đề tài đồ án thiết kế động cơ không đồng bộ roto dây quấn

Động cơ điện không đồng bộ rôto dây quấn nói riêng và động cơ không đồng bộ nói chung có kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ đây là loại động cơ được sử dụn

* * + >

Do an

Thiết kế động cơ không đồng bộ

roto day quan

ÿ#inÐeirieDihierixxirieiebeeiivieieiebviee ?Pitsivitritpsiviebiiebeieiiebeiebvivie

de Se be Sp Sip Sp Sp Sp Sp Spe Sp Se Sp Spe Spe Se

Đồ án : Thiết kế động cơ không đồng bộ roto dây quan

LỜI NÓI ĐÀU

Trong sản xuất hiện nay của nền kinh tế quốc dân hiện nay thì ứng dụng động điện vào việc truyền động cơ cấu dé tạo ra các nguyên công nhằm tạo ra các sản phẩm phục vụ cho đời sống con người là rất phô biến Động cơ điện

không đồng bộ rôto dây quấn nói riêng và động cơ không đồng bộ nói chung

có kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ đây là

loại động cơ được sử dụng rộng rãi nhất trong các nghành kinh tế quốc dân với đải công suất rộng từ vài chục tới hàng nghìn kilooat

Trên cơ sở các môn học về thiết kế máy điện em xin được trình bày bản

Sau thời gian làm việc dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn

Trung Cư em đã hoàn thành bản thiết kế của mình Tuy nhiên, do sự hiểu biết và kiến thức còn hạn chế nên bản thiết kế chắc chắn còn nhiều sai sót Em rất mong được sự thông cảm và sự chỉ bảo của các thày các cô để em có thể hoàn thiện

hơn nữa

Em xin gửi lời chân thành cảm ơn đến tất cả các thầy các cô trong bộ

môn và các thầy cô trong trường đại học Bách khoa Hà nội đã nhiệt tình dạy em

trong những năm qua

+Kiểu hở không có trang bị bảo vệ sự tiếp xúc ngẫu nhiên các bộ phận

quay và bộ phận mang điện, cũng không có trang bị bảo vệ các vật bên ngoài

rơi vào máy Theo cấp bảo vệ thì đây là loại IP00 Loại này được chế tạo theo kiểu tự làm nguội Loại này thường đặt trong nhà, có người trông coi và

không cho người ngoài đến gần

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

thuộc các cấp bảo vệ từ IPI1 đến IP33

+Kiéu kín là loại máy mà không gian bên trong máy và môi trường bên ngoài được cách ly Tùy theo mức độ kín mà cấp bảo vệ là từ IP44 trở lên Kiểu kín thường là tự thông gió bằng cách thôi gió ở mặt ngoài vỏ hay thông gió độc lập bằng cách đưa gió vào trong máy bằng đường ống Thường dùng

loại này ở môi trường nhiều bụi, âm ướt, v.v

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

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

1.2 Kết cấu

May điện không đồng bộ bao gồm các bộ phận chính là phần tĩnh hay stato va phần quay hay rôto

1 Phần tĩnh hay stato

Trên stato máy điện không đồng bộ có vỏ, lõi sắt và dây quấn

a Vỏ máy

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 ở những dạng khác nhau Loại gang đúc được phân làm hai loại: loại có gân trong và loại không có gân trong Loại không có gân trong

thường dùng đối với máy điện cỡ nhỏ hoặc kiểu kín, lúc đó lưng lõi sắt áp sát vào mặt trong của vỏ và truyền nhiệt trực tiếp lên vỏ máy 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 tắm 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 tổn hao, lõi sắt được làm bằng những lá thép kĩ thuật điện dày 0,5

mm ép lại Khi đường kính ngoài lõi sắt stato nhỏ hơn 990 mm thì dùng cả

tắm tròn ép lại Khi đường kính ngoài lớn hơn 1000 mm thì phải đùng những

tắm 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 do dòng điện xoáy gây nên Nếu lõi sắt ngắn hơn 25 đến 30 cm thì có

thể ghép lại thành một khối Nếu lõi sắt dài hơn trị số trên thì thường ghép

thành từng thếp ngắn, mỗi thếp dài 4 đến 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 ở đay cũng chính là bối dây được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõi sat.Béi day quan x6 thé chỉ là một vòng dây (được gọi là

dây quấn kiểu thanh dẫn , bối dây thường được chếtạo dạng 1/2 phần tử và tiết điện thường lớn) , cũng có thể có nhiều vòng dây (tiết diện nhỏ và gọi là

qây quấn kiểu vòng dây).Số vòng dây của mỗi bối, số bối của mỗi pha và

cách nối lại phụ thuộc vào công suất, điện áp, tốc độ, điều kiện làm việc của

máy và quá trình tính toán điện từ

Yêu cầu chính đối với dây quấn như sau:

1.Điện áp của ba pha bằng nhau trong dây quấn ba pha , điện áp ba pha

5.Dễ chế tạo và sửa chữa

6.cách điện giữa các vòng dây, các pha và với đất ít tốn kém và chắc chắn

7.Kết câu chắc chắn, có thể chịu được ứng lực cơ khi máy bị ngắn mạch

đột ngột hay khi khởi động

2 Phần quay hay rôto

Phần này gồm hai bộ phận chính là lõi sắt và day quan

a Lõi sắt

Người ta dùng các lá thép kĩ thuật điện giống như ở stato Lõi sắt được

ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá rôto của máy Phía ngoài của lá

thép có xẻ rãnh đề đặt day quan

b Rôto và dây quấn rôto

Rôto có hai loại chính là: rôto kiểu day quan 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 kiêu sóng hai lớp

vì bớt được những dây đầu nối, kết cấu dây quấn trên rôto chặt chẽ Trong

máy điện cỡ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp Dây quấn ba pha

của rôto thường đấu hình sao, còn ba đầu kia được nối vào ba vành trượt

thường làm bằng đồng được đặt có định ở một đầu trục và thông qua chổi

than có thể đấu với mạch điện bên ngoài Đặc điểm của loại động cơ điện rôto kiểu dây quấn là có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ hay sức điện động phụ vào mạch điện rôto để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc

độ hoặc cải thiện hệ số công 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 đây quan réto này rất khác với dây quấn stato Trong mỗi rãnh của lõi sắt rôto đặt các thanh dẫn bằng đồng hay nhôm đài ra khỏi lõi sắt và được nối ngắn mạch ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành 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, trong máy công suất tương đối lớn, rãnh rôto có thể làm thành

dạng rãnh sâu hoặc làm thành hai rãnh lồng sóc hay còn gọi là lồng sóc kép

Trong máy điện cỡ nhỏ rãnh rôto thường được làm chéo đi một góc so với

Máy điện không đồng bộ có các trị số định mức đặc trưng cho điều kiện

kỹ thuật của máy Các chỉ số này do nhà máy thiết kế, chế tạo quy định và được ghi trên nhãn máy Vì máy điện không đồng bộ chủ yếu làm việc ở chế

độ động cơ điện nên trên nhãn máy ghi các trị số định mức của động cơ điện khi tải định mức Các trị số đó thường bao gồm: công suất định mức ở đầu

trục Pam (KW hay W), dòng điện dây định mức lạm (A), điện áp dây định mức

Uạm (V), cách đấu đây ( Y hay A ), tốc độ quay định mức nạmạ ( vg/ph ), hiệu suat dinh mirc nam và hệ số công suất định mức cosam,

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 kết cấu 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 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, v.v Trong hầm mỏ dùng làm may tdi hay quạt gió Trong nông nghiệp dùng để làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm Trong đời 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 nền sản xuất điện khí hoá, tự động hoá và sinh hoạt hàng ngày, phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ ngày càng rộng rãi

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

Máy điện không đồng bộ có thể dùng làm máy phát điện nhưng đặc tính không tốt so với máy phát điện đồng bộ, nên chỉ trong một số trường hợp nào

đó cần nguồn điện phụ hay tạm thời thì nó cũng có một ý nghĩa quan trọng

CHUONG 2

TINH TOAN DIEN TU

2.1.Tính toán kích thước chủ yếu

2.1.1.Tìm hiểu chung

Những kích thước chủ yếu trong máy điện không đồng bộ là đường kính trong stato va chiéu dài lõi sắt 1 Mục đích của việc tính toán lựa chọn kích thước chủ yếu này dé chế tạo đựơc máy điện có tính kinh tế hợp lý nhất mà

tính năng phù hớp với các tiêu chuẩn nhà nước.Tính kinh tế của máy không

phải chỉ là vật liệu sử dụng chế tạo ra máy mà còn sét đến quá trình chế tạo

trong nhà máy như khuôn dập, vật đúc, các kích thước được tiêu chuẩn hoá

Tra bảng P1.3 Các thông số kĩ thuật của động cơ 4A (trang 236)sách

“Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí của Trịnh Chất và Lê Văn Uyễn với

động cơ không đồng bộ có công suất P=90kW, 2p=4, nạy=1500vg/ph ta tra

được kiểu động cơ như sau: 4A250M4, cos@ =0,91 va n=0,93; ngn=1480 vg/ph; Mynax=2,2

2.1.2.Lựa chọn tính toán các kích thước chủ yếu

a.Các số liệu định mức

1.Công suất định mức: Pa„=90 kW

2.Điện áp định mức: Ua„=220/380V đấu A/Y

Trong đó :

m, -là số pha day quan cua stato;

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

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

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

Nam - hiéu suất định mức của động cơ;

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

P' - công suất tính toan(kVA);

kG =0,98 tra hình 10-2 (trang 231) sách “Thiết Kế Máy Điện” của

Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh (“TKMĐ” );

Pam- công suất định mức của động cơ(KW);

Nam - hiéu suất của động cơ;

cosoam - hệ số công suất định mức của máy;

Thay số ta được:

Pa” 104,22 kVA 11.Đường kính ngoai cua stato:

Từ công suất của động cơ không đồng bộ rôto dây quấn ta tra sách

“TKMĐ” được chiều cao tâm trục của máy này là h= 250 mm Ta tra bảng 10.3 sách(“TKMĐ”) được

D, = 43,7 cm

12.Đường kinh trong cua stato:

=(0,64 ~ 0,68).43,7=(27,968~29,716) cm Trong đó:

l;= 6,1.P'.107 ; em (25) a;-k,.k,.A.B;.D°.n4,

Trong đó :

P° - công suất tính toán , P=104,22 kVA (đã tính ở mục 9 );

Œ¿; - hệ số xung cực từ , chọn Œ; = 0,64;

kg - hé s6 dang song , chon ks = 1,11;

kai—hé số day quan stato, lay kai = 0,92;

với máy có chiều cao tâm trục h= 180 +250 mm thì thường chọn dây quấn

hai lớp đặt vào rãnh nửa kín thì kạ = 0,91+0,92 ở đây ta chọn kạ¡= 0,92

A - tải duong(A/cm);

B¿- từ cảm qua khe hở không khí (T);

Tra hình 10-3 (trang 234) sách “TKMĐ” có: A=430 A/cm ;B,; = 0.74T ;

D -đường kính trong stato , D=29,7 em (đã chọn ở mục 12) ;

việc tản nhiệt không khó khăn lắm nên lõi thép có thể ép thành một khối Do

lõi sắt phần ứng stato ngắn nên làm thành một khối với việc không có rãnh thông gió làm mát bằng quạt gió

Chiều đài toàn bộ lõi sắt stato được chọn bằng:

1,=1,;=23 cm

15.Lập phương án so sánh :

`

trong dãy động cơ không đồng bộ , công suất 110 kW và 2p =4 có cùng

đường kính ngoài (cùng chiều cao tâm trục h) với máy công suất 90 kW và 2p

=4 Hệ số tăng công suất của máy là :

= Puo <0} 9999

Đạo

như vậy là — À.110= Y.À.90 =1,2222.0,9865 =1,2

Theo hình 10- 3b, hai hệ số À.110 › À.90 đều nằm trong phần gạch chéo của hình 10-3b sách “TKMĐ” (trang 235) nên việc chọn phương án trên là có

tính kinh tế cao

10

2.2.Thiết kế stato và khe hở không khí

2.2.1.Tìm hiểu về day quan va Idi sat stato

Việc chọn kiểu đây quấn và kiểu ranh stato được căn cứ vào một số cách sau đây:

+Stato máy điện xoay chiều thường dùng loại rãnh 1/2 kin , 1/2 ho va

rãnh hở Rãnh 1/2 kín thường dùng ở stato máy công suất đến 100 kW điện áp

đến 690 V.Có thể dùng dây quấn một lớp, hai lớp, dây quấn phân tán được cấu tạo từ những phần tử mền, tiết diện tròn

+Căn cứ vào điện áp và chiều cao tâm trục để chọn loại dây quấn ; với điện áp U<660V, chiều cao tâm trục h < 160 mm có thê chọn dây quấn đồng

tâm đặt vào rãnh 1/2 kín.Với h=180 — 250 mm dùng dây quấn hai lớp đặt vào

rãnh 1/2 kín.Với h > 280 mm, dùng dây quấn hai lớp phần tử cứng đặt vào

rãnh 1/2 hở

Với máy đang thiết kế có P=90 kW ,chiều cao tâm trục h=250 mm, điện

áp dây quấn stato Ua„=380 V thì chọn day quan hai lớp đặt vào rãnh 1/2 kín Lõi sắt stato máy điện không đồng bộ thường làm bằng lá thép kỹ thuật điện Trong máy có chiều cao tâm trục h<250 mm thường dùng thép 2211 hay thép 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 Với máy

đang thiết kế thì ta dùng thép có mác 2212 đề chế tạo lõi sắt stato

2.2.2.Tính toán dây quấn và lõi sắt stato:

16.Chọn số rãnh một pha dưới một cực :

qị=4

khi thiết kế dây quấn stato cần phải xác định số rãnh của một pha đưới

một cực q¡ Nên chọn q¡ trong khoảng từ 2 + 5 Thường lấy q¡=3 +4 Với

máy công suất nhỏ hoặc tốc độ thấp , lẫy q¡ = 2 Máy tốc độ cao, công suất

lớn có thể chọn q¡=6 Chọn q¡ nhiều hay ít cóảnh hưởng đến số rãnh stato Z¡

Số rãnh này không nên nhiều quá, vì như vậy diện tích cách điện rãnh chiếm chỗ so với số rãnh ít sẽ nhiều hơn , do đó hệ số lợi dụng rãnh sẽ kém đi Mặt

11

khác , vé phuong dién d6 bén co ma ndi , rang sé yéu,it rang qua sé làm cho

dây quấn phân bố không đều trên bề mặt lõi sắt nên sức từ động phần ứng có

nhiều sóng bậc cao.Trị số q¡ nên chọn số nguyên

17.S6 ranh stato:

Zi=2.m¡.p.qị = 2.3.2.4 =48 rãnh (2.8)

Trong đó :

Z,- sé rãnh stato 5

m - là số pha của động cơ, m=3;

p là số đôi cực từ của động cơ, p =2;

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

18.Buéc rang stato:

1.D t= —, cm mF, (2.9) 2.9

_ Aty.a,

1

Trong đó :

A - là tải đường, A=430 A/cm (da được xác định ở mục 14);

t¡ — bước rãnh stato, tị=1,943 cm (đã được xác định ở mục 18);

I, — dòng điện pha stato định mức, I;=161,129A( tính ở mục 9);

ai — là số mạch nhánh song song của một pha, a¡=4;

chọn số mạch nhánh song song là ước số chung của số cực từ

Thay số ta được :

12

vy = 0 293-4 ~20,74 thanh 161,129

với dây quấn hai lớp ta chọn u„¡=20 (là số nguyên chẵn)

20.Số vòng đây nối tiếp của một pha:

qi- số rãnh của một pha dưới một cực, q¡=4(chọn ở mục 16);

a¡- là số mạch nhánh song song, a¡=4 (chọn ở mục 19);

u„¡- là số thanh dẫn của một pha dưới một cực (đã có ở mục 19) Thay số ta được :

v24 =40 vòng 21.Tiết diện dây quấn và đường kính dây quấn stato:

Mật độ dòng điện :

Trong đó:

AJ =3060 -25%.3060 =2295 A’/cm.mm? - là tích số được chọn theo

hình 10-4d(trang 237) sách “TKMĐ” Ở hình này là ứng dụng cho động cơ không đồng bộ cấp cách điện cap F , voi cap cách điện B hoặc E thì tích số AJ

được lấy thấp hơn vào khoảng 25 +30%

A - tải đường, A=430 A/cm (đã biết ở mục 14)

Thay số :

J= 2295 =5,3372 A/mm? 430

Tiết diện day (sơ bộ):

13

1¡ - dòng điện pha stato định mức(A) (đã tính ở mục 9) ;

a¡- là số mạch nhánh song song (đã chọn ở mục 20) ;

n¡- là số sợi dây ghép song song, chọn nị =4 ;

J, - 1a mat d6 dong điện(A/mmỶ )(đã được tính ở trên)

23.Kiéu day quan stato:

chọn kiểu đây quấn là dây quấn xếp hai lớp bước ngắn với bước dây

quấn là y=10.và hệ số rút ngắn bước đây quấn là: