Nghiên cứu thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha Rôto lồng sóc rãnh sâu có tính đến hiệu ứng mặt ngoài

Các động cơ không đồng bộ rôto dây quấn hoặc rôto lồng sóc đơn giản không được sử dụng rộng rãi vì mô men mở máy nhỏ và dòng điện mở máy lại lớn.. Mục đích của Đề tài: Thiết kế động cơ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

LÊ QUỐC DUY

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

3 PHA RÔTO LỒNG SÓC RÃNH SÂU CÓ TÍNH ĐẾN HIỆU

ỨNG MẶT NGOÀI TRONG THANH DẪN RÔTO

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NINH THUẬN, NĂM 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

LÊ QUỐC DUY

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

3 PHA RÔTO LỒNG SÓC RÃNH SÂU CÓ TÍNH ĐẾN HIỆU

ỨNG MẶT NGOÀI TRONG THANH DẪN RÔTO

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN

Mã số: 60520202

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS: Lê Quang Cường

NINH THUẬN, NĂM 2017

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân Các kết quả nghiên cứu

và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào

và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Tác giả luận văn

Lê Quốc Duy

ii

LỜI CÁM ƠN

Để có kết quả và hoàn thành tốt trong thời gian học tập tại Trường Đại Học Thủy lợi

em xin chân thành cảm ơn đến tất cả quý thầy cô khoa Năng Lượng Trường Đại Học Thủy lợi Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp Trong suốt khoảng thời gian học tập tai trường cho đến nay em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của các quý thầy, cô gia đình và bạn bè Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến các quí thầy, cô ở khoa Năng Lượng, Trường Đại học Thủy Lợi Trong suốt thời gian học tập đã truyền đạt những kiến thức hết sức thiết thực và cần thiết về ngành nghề điện

mà em theo học, với sự hướng dẫn dạy bảo tận tình của thầy cô trong suốt 5 tháng làm luận văn Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến GVHD là thầy TS Lê Quang Cường đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình học tập cũng như luận văn của em Do vậy không tránh khỏi những thiếu sót là điều chắc chắn em rất mong nhận được ngững ý kiến đóng góp quý báo của quý thầy cô và các bạn học cùng lớp để kiến thức của em trong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn

Em gởi lời cảm ơn chân thành và lời tri ân sâu sắc đến quý thầy cô khoa Năng Lượng, Trường Đại học Thủy Lợi đã tạo điều kiện cho em hoàn thành khóa học, do trình độ lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn hạn chế nên không tránh khỏi sự thiếu sót em rất mong nhận được sự gớp ý của quý thầy cô để em học thêm được nhiều kinh nghiệm và hoàn thành tốt hơn Em xin chân thành cám ơn

iii

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH v

MỞ ĐẦU vii

CHƯƠNG 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1

1.1 Kết cấu, các đại lượng định mức và công dụng 1

1.1.1 Lõi sắt: là phần dẫn từ 1

1.1.2 Dây quấn: 1

1.1.3 Vỏ máy: gồm thân máy, nắp máy và chân đế 2

1.1.4 Lõi thép 2

1.1.5 Dây quấn rôto: 3

1.2 Quan hệ điện từ trong máy điện không đồng bộ 5

1.2.1 Máy điện không đồng bộ làm việc khi rôto đứng yên 6

1.2.2 Máy điện không đồng bộ làm việc khi rôto quay 10

1.3 Các chế độ làm việc, giản đồ năng lượng, đồ thị vectơ của máy điện không đồng bộ 15

1.4 Các đặc tính của máy điện không đồng bộ 18

1.4.1 Các đặc tính làm việc của động cơ điện không đồng bộ 18

1.4.2 Đặc tính moment 19

1.4.3 Tổn hao và đặc tính hiệu suất của động cơ h = f (P2) 19

1.4.4 Đặc tính hệ số công suất cosφ = f (P2) 19

1.4.5 Năng lực quá tải 20

1.5 Hiệu ứng mặt ngoài ở thanh dẫn rôto lòng sóc 20

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 21

2.1 Những vấn đề chung khi thiết kế động cơ không đồng bộ 21

2.2 Tính toán thiết kế máy điện không đồng bộ 27

2.2.1 Xác định kích thước chủ yếu 27

2.2.2 Thiết kế stato 29

2.2.3 Thiết kế rôto 31

2.2.4 Tính toán điện từ 34

2.2.5 Tham số của động cơ định mức 44

2.2.6 Tính toán tổn hao 49

iv

2.2.7 Tính toán các đặc tính làm việc 51

2.2.8 Tính toán đặc tính khởi động 54

CHƯƠNG 3 KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA RÔTO LỒNG SÓC RÃNH SÂU KHI TÍNH ĐẾN HIỆU ỨNG MẶT NGOÀI TRONG THANH DẪN RÔTO 59

3.1 Xây dựng module tính toán ảnh hưởng của hiệu ứng tần số đến các điện trở và điện kháng của rôto lồng sóc rãnh sâu 59

3.1.1 Sự thay đổi các tham số do hiện tượng hiệu ứng mặt ngoài của dòng điện 59

3.1.2 Phương pháp tính toán ảnh hưởng của hiệu ứng tần số trong thanh dẫn rôto 63

3.2 Mô phỏng và khảo sát đặc tính động của động cơ không đồng bộ khi tổng trở của rôto thay đổi trong quá trình làm việc 69

3.2.1 Công nghê xây dựng S-Funtion trong SIMULINK 69

3.2.2 Mô hình toán học 72

3.2.3 Xây dựng mô hình DKB trong Simulink sử dụng hàm S-function đã lập trình cho DKB 78

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

PHỤ LỤC 85

v

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Lá thép kĩ thuật điện 1

Hình 1.2 Dây quấn stator 2

Hình 1.3 Stator của máy điện không đồng bộ 2

Hình 1.4 Lá thép rôto kĩ thuật điện không đồng bộ 3

Hình 1.5 Rôto (a) và sơ đồ mạch điện (b) của rôto dây quấn 3

Hình 1.6 Dây quấn rôto lồng sóc (a) và rôto lồng sóc rãnh chéo (b) 4

Hình 1.7 Đồ thị véc tơ của máy điện điện không đồng bộ khi ngắn mạch 10

Hình 1.8 Mạch điện thay thế của máy không đồng bộ khi rôto đứng yên 10

Hình 1.9 Giản đồ thay thế hình T 14

Hình 1.10 Giản đồ năng lượng của động cơ điện 15

Hình 1.11 Giản đồ năng lượng của máy phát điện không đồng bộ 17

Hình 1.12 Đồ thị vec tơ của máy điện không đồng bộ 17

Hình 1.13 Đồ thị vectơ và giản đồ năng lượng của máy điện không đồng bộ ở chế độ hãm điện từ 18

Hình 2.1 Dạng rãnh rôto loại thường 33

Hình 2.2 Kích thước rãnh và cách điện 37

Hình 2.3 Kích thước rãnh rôto và vòng ngắn mạch 40

Hình 2.4 Đồ thị biểu thị đặc tính làm việc của động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc 53 Hình 3.1 kích thước rãnh rôto dung để xác định chiều sâu qui đổi hx, hr 61

Hình 3.2 Đường cong,'  f() 61

Hình 3.3 Sơ đồ thay thế cuộn dây của rôto khi chia nhiều lớp 63

Hình 3.4 Bố trí không gian tổng quát 72

Hình 3.5 Mô hình hệ thống được xây dựng 78

vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Trị số KD 27

Bảng 2.2 Hiệu suất và cosϕ dãy động cơ điện không đồng bộ 3K 28

Bảng 2.3 Xác định bước răng stato 31

Bảng 2.4 Số liệu đặc tính làm việc 52

vii

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của Đề tài:

Trong các loại động cơ thì động cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giản nhất, đặc biệt

là động cơ rôto lồng sóc Do đơn giản nên giá rẻ, làm việc tin cậy, thao tác vận hành thuận tiện Ngày nay, với sự phát triển của các bộ biến tần nên việc điều khiển Động

cơ không đồng bộ được thực hiện dễ ràng Do những nguyên nhân đó động cơ không đồng bộ được sử dụng rộng rãi

Động cơ không đồng bộ bao gồm động cơ rôto dây quấn và động cơ rôto lồng sóc Các động cơ không đồng bộ rôto dây quấn hoặc rôto lồng sóc đơn giản không được sử dụng rộng rãi vì mô men mở máy nhỏ và dòng điện mở máy lại lớn Ngoài ra đối với loại rôto dây quấn phải có vành trượt, cấu tạo phức tạp, đòi hỏi phải có điện trở mở máy nên làm việc kém đảm bảo, điều khiển mở máy phức tạp Trên thực tế ngưởi ta sử dụng rộng rãi động cơ rôto lồng sóc rãnh kép hoặc rãnh sâu để cải thiện đặc tính mở máy Khi thiết kế tính toán động cơ không đồng bộ, việc khảo sát tính toán các đặc tính của động cơ thường được nghiên cứu bằng phương pháp giải tích, tính toán các đặc tính của động cơ dự trên sơ đồ thay thế, khảo sát đặt tính theo độ trượt Trong quá trình tính toán ta coi điện kháng tản của stato và rôto, từ hóa không phụ thuộc vào bão hòa của lõi thép, còn tổn thất do từ thông tản và các sóng điều hòa bậc cao bằng không, bỏ qua sự phụ thuộc của tổng trở rôto vào hệ số trượt Thực chất các thông số của động cơ sẽ thay đổi do hiện tượng bão hòa mạch từ, hiệu ứng tần số trong rôto Với sự phát triển của công nghệ thông tin, chúng ta có thể vận dụng để tính toán và khảo sát các đặc tính động của động cơ có tính đến sự thay đổi của các tham số động

cơ theo thời gian, nhờ đó chúng ta có thể tính toán được các chỉ tiêu động của động cơ ngay ở bước thiết kế Chính vì vậy em xin chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc rãnh sâu có đến tính đến hiệu ứng mặt ngoài trong thanh dẫn rôto”

viii

2 Mục đích của Đề tài:

Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc rãnh sâu nhằm cải thiện đặc tính khởi động, xây dựng module tính toán và mô hình khảo sát đặc tính động của động cơ khi tham số của động cơ thay đổi trong quá trình làm việc, từ đó có thể tìm được các chỉ tiêu động của động cơ ngay trong quá trình thiết kế

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc rãnh sâu

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

Nghiên cứu lý thuyết, tính toán thiết kế, lập trình giải quyết bài toán trên máy tính, mô phỏng và thực nghiệm trên mô hình mô phỏng để khảo sát đặc tính động của động cơ không đồng bộ

5 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm 3 chương, 4 bảng và 22 hình được trình bày trong 82 trang với các nội dung đại cương về máy điện, thiết kế máy điện không đồng bộ Xây dựng module tính toán ảnh hưởng của hiệu ứng tần số đến các điện trở và điện kháng của rôto lồng sóc rãnh sâu Mô phỏng và khảo sát đặc tính động của ĐCKĐB khi tổng trở của rôto thay đổi trong quá trình làm việc và kết luận của luận văn

1

1.1 Kết cấu, các đại lượng định mức và công dụng

990 mm) các lá thép được dập thành hình rẻ quạt (hình b)

Các lá thép ghép lại với nhau rồi ép chặt tạo thành hình trụ rỗng, bên trong hình thành các rãnh để đặt dây quấn như ở hình c Nếu lõi thép dài quá thì các lá thép được ghép thành từng thếp dày 6 ÷ 8 cm, các thếp đặt cách nhau 1 cm để tạo đường thông gió hướng tâm

Hình 1.1 Lá thép kĩ thuật điện

1.1.2 Dây quấn:

Là phần dẫn điện, được làm bằng dây đồng hoặc dây nhôm có bộc cách điện Dây quấn stato của máy điện không đồng bộ 3 pha gồm ba dây quấn pha đặt lệch nhau trong không gian 1200 điện, mỗi pha gồm nhiều bối dây, mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây (hình a) Các bối dây được đặt vào rãnh của lõi thép stato (hình b ) và được nối với nhau theo một quy luật nhất định

c)

b) a)

2

Hình 1.2 Dây quấn stator

1.1.3 Vỏ máy: gồm thân máy, nắp máy và chân đế

- Vỏ dùng để cố định lõi thép và dây quấn, đồng thời bảo vệ an toàn cho người khỏi chạm vào dây quấn (hình vẽ)

- Vỏ không làm nhiệm vụ dẫn từ, thường đúc bằng gang Vơi các máy công suất tương đối lớn (1000 kw) thường dùng thép tấm cuốn lại và hàn thành vỏ

Hình 1.3 Stator của máy điện không đồng bộ

1 Mạch từ; 2 Vỏ máy; 3 Dây quấn

+ Phần quay (rôto): Phần quay gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn

1.1.4 Lõi thép

- Lõi thép rôto được làm bằng các lá thép kĩ thuật điện, dập như hình a

- Các lá thép sau khi ghép lại thành khối hình trụ mặt ngoài hình thành các rãnh để đặt dây quấn rôto, ở giữa có lỗ để ghép trục.Trên thực tế, tổn hao sắt ở lõi thép rôto khi

3

máy làm việc là rất nhỏ nên không cần dùng thép kĩ thuật điện Nhưng để lợi dụng phần thép kĩ thuật điện sau khi dập lõi sắt stato, người ta dùng để ép lõi thép rôto luôn (hình b)

Hình 1.4 Lá thép rôto kĩ thuật điện không đồng bộ

1.1.5 Dây quấn rôto:

- Dây quấn rôto của máy điện không đồng bộ chia thành hai loại: loại rôto kiểu dây quấn và loại rôto kiểu lồng sóc Loại rôto kiểu dây quấn: Dây quấn được đặt trong rãnh của lõi thép rôto Dây quấn 3pha của rôto thường đấu hình sao (Y), ba đầu còn lại được nối với ba vòng trượt làm bằng đồng cố định ở đầu trục (hình a), tì lên ba vòng trượt là ba chổi than (hình b).Thông qua chổi than có thể ghép thêm điện trở phụ hay đưa sức điện động phụ vào mạch rôto để cải thiện đặc tính mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện cos Khi làm việc bình thường dây quấn rôto được nối ngắn mạch

Hình 1.5 Rôto (a) và sơ đồ mạch điện (b) của rôto dây quấn

a)

R

b)

Vòng trượt

4

- Loại rôto lồng sóc (còn gọi là rôto ngắn mạch)

Hình 1.6 Dây quấn rôto lồng sóc (a) và rôto lồng sóc rãnh chéo (b)

- Trong mỗi rãnh của lõi thép rôto đặt vào thanh dẫn bằng đồng hoặc bằng nhôm, hai đầu dài ra khỏi lõi thép Các thanh dẫn được nối tắt lại với nhau ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch cũng bằng đồng hoặc nhôm tạo thành một cái lồng (gọi là lồng sóc) như ở hình a

- Để cải thiện tính năng mở máy, trong các máy có công suất tương đối lớn rãnh rôto thường làm rãnh sâu hoặc lồng sóc kép (2 rãnh lồng sóc) Trong máy điện cỡ nhỏ, rãnh rôto thường làm chéo đi một góc so với tâm trục để cải thiện dạng sóng s.đ.đ (hình b)

Ở phần quay còn có các bộ phận khác như trục máy, cánh quạt làm mát (với máy cỡ nhỏ) Khe hở: Giữa rôto và stato có khe hở rất đều Khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ (khoảng 0,2 ÷ 1,0 mm) để hạn chế dòng từ hoá lấy từ lưới vào, làm cho cos của máy cao hơn

5

- Dòng điện dây định mức: Iđm (A).Đây là dòng điện của cuộn dây stato lấy từ nguồn khi điện áp đặt vào động cơ là định mức và trục động cơ kéo phụ tải định mức.Trên nhãn động cơ thường ghi hai trị số dòng điện ứng với hai cách đấu dây

- Tốc độ quay định mức nđm (vòng/phút) Đây là tốc độ quay của động cơ khi điện áp đặt vào động cơ là định mức và mômen cản trên trục động cơ là định mức

- Tần số nguồn định mức fđm (Hz)

- Hiệu suất định mức ηđm là tỉ số giữa công suất cơ trên trục và công suất điện mà động cơ tiêu thụ khi tải định mức

- Hệ số công suất định mức cosđm

- Từ các số liệu định mức trên nhãn máy, có thể tìm được các trị số quan trọng khác như công suất điện định mức mà động cơ tiêu thụ từ lưới P1đm, mômen quay định mức

ở đầu trục động cơ Mđm

* Công dụng: Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làm động cơ điện Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên động cơ không đồng bộ là loại máy được sử dụng rộng rãi nhất trong các ngành kinh tế quốc dân Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máy công cụ Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió Trong nông nghiệp dùng làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm Trong đời sống hàng ngày máy điện không đồng bộ cũng dần dần chiếm một vị trí quan trọng: quạt gió, động cơ tủ lạnh Tóm lại phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ ngày càng rộng rãi Tuy vậy máy điện không đồng bộ có những nhược điểm sau: cosj của máy thường không cao lắm, đặc tính điều chỉnh tốc

độ không tốt nên ứng dụng của nó có phần bị hạn chế

1.2 Quan hệ điện từ trong máy điện không đồng bộ

Ta có thể coi máy điện không đồng bộ như một máy biến áp mà dây quấn stator là dây quấn sơ cấp, dây quấn rotor là dây quấn thứ cấp, sự liên hệ giữa sơ và thứ thông qua từ trường quay (ở máy biến áp là từ trường xoay chiều) Do đó có thể dùng cách phân tích kiểu máy biến áp để thiết lập các phương trình cơ bản, mạch điện thay thế, đồ thị

6

vectơ Ta chỉ xét đến tác dụng của sóng cơ bản không xét đến tác dụng của sóng bậc cao vì ảnh hưởng của chúng là thứ yếu

1.2.1 Máy điện không đồng bộ làm việc khi rôto đứng yên

Mục đích của chúng ta là chứng minh rằng khi rôto đứng yên máy điện không đồng bộ được xem như máy biến áp chỉ khác về phần cấu tạo Còn về phần bản chất vật lý đều như nhau Để nghiên cứu một cách hợp lý ta bắt đầu nghiên cứu từ những trạng thái làm việc giới hạn của máy: không tải, ngắn mạch để phần sau mở rộng khái niệm máy điện không đồng bộ cũng như máy biến áp ngay cả ở trường hợp với rôto quay

+ Không tải của máy điện không đồng bộ khi n = 0 (Rôto đứng yên)

Ta giả thuyết của máy điện không đồng bộ hở mạch và đứng yên stator được

đặt vào lưới điện có điện áp U1, tần số f1 Trong trường hợp này máy điện không đồng bộ được xem như máy biến áp lúc không tải Dưới tác dụng của điện áp U1 trong stator có dòng điện không tải I0, I0  F1  , một phần của  là m móc vòng với

hai dây quấn của máy, còn phần kia 1 chỉ móc vòng với dây quấn stator Nếu máy

có p đôi cực thì tốc độ n1 của f1 và m là n1 = 60f1/p.Từ thông m sinh ra ở dây

quấn stator và rôto rotor hai sức điện động E1 và E2 xác định theo công thức:

1

U = - E1 + l0 Z1

7

Đồ thị không tải của máy điện không đồng bộ tương ứng về nguyên tắc với những đồ thị không tải của máy biến áp Nhưng trong quan hệ về lượng giữa hai đồ thị có một sự khác nhau rõ rệt:

Trong máy điện không đồng bộ: l0=( 20  50 )lđm

Trong máy biến áp: l0=(310)lđm

Điện áp rơi trên dây quấn máy điện không đồng bộ khi không tải chiếm (25)% Uđm còn của máy biến áp thường không quá (0,1  0,4)% Uđm Hệ số biến đổi sức điện

động của máy điện không đồng bộ:

2 2

1 1 2

2 1

1 1 1 2

1

.

.

2

2

dq

dq dq

m dq e

k w

k w m k

w f

k w f E

áp ta bỏ qua pcu1 lúc không tải

+ Ngắn mạch của máy điện không đồng bộ khi n = 0:

Nếu chúng ta dịch chuyển điểm tiếp xúc động của biến trở trong mạch rôto từ vị trí 1 sang vị trí 2 (thì chúng ta có tình trạng ngắn mạch của máy điện không đồng bộ Về bản chất vật lý ngắn mạch như vậy tương tự ngắn mạch của máy biến áp Đặt một điện

8

áp U1 = (15  25) % Uđm vào dây quấn stator Trong dây quấn stator có I1 chạy với

tần số f1, trong rôto có I2 chạy với tần số f2, khi n = 0 thì

f2 = f1, I1, I2 sinh ra F1, F2 ở đây ta chỉ xét đến các sóng điều hòa bậc một:

1 1 1 1 1

2

l p

k w m

k w m

2



/ 2 1 1 1

/ 2 /

Như vậy, ta có: ( 2 )

0

1 2

p

k w

2 2

2 2



p

k w



Từ đó tìm được hệ số biến đổi dòng điện:

2 2 2

1 1 1 / 2

2 1

dq

dq

k w m

k w m

9

Khi qui đổi r2/ chúng ta xuất phát từ tổn hao đồng của dây quấn rôto không phụ thuộc vào sự qui đổi đó: 2 2

2 1 2

2 2

2l r m l r

2 2

2 2 2

1 1 1 1

2 2

2

/ 2

2 1

2 /

dq k w m dq k w m m

m r m

1 1 1 2 2

1 1

.

.

.

.

r k r k k r k w m

k w m k w

k w

i e dq

dq dq



Ở đây k = ke.ki là hệ số qui đổi của điện trở

Khi qui đổi điện kháng đến x2 ta xuất phát từ góc y2 giữa E2 và I2 không phụ thuộc vào sự qui đổi:

/ 2

/ 2 2

2 2

r

x r

x

2

/ 2 /

I I I

E E

Z E

O

Z I E U

0 1 0 / 2 1 1 / 2

/ 2 / 2 / 2

1 1 1 1

Với E2/ = E1 và I2/ = -I1 (vì F0 nhỏ = 0)

Giải 2 phương trình đầu ta có:

1

1 / 2 1

1 1

Z

U Z Z







10

Trong đó : Zn = rn+jxn; rn = r1 + r2/; xn = x1 + x2/

1.2.2 Máy điện không đồng bộ làm việc khi rôto quay

Trong trường hợp này nó được xem như một máy biến áp tổng hợp nghĩa là ở đây

không chỉ có biến đổi điện áp dòng điện và số pha mà còn có cả tần số và các dạng

năng lượng Tóm lại viết phương trình sức điện động của máy điện không đồng bộ và giải theo dòng điện, chúng ta có thể có được về nguyên tắc, những giản đồ đẳng trị

như đối với máy biến áp

Đồ thị véc tơ và mạch điện thay thế

Hình 1.7 Đồ thị véc tơ của máy điện điện không đồng bộ khi ngắn mạch

Hình 1.8 Mạch điện thay thế của máy không đồng bộ khi rôto đứng yên

+ Các phương trình cơ bản:

Máy điện không đồng bộ làm việc thì dây quấn rôto thường nối ngắn mạch Nối dây quấn stator với nguồn 3 pha thì trong dây quấn có I1 chạy, phương trình cân bằng s.đ.đ trên dây quấn stator vẫn như cũ:

)

1 1

11

+ Tần số sức điện động cảm ứng trong dây quấn rôto:

Khi quay rôto với tốc độ n trong từ trường quay có tốc độ n1 (và cùng chiều) thì tốc độ quay tương đối của m với rôto có tốc độ n2 = n1 - n và tần số dòng điện trong rôto

là:

60

2 2

pn

f 

s f p n n

n n

Thường động cơ không đồng bộ khi tải định mức thì sđm = 0,02 - 0,05 nên suy ra tần

số trên rôto thấp và tổn hao ít

+ Sức điện động của rôto: Theo biểu thức chung thì

E2s = 4,44.f2.w2.kdq2 = 4,44.f1.s.w2.kdq2. = s.E2

Qui đổi về stator: E/2s = s.E2/

Nghĩa là với từ thông chính đã chom thì sức điện động cảm ứng trong rôto khi quay

bằng sức điện động E2 khi rôto đứng yên nhân thêm với hệ số trượt

Ví dụ: khi n = 0 và rôto hở mạch ta có ở các vành trượt U2 = E2 = 600v, thì khi

vừa nâng cao dần tốc độ quay của rôto theo chiều từ trường quay n = 0  n = n1 thì ta

có sự biến thiên bậc nhất của E2s từ E

2s=600vE

2s với n > n

1 thì E

2sbắt đầu tăng và có trị số âm nghĩa là biến đổi gốc pha của mình so với lúc đầu 1800

+ Điện trở của dây quấn rôto:

Giả sử rôto khép kín mạch qua một điện trở phụ nào đó muốn vậy chúng ta dịch điểm tiếp xúc của biến trở về vị trí 3 Vậy điện trở của rôto là: R2 = r2 + rf

r2: điện trở tác dụng của rôto;

rf: điện trở phụ

12

Qui đổi: R/2 = r2/+ r/f

+ Điện kháng của rôto:

Điện kháng tản của phần quay đứng yên: x2= 2.ƒ.L2

Trong đó: L2 là hệ số tự cảm xác định bởi từ thông tản bởi vì từ thông tản đi qua không khí là chính nên L2=const

s

x2 = 2.ƒ2.L2  2.f1.s.L2 x2s

s x

x2/s  2/

+ Phương trình sức điện động và dòng điện của rôto

Nếu mạch của rôto kín thì trong đó sẽ có I2 chạy và I2 sẽ tạo nên và đi qua r2, tương ứng với sẽ có sức điện động E2s =E2.s tạo nên bởi m và sức điện động tản

s x j s x j

E Z

2 2 2

2 2

2

2 2

.s

x r

s E I





Nếu dạng rôto quy đổi về stator: /

2 / 2 /

2s I z s

với z2/s r2/  jx2/.s: Tổng trở quy đổi của rôto

s jx r

E z

/ 2 /

2

/ 2 /

/ 2 /

2

.s

x r

13

Để thiết lập phương trình mới có ý nghĩa, ta có thể biến đổi (3-3) như sau:

2 2 2 2

2

2 2

jx s r

E s

x j r

Biểu thức của  2 có một ý nghĩa vật lý mới: Ở mạch thứ cấp bây giờ thay cho sức điện

động khi rôto quay E2s với f2 = s.f1 sẽ là sức điện động E2 khi rôto đứng yên với tần

số f1 Điện kháng khi rôto quay x2.s ở mạch thứ cấp sẽ là điện kháng khi rôto đứng yên x2 Muốn trong mạch thứ cấp vẫn chỉ có dòng điện dòng điện I2 có cùng trị số và pha đối với I2 chỉ cần thiết thay r2 thực bằng 1 điện trở mới bằng: r r s s

s

r   1 

2 2 2

Như vậy, nếu rotor quay muốn trong đó vẫn là dòng điện ấy, cần đưa vào mạch thứ cấp 1 điện trở giả tưởng:

s

s

r 12

+ Tốc độ quay của s.t.đ rôto: Trong dây quấn rôto, I2 tạo nên F2 quay so với rôto tốc

độ n2 tương ứng với tần số f2.Ngoài ra, bản thân rôto quay với tốc độ n Do đó, F2 quay tương đối so với stator tốc độ n2+n

Nhưng: n2  60p f2  60p f1.s  n1 s n n

n

n n

0 / 2 1 0 2

F          

Tóm lại, hệ phương trình cơ bản lúc rôto quay là:

/ 2 2 2

1 1 1 1 1

0

) (

jx s

r I E

x j r I E u

I I

I

E E

0 1

0 /

2 1

1 /

+ Mạch điện thay thế của máy điện không đồng bộ:

Dựa vào hệ phương trình (ta có thể lập được mạch điện thay thế hình T cho máy điện không đồng bộ với:

P cô 1 2/2 2/ 1 )

Khác với máy biến áp chỉ có sự biến đổi điện năng ở điện áp này qua điện năng ở điện

áp khác, động cơ không đồng bộ là một máy điện biến đổi điện năng ra cơ năng Khi giảm phụ tải điện áp ở các cực thường không thay đổi, còn khi phụ tải biến đổi thì từ thông hỗ cảm và sức điện động tương ứng với nó E1 E/2 ở các đầu cực của mạch từ hóa hình T cũng biến đổi dưới ảnh hưởng của điện áp rơi I1z1 ở mạch sơ cấp Với những lý do trên, ta thấy rằng mạch điện thay thế hình T đôi khi không tiện lợi cho việc nghiên cứu các quá trình công tác của máy điện không đồng bộ Tiện lợi hơn là giản đồ thay thế hình T trong đó mạch từ hóa được đưa ra các đầu cực sơ cấp và với mọi sự biến thiên của phụ tải, nghĩa là khi hệ số trượt s thay đổi thì dòng điện vẫn không đổi và bằng dòng điện không tải lý tưởng I

15

1

 : hệ số hiệu chỉnh (hệ số sửa chữa biến đổi)

Tỷ số của dòng điện ở mạch chính của hình T và T là:

1 1

r j z

z z

Máy điện làm việc ở chế độ động cơ điện (0 < s < 1):

+ Giản đồ năng lượng:

Động cơ điện lấy công suất tác dụng từ lưới vào: một phần biến thành tổn hao đồng của dây quấn stator: 1

2 1

/ 2 2 / 2 1 1



Tổn hao đồng trong rôto: /

2 2 / 2 1

2 m l r

p Cu  còn lại chuyển thành công suất cơ ở trục động cơ:

/ 2 2

/ 2 1 / 2 2 / 2 1

/ 2 2 / 2 1 2

1

r s

s m

r m s

r m p

đt co

s

s p

(

) 1 (

Hình 1.10 Giản đồ năng lượng của động cơ điện

1 P

đ t P

2

P P t

cu 2 P

cơ P

Fe P

1 cu P

16

- Khi máy quay có tổn hao cơ và tổn hao phụ pcơ và pf: P2 P cô p côP f

Như vậy, tổng tổn hao là: pp Cu1 p Fep Cu2 p cô p1

1 1

2 1

P

p P

1 2 1 1 1

x l m q

x l m q

- Từ đó, ta vẽ được giản đồ năng lượng:

+ Đồ thị vectơ: Giống như máy biến áp, đồ thị vectơ của máy điện không đồng bộ

được lập tương ứng với giản đồ thay thế hình T Các đồ thị được vẽ cho 1 pha của m pha với dạng rôto quy đổi về stator m tạo nên /

2

1 E

E    bằng với điện áp trên các

cực của mạch từ hóa sắt stator /

2

I chậm sau /

2 E một góc 2:

/ 2 / 2

/ 2 / 2 /

2

1 1 1 1

/ 2 0

1

)(

1

x jl s

r I

E

jx r I E U

I I

17

+ Giản đồ năng lượng: Công suất cơ P1 đưa vào trục, trừ đi tổn hao cơ pcơ, tổn hao

phụ pf Ta có công suất hiệu dụng Pcơ Công suất cơ trừ đi pCu2 ta có Pđt Pđt trừ đi

tổn hao sắt pFe và pCu1 ta có công suất điện phát ra P2

)(

)(

1 2

2

1 1

Fe Cu ñt

Cu cô đt

cô cô

p p P

P

p P

P

p p P

Đồ thị vectơ:Khi s < 0 thì  1 2/2 2/ (1 )0

s s

2

/ 2

r

sx s r

x

tg

Nên góc 2 giữa s.đ.đ E2 và dòng điện I2 nằm trong khoảng 900 < 2 <1800 Từ đồ thị véc tơ ta thấy j1 > 900, do đó P1m1U1l1cos10 nên máy phát công suất tác dụng vào lưới Máy làm việc ở chế độ hãm điện từ (1 < s < + ):

Hình 1.12 Đồ thị vec tơ của máy điện không đồng bộ

2

2 ' '





s r

2

2 ' ' 

jX

1

  ' 2

r 0



x 0

'



x 2

'



r 2

đ t P

2

cu 2 P

cơ P

Fe P

1 cu P

18

Đồ thị véc tơ và giản đồ năng lượng của máy điện không đồng bộ ở chế độ hãm điện

từ

a) đồ thị véc tơ b) giản đồ năng lượng

Hình 1.13 Đồ thị vectơ và giản đồ năng lượng của máy điện không đồng bộ ở chế độ

hãm điện từ

Khi s >1 thì công suất cơ:  1 2/2 2/ (1) 0

s s

1.4 Các đặc tính của máy điện không đồng bộ

1.4.1 Các đặc tính làm việc của động cơ điện không đồng bộ

Các đặc tính làm việc của động cơ điện không đồng bộ gồm n, M, h và cos  f(P2) với U1 = const, f1 = const Đặc tính tốc độ n = f (P2)

s nn1(1s)

Với

đt

cuP

p P

1.4.2 Đặc tính moment

Đặc tính moment M = f (P2) Ta đã biết ở tình trạng làm việc ổn định

M = M2 + M0 khi Mc = 0 ÷ Mđm thì coi như n = const ( s biến đổi trong giới hạn bé) nên M = f(P2) coi như một đường thẳng (M = P n2 9,55)

1.4.3 Tổn hao và đặc tính hiệu suất của động cơ h = f (P2)

Khi máy làm việc có các tổn hao: Tổn hao đồng trong stator và rotor pcu1 và pCu2, tổn hao sắt pFe, tổn hao cơ pCơ, tổn hao phụ pf, 4 loại tổn hao đầu đã có công thức xác định (p

Cu1= m1I12r1, pFe = m1 I02rm,pcu2 = m1I2'2r'2 pcơ= Pcơ- P2 - pf ) còn tổn hao phụ bao gồm tổn hao phụ trong đồng và sắt Cách tính rất phức tạp nên thường lấy là

pf = 0,5%P1.Thường thiết kế max vào khoảng

(0,5 ÷ 0,75) P2.Hiệu suất của máy:

100

%

1

2 2

2 2 1

1 1 1

P

p P

P P

p P

p P

P

P





1.4.4 Đặc tính hệ số công suất cosφ = f (P2)

Động cơ không đồng bộ lấy công suất kích từ lưới vào nên hệ số công suất luôn luôn khác 1 và cosφ <1.Khi không tải cos 2  0 2 rồi sau đó tăng tương đối nhanh theo phụ tải và đạt cosmax khi P2 P2đm khi phụ tải tăng hơn nữa thì nĐ giảm, tương ứng

20

 = arc tg /

2 2

r

x s

tăng vàcos 2 và cos 2 giảm

1.4.5 Năng lực quá tải

Năng lực quá tải

đm M

1.5 Hiệu ứng mặt ngoài ở thanh dẫn rôto lòng sóc

Tất cả các động cơ không đồng bộ phải tự mở máy được, tức là tự lấy đà được từ trạng thái đứng yên, tốc độ gần đồng bộ, sau khi thắng momen cản của tải Yêu cầu đó đối với đặc tính mở máy của các kiểu động cơ lúc mở máy mà thôi Đối với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc, ta cần tính toán kỹ để động cơ bảo đảm yêu cầu khi mở máy và chú ý hai điểm:

- Thứ nhất, khi mở máy thì hệ số trượt s=1 (rôto đứng yên) nên bị ảnh hưởng của hiệu ứng mặt ngoài xảy ra ở thanh dẫn rôto, dòng điện trong các dây quấn lúc mở máy tăng lên rất nhiều so với bình thường nên mạch từ sẽ bão hòa mạch

- Thứ hai, khi dòng mở máy lớn mà các momen điện từ không lớn sẽ làm cho quá trình

mở máy kéo dài, nhiệt độ dây quấn có thể vượt quá giới hạn cho phép Việc tính chính xác đối với hiện tượng hiệu ứng mặt ngoài và bảo hòa rất phức tạp cho việc xác định đặc tính khởi động, do đó thường chỉ tính đặc tính mở máy lúc khởi động (s=1) Và chỉ dùng phương pháp tính gần đúng

21

2.1 Những vấn đề chung khi thiết kế động cơ không đồng bộ

a Ưu điểm

- Kết cấu đơn giản nên giá thành rẻ

- Vận hành dể dàng, bảo quản thuận tiện

- Sử dụng rộng rãi và phổ biến trong phạm vi công suất nhỏ và vừa

- Sản xuất với nhiều cấp điện áp khác nhau (từ 24 V đến 10 kV) nên rất thích nghi cho từng người sử dụng

b Khuyết điểm

- Hệ số công suất thấp gây tổn thất nhiều công suất phản kháng của lưới điện

- Không sử dụng được lúc non tải hoặc không tải

- Chế tạo rôto có khe hở nhỏ để hạn chế dòng điện từ hóa và nâng cao hệ số công suất

d Nhận xét

Mặt dù có nhiều khuyết điểm nhưng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc có những

ưu điểm mà những động cơ khác không có được và quan trọng nhất là đơn giản, dể sử

22

dụng, giá thành rẻ Thực tế động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc được áp dụng rộng rãi, chiếm số lượng 90%, về công suất chiếm 55%

e Tiêu chuẩn sản suất 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 máy công cụ sản xuất

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

g Các tiêu chuẩn đối với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc

 Tiêu chuẩn về dãy công suất

Hiện nay các nước đã sản xuất động cơ điện không đồng bộ theo dãy tiêu chuẩn Dãy động cơ điện không đồng bộ công suất từ 0,55kW đến 90kW ký hiệu K

 Tiêu chuẩn về kích thước lắp đặt độ cao tâm trục

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

- Kích thước lắp đặt: chiều cao tâm trục có thể được chọn theo dãy công suất của động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc

 Ký hiệu máy

Ví dụ: 3K 250 M4

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

250: chiều cao tâm trục bằng 250mm

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 dẫn nhiệt tốt lại ít thấm nước

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

Hiện nay, theo nhiệt độ cho phép của vật liệu (nhiệt độ mà vật liệu cách điện làm việc tốt trong 15-20 năm ở điều kiện làm việc bình thường) Hội kỹ thuật điện quốc tế IEC

đã chia vật liệu cách điện thành các cấp sau đây:

25

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

+ Cấp Y: Gồm có sợ bông, tơ, sợi nhân tạo, giấy và chế phẩm của giấy, Cac tông, gỗ vv… Tất cả đều không tẩm sơn cách điện Hiện nay không dùng cách này vì chịu nhiệt kém

+ Cấp A: Vật liệu cách điện chủ yếu của cấp này cũng giống như cấp Y nhưng

có tẩm 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 sơn tổng hợp làm từ epoxy, trealat và aceton buterat xenlulo, các màng sơn cách điện gốc

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

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

+ Cấp F: Vật liệu cũng tương tự như cấp B nhưng có tẩm sơn cách điện gốc silicat chịu nhiệt độ cao Ở cấp F không dùng các chất hữu cơ như vải lụa, giấy và cactong

- Cấp H: Vật liệu chủ yếu ở cấp này là sợi thủy tinh, mica, amiăng như ở cấp F.Các chất này được tẩm sơn cách điện gốc silicat chịu nhiệt đến 180ºC Người ta dùng cấp H trong các máy điện làm việc ở điều kiện phức tạp có nhiệt độ cao

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

26

+ Cấp C: Dùng các chất như sợi thủy tinh, thạch anh, sứ chịu nhiệt độ cao Cấp

C được 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 đến tuổi 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 càng khó khăn và thường phải chọn tổng hợp nhiều loại cách điện để thỏa mãn được những yêu cầu về cách điện Vật liệu cách điện trong ngành chế tạo máy điện thường do nhiều vật liệu hợp lại như mi ca phiến, chất phụ gia (giấy hay sợi thủy tinh) và chất kết dính (sơn hay keo dán) Đối với vật liệu cách điện, không những yêu cầu có độ bền cơ cao, chế tạo dể mà còn có yêu cầu về tính năng điện: có độ cách điện cao, rò điện ít Ngoài ra còn có yêu cầu 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, ảnh hưởng 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 của từng loại vật liệu cách điện

đm

I

I

 <= 15% ( so với tiêu chuẩn)

Sai lệch cho phép Chế độ làm việc gồm có các chế độ làm việc sau:

- Chế độ làm việc liên tục

- Chế độ làm việc ngắn hạn

- Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại

27

2.2 Tính toán thiết kế máy điện không đồng bộ

2.2.1 Xác định kích thước chủ yếu

2.2.1.1 Xác định đường kính D và chiều dài L

Những kích thước chủ yếu của máy điện không đồng bộ là đường kính trong stato D

và chiều dài lõi sắt L Mục đích của việc chọn kích thước chủ yếu này là để chế tạo ra máy kinh tế hợp lý nhất mà tính năng phù hợp với các tiêu chuẩn nhà nước

Tính kinh tế của máy không chỉ là vật liệu sử dụng để chế tạo ra máy mà còn xét đến quá trình chế tạo trong nhà máy, như tính thông dụng của các khuông dập, vật đúc, các kích thước và chi tiết tiêu chuẩn hóa… Khi xác địch kích thước kết cấu của máy điện không đồng bộ, giữa hai đường kính trong và ngoài của lõi sắt stato có một quan hệ nhất định: KD =

n

D D

Quan hệ này phụ thuộc vào số đôi cực và được nêu trong bảng trị số của KD

l=

db d

s k A B D n k

S

.

10 1 , 6

2 7

29

2.2.1.2 Chọn A và B δ

Việc chọn A và Bδ ảnh hưởng rất nhiều đến kích thước chủ yếu D và L Đứng về mặt tiết kiệm vật liệu thì nên chọn A và Bδ lớn, nhưng nếu A và Bδ quá lớn thì tổn hao đồng và sắt tăng lên, làm máy quá nóng, ảnh hưởng đến tuổi thọ sử dụng máy Do đó khi chọn A và Bδ cần xét đến vật liệu sử dụng Nếu dùng vật liệu sắt từ tốt (có tổn hao

ít hoặc 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 tỷ số giữa A và Bδ cũng ảnh hưởng đến đặc tính làm việc

và khởi động của động cơ không đồng bộ, vì A đặc trưng cho mạch điện, Bδ đặc trưng cho mạch từ Hệ số cosφ của máy chủ yếu phụ thuộc vào tỷl ệ giữa dòng điện từ hóa với dòng điện định mức:

A

B K

K K I

I

dl đm

78 , 1

Mmax tỷ lệ nghịch với điện kháng ngắn mạch xn, xn càng nhỏ thì Mk và Mmax càng lớn Quan hệ giữa A và Bδ trong máy điện không đồng bộ theo đường kính ngoài Dn Cũng giống các máy điện khác, việc chọn D và I cho một máy không chỉ có một nhóm trị số,

vì vậy khi thiết kế phải căn cứ vào tình hình sản xuất mà tiến hành so sánh phương án một cách toàn diện để được một phương án kinh tế và hợp lý nhất Ở máy điện không đồng bộ, qua những máy đã thiết kế chế tạo và có tính năng tốt, tính kinh tế cao thì λ nên nằm trong phạm vi gạch chéo của Vì vậy khi bắt đầu thiết kế một máy mới nên nghiệm lại λ sau khi đã sác định D và L

2.2.2 Thiết kế stato

2.2.2.1 Dây quấn stato

Việc chọn kiểu dây quấn và kiểu rãnh stato cóp thể theo cách sau:

Với điện áp ≤ 660V, chiều cao tâm trục ≤ 160 mm có thể chọn dây quấn một lớp đồng tâm đặc trong rãnh nữa kín Với h =180 - 250 mm dùng dây quấn 2 lớp đặc vào rãnh nữa kín Với h ≥ 250mm dùng dây quấn 2 lớp phần tử cứng đặc vào rãnh nữa hở

30

Với điện áp cao, U = 6000V dùng dây quấn 2 lớp phần tử cứng đặc vào rãnh hở Dây dẫn tiết kiệm tròn hiện nay thường dùng dây men cách điện cấp E trở lên Dây dẫn tiết kiệm chữ nhật thường dùng loại bọc 2 lớp sợi thủy tinh cách điện cấp B trở lên Muốn chọn kích thước dây trước hết phải chọn mật độ dòng điện J của dây dẫn Căn cứ vào dòng điện định mức để tính ra tiết diện cần thiết Việc chọn mật độ dòng điện ảnh hưởng đến hiệu suất và sự phát nóng của máy mà sự phát nóng này chủ yếu phụ thuộc vào tích số AJ Trong máy điện không đồng bộ, tích số AJ theo đường kính ngoài lõi sắt Dn Sơ bộ tính tiết diện dây dẫn thành phần bằng:

S1'

=

1 1

1.n.j a

I đm

Trong đó: a1 số mạch nhánh song song của dây quấn;

n1– số sợi ghép song song Căn cứ vào s 1’chọn tiết diện dây quy chuẩn s1, từ đó được đường kính dây tiêu chuẩn.Chọn a1 và n1 thích đáng để đường kính dây không kể cách điện d ≤ 1,8 mm Đối với dây men thì đường kính không lớn hơn 1,7 mm khi lồng dây bằng tay và không lớn hơn 1,4 mm khi lồng dây bằng máy để khỏi ảnh hưởng đến độ bền cơ của lớp men cách điện

2.2.2.2 Xác định số rãnh stato

Khi thiết kế dây quấn stato cần phải xác định số rãnh của một pha dưới mỗi cực q Nên chọn q trong khoảng từ 2÷5 Thường lấy q = 3÷4 Với máy công suất nhỏ hoặc tốc độ thấp, lấy q = 2 Máy tốc độ cao công suất lớn có thể chọn q = 6 Chọn q nhiều hay ít

có ảnh hưởng đến số rãnh stato Z Số rãnh này không nên nhiều quá, vì như vậy diện tích cách điện rãnh chiếm chỗ so với số rãnh ít sẽ nhiều hơn, do đó hệ số lợi dụng rãnh

sẽ kém đi Mặt khác, về phương diện độ bền cơ mà nói răng sẽ yếu Ít rãnh quá sẽ làm cho dây quấn phân bố không đều trên bề mặt lõi sắt nên sức từ động phần cứng có nhiều sóng bật cao Trị số q1 nên chọn số nguyên vì cải thiện được đặc tính làm việc và

có khả năng làm giảm tiếng kêu của máy Chỉ trong trường hợp không thể tránh được mới dùng q là phân bố với mẫu số là 2 Sở dĩ như vậy vì sức từ động sóng bật cao và sóng răng của dây quấn với q là phân số trong máy điện không đồng bộ là máy có khe