đồ án động cơ điện đồng bộ

Các động cơ điện xoay chiều dùng nhiều trong sản xuất thường là những động cơ điện không đồng bộ,vì loại động cơ điện này có những đặc ưu điểm như cấu tạođơn giản,làm việc chắc chắn,bảo

đồ án động cơ điện đồng bộ

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 9

PHẦN 1 10

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ 10

CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC,KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐỒNG BỘ 10

I Đại Cương Về Động Cơ Điện Đồng bộ 10

II Phân Loại Và Kết Cấu Của Động Cơ Điện Đồng Bộ 11

III Nguyên Lý Làm Việc Của Động Cơ Đồng Bộ 15

IV Cấu Tạo Của Động Cơ Đồng Bộ 17

V Công Dụng Của Động Cơ Đồng Bộ 20

CHƯƠNG 2 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG KHI THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỒNG 20

I Tiêu Chuẩn Sản Xuất Động Cơ 20

II Phương Pháp Thiết Kế 21

IV Các Tiêu Chuẩn Đối Với Động Cơ Đồng Bộ 21

V Vật Liệu Thường Dùng Trong Chế Tạo Động Cơ Điện Đồng Bộ 23

PHẦN 2 28

CHƯƠNG 1 _TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU 28

I Các Thông Số Cơ Bản 28

CHƯƠNG 2 _TÍNH TOÁN THÔNG SỐ STATO VÀ ROTO 29

I Các Thông Số Stato 29

II Khe Hở Không Khí Và Thông Số Roto 36

CHƯƠNG 3 _ TÍNH TOÁN MẠCH TỪ VÀ KÍCH TỪ 40

I TÍNH TOÁN MẠCH TỪ 40

II Dây Quấn Kích Từ 46

CHƯƠNG 4 _CÁC THÔNG SỐ Ở CHẾ ĐỘ ĐỊNH MỨC 48

I CÁC THAM SỐ CỦA DÂY QUẤN STATO Ở CHẾ ĐỘ ĐỊNH MỨC 48 II Tham Số Và Hằng Số Thời Gian 51

CHƯƠNG 5 _TỔN HAO VÀ HIỆU SUẤT 53

I Tổn Hao 53

II Hiệu Suất 54

CHƯƠNG 6 _CÁC ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ 54

I Các Đặc Tính Cơ Bản Của Động Cơ Đồng Bộ 54

II Đặc Tính Khởi Động Của Động Cơ 55

CHƯƠNG 7 _ TRỌNG LƯỢNG VẬT LIỆU TÁC DỤNG 56

I Trọng Lượng Đồng 56

II Trọng Lượng Sắt 57

LỜI NÓI ĐẦU

Trong công cuộc xây dựng và đổi mới đất nước ngày càng phát triển cao hơntrong mọi lĩnh vực, công nghiệp, giao thông và các dịch vụ trong cuộc sống hàngngày.Xã hội không ngừng phát triển,sinh hoạt của nhân dân không ngừng được nângcao nên cần phát triển nhiều loại máy điện mới

Các động cơ điện xoay chiều dùng nhiều trong sản xuất thường là những động

cơ điện không đồng bộ,vì loại động cơ điện này có những đặc ưu điểm như cấu tạođơn giản,làm việc chắc chắn,bảo quản dễ dàng và giá thành hạ.Tuy nhiên các động cơđiện đồng bộ do có những ưu điểm nhất định nên trong thời gian gần đây đã được sửdụng rộng rãi hơn và có thể so sánh được với động cơ không đồng bộ trong lĩnh vựctruyền động điện.Về ưu điểm ,động cơ điện đồng bộ do được kích thích bằng dòngđiện một chiều nên có thể làm việc với cosφ=1 và không cần lấy công suất phản kháng

từ lưới điện,nên hệ số công suất của lưới điện được nâng cao và giảm được điện áp rơi

và tổn hao công suất trên đường dây

Trong thời gian học môn máy điện em được giao nhiệm vụ thiết kế động cơđồng bộ ba pha với các số liệu cho sẵn.Bản thiết kế bao gồm các phần chính sau:

Phần 1 Giới thiệu chung về động cơ đồng bộ.

Phần 2 Thiết kế và tính toán động cơ đồng bộ.

Trong thời gian làm đồ án vừa qua, với sự cố gắng nỗ lực của bản thân cùng với

sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Thiết kế máy điện,

đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn Nguyễn Anh Tuấn, em đã

hoàn thành xong bản thiết kế của mình Trong quá trình thiết kế đồ án, với kiến thứccòn hạn chế nên bản đồ án khó có thể tránh khỏi các khiếm khuyết Em mong nhậnđược sự nhận xét, góp ý của các thầy cô giáo để bản thiết kế của em được hoàn chỉnhhơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Vinh, ngày 25 tháng 10 năm 2010

Sinh viên

HỒ NGỌC THÍCH

PHẦN 1

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ

CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC,KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐỒNG BỘ

I Đại Cương Về Động Cơ Điện Đồng bộ

Các động cơ điện xoay chiều dùng nhiều trong sản xuất thường là những động cơđiện không đồng bộ,vì loại động cơ điện này có những đặc điểm như cấu tạo đơngiản,làm việc chắc chắn,bảo quản dễ dàng và giá thành hạ.Tuy nhiên các động cơ điệnđồng bộ do có những ưu điểm nhất định nên trong thời gian gần đây đã dược sử dụngrộng rãi hơn và có thể so sánh được với động cơ không đồng bộ trong lĩnh vực truyềnđộng điện.Về ưu điểm ,động cơ điện đồng bộ do được kích thích bằng dòng điện mộtchiều nên có thể làm việc với cosφ=1 và không cần lấy công suất phản kháng từ lướiđiện,kết quả là hệ số công suất của lưới điện được nâng cao bên cạnh đó còn giảmđược điện áp rơi và tổn hao công suất trên đường dây.Ngoài những ưu điểm chính đóđộng cơ điện đồng bộ còn ít chịu ảnh hưởng đối với sự thay đổi điện áp của lưới điện

do momen của động cơ điện đồng bộ chỉ tỷ lệ với U trong khi momen của động cơkhông đồng bộ tỷ lệ với U2.Vì vậy khi điện áp của lưới điện sụt thấp khi có sự cố thìkhả năng giữ tải của động cơ đồng bộ lớn hơn;trong trường hợp đó nếu tăng kíchthích,động cơ điện đồng bộ có thể làm việc an toàn và cải thiện được điều kiện làmviệc của cả lưới điện.Củng phải nói thêm rằng,hiệu suất của dộng cơ điện đồng bộthường cao hơn hiệu suất của động cơ điện không đồng bộ vì động cơ đồng bộ có khe

hở tương đối lớn nên tổn hao sắt phụ nhỏ hơn

Khác với các động cơ không đồng bộ,động cơ đồng bộ có khả năng phát ra côngsuất phản kháng,nhờ vậy động cơ đồng bộ được dùng trong các thiết bị loại lớn.Cácđộng cơ đồng bộ công suất nhỏ (đặc biệt là các động cơ kích từ bằng nam châm vĩnhcữu ) cũng được dùng rộng rãi trong các thiết bị điều khiển

Nhược điểm của động cơ đồng bộ so với động không đồng bộ ở chổ cấu tạo phứctạp,đòi hỏi phải có máy kích từ hoặc nguồn cung cấp dòng điện một chiều khiến cho

giá thành cao.Hơn nữa việc mở máy động cơ đồng bộ cũng phức tạp hơn và việc điềuchỉnh tốc độ của nó chỉ có thể thực hiện được bằng cách thay đổi tần số của nguồnđiện.

Việc so sánh động cơ đồng bộ với động cơ không đồng có phối hợp với tụ điệncải thiện cosφ về giá thành và tổn hao năng lượng đẫn đến kết luận là khi Pđm

<200÷300 kW,nên dùng động cơ đồng bộ ở những nơi nào không cần thường xuyên

mở máy và điều chỉnh tốc độ.Khi Pđm> 300 kW dùng động cơ đồng bộ với cosφđm =0,9

và khi Pđm>1000 kW dùng động cơ đồng bộ với cosφđm=0,8 là có lợi hơn dùng động cơkhông đồng bộ

II Phân Loại Và Kết Cấu Của Động Cơ Điện Đồng Bộ

1 Phân loại

Theo kết cấu có thể chia động cơ điện đồng bộ thành hai loại:Động cơ đồng bộcực ẩn thích hợp với tốc quay cao (số cực 2p=2) và động cơ đồng bộ cực lồi thích hợpvới tốc độ quay thấp (2p≥4) Động cơ điện đồng bộ thường được chế tạo theo kiểu cựclồi và được dùng để kéo cá tải không đòi hỏi phải thay đổi tốc độ,với công suất chủyếu từ 200kW trở lên

Ngoài ra,còn có động cơ điện đồng bộ công suất nhỏ dùng trong tự động nhưđộng cơ đồng bộ nam châm vĩnh cữu,động cơ đồng bộ phản kháng,động cơ đồng bộ từtrễ,dộng cơ bước,…

2 Kết cấu

Để thấy rõ đặc điểm về kết cấu của máy điện đồng bộ,ta xét riêng rẽ cấu tạo củamáy cực ẩn và máy cự lồi

a Kết cấu của động cơ điện đồng bộ cực ẩn Roto của động cơ điện đồng bộ cực ẩn

làm bằng thép hợp kim chất lượng cao,được rèn thành khối hình trụ,sau đó gia công vàphay rãnh để đặt dây quấn kích từ.Phần không phay rãnh của roto hình thành mặt cựctừ.Mặt cắt ngang trục lõi thép roto như hình dưới đây:

Hình 1.Roto cực ẩn máy điện đồng bộ

Các động cơ điện đồng bộ hiện đại cực ẩn thường được chế tạo với số cực2p=2,tốc độ quay của roto là 3000v/ph và để hạn chế lực li tâm,trong phạm vi an toànđối với thép hợp kim chế tạo thành lõi thép rot,đường kính D của roto không đượcvượt quá 1,1÷1,5m.Để tăng công suất của máy,chỉ có thể tăng chiều dài của roto.Chiềudài tối đa của roto vào khoảng 6,5m

Dây quấn kích từ đặt trong rãnh roto được chế tạo từ dây đồng trần tiết diện chữnhật,quấn theo chiều mỏng thành các bối dây đồng tâm.Các vòng dây của bối dây nàyđược cách điện với nhau bằng một lớp mica mỏng.Để cố định vầ ép chặt dây quấn kích

từ trong rãnh,miệng rãnh được nêm kín bởi các thanh nêm bằng thép không từtính.Phần đầu nối (nằm ngoài rãnh) của dây quấn kích từ được đai chặt bằng các ốngtrụ thép không từ tính

Hai đàu nối của dây quấn kích từ đi luồn trong trục và nối với hai vành trượt đặt

ở đầu trục thông qua hai chổi điện để nối với dòng kích từ một chiều

Máy kích từ này thường được nối trục với trục động cơ đồng bộ hoặc có trụcchung với động cơ đồng bộ

Stato của động cơ đồng bộ cục ẩn bao gồm lõi thép,trong có đặt dây quấn 3 pha

và thân của động cơ,nắp của động cơ.Lõi thép stato được ép bằng các lá tôn silic dày0,5mm,hai mặt có phủ sơn cách điện.Dọc chiều dài lõi thép stato cứ cách khoảng3÷6cm lại có một rãnh thông gió ngang trục,rộng 10mm.Lõi thép stato được đặt cố

định trong thân máy.Trong các động cơ điện đồng bộ công suất trung bình và lớn,thânmáy của động cơ được chế tạo theo kết cấu khung thép,mặt ngoài bọc bằng các tấmthép dát dày.Thân máy của động cơ phải thiết kế và chế tạo để sao cho trong nó hìnhthành hệ thống đường thông gió làm lạnh máy của động cơ điện.Nắp máy của động cơđiện cũng được chế tạo từ thép tấm hoặc từ gang đúc.Ở các máy đồng bộ công suấttrung bình và lớn,ổ trục không đặt ở nắp của động cơ mà ở giá đỡ,ổ trục đặt cố địnhtrên bệ máy của động cơ.

b Kết cấu của động cơ đồng bộ cực lồi Động cơ đồng bộ cực lồi thường có tốc độ

quay thấp,vì vậy khác với các động cơ đồng bộ cực ẩn,đường kính roto D của nó có

thể lên tới 15m trong khi chiều dài l lại nhỏ,với tỷ lệ l/D =0,15÷0,2.

Roto của máy của động cơ điện đồng bộ cực lồi công suất nhỏ và trung bình cólõi thép được chế tạo bằng thép đúc và gia công thành khối lăng trụ hoặc khối hình trụ(bánh xe) trên mặt có đặt các cực từ.Ở các động cơ lớn,lõi thép đó được hình thành bởicác tấm thép dày 1÷6mm,và được dập hoặc đúc định hình sẳn để ghép thành các khốilăng trụ và lõi thép này thường không trực tiếp lồng vào trục máy mà được đặt trên giá

đỡ của roto.Giá này lồng vào trục của động cơ Cực từ đặt trên lõi thép roto được ghépbằng các lá thép dày 1÷1,5mm như hình vẽ dưới đây:

Hình 2.Cực từ của động cơ đồng bộ cực lồi

1.lá thép cực từ 2.dây quấn kích từ

3.đuôi hình T 4.nêm 5.lõi thép roto

Việc cố định cực từ trên lõi thép được thực hiện nhờ đuôi hình T hoặc bằng cácbulong xuyên qua mặt cực từ và vít chặt vào lõi thép roto

Dây quấn kích từ được chế tạo từ dây đồng trần tiết diện chữ nhật quấn uốn theochiều mỏng thành từng cuộn dây.Cách điện giữa các vòng dây là các lớp mica hoặcamiăng.Các cuộn dây sau khi đã gia công được lồng vào thân cực

Dây quấn mở máy của động cơ được đặt trên các đầu cực.Các dây quấn nàygiống như dây quấn kiểu lồng sóc của máy điện không đồng bộ,nghĩa là làm bằng cácthanh đồng đặt vào rãnh các đầu cực và được nối với hai vòng ngắn mạch.Dây quấn

mở máy chỉ khác dây quấn cản ở chỗ điện trở các thanh dẫn của nó lớn hơn

Stato của động cơ đồng bộ có cấu tạo tương tự như cấu tạo của động cơ đồng bộcực ẩn.Trục máy của động cơ đồng bộ cực lồi đặt nằm ngang như ở các động cơ khôngđồng bộ ,máy bù đồng bộ,máy phát điện điêzen hoặc máy phát tuabin nước công suấtnhỏ và tốc độ quay tương đối lớn (khoảng 200v/ph)

III Nguyên Lý Làm Việc Của Động Cơ Đồng Bộ

Giống với tất cả các loại động cơ khác,nguyên lý làm việc của động cơ đồng bộ

là dựa trên định luật về lực điện từ f tác dụng lên thanh dẫn có chiều dài l khi nó có dòng điện i và nằm trong từ trường co từ cảm B Chiều và độ lớn của lực f được xác

định theo tích vectơ              f                il B             

Đây là định luật cơ bản của động cơ biến đổi điện năngthành cơ năng.Như vậy trong động cơ đồng bộ (hình 4),roto với các cực từ có từtrường F t được quay với tốc độ n làm cảm ứng trong dây quấn 3 pha đặt ở stato các

s.đ.đ xoay chiều eA ,eB ,eC có tần số

60

np

f  (với p là số đôi cực của roto).Các dòng iA

,iB ,iC trong các pha sẽ sinh ra từ trường quay Fư có tốc độ 1

60 f n

p

 Từ hai biểu thức

đó ta có n= n1 ,nghĩa là tốc độ quay n của roto đồng bộ với tốc độ n1 của từ trườngquay Đó là nguyên lí làm việc cơ bản của động cơ điện đồng bộ

Hình 3.Nguyên lý làm việc của động cơ điện đồng bộ

Từ sơ đồ ngyên lý ta thấy có hai phần chính: stato (phần tĩnh) và rôto (phầnquay).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 điệnchạy, hệ thống dòng điện này tạo ra từ trường quay, quay với tốc độ:

n f p1

1  60 *

Trong đó:

- f1: tần số nguồn điện

- p: số đôi cực từ của dây quấn

Phần quay, nằm trên trục quay bao gồm lõi thép roto Dây quấn roto bao gồm một

số thanh dẫn đặt trong các rãnh của mạch từ, hai đầu được nối bằng hai vành ngắnmạch

Hình 4 Từ trường quay trong động cơ điện đồng bộ

Từ trường quay của stato cảm ứng trong dây roto sức điện động E, vì dây quấnstato kín mạch nên trong đó có dòng điện chạy Sự tác dụng tương hổ giữa các thanhdẫn mang dòng điện với từ trường của máy tạo ra các lực điện từ Fđt tác dụng lên thanhdẫn 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 rototạo ra mômen quay rôto Như vậy, ta thấy điện năng lấy từ lưới điện đã được biếnthành cơ năng trên trục động cơ Nói cách khác, động cơ 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 roto là chiều quay của từ trường, vì vậy phụ thuộc vào thứ tự pha củađiện áp lưới đăt trên dây quấn stato

IV Cấu Tạo Của Động Cơ Đồng Bộ

Giống với các loại máy điện khác về cấu tạo,động cơ đồng bộ được cấu tạo từhai phần chính được chia làm hai loại:lõi thép stato,lõi thép roto,dây quấn và vỏmáy.Sau đây ta sẽ đi tìm hiểu từng bộ phận đó:

1 Stato (phần tĩnh)

Stato bao gồm vỏ máy, lõi thép và dây quấn (dây quấn phần ứng)

- Vỏ máy

Vỏ máy là nơi cố định lõi sắt, dây quấn và đồng thời là nơi ghép nối nắp hay gối

đỡ trục Vỏ máy có thể làm bằng gang nhôm hay lõi thép Để chế tạo vỏ máy người ta

có thể đúc, hàn, rèn Vỏ máy có hai kiểu: vỏ kiểu kín và vỏ kiểu bảo vệ Vỏ máy kiểukín yêu cầu phải có diện tích tản nhiệt lớn người ta làm nhiều gân tản nhiệt trên bề mặt

vỏ máy Vỏ kiểu bảo vệ thường có bề mặt ngoài nhẵn, gió làm mát thổi trực tiếp trên

bề mặt ngoài lõi thép và trong vỏ máy

Hộp cực là nơi để dấu điện từ lưới vào Đối với động cơ kiểu kín hộp cực yêu cầuphải kín, giữa thân hộp cực và vỏ máy với nắp hộp cực phải có giăng cao su Trên vỏmáy còn có bulong vòng để cẩu máy khi nâng hạ, vận chuyển và bulon tiếp mát

Roto của động cơ đồng bộ gồm lõi sắt, dây quấn và trục (đối với động cơ dâyquấn còn có vành trượt)

- Lõi sắt

Lõi sắt của roto 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 roto rất thấp Lõi sắt được ép trực tiếp lêntrục máy hoặc lên một giá roto của máy Phía ngoài của lõi thép có xẻ rãnh để đặt dâyquấn roto.

- Dây quấn roto

Phân làm hai loại chính: loại roto kiểu dây quấn và loại roto kiểu lồng sóc

- Loại roto kiểu dây quấn

Roto có dây quấn giống như dây quấn stato Máy điện kiểu trung bình trở lêndùng dây quấn kiểu sóng hai lớp, vì bớt những dây đầu nối, kết cấu dây quấn trên rôtochặt chẽ Máy điện cỡ nhỏ dùng dây quấn đồng tâm một lớp Dây quấn ba pha củaroto thường đấu hình sao

Đặc điểm của loại động cơ kiểu dây quấn là có thể thông qua chổi than đưa điệntrở phụ hay suất điện động phụ vào mạch roto để cải thiện tính năng mở máy, điềuchinh tốc độ hay cải thiện hệ số công suất của máy

- Loại roto kiểu lồng sóc

Kết cấu của loại dây quấn rất khác với dây quấn stato Trong mỗi rãnh của lõi sắtroto, đặt các thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài khỏi lõi sắt và được nối tắt lại ở haiđầu bằng hai vòng ngắn mạch bằng đồng hay nhôm Nếu là roto đúc nhôm thì trênvành ngắn mạch còn có các cánh khoáy gió

Roto thanh đồng được chế tạo từ đồng hợp kim có điện trở suất cao nhằm mụcđích nâng cao mômen mở máy

Để cải thiện tính năng mở máy, đối với máy có công suất lớn, người ta làm rãnhroto sâu hoặc dùng lồng sóc kép Đối với máy điện cỡ nhỏ, rãnh roto được làm chéogóc so với tâm trục

Dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt

- Trục

- Trục máy điện mang roto quay trong lòng stato, vì vậy nó cũng là một chi tiếtrất quan trọng Trục của máy điện tùy theo kích thước có thể được chế tạo từthép Cacbon từ 5 đến 45

Trên trục của roto có lõi thép, dây quấn, vành trượt và quạt gió

3 Khe hở

Vì roto là một khối có cực từ lồi nên khe hở của động cơ điện không đều và lớnhơn khe hở của các loại động cơ điện đồng bộ.Làm như thế để tổn hao trong động cơđồng bộ là nhỏ hơn

V Công Dụng Của Động Cơ Đồng Bộ

Các động cơ điện xoay chiều dùng nhiều trong sản xuất thường là những động cơđiện không đồng bộ,vì loại động cơ điện này có những đặc điểm như cấu tạo đơngiản,làm việc chắc chắn,bảo quản dễ dàng và giá thành hạ.Tuy nhiên các động cơ điệnđồng bộ do có những ưu điểm nhất định nên trong thời gian gần đây đã dược sử dụngrộng rãi hơn và có thể so sánh được với động cơ không đồng bộ trong lĩnh vực truyềnđộng điện Khác với các động cơ không đồng bộ,động cơ đồng bộ có khả năng phát racông suất phản kháng,nhờ vậy động cơ đồng bộ được dùng trong các thiết bị loạilớn.Các động cơ đồng bộ công suất nhỏ (đặc biệt là các động cơ kích từ bằng namchâm vĩnh cữu ) cũng được dùng rộng rãi trong các thiết bị điều khiển

động cơ không đồng bộ

CHƯƠNG 2 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG KHI THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ

I Tiêu Chuẩn Sản Xuất 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 máycông cụ sản xuất

- Khoảng cách chân đế (giữa các lổ bắc bulon)

II Phương Pháp Thiết Kế

- Thiết kế đơn chiết: một cấp công suất (trong phạm vi luận văn, chọn phương phápthiết kế này)

-Thiết kế dãy: nhiều công suất Mặt dù cùng một cở lõi sắt, nhưng chiều dài khácnhau nên công suất khác nhau

III Nội Dung Thiết Kế

Thiết kế điện từ:

- Xác định kích thước chủ yếu

- Xác định thông số các phần tử chủ yếu của máy

Các chi tiết này không tham gia vào quá trình biến đổi năng lượng

IV Các Tiêu Chuẩn Đối Với Động Cơ Đồng Bộ

1 Tiêu chuẩn về dãy công suất

Hiện nay các nước đã sản xuất động cơ điện đồng bộ theo dãy tiêu chuẩn Dãyđộng cơ điện đồng bộ công suất từ 0,55 kW đến 90kW ký hiệu K theo tiêu chuẩn ViệtNam 1987-1994:

Công suất (kW): 0, 55/ 0, 75/ 1, 1/ 1, 5/ 2, 2/ 3/ 4/5, 5/ 7, 5/ 11/ 15/ 18, 5/ 22/30/ 37/ 45/ 55/ 75/ 90

Dãy công suất được đặc trưng bởi số cấp hay hệ số tăng công suất:

- Độ cao tâm trục: từ tâm của trục đến bệ máy Đây là một đại lượng rất quan trọngtrong việc lắp ghép động cơ với những cơ cấu thiết bị khác.

- Kích thước lắp đặc: chiều cao tâm trục có thể được chọn theo dãy công suất củađộng cơ điện đồng bộ

3 Ký hiệu máy

Ví dụ: 3Đ 250 M4

- 3Đ: động cơ điện đồng bộ dày K thiết kế lại lần 3

- 250: chiều cao tâm trục bằng 250mm

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

- Dãy A02: cấp E, B

- Dãy 4A: cấp E, F, H

Hiện nay ,theo nhiệt độ cho phép của vật liệu (nhiệt độ mà vật liệu cách nhiệt làmviệc tốt trong 15-20 năm ở điều kiện làm việc bình thường) ,Hội kỹ thuật Quốc tế IEC đãchia vật liệu cách điieenj thành các cấp sau đây :

a Thép lá kỹ thuật điện (tôn silic)

Hàm lượng silic trong thép lá kỹ thuật điện có ảnh hưởng quyết định đến tính

năng của nó Cho silic vào thép có thể làm cho điện trở suất tăng cao,do đó hạn chếđược dòng điện xoáy , nên tổn hao thép sẽ thấp xuống, nhưng khi có silic thì cường độ

từ cảm cũng hạ thấp ,độ cứng và độ giòn của cũng tăng lên, vì vậy lượng silic trongthép nói chung không vượt quá 4,5%

Trong lõi thép có từ trường biến thiên, khi mật độ từ thông và tần số biến thiênkhông đổi thì tổn hao vì dòng điện xoáy của đơn vị thể tích lõi thép tỷ lệ bình phương

với chiều dày lá thép ,vì vậy trong đại bộ phận máy điện đều dùng tôn silic dày0,5mm.Chỉ trong trường hợp đặc biệt mới dùng tôn dày 0,35mm

Tuỳ theo công nghệ cán

b Tôn không silic

Tôn không silic là tôn có hàm lượng silic <0,5% Do giá thành hạ (so với tôn silicthấp hơn 30%), cường độ từ cảm cao,dẫn nhiệt tốt ,dễ hàn ,dễ dập nên các nước pháttriền đã dùng rộng rãi loại tôn này để làm động cơ đồng bộ công suất nhỏ

c Thép hợp kim ,thép tấm ,thép đúc

Đối với những động cơ công suất lớn ,người ta thường dùng thép hợp kim rèn

khối lớn để đảm bảo độ bền cơ.Thường dùng thép hợp kim

34CrNi3MoV ,25CrNi3MoV ,26Cr2Ni4MoV…Cường độ từ cảm của môt số hợp kim

đều dạt đến B50 ≥1,6T

Để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây ra ,người ta thường dùng sơn đặc biệtsơn phủ lên bề mặt các lá thép trước khi ghép chúng lại với nhau thành lõi sắt Khichiều dài lõi sắt không dài quá 14-15cm thì có thể không cần phủ sơn Thường dùng

hệ số ép chặt lõi sắt kc để chỉ quan hệ giữa chiều dài phần sắt với chiều dài thực của lõisắt Hệ số này phụ thuộc vào áp suất ép lõi thép ,độ không đồng đều của bề dày các láthép ,chiều dày lớp sơn cách điện và chiều dày lá thép

2 Vật liệu dẫn điện

Trong chế tạo máy điện nói chung và động cơ điện đồng bộ nói riêng ,người ta

chủ dùng đồng tinh khiết với tạp chất không quá 0,1% làm vật liệu dẫn điện vì điện

trở của đồng chỉ kém bạc .ngoài đồng ra còn có nhôm với tạp chất không quá0,5% ,đồng thau đồng đen

Tính năng đẫn điện và tính năng cơ của đồng dều tốt hơn nhôm ,đồng khó bị oxyhoá ,dễ hàn nên dùng làm vật liệu dẫn điện rất thích hợp ,nhưng đồng dắt hơn nhômnhiều

Điện trở suất của nhôm lớn gấp 1,6 lần điện trở suất của đồng ,tỉ trọng củanhôm chỉ bằng 30% ,giá thành lại rẻ hơn nhưng độ bền cơ kém ,công nghệ hàn rấtphức tạp nên việc sử dụng nhôm bị hạn chế Thường dùng nhôm để đúc roto.

3 Vật liệu kết cấu

a Kim loại đen

kim loại đen thường dùng trong kết cấu máy điện nói chung cũng như động cơđiện nói riêng là gang và thép Gang vừa rẻ tiền lại dễ đúc ,do đó đượ dùng nhiều nhất

là các hình mẫu phức tạp như võ và nắp động cơ đồng bộ cỡ nhỏ ,giá đỡ hình trụ rỗngtrong roto ,cổ góp và các chi tiết của máy điện cũng như động cơ có yêu cầu về độ bềnkhông cao lắm

Thép dùng làm vật liệu kết cấu thường là thép định hình Thép có tiết diện tròndùng để chế tạo trục máy và các chi tiết khác có tiết diện tròn Tuỳ theo lực tác dụnglên từng chi tiết của máy mà người ta dùng những loại thép khác nhau

Thép tấm được dùng nhiều để làm võ ,nắp ,giá đỡ của các máy điện lớn ,cánhquạt gió và các chi tiết khác Tuỳ theo yêu cầu mà sử dụng những loại thép khác nhau.Dây thép dùng để đai roto

b Kim loại màu

Thường dùng hợp kim nhôm để chế tạo các chi tiết máy và các bộ phận của máy

mà trọng lượng cần giảm tối đa như các máy điện dùng cho máy bay hay các máy cần

di chuyển luôn luôn Hợp kim nhôm có nhiều loại nhưng thông dụng nhất là hợp kimnhôm có thành phần Al (87%) và Si (13%)

Đồng được dùng trong các chi tiết vừa có tính chất kết cấu vừa có tính chất dẫnđiện như giá ,hộp và chi tiết cần cách từ…

Gối trục thường được dùng hợp kim babit để chống sự mài mòn Thành phầncủa babit gồm có thiếc ,ăngtimoan và đồng

Chất dẻo hiện nay được dùng nhiều để chế tạo các chi tiết trong máy điện ít chịulực cơ học và nhiệt Chất dẻo có ưu điểm là nhẹ ,dễ gia công và không bị han rỉ Trongđộng cơ loại nhỏ dùng làm vỏ máy ,nắp máy ,cánh quạt…

d Vật liệu cách điện

Vật liệu cách điện là một trong những vật liệu chủ yếu dùng trong ngành chế tạomáy điên Khi thiết kế máy điện, chọn vật liệu cách điện là một khâu rất quan trọng vìphải đảm bảo máy làm việc tốt với tuổi thọ nhất định, đồng thời giá thành của máy lạikhông 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 dẫnnhiệt tốt lại ít thấm nước

- Phải chọn vật liệu cách điện có tính cách điện cao để đảm bảo thời gian làm việccủa máy ít nhất là 15-20 năm trong điều kiện làm việc bình thường, đồng thời đảm bảogiá 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 thìchất điện môi, độ bền cơ học của vật liệu giảm đi nhiều, dẫn đến sự già hóa nhanhchóng chất cách điện

Hiện nay, theo nhiệt độ cho phép của vật liệu (nhiệt độ mà vật liệu cách điện làmviệc tốt trong 15-20 năm ở điều kiện làm việc bình thường) Hội kỹ thuật điện quốt tếIEC đã chia vật liệu cách điện thành các cấp sau đây:

Cấp cách điện Y A E B F H C

Nhiệt độ cho phép(ºC) 90 105 120 130 155 180 180

Độ gia tăng nhiệt(ºC) 75 75 75 115 115

Vật liệu cách điện thuộc các cấp cách điện trên đại thể có các loại sau:

- Cấp Y: Gồm có sợ bông, tơ, sợi nhân tạo, giấy và chế phẩm của giấy, cactông, gỗ

v v… Tất cả dều không tẩm sơn cách điện Hiện nay không dùng cách này vì chịunhiệt kém

- Cấp A: Vật liệu cách điện chủ yếu của cấp này cũng giống như cấp Y nhưng cótẩm sơn cách điện Cấp A được dùng rộng rãi cho các máy điện công suất đến 100 kW,nhưng chịu ẩm kém, sử dụng ở vùng nhiệt đới không tốt

- Cấp E: Dùng các màng mỏng và sợi bằng polyetylen tereftalat, các sợi tẩm sơntổng hợp làm từ epoxy, trealat và aceton buterat xenlulo, các màng sơn cách điện gốc

vô cơ tráng ngoài dây dẫn (dây emay có độ bền cơ cao) Cấp E được dùng rộng rãi chocác máy điện có công suất nhỏ và trung bình (đến 100 kW hoặc hơn nữa), chịu ẩm tốtnên thích hợp cho vùng nhiệt đới

- Cấp B: Dùng vật liệu lấy từ vô cơ như mica, amiăng, sợi thủy tinh, dầu sơn cáchđiện chiệu nhiệt độ cao Cấp B được sử dụng nhiều trong các máy công suất trung bình

H trong các máy điện làm việc ở điều kiện phức tạp có nhiệt độ cao

- Cấp C: Dùng các chất như sợi thủy tinh, thạch anh, sứ chịu nhiệt độ cao Cấp Cđược dùng ở các máy làm việc với điều kiện đặc biệt có nhiệt độ cao

Việc chọn vật liệu cách điện trong các máy điện có một ý nghĩa quyết định đếntuổi thọ và độ tin cậy lúc vận hành của máy Do vật liệu cách điện có nhiều chủng loại,

kỹ thuật chế tạo cách điện ngày càng phát triển, nên việc chọn kết cấu cách điện càngkhó khăn và thường phải chọn tổng hợp nhiều loại cách điện để thỏa mãn được những

Vật liệu cách điện trong ngành chế tạo máy điện thường do nhiều vật liệu hợp lạinhư mica phiến, chất phụ gia (giấy hay sợi thủy tinh) và chất kết dính (sơn hay keodán) Đối với vật liệu cách điện, không những yêu cầu có độ bền cơ cao, chế tạo dể màcòn có yêu cầu về tính năng điện: có độ cách điện cao, rò điện ít Ngoài ra còn có yêucầu về tính năng nhiệt: chịu nhiệt tốt, dẫn nhiệt tốt và yêu cầu chịu ẩm tốt

Vật liệu cách điện dùng trong một máy điện hợp thành một hệ thống cách điện.Việc tổ hợp các vật liệu cách điện, việc dùng sơn hay keo để gắn chặc chúng lại, ảnhhưởng giữa các chất cách điện với nhau, cách gia công và tình trạng bề mặt vật liệu v.v… sẽ quyết định tính năng về cơ, điện, nhiệt của hệ thống cách điện, và tính năng của

hệ thống cách điện này không thể hiện một cách đơn giản là tổng hợp tính năng củatừng loại vật liệu cách điện

PHẦN 2 THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ

CHƯƠNG 1 _TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU

 A

U

S I

đm

đm

3 6000

10 5 , 1163 3

5.Công suất tính toán

6.Đường kính trong stato

Theo hình 11-2 thì với P’=1233,3 (KVA) và p=2 thì chọn sơ bộ đường kính trong D=62cm

7.Đường kính ngoài stato

Quan hệ giữa đường kính ngoài Dn và đường kính trong D của stato như sau :

kD=Dn/D và kD được xác định theo số đôi cực ở đây với p=2 thì kD=0,66 ÷ 0,7 => 88 , 6 94

7 , 0 66 , 0

62 7

, 0 66 ,

9.Sơ bộ tính toán chiều dài lói sắt

Theo hình 11-3 với τ=48,7 cm và p=2 thì ta tra được tải đường A=450 (A/cm)

l





hệ số này nằm trong vùng kinh tế

11.Sơ bộ định chiều dài lõi sắt stato

15.Chiều dài thực của lõi sắt stato

Theo công thức 11.4 ta có : l1=lFe+ngbg=46,1+10×1=56,1 (cm)

16.Chiều dài tính toán của lõi sắt stato

Theo công thức 11.5 ta có : lδđm=l1-0,5ngbg=56,1- 0,5×10×1=51,5 (cm)

17.Số mạch song song của dây quấn stato

Lấy a=1 vì Iđm=112 (A) < 200

D Z

  ; t1=3 cm Với Z1=57 thì 1 57 3

4

Z q pm

  ;t1=3,3 cm21.Số thanh dẫn tác dụng trong một rãnh stato,tính lại tải đường A và lập bảng

Z

D

t  ;

đm r

I

aA t