Đề Tài Thiết Kế Động Cơ Không Đồng Bộ Rôto Lồng Sóc

Động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc là loại có kết cấu đơn giảnnhất nên chiếm một số lượng khá lớn trong các loại động cơ điện côngsuất nhỏ và trung bình.. Loại gang đúcđược chia là

LỜI NÓI ĐẦU Xã hội không ngừng phát triển, nhu cầu sinh hoạt ngày càng được nâng

cao Động cơ điện là một thiết bị không thể thiếu trong quá trình sinh hoạtsản xuất đặc biệt là trong công nghiệp Do có kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, sử dụng và bảo quản thuận tiện, giá thành rẻ nên động cơ điệnkhông đồng bộ được sử dụng rất rộng rãi

Động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc là loại có kết cấu đơn giảnnhất nên chiếm một số lượng khá lớn trong các loại động cơ điện côngsuất nhỏ và trung bình

Trong quá trình học tập ở trường em nhận được đề tài “Thiết kế động

cơ không đồng bộ rôto lồng sóc” Đồ án được chia làm hai phần và 10chương:

Phần I : Tổng quan về động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc

Phần II : Tính toán động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc

Chương I : Xác định các kích thước chủ yếu

Chương II : Tính toán sơ bộ stato

Chương III : Tính toán sơ bộ rôto

Chương IV : Tính toán mạch từ

Chương V : Thông số của động cơ ở chế độ định mức

Chương VI : Tổn hao thép và tổn hao cơ

Chương VII : Đặc tính làm việc

Chương VIII: Tính toán đặc tính khởi động

Chương IX : Tính toán nhiệt

Chương X : Trọng lượng vật liệu và chỉ tiêu sử dụng.

Trong quá trình thiết kế chắc chắn không tránh được những sai sót vàkhuyết điểm rất mong sự góp ý của các thầy , cô để em nắm vững hơn kiếnthức về máy điện Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình củathầy giáo BÙI VĂN THI đã giúp em hoàn thành đồ án này

Hà Nội, ngày 30 tháng 5 năm 2004

BA PHA LỒNG SÓC

A Kết cấu của động cơ điện không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc

Bao gồm hai kết cấu chính là mạch từ và dây quấn , ở đó diễn ra sựbiến đổi năng lượng điện cơ và các bộ phận kết cấu khác

Mạch từ của động cơ là hai khối thép đồng trục cách nhau bởi một khe

hở không khí đảm bảo cho một trong hai khối thép có thể chuyển độngquay tương đối so với khối kia khối đứng yên gọi là phần tĩnh hay statocòn khối quay được gọi là phần quay hay rôto Do từ thông trong khối théplà xoay chiều nên các lá thép được ghép bằng các lá thép kỹ thuật điện(tôn silíc ) dày 0,35 ÷0,5 mm để giảm tổn hao do dòng xoáy Các dây quấncủa động cơ được đặt hai phía khe hở trong các rãnh của stato và rôto Cácbộ phận kết cấu khác bao gồm : Vỏ máy , nắp máy , trục , ổ bi và quạt giólàm mát …

1.Vỏ stato : Có nhiệm vụ truyền nhiệt , làm mát và lắp đặt các chi tiết phụ

vỏ phải đảm bảo về độ cứng và độ bền sau khi lắp lỏi thép và gia công vỏ Vỏ có hai loại , loại gang đúc và loại thép tấm hàn lại Loại gang đúcđược chia làm hai loại : Loại có gân trong và loại không có gân trong:

Loại có gân trong có đặc điểm là khi gia công tốc độ cắt gọt chậm.Phương pháp cố định lỏi sắt trong máy điện cở nhỏ và vừa thường là đailõi thép lại rồi ép vào vỏ hoặc xếp trực tiếp các lá thép váo rồi chốt haiđầu lại Ở máy điện lớn thì xếp các lá tôn silíc vào vỏ rồi dùng bulông éplại Loại vỏ bằng thép tấm hàn gồm ít nhất là hai vòng thép tấm trở lênvà nhưng gân ngang làm khung

2 Lõi sắt stato :

Khi đuờng kính ngoài lõi sắt nhỏ hơn một mét thì dùng tấm nguyên đểlàm lõi sắt , lõi sắt sau khi ép vào vỏ sẽ có một chốt cố định với vỏ đểkhỏi bị quay dưới tác dụng của mômen điện từ Nếu đường kính ngoài lớnhơn môït mét thì dùng các tấm hình rẻ quạt gép lại , khi ấy để ghép chặtlõi sắt thường dùng hai hai tấm thép dày ép hai đầu để tránh lực hướngtâm và lực hút các tấm thường làm những cánh đuôi nhạn hình rẽ quạt trêncác tấm để ghép các tấm vào các gân trên vỏ máy

Nếu đường kính rôto nhỏ hơn 350 mm thì lõi sắt rôto thường được éptrực tiếp lên trục hoặc ống lồng trục , đó là vì đường kính rôto không lớn,

phần trong của lá thép cắt ra không dùng được vào việc gì có giá trị kinh tế

lớn mà kết cấu của rôto lại được đơn giản hóa Việc dùng ống lồng cũngrất hạn chế , chỉ dùng khi cần thiết như động cơ điện trên tàu điện để thaytrục được giễ dàng Khi đường kính rôto lớn hơn 350 mm đường kính trongrôto cố gắng lấy ra lớn hơn để dùng lõi thép lấy ra sử dụng vào việc khác ,

do đó cấn có giá đỡ rôto Khi đường kính rôto lớn hơn 1000 mm thì dùngcác tấm tôn silíc hình rẻ quạt ghép lại Khi đó dùng giá đỡ rôto hình sao giá đỡ rôto trong các máy lớn thường làm bằng thép tấm ghép lại Lõi sắtthường được ép chặt với áp suất từ 5 Kg/cm2 đối với cỡ trung , đến 10Kg/cm2 với máy cỡ nhỏ và phải có vòng ép để giữ chặt áp suất đó , đểtránh lõi sắt ở hai đầu bị tản ra thì trong các máy nhỏ thường dùng nhữngtấm thép dày 1,5 mm ép lại Trong máy lớn thường dùng những tấm ép córăng , răng phải tán hay hàn vào lá thép ép để khi quay không văng ra

Rôto động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc thường có rãnh nửa kính vàđược đúc đầy trong rãnh rôto là các thanh dẫn bằng nhôm hoặc đồng , cácthanh dẫn này dài ra khỏi lõi sắt và được nối tắt hai đầu bằng hai vànhngắn mạch bằng nhôm hoặc đồng làm thành một cái lồng mà người ta quengọi là lồng sóc Trong máy điện cỡ nhỏ rãnh rôto thường được làm chéo đimột góc so với tâm trục.

4 Quạt gió :

Nhiệm vụ của quạt gió là tạo ra một áp suất đủ lớn để đưa dòng khí cầnthiết qua hệ thống thông gió của máy để làm mát máy Quạt được gắn trêntrục động cơ , tốc độ của quạt là tốc độ của động cơ , kích thước của quạt bịgiới hạn bởi kết cấu của động cơ , trong máy điện thường có ba loại quạtthường dùng : Quạt ly tâm , quạt hướng trụ và quạt hổn hợp ly tâm vàhướng trục , nhưng thông dụng nhất vẫn là quạt ly tâm Ở quạt ly tâm khicánh quạt quay không khí ở giửa khe các cánh quạt bị đẩy ra ngoài dưới tácdụng của lực ly tâm , do đó ở vùng vòng trong của cánh quạt nơi lỗ gió vàotạo thành vùng không khí loãng còn vùng ngoài của vòng ngoài cánh quạtnơi thoáng gió ra có áp suất cao , quạt ly tâm được dùng nhiều trong máyđiện vì tạo được áp suất khí cao phù hợp với đặc tính của hệ thống thônggió trong máy điện nhưng nhược điểm của nó là hiệu suát thấp

5 Dây quấn :

Dây quấn của động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc gồm nhiềuphần tử nối với nhau theo một quy luật nào đó Phần tử ở đây chính là bốidây và được đặt vào trong các rãnh phần ứng Bối dây có thể chỉ là mộtvòng dây ( gọi là dây quấn kiểu thanh dẫn , bối dây thường chế tạo dạng

1/2 phần tư và tiết diện thường lớn) , củng có thể có nhiều vòng dây (tiếtdiện dây nhỏ và gọi là dây quấn kiểu vòng dây ) Số vòng dây của mỗi bốidây, số bối dây của mỗi pha và cách nối phụ thuộc vào công suất, điện áp ,tốc độ , điều kiện làm việc của máy và quá trình tính toán điện từ Dâyquấn có các yêu cầu sau :

a Điện áp ba pha phải bằng nhau , trong dây quấn ba pha điện áp ba pha lệchnhau 120o góc độ điện

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

c Có thể đấu thành các mạch song song khi cần thiết

d Dùng vật liệu dây dẫn điện ít nhất , phần đầu nói càng ngắn càng tốt để thu ngắn chiều dài của máy và đỡ tốn vật liệu

e Dễ chế tạo và sửa chữa

f Cách điện giữa các vòng dây , các pha và với đất ít tốn kém và chắcchắn

g Kết cấu chắc chắn , có thể chịu được ứng lực cơ khi máy bị ngắnmạch đột ngột hay khi khởi động

- Dây quấn động cơ có nhiều kiểu :Dây quấn một lớp , hai lớp , dây quấn đồng khuôn , dây quấn đồng tâm…

6.Trục động cơ :

Ngoài việc phải chịu toàn bộ trọng lượng của rôto ra , trục còn chịu mômen xoắn và mômen uốn trong quá trình truyền động tải , trục còn chịu lựchướng trục thường là lực kéo như ở các máy kiểu trục đứng Ngoài những

tải trên , trục còn phải chịu lực từ một phía do khe hở không khí không đềugây ra Trục có các yêu cầu sau :

a Phải có đủ độ bền ở tất cả các tiết diện của trục khi máy làm việckể cả khi có sự cố ngắn mạch

b Phải có đủ độ cứng để tránh sinh ra độ võng lớn làm rôto chạmstato

c Tốc độ giới hạn của trục phải khác nhiều với tốc độ khi máy làmviệc bình thường Kích thước đầu trục của động cơ được tiêu chuẩn hóacác kích thước lựa chọn ở bảng VIII sách thiết kế máy điện

7 Gối trục :

Máy điện có thể dùng gối trục là ổ bi hay ổ trượt Máy điện nhỏ và vừahiện nay dùng ổ bi là chủ yếu , chỉ trong những máy nhỏ yêu cầu không cótiếng ồn mới dùng bạc Máy lớn phải dùng ổ bi , ổ bi có các ưu điểm sau làkích thước nhỏ , kết cấu gọn , độ mài mòn không lớn , bảo dưỡng đơn giản ,tổn hao ma sát nhỏ , điều này rất quan trọng đối với những máy thườngkhởi động

B Hoạt động của động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc :

Động cơ làm việc dựa vào định luật về luật điện từ f tác dụng lênthanh dẫn có chiều dài l khi nó có dòng điện I và nằm trong từ trường có từcảm B Chiều và độ lớn của lực f được xác định theo tích véc tơ fr=r uri.l.B Đó chính là định luật cơ bản của động cơ biến đổi điện năng thành cơ năng.Khi đông cơ được cấp điện , dòng điện trong dây quấn stato sinh ra tronglõi sắt stato một từ trường quay với tốc độ đồng bộ n1 =60.f / p1 , trong đó

f1 là tần số dòng điện lưới đưa vào , p là số đôi cực của máy , thì từ trườngnày quét qua thanh dẫn nhiều pha tự ngắn mạch đặt trên lõi sắt rôtovà cảmứng trong thanh dẫn đó sức điện động và dòng điện Từ thông do dòngđiện này sinh ra hợp với từ thông của stato tạo thhành từ thông tổng ở khehở Dòng điện trong thanh dẫn rôto tác dụng với từ thông khe hở này sinh

ra mômen Tác dụng đó làm cho rôto quay với vận tốc không đồng bộ n (n

< n1) Để chỉ phạm vi tốc độ của động cơ người ta dùng hệ số trượt s , theođịnh nghĩa hệ số trượt bằng :

BA PHA RÔTO LỒNG SÓC

CHƯƠNG I

XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU

Những kích thước chủ yếu của máy điện không đồng bộ là đường kínhtrong stato và chiều dài lõi sắt l Mục đích của việc chọn kích thước chủyếu này là để chế tạo ra máy kinh tế hợp lý nhất mà tính năng phù hợp vớicác tiêu chuẩn nhà nước Tính kinh tế của máy không phải chỉ là vật liệusử dụng để chế tạo ra máy mà còn xét đến quá trình chế tạo trong nhàmáy, như tính thông dụng của khuôn dập, vật đúc , và các kích thước…Ngoài ra việc chọn tải đường A và Bδ ảnh hưởng rất nhiều đến kích

thước chủ yếu D và l Đứng về mặt tiết kiệm vật liệu thì nên chon A và Bδ

lớn, nhưng nếu chọn quá lớn thì tổn hao đồng và sắt tăng lên, làm máy quá

nóng, ảnh hưởng đến tuổi thọ của máy Do đó khi chọn A và Bδ cần xétđến chất lượng vật liệu sử dụng Nếu dùng vật liệu dẫn từ tốt (có tổn hao íthay có độ từ thẩm cao) thì có thể chọn Bδ lớn Dùng dây đồng có cấp cách

điện cao thì có thể chọn A lớn Ngoài ra tỉ số giữa A và Bδ cũng ảnh hưởngđến đặc tính làm việc và khởi động của động cơ không đồng bộ, vì A đặctrưng cho mạch điện, Bδ đặc trưng cho mạch từ

Hệ số cosϕ của máy chủ yếu phụ thuộc tỉ lệ với dòng điện từ hoá vớidòng điện định mức

Tính toán các thông số :

8 Các số liệu ban đầu:

9 Tốc độ đồng bộ:

( )

1 1

10 Đường kính ngoài stato

Theo bảng IV.1 phụ lục IV : dãy công suất chiều cao tâm trục của động

cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc kiểu IP44 theo tiêu chuẩn Việt Nam,

cấp cách điện cấp B Dựa theo công suất (KW) và số cực (2p) ta tra đượcchiều cao tâm trục h=90 (mm) tương ứng với động cơ có công suất :

P =1,5(KW) và số cực 2p = 4

Theo bảng 10.3 trị số của Dn theo h =149(mm) của dãy 4A Nga :

Dn =14,9(cm)

11 Đường kính trong stato D:

Theo bảng 10.2 có :

Trong đó: D = 9,5 cm

αδ= 0,64 Hệ số cung cực từ

P’ = 2,37 kW

k = 1,11 Hệ số sóng hình sin.s

k = 0,95Hệ số dây quấn d

Bδ=0,7 T : mật độ từ thông khe hở không khí A=235 A/cm : Tải đường

U1=220 V P=1,5kW

CHƯƠNG II

TÍNH TOÁN SƠ BỘ STATO

Dạng rãnh stato phụ thuộc vào thiết kế điện từ và dây dẫn, rãnh phảiđược thiết kế sao cho vừa số dây dẫn thiết kế kể cả phần cách điện vàcông nghệ chế tạo dễ dàng Mật độ từ thông trên gông và răng khôngđược vượt quá một trị số nhất định nào đó để đảm bảo tính năng của máy

16 Số rãnh stato Z 1 :

Z =2.m.p.q =2.3.2.3 36=

( Tính theo công thức 10-9 )Trong đó: q -số rãnh một pha dưới một cực, ở đây chọn :1

q1=3 p=2 m=3 số pha

17 Bước rãnh stato t 1 :

1 1

20 Tiết diện dây quấn stato s 1 :

Theo hình 10.4 Với h=90mm, IP44, 2p=4, Dn=14,9 cm chọn đượcAJ=1720 A / cm.mm2 2

-Tính lại tải đường :

s =0,273mm2 tiết diện dây quấn stato

cd

d =0,645 mm đường kính dây kể cả cách điện

d=0,59 mm đường kính dây không kể cách điện

21 Kiểu dây quấn :

-Chọn dây quấn 2 lớp bước ngắn

-Chọn bước dây quấn y=8

-Buớc cực Z1 36

92p 4

τ = = = (rãnh)

-Hệ số rút ngắn: y 8 0,888

9

β = = =τ

22 Hệ số dây quấn :

-Hệ số bước ngắn:

-Hệ số bước rải:

1 r

1

20sin q sin 3

Nhận xét: Như vậy so với giá trị ban đầu chọn, ta tính được Bδ khôngsai lệch nhiều nên các thông số đã tính là chấp nhận được

26 Sơ bộ răng rãnh stato:

Theo bảng 10.5a,b với h=90mm ; 2p=4 ; IP44

-Chiều cao sơ bộ gông stato:

4 4 g1

27 Kích thước rãnh và chiều cao rãnh:

Chọn dạng rãnh hình quả lê, răng hình chữ nhật như hình trên

Chọn :Chiều cao miệng rãnh h41=0,5 mm, chiều rộng miệng rãnh b41=2mm

-Theo công thức (2-32) sách động cơ điện không đồng bộba pha công suấtnhỏ ta có :

(Trong đó các thông số tính theo đơn vị mm)

-Diện tích cách điện rãnh :

Trong đó:C=0,25 mm là bề dày cách điện giữa dây quấn và stato,

C’=0,35 la øbề dày cách điện giữa hai lớp dây trong rãnh

31 Hệ số lấp đầy rãnh :

r1 1 cd ld

32 Lõi sắt stato:

Chọn thép KTĐ 2211 cán nguội, dày 0,5mm

33 Chọn khe hở không khí δ :

Theo bảng 10.8 (Tr 253 TLTKMĐ) Dãy động cơ 4AChọn δ=0,3mm

CHƯƠNG III

TÍNH TOÁN SƠ BỘ RÔTO

Thiết kế rãnh rôto cũng chính là xác định diện tích rãnh roto (diện tíchthanh dẫn lồng sóc) Do điện trở r2 và điện kháng x2 của rôto có quan hệvới hình dạng rãnh rôto Nên khi thiét kế xong stato thì việc thiết kế rôtotrực tiếp ảnh hưởng đến tính năng mở máy

Ngoài ra việc chọn số rãnh rôto Z2 rất quan trọng Để có tính năng tốt thìchọn Z2 theo sự hạn chế nhất định

Để giảm lực ký sinh tiếp tuyến, hướng tâm, và để triệt tiêu sóng điều hoàbậc cao thì thường làm nghiêng rãnh rôto

34 Kích thước sơ bộ răng rãnh rôto:

Theo bảng 10.6 (Tr 246 TLTKMĐ) với 2p = 4; Z1=36,chọn Z2=30 rãnh

35 Đường kính ngoài rôto D’:

-Các kích thước chế tạo và lắp đặt của trục rôto được chọn ở phụ lục IIItrang 600 sách thiết kế máy điện

Các kích thước của trục rôto :

190

36

39 Dòng điện thanh dẫn rôto I td :

Theo hình 10.5 với cosϕ =0,8chọn kI=0,84

Z2=30 rãnh

41 Tiết diện thanh dẫn :

Chọn thanh dẫn đúc nhôm với mật độ dòng điện J2=3,5A/ mm2

2 td

td 2

42 Diện tích vành ngắn mạch '

V

S :

Chọn Jv=3 A/ mm ,thường chọn mật độ dòng điện trong vành ngắn mạch2

Jv nhỏ hơn trong thanh dẫn (20÷30)%

2 v

v v

Chọn rãnh rôto hình quả lê như hình vẽ:

Trong đó chọn:

b42=1 mm

h42=0,5mm

hr2=15mm Theo công thức (3-34) tacó :

42 Z2 2 1

2 r2

z2 z2 z2

50 Chọn bước nghiêng b n :

Chọn rãnh nghiêng với bước nghiêng bn=t1 =0,83 cm

CHƯƠNG IV

TÍNH TOÁN MẠCH TỪ

51 Hệ số khe hở không khí :

2 2

54 Cường độ từ trường trên răng stato:

Tra bảng V.6 với B 1,66Tδ = ta có:

z1

H =16,9A / cm

55 Sức từ động trên răng stato:

2 z1 z1

bz2=0,434 cm

t2=0,988 cm

57 Cường độ từ trường trên răng rôto:

Theo bảng V-6 Với Bz2 =1,67 T ta có:

F F F 410,11 44,27 49,35

δ δ

60 Mật độ từ thông trên gông stato:

g1

H =6 A / cm

61 Chiều dài mạch từ ở gông stato:

n g1 g1

62 Sức từ động ở gông stato:

l2=9,6 cm

φ =0,00326 Wb

64 Cường độ từ trường ở gông rôto:

Theo bảng V-9 (TLTKMĐ) Với Bg2 =0,95 T ta có

CHƯƠNG V

THÔNG SỐ CỦA ĐỘNG CƠ Ở CHẾ ĐỘ ĐỊNH MỨC

70 Chiều dài phần đầu nối của dây quấn stato:

ρ = tra ở bảng 5.1 (Tr 117 TLTKMĐ)

1

n =1 : Số sợi ghép song song

1

a =2 : Số mạch nhánh song song

s1=0,273 : Tiết diện dây dẫn-Tính theo đơn vị tương đối: