Tài liệu Đồ án tốt nghiệp - Thiết Kế Động Cơ không đồng bộ Rôto Lồng Sóc doc

Động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc là loại có kết cấu đơn giản nhất nên chiếm một số lượng khá lớn trong các loại động cơ điện công suất nhỏ và trung bình.. Rơto : Nếu đường kính

Đồ án tốt nghiệp

Thiết Kế Động Cơ không đồng bộ Rôto

Lồng Sóc

LỜI NÓI ĐẦU

Xã hội không ngừng phát triển, nhu cầu sinh hoạt ngày càng được nâng

cao Động cơ điện là một thiết bị không thể thiếu trong quá trình sinh hoạt sản xuất đặc biệt là trong công nghiệp Do có kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, sử dụng và bảo quản thuận tiện, giá thành rẻ nên động cơ điện không đồng bộ được sử dụng rất rộng rãi

Động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc là loại có kết cấu đơn giản nhất nên chiếm một số lượng khá lớn trong các loại động cơ điện công suất nhỏ và trung bình

Trong quá trình học tập ở trường em nhận được đề tài “Thiết kế động

cơ không đồng bộ rôto lồng sóc” Đồ án được chia làm hai phần và 10

chương:

Phần I : Tổng quan về động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc

Phần II : Tính toán động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc

Chương I : Xác định các kích thước chủ yếu

Chương II : Tính toán sơ bộ stato

Chương III : Tính toán sơ bộ rôto

Chương IV : Tính toán mạch từ

Chương V : Thông số của động cơ ở chế độ định mức

Chương VI : Tổn hao thép và tổn hao cơ

Chương VII : Đặc tính làm việc

Chương VIII: Tính toán đặc tính khởi động

Chương IX : Tính toán nhiệt

Chương X : Trọng lượng vật liệu và chỉ tiêu sử dụng

Trong quá trình thiết kế chắc chắn không tránh được những sai sót và khuyết điểm rất mong sự góp ý của thầy để em nắm vững hơn kiến thức về

máy điện Xin chân trọng cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo BÙI VĂN THI đã giúp em hoàn thành đồ án này

PHẦN I

TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

BA PHA LỒNG SÓC

A Kết cấu của động cơ điện không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc

Bao gồm hai kết cấu chính là mạch từ và dây quấn , ở đó diễn ra sự

biến đổi năng lượng điện cơ và các bộ phận kết cấu khác

Mạch từ của động cơ là hai khối thép đồng trục cách nhau bởi một khe

hở không khí 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 Do từ thông trong khối thép

là xoay chiều nên các lá thép được ghép bằng các lá thép kỹ thuật điện (tôn silíc ) dày 0,35 ÷0,5 mm để giảm tổn hao do dòng xoáy Các dây quấn của động cơ được đặt hai phía khe hở trong các rãnh của stato và rôto Các bộ phận kết cấu khác bao gồm : Vỏ máy , nắp máy , trục , ổ bi và quạt gió làm mát …

1.Vỏ stato :Có nhiệm vụ truyền nhiệt , làm mát và lắp đặt các chi tiết phụ vỏ

phải đảm bảo về độ cứng và độ bền sau khi lắp lõi thép và gia công vỏ

Vỏ có hai loại , loại gang đúc và loại thép tấm hàn lại Loại gang đúc được chia làm hai loại : Loại có gân trong và loại không có gân trong:

Loại có gân trong có đặc điểm là khi gia công tốc độ cắt gọt chậm Phương pháp cố định lỏi sắt trong máy điện cở nhỏ và vừa thường là đai lõi thép lại rồi ép vào vỏ hoặc xếp trực tiếp các lá thép váo rồi chốt hai đầu lại Ở máy điện lớn thì xếp các lá tôn silíc vào vỏ rồi dùng bulông ép lại Loại vỏ bằng thép tấm hàn gồm ít nhất là hai vòng thép tấm trở lên và nhưng gân ngang làm khung

Khi đuờng kính ngồi lõi sắt nhỏ hơn một mét thì dùng tấm nguyên để làm lõi sắt , lõi sắt sau khi ép vào vỏ sẽ cĩ một chốt cố định với vỏ để khỏi bị quay dưới tác dụng của mơmen điện từ Nếu đường kính ngồi lớn hơn mợt mét thì dùng các tấm hình rẻ quạt ghép lại , khi ấy để ghép chặt lõi sắt thường dùng hai tấm thép dày ép hai đầu để tránh lực hướng tâm

và lực hút các tấm thường làm những cánh đuơi nhạn hình rẽ quạt trên các tấm để ghép các tấm vào các gân trên vỏ máy

3 Rơto :

Nếu đường kính rơto nhỏ hơn 350 mm thì lõi sắt rơto thường được ép trực tiếp lên trục hoặc ống lồng trục , đĩ là vì đường kính rơto khơng lớn, phần trong của lá thép cắt ra khơng dùng được vào việc gì cĩ giá trị kinh tế lớn mà kết cấu của rơto lại được đơn giản hĩa Việc dùng ống lồng cũng rất hạn chế , chỉ dùng khi cần thiết như động cơ điện trên tàu điện để thay trục được dễ dàng Khi đường kính rơto lớn hơn 350 mm đường kính trong rơto cố gắng lấy ra lớn hơn để dùng lõi thép lấy ra sử dụng vào việc khác ,

do đĩ cần cĩ giá đỡ rơto Khi đường kính rơto lớn hơn 1000 mm thì dùng các tấm tơn silíc hình rẻ quạt gép lại Khi đĩ dùng giá đỡ rơto hình sao giá đỡ rơto trong các máy lớn thường làm bằng thép tấm ghép lại Lõi sắt thường được ép chặt với áp suất từ 5 Kg/cm2 đối với cỡ trung , đến 10 Kg/cm2 với máy cỡ nhỏ và phải cĩ vịng ép để giữ chặt áp suất đĩ , để tránh lõi sắt ở hai đầu bị tản ra thì trong các máy nhỏ thường dùng những tấm thép dày 1,5 mm ép lại Trong máy lớn thường dùng những tấm ép cĩ răng , răng phải tán hay hàn vào lá thép ép để khi quay khơng văng ra Rơto động cơ điện khơng đồng bộ rơto lồng sĩc thường cĩ rãnh nửa kính và được đúc đầy trong rãnh rơto là các thanh dẫn bằng nhơm hoặc đồng , các thanh dẫn này dài ra khỏi lõi sắt và được nối tắt hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng nhơm hoặc đồng làm thành một cái lồng mà người ta quen gọi

là lồng sóc Trong máy điện cỡ nhỏ rãnh rôto thường được làm chéo đi một góc so với tâm trục

4 Quạt gió :

Nhiệm vụ của quạt gió là tạo ra một áp suất đủ lớn để đưa dòng khí cần thiết qua hệ thống thông gió của máy đễ làm mát máy Quạt được gắn trên trục động cơ , tốc độ của quạt là tốc độ của động cơ , kích thước của quạt bị giới hạn bởi kết cấu của động cơ , trong máy điện thường có ba loại quạt thường dùng : Quạt ly tâm , quạt hướng trụ và quạt hổn hợp ly tâm và hướng trục , nhưng thông dụng nhất vẫn là quạt ly tâm Ở quạt ly tâm khi cánh quạt quay không khí ở giửa khe các cánh quạt bị đẩy ra ngoài dưới tác dụng của lực ly tâm , do đó ở vùng vòng trong của cánh quạt nơi lỗ gió vào tạo thành vùng không khí loãng còn vùng ngoài của vòng ngoài cánh quạt nơi thoáng gió ra có áp suất cao , quạt ly tâm được dùng nhiều trong máy điện vì tạo được áp suất khí cao phù hợp với đặc tính của hệ thống thông gió trong máy điện nhưng nhược điểm của nó là hiệu suát thấp

5 Dây quấn :

Dây quấn của động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc gồm nhiều phần tử nối với nhau theo một qui luật nào đó Phần tử ở đây chính là bối dây và được đặt vào trong các rãnh phần ứng Bối dây có thể chỉ là một vòng dây ( gọi là dây quấn kiểu thanh dẫn , bối dây thường chế tạo dạng 1/2 phần tư và tiết diện thường lớn) , củng có thể có nhiều vòng dây (tiết diện dây nhỏ và gọi là dây quấn kiểu vòng dây ) Số vòng dây của mỗi bối dây , số bối dây của mỗi pha và cách nối phụ thuộc vào công suất , điện áp , tốc độ , điều kiện làm việc của máy và quá trình tính toán điện từ Dây quấn có các yêu cầu sau :

a Điện áp ba pha phải bằng nhau , trong dây quấn ba pha điện áp ba pha lệch nhau 120o góc độ điện

b Điện trở và điện kháng của các mạch song song của ba pha bằng nhau

c Có thể đấu thành các mạch song song khi cần thiết

d Dùng vật liệu dây dẫn điện ít nhất , phần đầu nối càng ngắn càng tốt để thu ngắn chiều dài của máy và đỡ tốn vật liệu

e Dễ chế tạo và sửa chữa

f Cách điện giữa các vòng dây , các pha và với đất ít tốn kém và chắc chắn

g Kết cấu chắc chắn , có thể chịu được ứng lực cơ khi máy bị ngắn mạch đột ngột hay khi khởi động

- Dây quấn động cơ có nhiều kiểu :Dây quấn một lớp , hai lớp , dây quấn đồng khuôn , dây quấn đồng tâm…

6.Trục động cơ :

Ngoài việc phải chịu toàn bộ trọng lượng của rôto ra , trục còn chịu mô men xoắn và mômen uốn trong quá trình truyền động tải , trục còn chịu lực hướng trục thường là lực kéo như ở các máy kiểu trục đứng Ngoài những tải trên , trục còn phải chịu lực từ một phía do khe hở không khí không đều gây ra Trục có các yêu cầu sau :

a Phải có đủ độ bền ở tất cả các tiết diện của trục khi máy làm việc kể cả khi

có sự cố ngắn mạch

b Phải có đủ độ cứng để tránh sinh ra độ võng lớn làm rôto chạm stato

c Tốc độ giới hạn của trục phải khác nhiều với tốc độ khi máy làm việc bình thường Kích thước đầu trục của động cơ được tiêu chuẩn hóa các kích thước lựa chọn ở bảng VIII sách thiết kế máy điện

7 Gối trục :

Máy điện có thể dùng gối trục là ổ bi hay ổ trượt Máy điện nhỏ và vừa hiện nay dùng ổ bi là chủ yếu , chỉ trong những máy nhỏ yêu cầu không có

tiếng ồn mới dùng bạc Máy lớn phải dùng ổ bi , ổ bi có các ưu điểm sau là kích thước nhỏ , kết cấu gọn , độ mài mòn không lớn , bảo dưỡng đơn giản , tổn hao ma sát nhỏ , điều này rất quan trọng đối với những máy thường khởi động

B Hoạt động của động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc :

Động cơ làm việc dựa vào định luật về luật điện từ f tác dụng lên thanh dẫn có chiều dài l khi nó có dòng điện I và nằm trong từ trường có từ cảm

B Chiều và độ lớn của lực f được xác định theo tích véc tơ f=i.l.B Đó chính là định luật cơ bản của động cơ biến đổi điện năng thành cơ năng Khi động cơ được cấp điện , dòng điện trong dây quấn stato sinh ra trong lõi sắt stato một từ trường quay với tốc độ đồng bộ n1 = 60.f / p1 , trong đó

f1 là tần số dòng điện lưới đưa vào , p là số đôi cực của máy , thì từ trường này quét qua thanh dẫn nhiều pha tự ngắn mạch đặt trên lõi sắt rôto và cảm ứng trong thanh dẫn đó sức điện động và dòng điện Từ thông do dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của stato tạo thhành từ thông tổng ở khe

hở Dòng điện trong thanh dẫn rôto tác dụng với từ thông khe hở này sinh

ra mômen Tác dụng đó làm cho rôto quay với vận tốc không đồng bộ n (n

< n1) Để chỉ phạm vi tốc độ của động cơ người ta dùng hệ số trượt s , theo định nghĩa hệ số trượt bằng :

S% = 1

1

n n 100 n

−

PHẦN II TÍNH TOÁN ĐỘNG SƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

Ngoài ra việc chọn tải đường A và Bδ ảnh hưởng rất nhiều đến kích

thước chủ yếu D và l Đứng về mặt tiết kiệm vật liệu thì nên chon A và Bδ lớn, nhưng nếu chọn quá lớn thì tổn hao đồng và sắt tăng lên, làm máy quá

nóng, ảnh hưởng đến tuổi thọ của máy Do đó khi chọn A và Bδ cần xét đến chất lượng vật liệu sử dụng Nếu dùng vật liệu dẫn từ tốt (có tổn hao ít hay có 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 tỉ 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 tỉ lệ với dòng điện từ hoá với dòng điện định mức

( )

1 1

10 Đường kính ngoài stato

Theo bảng IV.1 phụ lục IV (sách thiết kế máy điện): Dãy công suất

chiều cao tâm trục của động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc kiểu

IP44 theo tiêu chuẩn Việt Nam, cấp cách điện cấp B Dựa theo công suất (KW) và số cực (2p) ta tra được chiều cao tâm trục h=80 (mm) tương ứng với động cơ có công suất :

U1=220 V P=0,75kW

CHƯƠNG II

TÍNH TOÁN SƠ BỘ STATO

Dạng rãnh stato phụ thuộc vào thiết kế điện từ và dây dẫn, rãnh phải được thiết kế sao cho vừa số dây dẫn thiết kế kể cả phần cách điện và công nghệ chế tạo dễ dàng Mật độ từ thông trên gông và răng không được vượt quá một trị số nhất định nào đó để đảm bảo tính năng của máy

16 Số rãnh stato Z 1 :

1 1

Z =2.m.p.q =2.3.2.3 36=( Tính theo công thức 10-9 ) Trong đó: q -số rãnh một pha dưới một cực, ở đây chọn : 1

q1=3 p=2

m=3 số pha

17 Bước rãnh stato t 1 :

1 1

q1=3

Ur1=180

a1=2

Theo hình 10.4 Với h=80mm, IP44, 2p=4, Dn=13,1 cm chọn được AJ=1670 A / cm.mm 2 2

-Tính lại tải đường :

Tải đường tính được = 234 không sai khác nhiều so với lúc chọn sơ bộ =

235 nên không cần tính lại

-Mật độ dòng điện J1:

2 1

AJ 1670

= = = (10-7 ) -Tiết diện dây stato sơ bộ:

2 1

PETV và PET155:

1

s =0,132 mm2 tiết diện dây quấn stato

cd

d =0,44 mm đường kính dây kể cả cách điện

d =0,40 mm đường kính dây không kể cách điện

21 Kiểu dây quấn :

-Chọn dây quấn 2 lớp bước ngắn

-Chọn bước dây quấn y=8

-Buớc cực Z1 36

92p 4

τ = = = (rãnh)

-Hệ số rút ngắn: y 8 0,888

9

β = = =τ

1 r

1

20sin q sin 3

Trong đó:α = 0,64 δ

τ = 6,52cm

lδ=6,314 cm

φ = 1,849.10-3 Wb

Nhận xét: Như vậy so với giá trị ban đầu chọn, ta tính được Bδ không

sai lệch nhiều nên các thông số đã tính là chấp nhận được

26 Sơ bộ răng rãnh stato:

Theo bảng 10.5a,b với h=80mm ; 2p=4 ; IP44

Ta có: Bz1 = 1,7 ÷ 1,95T Ta chọn BZ1=1,7T

-Chiều cao sơ bộ răng:

z1 z1 c z1 c

-Chiều cao sơ bộ gông stato:

27 Kích thước rãnh và chiều cao rãnh:

Chọn dạng rãnh hình quả lê, răng hình chữ nhật như hình trên

Chiều cao miệng rãnh h41=0,5÷0,8 mm, ta chọn h41 =0,5mm, chiều rộng miệng rănh b41=2 mm

-Theo công thức (2-32) sách động cơ điện không đồng bộba pha công suất nhỏ ta có :

Theo bảng VIII.1 sách thiết kế máy điện:

Ta có:C=0,2 mm là bề dày cách điện giữa dây quấn và stato,

C’=0,3 la øbề dày cách điện giữa hai lớp dây trong rãnh

CHƯƠNG III

TÍNH TOÁN SƠ BỘ RÔTO

Thiết kế rãnh rôto cũng chính là xác định diện tích rãnh roto (diện tích thanh dẫn lồng sóc) Do điện trở r2 và điện kháng x2 của rôto có quan hệ với hình dạng rãnh rôto Nên khi thiét kế xong stato thì việc thiết kế rôto trực tiếp ảnh hưởng đến tính năng mở máy

Ngoài ra việc chọn số rãnh rôto Z2 rất quan trọng Để có tính năng tốt thì chọn Z2 theo sự hạn chế nhất định

Để giảm lực ký sinh tiếp tuyến, hướng tâm, và để triệt tiêu sóng điều hoà bậc cao thì thường làm nghiêng rãnh rôto

34 Kích thước sơ bộ răng rãnh rôto:

Theo bảng 10.6 (Tr 246 TLTKMĐ) với 2p = 4; Z1=36,chọn Z2=30 rãnh

35 Đường kính ngoài rôto D’:

-Các kích thước chế tạo và lắp đặt của trục rôto được chọn ở phụ lục III trang 600 sách thiết kế máy điện

39 Dòng điện thanh dẫn rôto I td :

Theo hình 10.5 với cosϕ =0,8chọn kI=0,84

Z2=30 rãnh

41 Tiết diện thanh dẫn :

Chọn thanh dẫn đúc nhôm với mật độ dòng điện J2=3,5A/ mm2

2 td

td 2

42 Diện tích vành ngắn mạch sv:

Chọn Jv=3 A/ mm ,thường chọn mật độ dòng điện trong vành ngắn mạch 2

Jv nhỏ hơn trong thanh dẫn (20÷25)%

2 v

v v

Chọn rãnh rôto hình quả lê như hình vẽ:

s 129

7,2mm

b = 18 = ,chọn av=7 mm -Tiết diện vành ngắn mạch Sv :

2 r2

I 160

Ta thấy J2=3,48 (A / mm ) không sai khác nhiều so với lúc chọn sơ bộ 2

J2 =3,5 A/mm2 nên không cấn tính lại

bn =t 1 = 0,724 (cm)

CHƯƠNG IV

TÍNH TOÁN MẠCH TỪ

51 Hệ số khe hở không khí :

2 2

53 Mật độ từ thông răng stato:

1 z1

F =2.h H =2.1,39.17,5 48,65 A= (4-43 ) Trong đó: hr2=15 mm

d2=0,2 mm

59 Hệ số bão hoà răng:

z1 z2 z

F F F 334,9 41,0 48,65

δ δ

F =48,65 A

Hệ số bảo hoà răng kz=1,26 đảm bảo yêu cầu kỹ thuật là : (kz=1,2÷1,5)

60 Mật độ từ thông trên gông stato:

Trong đó:φ =1,849.10−3 (Wb)

g1

h =1,13 cm 1

l =6,314 cm c

k =0,97Theo bảng V-9 (TLTKMĐ) Với Bg1 =1,36 T ta có g1

H =5,85 A / cm

61 Chiều dài mạch từ ở gông stato:

n g1 g1

63 Mật độ từ thông trên gông rôto:

( Tính theo công thức4-55)

F =48,65 A g1

F =55 A g2

= = = (4-81 ) Trong đó: Fδ =334,9 A

CHƯƠNG V

THÔNG SỐ CỦA ĐỘNG CƠ Ở CHẾ ĐỘ ĐỊNH MỨC

70 Chiều dài phần đầu nối của dây quấn stato:

d1 d1 y

l =k τ +2B 1,3.7,59 2.1 11,86 cm= + = (3-29 ) -Theo bảng 3.4 ta có B =1cm, Kd1 =1,3

71 Chiều dài trung bình nửa vòng dây của dây quấn stato:

tb d1 1

l =l + =l 11,86 6,314 18,17 cm+ = (3-28 ) Trong đó: ld1=11,86 cm

n = : Số sợi ghép song song 11