ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN QUAY Thiết kế động cơ điện không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN QUAY Thiết kế động cơ điện không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc Trong sản xuất hiện nay, việc ứng dụng động cơ điện vào việc truyền động để tạo ra các nguyên...

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN QUAY

Thiết kế động cơ điện không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc

Giáo viên hướng dẫn : Sinh viên thực hiện : Phan Văn Kiên

MỤC LỤC

PHẦN 1: TỔNG QUAN

CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ CÁC MÁY ĐIỆN QUAY……… …… 4

I Kết cấu chung của các máy điện quay……… ….… ……… 4

II Nguyên lý làm việc của các máy điện quay ……… …… ….……… 4

CHƯƠNG 2: ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ……… 5

I Khái niệm chung…….……….……….….5

II Cấu tạo của động cơ không đồng bộ……….……….… 6

III Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ……….… … 10

IV Công dụng……….………….……… 12

V.Phân loại……… ………13

CHƯƠNG 3: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG TRONG THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN……….……… 14

I Ưu điểm……….……… 14

II Khuyết điểm……….……… 14

III Biện pháp khắc phục……….…….……… 14

IV Nhận xét……….……… 14

V Tiêu chuẩn sản xuất động cơ……….………….…………15

VI Nội dung thuyết minh, thiết kế và tính toán……….……… … 15

VII Các tiêu chuẩn đối với động cơ không đồnh bộ rôto lồng sóc…… … … 15

PHẦN 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHƯƠNG I XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU……… 19

CHƯƠNG II DÂY QUẤN, RÃNH STATO VÀ KHE HỞ KHÔNG KHÍ…… 24

CHƯƠNG III DÂY QUẤN, RÃNH VÀ GÔNG RÔTO……… ……… 30

CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN MẠCH TỪ……… …….……… 33

CHƯƠNG V CÁC THAM SỐ ĐỘNG CƠ Ở CHẾ ĐỘ ĐỊNH MỨC ……… 37

CHƯƠNG VI TỔN HAO THÉP VÀ TỔN HAO CƠ……… ……….43

CHƯƠNG VII ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC……….…….……… 46

CHƯƠNG IX TÍNH TOÁN NHIỆT……… ………… 54KẾT LUẬN ……….………… 61CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO ………

……… 62

MỤC LỤC……… 63

LỜI NÓI ĐẦU

Trong sản xuất hiện nay, việc ứng dụng động cơ điện vào việc truyền động

để tạo ra các nguyên công nhằm tạo ra các sản phẩm phục vụ con người là rất phổ biến Máy điện không đồng bộ do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, sử dụng, bảo quản thuận tiện, giá thành rẻ nên được sử dụng nhiều trong nền kinh tế quốc dân (như trong máy cái, bơm nước, quạt gió…) công suất nhỏ và trung bình Tuy vậy, máy điện không đồng bộ có những nhược điểm như: cosφ của máy thường không cao và đặc tính điều chỉnh tốc độ không được tốt nên ứng dụng của máy điện không đồng bộ có phần bị hạn chế

Vì vậy, sự cần thiết hiện nay là phải thiết kế ra những máy điện để đáp ứng nhu cầu xã hội Tuy vấn đề thiết kế máy điện không còn mới nhưng để thiết

kế ra những máy điện đạt hiệu suất cao và hệ số cosφ lớn để tiết kiệm cho người tiêu dùng, nâng cao hiệu suât cho lưới điện Quốc gia hay đáp ứng một nhu cầu nào đó của khách hàng thì lúc nào cũng là vấn đề rất mới đòi hỏi người thiết kế phải nắm vững các kiến thức lý thuyết kết hợp với tư duy sáng tạo để tạo ra những sản phẩm tối ưu nhất nhằm giảm giá thành, đáp ứng nhu cầu sử dụng, giải quyết việc làm…

Nhờ sự giảng dạy tận tình và chu đáo của Thầy Nguyễn Anh Tuấn và sự hướng dẫn tận tình của Thầy Nguyễn Văn Hà và các thầy cô bộ môn đã tận tình giúp đỡ em để hoàn thành đồ án “Thiết kế động cơ điện không đồng bộ

3 pha rôto lồng sóc”.

Do điều kiện thời gian có hạn cũng như kiến thức thực tế còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót, em mong nhận được những góp ý của thầy

cô và bạn bè để hoàn thiện đồ án cũng như kiến thức của mình.

Qua đồ án này, em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Văn Hà, Thầy Nguyễn Anh Tuấn, Thầy Ngô Đức Kiên và các thầy cô bộ môn đã tận tình giúp đỡ em hoàn thiện đồ án này.

Vinh, ngày 11 tháng 11 năm 2010 Sinh viên thực hiên:

Phan Văn Kiên

KHOA ĐIỆN

BỘ MÔN LÝ THUYẾT CƠ SỞ -0&0 -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN QUAY

Học sinh thiết kế: Phan Văn Kiên lớp: ĐH Điện K3C

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Văn Hà

Thiết kế động cơ điện không đồng bộ 3pha rôto lồng sóc

CÁC SỐ LIỆU KĨ THUẬT :

Công suất định mức P đm = 30 kw; cosφđm = 0,89

Điện áp đinh mức Uđm = 380V; cuộn dây stato nối ∆

Tốc độ định mức nđm = 1450 v/phút.

NỘI DUNG THUYẾT MINH VÀ TÍNH TOÁN:

1 Xác định các kích thước chủ yếu của động cơ.

2 Thiết kế mạch từ.

3 Thiết kế dây quấn.

4.Tính toán tổn hao.

5 Tính toán nhiệt và thông số.

6 Xây dựng các đặc tính của động cơ.

LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Phần 1: TỔNG QUAN

Chương 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ CÁC MÁY ĐIỆN QUAY

Máy điện quay thường gồm có hai bộ phận kết cấu chính là mạch từ và dâyquấn, ở đó diễn ra sự biến đổi năng lượng cơ điện, và các bộ phận kết cấu khác

Mạch từ của máy điện quay gồm hai khối thép đồng trục cách nhau bởi mộtkhe hở đảm bảo cho một trong hai khối thép có thể chuyển động quay tương đối sovới khối kia Khối đứng yên gọi là phần tĩnh hay stato, còn khối quay được gọi làphần quay hay rôto Nếu từ thông trong khối thép là xoay chiều hay biến thiên thì

nó được ghép bằng các lá tôn silic dày 0,35 ÷ 0,5 mm để làm giảm tổn hao dodòng xoáy, còn nếu từ thông là không đổi thì nó được đúc bằng thép hoặc ghép từthép tấm

Các dây quấn của máy điện quay được đặt ở hai phía khe hở trong các rãnhhoăc trên các cực của stato hay roto

Các bộ phận kết cấu khác gồm có: vỏ máy, nắp máy, trục, ổ trục, quạt gióhoặc hệ thống làm mát…

Nguyên lý làm việc của tất cả các máy điên quay đều dựa vào hai định luật

điện từ cơ bản Định luật thứ nhất là định luât sức điện động e cảm ứng được

trong một từ trường đứng yên có từ cảm B Chiều và giá trị của sức điện động đóđược xác định từ tích vectow e = vl ^ B Đó là định luật cơ sở của máy phát điện

biến đổi cơ năng thành điện năng Định luật thứ hai là định luật về lực điện từ ƒ 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 ƒ được xác định theo tích vectơ f = il ^ B Đó

là định luật cơ bản của đọng cơ biến đổi điện năng thành cơ năng Vì hai định luậtđiện từ cơ bản nói trên là thuận nghịch nên bất kì một máy điện quay nào cũng cóthể làm việc thuận nghịch, nghĩa là có thể làm việc như máy phát điện hoặc nhưđộng cơ điện

I KHÁI NIỆM CHUNG

Máy điện không đồng bộ là máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lýcảm ứng điện từ, có tốc độ rôto n khác tốc độ từ trường quay trong máy n1 Máyđiện không đồng bộ có thể làm việc ở hai chế độ: động cơ và máy phát

Máy điện do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, sử dụng và bảo quảnthuận tiện, giá thành rẻ nên được sử dụng rộng rãi trong nền kinh tế quốc dân, nhất

là loại công suất dưới 100kW

Máy phát diện không đồng bộ ít dùng vì có đặc tính làm việc không tốt vàtheo yêu cầu thiết kế, nên trong chương này ta chủ yếu đề cập đến động cơ khôngđông bộ Động cơ không đồng bộ được sử dụng nhiều trong sản xuất và sinh hoạt

vì chế tạo đơn giản, giá thành rẻ, độ tin cậy cao, vận hành đơn giản, hiệu suất cao

và gần như không bảo trì Gần đây do kĩ thuật điện tử phát triển, nên động cơkhông đồng bộ đã đáp ứng được yêu cầu điều chỉnh tốc độ vì vậy động cơ càng sửdụng rộng rãi hơn

Động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc cấu tạo đơn giản nhất nên chiếmmột số lượng khá lớn trong loại động cơ điện công suât nhỏ và trung bình Nhượcđiểm của loại này là điều chỉnh tốc độ khó khăn và dòng điện khởi động lớn(thường 6 ÷ 7 lần dòng điện định mức) Để bổ khuyết cho nhược điểm này, người

ta đã chế tạo động cơ không đồng bộ roto lồng sóc nhiều tốc độ và dùng rôto rãnhsâu, lồng sóc kép để hạ dòng điện khởi động, đồng thời tăng mômen khởi độnglên

Động cơ điện không đồng bộ rôto dây quấn có thể điều chỉnh tốc được tốc

độ trong một chừng mực nhất định, có thể tạo một mômen khởi động lớn mà dòngkhởi động không lớn lắm, nhưng chế tạo có khó hơn so với với loại rôto lồng sóc,

do đó giá thành cao hơn, bảo quản cũng khó hơn

Động cơ điện không đồng bộ được sản xuất theo kiểu bảo vệ IP23 và kiểukín IP44 Những động cơ điện theo cấp bảo vệ IP23 dùng quạt gió hướng tâm đặt ở

IP44 thường nhờ vào cánh quạt đặt ở ngoài vỏ máy để thổi gió ở mặt ngoài vỏmáy, do đó tản nhiệt có kém hơn so với loại IP23 nhưng bảo dưỡng máy dễ dànghơn

Hiện nay các nước đã sản xuất động cơ điện không đồng bộ theo dãy tiêuchuẩn Dãy động cơ không đồng bộ công suất từ 0,55– 90 KW ký hiệu là K theotiêu chuẩn Việt Nam 1987– 1994 được ghi trong bảng 10-1 (Trang 228 TKMĐ).Theo tiêu chuẩn này, các động cơ điện không đồng bộ trong dãy điều chế tạo theokiểu IP44

Ngoài tiêu chuẩn trên còn có tiêu chuẩn TCVN 315 – 85, quy định dãy côngsuất động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc từ 110 kW-1000 kW, gồm có côngsuất sau: 110, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800 và 1000kW

II CẤU TẠO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

Động cơ không đồng bộ về cấu tạo được chia làm hai loại: động cơ khôngđồng bộ ngắn mạch hay còn gọi là rôto lồng sóc và động cơ dây quấn Stato có hailoại như nhau Ở phần đồ án này chỉ nghiên cứu động cơ không đồng bộ rôto lồngsóc

Cấu tạo của động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc gồm hai thành phần chính

là stato và rôto, ngoài ra còn có vỏ mấy, nắp máy và trục máy

Trục làm bằng thép, trên đó gắn rôto, ổ bi và phia cuôi có gắn một quạt để làmmát máy dọc trục

Lõi sắt là phần dẫn từ Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay, nên đểgiảm tổn hao lõi sắt được làm những lá thép kỹ thuật điện dây 0,5mm ép lại Khiđường kính ngoài lõi sắt nhỏ hơn 900 mm thì dùng cả tấm tròn ép lại Khi đườngkính ngoài lớn hơn trị số trên thì phải dùng những tấm hình rẻ quạt (hình 2.1) ghéplại thành khối tròn Yêu cầu lõi sắt là phải dẫn từ tốt, tổn hao sắt nhỏ và chắc chắn.Mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm tổnhao do dòng điện xoáy gây nên Nếu lõi sắt ngắn thì có thể ép thành một khối Nếulõi sắt dài quá thì thường ghép thành từng thếp ngắn, mỗi thếp dài từ 6 ÷ 8 cm, đặtcách nhau 1 cm để thông gió cho tốt Mặt trong của lá thép có xẻ rãnh để đặt dâyquấn.

Hình 2.1: lá thép stato

c) Dây quấn

Dây quấn stator được đặt vào rãnh của lõi sắt và được

cách điện tốt với lõi sắt Có thể là dây đồng hoặc nhôm Dây

quấn đóng vai trò quan trọng của máy điện vì nó trực tiếp

tham gia các quá trình biến đổi năng lượng điện năng thành

cơ năng hay ngược lại, đồng thời về mặt kinh tế thì giá thành

của dây quấn cũng chiếm một phần khá cao trong toàn bộ giá

thành máy

Hình 2.2 : cấu tạo động cơ điện không đồng bộ

1 Lõi thép stato;2 Dây quấn stato;3.Nắp máy;4 Ổ bi;5 Trục máy;

6.Hộp đấu cực;7 Lõi thép roto;8 Thân máy;9 Quạt gió làm mát;

10 Hộp quạt

Hình 2.3 : Lõi thép stato

h 1 b 3 4

5 6

7

8

9

10

2) Rôto (phần quay)

Rôto là phần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy

a) Lõi thép

Lõi thép của rôto (hình 2.4) bao gồm các lá

thép kỹ thuật điện như của stator, điểm khác biệt ở

đây là không cần sơn cách điện giữa các lá thép vì

tần số làm việc trong roto rất thấp, chỉ vài Hz, nên

tổn hao do dòng phuco trong rôto rất thấp Lõi thép

được ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá rôto

của máy Phía ngoài của lõi thép có xẻ rãnh để đặt

dây quấn rôto

Hình 2.4: cấu tạo rôto động cơ không đồng bộ.

(a) Dây quấn rôto lồng sóc (b) Lõi thép rôto.

b) Trục:

Trục của động cơ không đồng bộ làm bằng lõi thép, trên đó gắn lõi théprôto

c) Dây quấn rôto

Phân làm hai loại chính: loại rôto kiểu dây quấn và loại rôto kiểu lồng sóc:

 Loại rôto kiểu dây quấn

Rôto có dây quấn giống như dây quấn stato Máy điện kiểu trung bình trở

trên rôto chặt chẽ Máy điện cỡ nhỏ dùng dây quấn đồng tâm một lớp Dây quấn

ba pha của rôto thường đấu hình sao

Đặc điểm của loại động cơ kiểu dây quấn là có thể thông qua chổi than đưađiện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch rôto để cải thiện tính năng mở máy,điều chinh tốc độ hay cải thiện hệ số công suất của máy

 Loại rôto kiểu lồng sóc

Kết cấu của loại dây quấn rất khác với dây quấn stato Trong mỗi rãnh của lõisắt rôto, đặt các thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài khỏi lõi sắt và được nối tắt lại

ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch bằng đồng hay nhôm Nếu là rôto đúc nhômthì trên vành ngắn mạch còn có các cánh khoáy gió

Rôto thanh đồng được chế tạo từ đồng hợp kim có điện trở suất cao nhằmmục đích nâng cao mômen mở máy

Để cải thiện tính năng mở máy, đối với máy có công suất lớn, người ta làmrãnh rôto sâu hoặc dùng lồng sóc kép Đối với máy điện cỡ nhỏ, rãnh rôto đượclàm chéo góc so với tâm trục

Dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt

3) Khe hở

Vì rôto là một khối tròn nên khe hở đều Khe hở trong máy điện khôngđồng bộ rất nhỏ (0,2  1 mm trong máy cỡ nhỏ và vừa) để hạn chế dòng từ hóa lấy

từ lưới vào, nhờ đó hệ số công suất của máy cao hơn

III NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

Động cơ không đống bộ ba pha có hai phần chính: stato (phần tĩnh) và rôto(phần quay) Stato gồm có lõi thép trên đó có chứa dây quấn ba pha

Khi đấu dây quấn ba pha vào lưới điện ba pha, trong dây quấn sẽ có các dòng điện chạy, hệ thống dòng điện này tao ra từ trường quay, quay với tốc độ:

p

f

1  60

Trong đó :

– f1: tần số lưới điện (Hz)

– p: số đôi cực của dây quấn

Phần quay, nằm trên trục quay bao gồm lõi thép rôto Dây quấn rôto baogồm một số thanh dẫn đặt trong các rãnh của mạch từ, hai đầu được nối bằng haivành ngắn mạch

Từ trường quay của stato cảm ứng trong dây rôto sức điện động E, vì dâyquấn stato kín mạch nên trong đó có dòng điện chaỵ Sự tác dụng tương hổ giữacác thanh dẫn mang dòng điện với từ trường của máy tạo ra các lực điện từ Fđt tácdụng lên thanh dẫn có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái

Tập hợp các lực tác dụng lên thanh dẫn theo phương tiếp tuyến với bề mătrôto tạo ra mômen quay rôto Như vậy, ta thấy điện năng lấy từ lưới điện đã đượcbiến thành cơ năng trên trục động cơ Nói cách khác, động cơ không đồng bộ làmột thiết bị điện từ, có khả năng biến điện năng lấy từ lưới điện thành cơ năng đưa

ra trên trục của nó Chiều quay của rôto là chiều quay của từ trường, vì vậy phụthuộc vào thứ tự pha của điện áp lưới đăt trên dây quấn stato Tốc độ của rôto n làtốc độ làm việc và luôn luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường và chỉ trong trường hợp đómới xảy ra cảm ứng sức điện động trong dây quấn rôto Hiệu số tốc độ quay của từtrường và rôto được đặc trưng bằng một đại lượng gọi là hệ số trượt s:

1

1

n

n n

s 

Khi s = 0 nghĩa là n1 = n, tốc độ rôto bằng tốc độ từ trường, chế độ này gọi

là chế độ không tải lý tưởng (không có bất cứ sức cản nào lên trục) Ở chế độkhông tải thực, s  0 vì có một ít sức cản gió, ma sát do ổ bi …

Khi hệ số trượt bằng s = 1, lúc đó rôto đứng yên (n= 0), momen trên trụcbằng momen mở máy

Hệ số trượt ứng với tải định mức gọi là hệ số trượt định mức Tương ứng

Tốc độ động cơ không đồng bộ bằng:

) 1 (

1 s n

n  

Một đăc điểm quan trọng của động cơ không đồng bộ là dây quấn statokhông được nối trực tiếp với lưới điện, sức điện động và dòng điện trong rôto cóđược là do cảm ứng, chính vì vậy người ta cũng gọi động cơ này là động cơ cảmứng

Tần số dòng điện trong rôto rất nhỏ, nó phụ thuộc vào tốc độ trựơt của rôto

so với từ trường:

1 1

1 1

60

) (

n n n p n n p

Động cơ không đồng bộ có thể làm việc ở chế độ máy phát điện nếu ta dùngmột động cơ khác quay nó với tốc độ cao hơn tốc độ đồng bộ, trong khi các đầu racủa nó được nối với lưới địện Nó cũng có thể làm việc độc lập nếu trên đầu ra của

nó được kích bằng các tụ điện

Động cơ không đồng bộ có thể cấu tạo thành động cơ một pha Động cơmột pha không thể tự mở máy được, vì vậy để khởi động động cơ một pha cần cócác phần tử khởi động như tụ điện, điện trở …

IV CÔNG DỤNG

Máy điện không đồng bộ là máy điện chủ yếu dùng làm động cơ điện Dokết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu quả cao, giá thành rẻ, dễ bảo quản…Nên động cơ không đồng bộ là loại máy điện được sử dụng rộng rãi nhất trong cácngành kinh tế quốc dân với công suất vài chục W đến hàng chục kW Trong côngnghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực cho máy cánthép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệpnhẹ… Trong hầm mỏ dùng làm máy tưới hay quạt gió Trong nông nghiệp dùnglàm máy bơm hay máy gia công nông phẩm Trong đời sống hàng ngày, máy điệnkhông đồng bộ cũng đã chiếm một vị trí quan trọng như quạt gió, quay đĩa động cơtrong tủ lạnh, máy giặt, máy bơm … Nhất là loại rôto lồng sóc Tóm lại sự phát

triển của nền sản suất điện khí hóa, tự động hóa và sinh hoạt hằng ngày, phạm vicủa máy điện không bộ ngày càng được rộng rãi.

Máy điện không đồng bộ có thể dùng làm máy phát điện, nhưng đặc tínhkhông tốt so với máy điện đồng bộ, nên chỉ trong vài trường hợp nào đó (như trongquá trình điện khí hóa nông thôn) cần nguồn điện phụ hay tạm thời thì nó cũng cómột ý nghĩa rất quan trọng

V PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

1) Phân loại theo kết cấu vỏ máy

o Kiểu kín

o Kiểu hở

o Kiểu bảo vệ

2) Phân loại theo số pha

Ta có máy điện không đồng bộ

o Một pha

o Hai pha

o Ba pha

3) Phân loại theo kiểu dây quấn rôto

o Máy điện không đồng bộ rôto lồng sóc.

o Máy điện không đồng bộ rôto dây quấn.

Chương 3: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG TRONG THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN

I Ưu diểm

- Kết cấu đơn giản nhất (nhất là loại đúc nhôm)

- Vận hành dể dàng, bảo quản thuận tiện

- Sử dụng rộng rãi và phổ biến trong phạm vi công suất nhỏ và vừa

- Sản xuất với nhiều cấp điện áp khác nhau (từ 24 V đến 10 kV) nên rấtthích nghi cho từng người sử dụng

II Khuyết điểm

- Hệ số công suất thấp gây tổn thất nhiều công suất phản kháng của lướiđiện

- Không sử dụng được lúc non tải hoặc không tải

- Chế tạo rôto có khe hở nhỏ để hạn chế dòng điện từ hóa và nâng cao hệ sốcông suất

- Sử dụng phương pháp mở máy và thiết bị cần dùng rẻ tiền, chắc chắn

IV Nhận xét

Mặt dù có nhiều khuyết điểm nhưng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc

có những ưu điểm mà những động cơ khác không có được và quan trọng nhất làđơn giản, dể sử dụng, giá thành rẻ Thực tế động cơ không đồng bộ rôto lồng sócđược áp dụng rộng rãi, về số lượng chiếm 90%, về công suất chiếm 55%

V Tiêu chuẩn sản suất động cơ

- Tiêu chuẩn về dãy sản suất:

Chuẩn hóa dãy công suất của động cơ phù hơp với trình độ sản xuất củatừng nước Dãy công suất dược sắp xếp theo chiều tăng dần

- Tiêu chuẩn về kích thước lắp đặt

- Độ cao tâm trục h: lắp đặc được đồng bộ, thể hiện trình độ sản xuất, trang

bị máy công cụ sản xuất

- Khoảng cách chân đế (giữa các lỗ bắc bulong)

VI Nội dung thuyết minh, thiết kế và tính toán

Trong phạm vi của đố án này, yêu cầu :

1) Xác định các kích thước chủ yếu của động cơ.

2) Thiết kế mạch từ.

3) Thiết kế dây quấn.

4) Tính toán tổn hao.

5) Tính toán nhiệt và thông số.

6) Xây dựng các đặc tính của động cơ.

VII Các tiêu chuẩn đối với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc

1 Tiêu chuẩn về dãy công suất

Hiện nay các nước đã sản xuất động cơ điện không đồng bộ theo dãy tiêuchuẩn Dãy động cơ điện không đồng bộ công suất từ 0,55 kW đến 90 kW kýhiệu K theo Tiêu chuẩn Việt Nam 1987- 1994 đươc ghi trong bảng 10-1 (Thiết KếMáy Điện, trang 228)

Ngoài tiêu chuẩn trên còn có tiêu chuẩn TCVN 315-85, quy định dãy công suất của động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc công suất từ 110kW đến 1000 kw,gồm các cấp công suất sau :

110, 132, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800 và 1000 kW

2 Tiêu chuẩn về kích thước lắp đặt độ cao tâm trục

– Độ cao tâm trục: từ tâm của trục đến bệ máy Đây là một đại lượng rấtquan trọng trong việc lắp ghép động cơ với những cơ cấu thiết bị khác

– Kích thước lắp đặt: chiều cao tâm trục có thể được chọn theo dãy côngsuất của động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc

- 3K: động cơ điện không đồng bộ dày K thiết kế lại lần 3

- 250: chiều cao tâm trục bằng 250 mm

8 chỉ rằng, máy có thể ngâm trong nước trong thời gian vô định hạn

Theo tiêu chuẩn TCVN 1987-1994, các dãy động cơ điện khồng đồng bộtrong dãy đều chế tạo theo kiểu IP44

5 Sự làm mát

Ký hiệu là IC…

Ví dụ:

IC01 làm mát kiểu bảo vệ, làm mát trực tiếp

IC0141 làm mát kiểu kín, làm mát mặt ngoài

6 Cấp cách điện

Vật liệu cách điện:

Vật liệu cách điện là một trong những vật liệu chủ yếu dùng trong ngànhchế tạo máy điện Khi thiết kế máy điện, chọn vật liệu cách điện là một khâu rấtquan trọng vì phải đảm bảo máy làm việc tốt với tuổi thọ nhất định, đồng thời giáthành của máy lại không cao Những điều kiện này phụ thuộc phần lớn vào việcchọn cách điện của máy

Khi chọn vật liệu cách điện cần chú ý đến những vấn đề sau:

- Vật liệu cách diện phải có độ bền cao, chịu tác dụng cơ học tốt, chịu nhiệt

và dẫn nhiệt tốt lại ít thấm nước

- Gia công dễ dàng, đủ mỏng để đảm bảo hệ số lấp đầy rãnh cao

- Phải chọn vật liệu cách điện có tính cách điện cao để đảm bảo thời gianlàm việc của máy ít nhất là 15 – 20 năm trong điều kiện làm việc bình thường,đồng thời đảm bảo giá thành của máy không cao

Một trong những yếu tố cơ bản nhất là làm giảm tuổi thọ của vật liệu cáchđiện (cũng là tuổi thọ của máy) là nhiệt độ Nếu nhiệt độ vượt quá nhiệt độ chophép thì chất điện môi, độ bền cơ học của vật liệu giảm đi nhiều, dẫn đến sự giàhóa nhanh chóng chất cách điện

Hiện nay, theo nhiệt độ cho phép của vật liệu (nhiệt độ mà vật liệu cáchđiện làm việc tốt trong 15 – 20 năm ở điều kiện làm việc bình thường) Hội kỹthuật điện quốt tế IEC đã chia vật liệu cách điện thành các cấp sau đây:

Phần 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

Chương 1 : XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU

A Các thông số ban đầu

 Kiểu rôto: rôto lồng sóc

 Chiều cao tâm trục :

Tra Bảng IV.1 phụ lục IV (trang 601TKMĐ) chiều cao tâm trục theo dãycông suất của động cơ điện không đồng bô rôto lồng sóc kiểu IP44 theo TCVN –

s 

Trong đó: n1: tốc độ đồng bộ

n: tốc độ rôto (tốc độ định mức)Trong máy điện không đồng bộ, trường hợp rôto quay thuận với từ trườngquay nhưng tốc độ nhỏ hơn tốc độ đồng bộ (0< n < n1, hay 1 > s > 0) Thì máy

và chỉ khi n < n1 Trong phạm vi đồ án, với n=nđm=1450 v/phút chọn n1 = 1500v/phút

 Hiệu suất và hệ số công suất :

Tra Bảng 10.1 (trang 228 TKMĐ) hiệu suất và cos dãy động cơ điện KĐB3K ứng với công suất Pđm=30kW và tốc độ nđb=1500 v/phút ta chọn hiệu suất:

 = 91 %

Và hệ số công suất:

cos = 0,89

 Bội số momen cực đại:

Tra bảng 10.10 (trang 268 TKMĐ) bội số momen cực đại mmax của dãyđộng cơ 3K ta chọn:

 Bội số momen khởi động:

Theo bảng 10-11 (trang 271 TKMĐ) bội số momen khởi động dãy động cơđiện 3K ta chọn:

ra máy mà còn xét đến quá trình chế tạo trong nhà máy, như tính thông dụngcủa các khuôn dập, vật đúc, các kích thước và chi tiết tiêu chuẩn hóa…

1) Số đôi cực:

p = 1

1

60

n f

= 1500

50 60

= 2

2) Đường kính ngoài stato:

Với chiều cao tâm trục h = 200 mm theo Bảng 10.3(trang 230 TKMĐ) trị sốđường kính ngoài stato tiêu chuẩn Dn theo h, ta chọn:

Dn = 34,9 cm

3) Đường kính trong stato:

Giữa hai đường kính trong và ngoài của lõi sắt stato có một quan hệ nhấtđịnh:

U

E

= 0,98 lấy theo hình 10-2 (trang 231 TKMĐ)

kE: là tỷ số sức điện động sinh ra trong máy và điện áp đặt vào

5) Chiều dài tính toán của lõi sắt stato:

lδ được tính theo công thức:

lδ =

1 2

' 7

.

10 1 ,

n D B A k k

Trong đó: P’ : công suất tính toán

D: đường kính trong stato

kd: Hệ số dây quấn lúc đầu chọn theo kiểu dây quấn Đối với dây quấn mộtlớp lấy kd = 0, 95  0, 96, với dây quấn hai lớp hoặc một lớp mà 2p = 2 thì kd =0,90  0,91, còn máy nhiều cực thì kd= 0,91  0,92.

Sơ bộ chọn kd = 0,92

Chọn Tải đường A, Cảm ứng từ trong khe hở không khí Bδ:

Việc chọn A và B ảnh hưởng rất nhiều đến kích thước chủ yếu 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 Quan hệ giữa A và B trong máy điện không đồng bộ theo đường kính ngoài Dn được biểu thị trong hình 10-3a (trang 231, TKMĐ)

Theo hình 10-3a chọn A = 360 A/cm; Bδ = 0,77 T

Vậy: lδ =

1 2

' 7

.

10 1 ,

n D B A k k

3 , 36 10 1 , 6

2

7

= 14,75 cm

Lấy lδ = 14,8 cm

Trong máy điện không đồng bộ, khi chiều dài lõi sắt ngắn hơn 25 ~ 30 cm, việctản nhiệt không khó khăn lắm nên lõi thép có thể ép thành một khối Chiều dài lõisắt stato, rôto bằng:

kW

Hệ số tăng công suất của máy là:

37

do đó λ37 = γ.λ30 = 1,23.0,78 = 0,98

Ở máy điện không đồng bộ, qua những máy đã thiết kế chế tạo và có tínhnăng tốt, tính kinh tế cao thì  nên nằm trong phạm vi gạch chéo của hình 10-3b(trang 235, TKMĐ) Vì vậy khi bắt đầu thiết kế một máy mới nên nghiệm lại  saukhi đã sác định D và l

Theo hình 10-3b hai hệ số λ37, λ30 đều nằm trong phạm vi kinh tế do đó việcchọn phương án trên là hợp lý

8) Dòng điện pha định mức:

I1 =



 cos 3

10

U1: điện áp dây

η: hiệu suất của động cơ

cosφ: hệ số công suất

Chương 2 : DÂY QUẤN, RÃNH STATO VÀ KHE HỞ KHễNG KHÍ

1) Số rónh stato:

Khi thiết kế dõy quấn stato cần phải xỏc định số rónh của một pha dưới mỗi cực q1 Nờn chọn q1 trong khoảng từ 2  5 Thường lấy q1 = 3  4 Với mỏycụng suất nhỏ hoặc tốc độ thấp, lấy q1 = 2 Mỏy tốc độ cao cụng suất lớn cú thể chọn q1 = 6 Chọn q1 nhiều hay ớt cú ảnh hưởng đến số rónh stato Z1 Số rónh này nếu nhiều quỏ, thỡ diện tớch cỏch điện rónh chiếm chổ so với số rónh ớt sẽ nhiều hơn, do đú hệ số lợi dụng rónh sẽ kộm đi, răng sẽ yếu Ít răng quỏ sẽ làm cho dõyquấn phõn bố khụng đều trờn bề mặt lừi sắt nờn sức từ động phần cứng cú nhiều súng bật cao

Trị số q1 nguyờn cú thể cải thiện được đặt tớnh làm việc và giảm tiếng ồncủa mỏy

I

a t A

= 370.561,538,1 .4 = 39,48

A = 370 (A/cm): tải đờng

Số vũng dõy trong một rónh url phải được quy về số nguyờn (nếu là dõyquấn hai lớp thỡ phải là số nguyờn chẵn)

Theo hình 10-4b (trang 237 TKMĐ) ứng với Dn = 34,9 và 2p = 4 chọn tích số:

2

2 / A

1

'

J n a

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 cũngtham gia vào việc chế tạo nên từ trường cần thiết cho sự biến đổi năng lượng điện

- Giảm nhỏ lượng tiêu hao ddoongfowr phần nối khi máy lớn và khi chế tạo

có thể cơ giới hóa do đó giảm được giá thành

- Chọn số vòng dây của mỗi pha tương đối dễ dàng khi muốn duy trì tỷ lệgiữa A và Bδ

Ngoài ra co khả năng chọn q là phân số để cải thiện dạng sóng sức điện động.Chọn dây quấn 2 lớp bước ngắn với y = 10

833 , 0 12

12 mm

9 mm

28 mm21,5 mm

Hệ số bước rải kr: 0 , 958

2

15 sin 4 2

15 4 sin 2 sin 2 sin

.

w f k k

U k

d s

kE: tỷ số sức điện động sinh ra trong máy và điện áp đặt vào

9) Mật độ từ thông khe hở không khí Bδ và tải đường A:

Bδ =

1

4

.

10

Ta thấy sai số mật độ từ thông khe hở không khí và tải đường so với giá trị

ban đầu nhỏ hơn 10% nên ta không cần chọn lại

10) Sơ bộ định chiều rộng của răng b’z1 :

.

.

1 1

1 1



= 01,,7575..1414,,88..10,,53895 = 0,69 cmChiều rộng rãnh stato bz1 được xác định theo kết cấu tức là xét đến độ bền của

răng, đánh giá khôn dập, độ bền của khuôn và đông thời đảm bảo từ thông qua

răng Bz1 nằm trong phạm vi cho phép.Thường thì Bz1  2T

Ở đây lấy Bz1 = 1,75 T (Bảng 10-5b, trang 241 TKMĐ)

Lõi sắt stato trong máy điện không đồng bộ

thường làm bằng lá thép kĩ thuật điện dày 0,5 mm

Khi chiều dài lõi sắt không quá 14 – 15 cm thì có

thể không cần phủ sơn Thường dùng hệ số ép chặt

kc để chỉ quan hệ giữa chiều dài phần sắt với chiều

dài thực của lõi sắt

Chọn Hệ số ép chặt kc= 0,95 (Bảng 2-2, trang

23 TKMĐ)

11) Sơ bộ chiều cao của gông stato:

1 1

Chọn rãnh hình quả lê như hình bên:

Chiều cao miệng rãnh thường lấy từ 0,5  0,8 (mm) Chọn h41 = 0,5 (mm)

Đường kính d1 được tính theo công thức:

) 2

(

1

1

' 1 41 1

Z

z b h D

) 2 (

1

1

' 1 1

2 Z

z b h D

Chọn hr1 = 28 mmKhi đó chiều cao của h12 là:

=

8

) 12 9

S

d n

=

227

435 , 1 2

= 0,7 Trong đó: url: số thanh dẫn tác dụng của

một cực

dcđ : đường kính dây kể cả cách điện

Ta thấy hệ số lắp đầy rãnh nằm trong

khoảng tốt nhất (0,7 ÷ 0,75) nên không cần tính

2 (

Z

d h

2 (

Z

h h

15) Chiều cao gông stato:

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 ảnhhưởng đến dung sai lắp ghép của vỏ, nắp, lõi sắt, từ đó quyết định độ lệch tâm chophép và lực từ một phía của máy Đường kính trục và khoảng cách giữa hai ổ biquyết định độ võng của trục Có thể dùng những công thức sau để chọn hệ số khe

2

9 1 (

9

) = 0,644 mmTheo những máy đã chế tạo ở bảng 10.8 (trang 253 TKMĐ) khe hở không khí

δ dãy động cơ 4A, ta chọn δ = 0,7 mm = 0,07 cm