BTL CN chế tạo thiết bị điện và công nghệ chế tạo máy điện quay

Tuy vậy, máy điện không đồng bộ có những nhƣợc điểm như: cosυ của máythường không cao và đặc tính điều chỉnh tốc độ không được tốt nên ứng dụng củamáy điện không đồng bộ có phần bị hạn c

LỜI NÓI ĐẦUTrong sản xuất hiện nay, việc ứng dụng động cơ điện vào việc truyền động

để tạo ra các nguyên công nhằm tạo ra các sản phẩm phục vụ con người là rất phổ biến

Máy điện không đồng bộ do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, sử dụng,

bảo quản thuận tiện, giá thành rẻ nên được sử dụng nhiều

trong nền kinh tế quốc dân(như trong máy cái, bơm nước, quạt gió ).công suấtnhỏ và trung bình

Tuy vậy, máy điện không đồng bộ có những nhƣợc điểm như: cosυ của máythường không cao và đặc tính điều chỉnh tốc độ không được tốt nên ứng dụng củamáy điện không đồng bộ có phần bị hạn chế.Vì vậy, sự cần thiết hiện nay là phảithiết kế ra những máy điện để đáp ứng nhu cầu xã hội Tuy vấn đề thiết kế máyđiện không còn mới nhưng để thiết kế ra những máy điện đạt hiệu suất cao và

hệ số cosυ lớn để tiết kiệm cho người tiêu dùng,nâng cao hiệu suât cho lưới điệnQuốc gia hay đáp ứng một nhu cầu nào đó của khách hàng thì lúc nào cũng là vấn

đề rất mới đòi hỏi người thiết kế phải nắm vững các kiến thức lý thuyết kết hợp với

tư duy sáng tạo để tạo ra những sản phẩm tối ưu nhất nhằm giảm giá thành, đápứng nhu cầu sử dụng, giải quyết việc làm

Do điều kiện thời gian có hạn cũng như kiến thức thực tế còn hạn chế nên

không tránh khỏi những thiếu sót, em mong nhận được những góp ý của thầy cô vàbạn bè để hoàn thiện đồ án cũng như kiến thức của mình

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐIỆN QUAY

MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

I Kết cấu chung của các máy điện quay

1 Khái niệm

Máy điện quay thường gồm có hai bộ phận kết cấu chính là mạch từ và dây quấn, ở đó diễn ra sự biến đổi năng lượng cơ điện, và các bộ phận kết cấu khác

 Mạch từ của máy điện quay gồm hai khối thép đồng trục cách nhau bởi một

khe hở đảm bảo cho một trong hai khối thép có thể chuyển động quay tương đối so với khối kia Khối đứng yên gọi là phần tĩnh hay stato, còn khối quay được gọi là phần quay hay rôto Nếu từ thông trong khối thép là xoay chiều hay biến thiên thì nó được ghép bằng các lá tôn silic dày 0,35 ÷ 0,5 mm để làm giảm tổn hao do dòng xoáy, còn nếu từ thông là không đổi thì nó đƣợc đúc bằng thép hoặc ghép từ thép tấm

 Các dây quấn của máy điện quay được đặt ở hai phía khe hở trong các rãnh

hoăc trên các cực của stato hay roto

 Các bộ phận kết cấu khác gồm có: vỏ máy, nắp máy, trục, ổ trục, quạt gió

hoặc hệ thống làm mát

II, Máy điện không đồng bộ

1 khái niệm

Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều làm việc theo nguyên

lý cảm biến điện từ có tốc độ quay của roto khác với tốc độ quay của từtrường cũng như các loại máy điện khác, máy điện không đòng bộ có tínhthuận nghịch, có nghĩa là có thể làm việc ở chế độ động cơ điện hoặc máyphát điện

Hình 1: máy điện không đồng bộ

2 Phân loại

Máy điện không đồng bộ được chia theo 3 cách khac nhau

 Theo kết cấu của vỏ: kiểu kín, kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu chống nổ

 Theo kết cấu roto: roto kiểu lồng sóc và roto kiểu dây quấn

 Theo số pha trên dây quấn stato: 1 pha, 2 pha, 3 pha

3 Cấu tạo

Được cấu tạo bởi roto và stato

 Stato:

-Lõi thép: được ép trong vỏ máy làm nhiệm vụ dẫn từ Lõi thép stato hìnhtrụ do các lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh bên trong ghép lại với nhautạo thành các rãnh Mỗi lá thép kỹ thuật đều được phủ sơn cách điện đểgiảm hao tổn do dòng xoáy gây nên.

- Dây quấn: được làm bằng dây đồng bọc cách điện, đặt trong rãnh của lõithép

- Vỏ máy: được làm bằng gang hoặc nhôm để cố định máy trên bệ và lõithép Còn có nắp máy và bạc đạn…

Đường kính trong của stato của máy điện không đồng bộ

Mục đích:chế tạo ra máy kinh tế hợp lí nhất , tính năng phù hợp cáctiêu chuẩn của nhà nước

Thường chọn Dn theo h từ đó tính ngược lại D

Quan hệ Dn và chiều cao h hay dùng ở nước ta:

VZ: ĐC điện KĐB Hungari cách điện cấp E

4A: ĐC điện KĐB Nga cách điện cấp F

Trong máy điện KĐB, khi chiều dài lõi sắt ngắn hơn 250 ~ 300 mm, tản nhiệtkhông khó, khi lõi sắt dài hơn thì phải có rãnh thông gió hướng kính, nên chiều dàilõi sắt là:

l l=l+n g b g(1.5)

Trong đó: ng,bg là số rãnh và chiều rộng thông gió hướng kính, thường lấy bg = 1cm, ng thì chọn sao cho chiều dài mỗi đoạn lõi sắt vào khoảng 4-6 cm

b, Dây quấn Stato

 Chọn kểu dây quấn và kiểu rãnh stato

Với U≤ 600V:

h ≤160mm: dây quấn 1 lớp đồng tâm đặt vào ½ rãnh

h =180-250mm: dây quấn 2 lớp đặt vào ½ rãnhh≥280mm: dây quấn 2 lớp phần tử cứng đặt vào ½rãnhVới U=6000V:

Dùng dây quấn 2 lớp phần tử cứng đặt vào rãnh hở

Những động cơ điện theo cấp bảo vệ IP23 dùng quạt gió hướng tâm đặt ở đầu củaroto động cơ điện Trong các roto lồng sóc đúc nhôm thì cánh quạt nhôm được đúctrực tiếp lên vành ngắn mạch

Loại động cơ điện theo cấp bảo vệ IP44 hoặc IP55 thường nhờ vào cánh quạt đặt ởngoài vỏ máy để thổi gió ở mặt ngoài vỏ máy, do đó tản nhiệt có kém hơn so vớiloại IP23 nhưng bảo dưỡng máy dễ dàng hơn Thường dùng loại này ở môi trườngnhiều bụi ẩm ướt kiểu bảo vệ đặc biệt như loại chống nổ, bảo vệ trong môitrường hóa chất

c, Khe hở không khí :

- Khi chọn khe khở không khí δ sẽ lấy nhỏ để cho dòng điện không tải nhỏ và

cosφ cao Nhưng không được chọn khe hở không khí quá nhỏ sẽ làm choviệc chế tạo và lắp ráp thêm khó khăn, stato rất dễ chạm roto làm tang thêmtổn hao phụ và điện kháng tản của máy

- Với những động cơ điện làm việc trong điều kiện không khí khắt khe phải

tăng khe hở không khí lên

d, Trị số tương đối của các tham số máy điện không đồng bộ:

- Các tham số của máy điện không đồng bộ thường được biểu thị bằng trị số

tương đối Chuẩn của trở kháng thường lấy U I 1 đm

- Những trị số tương đối không sét đến hiệu ứng mặt ngoài trong thanh dẫn

roto và ảnh hưởng của bão hòa từ tản đến điện kháng

e, Xác định đặc tính làm việc và khởi động:

 Đặc tính làm việc :

- Sau khi chọn các kích thước và dây quấn của động cơ điện, tính toáncác tham số, dòng điện từ hóa và các tổn hao, có thể tìm được đặc tínhcủa máy ở chế độ làm việc bình thường

- Các đặc tính có thể xác định dựa vào giải tích mạch điện thay thế và

đồ thì véc tơ tương ứng

- Một số công thức tiêu biểu

Bội số mômen cực đại :

m max=M max

M đm=¿ (1.9)có

m k= M k

M đm=¿ (1.11)

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN QUAY

1 Nhiệm vụ và phạm vi thiết kế máy điện quay

Nhiệm vụ

- Theo 2 yêu cầu:

Yêu cầu từ phía nhà nước.

Yêu cầu từ phía nhà máy và người tiêu dùng

→Nhiệm vụ của người thiết kế là đảm bảo tính năng kỹ thuật của sp đạt các tccủa nhà nước quy định, tìm khả năng hạ giá thành để đạt hiệu quả kinh tếcao nhất

Thiết kế máy điện

o Xác định cụ thể về phương thức thông gió và làm nguội

o Xác định kết cấu cố định dây quấn trong rãnh, phần đầu nối

o Xác định kết cấu cụ thể về cách bôi trơn ổ đỡ

o Xác định kết cấu thân máy và nắp máy

các yêu cầu để thiết kế máy điện quay :

1)Xác định các kích thước chủ yếu của động cơ

2)Thiết kế mạch từ

3)Thiết kế dây quấn

4)Tính toán tổn hao

5)Tính toán nhiệt và thông số

6)Xây dựng các đặc tính của động cơ

2, Đường kính ngoài stato:

- Với chiều cao tâm trục h = 200 mm= 20 cm, tra bảng 10.3 ta có đường kính stato tiêu chuẩn :

Dn= 34,9 cm

3, Đường kính trong stato:

-Ta có : kD= 0,64 – 0,68 lấy theo bảng 10.2

→ D = kD×Dn = ( 0,64 – 0,68)×34,9 = 22,34 – 23,73 cm.Lấy D = 23,5 cm

-Công xuất tính toán :

5, Chiều dài tính toán của lõi sắt stato:

-Đây là máy nhiều cực nên kd = 0,91 – 0,92

→ kd = 0,92Lấy αδ= π2= 0,64

kδ= π

2√2= 1,11Với h= 200 mm, 2p =4 → A = 370 A/cm

Hệ số tăng công xuất của máy là

γ = 3025= 1,2

→ λ30 = γλ25= 1,2×0,64 = 0,77

Theo đồ thị quan hệ giữa λ = l/τtrong máy điện không đồng bộ , hai hệ số λ30 và

λ25đều nằm trong phạm vi kinh tế do đó phương án trên là hợp lý

8, Dòng điện 3 pha định mức :

I1(I đm)= P 103

3 U1ɳcosφ=

25 × 1033× 380 ×0,9 ×0,9=27,1

2 Dâyquấn, rãnh stato và khe hở không khí:

13, Tiết diện và đường kính dây dẫn:

Theo trị số AJ của máy điện không đồng bộ → AJ = 1880 A2/cm.mm2

Ở đây lấy n1 = 2 sợi

Chọn dây đồng tráng men PETV có d/dcd= 0,93/0,995 , S = 0,679 mm2

14, Kiểu dây quấn:

Chọn dây quấn hai lớp bước ngắn với y = 10

18, Sợ bộ định chiều rộng của răng:

Lấy Bz1 = 0,75 T và hệ số ép chặt lõi kc = 0,95

b z 1= B δ .l1.t1

B z 1 .l1 k c=

0,78× 11,9×1,538 1,75 ×11,9 ×0,95 =0,722 cm

19, Sơ bộ định chiều cao gông stato:

d2 = 11 mm; h41 = 0,5 mm

Từ đó ,ta có: + Chiều dày cách điện rãnh : c = 0,4 mm

+ Chiều dày cách điện nêm : c’ = 0,5 mm

Theo những máy đã chế tạo trong bảng :

Chiều cao tâm trục

3 Dây quấn, rãnh và gông roto:

4 Thiết kế mạch từ

? Khe hở không khí :

- Khi chọn khe khở không khí δ sẽ lấy nhỏ để cho dòng điện không tải nhỏ và

cosφ cao Nhưng không được chọn khe hở không khí quá nhỏ sẽ làm cho việc chế tạo và lắp ráp thêm khó khăn, stato rất dễ chạm roto làm tăng thêm

tổ nhao phụ và điện kháng tản của máy

- Chọn khe hở không khí :

+ Theo kếtcấu: khe hở phụ thuộc vào kích thước đường kính ngoài roto, khoảng cách giữa hai ổ bi và đường kính trục

+ Theo chế tạo và vận hành: khe hở không khí phụ thuộc vào độ đồng tâm,

độ ô van của các chi tiết giacông, độ lệch tâm do lắp ghép, khe hở trong ổ bi

và độ mòn của ổ bi sau một thời gian làm việc

- Công thức:

+ Với máy có P ≤ 20 kW:

Khi 2p ≥ 4 δ = 0,25 + 1000D mmKhi 2p = 2 δ = 0,3 + 1,5 D1000mm+ Với máy có P ˃ 20 kW:

δ = 1200D *(1 + 2 p9 ) mm

- Với những động cơ điện làm việc trong điều kiện không khí khắt khe phải

tăng khe hở không khí lên

? Trị số tương đối của các tham số máy điện không đồng bộ:

- Các tham số của máy điện không đồng bộ thường được biểu thị bằng trị số

tương đối Chuẩn của trở kháng thường lấy U 1 đm

- Những trị số tương đối không sét đến hiệu ứng mặt ngoài trong thanh dẫn

roto và ảnh hưởng của bão hòa từ tản đến điện kháng

5 Xác định đặc tính làm việc và khởi động:

 Đặc tính làm việc:

- Sau khi chọn các kích thước và dây quấn của động cơ điện, tính toán các tham số, dòng điện từ hóa và các tổn hao, có thể tìm được đặc tínhcủa máy ở chế độ làm việc bình thường.

- Các đặc tính có thể xác định dựa vào giải tích mạch điện thay thế và

đồ thì véc tơ tương ứng

- Một số công thức tiêu biểu

Bội số mômen cực đại:

43, Cường độ từ trường trên răng stato, ta lấy:

46, Cường độ từ trường trên răng roto, ta lấy :

Dòng điện từ hóa phần trăm :

I μ%= I μ

I đm.100=

11,2 27,1×100=41,2 %

6 Tham số của động cơ điện ở chế độ định mức:

60, Chiều dài phần đấu nối của dây quấn stato:

3 )0,875=1,224

b =6,8 mm

k E=U1−I μ x1

U1 =

360−11,2 ×0,976

360 =0,969Trị số này không khác nhiều so với giả thiết ban đầu nên không cần tính lại

7 Tổn hao thép và tổn hao cơ:

83 Trọng lượng bánh răng stato:

90 Tổn hao không tải:

92 Tham số của động cơ điệ khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s = 1:

93 Tham số của động cơ điện khi xét cả hiệu ứng mặt ngoài và sự bão hòa của mạch từ tản khi s = 1

Sơ bộ chọn hệ số bão hòa kbh = 1,44

Dòng điện ngắn mạch khi xét cả hiệu ứng mặt ngoài và sự bão hòa của mạch từ tản:

Inbhξ = kbh.Inξ = 1,44.128,5 = 185,04 A

Sức từ động trung bình của 1 rãnh stato:

98 Các nguồn nhiệt bao gồm:

Tổn hao đồng trên stato:

λc = 0,16.10-2 W/oC (đối với cách điệ B, F)

Sđ = 2Z1Cblđ = 2.48.5,4.24,3 = 12597 cm2

αđ = (1 + 0,54vR2)10-3 = (1 + 0,54.18,332).10-3 = 0,189 W/cm2 oC

vR = πDDn/6000 = 18,44 m/s

Ở đây lấy chu vi của bối dây Cb = 5,4cm; lđ = 24,3cm

101 Nhiệt điện trở đặc trưng cho độ chênh nhiệt giữa không khí nóng bên trong máy và cỏ máy:

Rα’ = αS1

α = 0.083 oC/W

Trong đó α = α0(1 + k0vR)10-3 = 1,42.(1 + 1.18,44).10-3 = 0,298.10-2 W/cm2 oC

Sα = 4000 cm2 xác định theo kết cấu máy

102 Nhiệt trở bề mặt ngoài vỏ máy:

11,6.10 −3 755,6+10,5.10−3 1000+1,42 10 −3 1000

= 4,8.10-2 oC/W

Ngoài ra thì ở đây, t còn phải tính thêm cả yếu tố tốc độ gió thổi mặt ngoài vỏ máy,

hệ số tản nhiệt trên nắp có gió thổi

Các diện tích tản nhiệt của vỏ máy (kể cả gân) và của nắp , chiều cao, khoảng cáchtrung bình giữa các gân, chiều dày gân đuộc xác định khi thiết kế kết cấu máy.

103 Nhiệt trở trên lớp cách điện rãnh:

Rc = δ c

λ c S c=

0,03 0,16.10−2 30 84 , 48 = 0,6.10-2 oC/W

11 Trọng lượng vật liệu tác dụng và chỉ tiêu sử dụng:

106 Trọng lượng thép silic cần chuẩn bị:

GFe = (Dn + Δ)2l1kcγFe 10-3 = (34,9 + 0,329)2 .11,9.0,95.7,8.10-3

= 109,44 kg

107 Trọng lượng đồng của dây quấn stato:

- Khi không cách điện:

108 Trọng lượng nhôm roto (không kể cánh quạt ở vành ngắn mạch):

- Trọng lượng nhôm ở thanh dẫn:

P = 5,7930 = 0,193 kg/kWNhôm : gAl = G Al

P = 4,8630 = 0,162 kg/kW

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐIỆN QUAY 2

MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 2

I Kết cấu chung của các máy điện quay 2

1 Khái niệm 2

II, Máy điện không đồng bộ 2

1 khái niệm 2

2 Phân loại 2

3 Cấu tạo 3

4 Các cấp bảo vệ 3

5 các công thức tính toán: 4

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN QUAY 7

1 Nhiệm vụ và phạm vi thiết kế máy điện quay 7

II, Tính toán: 8

1 Kích thước chủ yếu: 8

2 Dâyquấn, rãnh stato và khe hở không khí: 10

3 Dây quấn, rãnh và gông roto: 14

4 Thiết kế mạch từ 16

5 Xác định đặc tính làm việc và khởi động: 17

6 Tham số của động cơ điện ở chế độ định mức: 20

7 Tổn hao thép và tổn hao cơ: 23

8 Đặc tính làm việc: 25

9 Tính toán đặc tính khởi động: 25

10 Tính toán nhiệt: 28

11 Trọng lượng vật liệu tác dụng và chỉ tiêu sử dụng: 30