

= 1; t2 =1

với Rôto to lồng sóc rãnh nửa kín thì kt2  1

2: đợc tra trong bảng 5- 2c Tr87 với nên trị số 1002của dây Rôto lồng sóc là:

66 Điện kháng tản dây quấn Rôto

Theo công thức 5- 49 Tr84 với Rôto lồng sóc:

X2 =7,9.f2l2.2.10-8 =7,9 50.6.4,48 = 0,86.10-4 ()

67 Điện kháng tản Rôto đã quy đổi về Stato

X’2 =.X2 =108678.0,86.10-4 =9,2 ()

Tính theo đơn vị tơng đối:

68 Điện kháng hỗ cảm (Khi không xét rãnh nghiêng)

Trong đó: U1 =220 (V) điện áp pha đặt vào dây quấn

Stato

I =1,2 (A) dòng điện từ hoá

X1 =7,04 () Điện kháng tản dây quấn Stato

Tính theo đơn vị tơng đối:

69 Tính lại kE

Trị số này không sai khác so với trị số kE =0,96 đã chọn sơ bộ

ở mục 3, ta tính độ sai lệch tơng đối:

nên không cần tính lại

Chơng VIi: tổn hao trong thép và tổn hao cơ

Trong đó: lg1 = 10,65 (cm) chiều dài mạch từ gông từ Stato

hg1 = 1,3 (cm) chiều cao gông từ Stato,

ứng với BZ1 =1,89 (T) mật độ từ thông trong răng Stato (tính

ở trên) ta tra cho loại thép 2211:

 GZ1 = 0,83 (kg) trọng lợng răng Stato,

Thay số vào ta đợc:

PFeZ1 =1,8.2,5.1,892.0,83.10-3 = 0,01334 (KW)

 Tổn hao trong gông Stato

PFeg1 =kgiacông g1.pFeg1.Gg1.10-3 (Theo công thức 6-3 Trang 94

TKMĐ)

Trong đó: G = 2,46 (kg) trọng lợng gông từ Stato

Thay số vào ta đợc:

PFeg1 = 1,6.2,5.1,642.2,46.10-3=0,0264(KW)

 Tổn hao cơ bản trong lõi sắt Stato:

PFe1 =PFeZ1 + PFeg1 = 0,0133 + 0,0264 = 0,0397 (KW)

II Tổn hao phụ trong thép Stato

73 Tổn hao bề mặt và tôn hao đập mạch trên răng Stato

ở máy điện không đồng bộ tổn hao bề mặt lớn vì khe hở không khí  nhỏ, Tổn hao chủ yếu tập trung trên mặt Rôto còn trên mặt Stato ít hơn vì nói chung miệng rãnh Rôto rất

bé ta có thể bỏ qua tổn hao bề mặt trên răng Stato

III tổn hao phụ trong Rôto

74 Tổn hao bề mặt trên răng Rôto

ở máy điện không đồng bộ tổn hao bề mặt lớn vì khe hở không khí  nhỏ, Tổn hao chủ yếu tập trung trên mặt Rôto còn trên mặt Stato ít hơn vì nói chung miệng rãnh Rôto rất bé,

k0: là hệ số kinh nghiệm, theo bảng 6-1 Trang 96

đối với loại thép 2211 dày 0,5 (mm) phơng pháp

gia công mài thì k0 =2,

B0: biên độ dao động của mật độ từ thông tại khe

75 Tổn hao đập mạch trong răng Rôto

Theo công thức 6-13 Trang 97 TKMĐ, với loại thép 12 ta có:

Trong đó: Z1 =24 số rãnh Stato,

n = n1 = 1500 (Vòng/phút) tốc độ đồng bộ

GZ2 Trọng lợng sắt răng Rôto, đợc tính theo công thức:

Theo công thức 6-10 Trang 97 TKMĐ ta có:

Trong đó:  = 4,92 tính ở mục 40

 = 0,25 (mm) khe hở không khí,

t2 =1,875(cm) bớc rãnh Stato,

BZ2tb = 1,53 (T) tính ở trên.

Thay số vào ta đợc tổn hao đập mạch trong răng Rôto là:

76 Tổng tổn hao trong thép lúc không tải

Theo công thức 6-15 Trang 97 TKMĐ ta có

PFe = PFe1 + (PbmZ1 + PđmZ1 )+ (PbmZ2 + PđmZ2 )=

= 0,0397 +0+0+ 0,001867 + 0,00028

= 0,041847 (KW)

Trong đó: PFe1: tổn hao cơ bản (chính) trong lõi sắt,

PbmZ1: tổn hao bề mặt răng Stato (tổn hao phụ),

Trong đó: m1 =3 số pha dây quấn Stato

I1 = 2,793 (A) dòng điện trong dây quấn Stato

R1 = 6,33 () điện trở tác dụng dây quấn Stato.

PCơ =

Trong đó: Dn = 14,9 (cm) đờng kính ngoài Stato,

81 Bội số mômen cực đại

Đặc tính làm việc của máy đợc biểu diễn trong hình vẽ:

2

Chơng iIx: đặc tính mở máy

82 Tham số động cơ điện khi xét đến hiệu

ứng mặt ngoài của dòng điện (khi s=1)

Đối với loại rãnh hình quả lê nh hình vẽ ta có:

 Điện trở thanh dẫn khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài của dòng điện:

Hệ số từ dẫn tản ở rãnh Rôto:

Trong đó: Sr2 =57 (mm 2 ) diện túch rãnh Rôto

b = dr2max =6 (mm) bề rộng rãnh Rôto phía miệng

ky1 = 0,966 hệ số dây quấn bớc ngắn, tính ở mục 15

kdq1 = 0,933 là hệ số dây quấn Stato, tính ở mục 15

Z1 =24, Z2 =16 là số rãnh Stato và Rôto

k =f() là hệ số tính đến sức từ động nhỏ đi do bớc ngắn

đợc tra theo đờng cong hình 11-11 Trang 281 TKMĐ, với  = 0,833 (đợc tính ở mục 15) ta tra đợc: k = 0,87

Thay số vào công thức trên ta đợc:

 Theo công thức 11-43 Trang 282 ta có:

 Mật độ từ thông quy đổi trong khe hở không khí:

Theo công thức 11-42 TKMĐ:

Theo hình 11-12 Trang 281 TKMĐ ta tra đợc:  = 0,4

 Sự biến đổi tơng đơng của miệng rãnh Stato đợc tín theocông thức11-44 Trang 283 TKMĐ:

C1 = (t1 – b41),(1- ) =(1,256 –0,2).(1 - 0,4) =0,6336 (mm)

 Sự giảm nhỏ của hệ số từ dẫn của từ trờng tản do bão hoà:

Đối với rãnh 1/2 kín theo công thức 11-47 Trang 283 TKMĐ ta có:

 Điện kháng tản Stato khi xét đến bão hoà của từ tản:

 Sự biến đổi tơng đơng của miệng rãnh Rôto lồng sóc ờng đợc tính theo công thức 11-52 Trang 283 TKMĐ:

th-C2 = (t2 – b42).(1- ) =(18,75 – 1).(1 - 0,4) = 1,065 (mm)

 Sự giảm nhỏ hệ số từ dẫn tản rãnh Rôto do bão hoà:

* Hệ số từ tản rãnh roto khi xét đến bão hoà

84 Dòng điện mở máy khi s=1

Trong đó: k =1,67 là hệ số bão hoà toàn mạch,

X12 = 289,4 () là điện kháng hỗ cảm,

85 Bội số dòng điện mở máy

đạt yêu cầu

86 Bội số mômen mở máy

Theo công thức 11-78 Trang 295 TKMĐ ta tính đợc bội số mômen mở máy:

Theo bảng 11-8a Trang 293 TKMĐ ta tra đợc Bội số mômen

mở máy, đối với loại động cơ kiểu kín có công suất P

=1,1(KW), tốc độ n=1500 (Vòng/phút) ta tra đợc bội số

mômen mở máy:

Nh vây kết quả là đạt yêu cầu

Chơng IX: Tính toán nhiệt

Ta có sơ đồ nhiệt đơn giản dùng cho động cơ không

đồng bộ kiểu kín,

Pcu: là tổn hao đồng

PFe: là tổn hao sắt

PR: là tổn hao trong Rôto

RFe: nhiệt trở chỗ tiếp giáp lõi sắt Stato với

vỏ và trên gông Stato,

R: nhiệt trở đặc trng cho độ chênh nhiệt giữa

bề mặt vỏ và nắp máy với không khí làm mát

R’: nhiệt trở đặc trng cho độ chênh nhiệt giữa

với không khí nóng bên trong máy và vỏ máy,

Trong đó các giá trị PCu1 và Pf đợc tra trong bảng đặc

tính làm việc khi động cơ làm việc ở chế độ định mức,

 Tổn hao sắt trên Stato (bỏ qua tổn hao nề mặt):

Fe =30.10-2 (w/ o C,cm) là hệ số dẫn nhiệt của lá thép kỹ thuật

điện Sillic trung bình, đợc tra trong bảng 8-1 Tr124 TKMĐ

hg1 =1,3 (cm) là chiều coa gông Stato

g =0,08 0,1 (w/ 0 C,cm 2 ) là hệ số truyền nhiệt kinh nghiệm,

lđ = 13,86 (cm) chiều dài trung bình của phần

đầu nối dây

Trong đó: vv’= 0,5.v’ là tốc độ gió thổi ngoài vỏ máy đẫ

xét đến sự suy giảm chiều dài gân tản nhiệt, v’=11 (m/s) là

tốc độ gió của cách quạt đợc xác định theo kết cấu của cánh quạt và đợc tính ở trên (mục 97)

d là đờng kính tơng đơng rãnh thông gió, có thể lấy

dc=0,02 (m)

- Theo công thức 8-18 Trang 126 TKMĐ: ’g =.th(.h)

 = 4.10-2 (w/ o C,cm) là hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm gân (thép lá kỹ thuật, cách điện bằng sơn), tra bảng 8-1 Trang 124 TKMĐ

g = .th(.h) = 0,43.4.10-2.th(0,43.2,5)= 2,27.10-2(w/ o C.cm 2 )

- Thay số:

 V =kg.’V =0,975 2,594.10-3 =2,5.10-3 (w/ o C.cm 2 )