đồ án máy điệnthiết kế động cơ 3 pha không đồng bộ lồng xốc

máy điện, đồ án máy điện, động cơ ba pha không đồng bộCông suất định mức: Pđm =22 kW Điện áp định mức: Uđm =380220 V Tổ đấu dây: YΔ Tần số làm việc: f =50 Hz Số đôi cực: 2p = 6 Hệ số cosφđm = 0,90 Cấp bảo vệ: IP44 Hiệu suất của động cơ ƞdm = 0,90 Kiểu máy: kín, tự làm mát bằng quạt gió Chế độ làm việc liên tục Cấp cách điện: cấp B

Mục lục

PHẦN I : CÁC THÔNG SỐ ĐỊNH MỨC 4

1 Tốc độ đồng bộ 4

2 Dòng điện định mức (pha) 4

PHẦN II: KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU 5

3 Công suất tính toán 5

4 Đường kính Stato 5

5 Bước cực 6

6 Chiều dài tính toán lõi sắt Stato(lδ) 6

7 Chiều dài thực của Stato 6

8 Lập phương án kinh tế 6

9 Số rãnh Stato 6

10 Bước rãnh Stato 7

11 Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh 7

12 Số vòng dây nối tiếp của một pha dây quấn Stato 7

13 Tiết diện và đường kính dây 7

14 Kiểu dây quấn 8

15 Từ thông khe hở không khí 8

16 Mật độ từ thông khe hở không khí 8

17 Xác định sơ bộ chiều rộng răng Stato 9

18 Xác định sơ bộ chiều cao gông 9

19 Kích thước răng, rãnh và cách điện rãnh 9

20 Chiều rộng răng Stato 11

21 Chiều cao gông từ Stato 12

22 Khe hở không khí 12

PHẦN III : THIẾT KẾ DÂY QUẤN RÃNH VÀ GÔNG RÔTO 13

23 Số rãnh Rôto 13

24 Đường kính ngoài Rôto 13

25 Đường kính trục Rôto 13

26 Bước răng Rôto 13

27 Xác định sơ bộ chiều rộng răng Rôto 13

28 Dòng điện trong thanh dẫn Rôto 14

29 Dòng điện trong vành ngắn mạch 14

30 Tiết diện thanh dẫn 14

31 Tiết diện vành ngắn mạch 14

32 Kích thước răng, rãnh Rôto 14

33 Vành ngắn mạch 16

34 Diện tích rãnh Rôto 16

35 Tính các kích thước thực tế 16

PHẦN IV : TÍNH TOÁN MẠCH TỪ 17

38 Hệ số khe hở không khí 17

39 Sức từ động trên khe hở không khí 18

40 Mật độ từ thông ở răng Stato 18

41 Cường độ từ trường trên răng Stato 18

42 Sức từ động trên răng Stato 19

43 Mật độ từ thông trên răng Rôto Theo công thức : 19

44 Cường độ từ trường trung bình trên răng Rôto 19

45 Sức từ động trên răng Rôto 19

46 Hệ số bão hoà răng 19

47 Mật độ từ thông trên gông Stato 20

48 Cường độ từ trường trên gông Stato 20

51 Mật độ từ thông trên gông Rôto 20

52 Cường độ từ trường trên gông Rôto 21

53 Chiều dài mạch từ ở gông Rôto 21

54 Sức từ động trên gông Stato 21

55 Sức từ động tổng của toàn mạch 21

56 Hệ số bão hoà toàn mạch 22

57 Dòng điện từ hoá 22

CHƯƠNG V: THAM SỐ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 22

58 Chiều dài phần đầu nối dây quấn Stato 22

59 Chiều dài phần đầu nối của dây quấn Stato khi ra khỏi lõi sắt 23

60 Chiều dài trung bình 1 vòng dây của dây quán Stato 23

61 Chiều dài dây quấn của 1 pha Stato 23

62 Điện trở tác dụng của dây quấn Stato 23

63 Điện trở tác dụng của dây quấn Rôto 24

64 Hệ số quy đổi điện trở Rôto về Stato 25

65 Điện trở Rôto sau khi quy đổi về Stato 25

66 Hệ số từ tản Stato 25

67 Điện kháng tản dây quấn Stato 27

68 Hệ số từ dẫn tản Rôto 28

69 Điện kháng tản dây quấn Rôto 29

70 Điện kháng tản Rôto đã quy đổi về Stato 29

71 Điện kháng hỗ cảm (Khi không xét rãnh nghiêng) 29

72 Điện kháng tản khí xét đến rãnh nghiêng 30

PHẦN VI : TỔN HAO TRONG THÉP VÀ TỔN HAO CƠ 30

73 Trọng lượng răng Stato 30

74 Trọng lượng gông từ Stato 31

75 Tổn hao cơ bản trong lõi sắt Stato 31

76 Tổn hao bề mặt trên răng Rôto 32

77 Tổn hao đập mạch trong răng Rôto 33

78 Tổng tổn hao trong thép lúc không tải 34

79 Tổn hao đồng trong dây quấn Stato 35

80 Tổn hao cơ 35

81 Tổng tổn hao của toàn máy khi không tải 36

82 Hiệu suất của động cơ 36

Đồ án :THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3

- Hiệu suất của động cơ ƞdm = 0,90

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

Hiệu suất của động cơ : ηđm = 0,90 tra bảng 10.1 trang 228

Hệ số công suất : cosφđm = 0,90 tra bảng 10.1 trang 228

Đường kính Stato phụ thuộc vào công suất tính toán P’

Với chiều cao tâm trục h=180 mm(h này theo phụ lục 2 hình thày cho)

Tra bảng 10-3 trang 230 có đường kính ngoài stato theo tiêu chuẩn của Nga (4A) ta được :

Dn = 31,3 cm

đối với máy có số đôi cực 2p =6 tra bảng 10.2 trang 230

Ta chọn Kd = 0,7 – 0,72

D = (0,7 – 0,72)Dn = (0,7–0,72).31,3 =( 21,91 – 22,536) (cm)

⇒ta chọn D = 22 cm

5 Bước cực

𝜏 = 𝜋 𝐷2𝑝 =

𝜋 222.3 = 11,5 (𝑐𝑚)

6 Chiều dài tính toán lõi sắt Stato(lδ)



kdq =0,95 : chọn dây quấn 2 lớp, bước đủ

- Theo hình 10-3a trang 233 TKMĐ- Trần Khánh Hà,

Với Dn=31,3 cm ta tra được: A=320 A/cm

Mật độ tự cảm khe hở không khí: Bδ =0,80 T

6,1.10 7.P' 6,1.10 7 27,16

αδ.k s k dq A.Bδ.D 2 n 0,64.1,11.0,95.320.0.8.222 1000 lấy chuẩn lδ =18 cm

7 Chiều dài thực của Stato

l1 = lδ=18 (cm)

Do lõi sắt ngắn nên làm thành một khối

Chiều dài lõi sắt stato, Rôto bằng: l1=l2= lδ=18 (cm)

2p = 6 : số đôi cực ⇒ p = 3

q1: số rãnh của mỗi pha dưới mỗi bước cực, vì tốc độ của động

Trong đó: a1 = 4 số nhánh song song

n1: số sợi dây ghép song song, chọn n1 = 2

J1: mật độ dòng điện dây quấn Stato

Theo hình 10-4 trang 237 TKMĐ- Trần Khánh Hà từ thông số

Công suất P= 22 (kW), số đôi cực 2p = 6

I 1dm 41,15

⇒ S1 = = = 0,823(𝑚𝑚2)

a1.J1.n1 4.6,25.2Theo phụ lục VI trang 618 ,bảng VI-1 chọn dây quấn tráng men PETV có

đường kính (d/dcd= 0,95/1,015 ) có tiết diện bằng S1= 0,709 mm2

14 Kiểu dây quấn

Chọn dây quấn 2 lớp bước đủ: 𝜏 = 𝑍

𝛼 = 𝑝 360/𝑍1 = 3.360/54 = 20

Hệ số dây quấn Stato: Kd1 = Ky1.Kr = 0,92.0,6 = 0,552

15 Từ thông khe hở không khí

∅ = 𝐾𝑒 𝑈đ𝑚

4.𝐾𝑠.𝑓.𝑊 1.𝑘𝑑1 = 1.220

4.1,11.50.90.0,552 = 0,0199(𝑊𝑏) Trong đó:

17 Xác định sơ bộ chiều rộng răng Stato

Kc1: hệ số ép chặt của lõi sắt Stato, ta chọn Kc1 =0,95

18 Xác định sơ bộ chiều cao gông

19 Kích thước răng, rãnh và cách điện rãnh

- Diện tích có ích của rãnh (tính sơ bộ) là: 𝑆𝑟′ = 𝑛1𝑢𝑟𝑑𝑐𝑑2

Dn = 31,3 (cm) đường kính ngoài Stato

D = 22 (cm) đường kính trong Stato

∗ Chiều cao thực của răng Stato:

D = 22 (cm) đường kính trong Stato

Dn = 31,3 (cm) đường kính ngoài Stato

h’g1 = 3,75 (cm) chiều cao gông Stato

b’Z1 = 1,09 (cm) chiều rộng răng Stato

2 −𝑑2

2 − ℎ41=8,535mm Diện tích lớp cách điện:

20 Chiều rộng răng Stato

Chiều rông răng Stato phía đáy rãnh phẳng:

21 Chiều cao gông từ Stato

ℎ𝑔1=𝐷𝑛− 𝐷

2 − hr1 +

1

6𝑑2 = 3,8(𝑐𝑚)

Khí chọn khe hở không khí δ ta cố gắng lấy nhỏ để cho dòng điện

không tải nhỏ và cosϕ cao, Nhưng khe hở không khí nhỏ sẽ khó khăn trong

việc chế tạo và quá trình làm việc của máy: Stato rất dễ chạm với Rôto (sát

cốt), làm tăng thêm tổn thất phụ, điện kháng tản tạp của động cơ cũng tăng lên,

Theo công thức 10- 21 trang 253 Giáo trình TKMĐ- Trần Khánh Hà,

đối với loại Động cơ có công suất P = 22kW > 20 kW, 2p = 6 ta có:

1200 (1 + 9

2𝑝) = 0,458𝑚𝑚 Tra theo bảng 10.8 tham khảo ta có khe hở không khí δ= 0,45(mm)

PHẦN III : THIẾT KẾ DÂY QUẤN RÃNH VÀ GÔNG RÔTO

23 Số rãnh Rôto

Thiết kế Rôto lồng sóc đúc nhôm, chọn số rãnh Rôto theo bảng 10 - 6 trang

246, Giáo trình Động cơ không đồng bộ- phối hợp giữa số rãnh Stato và số rãnh

Rôto của máy điện không đồng bộ Rôto lồng sóc: 2p =6 rãnh Rôto nghiêng, động

cơ làm việc ở điều kiện bình thường:

m1 =3 số pha của dây quấn Stato

kI =f(cosϕ): là hệ số dòng điện, được tra trong hình 10- 5 trang 244 Giáo trình TKMĐ- Trần Khánh Hà, ứng với cosϕđm =0,91 thì kI =0,92

30 Tiết diện thanh dẫn

Với thanh dẫn nhôm thì J2 = 3 (A/mm 2 )

Tiết diện thanh dẫn: 𝑆𝑡𝑑′ =𝐼𝑡𝑑

32 Kích thước răng, rãnh Rôto

D’=21,1 (cm) =211 (mm)

h42 = 0,5 (mm)

Z2 = 42 (rãnh) b’Z2 = 7,2 (mm)

Chiều rộng rãnh Rôto phía hẹp nhất:

5+𝑏41𝛿 =2,9 Trong đó: b41 = 2,5 (mm) là miệng rãnh Stato

1 0,45 )25+0,451 = 0,68

39 Sức từ động trên khe hở không khí

Mạch từ có 2 đoạn qua khe hở không khí, bề rộng của khe hở không khí

theo hướng hướng kính

41 Cường độ từ trường trên răng Stato

Theo bảng V- 6 ,trong phụ lục V,ta tra được :

HZ1 = 77,9 (A/cm)

42 Sức từ động trên răng Stato

t2 = 1,94 (cm)

bZ2 =0,72 (cm)

44 Cường độ từ trường trung bình trên răng Rôto

Theo bảng V- 6 ,trong phụ lục V,ta tra được :

HZ2 = 15,6 (A/cm)

45 Sức từ động trên răng Rôto

FZ2 = 2.hZ2.HZ2 = 2.1,28.15,6 = 39,94 (A)

Trong đó: hZ2 =1,28 (cm), chiều cao rãnh Rôto

46 Hệ số bão hoà răng

Tính lại hệ số bão hoà răng đã chọn sơ bộ, theo công thức :

47 Mật độ từ thông trên gông Stato

48 Cường độ từ trường trên gông Stato

Theo bảng V- 9 ,trong phụ lục V,ta tra được :

Φ = 0,0199 (Wb)

l2 = 18 (cm)

kC2 = 0,95 , hg2 = 53,1 (mm) = 5,31(cm)

52 Cường độ từ trường trên gông Rôto

Theo bảng V- 9 ,trong phụ lục V,ta tra được :

Trong đó: Fδ = 637,6 (A) Sức từ động khe hở không khí

FZ1 = 132,43 (A) Sức từ động trên răng Stato

FZ2 = 39,94 (A) Sức từ động trên răng Rôto

Fg1 = 144 (A) Sức từ động trên gông Stato

Fg2 =20,7 (A) Sức từ động trên gông Rôto

Thay số vào ta được:

F∑ = 637,6+132,43+39,94+144+20,7=974,67 (A)

56 Hệ số bão hoà toàn mạch

W1 :90 (vòng) số vòng dây của dây quấn Stato

kd1 =0,91 hệ số dây quấn Stato

∗ Dòng điện từ hoá tính theo đơn vị phần trăm:

Iμ% = 100% = 100% = 32,13%

Trong đó: Iđm = 41,15 (A) dòng điện đực mức

CHƯƠNG V: THAM SỐ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN

58 Chiều dài phần đầu nối dây quấn Stato

Theo công thức Giáo trình TKMĐ ta có:

lđ1 =Kđ1.τy1 + 2B1

Trong đó:

Kđ1, B1 được tra trong Giáo trình TKMĐ

Đối với loại động cơ 2p=6, phần đầu nối không băng cách điện

ta có: Kđ1 =1,2 và B1 = 1,0 (cm)

𝜏𝑦1 =𝜋(𝐷+ℎ𝑟1)𝑦1

𝑍1 là bề rộng trung bình của phần tử

Z1

Trong đó: D = 22 (cm) đường kính trong Stato

hr1 =0.9 (cm) chiều cao rãnh Stato

Z1 =54 số rãnh Stato

y1 = 12 là bước ngắn của dây quấn Stato

π.(D + h r1 )y1 π.(22+ 0.9).12 Thay số vào ta được: τy1 = = = 15,98

Trong đó: rtd =5,13.10-5 (Ω) điện trở thanh dẫn

rV =6,83.10-7 (Ω) Điện trở vành ngắn mạch

Δ= 2.sin = 2.sin = 2.sin

64 Hệ số quy đổi điện trở Rôto về Stato

Theo công thức 5- 16 Tr77 Giáo trình TKMĐ ta có:

Trong đó:

br1 = 10,44 (mm) bề rộng rãnh Stato phía miệng rãnh

h2 = 3 (mm) chiều cao nêm

h31 =C + C’= 0,6 + 0,4 =1 (mm)

h41 = 0,5 (mm)

h12S = hr1- h41- h31 = 23,3 - 0,5 -1 = 21,8 (mm)

h5 = 0,5 (mm)

Trong đó:

+ t1 =15,7 (mm) bước rãnh Stato

+ q1 =5 + kdq1 =0,91 + σt1: Tra bảng với q1 =5; bước rút ngắn của dây quấn theo bước rãnh bằng 14 -12 =2 ta tra được giá trị 100σt1 =0,44 ⇒ σt1 =0,0044 + ρt1: Tra theo Giáo trình TKMĐ với loại rãnh làm nghiêng:

q1=3

+ σt1: Tra bảng với q1 =3; bước rút ngắn của dây quấn theo bước rãnh bằng 14 -12 =2 ta tra được giá trị 100σt1 =0,44 ⇒ σt1 =0,0044 +

ρt1: Tra theo Giáo trình TKMĐ với loại rãnh làm nghiêng: q1=3

Tỉ số : 𝑍2

𝑝 =24

3 = 8 Ta tra được 𝜌𝑡1 = 0,67 với: b41 = 2,5 (cm)

t1 = 15,7 (mm)

δ = 0,8 (cm)

Thay số vào ta được: λt1 = 0,9 0,0044 = 0,9676

∗ Hệ số từ tản đầu nối: đối với dây quấn 2 lớp

𝜆𝑡1 = 0,34.𝑞1

𝑙𝛿 (𝑙đ1− 0,64 𝛽 𝜏) = 0,34.

59,6 (28,316 − 0,64.0,58.7,85) = 3,197 Trong đó: lđ1 = 28,136 (cm) chiều dài phần đầu nối dây quấn Stato

β =0,833 τ =23,56(cm)

∗ Hệ số từ dẫn tản:

Σλ1 =λr1 + λt1 + λđ1 = 1,1853 + 0,9676 + 3,197 = 5,3499

67 Điện kháng tản dây quấn Stato

Theo công thức Giáo trình TKMĐ ta có:

b = 6,19 (mm) bề rộng rãnh Rôto phía miệng rãnh

hr2 = 16,2 (mm) chiều cao rãnh Rôto

DV = 9,54 (cm) đường kính trung bình của vành ngắn mạch

lδ’’ ≈ l2 =9,6 (cm) đối với Rôto lồng sóc không có rãnh thông gió

24

69 Điện kháng tản dây quấn Rôto

Theo công thức với Rôto lồng sóc:

71 Điện kháng hỗ cảm (Khi không xét rãnh nghiêng)

Trong đó: U1 = 220 (V) điện áp pha đặt vào dây quấn Stato

Iμ = 7,47 (A) dòng điện từ hoá

Ω

Tính theo đơn vị tương đối: 𝑥12∗ =𝑥12.𝐼1𝑑𝑚

𝑈1 =39,8402.28,23

220 = 3,8123

PHẦN VI : TỔN HAO TRONG THÉP VÀ TỔN HAO CƠ

73 Trọng lượng răng Stato

GZ1 = Fe.Z1.hZ1.bZ1.l1.kC1.10-3

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

hZ1 = 2,28 (cm) chiều cao răng Stato

bZ1 = 0,6 (cm) bề rộng răng Stato

l1 = 9,6 (cm) chiều dài lõi sắt Stato

kC1 = 0,95 hệ số ép chặt lõi sắt Stato

⇒ G = 7,8.30.2,28.0,6.9,6.0,95.10-3 = 2,92 (kg)

74 Trọng lượng gông từ Stato

Gg1 = Fe.l1.Lg1.hg1.2p.kC1.10-3

Trong đó: lg1 = 36,47 (cm) chiều dài mạch từ gông từ

Stato hg1 = 3,98 (cm) chiều cao gông từ Stato

⇒ Gg1 =7,8.9,6.36,47.3,98.2.0,95.10-3 = 20,65 (kg)

75 Tổn hao cơ bản trong lõi sắt Stato

∗ Tổn hao trong răng: Theo công thức ta có:

PFeZ1 =kgiacông Z1.pFeZ1.B2Z1.GZ1.10-3

Trong đó:

• kgiacông Z1 =1,8 hệ số gia công răng Stato, đối với động cơ có P ≤ 250

(KW)

• GZ1 = 2,92 (kg) trọng lượng răng Stato

• pFeZ1 = 2,5 suất tổn hao trong lá thép ,tra bảng V–14 phụ lục V Thay số vào ta được:

PFeZ1 =1,8.2.5.(2,038)2.2,92.10-3 = 0,055 (kW)

∗ Tổn hao trong gông Stato

PFeg1 =kgiacông g1.pFeg1.Bg1.Gg1.10-3

Trong đó: Gg1 = 20,65 (kg) trọng lượng gông từ Stato

kgiacông g1 =1,6 hệ số gia công gông Stato, với Pđộng cơ ≤ 250 (kW)

76 Tổn hao bề mặt trên răng Rôto

Ở máy điện không đồng bộ tổn hao bề mặt lớn vì

khe hở không khí nhỏ, Tổn hao chủ yếu tập trung trên mặt

Rôto còn trên mặt Stato ít hơn vì nói chung miệng rãnh

B0: biên độ dao động của mật độ từ thông tại khe hở không khí,

hZ2 = 1,46 (cm) chiều cao răng Rôto

78 Tổng tổn hao trong thép lúc không tải

Theo công thức ta có

PΣFe = P’Fe + Pbm + Pđm

= 0,241 + 0,0064 + 0,0034 = 0,2508 (kW)

Trong đó: P’Fe : tổn hao cơ bản trong lõi sắt

Pbm : tổn hao bề mặt răng Rôto

Pđm : tổn hao đập mạch răng Rôto

79 Tổn hao đồng trong dây quấn Stato

Theo công thức ta có: P Cu1 = m1.I12 .R1 10−3

Trong đó: m1 =3 số pha dây quấn Stato

1 = 28,23 (A) dòng điện trong dây quấn Stato

R1 = 0,48 (Ω) điện trở tác dụng dây quấn Stato

Trong đó:

𝑅1 = 𝜌(750 ) 𝑙1

𝑛1𝑎1𝑆1

l1 = 96 (m) chiều dài dây quấn của 1 pha Stato

n1 =2 số sợi dây ghép song song

80 Tổn hao cơ

Tổn hao cơ hay tổn hao ma sát phụ thuộc vào áp suất trên bề mặt ma sát, hệ

số ma sát và tốc độ chuyển động tương đối của bề mặt ma sát

Đối với loại động cơ không có rãnh thông gió hướng kính và có quạt thổi ngoài vỏ ta có:

1000)2 (𝐷𝑛

10)4 10−3

Trong đó: Dn = 27,2 (cm) đường kính ngoài Stato

n1 = 3000 (Vòng/phút) tốc độ quay của động cơ

KT: hệ số, với động cơ có 2p=2 ta có

Do đó: 𝑃𝑐ơ = 0,466(𝑘𝑊)

81 Tổng tổn hao của toàn máy khi không tải

P0 = PΣFe + PCu1 +Pcơ = 0,2508 + 1,004 + 0,466 = 1,7208 (kW)

82 Hiệu suất của động cơ

Tổn hao khi tải định mức: Pf = 0,005.Pđm = 0,005.15 =

Bảng 01

bảng 02