THIẾT kế máy điện CÔNG NGHIỆP thiết kế máy biến áp điện lực ba pha công suất ì600 kVA ,thiết kế động cơ không đồng bộ roto lồng sóc của ABB 30 kw

1 Các yêu cầu thiết kế của động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc...38 Bảng B.. 2 Các đặc tính làm việc của động cơ không đồng bộ roto lồng sóc...56 Bảng C... 4 Đồ thị mối quan hệ giữa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

THIẾT KÉ MÁY ĐIỆN CÔNG

NGHIỆP

Nguyễn Văn Luận

luan.nvl 74037@sis.hust.edu vn

MSSV:20174037 KTĐ04_K62 Ngành Kĩ Thuật Điện Chuyên ngành Thiết Bị Điện - Điện Tử

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Vũ Thanh

Thiết bị điện - điện tửĐiện

MSVVtệỉ0 ÌNCOỵr _ăn Luận

1 Đe tài thiết ke

- Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha công suất Ì600 kVA

- Thiết kế động cơ không đồng bộ roto lồng sóc 30 kw

- Thiết kế động cơ không đồng bộ roto lồng sóc của ABB 30 kw

2 Các số liêu thiết kế ban đầu

a) Máy biến áp điên lực ba pha công suất 1600 kVA

• Dung lượng s= Ì600 kVA

• Điện áp UÌ/U2 = 690/35000 V

• Tần số f= 50 Hz

• Tổn hao không tải P0=3Ì00 w

• Tổn hao ngắn mạch Pn=Ì8000 w

• Tổ nối dây Y/Yn-0

b) Động cơ không đống bộ roto lồng sóc 30 kW

• Chiều cao tâm trục h=200 mm

c) Động cơ không đồng bộ roto lồng sóc ABB 30 kW

• Chiều cao tâm trục Ì 80 mm

Bộ GIẢO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐHBK HÀ NộI

3 Nội dung tínb toán và thiết kế

- Tính toán các kích thước chủ yếu

- Tính toán điện từ

- Tính toán nhiệt

CÁN Bộ HƯỚNG DẪN

TS Nguyễn Vũ Tbanb

MỤC EỤC

A Thiết Kế Máy B iến Áp

I Nhiệm vụ thiết kế 9

II Thiết kế kích thước chủ yếu 9

1 Xác định đại lượng cơ bản 9

2 Chọn số liệu xuất phát vàtính toán kích thước chủa yếu 10

III T ính toán dây quấn 16

1 Dây quấn HA 16

2 Dây quấn CA 18

IV Tính toán các tham số ngắn mạch 22

1 Tổn hao 22

2 Điện áp ngắn mạch 27

3 Tính tOánlực cơ học khi ngắn mạch 25

V Tính toán cuối cùng ve hệ thống mạch từ 27

1. Chọn kết cấu mạch từ 27

28

2. Tổng chiều dày các lá thép của tiết diện trụ hoặc gông 28

3. Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ 28

4. Tiết diện bậc than của gông 28

5. Thề tích một góc của mạch từ 28

6. Tiết diện hữu hiệu ( thuần sắt ) của trụ 28

7. Thề tích thuần sắt một góc của mạch từ 29

8. Chiều cao trụ 29

9. Khoảng cách giữa hai tâm trụ 29

10. Trọng lượng sắt một góc 29

11. Trọng lượng sắt gông 29

12. Trọng lượng sắt trụ 29

13. Trọng lượng toàn bộ sắt của trụ và gông 29

VI Tính toán tổn hao và dòng điện không tải 29

1 Hệ số tự cảm trong trụ sắt và trong gông 29

2 Suất tổn hao 30

3 Các hệ số khác 30

4 Tổn hao không tải 30

5 Suất từ hóa 30

6 Công suất từ hóa không tải 30

7 Thành phần phản kháng của dòngđiện không tải 31

8 Thành phần tác dụng của dòng điện không tải 31

9 Hiệu suất của mba khi tải định mức 31

VII Tính toán nhiệt 32

1 T ính toán nhiệt của dây quấn 32

2 Tính toán nhiệt độ thùng 33

B Thiết Kế Động Cơ Mau 38

I Yêu cầu thiết kế 38

II Thiết kế 38

1 Kích thước chủ yếu 38

2 Dây quân rãnh stato và khe hờ không khí 40

3 Dây quấn, rãnh và gông roto 44

4 Tính toán mạch từ 46

5 Tham số của động cơ điện ờ chế độ địn mức 49

6 Tổn hao thép và tổn hao cơ 53

7 Đặc tính làm việc 55

8 Tính toán đặc tính khời động 56

9 Tính toán nhiệt 60

10 Trọng lượng vật liêu tác dụng và chỉ tiêu sử dụng 64

C Thiết Kế Động Cơ ABB ’ ’ 65

I. Yêu cầu thiết kế 65

II. Thiết kế 66

1 Các kích thước chính của stator 66

2 Dây quấn Stato 68

3 Kích thước rãnh stato 71

4 Rãnh roto 73

5 Dòng điện từ hóa 76

6 Điện trờ và cuộn dây 77

7 Tổn hao và hiệu suất 82

8 Đặc tính hoạt động 85

9 Tăng nhiệt độ 87

III. Thuật toán hiệu chỉnh 88

1 Hiệu chỉnh sức từ động trong răng stato Fmts và roto Fmtr 88

2 Hiệu chỉnh lại mật độ từ thông trên gông Bcs 89

3 Hiệu chỉnh hiệu suất 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình A 1: Đố thị mối quan hệ K và C’td 13

Hình A 2 Đố thị mối quan hệ giữ C’td và K 14

Hình A 3: Đố thị trọng lượng lõi sắt Gfe và dây quấn Gdq theo K 14

Hình A 4 Đố thị mối quan hệ giữa công suất không tải và dòng điện không tải theo K .15

Hình A 5: Các thông số kích thước mạch từ của MBA 28

Hình A 6 Các thông số kích thước mạch từ của MBA 28

Hình A 7 Các khoảng cách tối thiều bên trong và kích thước thùng của mba 33

Hình A 8 Bố trí của các bộ làm lạnh trên vách thùng dầu 36

Y Hình B.1 Kích thước của rãnh stato 42

Hình B 2 Kích thước của rãnh roto 45

Hình C 1 Đố thị hệ số Esson 67

Hình C 2 Đố thị mối quan hệ giữa Kf và ai theo hệ số 1+ Kst 69

Hình C 3 Kích thước rãnh stato 71

Hình C 4 Loại rãnh roto 74

Hình C 5 Mô hình tương đương 78

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng A 1 Các thông số yêu cầu thiết kế 9

Bảng A 2 Bảng giá trị các giá trị Gfe, Gdd, theo K 14

Bảng A 3 Sơ đồ phân bố điều chỉnh điện áp 19

Bảng A 4 Các thông số kỹ thuật của các cuộn dây điều chỉnh 21

Bảng A 5 Kích thuớc lá thép 28

Y Bảng B 1 Các yêu cầu thiết kế của động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc 38

Bảng B 2 Các đặc tính làm việc của động cơ không đồng bộ roto lồng sóc 56

Bảng C 1 Các thông số yêu cầu khi thiết kế động cơ 66

Bảng C 2 Hệ số kinh nghiệm A 66

Bảng C 3 Hệ số KD theo số đôi cực 68

Bảng C 4 Đuờng kính dây quấn tiêu chuẩn 71

Bảng C 5 Mối quan hệ giữa số rãnh roto và stato 73

A Tbiết Kế Máy Biến Áp

I Nbiệm vụ tbiết kế

Tính toán mba dầu hai dây quấn BAD 1600/35 có số liệu nhu sau:

Điều kiện hoạt

Bảng A 1 Các thông số yêu cầu thiết kế

II Tbiết kế kícb tbước cbủ yếu

1 Xác địnb đại lưọng cơ bản

1.1 Dung luợng một pha

1.2 Dòng điện dây định mức

PT A.2 1

PT A.2 2

1.5 Điện áp thử của các dây quấn

Với dây quấn CA Uth2=85kV, với dây quấn HA Uth1=5kV

2 Cbọn số liệu xuất pbát và tínb toán kícb tbước cbủm yếu

2.1 Chiều rộng qui đổi từ rãnh từ tản giữa dây quấn CA và HA

Chọn số bậc thang trong trụ là 8, số bậc thang trong gông lấy là 7, hệ sốchêm kín lấy là kc=0.928, hệ số lấp đầy rãnh kd=0.97 Hệ số lợi dụng lõidắt klđ=kc.kd=0.928.097=0.9

thằng p”k= 25100 VA/m2, nối xiên p’k= 3190 VA/m2

2.5 Các khoảng cách điện điêu chỉnh, chọn theo Ut2 của cuộn cao áp

- trụ và dây quấn HA a01=15 mm

- dây quấn HA và CA a12=27mm

- ống cách điện giữa CA và HA ô 12 = 5 mm

- giữa các dây quấn Ca a22=3 0 mm

- tấm chắn giữa các pha ỗ 22 = 3 mm

- giữa dây quấn CA đến gông l’0=75mm

- phần đầu thừa của ống cách điện ld2=50mm

Các hằng số tính toán a,b gần đúng có thề lấy:a=1.4, b=0.31

Unr = 18000

10.1600 = 1,125%

PT A.2 9

PT A.2 10

Trọng lượng của một góc của lõi thép theo hình là

Diện tích khe hờ Ờ mối nối thằng là T’k=Tt= 0.0355 x 2

Diện tích khe hờ không khí mối nối nghieng T”k=

42 Tt=0.05029 x 2P0=

/ _ k po \ , /. , PT A.2 22

kf pt (ó COT^- + kg.pg. (0 -6 C 0+kpo

Công suất sơ bộ, từ hóa Ọ0 _ _ , _

Ọ 0=k if.k if.qt(Gt+0.5kiòÍG0)+k'if.kifqg(Gg+0.5kig.kirG0-6G0)+k if sum {qknkTk=2,514Gt+2,106Gg

Tiếp tục tính toán các số liệu với 5 giá trị K = 1.2 -1.6 Từ đó ta vẽ được đồ thị biểu

diễn mối quan hệ giữa K,Gfe,Gdq,Po,io,C’td theo f ( K)

PT A.2 21

2000.00

-1773.52 14.8

_ 158

1600.00

132 1126.0

Cbart Title

Hình A 4 Đồ thị mối quan hệ giữa công suất không tải và dòng điện không tải theo K

Từ đồ thị thì chọn hệ số K01-3 T

2.9 Đường kính trung bình của rãnh dầu sơ bộ

PT A.2 29

Chọn kết cấu dây quấn hình xoắn đơn , dây dẫn bẹt chiều cao rãnh dầu

ngang sơ bộ lấy hr=5 mm số đệm cách điện một vành bánh dây là 12,

2.21 Chiều cao thực của dây quấn HA

Đề bù cho dây quấn CA do phải cắt giữa dây quấn khi điều chỉnh

Bảng A 3 Sơ đồ phân bố điều chỉnh điện áp

3.2 Số vòng dây của cuộn CAnứng với điện áp định mức

w 2 dm =- 20203

= 1218 16,63

3.7 Chọn dây quấn theo kiểu xoáy ốc liên tục

Theo bảng 21 chọn dây dẫn chữ nhật có qui cách như sau 1 x 1,4 x 5,6 Tiết

22

21.50

0

4.0

15.50

15.00

124.0

Theo đố thị 3.40 ta chọn được q2=800 W/m23.9 Số bánh dây trên mỗi trụ của dây quấn CARãnh dầu ngang giữa các bánh 4,5 mm, hai bánh trên và dưới có rãnh dầu là7,5 mm Rãnh điều chỉnh hdc=2 mm, chiều cao bánh dây là 6,1 mm Do đó

3.57

3.57Kích thước

0.40

0.40

0.40Đường kính ngoài

D"2

0.48

0.48

0.48

0.48Bảng A 4 Các thông số kỹ thuật của các cuộn dây điều chỉnh

3.12 Chiều cao dây quấn

Cdđ 0 Cdd 1+Cdd 2 0 259,79+376,46 0 61 PT A 2 50

3.19 Tổn hao trong dây dẫn ra

Đối với dây quấn HA: chiều dài dây dẫn ra:

Pr 102,4310 3,39 10 17,390461,06 PT A.2 59

Trọng lượng dây quấn CA

Vậy so sánh với số liêu đã cho là

3.22 Mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn

5.7 ứng suất nén lên các tấm đệm cách điện giữa các bánh dây

so sánh với mức cho phép là <40 Mpa thì thoản mãn

PT A.2 79

ơn 0 ì 18518189 • 10 "608,69 MPa

12.0,3.0,004

PT A.2 85

6 Tổng cbỉều dày các lá tbép của tiết diện trụ boặc gông

Trụ (mm)

Gông ( Trong nửa tiết diện trụ -mm)

VI Tínb toán tỗn bao và dòng điện kbông tải

1 Hệ số tự cảm trong trụ sắt và trong gông

22.Công suầt từ bóa kbông tải

kig=1; kit=1,05; kic=1,18; kib=1;kie=1,08; ki0=42,45

25 Hỉệu suất của mba kbỉ tảỉ địnb mức

- 3^ 5 + 19493,1 X i c )100 098 PT A - 2 - 107

160000+3413,15 +19493,15 1

VII Tínb toán nbỉệt

1 Tínb toán nbỉệt của dây quấn

25.1 Nhiệt độ chênh trong lòng dây quấn với mặt ngoài của nó

Dây quấn HA

0C

trong đó ôlà chiều dày cách điện một phía dây dẫn ô = 0,25.10 1 m

q1 là mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn HA

Trong đó k1=1 khi làm mắt bằng dầu

k2=1,1 đối với dây quấn trong (HA)

k3 =0,85 theo bảng 55 khi hr/a=5/30

- s4=90 mm là khoảng cách đến dây quấn CA có Uth2=85 kV cho dây

dẫn HA và có Uth1=5 kV, không bọc cách điện

26.3 Chiều rộng tối thiều của thùng

B = D 2+( s 1+ s 2+ s 3+ s 4+ d 2+ d 1).1>Y PT A 2 113

Đe trâm trụ MBA Ờ giữa ta lấy B=0,76 m

26.4 Chiều dài thùng dầu

Đe mờ rộng bề mặt làm lạnh cần thiết hợp lý nhất là chọn bộ tản nhiệt kiều

ống thằng có khoảng cách hai ống góp A=1615 m, có bề mặt đối lưu ống

Môdl=4,96 m2 và hai ống góp có bề mặt đối lưu Mgdl=0,34 m2

Tính lại chiều cao thùng dầu

H = A+c 1 + c2 = 1,615+0,085+ 0,1=2,16u PT A 2 121

trong đó c1=0,085 m, c2=0,1 m là khoảng cách tâm trụ mặt bích ống gópđến mặt dưới và mặt trên của thùng

26.9 Nhiệt độ chênh trung bình cbo pbép của dầu đối với kbông kbí cbo dâyquấn nóng nbất HA:

26.10 Nbiệt độ cbênb lớp dầu so với kbông kbí

26.11 Nbiệt độ cbênb trung bìnb của vácb tbùng đối với kbông kbí

Sơ bộ lấy nbiệt độ cbênb của dâu đối với vácb tbùng trong 0dl = 5 oC

Nhiệt độ chênh trung bình của dầu sát vách thùng đối với vách thùng bới 10

bộ tản nhiệt mỗi bộ có Mb=Môdl=4,961 m2

26.16 Nhiệt độ chênh trung bình của dầu đối với môi trường xungquanb

oC đều trong phạm vi cho phép

B Thiết Kế Động Cơ Mau

I Yêu cầu thiết kế

-Bảng B 1 Các yêu cầu thiết kế của động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc

VIII Thiết kế

1 Kícb tbước cbủ yếu

PT B.2 1

26.20 Đường kính ngoài stato

Với chiều cao tâm trục h=200 mm Theo bảng 10.3 có đường kính ngoàitiêu chuẩn Di 0 34,9 cm

26.21 Đường kính trong stato

Theo bảng 10.2 có kD=0,64-0,68

D = kD.Dn = [0,64 ó0,68 ) 34,9 = 22,34 ó 23; PT B 2 2

Chọn D=23,5 cm

p = kE q.cosp =36,3kVA

trong đó kE=0,98 theo hình 10-2

26.23 Chiều dài tính toán của lõi sắt stato

í-Do lõi sắt ngắn nên làm thành một khối

Chiều dài lõi sắt stato, roto bằng

Hệ số

Lấy ur1=40, chọn số mạch nhánh song song a1=4

27.5 Số vòng dây nối tiếp của một pha

Lấy số sợi chập là n1=2 sợi

Theo phụ lục VI và VI.1 chọn dây đồng tráng men PETV có đường kínhd/dcđ=1,32.1,405; s=1,37 mm2

27.7 Kiểu dây quấn

Chọn dây quấn hai lớp bước ngắn với y=10

với Bz1=1,75 T theo bảng 10.5b và hệ số ép chặt lõi kc=0,95

27.12 Sơ bộ định chiều cao gông stato

Hình B 1 Kích thước của rãnh stato

Theo bảng VIII-1 Ờ phụ lục VII chiều dày cách điện rãnh là c=0,4 mm củanêm là c’=0,5 mm

trong đó J2=3 A/mm2

28.8 Tiết diện vòng ngăn mạch

Mật độ dòng điện trong vành ngăn mạch Jv=2,55 A/mm2

Tiết diện vành ngăn mạch

trong đó

PT B.2 73

Dòng điện từ hóa phần trăm

JỉL

ỉp % = ỉdm 100=26,53%

3O.Tbam số củm động cơ điện Ờ cbế độ địn mức

30.1 Chiều dài phần đấu nối của dây quấn stato

52

53

31 Tỗn bmo tbép và tỗn bmo cơ

31.1 Trọng lượng răng stato

CZ 1= yFe.Z 1.bz 1 ti z 1 kc 1.11.101=8,74 PT B - 2 - 101

31.2 Trọng lượng gông từ stato

61 = yFe.Lg 1 hg 1.2 p.hc 10 1=33,45 hg PT B - 2 - 102

Bảng B 2 Các đặc tính làm việc của động cơ không đồng bộ roto lồng sóc

32.2 Bội sô momen cực đại

Inbh0 = 1,4.252,4 = 342,61 A PT B.2 139

59

Điện trờ roto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s=1

Điện kháng roto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoàiĐiện kháng roto khi xét đến

hòa của mạch từ tản khi s=1

Sơ bộ chọn hệ số bão hòa kbh=1,4

Dòng ngắn mạch khi xét cả hiệu ứng mặt ngoài và

sự bão hòa của mạch từ

62

63

x 12 n = x 12 kp = 21,88 PT B.2 161

64

Động cơ điện không đồng bộ kiều kín IP44 này được tính toán nhiệt theo sơ

đồ thay thế nhiệt Máy quạt thổi ngoài vỏ máy qua các cánh tản nhiệt đồngthời gió luân hoàn trongg vỏ máy nhờ cánh quạt đặt trên vành ngắn mạchcủa roto lồng sóc Tâm cao máy 200mm và chiều dài lắp đặt của vỏ là s Kýhiệu là 3K200S-4

34.1 Các nguồn nhiệt trong sơ đồ thay thế nhiệt

Tổn hao đồng trên stato

trong đó ôc = 0,02 cm là cách điện nối bằng băng vải

Ác=0,16.10 “2S /oC đối với cách điện B

với Cb =5,4 cm là chu vi bối dây, lđ=24,3 cm

34.3 Nhiệt trờ đặc trung cho độ chênh nhiệt giữa không khí nóng bên trongmáy và vỏ máy

với đuờng kính tuơng đuơng d=2,4 cmm=0,024 m

vv là tốc độ thổi gió mặt ngoài vỏ máy đã tính đến suy giảm 50% theo chiềudài gân tản nhiệt Đuờng kính cánh quạt lấy bằng Dn

vv=0,5.n.Dn 6n 0 = 13,43■'

34.4 Nhiệt trờ trên lớp cách điện rãnh

34.5 Độ chênh nhiệt của vỏ may với môi truờng

ỡ 0=(Qcu 1+PFe+PR) Rơ = 29,32 oC PT B 2 186

34.6 Độ tăng nhiệt của dây quấn stato

Qcu 1.( RFe+ Rc )+p ' Fe RFe + PR.Ra RFe+ Rc

35.Trọng lượng vật liêu tác dụng và cbỉ tiêu sử dụng

35.1 Trọng lượng thép silic cần chuẩn bị

GFe0( Dn+ã) 2.l1.kc.ỵFe 10"30132,64kgPT B - 2 - 190

35.2 Trọng lượng đồng của dây quấn stato

- khi không có cách điện

G'cu 0 V 1.ur 1.n.s 1.Itb.yCu 107018,12kgPT B.2 191

- khi kề cả cách điện

35.3 Trọng lượng nhôm roto (không kề cánh quạt Ờ vành ngắn mạch)

Trọng lượng nhôm Ờ thanh dẫn:

Cau gCu —C^ — 0,617 kg / KW

_ CAl _ gAl — CA 1 —0,18 kg / kw

C Thiết Kế Động Cơ ABB

I Yêu cầu thiết kế

Các kích thước chính của stator

Đường kính trong stato Dis

À là hê số kinh nghiêm chon theo bàng sau

Bảng c 2 Hê số kinh nghiêm À

Dỉs Dout = kD =0,63

Đề lựa chọn đường kính ngoài roto ta sử dụng hệ số tỉ lệ kD theo kinh

nghiệm dưới dây

PT 2 5

2p1 2 4 6 8

Dỉs Dout

0,54-0,58 0,61-0,63 0,68-0,71

0,72-0,74

Bảng c 3 Hệ số KD theo số đôi cực

Với 2p 1o4 chọn

từ thông khe hờ không khí ọ

ọ o ai.T L.Bg

với Bg là từ cảm khe hờ không khí xác định theo kinh

nghiệm như sau với

2p1=4 chọn Bg=(0,65-0,78) T Chọn Bgo0,7T

Hệ số kéo dài cực phụ thuộc vào độ bão hòa răng chọn theo hình sau

với 1+Kst=1,5, xác định được

Hĩnh c 2 Đồ thị mối quan hệ giữa Kf và ơi theo hệ số 1 + Kst

Từ các thông số trên Tính được từ thông khe hớ không khí như sau

Thấy dây quấn có dco quá lớn sẽ gây khó khăn trong việc quấn dây, tính lạidco với số sợi chập ap = 4

Chọn kích thuớc dây quấn theo chuẩn của bảng sau

Hình c 3 Kích thước rãnh statoVới hình dạng răng stato là hình chữ nhật t chọn các kích thức

Sức từ động răng stato

Fmts = Hts. (hs + hos+hw)=96,3522 A vònPT 2 - 29

Sức từ động răng roto

Chọn số lượng rãnh roto theo bảng sau

Tsble J5.ỉ St-srứriTíitír Ĩ I OT Binuher'

-P1 ỉf N r - ■skevíd rgtai 5íơt>

24 3«

4S

18.20, 22 2 Ĩ = 1B Ị 33.34 25.27,28.2030,13 30.17,3!) 40.41

4 24

w 4Ỉ

73

2Ể.LS.2C-.50.33.54.3.-.35

2 s 303? 54.4; 4 ỉ

5540 44 J 7JỌ 42.4SỈ54.56.ẺD.Ểl.Ạ:.6ỉ.;tì

6 36

54 77

20.22,23.4447,4?

34.36,58,40.44,46 44.« 5Ữ.(Ũ.61.«2.ÌE.8Ỉ