Nhờ có sự phát triển của khâu thiết kế máy điện mà năng suất của các nhà máy được nâng cao Máy điện không đồng bộ đóng một vai trò to lớn trong vận hành một dây chuyền sản xuất của nhà
PHẦN MỞ ĐẦU
Giới thiệu chung về máy điện không đồng bộ
1.2 Giới thiệu chung về thiết kế động cơ không đồng bộ
1.3 Quy trình, các tiêu chuẩn thiết kế động cơ không đồng bộ
1.4 Nhận xét, kết luận chương 1
Chương 2: Thiết kế động cơ điện không đồng bộ ba pha lồng sóc 15 kW, 380V
2.1 Giới thiệu mục tiêu thiết kế
2.2 Xác định kích thước chủ yếu
2.4 Thiết kế lõi sắt rô to
2.6 Tham số động cơ không đồng bộ trong quá trình khởi động
2.7 Xác định đặc tính làm việc và khởi động
Chương 3: Kết luận, kiến nghị và hướng phát triển của đề tài
3.3 Hướng phát triển của đề tài
3 Các tiêu chuẩn phục vụ tính toán, thiết kế động cơ điện không đồng bộ
TCVN 1987-1994; TCVN 315-85; TCVN 7540:2013 Quy định về động cơ điện không đồng bộ ba pha
TCVN 8:2015: Quy định về bản vẽ kỹ thuật
4 Các bản vẽ cần thực hiện
STT Tên bản vẽ Khổ giấy Số lượng
1 Bản vẽ tổng lắp ráp động cơ A3 01
5 Yêu cầu trình bày văn bản
Thực hiện theo biểu mẫu “BM03” về QUY CÁCH CHUNG CỦA BÁO CÁO TIỂU LUẬN/BTL/ĐỒ ÁN/DỰ ÁN trong Quyết định số 815/ QĐ- ĐHCN ngày 15/08/2019
6 Về thời gian thực hiện đồ án:
Ngày giao đề tài Ngày hoàn thành: :
1.1 Giới thiệu chung về máy điện không đồng bộ 10
1.1.2 Cấu tạo của động cơ không đồng bộ 11
1.1.4 Ứng dụng của động cơ KĐB 17
1.1.5 Ưu và nhược điểm của động cơ KĐB 18
1.2 Giới thiệu chung về thiết kế động cơ KĐB 18
1.2.1 Nhiệm vụ của việc thiết kế 18
1.2.3 Cơ sở lý thuyết của việc thiết kế 20
1.2.4 Vật liệu thường dùng trong thiết kế 21
1.3 Các tiêu chuẩn thiết kế động cơ điện không đồng bộ 23
1.4 Nhận xét và kết luận chương 1 25
CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA LỒNG SÓC 15 KW , 380V 27
2.1 Giới thiệu mục tiêu thiết kế 27
2.2 Xác định kích thước chủ yếu 27
2.2.5 Chiều dài tính toán của lõi sắt stato 28
2.2.7 Dòng điện pha định mức 29
2.3.1 Mã hiệu thép và bề dày lá thép 29
2.3.5 Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh ur1 31
2.3.6 Số vòng dây nối tiếp của một pha 31
2.3.7 Tiết diện và đường kính dây dẫn 31
2.3.11 Mật độ từ thông khe hở không khí Bδ và tải đường A 35
2.3.12 Sơ bộ định chiều rộng của răng b’zl 35
2.3.13 Sơ bộ chiều cao của gông stato hg1 35
2.3.14 Kích thước rãnh và cách điện 35
2.3.15 Diện tích rãnh trừ nêm s’r 37
2.3.16 Bề rộng răng Stato bZ1 38
2.4 Thiết kế lõi sắt Roto 38
2.4.4 Sơ bộ định chiều rộng của răng Roto b ’ Z2 40
2.4.5 Đường kính trục Roto Dt 40
2.4.6 Dòng điện trong vòng ngắn mạch Iv 40
2.4.7 Tiết diện thanh vòng dẫn nhôm S ’ td 41
2.4.8 Tiết diện vành ngắn mạch 41
2.4.9 Sơ bộ chiều cao gông Roto 41
2.4.10 Kích thước rãnh Roto và vòng ngắn mạch 41
2.4.11 Diện tích rãnh Roto Sr2 42
2.4.12 Diện tích vành ngắn mạch 43
2.4.13 Bề rộng răng Roto ở 1/3 chiều cao răng 43
2.4.14 Chiều cao gông Roto hg2 43
2.4.15 Làm nghiên rãnh ở Roto bn 43
2.5.1 Hệ số khe hở không khí 43
2.5.2 Sức từ động khe hở không khí 𝑭𝜹 44
2.5.3 Mật độ từ thông ở răng Stato Bz’1 44
2.5.4 Cường độ từ trường trên răng Stato 44
2.5.5 Sức từ động trên răng Stato 44
2.5.6 Mật độ từ thông ở răng Roto BZ2 45
2.5.7 Cường độ từ trường trên răng Roto 45
2.5.8 Sức từ động trên răng Roto FZ2 45
2.5.9 Hệ số bão hòa răng kZ 45
2.5.10 Mật độ từ thông trên gông Stato Bg1 45
2.5.11 Cường độ từ trường ở gông Stato Hg1 45
2.5.12 Chiều dài mạch từ gông Stato Lgl 45
2.5.13 Sức từ động ở gông Stato Fgl 45
2.5.14 Mật độ từ thông trên gông Roto Bg2 46
2.5.15 Cường độ từ trường ở gông Roto Hg2 46
2.5.16 Chiều dài mạch từ ở gông Roto Lg2 46
2.5.17 Sức từ động ở gông Roto Fg2 46
2.5.18 Tổng sức từ động của mạch từ F 46
2.5.19 Hệ số bão hòa toàn mạch k𝜇 46
2.6 Tham số động cơ KĐB ở chế độ làm việc định mức 46
2.6.1 Chiều dài phần đầu nối của dây quấn Stato Ldl 46
2.6.2 Chiều dài trung bình nửa vòng của dây quấn Stato Ltb 47
2.6.3 Chiều dài dây quấn một pha của Stato Ll 47
2.6.4 Điện trở tác dụng của dây quấn Stato r1 47
2.6.5 Điện trở vòng ngắn mạch rtd 47
2.6.6 Điện trở vòng ngắn mạch rv 47
2.6.9 Điện trở Roto đã quy đổi 48
2.6.10 Hệ số từ dẫn tản rãnh Stato 48
2.6.11 Hệ số từ dẫn tản tạp Stato 49
2.6.12 Hệ số tản từ phần đầu nối 1 50
2.6.13 Hệ số dẫn tả của Stato 50
2.6.14 Điện kháng dây quấn Stato x1 50
2.6.15 Hệ số từ dẫn tản rãnh roto 50
2.6.16 Hệ số từ dẫn tạp Roto 51
2.6.18 Hệ số từ tản do rãnh nghiêng 51
2.6.20 Điện kháng tản dây quấn Roto 51
2.6.21 Điện kháng Roto đã quy đổi 51
2.7 Xác định đặc tính làm việc và khởi động 52
2.8 Nhận xét , kết luận chương 2 60
CHƯƠNG 3 : KẾT LUẬN , KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 62
3.3 Hướng phát triển của đề tài 63
DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 1 : Cấu tạo của stato 12
Hình 1 2 : Cấu tạo của roto 13
Hình 1 4 : Từ trường quay trong động cơ KĐB 15
Hình 2 1 : Kích thước rãnh stato 37
Hình 2 2 Kích thước rãnh Roto 42
Hình 2 3 : Đặc tính làm việc 53
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2 1: Bảng đặc tính động cơ 54
Bảng 2 2: Bảng so sánh giá trị tính toán và mục tiêu thiết kế 61
Trong bối cảnh hiện đại, khi chất lượng cuộc sống của con người ngày càng được cải thiện, nhu cầu về cuộc sống cũng tăng cao Để đáp ứng những nhu cầu này, khoa học và công nghiệp cần phát triển liên tục, phù hợp với thời đại Ngành điện đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển này.
Trong ngành điện, thiết kế máy điện đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của công nghiệp hiện đại Sự tiến bộ trong thiết kế máy điện đã góp phần nâng cao năng suất cho các nhà máy.
Máy điện không đồng bộ là thiết bị quan trọng trong dây chuyền sản xuất, với cấu tạo đơn giản và độ tin cậy cao Chúng yêu cầu vốn đầu tư thấp và có giá thành rẻ, đồng thời có trọng lượng và kích thước nhỏ hơn so với động cơ một chiều cùng công suất Máy sử dụng lưới điện xoay chiều 3 pha, nhưng việc điều chỉnh tốc độ và kiểm soát quá trình quá độ gặp khó khăn Đặc biệt, động cơ KĐB lồng sóc có chỉ tiêu khởi động không tốt, với dòng khởi động lớn và mômen khởi động nhỏ.
Với chủ đề “Thiết kế động cơ điện không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc”, bài viết sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về quy trình thiết kế động cơ điện, đặc biệt là động cơ không đồng bộ 3 pha với cấu trúc roto lồng sóc.
Trong quá trình thực hiện đồ án, chúng em đã nhận được sự hướng dẫn tận tình từ các thầy cô trong khoa, đặc biệt là thầy Nguyễn Văn Đoài Mặc dù đã nỗ lực hết mình, nhưng do thời gian và kiến thức còn hạn chế, chúng em không thể tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy, chúng em rất mong nhận được sự nhận xét, góp ý và khích lệ từ thầy cô, anh (chị) và các bạn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã hỗ trợ và tạo điều kiện cho chúng em trong quá trình học tập, đặc biệt là thầy Nguyễn Văn Đoài, người đã giúp chúng em tiếp cận kiến thức để nâng cao hiệu quả học tập.
CHƯƠNG 1: PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu chung về máy điện không đồng bộ Động cơ không đồng bộ ba pha mà chủ yếu là loại rôto lồng sóc với dải công suất từ vài trăm Watts đến hàng Megawatts được dùng phổ biến trong công nghiệp vì là bộ phận chính trong các hệ thống truyền động Sự phát triển của nền kinh tế và quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa làm cho nhu cầu sử dụng chúng ngày càng nhiều Ở các nước có nền công nghiệp phát triển hoặc quy mô công nghiệp lớn như Mỹ, Trung Quốc, Châu Âu, Ấn Độ và ngay ở Việt Nam nguồn năng lượng mà chúng tiêu thụ cũng tăng đáng kể. Động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc cấu tạo đơn giản, làm việc tin cậy chiếm một số lượng khá lớn trong loại động cơ công suất nhỏ và trung bình. Nhược điểm của động cơ này là điều chỉnh tốc độ khó khăn và dòng điện khởi động lớn thường bằng 5-7 lần dòng điện định mức Để bổ khuyết cho nhược điểm này, người ta chế tạo đông cơ không đồng bộ roto lồng sóc nhiều tốc độ và dùng rôto rãnh sâu, lồng sóc kép để hạ dòng điện khởi động, đồng thời tăng momen khởi động lên. Động cơ điện không đồng bộ rôto dây quấn có thể điều chỉnh tốc được tốc độ trong một chừng mực nhất định, có thể tạo một mômen khởi động lớn mà dòng khởi động không lớn lắm, nhưng chế tạo có khó hơn so với với loại rôto lồng sóc, do đó giá thành cao hơn, bảo quản cũng khó hơn. Động cơ điện không đồng bộ được sản xuất theo kiểu bảo vệ IP23 và kiểu kín IP44 Những động cơ điện theo cấp bảo vệ IP23 dùng quạt gió hướng tâm đặt ở hai đầu rôto động cơ điện Trong các động cơ roto lồng sóc đúc nhôm thì cánh quạt nhôm được đúc trực tiếp lên vành ngắn mạch Loại động cơ điện theo cấp bảo vệ IP44 thường nhờ vào cánh quạt đặt ở ngoài vỏ máy để thổi gió ở mặt ngoài vỏ máy, do đó tản nhiệt có kém hơn do với loại IP23 nhưng bảo dưỡng
Hiện nay, các quốc gia đã sản xuất động cơ điện không đồng bộ theo tiêu chuẩn, với dãy công suất từ 0,55 - 90 KW, được ký hiệu là K theo tiêu chuẩn Việt Nam 1987-1994 Các động cơ này thuộc dãy điều chế và được thiết kế theo kiểu IP44.
Tiêu chuẩn TCVN 315-85 quy định dãy công suất cho động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc, với công suất từ 110 kW đến 1000 kW Các mức công suất cụ thể bao gồm: 110, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800 và 1000 kW.
Ký hiệu của động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc bao gồm tên gọi của dãy động cơ, chiều cao tâm trục quay và kích thước lắp đặt.
Theo kết cấu của vỏ, máy điện không đồng bộ có thể chia thành các kiểu chính sau: kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín, kiểu phòng nổ
Theo kết cấu của ro to, máy điện không đồng bộ được chia làm hai loại: loại roto kiểu dây quấn và roto kiểu lồng sóc.
Theo số pha trên dây qiaasn stato có thể chia làm các loại sau: một pha, hai pha và ba pha.
1.1.2 Cấu tạo của động cơ không đồng bộ a, Phần tĩnh ( Stato )
Hình 1 1 : Cấu tạo của stato
Trên stato có vỏ, lõi sắt và dây quấn
Vỏ máy có vai trò quan trọng trong việc cố định lõi thép và dây quấn, nhưng không được sử dụng làm mạch dẫn từ Thường được chế tạo từ gang hoặc thép tấm hàn, vỏ máy có thể được đúc, hàn hoặc rèn Có hai kiểu vỏ máy: kiểu kín và kiểu bảo vệ Vỏ kiểu kín yêu cầu diện tích tản nhiệt lớn, do đó thường được thiết kế với nhiều gân tản nhiệt trên bề mặt Trong khi đó, vỏ kiểu bảo vệ có bề mặt ngoài nhẵn, cho phép gió làm mát thổi trực tiếp lên lõi thép và bên trong vỏ máy.
Lõi thép là bộ phận dẫn từ, được cấu tạo từ các lá thép kỹ thuật điện dày từ 0,35 đến 0,5mm được ép lại với nhau Mỗi lá thép đều được phủ một lớp sơn cách điện trên bề mặt nhằm giảm thiểu tổn hao năng lượng do dòng điện xoáy gây ra, từ đó hạn chế dòng điện Fuco.
Dây quấn được đặt trong rãnh của lõi thép và được cách điện tốt với rãnh, đóng vai trò quan trọng trong máy điện Nó trực tiếp tham gia vào quá trình biến đổi năng lượng điện thành cơ năng và ngược lại Về mặt kinh tế, giá thành của dây quấn chiếm một phần đáng kể trong tổng chi phí của máy Phần quay (roto) cũng là một thành phần quan trọng trong cấu trúc của máy điện.
Hình 1 2 : Cấu tạo của roto
Lõi thép được cấu thành từ các lá thép kỹ thuật điện, được lấy từ phần bên trong của lõi thép stato Mặt ngoài của lõi thép được dập rãnh để lắp đặt dây quấn, trong khi ở giữa có dập lỗ để lắp trục.
Trục máy : không đồng bộ làm bằng thép, trên đó gắn lõi thép roto.
Dây quấn : có hai kiểu : roto ngắn mạch còn gọi là roto lồng sóc và roto dây quấn
Roto dây quấn là loại động cơ có khả năng quấn giống stato, cho phép đưa điện trở phụ hoặc suất điện động phụ vào mạch rôto thông qua chổi than Điều này giúp cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ và nâng cao hệ số công suất của máy.
Giới thiệu chung về thiết kế động cơ KĐB
1.2.1 Nhiệm vụ của việc thiết kế
Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển phương pháp thiết kế tối ưu để nâng cao hiệu suất của động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc Dựa trên nghiên cứu, chúng tôi đã xây dựng thuật toán và phương pháp thiết kế cho động cơ không đồng bộ với hiệu suất tối thiểu đạt tiêu chuẩn TCVN 7540–1:2005 Đồng thời, bài viết cũng đề xuất các giải pháp nhằm cải thiện hiệu suất động cơ theo tiêu chuẩn của Mỹ và Châu Âu.
Thiết kế động cơ không động bộ rôto lồng sóc nhằm nâng cao khả năng khởi động, đồng thời xây dựng module tính toán và mô hình khảo sát đặc tính động của động cơ khi các tham số thay đổi trong quá trình hoạt động Qua đó, có thể xác định các chỉ tiêu động của động cơ ngay trong giai đoạn thiết kế.
Mục tiêu thiết kế: thiết kế động cơ điện không đồng bộ ba pha rô to lồng sóc dựa trên số liệu phục vụ tính toán.
*, Các thông số, số liệu ban đầu được cung cấp:
Công suất định mức: Pđm= 15 kW;
Điện áp định mức: Uđm= 380V;
Hệ số công suất: cosφ = 0,87;
Kết cấu roto: roto lồng sóc
Chế độ làm việc liên tục
Chiều cao tâm trục: h= 180 mm
Tỉ số dòng khởi động và dòng định mức Ik/Iđm= 7;
Tỉ số Momen khởi động và Momen định mức Mk/Mđm= 1,4;
Tỉ số Momen mở máy và Momen định mức Mmax/Mđm= 2,2;
Tốc độ đồng bộ : n 60 f dm
1.2.3 Cơ sở lý thuyết của việc thiết kế a, Thiết kế điện từ :
Nhiệm vụ của tính toán điện từ cho động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc là lựa chọn và tính toán kích thước của lõi sắt stato, rôto, và dây quấn để đạt được tính năng theo tiêu chuẩn Trong giai đoạn này, người thiết kế xác định phương án điện từ hợp lý, có thể thực hiện bằng tay hoặc sử dụng máy tính Quá trình này bao gồm việc tính toán và thiết kế các thành phần của động cơ.
Xác định các kích thước chủ yếu.
Xác định tham số của động cơ điện ở chế độ định mức.
Tính toán đặc tính làm việc và khởi động. b, Thiết kế kết cấu :
Trong giai đoạn này, cần thực hiện tính toán nhiệt để xác định cấu trúc cụ thể cho phương thức thông gió và làm nguội, cũng như cách bôi trơn ổ đỡ, cấu trúc thân máy và nắp máy Để chế tạo động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc, cần trải qua các bước thiết kế tiếp theo.
Thiết kế thi công, có nhiệm vụ vẽ tất cả các bản vẽ lắp ráp và chi tiết.
Thiết kế khuôn mẫu và gá lắp dùng trong gia công các chi tiết của máy.
Thiết kế công nghệ, dùng để kiểm tra công nghệ trong quá trình gia công.
1.2.4 Vật liệu thường dùng trong thiết kế
Khi thiết kế động cơ không đồng bộ roto lồng sóc, việc chọn vật liệu chế tạo là rất quan trọng, ảnh hưởng lớn đến giá thành và tuổi thọ của động cơ Vật liệu dẫn từ, thường là thép lá kỹ thuật điện hay tôn si líc, được sử dụng để chế tạo các phần của hệ thống mạch từ Hàm lượng silic trong thép lá kỹ thuật điện quyết định tính năng của nó; silic làm tăng điện trở suất, hạn chế dòng điện xoáy và giảm tổn hao thép Tuy nhiên, khi có silic, cường độ từ cảm giảm, độ cứng và độ giòn tăng, do đó hàm lượng silic không nên vượt quá 4,5%.
Trong lõi thép, từ trường biến thiên dẫn đến tổn hao do dòng điện xoáy tỷ lệ với chiều dày lá thép Do đó, hầu hết các máy điện sử dụng tôn silic dày 0,5mm, chỉ trong những trường hợp đặc biệt mới sử dụng tôn dày 0,35mm Tôn silic được chia thành 2 loại tùy theo công nghệ cán.
Tôn cán nóng là loại tôn có lịch sử lâu dài và vẫn được sản xuất phổ biến hiện nay Tôn này được phân loại dựa trên hàm lượng silic, bao gồm loại ít silic (≤ 2,8%) và loại nhiều silic (>2,8%).
Tôn cán nguội có nhiều ưu điểm vượt trội so với tôn cán nóng, bao gồm tổn hao nhỏ, cường độ từ cảm cao, và chất lượng bề mặt tốt Đặc biệt, độ bằng phẳng cao giúp tăng hệ số ép chặt lá tôn, cho phép sản xuất thành cuộn, khiến tôn cán nguội trở thành lựa chọn phổ biến ở các nước phát triển Tôn cán nguội được phân loại thành hai loại dựa trên sự sắp xếp của các tinh thể silic: đẳng hướng và dị hướng Tôn silic cán nguội dị hướng có suất dẫn từ cao theo chiều cán, với mật độ từ thông B có thể đạt 1,7 - 1,85T, nhưng lại có tính năng kém hơn theo chiều vuông góc với chiều cán.
Trong ngành chế tạo máy điện, đồng tinh khiết với tạp chất tối đa 0,1% là vật liệu dẫn điện chủ yếu do điện trở suất của nó chỉ kém bạc Bên cạnh đồng, nhôm cũng được sử dụng với tạp chất không vượt quá 0,5%.
Kim loại đen chủ yếu bao gồm gang và thép Gang được ưa chuộng vì giá thành thấp và khả năng đúc dễ dàng, thường được sử dụng để chế tạo các hình mẫu phức tạp như vỏ và nắp của máy điện không đồng bộ Thép, đặc biệt là thép định hình, thường được sử dụng làm vật liệu kết cấu Thép có tiết diện tròn được dùng để sản xuất trục máy và các chi tiết khác có hình dạng tương tự Việc lựa chọn loại thép phù hợp phụ thuộc vào lực tác động lên từng chi tiết của máy.
Thường dùng hợp kim nhôm để chế tạo các chi tiết và bộ phận của máy mà trọng lượng cần giảm tối đa.
Chất dẻo hiện nay được sử dụng phổ biến trong việc chế tạo các chi tiết máy điện, đặc biệt là những chi tiết không chịu lực cơ học và nhiệt Với ưu điểm nhẹ, dễ gia công và không bị gỉ, chất dẻo trở thành lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng này.
Vật liệu cách điện đóng vai trò quan trọng trong việc chế tạo động cơ, ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của sản phẩm Việc lựa chọn vật liệu cách điện cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo động cơ hoạt động hiệu quả và có chi phí hợp lý Các yếu tố cần xem xét khi chọn vật liệu cách điện bao gồm khả năng chịu nhiệt, độ bền và giá thành.
Vật liệu cách điện phải có độ bền cao, chịu tác dụng về cơ học tốt, chịu nhiệt và dẫn điện tốt lại ít thấm nước.
Gia công dễ dàng, đủ mỏng để đảm bảo hệ số lấp đầy rãnh cao.
Chọn vật liệu cách điện có tính cách điện cao là rất quan trọng để đảm bảo máy hoạt động hiệu quả trong ít nhất 15-20 năm trong điều kiện làm việc bình thường, đồng thời giữ giá thành của động cơ ở mức hợp lý.
Nhiệt độ là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến tuổi thọ của vật liệu cách điện Khi nhiệt độ vượt quá giới hạn cho phép, độ bền cơ của chất điện môi sẽ giảm đáng kể, dẫn đến quá trình già hóa nhanh chóng của vật liệu cách điện.
Các tiêu chuẩn thiết kế động cơ điện không đồng bộ
TCVN 2280-78 là tiêu chuẩn áp dụng cho động cơ điện không đồng bộ ba pha có công suất từ 100W trở lên, hoạt động trong lưới điện xoay chiều ba pha với tần số dưới 400Hz, quy định phương pháp thử nghiệm.
- TCVN 7540-2:2013:về động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc – phần 2: Phương pháp xác định hiệu suất năng lượng
Tiêu chuẩn này xác định hiệu suất năng lượng của động cơ điện không đồng bộ ba pha roto lồng sóc một tốc độ, hoạt động với nguồn điện tần số 50Hz.
Có điện áp danh định UN đến 1000V
Có công suất danh định PN từ 0,75 kW đến 150 kW
Làm việc trực tiếp trên lưới
Hoạt động ở kiểu chế độ S1 (chế độ liên tục)
*, Tiêu chuẩn này không áp dụng cho :
Động cơ được tích hợp hoàn toàn trong một máy mà không thể thử nghiệm riêng rẽ với máy đó (ví dụ: máy bơm, quạt và máy nén).
Động cơ có hộp số lắp liền (không thể tháo rời mà không hỏng động cơ).
Động cơ được thiết kế đặc biệt để phù hợp với các đặc tính riêng của nguồn lưới, như dòng khởi động hạn chế và dung sai lớn về điện áp.
TCVN 6627-18-34:2014 quy định các quy trình thử nghiệm nhằm đánh giá độ bền cơ nhiệt của hệ thống cách điện trong dây quấn định hình Đánh giá này so sánh tính năng của hệ thống cách điện cần kiểm tra với tính năng của hệ thống cách điện chuẩn, dựa trên kinh nghiệm vận hành đã được chứng minh.
Quy trình thử nghiệm 1 bao gồm việc lắp ghép thanh dẫn hoặc cuộn dây của dây quấn vào các rãnh, nhằm mô phỏng các điều kiện thực tế trong máy điện Điều này cũng bao gồm việc thiết lập các kết cấu đỡ ở cả hai đầu của thanh dẫn hoặc cuộn dây.
Quy trình thử nghiệm 2 cho phép thanh dẫn/cuộn dây di chuyển tự do mà không bị ràng buộc bởi các mô hình rãnh và kết cấu đỡ Hệ thống cách điện được coi là đạt chất lượng nếu hoạt động tốt trong thời gian dài dưới các điều kiện làm việc điển hình Nhiệt độ của hệ thống cách điện chuẩn không được chênh lệch quá một cấp chịu nhiệt so với hệ thống cần đánh giá Nếu chưa có đủ kinh nghiệm với hệ thống cách điện, cần quy định các thay đổi tối đa cho phép về đặc tính của hệ thống do thử nghiệm độ bền cơ nhiệt, có thể thỏa thuận giữa nhà chế tạo và người sử dụng.
Nhận xét và kết luận chương 1
Kết thúc chương 1, chúng ta đã hiểu rõ về đặc điểm, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cũng như những ưu và nhược điểm của động cơ không đồng bộ 3 pha.
Giới thiệu về thiết kế máy điện không đồng bộ 3 pha
Quy trình thiết kế và các tiêu chuẩn áp dụng khi thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha
Mục 1.1 đã cho ta biết về đặc điểm và cấu tạo và nguyên lí hoạt động của động cơ không đồng bộ 3 pha Nêu ra được các ưu, nhược điểm của động cơ qua đó góp phần vào công việc thiết kế máy điện sau này và cũng nắm được chế tạo stato và lõi sắt roto hay vỏ máy đồng thời cũng nắm được để chế tạo từ trường quay cho roto.
Mục 1.2 ta tìm hiểu chung về thiết kế máy điện Qua mục 1.2 chúng ta có thể hiểu sơ qua về việc thiết kế máy điện là tính toán, các thông số chính cần chú ý khi thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha.
Mục 1.3 giúp ta biết được trình tự các bước thực hiện thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha và các tiêu chuẩn cần thực hiện khi tiến hành thiết kế.
Chương 1 đã trình bày những kiến thức lý thuyết cơ bản về đặc điểm, quy trình và tiêu chuẩn thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha lồng sóc, tạo nền tảng cho các phép tính trong chương 2.
Sau chương 1 đã nêu lên các khái niệm tổng quát
Xác định kích thước chủ yếu
Thiết kế lõi sắt rô to
Tham số động cơ không đồng bộ trong quá trình khởi động
Xác định đặc tính làm việc và khởi động
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA LỒNG SÓC 15 KW , 380V
Khe hở không khí
2.6 Tham số động cơ không đồng bộ trong quá trình khởi động
2.7 Xác định đặc tính làm việc và khởi động
Chương 3: Kết luận, kiến nghị và hướng phát triển của đề tài
3.3 Hướng phát triển của đề tài
3 Các tiêu chuẩn phục vụ tính toán, thiết kế động cơ điện không đồng bộ
TCVN 1987-1994; TCVN 315-85; TCVN 7540:2013 Quy định về động cơ điện không đồng bộ ba pha
TCVN 8:2015: Quy định về bản vẽ kỹ thuật
4 Các bản vẽ cần thực hiện
STT Tên bản vẽ Khổ giấy Số lượng
1 Bản vẽ tổng lắp ráp động cơ A3 01
5 Yêu cầu trình bày văn bản
Thực hiện theo biểu mẫu “BM03” về QUY CÁCH CHUNG CỦA BÁO CÁO TIỂU LUẬN/BTL/ĐỒ ÁN/DỰ ÁN trong Quyết định số 815/ QĐ- ĐHCN ngày 15/08/2019
6 Về thời gian thực hiện đồ án:
Ngày giao đề tài Ngày hoàn thành: :
1.1 Giới thiệu chung về máy điện không đồng bộ 10
1.1.2 Cấu tạo của động cơ không đồng bộ 11
1.1.4 Ứng dụng của động cơ KĐB 17
1.1.5 Ưu và nhược điểm của động cơ KĐB 18
1.2 Giới thiệu chung về thiết kế động cơ KĐB 18
1.2.1 Nhiệm vụ của việc thiết kế 18
1.2.3 Cơ sở lý thuyết của việc thiết kế 20
1.2.4 Vật liệu thường dùng trong thiết kế 21
1.3 Các tiêu chuẩn thiết kế động cơ điện không đồng bộ 23
1.4 Nhận xét và kết luận chương 1 25
CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA LỒNG SÓC 15 KW , 380V 27
2.1 Giới thiệu mục tiêu thiết kế 27
2.2 Xác định kích thước chủ yếu 27
2.2.5 Chiều dài tính toán của lõi sắt stato 28
2.2.7 Dòng điện pha định mức 29
2.3.1 Mã hiệu thép và bề dày lá thép 29
2.3.5 Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh ur1 31
2.3.6 Số vòng dây nối tiếp của một pha 31
2.3.7 Tiết diện và đường kính dây dẫn 31
2.3.11 Mật độ từ thông khe hở không khí Bδ và tải đường A 35
2.3.12 Sơ bộ định chiều rộng của răng b’zl 35
2.3.13 Sơ bộ chiều cao của gông stato hg1 35
2.3.14 Kích thước rãnh và cách điện 35
2.3.15 Diện tích rãnh trừ nêm s’r 37
2.3.16 Bề rộng răng Stato bZ1 38
2.4 Thiết kế lõi sắt Roto 38
2.4.4 Sơ bộ định chiều rộng của răng Roto b ’ Z2 40
2.4.5 Đường kính trục Roto Dt 40
2.4.6 Dòng điện trong vòng ngắn mạch Iv 40
2.4.7 Tiết diện thanh vòng dẫn nhôm S ’ td 41
2.4.8 Tiết diện vành ngắn mạch 41
2.4.9 Sơ bộ chiều cao gông Roto 41
2.4.10 Kích thước rãnh Roto và vòng ngắn mạch 41
2.4.11 Diện tích rãnh Roto Sr2 42
2.4.12 Diện tích vành ngắn mạch 43
2.4.13 Bề rộng răng Roto ở 1/3 chiều cao răng 43
2.4.14 Chiều cao gông Roto hg2 43
2.4.15 Làm nghiên rãnh ở Roto bn 43
2.5.1 Hệ số khe hở không khí 43
2.5.2 Sức từ động khe hở không khí 𝑭𝜹 44
2.5.3 Mật độ từ thông ở răng Stato Bz’1 44
2.5.4 Cường độ từ trường trên răng Stato 44
2.5.5 Sức từ động trên răng Stato 44
2.5.6 Mật độ từ thông ở răng Roto BZ2 45
2.5.7 Cường độ từ trường trên răng Roto 45
2.5.8 Sức từ động trên răng Roto FZ2 45
2.5.9 Hệ số bão hòa răng kZ 45
2.5.10 Mật độ từ thông trên gông Stato Bg1 45
2.5.11 Cường độ từ trường ở gông Stato Hg1 45
2.5.12 Chiều dài mạch từ gông Stato Lgl 45
2.5.13 Sức từ động ở gông Stato Fgl 45
2.5.14 Mật độ từ thông trên gông Roto Bg2 46
2.5.15 Cường độ từ trường ở gông Roto Hg2 46
2.5.16 Chiều dài mạch từ ở gông Roto Lg2 46
2.5.17 Sức từ động ở gông Roto Fg2 46
2.5.18 Tổng sức từ động của mạch từ F 46
2.5.19 Hệ số bão hòa toàn mạch k𝜇 46
2.6 Tham số động cơ KĐB ở chế độ làm việc định mức 46
2.6.1 Chiều dài phần đầu nối của dây quấn Stato Ldl 46
2.6.2 Chiều dài trung bình nửa vòng của dây quấn Stato Ltb 47
2.6.3 Chiều dài dây quấn một pha của Stato Ll 47
2.6.4 Điện trở tác dụng của dây quấn Stato r1 47
2.6.5 Điện trở vòng ngắn mạch rtd 47
2.6.6 Điện trở vòng ngắn mạch rv 47
2.6.9 Điện trở Roto đã quy đổi 48
2.6.10 Hệ số từ dẫn tản rãnh Stato 48
2.6.11 Hệ số từ dẫn tản tạp Stato 49
2.6.12 Hệ số tản từ phần đầu nối 1 50
2.6.13 Hệ số dẫn tả của Stato 50
2.6.14 Điện kháng dây quấn Stato x1 50
2.6.15 Hệ số từ dẫn tản rãnh roto 50
2.6.16 Hệ số từ dẫn tạp Roto 51
2.6.18 Hệ số từ tản do rãnh nghiêng 51
2.6.20 Điện kháng tản dây quấn Roto 51
2.6.21 Điện kháng Roto đã quy đổi 51
2.7 Xác định đặc tính làm việc và khởi động 52
2.8 Nhận xét , kết luận chương 2 60
CHƯƠNG 3 : KẾT LUẬN , KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 62
3.3 Hướng phát triển của đề tài 63
DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 1 : Cấu tạo của stato 12
Hình 1 2 : Cấu tạo của roto 13
Hình 1 4 : Từ trường quay trong động cơ KĐB 15
Hình 2 1 : Kích thước rãnh stato 37
Hình 2 2 Kích thước rãnh Roto 42
Hình 2 3 : Đặc tính làm việc 53
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2 1: Bảng đặc tính động cơ 54
Bảng 2 2: Bảng so sánh giá trị tính toán và mục tiêu thiết kế 61
Trong bối cảnh hiện đại, khi chất lượng cuộc sống của con người ngày càng được cải thiện, nhu cầu về cuộc sống cũng tăng cao Để đáp ứng những nhu cầu này, khoa học và công nghiệp cần phát triển liên tục, phù hợp với thời đại Ngành điện đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển này.
Trong ngành điện, thiết kế máy điện đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của công nghiệp hiện đại Sự tiến bộ trong thiết kế máy điện đã góp phần nâng cao năng suất cho các nhà máy.
Máy điện không đồng bộ là thiết bị quan trọng trong dây chuyền sản xuất, với cấu tạo đơn giản và độ tin cậy cao Chúng yêu cầu vốn đầu tư thấp và có giá thành rẻ, đồng thời có trọng lượng và kích thước nhỏ hơn so với động cơ một chiều cùng công suất Máy sử dụng lưới điện xoay chiều 3 pha, nhưng việc điều chỉnh tốc độ và kiểm soát quá trình quá độ gặp khó khăn Đặc biệt, động cơ KĐB lồng sóc có chỉ tiêu khởi động không tốt, với dòng khởi động lớn và mômen khởi động nhỏ.
Với đề tài “Thiết kế động cơ điện không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc”, bài viết sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về quy trình thiết kế động cơ điện, đặc biệt là động cơ không đồng bộ 3 pha với cấu trúc roto lồng sóc.
Trong quá trình thực hiện đồ án, chúng em đã nhận được sự hướng dẫn tận tình từ các thầy cô trong khoa, đặc biệt là thầy Nguyễn Văn Đoài Mặc dù đã nỗ lực hết mình, nhưng do thời gian và kiến thức còn hạn chế, chúng em không thể tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy, chúng em rất mong nhận được sự nhận xét, góp ý và khích lệ từ thầy cô, anh (chị) và các bạn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, đặc biệt là thầy Nguyễn Văn Đoài, người đã tạo điều kiện giúp đỡ chúng em trong việc tìm hiểu kiến thức để nâng cao hiệu quả học tập.
CHƯƠNG 1: PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu chung về máy điện không đồng bộ Động cơ không đồng bộ ba pha mà chủ yếu là loại rôto lồng sóc với dải công suất từ vài trăm Watts đến hàng Megawatts được dùng phổ biến trong công nghiệp vì là bộ phận chính trong các hệ thống truyền động Sự phát triển của nền kinh tế và quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa làm cho nhu cầu sử dụng chúng ngày càng nhiều Ở các nước có nền công nghiệp phát triển hoặc quy mô công nghiệp lớn như Mỹ, Trung Quốc, Châu Âu, Ấn Độ và ngay ở Việt Nam nguồn năng lượng mà chúng tiêu thụ cũng tăng đáng kể. Động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc cấu tạo đơn giản, làm việc tin cậy chiếm một số lượng khá lớn trong loại động cơ công suất nhỏ và trung bình. Nhược điểm của động cơ này là điều chỉnh tốc độ khó khăn và dòng điện khởi động lớn thường bằng 5-7 lần dòng điện định mức Để bổ khuyết cho nhược điểm này, người ta chế tạo đông cơ không đồng bộ roto lồng sóc nhiều tốc độ và dùng rôto rãnh sâu, lồng sóc kép để hạ dòng điện khởi động, đồng thời tăng momen khởi động lên. Động cơ điện không đồng bộ rôto dây quấn có thể điều chỉnh tốc được tốc độ trong một chừng mực nhất định, có thể tạo một mômen khởi động lớn mà dòng khởi động không lớn lắm, nhưng chế tạo có khó hơn so với với loại rôto lồng sóc, do đó giá thành cao hơn, bảo quản cũng khó hơn. Động cơ điện không đồng bộ được sản xuất theo kiểu bảo vệ IP23 và kiểu kín IP44 Những động cơ điện theo cấp bảo vệ IP23 dùng quạt gió hướng tâm đặt ở hai đầu rôto động cơ điện Trong các động cơ roto lồng sóc đúc nhôm thì cánh quạt nhôm được đúc trực tiếp lên vành ngắn mạch Loại động cơ điện theo cấp bảo vệ IP44 thường nhờ vào cánh quạt đặt ở ngoài vỏ máy để thổi gió ở mặt ngoài vỏ máy, do đó tản nhiệt có kém hơn do với loại IP23 nhưng bảo dưỡng
Hiện nay, các quốc gia đã sản xuất động cơ điện không đồng bộ theo tiêu chuẩn, với dãy công suất từ 0,55 - 90 KW, được ký hiệu là K theo tiêu chuẩn Việt Nam 1987-1994 Các động cơ này thuộc dãy điều chế và được thiết kế theo kiểu IP44.
Tiêu chuẩn TCVN 315-85 quy định dãy công suất cho động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc, với công suất từ 110 kW đến 1000 kW Các mức công suất cụ thể bao gồm: 110, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800 và 1000 kW.
Ký hiệu của động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc bao gồm tên gọi của dãy động cơ, chiều cao tâm trục quay và kích thước lắp đặt.
Theo kết cấu của vỏ, máy điện không đồng bộ có thể chia thành các kiểu chính sau: kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín, kiểu phòng nổ
Theo kết cấu của ro to, máy điện không đồng bộ được chia làm hai loại: loại roto kiểu dây quấn và roto kiểu lồng sóc.
Theo số pha trên dây qiaasn stato có thể chia làm các loại sau: một pha, hai pha và ba pha.
1.1.2 Cấu tạo của động cơ không đồng bộ a, Phần tĩnh ( Stato )
Hình 1 1 : Cấu tạo của stato
Trên stato có vỏ, lõi sắt và dây quấn
Vỏ máy có vai trò quan trọng trong việc cố định lõi thép và dây quấn, nhưng không được sử dụng làm mạch dẫn từ Thường được chế tạo từ gang hoặc thép tấm hàn, vỏ máy có thể được đúc, hàn hoặc rèn Có hai kiểu vỏ máy: kiểu kín và kiểu bảo vệ Vỏ kiểu kín yêu cầu diện tích tản nhiệt lớn, do đó thường được thiết kế với nhiều gân tản nhiệt trên bề mặt Trong khi đó, vỏ kiểu bảo vệ có bề mặt ngoài nhẵn, cho phép gió làm mát thổi trực tiếp lên lõi thép và bên trong vỏ máy.
Lõi thép là bộ phận dẫn từ, được cấu tạo từ các lá thép kỹ thuật điện dày từ 0,35 đến 0,5mm được ép lại với nhau Mỗi lá thép đều được phủ một lớp sơn cách điện trên bề mặt nhằm giảm thiểu tổn hao năng lượng do dòng điện xoáy gây ra, từ đó hạn chế dòng điện fuco.
Dây quấn được đặt trong rãnh của lõi thép và được cách điện tốt với rãnh, đóng vai trò quan trọng trong máy điện bằng cách tham gia trực tiếp vào quá trình biến đổi năng lượng điện năng thành cơ năng và ngược lại Về mặt kinh tế, giá thành của dây quấn chiếm một phần đáng kể trong tổng chi phí của máy Phần quay (roto) cũng là một thành phần quan trọng trong cấu trúc của máy điện.
Hình 1 2 : Cấu tạo của roto
Lõi thép được cấu thành từ các lá thép kỹ thuật điện, được lấy từ phần bên trong của lõi thép stato Mặt ngoài của lõi thép được dập rãnh để lắp đặt dây quấn, trong khi ở giữa có dập lỗ để lắp trục.
Trục máy : không đồng bộ làm bằng thép, trên đó gắn lõi thép roto.
Dây quấn : có hai kiểu : roto ngắn mạch còn gọi là roto lồng sóc và roto dây quấn
Roto dây quấn, hay còn gọi là quấn giống stato, là loại động cơ có khả năng cải thiện tính năng mở máy và điều chỉnh tốc độ thông qua việc sử dụng chổi than để đưa điện trở phụ hoặc suất điện động phụ vào mạch rôto Điều này giúp nâng cao hiệu suất và hệ số công suất của máy.
Xác định đặc tính làm việc và khởi động
Chương 3: Kết luận, kiến nghị và hướng phát triển của đề tài
3.3 Hướng phát triển của đề tài
3 Các tiêu chuẩn phục vụ tính toán, thiết kế động cơ điện không đồng bộ
TCVN 1987-1994; TCVN 315-85; TCVN 7540:2013 Quy định về động cơ điện không đồng bộ ba pha
TCVN 8:2015: Quy định về bản vẽ kỹ thuật
4 Các bản vẽ cần thực hiện
STT Tên bản vẽ Khổ giấy Số lượng
1 Bản vẽ tổng lắp ráp động cơ A3 01
5 Yêu cầu trình bày văn bản
Thực hiện theo biểu mẫu “BM03” về QUY CÁCH CHUNG CỦA BÁO CÁO TIỂU LUẬN/BTL/ĐỒ ÁN/DỰ ÁN trong Quyết định số 815/ QĐ- ĐHCN ngày 15/08/2019
6 Về thời gian thực hiện đồ án:
Ngày giao đề tài Ngày hoàn thành: :
1.1 Giới thiệu chung về máy điện không đồng bộ 10
1.1.2 Cấu tạo của động cơ không đồng bộ 11
1.1.4 Ứng dụng của động cơ KĐB 17
1.1.5 Ưu và nhược điểm của động cơ KĐB 18
1.2 Giới thiệu chung về thiết kế động cơ KĐB 18
1.2.1 Nhiệm vụ của việc thiết kế 18
1.2.3 Cơ sở lý thuyết của việc thiết kế 20
1.2.4 Vật liệu thường dùng trong thiết kế 21
1.3 Các tiêu chuẩn thiết kế động cơ điện không đồng bộ 23
1.4 Nhận xét và kết luận chương 1 25
CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA LỒNG SÓC 15 KW , 380V 27
2.1 Giới thiệu mục tiêu thiết kế 27
2.2 Xác định kích thước chủ yếu 27
2.2.5 Chiều dài tính toán của lõi sắt stato 28
2.2.7 Dòng điện pha định mức 29
2.3.1 Mã hiệu thép và bề dày lá thép 29
2.3.5 Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh ur1 31
2.3.6 Số vòng dây nối tiếp của một pha 31
2.3.7 Tiết diện và đường kính dây dẫn 31
2.3.11 Mật độ từ thông khe hở không khí Bδ và tải đường A 35
2.3.12 Sơ bộ định chiều rộng của răng b’zl 35
2.3.13 Sơ bộ chiều cao của gông stato hg1 35
2.3.14 Kích thước rãnh và cách điện 35
2.3.15 Diện tích rãnh trừ nêm s’r 37
2.3.16 Bề rộng răng Stato bZ1 38
2.4 Thiết kế lõi sắt Roto 38
2.4.4 Sơ bộ định chiều rộng của răng Roto b ’ Z2 40
2.4.5 Đường kính trục Roto Dt 40
2.4.6 Dòng điện trong vòng ngắn mạch Iv 40
2.4.7 Tiết diện thanh vòng dẫn nhôm S ’ td 41
2.4.8 Tiết diện vành ngắn mạch 41
2.4.9 Sơ bộ chiều cao gông Roto 41
2.4.10 Kích thước rãnh Roto và vòng ngắn mạch 41
2.4.11 Diện tích rãnh Roto Sr2 42
2.4.12 Diện tích vành ngắn mạch 43
2.4.13 Bề rộng răng Roto ở 1/3 chiều cao răng 43
2.4.14 Chiều cao gông Roto hg2 43
2.4.15 Làm nghiên rãnh ở Roto bn 43
2.5.1 Hệ số khe hở không khí 43
2.5.2 Sức từ động khe hở không khí 𝑭𝜹 44
2.5.3 Mật độ từ thông ở răng Stato Bz’1 44
2.5.4 Cường độ từ trường trên răng Stato 44
2.5.5 Sức từ động trên răng Stato 44
2.5.6 Mật độ từ thông ở răng Roto BZ2 45
2.5.7 Cường độ từ trường trên răng Roto 45
2.5.8 Sức từ động trên răng Roto FZ2 45
2.5.9 Hệ số bão hòa răng kZ 45
2.5.10 Mật độ từ thông trên gông Stato Bg1 45
2.5.11 Cường độ từ trường ở gông Stato Hg1 45
2.5.12 Chiều dài mạch từ gông Stato Lgl 45
2.5.13 Sức từ động ở gông Stato Fgl 45
2.5.14 Mật độ từ thông trên gông Roto Bg2 46
2.5.15 Cường độ từ trường ở gông Roto Hg2 46
2.5.16 Chiều dài mạch từ ở gông Roto Lg2 46
2.5.17 Sức từ động ở gông Roto Fg2 46
2.5.18 Tổng sức từ động của mạch từ F 46
2.5.19 Hệ số bão hòa toàn mạch k𝜇 46
2.6 Tham số động cơ KĐB ở chế độ làm việc định mức 46
2.6.1 Chiều dài phần đầu nối của dây quấn Stato Ldl 46
2.6.2 Chiều dài trung bình nửa vòng của dây quấn Stato Ltb 47
2.6.3 Chiều dài dây quấn một pha của Stato Ll 47
2.6.4 Điện trở tác dụng của dây quấn Stato r1 47
2.6.5 Điện trở vòng ngắn mạch rtd 47
2.6.6 Điện trở vòng ngắn mạch rv 47
2.6.9 Điện trở Roto đã quy đổi 48
2.6.10 Hệ số từ dẫn tản rãnh Stato 48
2.6.11 Hệ số từ dẫn tản tạp Stato 49
2.6.12 Hệ số tản từ phần đầu nối 1 50
2.6.13 Hệ số dẫn tả của Stato 50
2.6.14 Điện kháng dây quấn Stato x1 50
2.6.15 Hệ số từ dẫn tản rãnh roto 50
2.6.16 Hệ số từ dẫn tạp Roto 51
2.6.18 Hệ số từ tản do rãnh nghiêng 51
2.6.20 Điện kháng tản dây quấn Roto 51
2.6.21 Điện kháng Roto đã quy đổi 51
2.7 Xác định đặc tính làm việc và khởi động 52
2.8 Nhận xét , kết luận chương 2 60
CHƯƠNG 3 : KẾT LUẬN , KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 62
3.3 Hướng phát triển của đề tài 63
DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 1 : Cấu tạo của stato 12
Hình 1 2 : Cấu tạo của roto 13
Hình 1 4 : Từ trường quay trong động cơ KĐB 15
Hình 2 1 : Kích thước rãnh stato 37
Hình 2 2 Kích thước rãnh Roto 42
Hình 2 3 : Đặc tính làm việc 53
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2 1: Bảng đặc tính động cơ 54
Bảng 2 2: Bảng so sánh giá trị tính toán và mục tiêu thiết kế 61
Trong bối cảnh hiện đại, khi chất lượng cuộc sống của con người ngày càng được cải thiện, nhu cầu về cuộc sống cũng tăng cao Để đáp ứng những nhu cầu này, ngành khoa học và công nghiệp cần phát triển liên tục, phù hợp với thời đại Ngành điện đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy sự phát triển này.
Trong ngành điện, thiết kế máy điện đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của công nghiệp hiện đại Sự tiến bộ trong thiết kế máy điện đã góp phần nâng cao năng suất cho các nhà máy.
Máy điện không đồng bộ là thiết bị quan trọng trong dây chuyền sản xuất, với cấu tạo đơn giản và độ tin cậy cao Chúng yêu cầu vốn đầu tư thấp và có giá thành rẻ hơn so với động cơ một chiều, đồng thời có trọng lượng và kích thước nhỏ hơn khi so sánh cùng công suất định mức Máy sử dụng lưới điện xoay chiều 3 pha, tuy nhiên, việc điều chỉnh tốc độ và kiểm soát quá trình quá độ gặp nhiều khó khăn Đặc biệt, động cơ KĐB lồng sóc có chỉ tiêu khởi động không tốt, với dòng khởi động lớn và mômen khởi động nhỏ.
Với chủ đề “Thiết kế động cơ điện không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc”, bài viết sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về quy trình thiết kế động cơ điện, đặc biệt là động cơ không đồng bộ 3 pha với cấu trúc roto lồng sóc.
Trong quá trình thực hiện đồ án, chúng em đã nhận được sự hướng dẫn tận tình từ các thầy cô trong khoa, đặc biệt là thầy Nguyễn Văn Đoài Mặc dù đã nỗ lực hết mình, do thời gian và kiến thức còn hạn chế, chúng em không thể tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy, chúng em rất mong nhận được sự nhận xét, góp ý và khích lệ từ thầy cô, anh (chị) và các bạn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã hỗ trợ và tạo điều kiện cho chúng em trong quá trình học tập, đặc biệt là thầy Nguyễn Văn Đoài, người đã giúp chúng em tiếp cận kiến thức để nâng cao hiệu quả học tập.
CHƯƠNG 1: PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu chung về máy điện không đồng bộ Động cơ không đồng bộ ba pha mà chủ yếu là loại rôto lồng sóc với dải công suất từ vài trăm Watts đến hàng Megawatts được dùng phổ biến trong công nghiệp vì là bộ phận chính trong các hệ thống truyền động Sự phát triển của nền kinh tế và quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa làm cho nhu cầu sử dụng chúng ngày càng nhiều Ở các nước có nền công nghiệp phát triển hoặc quy mô công nghiệp lớn như Mỹ, Trung Quốc, Châu Âu, Ấn Độ và ngay ở Việt Nam nguồn năng lượng mà chúng tiêu thụ cũng tăng đáng kể. Động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc cấu tạo đơn giản, làm việc tin cậy chiếm một số lượng khá lớn trong loại động cơ công suất nhỏ và trung bình. Nhược điểm của động cơ này là điều chỉnh tốc độ khó khăn và dòng điện khởi động lớn thường bằng 5-7 lần dòng điện định mức Để bổ khuyết cho nhược điểm này, người ta chế tạo đông cơ không đồng bộ roto lồng sóc nhiều tốc độ và dùng rôto rãnh sâu, lồng sóc kép để hạ dòng điện khởi động, đồng thời tăng momen khởi động lên. Động cơ điện không đồng bộ rôto dây quấn có thể điều chỉnh tốc được tốc độ trong một chừng mực nhất định, có thể tạo một mômen khởi động lớn mà dòng khởi động không lớn lắm, nhưng chế tạo có khó hơn so với với loại rôto lồng sóc, do đó giá thành cao hơn, bảo quản cũng khó hơn. Động cơ điện không đồng bộ được sản xuất theo kiểu bảo vệ IP23 và kiểu kín IP44 Những động cơ điện theo cấp bảo vệ IP23 dùng quạt gió hướng tâm đặt ở hai đầu rôto động cơ điện Trong các động cơ roto lồng sóc đúc nhôm thì cánh quạt nhôm được đúc trực tiếp lên vành ngắn mạch Loại động cơ điện theo cấp bảo vệ IP44 thường nhờ vào cánh quạt đặt ở ngoài vỏ máy để thổi gió ở mặt ngoài vỏ máy, do đó tản nhiệt có kém hơn do với loại IP23 nhưng bảo dưỡng
Hiện nay, các quốc gia đã sản xuất động cơ điện không đồng bộ theo tiêu chuẩn, với dãy công suất từ 0,55 - 90 KW, được ký hiệu là K theo tiêu chuẩn Việt Nam 1987-1994 Các động cơ này thuộc dãy điều chế kiểu IP44.
Tiêu chuẩn TCVN 315-85 quy định dãy công suất cho động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc, với công suất từ 110 kW đến 1000 kW Các mức công suất cụ thể bao gồm: 110, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800 và 1000 kW.
Ký hiệu của động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc bao gồm tên gọi của dãy động cơ, chiều cao tâm trục quay và kích thước lắp đặt.
Theo kết cấu của vỏ, máy điện không đồng bộ có thể chia thành các kiểu chính sau: kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín, kiểu phòng nổ
Theo kết cấu của ro to, máy điện không đồng bộ được chia làm hai loại: loại roto kiểu dây quấn và roto kiểu lồng sóc.
Theo số pha trên dây qiaasn stato có thể chia làm các loại sau: một pha, hai pha và ba pha.
1.1.2 Cấu tạo của động cơ không đồng bộ a, Phần tĩnh ( Stato )
Hình 1 1 : Cấu tạo của stato
Trên stato có vỏ, lõi sắt và dây quấn
Vỏ máy có vai trò quan trọng trong việc cố định lõi thép và dây quấn, nhưng không được sử dụng làm mạch dẫn từ Thường được chế tạo từ gang hoặc thép tấm hàn, vỏ máy có thể được đúc, hàn hoặc rèn Có hai kiểu vỏ máy: kiểu kín và kiểu bảo vệ Vỏ kiểu kín yêu cầu diện tích tản nhiệt lớn, do đó thường được thiết kế với nhiều gân tản nhiệt trên bề mặt Trong khi đó, vỏ kiểu bảo vệ có bề mặt ngoài nhẵn, cho phép gió làm mát thổi trực tiếp lên lõi thép và bên trong vỏ máy.
Lõi thép là bộ phận dẫn từ, được cấu tạo từ các lá thép kỹ thuật điện dày từ 0,35 đến 0,5mm được ép chặt lại Mỗi lá thép đều được phủ một lớp sơn cách điện trên bề mặt nhằm giảm thiểu tổn hao năng lượng do dòng điện xoáy gây ra, từ đó hạn chế dòng điện fuco.
Dây quấn được đặt trong rãnh của lõi thép và cách điện tốt với rãnh, đóng vai trò quan trọng trong máy điện bằng cách tham gia vào quá trình biến đổi năng lượng điện thành cơ năng và ngược lại Về mặt kinh tế, giá thành của dây quấn chiếm một phần đáng kể trong tổng chi phí của máy Phần quay (roto) cũng là một thành phần quan trọng trong cấu trúc của máy điện.
Hình 1 2 : Cấu tạo của roto
Lõi thép được cấu tạo từ các lá thép kỹ thuật điện, được lấy từ phần bên trong của lõi thép stato Mặt ngoài của lõi thép được dập rãnh để đặt dây quấn, trong khi ở giữa có dập lỗ để lắp trục.
Trục máy : không đồng bộ làm bằng thép, trên đó gắn lõi thép roto.
Dây quấn : có hai kiểu : roto ngắn mạch còn gọi là roto lồng sóc và roto dây quấn
Roto dây quấn là loại động cơ có khả năng quấn giống stato, cho phép cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ và nâng cao hệ số công suất Đặc điểm nổi bật của động cơ này là việc sử dụng chổi than để đưa điện trở phụ hoặc suất điện động phụ vào mạch rôto.
