Thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha Roto lồng sóc.doc

Thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha Roto lồng sóc

Mục Lục

PHầN I: Các thông số định mức 4

phần II: Kích thớc chủ yếu 4

1 Tốc độ đồng bộ

2 Dòng điện định mức (pha)

3 Công suất tính toán

4 Đờng kính Stato

5 Bớc cực

6 Chiều dài tính toán lõi lõi sắt Stato(l  )

7 Chiều dài thực của Stato

8 So sánh phơng án

9 Số rãnh Stato

10 Bớc rãnh Stato

11 Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh

12 Số vòng dây nối tiếp của một pha dây quấn Stato

13 Tiết diện và đờng kính dây

14 Tính lại mật độ dòng điện trong dây dẫn Stato

15 Kiểu dây quấn 16 Từ thông khe hở không khí

17 Mật độ từ thông khe hở không khí

18 Xác định sơ bộ chiều dài răng Stato

19 Xác định sơ bộ chiều cao gông

20 Kích thớc răng, rãnh và cách điện rãnh

21 Chiều rộng răng Stato 9

22 Chiều cao gông từ Stato 10

23 Khe hở không khí 10

PHầN IV: Thiết kế dây quấn rãnh và gông rôto 10

24 Số rãnh Rôto 10

25 Đờng kính ngoài Rôto 10

26 Đờng kính trục Rôto 10

27 Bớc răng Rôto 11

28 Xác định sơ bộ chiều rộng răng Rôto 11

29 Xác định sơ bộ chiều cao gông từ Rôto

30 Dòng điện trong thanh dẫn Rôto 11

31 Dòng điện trong vành ngắn mạch 11

32 Tiết diện thanh dẫn 11

33 Tiết diện vành ngắn mạch 11

34 Kích thớc răng, rãnh Rôto 12

35 Vành ngắn mạch

36 Diện tích rãnh Rôto 12

37 Tính các kích thớc thực tế

38 Chiều cao gông Rôto 13

39 Độ nghiêng rãnh Stato 13

phần IV: Tính toán mạch từ 13

40 Hệ số khe hở không khí 13

41 Sức từ động trên khe hở không khí 14

42 Mật độ từ thông ở răng Stato 14

43 Cờng độ từ trờng trên răng Stato 14

44 Sức từ động trên răng Stato 14

45 Mật độ từ thông trên răng Rôto 14

46 Cờng độ từ trờng trung bình trên răng Rôto

47 Sức từ động trên răng Rôto 15

48 Hệ số bão hoà răng 15

49 Mật độ từ thông trên gông Stato 15

50 Cờng độ từ trờng trên gông Stato 15

51 Chiều dài mạch từ gông từ Stato 15

52 Sức từ động trên gông Stato 15

53 Mật độ từ thông trên gông Rôto 15

54 Cờng độ từ trờng trên gông Rôto 15

55 Chiều dài mạch từ gông từ Stato 15

56 Sức từ động trên gông Stato 15

57 Sức từ động tổng của toàn mạch 15

58 Hệ số bão hoà toàn mạch 15

59 Dòng điện từ hoá 15

phần V: tham số của động cơ điện 16

60 Chiều dài phần đầu nối dây quấn Stato 16

61 Chiều dài phần đầu nối của dây quấn Stato khi ra khỏi lõi sắt

62 Chiều dài trung bình 1/2 vòng dây của dây quán Stato 16

63 Chiều dài dây quấn của 1 pha Stato 16

64 Điện trở tác dụng của dây quấn Stato 16

65 Điện trở tác dụng của dây quấn Rôto 16

66 Hệ số quy đổi điện trở Rôto về Stato 17

67 Điện trở Rôto sau khi quy đổi về Stato 17

68 Hệ số từ tản Stato 17

69 Điện kháng tản dây quấn Stato 18

70 Hệ số từ dẫn tản Rôto 18

71 Điện kháng tản dây quấn Rôto 19

72 Điện kháng tản Rôto đã quy đổi về Stato 19

73 Điện kháng hỗ cảm (Khi không xét rãnh nghiêng) 19

74 Điện kháng tản khí xét đến rãnh nghiêng 19

phần VI: tổn hao trong thép và tổn hao cơ 21

75 Trọng lợng răng Stato 21

76 Trọng lợng gông từ Stato 21

I Tổn hao chính trong thép

77 Tổn hao cơ bản trong lõi sắt Stato 21

II Tổn hao phụ trong thép Stato

78 Tổn hao bề mặt trên răng Stato 21

79 Tổn hao đập mạch trên răng Stato

III tổn hao phụ trong Rôto

80 Tổn hao bề mặt trên răng Rôto

81 Tổn hao đập mạch trong răng Rôto

82 Tổng tổn hao trong thép lúc không tải 22

83 Tổn hao đồng trong dây quấn Stato 22

84 Tổn hao cơ 22

85 Tổng tổn hao của toàn máy khi không tải 22

86 Hiệu suất của động cơ 22

phần VII: đặc tính làm việc 23

87 Số liệu định mức viết ra từ bảng trên

88 Hệ số trợt ứng với M max :

89 Bội số mômen cực đại

phần VIII: đặc tính mở máy 25

90 Tham số động cơ điện khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài của dòng điện (khi s=1) 25

91 Tham số của động cơ khi xét hiệu ứng mặt ngoài dòng điện và sự bão hoà từ trờng tản 27

92 Dòng điện mở máy khi s=1 29

93 Bội số dòng điện mở máy 28

94 Bội số mômen mở máy 29

Thiết kế Động cơ không đồng bộ 3 pha roto

- Kiểu máy: kín, tự làm mát bằng quạt gió

- Chế độ làm việc liên tục

- Cấp cách điện: F

- Hiệu suất: 0,92

- Hệ số công suất (cos): 0,9

- Bội số mô men cực đại: 2,2

- Bội số mômen khởi động : 1,2

- Bội số dòng điện khởi động: 7,5

2 Xác định chiều cao tâm trục và đờng kính ngoài

Từ công suất P = 90 (Kw) ,số đôi cực 2p = 2 tra đồ thị 10 – 1 (TKMĐ) ta có:

*Chiều cao tâm trục ta chọn là: h = 250 (mm)

*Chọn đờng kính ngoài ta tra bảng 10.3 tiêu chuẩn 4A của Nga cách điện cấp F để lấy giá trị Dn theo h ta đợc Dn = 43,7(cm)

3- Xác định đờng kính trong stato D

*Quan hệ giữa đờng kính trong và đờng kính ngoài của động cơ không

đồng bộ Rotor lồng sóc đợc biểu diễn theo công thức sau :

KD =

n

D D

Với giá trị này của Dn =43,7 (cm) ta có D=(0,520,57)Dn ta chọn KD=0,55



= 1,11

Kd :hệ số dây quấn với kiểu dây quấn hai lớp ,2p=2 ta chọn kd=0,9

*Chọn A và B

mặt tiết kiệm vật liệu thì chọn A và B lớn ,nhng nếu A và B lớn quá thì tổn hao đồng và sắt tăng lên làm máy quá nóng ,ảnh hởng đến tuổi thọ sử dụng máy ,do đó khi chọn A và B cần xét đến vật liệu sử dụng

Tra đồ thị 10 – 3 a với chiều cao tâm trục h = 132 mm

a

p

.

10 '.

1 , 6

2 7

10 28 , 107 1 , 6

2

7

= 18,8 (cm)6-Bớc cực  đợc tính theo công thức sau :

 = 2..D p

Thay số vào ta đợc :

1 2

24





(cm)

7 Lập phơng án so sánh tính kinh tế :

8 , 18

10 90 cos

3

I-Dây quấn Stato

Với điện áp pha đầu vào nhỏ hơn 600 V và chiều cao tâm trục h =250 (mm) theo kinh nghiệm ta chọn kiểu dây quấn 2 lớp ,bớc ngắn ,kiểu rãnh Stato là nửa kín

*Ta chọn số mạch nhánh song song là :

vì số đôi cc 2p = 2 mà a1 phải là ớc số của 2p ta chọn a1= 2

Vậy với a1= 2 ta đợc

Ur1 =

69 , 164

2 57 , 1 420

.

1

1 1



I

a t A

= 8 (thanh)

Ta chọn Ur1= 8 thanh(do dây quấn là hai lớp)

12.Số vòng dây nối tiếp của 1 pha

Với A = 420(A/cm) ta có mật độ dòng điện là:

I

. 1

1 1

Trong đó n1 là số sợi chập ở đây ta chọn số sợi chập n1= 10

Thay số vào ta có :

S1=

57 , 4 10 2

69 , 164

= 1,80 (mm)Theo phụ lục VI-1 chọn dây đồng tráng men PETV và PET-155 chọn dây có các thông số ứng với diện tích tính toán sơ bộ s1 = 1,8 mm2 là:



=0,99  =

5 , 4 sin 8

30 sin

2

2 sin 8

2

2 8 sin

U K

d s

10

57 , 1 8 , 18 749 , 0

.

.

1 1

1 1



c

z l k B

t l

B

= 0,7 (cm)Trong đó :

Bz là giá trị trung bình của từ thông trên răng Bz =1,751,95 (ta chọn theo bảng 10.5-b) Bz=1,75 T

Kc là hệ số ép chặt lõi với h250 mm ta dùng thép cán nguội ký hiệu 2211 tra trong bảng phụ lục 2.2 chọn chiều dầy lá thép là 0,5 mm đối với loại không phủ sơn Kc = 0,95 (chọn)

19.Xác định sơ bộ chiều cao gông Stato

h’ g =

95 , 0 8 , 18 5 , 1 2

10 03396 ,

0

2

` 10

1 1

4



c

g l k B



= 6,34 (cm)

Trong đó Bg1 là mật độ từ thông trong gông stato tra bảng 10.5 – a ta chọn

Bg1 = 1,5 (T)

20 Tính và chọn kích thớc rãnh - cách điện

Chọn loại rãnh hình quả lê nh hình vẽ 1

Chọn b41  dcđ + 1,5 = 3 (mm)

Chọn chiều cao miệng rãnh h41 = 0,5 (mm)

*Từ hình vẽ ta xác định chiều cao răng Stato :

2

24 7 , 43 '

D D

g n

05 , 0 2 24 ( 14 , 3 7 , 0 48 1

) 41 2 ( 1

1 1 ) 1

(cm)Chọn sơ bộ: d1=9 mm, d2=12 mm

*Diện tích thực của rãnh (trừ nêm):

3 , 304 ) 2

9 5 , 28 (

2

12 9 8

12 9 ) 2

( 2 8

'

2 2 1

12 2 1

2 2

2

1

h d d d

d

Từ phụ lục VIII-1 cách điện cấp F,cách điện bằng màng mỏng thuỷ tinh có thông số:

-Chiều dày cách điện rãnh 0,4 mm

-chièu dày cách điện lớp dây 0,4 mm

-chiều dày cách điện nêm 0,5 mm

12 '

)

( 2

2

2 1 12



C c

d C d d h d

klđ 0 , 375

2 , 294

645 , 1 8 10

S

d u n

Vậy sơ bộ hệ số lấp đầy nằm trong khoảng 0,7 0,75 thoả mãn

21-Chiều rộng răng Stato

*Chiều rộng răng Stato chỗ lớn nhất :

Theo công thức 4- 31 trang 64, Giáo trình thiết kế máy điện- Trần Khánh

Hà

cm

d Z

d h D

48

9 , 0 05 , 0 2 24

2

1 1

1 41 '

48

) 05 , 0 85 , 2 ( 2 24 )

( 2

2 1

21 41 ''

'' 1

' 1

22 Chiều cao gông từ Stato

Đối với động cơ có đáy rãnh Stato tròn, theo công thức 4- 46a trang 67, Giáo trình TKMĐ- Trần Khánh Hà ta có:

) ( 55 , 6 2 , 1 6

1 5 , 3 2

24 7 , 43

Theo công thức 11- 27b trang 277, Giáo trình TKMĐ- Trần Khánh Hà,

đối với loại Động cơ có công suất không lớn P=90(KW)), 2p=2 ta có:

) ( 1 , 1 ) 2

9 1 ( 1200

240 )

2

9 1 (

2 '

2

.

.

C Z Z

k l B

t l B

619 , 1 8 , 18 749 , 0

.

.

2 2 2

2 '

C Z

t l B

2

2

1 1 1 1

Z

k W m I

k I

sin 2

1 7 , 511 sin

2

1

I V td

31-TiÕt diÖn thanh dÉn

Víi thanh dÉn nh«m th× td =2,2  4,5 (A/mm 2 ) ta chän s¬ bé: td =4,4

(A/mm 2 )

mm

29 , 116 4

, 4

7 , 511

Với động cơ có chiều cao tâm trục là h=250 mm chọn loại rãnh roto có dạng

1 , 6 4

4 05 , 0 2 76 , 23 ( ))

( 3

4

2 (

2

12 42

'





d Z

d h h

D

=0,588(cm)

37 Chiều cao gông Rôto

Đối với động cơ loại rãnh có đáy tròn, số đôi cực 2p=2 ta tính theo công thứcsau

6

1 1 , 2 2

7 76 , 23 6

1 2

'

2 2

38 Độ nghiêng rãnh Stato

Để giảm bớt biên độ của các sóng bậc cao, ta có thể làm nghiêng rãnh Rôt với cách dùng rãnh nghiêng ta sẽ có nghiều kiểu phối hợp rãnh Stato và

cực đại và cos ta lấy độ nghiêng bằng một bớc rãnh stato:

57 , 1

trong đó

12 , 0

3 5

12 , 0 3 5

2

41

2 41

356 , 1

2 2

12 , 0

5 , 1 5

12 , 0

5 , 1 5

2

42

2 42

l b

t l B

B

C Z

95 , 0 8 , 18 7 , 0

57 , 1 8 , 18 749 , 0

.

.

1 1 1

1

43 Cờng độ từ trờng trên răng Stato

HZ1 =f(BZ1),giá trị của HZ1 đợc tra trong phụ lục V- 6 (TKMĐ):

Với BZ1 =1,78 (T) ta tra đợc

45 Mật độ từ thông trên răng Rôto

0,95 0,58.18,8.

.1,356 0,749.18,8







2 2 2

2 2

.

.

C Z Z

k l b

t l B

6 , 121 155 1575

2 1

10 03396 ,

0

2

10

1 1 1

4

C g g

k l h B

50 Cờng độ từ trờng trên gông Stato

Tra bảng V-9 phụ lục V với Bg1= 1,45 ta đợc :

Hg1= 7,63 (A/cm)

51 Chiều dài mạch từ gông từ Stato

33 , 58 2

55 , 6 7 , 43 2

p

h D

10 03396 ,

0

.

2

10

2 2 2

4

C g g

k l h B

54 Cờng độ từ trờng trên gông Rôto

Tơng tự ta tra bảng V-9 phụ lục V :

38 , 6 7 2

p

h D

2480

9 , 0

.

1 1 1



dq k W m

F p

Dòng điện từ hoá tính theo đơn vị phần trăm:

4 , 18

% 100 69 , 164

3 , 30

% 100

phần V: tham số của động cơ điện

60.Chiều dài phần đầu nối dây quấn Stato

Ta có:

lđ1 =Kđ1.y1 + 2B1

Trong đó:

Kđ1, B1 đợc tra trong bảng3- 4 (TKMĐ) đối với loại động cơ 2p=2, phần

đầu nối không băng cách điện ta có: Kđ1 =1,2và B1 = 1,0 (cm)

1 1

.

y h

Trong đó: D = 24 (cm) đờng kính trong Stato

hr1 =3,5 (cm) chiều cao rãnh Stato

71 , 43 46

1

.

.

1 1 1

1 0

r

S a n

1

1 1

U

I R

64 Điện trở tác dụng của dây quấn Rôto

Điện trở thanh dẫn:

13

1 10

.

r Al

V

S Z

D r

.

10

2

2

10 0032 , 0 1496 55

10 6 , 18 23

1

10



V

V Al

V

S Z

D r

2

114 , 0

10 027 , 0 2 10 702 , 0

td

R r

r

67 Hệ số quy đổi điện trở Rôto về Stato

36 , 200 55

947 , 0 32 3 4

.

2

2 1 1 1

1 1

h b

b k

b

h

)

2 784 , 0 (

4 2 41 1







Trong đó :

3

5 , 0 9

2 , 3 9 2

3 785 , 0 ( 9531 , 0

984 , 0 44 , 0 ) 947 , 0 8 (

57 , 1 9 , 0

2 ) (

9

,

0

2 41

1 1 1

3 , 0 033 , 0 1

2 1

2 41

t1= 0,44 theo bảng 5.3 với q1=8

1 = 0,0026 tra theo bảng 5.2a

71 Hệ số từ tản phần đầu nối

8 , 18

8 34 , 0 ) 64 , 0 (

8 , 18 100

32 100

50 158 , 0

.

100

100 158 ,

0

2 1

1

2 1

q p

l W

f X

Tính theo đơn vị tơng đối:

0876 , 0 220

69 , 164 117 , 0

1

1 1

U

I X

2

2

2 42 1

1

.

.

h b

b S

b b

5 , 0 1 , 6 2

5 , 1 66 , 0 43 , 116 8

1 , 6 1 1

2 2 2 2

.

9

3

, 1 12 , 0

1 1 023 , 1 6

55 356 , 1 9 , 0

D l

Z

d

2

7 , 4 lg

3 , 2

2 '' 2 2

sin

aV =4,4 (cm) và bV =3,4 (cm) kích thớc vành ngắn mạch

Thay số ta có:

89 , 2 4 , 3 2 4 , 4

6 , 18 7 , 4 lg 114 , 0 8 , 18 55

6 , 18 3 , 2

2

7 , 4 log

D l

77 HÖ sè tõ t¶n r·nh nghiªng

rn= 0,5.t2

2 2

57 , 1 89 , 0 5 ,

1 1

117 , 0 3 , 30 220 1

X

I =30,3 (A) dßng ®iÖn tõ ho¸

220

69 , 164 144 , 7

1

1 12

U

I X

1

1 1

% 100 984 , 0

984 , 0 987 , 0

% 100

rÝnh

E

E E

E

k

k k

k

Sai sè nµy lµ rÊt nhá nªn kh«ng cÇn tÝnh l¹i

Phần VI: tổn hao trong thép và tổn hao cơ

1 Trọng lợng răng Stato

GZ1 = Fe .Z1 .h’ r1.bZ1.l1.kC1.10-3

Trong đó: Fe = 7,8 (kg/m 3 ) trọng lợng riêng của thép làm răng Stato

h’ z1 = 3,1 (cm) chiều cao răng Stato

hg1 = 6,55(cm) chiều cao gông từ Stato

Vậy ta có

Gg1 =7,8.18,8.58,33.6,55.2.0,95.10-3 =106,45 (kg)

85 Tổn hao cơ bản trong lõi sắt Stato

*Tổn hao trong răng đợc tính theo công thức :

PFeZ1 =kgiacông Z1.pFeZ1.B2

*Tổn hao trong gông Stato

PFeg1 =kgiacông g1.pFeg1.B2

*Tổn hao cơ bản trong lõi sắt Stato:

PFe1 =PFeZ1 + PFeg1 = 0,207+0,896= 1,1 (KW)

15 , 0 356 , 1 68 , 37 1 2

2

b t

10 (

10000

5 , 1 1

5 , 1 1 1

3 1

2 1 4

10

11 ,

Theo c«ng thøc 6-10 Trang 97 TKM§ ta cã:

356 , 1 2

82 , 1

12 , 0 833 , 0

2

.

2 2

3000 48 11 ,

10 10

1000

3000 1,243.

10 10

1000

4 2

3 4 2

, 7

117 , 0 1 1

dm

Fe

3,461 220

3

0248 , 0 3 , 30 3 2,216.10

3

3 10

1

1 2 3

6

2

1 1

I

 A k

I

I

I

78 , 154 3,306

511,7

2 '

1

' 2

08856 , 0 016 , 1

117 , 0

0238 , 0 '

'

2 1

017 , 0 151

5 , 698

m

s I

I M

M

R C

1

1 2

C

X C

ns ns

I I

1

' 2

1   cos  47,954 91,46 149,98 248,75 282,45

8

 A C

I I

1

' 2

1  3 10  31,65 60,364 98,987 164,175 186,42

1 2 1

1  3 10  0,248 0,728 1,867 5,222 6,848

2

2 ' 2

Hình 5-Đặc tíh làm việc của động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc (P=90KW;2p=2)

10

: điện trở suất của vật liệu thanh dẫn,

với thanh nhôm nhiệt độ dây quấn là 750C thì

*Trong đó a là chiều cao nhôm trong rãnh (Rôto lồng sóc đúc nhôm)

Với rtd =0,702.10-4 () điện trở thanh dẫn

a/ Điện trở tác dụng của dây quấn Rôto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài của dòng điện:

0 , 114 1,335.10 (Ω )

0032 , 0 2 10 84 , 0

2

4 2

2

2

2 42 12

2 66 , 0

8

1

h b

b S

b b

5 , 0 94 , 0 1 , 6 2

5 , 1 66 , 0 43 , 116 8

1 , 6 1 1 , 6 3

.

2

2 ' 2

n

dm

21 , 0

b/Sức từ động trung bình của một rãnh Stato:

1

.

7 , 0

Z

Z k k k a

u I

55

48 947 , 0 99 , 0 953 , 0 2

64 , 1466 7 ,

, 1

12 , 0 5 , 2 64 , 0

5 , 2 64 , 0

2 1

Với t1=1,57 (cm), t2=1,356 (cm) là bớc rãnh Stato và Rôto,

146 , 1 12 , 0 6 , 1

10 63 , 7273

6 , 1





Theo hình 10 –15 tra hê số phụ thuộc BTKMĐ ta tra đợc:  = 0,67

C1 = (t1 – b41),(1- ) =(1,57 – 0,3),(1 – 0,67) = 0,42

3 , 0 5 , 1 42 , 0

42 , 0 3

, 0

45 , 0 58 , 0 05 , 0

5 , 1 58 , 0

41 1

1 41

3 41

C b

h h

1

1 1

Theo công thức đối với loại rãnh 1/2 kín ta có

15 , 0 398 , 0

398 , 0 15 , 0

05 , 0

42 2

2 42

C b

m/ Tổng hệ số từ dẫn khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài và độ bão hoà của răng:

2

2 ' 2

94.Những tham số ngắn mạch khi xxét đến hiệu ứng mặt ngoà của dòng điện

và sự bão hoà của từ tản:

220



bh n bh

n

Z

U I

%100.1466,64

1222,22

- 1466,64

%100

n

I

I I

22 , 1222

giá trị này nhỏ hơn giá trị cho phép là iK=7,5

*Điện kháng hỗ cảm khi xét đến bão hoà

F X

0,076 1

1

12

' 2

n

bh bh

1222,22

' 2

'

bh

K m

C

I I



97.Bội số mômen mở máy

1,25 1

0,017 0,0238

0,0267

150

1215

.

2 '

2

' 2 2 ' 2

R I

I M

M

dm

m dm

mm K

Phần IX -Phần chuyên đề

*Thiết kế bằng Visual Basic sử dụng các control điều khiển Button để thực hiện lệnh tính toán ,sử dụng các Text box để nhập số liệ và sử dụng Label để minh hoạ đậi lợng cần tính

*Toàn bộ phần tính toán đợc thực hiện trong một Form và đợc bố trí nh hình

vẽ dới

*Phần chơng trình viết để thực hiện các chức năng trong Form đợc chỉ ra nh

phần dới trong đó ta khai báo các biến là single và sử dụng hàm CSng để chuyển từ dạng Text sang dạng Single

*Nhấn F5 chạy chơng trình sau đó nhập số liệu vào các Text Box ,nhấn Done để tính ra tổng khối lợng động cơ:

*Sử dụng lệnh Tabule tạo mặt phẳng

*Sử dụng lệnh Array để tạo lớp đối tợng

*Sử lệnh 3D-Obrit để quan sát đối tợng trong đó sử dụng các lệnh để tạo bóng đối tợng nh Shading ,lệnh Wireframe … để nhận đ để nhận đợccác đối tợng có các hình dạng ở chế độ khác nhau