thiết kế động cơ 3pha không đồng bộ roto dây quấn( báo cáo, bản vẽ)

đồ án đã bao gồm file báo cáo và bản vẽ cad. Đất nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hoá hiện đại hoá nhằm đưa đất nước tiến kịp với các nền kinh tế của các nước trong khu vực và trên thế giới. Tốc độ phát triển kinh tế của một quốc gia phụ thuộc vào tốc độ phát triển của ngành năng lượng. Thường tốc độ phát triển của ngành công nghiệp phải cao hơn tốc độ phát triển chung của nền kinh tế. Do đó ngành chế tạo máy điện đòi hỏi phải luôn đi trước 1 bước về công nghiệp và chất lượng nhằm đảm bảo tốc độ phát triển chung của toàn ngành và yêu cầu của nền kinh tế. Ngành chế tạo máy điện sản xuất ra các thiết bị điện phục vụ cho nền kinh tế như: Máy biến áp, động cơ điện dùng làm nguồn động lực cho các loại thiết bị, công suất từ vài (w) đến hàng trăm (KW).

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Môn học: đồ án CDIO 4

Đề tài: thiết kế động cơ ba pha không đồng bộ roto dây quấn

Giảng viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Thanh Hùng

Mục lục

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG I :ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 4

1.1 Phân loại 4

1.2 Kết cấu 4

1 Phần tĩnh hay stato 4

3 Các lượng định mức 7

4 Công dụng của máy điện không đồng bộ 7

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN ĐIỆN TỬ 8

2.1 Tính toán kích thước chủ yếu 8

2.1.1 Tìm hiểu chung 8

2.1.2 Lựa chọn tính toán các kích thước chủ yếu 8

a.Các số liệu định mức 8

b.Xác định kích thước chủ yếu 9

2.2.Thiết kế stato và khe hở không khí 12

2.2.1.Tìm hiểu về dây quấn và lõi sắt stato 12

2.2.2.Tính toán dây quấn và lõi sắt stato: 12

2.3 Dây quấn , rãnh và gông rôto 22

2.3.1.Tìm hiểu về dây quấn và lõi sắt rôto 22

2.3.2.Tính toán dây quấn, rãnh và gông rôto: 22

2.4.Tính toán mạch từ 27

2.4.1.Tìm hiểu về mạch từ trong máy điện không đồng bộ 27

2.4.2.Tính toán mạch từ 27

2.5.Tham số của động cơ điện ở chế độ định mức 31

2.5.1.Tìm hiểu về tham số của động cơ điện 31

2.5.2.Tính toán tham số của động cơ điện 31

2.6.Các loại tổn hao trong động cơ và đặc tính làm việc 38

2.6.1.Tìm hiểu các loại tổn hao trong động cơ điện 38

2.6.2.Tính tổn hao thép và tổn hao cơ 39

2.7.Đặc tính làm việc 42

1.Các thông số : 42

2.Các thông số cần tính : 43

3.Các thông số định mức: 43

4.Hệ số trượt định mức và hệ số trượt tại momen cực đại : 43

5.Bội số mô men cực đại: 43

2.8.Tính toán nhiệt 44

2.8.1.Tìm hiểu về phát nóng máy điện 44

2.8.2.Tính toán nhiệt theo phương pháp đơn giản 44

1 Độ tăng nhiệt của dây quấn stato 44

2 Độ tăng nhiệt của dây quấn roto: 46

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ KẾT CẤU 47

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO : 49

LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hoá hiện đại hoá nhằm đưa đất nước tiếnkịp với các nền kinh tế của các nước trong khu vực và trên thế giới Tốc độ phát triểnkinh tế của một quốc gia phụ thuộc vào tốc độ phát triển của ngành năng lượng Thườngtốc độ phát triển của ngành công nghiệp phải cao hơn tốc độ phát triển chung của nềnkinh tế Do đó ngành chế tạo máy điện đòi hỏi phải luôn đi trước 1 bước về công nghiệp

và chất lượng nhằm đảm bảo tốc độ phát triển chung của toàn ngành và yêu cầu của nềnkinh tế Ngành chế tạo máy điện sản xuất ra các thiết bị điện phục vụ cho nền kinh tếnhư: Máy biến áp, động cơ điện dùng làm nguồn động lực cho các loại thiết bị, công suất

từ vài (w) đến hàng trăm (KW)

Với các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật trong bảng số liệu qua tính toán đã đạt được các yếu

cầu của đề ra Trong quá trình thiết kế em đã được sự chỉ dẫn tận tình của thầy Nguyễn Thanh Hùng, và các thầy cô giáo trong khoa đã giúp em hoàn thành môn đồ án này Em

xin chân thành cảm ơn Trong thời gian ngắn cùng với kiến thức và kinh nghiệm có hạn,trong đồ án này không tránh khỏi những sai sót, em mong sự thông cảm và ý kiến củathầy cô và các bạn

Sinh viên thực hiện

Huỳnh Hữu TuấnBùi Quang Tùng

CHƯƠNG I :ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

+ Kiểu bảo vệ có bảo vệ chống sự tiếp xúc ngẫu nhiên các bộ phận quay hay mangđiện, bảo vệ các vật ở ngoài hoặc nước rơi vào theo các góc độ khác nhau Loại nàythường là tự thông gió Theo cấp bảo vệ thì kiểu này thuộc các cấp bảo vệ từ IP11 đếnIP33

+ Kiểu kín là loại máy mà không gian bên trong máy và môi trường bên ngoài đượccách ly Tùy theo mức độ kín mà cấp bảo vệ là từ IP44 trở lên Kiểu kín thường là tựthông gió bằng cách thổi gió ở mặt ngoài vỏ hay thông gió độc lập bằng cách đưa gió vàotrong máy bằng đường ống Thường dùng loại này ở môi trường nhiều bụi, ẩm ướt, v.v…

- Theo kết cấu của rôto, máy điện không đồng bộ chia làm hai loại: loại rôto kiểu dâyquấn và loại rôto kiểu lồng sóc

- Theo số pha trên dây quấn stato có thể chia thành các loại: một pha, hai pha và bapha

Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng để làm mạch dẫn từ.Thường vỏ máy làm bằng gang Tuỳ theo cách làm nguội mà vỏ cũng được chế tạo ởnhững dạng khác nhau Loại gang đúc được phân làm hai loại: loại có gân trong và loạikhông có gân trong Loại không có gân trong thường dùng đối với máy điện cỡ nhỏ hoặckiểu kín, lúc đó lưng lõi sắt áp sát vào mặt trong của vỏ và truyền nhiệt trực tiếp lên vỏmáy Loại có gân trong có đặc điểm là lúc gia công, tốc độ cắt gọt chậm nhưng phôi liệu

bỏ đi ít hơn loại có gân trong Đối với máy có công suất tương đối lớn ( 1000kW )thường dùng thép tấm hàn lại làm thành vỏ

b Lõi sắt

Lõi sắt là phần dẫn từ Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên để giảm tổnhao, lõi sắt được làm bằng những lá thép kĩ thuật điện dày 0,5 mm ép lại Khi đườngkính ngoài lõi sắt stato nhỏ hơn 990 mm thì dùng cả tấm tròn ép lại Khi đường kínhngoài lớn hơn 1000 mm thì phải dùng những tấm hình rẻ quạt ghép lại thành khối tròn Mỗi lá thép kĩ thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm tổn hao dodòng điện xoáy gây nên Nếu lõi sắt ngắn hơn 25 đến 30 cm thì có thể ghép lại thành mộtkhối Nếu lõi sắt dài hơn trị số trên thì thường ghép thành từng thếp ngắn, mỗi thếp dài 4đến 6 cm, đặt cách nhau 1 cm để thông gió cho tốt

c Dây quấn

Dây quấn stato gồm nhiều phần tử nối với nhau theo một quy luật nào đó Phần tử ởđay cũng chính là bối dây được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõisắt Bối dây quấn xó thể chỉ là một vòng dây (được gọi là dây quấn kiểu thanh dẫn , bốidây thường được chếtạo dạng 1/2 phần tử và tiết diện thường lớn) , cũng có thể có nhiềuvòng dây (tiết diện nhỏ và gọi là qây quấn kiểu vòng dây).Số vòng dây của mỗi bối, sốbối của mỗi pha và cách nối lại phụ thuộc vào công suất, điện áp, tốc độ, điều kiện làmviệc của máy và quá trình tính toán điện từ

Yêu cầu chính đối với dây quấn như sau:

 Điện áp của ba pha bằng nhau trong dây quấn ba pha , điện áp ba pha lệch nhau

1200 góc độ điện

 Điện trở và điện kháng của các mạch song song và của ba pha bằng nhau

 Có thể đấu thành các mạch song song một cách dễ dàng khi cần thiết

 Dùng vật liệu dây dẫn điện ít nhất.Phần đầu nối càng ngắn càng tốt để thu ngắnchiều dài của máy và đỡ tốn vật liệu

 Dễ chế tạo và sửa chữa

 Cách điện giữa các vòng dây, các pha và với đất ít tốn kém và chắc chắn

 Kết cấu chắc chắn, có thể chịu được ứng lực cơ khi máy bị ngắn mạch đột ngộthay khi khởi động

2 Phần quay hay rôto

Phần này gồm hai bộ phận chính là lõi sắt và dây quấn

a Lõi sắt

Người ta dùng các lá thép kĩ thuật điện giống như ở stato Lõi sắt được ép trực tiếp lêntrục máy hoặc lên một giá rôto của máy Phía ngoài của lá thép có xẻ rãnh để đặt dâyquấn

b Rôto và dây quấn rôto

Rôto có hai loại chính là: rôto kiểu dây quấn và rôto kiểu lồng sóc

- Loại rôto kiểu dây quấn: Rôto có dây quấn giống như dây quấn stato Trong máy điện

cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp vì bớt được những dây đầunối, kết cấu dây quấn trên rôto chặt chẽ Trong máy điện cỡ nhỏ thường dùng dây quấnđồng tâm một lớp Dây quấn ba pha của rôto thường đấu hình sao, còn ba đầu kia đượcnối vào ba vành trượt thường làm bằng đồng được đặt cố định ở một đầu trục và thôngqua chổi than có thể đấu với mạch điện bên ngoài Đặc điểm của loại động cơ điện rôtokiểu dây quấn là có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ hay sức điện động phụ vàomạch điện rôto để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ sốcông suất của máy Khi máy làm việc bình thường dây quấn rôto được nối ngắn mạch

- Loại rôto kiểu lồng sóc: Kết cấu của loại dây quấn rôto này rất khác với dây quấn stato.Trong mỗi rãnh của lõi sắt rôto đặt các thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi sắt

và được nối ngắn mạch ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làmthành một cái lồng mà người ta quen gọi là lồng sóc

Dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt Để cải thiện tính năng mở máy, trongmáy công suất tương đối lớn, rãnh rôto có thể làm thành dạng rãnh sâu hoặc làm thànhhai rãnh lồng sóc hay còn gọi là lồng sóc kép Trong máy điện cỡ nhỏ rãnh rôto thườngđược làm chéo đi một góc so với tâm trục

c Khe hở

Vì rôto là một khối tròn nên khe hở đều Khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ

để hạn chế dòng điện từ hoá lấy từ lưới vào và như vậy mới có thể làm cho hệ số côngsuất của máy cao hơn

4 Công dụng của máy điện không đồng bộ

Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu làm động cơ điện Do kếtcấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên động cơ không đồng

bộ là loại máy được dùng rộng rãi nhất trong các nghành kinh tế quốc dân với công suất

từ vài chục đến hàng nghìn kilôoat Trong công nghiệp thường dùng máy điện khôngđồng bộ làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máycông cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ, v.v…Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạtgió Trong nông nghiệp dùng để làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm Trongđời sống hàng ngày, máy điện không đồng bộ cũng dần dần chiếm một vị trí quan trọng:quạt gió, máy quay đĩa, động cơ trong tủ lạnh, v.v…Tóm lại theo sự phát triển của nềnsản xuất điện khí hoá, tự động hoá và sinh hoạt hàng ngày, phạm vi ứng dụng của máyđiện không đồng bộ ngày càng rộng rãi

Tuy vậy, máy điện không đồng bộ có những nhược điểm như sau: cosϕ của máy thườngkhông cao và đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt nên ứng dụng của máy điện khôngđồng bộ có phần bị hạn chế

Máy điện không đồng bộ có thể dùng làm máy phát điện nhưng đặc tính không tốt sovới máy phát điện đồng bộ, nên chỉ trong một số trường hợp nào đó cần nguồn điện phụhay tạm thời thì nó cũng có một ý nghĩa quan trọng

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN ĐIỆN TỬ

2.1 Tính toán kích thước chủ yếu

2.1.2 Lựa chọn tính toán các kích thước chủ yếu

m1 -là số pha dây quấn của stato;

P - công suất định mức của động cơ(kW);

I1- dòng điện pha định mức trong dây quấn stato(A);

U1- điện áp pha định mức đặt vào dây quấn stato(V);

η đm- hiệu suất định mức của động cơ;

cos ϕđm - là hệ số công suất định mức của động cơ

ηđm- hiệu suất của động cơ;

cosϕđm - hệ số công suất định mức của máy;

11 Đường kính ngoài của stato:

Từ công suất của động cơ không đồng bộ rôto dây quấn ta tra sách “TKMĐ” được chiềucao tâm trục của máy này là h=225mm Ta tra bảng 10.3 sách(“TKMĐ”) được:

k d1 – hệ số dây quấn stato, lấy kd1 = 0,92;

A - tải đường(A/cm); A=380 A/cm

Bδ- từ cảm qua khe hở không khí (T); Bδ=0,77 T;

D -đường kính trong stato , D=26,6 cm

nđb - tốc độ đồng bộ(v/ph); nđb=1500 vòng/phút;

nhiệt không khó khăn lắm nên lõi thép có thể ép thành một khối Do lõi sắt phần ứngstato ngắn nên làm thành một khối với việc không có rãnh thông gió làm mát bằng quạtgió

Chiều dài toàn bộ lõi sắt stato được chọn bằng:

l1= lδ= 19 cm.

2.2.Thiết kế stato và khe hở không khí

2.2.1.Tìm hiểu về dây quấn và lõi sắt stato

Với máy đang thiết kế có P=55 kW ,chiều cao tâm trục h=225 mm , điện áp dây quấnstato Uđm=380 V thì chọn dây quấn hai lớp đặt vào rãnh 1/2 kín

2.2.2.Tính toán dây quấn và lõi sắt stato:

16.Chọn số rãnh một pha dưới một cực :

q1=4 khi thiết kế dây quấn stato cần phải xác định số rãnh của một pha dưới một cực q1 Nênchọn q1 trong khoảng từ 2 ÷ 5 Thường lấy q1=3 ÷4 Với máy công suất nhỏ hoặc tốc độthấp , 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 không nên nhiều quá, vì như vậy diệntích cách điện rãnh chiém chỗ so với số rãnh ít sẽ nhiều hơn , do đó hệ số lợi dụng rãnh

sẽ kém đi Mặt khác , về phương diện độ bền cơ mà nói , răng sẽ yếu,ít răng quá sẽ làmcho dây quấn phân bố không đều trên bề mặt lõi sắt nên sức từ động phần ứng có nhiềusóng bậc cao.Trị số q1 nên chọn số nguyên

17.Số rãnh stato:

Z1=2.m1.p.q1 = 2.3.2.4 =48 rãnhTrong đó :

Z1- số rãnh stato ;

m – là số pha của động cơ, m=3;

p – là số đôi cực từ của động cơ, p =2;

q1- là số rãnh của một pha dưới một cực, q1=4

18.Bước răng stato:

t1= D π Z

1

= π 26,648 =1,74 cm

I1 – dòng điện pha stato định mức, I1=100,1;

a1 – là số mạch nhánh song song của một pha, a1=4

20.Số vòng dây nối tiếp của một pha:

ur1- là số thanh dẫn của một pha dưới một cực

21.Tiết diện dây quấn và đường kính dây quấn stato:

Mật độ dòng điện :

J1' = AJ

A =2295380 =6,04 A mm2

Trong đó:

AJ =3060 -25%.3060 =2295 A2/cm.mm2 - là tích số được chọn theo hình 4d(trang 237) sách “TKMĐ” Ở hình này là ứng dụng cho động cơ không đồng bộ cấpcách điện cấp F , với cấp cách điện B hoặc E thì tích số AJ được lấy thấp hơn vàokhoảng 25÷30%

A - tải đường, A=430 A/cm

Tiết diện dây (sơ bộ):

23.Kiểu dây quấn stato:

chọn kiểu dây quấn là dây quấn xếp hai lớp bước ngắn với bước dây quấn là y=10.và hệ

số rút ngắn bước dây quấn là:

Hình 1.1 Kích thước rãnh statoChiều cao rãnh stato:

+Diện tích cách điện của rãnh:

Theo bảng VIII-1 ở phụ lục VIII với chiều cao tâm trục h=225mm ta tra ra chiều dàycách điện rãnh là c= 0,4 mm và chiều dày cách điện giữa hai lớp là c’ = 0,5 mm

 Bề rộng răng trung bình của stato

Theo công thức 11- 27b trang 277, Giáo trình TKMĐ- Trần Khánh Hà

Đối với loại Động cơ có công suất lớn :

2.3 Dây quấn , rãnh và gông rôto

2.3.1.Tìm hiểu về dây quấn và lõi sắt rôto

Đối với rôto dây quấn không có yêu cầu về khởi động mà chỉ phải thoả mãn tiêu chuẩnnhà nước về hiệu suất, cosϕ, bội số mômen cực đại trong điều kiện làm việc định mức

2.3.2.Tính toán dây quấn, rãnh và gông rôto:

D’=D-2.δ=26,6-2.0,85=24,9 cm36.Đường kính trong rôto(hay đường kính trục):

D2 = Dt=0,3.D=0,3.26,6=7,98cm Lấy Dt=79,8 mm

38.Bước răng rôto:

39.Kiểu dây quấn :

Chọn dây quấn hai lớp dạng sóng kiểu thanh dẫn, quấn bước đủ Với hệ số rút ngắn bước dây rôto

τ2 = 15

15=1

Trong đó

Bước cực rôto được tính như sau:τ2=2 p Z2= 604 =15

41.Số vòng dây một pha của rôto:

w2=2pq2=4.5=20 vòng42.Dòng điện rôto:

m1, m2 là số pha dây quấn của stato và rôto;

w1 - là số vòng dây quấn một pha của stato,w1=40;

w2 - là số vòng dây quấn một pha của rôto, w2= 20;

2

• Kích thước rãnh và cách điện rãnh:

(mm)

Số lớp(lớp)

Chiều dày 2 phía cách điện

Theo chiều rộng(mm)

Theo chiều cao (mm)

ng2 =1 là số dãy lỗ thông gió theo hướng dọc trục rôto;

dg2= 1.5 cm là đường kính lỗ thông gió dọc trục rôto;

47.Chiều rộng răng rôto:

• Chiều rộng răng rôto phía nhỏ nhất:

2.4.1.Tìm hiểu về mạch từ trong máy điện không đồng bộ

Mạch từ trong máy điện không đồng bộ gồm hai phần: mạch từ stato và mạch từ rôto.Mạch từ phần ứng dẫn từ thông xoay chiều, còn mạch từ phần cảm hay mạch từ rôto dẫn

từ thông xoay chiều tần số thấp (f2= s.f1=2÷3 Hz)

Tính toán mạch từ là việc xác định sức từ động cần thiết để tạo ra ở khe hở không khímột từ thông có thể sinh ra sức điện động đã xác định ở dây quấn phần ứng Mạch từ máyđiện có thể chia làm năm đoạn sau: khe hở không khí răng của rôto, gông rôto, răng stato,gông stato

h’Z1-là chiều cao răng tính toán theo hướng kính của stato; h’Z1=hr1-d1/3=2,74 – 1,1/3= 20,6 mm

53.Mật độ từ thông ở răng rôto:

• Mật độ từ thông ở răng rôto ở nơi có diện tích trung bình:

2.6.Các loại tổn hao trong động cơ và đặc tính làm việc

2.6.1.Tìm hiểu các loại tổn hao trong động cơ điện

Tổn hao trong máy điện gồm có những tổn hao chính sau:

+ Tổn hao trong thép ở stato và rôto do từ trễ và dòng điện xoáy khi từ thông chính biếnthiên

+ Tổn hao đồng do hiệu ứng Jun gây nên ở dây quấn và ở nơi tiếp xúc giữa chổi than vớivành trượt

+ Tổn hao phụ khi có tải do dự đập mạch của từ thông tản ở máy điện xoay chiều + Tổn hao cơ do ma sát giữa chổi than với vành trượt và giữa không khí với các bộ phậnquay.Tổn hao quạt gió cũng phải kể vào tổn hao cơ

2.8.Tính toán nhiệt

2.8.1.Tìm hiểu về phát nóng máy điện

Khi làm việc , trong máy điện sinh ra các tổn hao, năng lượng tiêu tốn đó biến thànhnhiệt năng và làm nóng các bộ phận của máy Khi trạng thái nhiệt trong máy đã ổn địnhthì toàn bộ nhiệt lượng phát ra từ máy đền toả ra môi trường xung quanh nhờ sự chênhlệch nhiệt độ giữa các bộ phận của máy bị đốt nóng với môi trường Khi thiết kế một máymới thì việc tính toán nhiệt và giải quyết vấn đề tản nhiệt cho máy điện là một việc tối