Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của tiết diện rãnh stator tới hiệu suất của động cơ không đồng bộ ba pha rô to lồng sóc

Đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng của tiết diện rãnh stator tới hiệu suất của động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc trình bày tổng quan tình hình sản xuất động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc, sự cần thiết phải nâng cao hiệu suất của động cơ, các giải pháp nâng cao hiệu suất động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc; thiết kế diện tích rãnh stator tối ưu cho động cơ không đồng bộ ba pha.

MỞ ĐẦU   ngành c                    h    ba p  ba pha rôto   iá     k         iên                       ngành                    tính tốn tìm      Bản luận văn gồm có ba chƣơng Chương 1: Tổng quan tình hình sản xuất động khơng đồng ba pha rơto lồng sóc, cần thiết phải nâng cao hiệu suất động Chương 2: Các giải pháp nâng cao hiệu suất động khơng đồng ba pha rơto lồng sóc Chương 3: Thiết kế diện tích rãnh stator tối ưu cho động không đồng ba pha Cuối kết luận kiến nghị     -               TS             ng CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH SẢN XUẤT ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ BA PHA RƠTO LỒNG SĨC, SỰ CẦN THIẾT PHẢI NÂNG CAO HIỆU SUẤT CỦA ĐỘNG CƠ 1.1 Tình hình sản xuất tiêu thụ điện động khơng đồng  hóa  k                                               ó                60% 6 2.711              KWh    n 5%            k                 , nhà máy       C  1.2 Sự cần thiết phải nâng cao hiệu suất                c                             k            [8]    k                   k   c   A = 25.000 × 106 × 0,01 × 1500 = 375 tỷ đồng (ba trăm bảy lăm tỷ đồng)       chúng   [12]      -  2 Châu Âu                      -               Standard MEPS -   - ho    -   có                                        5   k  Tiêu -1:2005 -1 Bảng 1-1: Tiêu chuẩn động không đồng pha hiệu suất cao TCVN 7540-1:2005 2p=2  (KW)   2p=4  2p=6 C   2p=8   1.1 74.0 0.85 76.0 0.78 70.0 0.74 70.0 0.65 1.5 77.0 0.87 80.5 0.79 76.0 0.77 71.8 0.68 2.2 80.6 0.86 82.2 0.81 78.3 0.76 74.7 0.70 3.0 82.6 0.88 83.5 0.83 79.9 0.78 76.8 0.75 3.7 84.0 0.89 84.9 0.83 81.9 0.78 79.4 0.74 4.0 85.5 0.90 86.0 0.82 83.5 0.77 81.3 0.73 5.5 86.5 0.89 87.0 0.85 84.7 0.76 83.0 0.74 7.5 87.5 0.90 87.9 0.85 86.1 0.78 84.5 0.74 11 88.3 0.89 88.9 0.85 87.3 0.78 86.0 0.77 15 89.5 0.89 89.9 0.86 88.7 0.82 87.7 0.76 18.5 90.2 0.90 90.8 0.86 89.6 0.82 88.9 0.75 22 91.0 0.90 91.2 0.88 90.3 0.83 89.5 0.75 30 91.7 0.90 91.6 0.88 90.8 0.78 90.2 0.76 37 92.5 0.90 92.3 0.87 91.6 0.88 91.0 0.79 45 93.0 0.89 92.8 0.87 92.2 0.86 91.7 0.79 55 93.0 0.89 93.1 0.87 92.7 0.87 91.7 0.82 75 93.6 0.90 93.7 0.87 93.1 0.86 92.9 0.82 90 94.2 0.91 94.1 0.87 93.7 0.86 93.0 0.82 110 94.5 0.91 94.5 0.88 94.1 0.87 93.6 0.82 132 95.0 0.91 94.8 0.88 94.5 0.87 93.6 0.82 150 95.0 0.92 95.0 0.89 95.0 0.87 94.1 0.82 -             -    -2.[5] Bảng 1-2: Tiêu chuẩn Việt Nam 1987-1994 động k hông đồng ba pha rơto lồng sóc kiểu IP44  2p=2 2p=4 2p=6 (KW)         1.1 77.5 0.87 75.0 0.81 74.0 0.74 70.0 0.68 1.5 81.0 0.85 77.0 0.83 75.0 0.74 74.0 0.65 2.2 83.0 0.87 80.0 0.83 81.0 0.73 76.5 0.71 3.0 84.5 0.88 82.0 0.83 81.0 0.76 79.0 0.74 4.0 86.5 0.89 84.0 0.84 82.0 0.81 83.0 0.7 5.5 87.5 0.91 85.5 0.86 85.0 0.80 83.0 0.74 7.5 87.5 0.88 87.5 0.86 85.5 0.81 86.0 0.75 11 88.0 0.90 87.5 0.87 86.0 0.86 87.0 0.75 15 88.0 0.91 89.0 0.88 87.5 0.87 87.0 0.82 18.5 88.5 0.92 90.0 0.88 88.0 0.87 88.5 0.82 22 88.5 0.91 90.0 0.90 90.0 0.90 88.5 0.84 30 90.5 0.90 91.0 0.89 90.5 0.90 90.0 0.81 37 90.0 0.89 91.0 0.90 91.0 0.89 90.0 0.83 45 91.0 0.90 92.0 0.90 91.5 0.89 91.5 0.82 55 91.0 0.92 92.5 0.90 92.0 0.88 92.0 0.84 75 91.0 0.89 93.0 0.90 92.0 0.89 92.5 0.85 90 92.0 0.90 93.0 0.91 92.5 0.89 93.0 0.85 110 91.0 0.89 92.5 0.90 93.0 0.90 93.0 0.85 132 91.5 0.89 93.0 0.90 93.5 0.90 93.5 0.85 2p=8          -    83.27%) bình - 89.08                   5.8       1.3 Kết luận -  k   -    -  k         giú      ,     CHƢƠNG 2: CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA RÔTO LỒNG SÓC 2.1 Các thành phần tổn hao động khơng đồng pha roto lồng sóc  [2], [3], [6], [7] P2 P1 p Cu1 pFe pCu2 p pf Hình 2-1: Giản đồ lượng động khơng đồng 3pha rơto lồng sóc    -  (p ) -  pfe) -  pcu1, pcu2 -   f Các thành phn tn hao ca  kng b ng có t  l ng 2.1 [11] STT Các thành phần tổn hao cc (2p=2) cc (2p=4) Tng Stato (pcu1) 26% 34% Tng Roto (pcu2) 19% 21% Tn hao st (pfe) 19% 21% T) 25% 10% Tn hao ph (pfe) 11% 14% Bảng 2.1: tỷ lệ thành phần tổn hao động không đồng 3pha  fecu1 , pcu2  -  1fe1 cu1 Pđt = P1 -PCu1 - P Fe1 (W) 2.1.1 Tổn hao to quay   - Tn hao  trc: ph thuc vào cu to ca chúng d   Trong máy khơng ln có th dùng  bi tròn hoi m st Trong máy công su t l i ta dùng  t d u l gi m bt ma sát u kin khác nhau, tn hao  tr quay, trng kính ngang trc  t  trc -          10 2 . d1 d2   h12 Sr   d1 d (3.143) - Chiu cao rãnh rôto l n nhu kin t  cm   nht: - T biu thc (3.139), (3.140) d1  - D 2.h4s Z1.bz Z1   (3.144) n ca rãnh: d2  - D1 2.h12 Z1 b (3.145)  z1 T biu thc (3.1 43), (3.145) Z1 d2 Z1 bz D1 2 2 2.Z1  d2 2.Z1 bz1  .D1 h12     d2 2.Z1 d1  d1 Z1 bz1 2. D1 d1 2 .d  (3.146) r .S 62 - Chiu cao gông stator:   -       (3.147) Chiu cao rãnh stator:  -       M t cm gông stator: 66 (3.148)        (3.149)  y t d liu t k thép stator di n tích rãnh ng vn dây dn, tác gi c ca rãnh stator: d1 , d2, hr, hg Vi mi mt din tích rãnh ta s nhc mt b  s liu cc rãnh Quá trình tìm ki m giá tr din ca dây dn ) cho tng tn hao stator nh nhc ti thut tốn hình 3.8 67 *) Lưu đồ thuật toán thiết kế thép stato: Bắt đầu Dữ liệu đầu vào, D n, D, B z, Bg, k lđ, k F thông số dây quấn Tính Srs theo d cđ Chọn Bzsmin,Bzsmax, Bgsmin ,Bgsmax Tính tốn S rsmin;Srsmax Srsmin ≤Srsi≤ S rsmax Tính: bzsi, d 1si , d2si, h12si hzsi, H zsi, hgsi , Hgsi Tính Psi Chọn phƣơng án: psi = psmin Kết thúc Hình 3.8r 68 3.3.3 Ví dụ xác định diện tích rãnh tối ƣu thơng số rãnh stato stator     : D n = 22,5 cm  : D = 15 cm  : Z1 = 36 rãnh  : l1 = 7,44 cm   = 0,90 T  : t1 = 1,3083 cm    : h4s = 0,5 mm  : h4s = 2,5 mm  rmin  r  rmax      M rmin Srmax  sau: * Tính tốn Srmin           -  :             -  :                 - Tính d 1min  : 69 36.6, 69 Z1 bz1max 3,14.150 2.0,5   D 2.h4s  7,5 mm   Z1   36 3,14  d1min  - ính  d2min: 2.Z  2 d22 2.Z1 bz1  .D1  d 2min  7,7 mm  2.Z1 d1 d 2 .d12 .Sr  d1 Z1 bz1 2. .D1 d1  -  theo 3.137:                       - Tính h 12  d 1min h hr h 12 41 d 2min   13,68 0,5 7,5 7,  5,56(  mm)  -  : S r  d1min d 2min  h12min d   d 2min  1min  3,14  7,52 7,   13, 68 7,5   7,7  87,890 mm2  - dmin rmin theo 3.136                 = 1,33( mm ) d   S rmin    * Tính tốn S rmax             70 -  :             -   tính the:                 - Tính d 1max  :  D 2.h 4s Z 1.bz 1min 3,14.150  2.0,5 36.5,97  8,5 mm   Z1   36 3,14  d1max  -  2max: 2.Z  2 d22 2.Z1 bz1  .D1  d 2max  8, mm  2.Z1 d1 d 2 .d12 .Sr  d1 Z1 bz1 2. .D1 d1  -   theo 3.137:                        - Tính h 12   d 1max h hr max h 12 41 d 2max   15,58 0,5 8,5  8,7  6,82(  mm) -    2   d1max d2 max   h12max S r max    d1max d 2max  2 3,14  8,5 8,  15,58 8,5   8, 124, 264mm2  - Ta  rmax theo 3.136 : 71                  = 1,585 ( mm ) dax   S rmax    *   d                                   dcđ (mm) 1.33 1.385 1.405 1.435 1.485 1.535 1.585 S rãnh(mm 2) 87.303 94.672 97.426 101.631 108.837 116.289 123.989 hr1 (mm) 14.105 15.003 15.278 15.558 16.392 16.481 17.309 hg1(mm) 24.691 23.818 23.556 23.308 22.496 22.490 21.685 d1(mm) 6.667 6.667 6.711 6.883 6.883 7.463 7.463 d2(mm) 7.780 7.924 8.005 8.194 8.328 8.830 8.963 bz1 (mm) 7.09 7.085 7.045 6.888 6.888 6.358 6.358 Bz1(T) 1.75 1.750 1.760 1.800 1.800 1.950 1.950 Bg1(T) 1.447 1.500 1.517 1.533 1.588 1.588 1.647 BẢNG 3.2 KÍCH THƢỚC LÁ THÉP STATO VÀ MẬT ĐỘ TỪ CẢM TRONG STATOR 72 dcđ (mm) 1.33 1.385 1.405 1.435 1.485 1.535 1.585 r  1.936 1.797 1.745 1.670 1.558 1.452 1.435 4.5.10-5 4.510 -5 4.510 -5 4.510-5 4.510 -5 4.510 -5 4.510-5 r  ’ r  0.574 0.574 0.574 0.574 0.574 0.574 0.574 x  2.641 2.656 2.662 2.670 2.685 2.696 2.711 x ’2  1.9400 1.9400 1.9400 1.9400 1.9400 1.9400 1.9400 x12  66.141 65.335 65.095 64.858 64.136 64.090 63.388 I ’2 (A) 10.224 10.224 10.224 10.224 10.224 10.224 10.224 I (A) 11.360 11.360 11.360 11.360 11.360 11.360 11.360 Iμ (A) 3.199 3.236 3.247 3.258 3.292 3.294 3.328 BẢNG 3.3 CÁC THÔNG SỐ MẠCH ĐIỆN THAY THẾ dcđ 1.33 1.385 1.405 1.435 1.485 pCu1 (W) 699.58 659.02 643.39 620.15 585.99 551.21 547.89 pCu2 (W) 180.01 180.01 180.01 180.01 180.01 180.01 180.01 pFe(W) 30.35 35.23 36.93 39.15 44.08 47.14 p(W) 57.665 57.665 57.665 57.665 57.665 57.665 57.665 pS(W) 729.93 694.25 680.32 659.3 630.07 598.35 600,03 pf(W) 31.36 31.55 31.62 31.72 31.88 32.02 (W) 998.96 963.48 949.61 928.69 899.62 868.04 870.05  0.8414 0.8470 0.8501 0.8547 0.8593 0.8645 0.8644 (mm) BẢNG 3.4: TỔN HAO VÀ HIỆU SUẤT 73 1.535 1.585 52.41 32.07 p S(W) 800 700 600 pS 500 pFe 400 pCu 300 200 100 Sr (mm2 ) 87.303 94.672 97.426 101.631 108.837 116.289 123.989 HÌNH 3.9: ĐỒ THỊ TỔN HAO TRÊN STATOR THEO TIẾT DIỆN RÃNH *     : tt  Min max chênh l  S rãnh(mm 2) 87.303 116.289 28.986 33.2 ∑p(W) 13.1 η% 868.04 0.8645 130.92 998.96 0.8414 0.0231 2.75 5 rãnh max 74   5%      -  : Sr = 116.289 mm2 -   : d1 = 7.463 mm -   : d2 = 8.830 mm -  : bz1= 6.358 mm -  : hg1 = 22.490 mm -  : Bg = 1.588 T -  : Bz = 1.950 T -  : hr1 = 16.481 mm -  = 1.535 m m -  : r1 =  -  : pCu1 = 551.21(W) - p Fe = 47.14(W) - pCu2 = 180.01(W) - pf = 32.02(W) - p = 57.665(W) - S = 598.35(W) -  :  = 868.04(W) -  = 0.8645% 75 3.4 Kết luận    Khi Sr  Srmin r rmax  r rmin  r = 116.289 ( mm2  Khi S r = 123.989 ( mm2  Sr = 116.289( mm2         không   rãnh    Tìm   S r = 116.289 (mm2    rãnh stator  76 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ Kết luận                                                     ‘‘Nghiên cứu ảnh hưởng tiết diện rãnh stator tới hiệu suất động không đồng ba pha rơto lồng sóc’’        k  5.5kW, 2p=4   % Kiến nghị    -1:2005  1-                                   ,tì 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1   2   3    - 4-                    5   -  -                         (2006-2007) ALI EMADI; Energy-efficient electric motors; MARCEL DEKKER, Newyork 2005 B Renier, K Hameyer and R Belmans (September 1999), Comparison of standards for determining efficiency of three phase induction motors, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol.14 (No.3), 512-517 E.F.Fuchs, H.Huang (December 1999), Comparition of two optimization techniques as applied to three phase induction motor design, IEEE transaction on Enerry Conversion Vol.14 (No.4), 651-660 Prof Francesco Parasiliti, Dr Marco Villani (December 2003), design of high efficincy industrial induction motors by innovative technologies and new materials, Aquila, 1-4 10 A E Fitzgerald, Charles Kingsley, Stephen D Umans; lectric Machinery; McGRAW- HILL Book Company, New York, 2003 78 11 Prof.B.E Kushare, Mr.S.Y.Kulkarni (2003), The Complete guide to Energy Efficient Motors, International Copper Promotion Counci, India 12 Hans De Keulenaner, David Chapman (April 2004), Energy Efficient Motor Driven Systems can save Europe 200 bilion kWh of electricity consumption and 100 million tonne of greenhouse gas emissiones a year, European Copper Institute, 1-25 13 F.Parasiliti-M.villani-C.Paris-O.walti-G.Sonigini-A.Novello-J.Rossi, (2004), three phase induction motor efficiency improvements with die-cast copper rotor cage and premium steel speedam 2004 June 16th-18th, Capri (Italy), 338-343 14 An Indepth- Examination of an Energy Efficiency Technology, Efficiency Improvements for AC Electric Motors, PG & E Energy Efficiency Imformation 4/25/97,1-11 79 80 ...  CHƢƠNG 2: CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA R? ?TO LỒNG SĨC 2.1 Các thành phần tổn hao động không đồng pha roto lồng sóc  [2],... TỔNG QUAN TÌNH HÌNH SẢN XUẤT ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ BA PHA R? ?TO LỒNG SĨC, SỰ CẦN THIẾT PHẢI NÂNG CAO HIỆU SUẤT CỦA ĐỘNG CƠ 1.1 Tình hình sản xuất tiêu thụ điện động không đồng ... luận văn gồm có ba chƣơng Chương 1: Tổng quan tình hình sản xuất động khơng đồng ba pha r? ?to lồng sóc, cần thiết phải nâng cao hiệu suất động Chương 2: Các giải pháp nâng cao hiệu suất động không