thiết kế động cơ kđb 2,2kw

Chương I KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ I CẤU TẠO Gồm hai phần chính: -Phần tĩnh (Stator) -Phần quay (Rotor) Phần tĩnh (Stator) Phần tĩnh gồm phận lõi thép dây quấn, có vỏ máy nắp máy Lõi thép Lõi thép stato hình trụ thép kỹ thuật điện dập rãnh bên trong, ghép lại với tạo thành rãnh theo hướng trục Lõi thép ép vào vỏ máy Dây quấn ba pha Dây quấn stato làm dây dẫn điện bọc cách điện (dây điện từ) đặt rãnh lõi thép Dòng điện xoay chiều ba pha chạy ba dây quấn ba pha stato tạo từ trường quay Dây quấn ba pha nối tam giác Vỏ máy Vỏ máy làm nhôm gang, dùng để giữ chặt lõi thép, cố định máy bệ, bảo vệ máy đỡ trục rôto Phần quay(Rotor) Gồm lõi thép, dây quấn trục máy Lõi thép Lõi thép gồm thép kỹ thuật điện dập rãnh mặt ghép lại, tạo thành rãnh theo hướng trục, lỗ để lắp trục Dây quấn Dây quấn rôto máy điện khơng đồng thường có hai kiểu: rơto lồng sóc (rơto ngắn mạch) rơto dây quấn Rơto lồng sóc rãnh lõi thép rơto đặt đồng (hoặc nhôm), đồng thường đặt nghiêng so với trục, hai đầu nối ngắn mạch vịng đồng (nhơm), tạo thành lồng sóc Rơto dây quấn gồm lõi thép dây quấn Lõi thép thép kỹ thuật điện ghép lại với tạo thành rãnh hướng trục Trong rãnh lõi thép rôto, đặt dây quân ba pha Dây quấn rôto thường nối sao, ba đầu nối với ba vòng tiếp xúc đồng (vành trượt), nối với ba biến trở bên để điều chỉnh tốc độ mở máy Động khơng đồng có hai loại: Động rơto lồng sóc động rơto dây quấn II NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Nguyên lý làm việc động điện khơng đồng ba pha: Khi ta cho dịng điện ba pha tần số f vào ba dây quấn stato tạo từ trường quay với tốc độ n1 = 60f/p Từ trường quay cắt dẫn dây quấn rôto cảm ứng sức điện động Vì dây quấn rơto nối kín mạch, nên sức điện động cảm ứng sinh dòng điện dẫn rôto Lực tác dụng tương hỗ từ trường quay máy với dẫn mang dòng điện rôto, kéo rôto quay với tốc độ n < n1 chiều với n1 Tốc độ quay rôto n luôn nhỏ tốc độ từ trường quay n1 tốc độ dây quấn rơto khơng cịn sức điện động dịng điện cảm ứng, lực điện từ không Hệ số trượt tốc độ: s = (n1-n)/n1 Tốc độ động cơ: n= 60f/p.(1-s) (vịng/phút) III ĐẶC TÍNH CƠ ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ Phương trình đặc tính Công suất điện từ động =3 Mặt khác: = Do đó: = Mđt: mơmen điện từ gồm hai phần Phần nhỏ tổn thất cuộn dây tổn thất ma sát ổ bi, ký hiệu ∆M Phần lớn biến thành mômen quay động M = M +∆M Mà M >> ∆M nên ta bỏ qua ∆M Vậy Mđt ~ M Khi : Mđt = M = = Biểu thức phương trình đặc tính Được biểu diễn quan hệ M = f(n) hình Đặc tính động khơng đồng IV ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA Ưu Điểm: - Trong công nghiệp phần lớn sử dụng động không đồng ba pha Vì tiện lợi hơn, với cấu tạo, mẫu mã đơn giản, giá thành hạ so với động chiều - Ngồi động khơng đồng ba pha dùng trực tiếp với lưới điện xoay chiều ba pha, tốn thêm thiết bị biến đổi Vận hành tin cậy, giảm chi phí vận hành, bảo trì sữa chữa Theo cấu tạo người ta chia động không đồng ba pha làm hai loại - Động roto dây quấn động roto lồng sóc Nhược Điểm: Bên cạnh ưu điểm động khơng đồng ba pha có nhược điểm sau: - Dể phát nóng stato, điện áp lưới tăng roto điện áp lưới giảm - Làm giảm bớt độ tin cậy khe hở khơng khí nhỏ - Khi điện áp sụt xuống mơmen khởi động mơmen cực đại giảm nhiều mơmen tỉ lệ với bình phương điện áp Ứng dụng động không đồng Ngày nay, hệ thống truyền động điện sử dụng rộng rãi thiết bị dây chuyền sản xuất công nghiệp, giao thông vận tải, thiết bị điện dân dụng, Ước tính có khoảng 50% điện sản xuất tiêu thụ hệ thống truyền động điện Hệ truyền động điện hoạt động với tốc độ khơng đổi với tốc độ thay đổi Hiện khoảng 75 – 80% hệ truyền động loại hoạt động với tốc độ không đổi Với hệ thống này, tốc độ động không cần điều khiển trừ trình khởi động hãm Phần cịn lại, hệ thống điều chỉnh tốc độ để phối hợp đặc tính động đặc tính tải theo yêu cầu Với phát triển mạnh mẽ kỹ thuật bán dẫn công suất lớn kỹ thuật vi xử lý, hệ điều tốc sử dụng kỹ thuật điện tử ngày sử dụng rộng rãi công cụ thiếu q trình tự động hóa Động khơng đồng có nhiều ưu điểm như: kết cấu đơn giản, làm việc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ, có khả làm việc mơi trường độc hại nơi có khả cháy nổ cao Vì ưu điểm nên động không đồng ứng dụng rộng rãi ngành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàngnghìn kW Trong cơng nghiệp, động khơng đồng thường dùng làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa nhỏ, cho máy công cụ nhà máy công nghiệp nhẹ Trong nông nghiệp, dùng làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm Trong đời sống ngày, động không đồng ngày chiếm vị trí quan trọng với nhiều ứng dụng như: quạt gió, động tủ lạnh, máy quay dĩa, Tóm lại, với phát triển sản xuất điện khí hóa tự động hóa, phạm vi ứng dụng động không đồng ngày rộng rãi So với máy điện DC, việc điều khiển máy điện xoay chiều gặp nhiều khó khăn thơng số máy điện xoay chiều thông số biến đổi theo thời gian, chất phức tạp mặt cấu trúc máy động điện xoay chiều so với máy điện chiều Cho nên việc tách riêng điều khiển moment từ thơng để điều khiển độc lập địi hỏi hệ thống tính tốn cực nhanh xác việc qui đổi giá trị xoay chiều biến đơn giản Vì vậy, gần đây, phần lớn động xoay chiều làm việc với ứng dụng có tốc độ không đổi phương pháp điều khiển trước dùng cho máy điện thường đắt có hiệu suất Động không đồng không tránh khỏi nhược điểm Chương II Các phần mềm mô động không đồng Hiện nay, với phát triển cơng nghệ máy tính, phương pháp PTHH công cụ đặc biệt hữu hiệu để tính tốn tốn vi phân điện từ trường máy điện Một số phần mềm phổ biến ứng dụng phương pháp PTHH để giải toán trường điện từ lĩnh vực máy điện nói chung LSPMSM nói riêng thống kê sau: - Finite Elecment Method Magnetics (FEMM) - Opera-2D (Cobham) - Ansoft Maxwell 2D/3D (ANSYS Electromagnetics Solutions) - MagNet2D/3D (Infolytica) I Finite Elecment Method Magnetics (FEMM) FEMM phần mềm giải vấn đề liên quan đến điện từ trường tần số thấp hai chiều phạm vi đối xứng trục Error: Reference source not found Hiện nay, chương trình chủ yếu sử dụng để giải tốn điện từ, điều hịa điện từ tuyến tính/phi tuyến tốn truyền nhiệt trạng thái ổn định FEMM chia làm ba phần chính: - Lớp tương tác (femm.exe) Chương trình tiền xử lý với giao diện đa chức hậu xử lý toán giải FEMM Chương trình bao gồm liên kết CAD xác định cấu trúc hình học, đặc tính vật liệu điều kiện biên toán, file DXF tận dụng để phân tích cấu trúc có Chương trình cho phép người sử dụng khảo sát trường điện từ điểm biểu diễn đặc tính theo dạng người sử dụng mong muốn - Chương trình Triangle.exe Chương trình chia miền tốn thành lưới phần tử hữu hạn tam giác, phần lõi phương pháp PTHH Chương trình Jonathan Shewchuck viết Các phần mềm phụ trợ (fkern.exe cho toán từ trường, belasolv.exe cho toán điện, hsolv.exe cho toán nhiệt, csolv.exe cho tốn dịng) Mỗi phần mềm phụ trợ chứa file liệu để xử lý tốn phương trình vi phân tương đương FEMM sử dụng ngơn ngữ lập trình Lua, Lua cho phép xây dựng, phân tích cấu trúc, đánh giá kết sau xử lý Ngoài ưu điểm Lua cho phép thay giá trị số học phương trình tốn học II Opera (Cobham) Opera phần mềm hãng Cobham Opera bao gồm phần mềm hướng đối tượng hồn chỉnh cho tốn điện từ trường, dùng để thiết kế, mô đánh giá đặc tính Error: Reference source not found Opera gồm thư viện mơ hình 2D/3D mạnh để thiết kế công cụ mô PTHH chuyên môn hóa cao cho dạng tốn khác nhau: + Trường điện từ; + Trường điện tần số thấp; + Trường điện từ tần số cao; + Phân tích nhiệt ứng suất; + Thiết kế máy điện quay tuyến tính; + Nam châm siêu mạnh; + Từ hóa/khử từ NCVC; + Từ trễ vật liệu nam châm; + Điện trường môi trường dẫn điện - cách điện Đối với mơ phỏng, Opera có phần mềm hậu xử lý, cho phép người sử dụng xem phân tích kết mơ phỏng, thực tính tốn phụ trợ Đối với thiết kế, phần mềm có giao diện dễ sử dụng, thiết kế Opera tối ưu hóa cách tự động Mơ hình tốn xây dựng từ phần mềm CAD sẵn có tạo Opera Phần mềm thiết kế mơ hình đối tượng bao gồm: + Các phần mềm thiết kế mơ hình 2D/3D; + Phần mềm chuyển đổi liệu từ file CAD sẵn có; + Các đặc tính vật lý phi tuyến; + Hiệu chỉnh sửa đường cong B-H; + Thư viện đặc tính vật liệu; + Các vật liệu dẫn điện thể dạng 3D với độ xác cao; + Tự động sinh lưới PTHH mô Các phần mềm công cụ mô tính tốn: Opera có hai phiên 2D 3D Ở phiên bản, phần mềm tự động chia lưới PTHH để đạt độ xác mong muốn Người sử dụng mơ trường điện từ sau xây dựng mơ hình Opera có phần mềm phụ trợ phù hợp để phân tích toán trường điện từ ứng dụng khác liên quan: + Công cụ trường điện từ tĩnh: Các ứng dụng điển hình NCVC, nam châm điện từ, tính tốn cộng hưởng từ MRI/NMR, nghiên cứu thiết kế ban đầu máy điện quay + Công cụ trường điện từ tần số thấp: Các ứng dụng điển hình phân tích ảnh hưởng dịng cảm ứng, máy biến áp, nam châm, cuộn dây, cảm ứng nhiệt + Công cụ trường điện từ tần số cao: Các ứng dụng điển hình phân tích cộng hưởng, lọc, cuộn cao tần III MagNet V7 (Infolytica) MagNet V7 phần mềm hãng Infolytica MagNet V7 bao gồm hai phần mềm mơ 2D/3D cho tốn trường điện từ, công cụ giúp người sử dụng dễ dàng mơ hình dự đốn đặc tính vận hành thiết bị điện điện từ Error: Reference source not found: + Động cơ/Máy phát điện; + Máy biến áp; + Cơ cấu chấp hành; + Cảm biến; + Truyền nhiệt; + Âm thanh; + Chụp cộng hưởng từ (MRI); + Từ trường MagNet ứng dụng phương pháp PTHH giải phương trình vi tích phân Maxwell Mỗi mô đun phần mềm tùy chỉnh để mô trường điện từ dạng 2D 3D MagNet dùng để phân tích tốn điện từ trường sau: + Trường điện từ biến đổi theo thời gian - Phi tuyến Các phân tích phi tuyến; Các tổn hao lõi, hiệu ứng tiệm cận dịng xốy; Chuyển động: chuyển động quay, tuyến tính; Các vấn đề liên quan đến điều chỉnh tải tốc độ; Tính tốn dịng cảm ứng + Trường điện từ điều hòa theo thời gian - Xoay chiều Các phân tích với tần số bất biến miền phức; Dịng xốy, hiệu ứng bề mặt hiệu ứng tiệm cận + Trường điện từ tĩnh: Các phân tích phi tuyến; Dòng điện chạy qua loại vật liệu dẫn điện bao gồm vật liệu từ IV ANSYS/Maxwell ANSYS/Maxwell phần mềm hãng ANSYS ANSYS/Maxwell phần mềm mô trường điện từ hàng đầu cho kỹ sư thiết kế phân tích thiết bị điện điện từ trường, bao gồm động cơ, cấu truyền động, máy biến áp, cảm biến cuộn dây Error: Reference source not found Maxwell sử dụng phương pháp tính tốn tính tốn tốn lĩnh vực điện điện từ trường Phần mềm Maxwell có ưu điểm q trình tính tốn tự động tối ưu, người sử dụng cần xác định kết cấu hình học, tính chất vật liệu tham số đầu mong muốn Từ thiết lập người sử dụng, Maxwell tự động chia lưới phần tử hữu hạn thích hợp, hiệu xác để giải tốn điện từ trường Quá trình chia lưới chứng minh tối ưu, loại bỏ phức tạp trình phân tích cho phép tính tốn nhanh Bên cạnh đó, Maxwell cho phép người sử dụng hiệu chỉnh lưới phần tử hữu hạn miền đối tượng để tốn tính tốn xác Một tính quan trọng Maxwell khả xây dựng mơ hình đối tượng giản đơn cách thiết lập thông số từ phần mềm phụ trợ, ví dụ ANSYS Simplorer, RMxprt,… phần mềm mô hệ thống ANSYS Với ưu điểm này, người sử dụng xây dựng mô đối tượng phần mềm khác ANSYS nhằm hồn chỉnh mơ hình điện cơ, thiết lập mơ hình mơ điện tử hệ thống điện tử công suất hợp phần mềm V Lựa chọn phần mềm mô Các phần mềm ứng dụng phương pháp PTHH mơ máy điện nêu có khả giải toán điện - từ trường để mơ đặc tính máy điện Từ tìm hiểu mạnh phần mềm, luận án lựa chọn phần mềm ANSYS/Maxwell 2D để mô LSPMSM, kết mô ANSYS/Maxwell 2D làm sở để so sánh phân tích với kết thu mơ dựa mơ hình tốn mà luận án đề xuất Chương III TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM ANSYS MAXWELL I Khái niệm phần mềm Maxwell Maxwell phần mềm mô phỏng, đánh giá phần mềm mô điện từ hàng đầu giành cho kỹ sư chuyên thiết kế phân tích thiết bị điện từ động cơ, truyền động, máy biến áp, cảm biến cuộn cảm Maxwell sử dụng phần tử hữu hạn để giải vấn đề liên quan đến trường điện từ tĩnh miền tần số biến thiên (theo thời gian) II Ứng dụng Một ưu điểm bật Maxwell tiến trình xử lí tự động vị trí người dùng mong muốn để tao vùng làm việc độc lập, đưa đặc tính vật liệu để trích xuất liệu bên ngồi Nhờ tính độc đáo Maxwell giải vấn đề cách hiệu việc tạo mắt lưới phù hợp, với độ xác cao Điều chứng tỏ thơng qua q trình tương thích tự động mặt lạ, chúng phân tách thành phần phức tạp thu tiến trình xử lí giúp kỹ sư thuận lợi dễ dàng thiết kế Maxwell có khả phát hifi, làm giảm kiểu models cần phân tích thơng qua phương pháp phân tích ứng dụng rộng Simplorer, phần mềm mô hệ thống đa vùng ANSYS Khả cho phép tạo dòng thiết kế điện từ mạnh mẽ, giúp người dùng liên kết xác mạch phức tạp với models cửa Maxwell, tạo hiệu suất cao việc thiết kế hệ thống điện điện công suất III      Các vấn đề giải Các thành phần mà Maxwell giải như: Trường tĩnh điện: Trường tĩnh điện, lực momen xoắn, điện dung gây bỡi phân bố điện áp, vật liệu tuyến tính Trường dẫn chiều: Điện áp, trường điện mật độ dịng tính bỡi hiệu điện Ma trận trở kháng thêm vào vật liệu cách điện quanh dây dẫn để tính điện trường bao gồm vật cách điện Trường từ tĩnh: Trường từ tĩnh momen xoắn, lực từ, cảm ứng gây bỡi dòng điện chiều, trường điện tĩnh nam châm Các vật liệu tuyến tính phi tuyến tính Dịng điện xốy: Trường điện từ biến đổi điều hịa, lực momen xoắn trở kháng gây bỡi dòng xoay chiều trường từ dao động ngoại (chỉ vật liệu tuyến tính) Trường điện không ổn định  Trường không ổn định ... Chương V THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ TRÊN MAXWELL I Thiết kế sơ lược động Ansys Maxwell Khởi động phần mềm chọn loại động thiết kế Bước 1: Khởi động phần mềm Ansys Maxwell máy tính, xuất hình khởi động bên... kết mơ phỏng, thực tính tốn phụ trợ Đối với thiết kế, phần mềm có giao diện dễ sử dụng, thiết kế Opera tối ưu hóa cách tự động Mơ hình tốn xây dựng từ phần mềm CAD sẵn có tạo Opera Phần mềm thiết. .. sức điện động dịng điện cảm ứng, lực điện từ không Hệ số trượt tốc độ: s = (n1-n)/n1 Tốc độ động cơ: n= 60f/p.(1-s) (vịng/phút) III ĐẶC TÍNH CƠ ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ Phương trình đặc tính Cơng suất