Đồ án máy điện thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha

Trang 1

ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN

" Thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha "

Trang 2

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN

Lời nói đầu

Động cơ điện không đồng bộ ba pha là máy điện quay biến đổi điện năng thành

cơ năng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp cũng như trong đời sống hằng ngày của nhân dân sở dĩ nó được sử dụng rông rãi là vì cấu tạo đơn giản,làm việc chắc chắn, giá thành lại rẻ…

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, của quá trình công nghiệp hoá

- hiện đại hoá, các sản phẩm công nghệ yêu cầu phải tinh xáo, chất lượng, đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng Để làm được điều đó người kỹ sư thiết kế phải không ngừng nghiên cứu, tìm hiểu,nắm bắt sự phát triển của xã hội để chế tạo ra những loại máy điện phù hợp với xu thế phát triển của thời đại

Trong học kỳ này em được giao thiết kế động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc

do thầy giáo NGÔ ĐỨC KIÊN hướng dẫn vì là lần đầu tiên chưa có đầy đủ kinh nghiệm nên không thế tránh được thiếu sót trong thiết kế vậy mong thầy cô giáo sau khi xem xét đồ án có gì thiếu sót, sơ sài đóng góp ý kiến cho em

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo NGÔ ĐỨC KIÊN đã hướng dẫn em hoàn thành tốt đồ án

Sinh viên

Nguyễn Văn Ngọc

Trang 3

A LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

B LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Trang 4

YÊU CẦU THIẾT KẾ

Thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha

+ Động cơ rôto lồng sóc, kiếu kín IP44 , cách điện cấp B , dãy 3K theo

1 Tính toán các kích thước chú yếu

2 Tính toán thông số stato,rôto

+ Hệ số công suất: Cos = 0,9

+ Bội số dòng điện cực đại : ik = Ik

Trang 5

Ghi chú : Tất cả các số liệu tra bảng lấy từ sách THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN (TKMĐ) của TRẦN KHÁNH HÀ

I TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHÚ YẾU Những kích thước chủ yếu của động cơ điện không đồng bộ là đường kính trong stato D và chiều dài lõi sắt l Mục đích của việc chọn kích thước này là để chế tạo ra máy kinh tế hợp lý nhất mà tính năng phù hợp với 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 khuôn dập ,vật đúc, các kích thước và chi tiết tiêu chuẩn hoá …

+ p : Số đôi cực

2 Đường kính ngoài stato

+ Đường kính ngoài Dn có liên quan mật thiết với kết cấu động cơ, cấp cách điện và chiều cao tâm trục h đã được tiêu chuẩn hóa Vì vậy thường chọn Dn theo h + Tra bảng 10.3 sách “TKMĐ” với chiều cao tâm trục là h = 200mm thì đường kính ngoài stato theo tiêu chuẩn là :

Dn = 34,9 cm = 349 mm

3 Đường kính trong stato

Xác định đường kính trong stato theo công thức :

Trong đó kd là hệ số tỉ lệ giữa đường kính ngoài và đường kính trong

Trang 6

4 Công suất tính toán

P’ = keP

ηcos =

0,98.370,91.0,9 = 44,27 kW Trong đó :+ ke là hệ số công suất định mức lấy theo hình 10-2 sách “TKMĐ” + η và cos lấy theo TCVN 1987-1991

5 chều dài tính toán của lõi sắt stato

+ n1 : Tốc độ đồng bộ

Sơ bộ chọn : kd = 0,92  = 0,64

ks = 1,11 + Khi chọn A và B phải lựa chọ một cách thích hợp vì nó ảnh hưởng rất nhiều đến kích thước chủ yếu của D và l Đứng về mặt tiết kiệm vật liệu thì nên chọn

A và B lớn, nhưng nếu A và B 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 B cần xét đến chất liệu vật liệu sử dụng Nếu sử dụng vật liệu sắt từ tốt (có tổn hao ít hay độ từ thẩm cao) thì có thể chọn B lớn Dùng dây đồng có cấp cách điện cao thì có thể chọn

A lớn Ngoài ra tỷ số giữa A và B củng ảnh hưởng đến đặc tính làm việc và khởi động của động cơ không đồng bộ, vì A đặc trưng cho mạch điện , B đặc trưng cho mạch từ

Tra hình 10-3a sách “TKMĐ” ta được :

A = 370 A

cm

B = 0,77 T

Trang 7

Vậy : Ltt = 6,1.10

7

.44,270,64.0,92.1,11.370.23,52.1500 = 17,51 cm Lấy Ltt = 17,6 cm

 chiều dài lõi sắt stato-roto bằng :

(p = 2) và công suất 40kw (p=2) có cùng đường kính ngoài ( tức là cùng chiều cao tâm trục h = 200mm) hệ số tăng công suất :

 = 40

37 = 1,081

Do đó hệ số chỉ từ thông tản của máy 40kw là :

40 = 37. = 0,953.1,081 = 1,03

Theo hình 10.3b sách “TKMĐ” ta thấy 37,40 đều nằm trong phạm vi kinh tế, do

đó việc chọn phương án trên là hợp lý

Trang 8

II TÍNH TOÁN THÔNG SỐ STATO - RÔTO

A TÍNH TOÁN THÔNG SỐ STATO

1 Số rãnh stato

+ Chọn q1 : Chọn q1 nhiều hay ít có ảnh hưởng đến số rãnh stato Z1 Số rãnh này không nên nhiều quá, vì vậy diện tích cách điện rãnh chiếm chỗ so với số rãnh ít sẽ nhiều hơn, do đó hệ số lợi dụng rãnh sẽ giảm đi Mặt khác về phương diện độ bền cơ

mà nói răng sẽ yếu Ít răng quá sẽ làm cho dây quấn phân bố không đều trên bề mặt lõi sắt nên sức từ động phần ứng có nhiều sóng bật cao nếu q1 nhỏ thì từ trường sóng bậc cao sẽ mạnh

+ Trị số q1 thường chọn theo số nguyên vì cải thiện được đặc tính làm việc và khả năng làm giảm tiếng kêu của máy Còn nếu q1 là phân số thì cũng một phần làm giảm suất điện động bậc cao nhưng chỉ được chọn trong một số trường hợp cần thiết mà

Trang 9

4 Số vòng dây nối tiếp của một pha

5 Tiết diện và đường kính dây dẫn

Chọn mật độ dòng điện J : Việc chọn ra 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 Tích số này tỷ lệ với suất tải nhiệt của máy Do đó theo kinh nghiệm thiết kế chế tạo, người ta căn cứ vào cấp cách điện để xác định AJ

+ Sơ bộ tính tiết diện dây :

s1 = Ipđm

a1.n1.J1

= 39,634.2.5,08 = 0,975 mm

2

Ở đây lấy n1 = 2 sợi

Theo phụ lục VI bảng VI.1 sách “TKMĐ” chọn dây đồng tráng Men PETV có đường kính d/dcđ = 1,12/1,20 mm , s = 0,985 mm2

Với: + d: Đường kính dây không kể cách điện (mm)

+ dcd: Đường kính dây kể cả cách điện (mm) + S: Tiết diện dây (mm2)

Trang 10

6 Kiểu dây quấn

Dây quấn stato đặt vào rãnh của lõi thép stato và được cách điện với lõi

thép Dây quấn có nhiệm vụ cảm ứng được sức điện động nhất định, đồng thời cũng tham gia vào việc chế tạo nên từ trường cần thiết cho sự biến đổi năng lượng điện có trong máy

+ ở đây ta chọn dây quấn bước ngắn 2 lớp mục đích là để khử từ trường sóng bậc cao, giảm lượng đồng sử dụng,khử sóng bậc cao, giảm từ trường tản

ở phần bối dây và trong rãnh stato, làm tăng cosφ, cải thiện đặc tính mở máy động cơ, giảm tiếng ồn điện từ lúc động cơ vận hành

Chọn dây quấn 2lớp bước ngắn : y = 10

 = y

τ =

10

12 = 0,833 Trong đó : + y : khoảng cách giữa hai cạnh tác dụng của 1 phần tử +  : hệ số bước ngắn

sin4.1524.sin152 = 0,958

Trong đó :  là góc lệch pha giữa các suất điện động của

hai cạnh tác dụng đặt trong hai rãnh kề nhau

Trang 11

8 Từ thông khe hở không khí

+ L1 : Chiều dài lõi sắt stato

10 Sơ bộ định chiều rộng của răng

bZ1 = B.L1.t1

BZ1.L1.kc

= 0,765.17,6.1,538

1,8.17,6.0,93 = 0,7 cm Trong đó :

Trang 12

11 Sơ bộ định chiều cao gông stato

Ở đây lấy Bg1 = 1,55 T theo bảng 10.5a sách “TKMĐ”

Trong đó : +  : Từ thông khe hở không khí + L1 : Chiều dài tính toán lõi thép stato

12 kích thước rãnh và cách điện với công thức :

b41

h41 h12

Trang 13

Tra bảng VIII-1 phụ lục VIII sách “ TKMĐ” :

+ chiều dày cách điện rãnh là: c = 0,4 mm

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

+ Dùng tấm cách điện để cách điện cho rãnh và nêm

+ Chiều rộng miếng cactông nêm là : ( d1

2) + Của tấm cách điện giữa hai lớp :(d1 + d2)

* Diện tích có ích của rãnh

Sr = S’r - Scđ = 256,1 - 32,6 =223,5 mm2

* Hệ số lấp đầy rãnh

kđ = Ur.n1.d

2 cđ

Sr

= 57.2.1,2

2

223,5 = 0,734

Trang 14

15 Khe hở không khí

+ Theo kết cấu thì khe hở phụ thuộc vào kích thước đường kính ngoài rôto, khoảng cách giữa hai ổ bi và đường kính trục.Nguyên nhân là đường kính D ảnh hưởng đến dung sai lắp ghép của vỏ, nắp, lõi sắt, từ đó quyết định độ lệch tâm cho phép và lực từ một phía của máy Đường kính trục và khoảng cách giữa hai ổ bi quyết định độ võng của trục

+ Nếu chọn khe hở không khí nhỏ thì dòng điện không tải và cos cao, nhưng khe hở quá nhỏ làm cho việc chế tạo và lắp ráp thêm khó khăn, stato dể chạm với rôto làm tăng thêm tổn hao phụ và điện kháng tản tạp của máy cũng tăng

 = D

1200(1 +

92p ) =

Trang 15

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN B.TÍNH TOÁN THÔNG SỐ RÔTO

1 số rãnh rôto

Việc chọn số rãnh rôto lồng sóc Z2 là một vấn đề quan trọng vì khe hở không khí của máy nhỏ, khi mở máy mômen phụ do từ thông sóng bậc cao gây nên ảnh hưởng đến quá trình mở máy và ảnh hưởng cả đến đặc tính làm việc

Trong đó :

+ BZ2: Mật độ từ thông ở răng rôto + kc : Hệ số ép chặt lõi sắt, kc = 0,93 + Bδ : Mật độ từ thông khe hở không khí

+ t2 : Bước răng rôto

+ L2 : Chiều dài lõi sắt rôto

Trang 16

Trong đó:

+ Hệ số kI lấy theo hình 10-5 lấy kI = 0.89

+ kd : Hệ số dây quấn stato

7 Dòng điện trong vành ngắn mạch

Iv = Itd

12sin.p

Z2

= 620,5 1

2sin.238 = 1884,17 A

Trang 17

2

Với Iv là dòng điện trong vành ngắn mạch

10 Kích thước rãnh rôto và vành ngắn mạch Khi chiều cao tâm trục là h = 200mm ta cọn rãnh rôto hình ôvan

hr2 = h22 + h42 + d = 23,1 + 0,5 + 7,2 = 30,8mm

h42 b42

Trang 18

bn = t1 = 1,54 cm

30mm

40,9 mm 21,3 mm

3

6

Trang 19

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN III TÍNH TOÁN MẠCH TỪ

( 30,7)5+ 30,7 = 1,978

(1,50,7)

2

5+1,50,7 = 0,643

Trong đó :

+ B: Mật độ từ thông khe hở không khí

+ t1: Bước rãnh stato + bZ1 : Bề rộng răng stato + L1 : Chiều dài lõi sắt stato

Trang 20

5 Cường độ từ trường trên răng stato Theo bảng V-6 phụ lục V ta có :

.L2.kc

= 0,765.17,6.1,9310,869.17,6.0,93 = 1,812 T

Trong đó : + B: Mật độ từ thông khe hở không khí

+ t2: Bước rãnh rôto + bZ21/3 : Bề rộng răng rôto ở 1/3 chiều cao rãnh + L2 : Chiều dài lõi sắt rôto

8 Cường độ từ trường trên răng rôto Theo bảng V-6 phụ lục V ta có :

Trang 21

10 Hệ số bão hoà răng

- FZ1: Sức từ động trên răng stato

- FZ2: Sức từ động trên răng rôto

11 Mật độ từ thông ở gông stato

+  : Từ thông khe hở không khí

+ hg1: Chiều cao gông stato + kC: Hệ số ép chặt lõi thép

12 Cường độ từ trường ở gông stato Tra bảng V-9 phu lục V ta được :

14 Sức từ động ở gông stato

Fg1 = Lg1.Hg1 = 24,94.10,6 = 264,4 A

Trang 22

15 Mật độ từ thông trên gông rôto

+  : Từ thông khe hở không khí

+ hg2: Chiều cao gông rôto + kC: Hệ số ép chặt lõi thép

16 Cường độ từ trường trên gông rôto Tra bảng V-9 phụ lục V ta được :

+ Fg1 : Sức từ động trên gông rôto

+ Fg2 : Sức từ động trên gông stato

Trang 23

20 Hệ số bão hoà toàn mạch

22 Dòng điện từ hoá phần trăm

I% = I

Iđm

.100 = 11

39,63 100 = 28 %

Trang 24

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN III THAM SỐ ĐỘNG CƠ Ở CHẾ ĐỘ ĐỊNH MỨC

cơ, sinh ra điện kháng cơ bản, đó là điện kháng hổ cảm Từ thông móc vòng

tản chỉ móc vòng mỗi bản thân cuộn dây, sinh ra điện kháng tản x1 đối với

stato và x2 đới với roto, x1+x2 là điện kháng tổng của dây quấn động cơ

+ Điện trở động cơ giúp xác định những tổn hao của dây quấn động cơ ở

Trang 25

4 Điện trở tác dụng dây quấn stato

Tính theo đơn vị tương đối :

Trong đó + Al : Điện trở suất của nhôm

+ Sr2 : Tiết diện thanh dẫn rôto

-4

Ω Trong đó : + Dv : Đường kính vành ngắn mạch

+ rtd : Điện trở dây quấn rôto

Trang 26

8 Hệ số quy đổi  = 4.m1(w1.kd1)

+ w1 : Số vòng dây nối tiếp của một pha

+ kd1 : Hệ số dây quấn stato

3,29,1 +

0,5

3 ).0,875 = 1,208

Trang 27

11 Hệ số từ dẫn tạp stato t1 = 0,9 t1(q.kd)

2

.t1.k41

k. σ1 Với : k41 = 1 - 0,03 b41

2

t1. = 1 - 0,03

0,321,538.0,07 = 0,9724 1t = 0,72 và σ1 = 0,0062 theo bảng 5.3 và bảng 5.2b sách “TKMĐ”

 t1 = 0,9 1,538(4.0,925)

2

.0,72.0,97241,125.0,07 0,0062 = 1,045

+ L : Chiều dài tính toán của lõi sắt stato

+ Lđ1 : Chiều dài phần đầu nối dây quấn stato

Trang 28

Tính theo đơn vị tương đối :

+ w1 : Số vòng dây nối tiếp của một pha

+ L : Chiều dài tính toán của lõi sắt stato

.7,228.207)

2

+0,66- 1,5

2.7,2 .1 +

0,51,5 = 2,048

16 Hệ số từ dẫn tạp rôto

2 2 2 2

.

) ( 9 , 0

k k

1 1 ) 12

38 1 ( 93 , 1 9 ,

= 2,036

Trang 29

19 Hệ số từ tản rôto 2 = r2 + t2 + đ2 + rn

Trang 30

Tổn hao trong máy động cơ điện có thể phân thành những loại sau:

+ Tổn hao trong sắt ở stato và rôto do từ trễ và dòng điện xoáy khi từ thông

chính biến thiên Ngoài ra trong tổn hao sắt còn tính đến các tổn hao phụ gọi là tổn hao bề mặt và tổn hao đập mạch do sự thay đổi từ trễ và sự thay đổi lần lượt vị trí tương đối của rãnh stato và rôto

+ Tổn hao trong đồng do hiệu ứng Jun gây nên trong dây quấn và ở nơi tiếp

xúc giữa chổi than và vành góp hoặc vành trượt

+ Tổn hao phụ khi có tải do sự đập mạch của từ thông tản ở động cơ điện

xoay chiều hoặc do sự biến dạng của từ trường phản ứng phần ứng và từ trường của phần tử đổi chiều ở động cơ điện một chiều

+ Tổn hao cơ: do ma sát ở vòng bi, ma sát giữa chổi than với vành góp hay

vành trượt và ma sát giữa không khí với các bộ phận quay Tổn hao trên quạt gió cũng kể vào tổn hao cơ

1 Khối lượng răng stato

 GZ1 = 7,8.48.0,703.2,377.17,6.0,93.10-3 = 10,24 kg

Trong đó: + Z1 : Số răng stato

+ bZ1 : Chiều rộng răng stato

+ kc : Hệ số ép chặt lõi thép

Tiêu đề	Đồ Án Máy Điện Thiết Kế Động Cơ Không Đồng Bộ 3 Pha
Tác giả	Nguyễn Văn Ngọc
Người hướng dẫn	Ngô Đức Kiên
Trường học	Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Điện
Thể loại	Đề án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Vinh

Định dạng
Số trang	56
Dung lượng	679,22 KB