Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc công suất 3,0 kw

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH KHOA ĐIỆN Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc NHIỆM VỤ TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP Ngành: Công nghệ Kỹ thuật điện- điện tử Hệ đào tạo: Chính quy Tên đề tài: Thiết kế động khơng đồng ba pha rotor lồng sóc công suất 3,0 kW Các liệu ban đầu: Công suất định mức Pđm = 3,0 kW Điện áp: 380/ 220 V nối Y/Δ Tần số 50 Hz Tốc độ định mức động cơ: nđm= 970 vòng / phút Hệ số công suất: cosφđm= 0,76 Hiệu suất: ηđm=81% Tỷ số: Imở máy/ Iđm = 5,5; Mmở máy/ Mđm ¿ 2,0 ; Mmax/ Mđm = 2,2 Số đôi cực p= 3; Máy kiểu kín, làm việc liên tục; Cấp cách điện F; Cấp bảo vệ IP 44 (Các số liệu tham khảo, theo tài liệu Cty chế tạo Thiết bị điện Việt Hung) Nội dung phần thuyết minh tính tốn: 3.1 Các phần thuyết minh đề tài tiểu luận tốt nghiệp: a, Xác định kích thước chủ yếu b, Tính tốn dây quấn lõi sắt stato c, Tính tốn khe hở khơng khí d, Tính tốn dây quấn lõi sắt rơto e, Tính tốn mạch từ f, Tính tốn tham số động chế độ làm việc bình thường g, Tính tốn đặc tính làm việc h, Tính tốn đặc tính mở máy i, Tính tiêu trọng lượng Bản vẽ: 01 vẽ A3 tổng lắp ráp động 3.2 Đề cương chương: + Tính tốn kích thước chủ yếu; + Tính tốn điện từ; + Bản vẽ tổng lắp ráp A3; + Kết luận hướng phát triển đề tài; + Tài liệu tham khảo Giáo viên hướng dẫn: Th.S Hà Quốc Tuấn Ngày giao nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp : Ngày 23 tháng 08 năm 2021 Ngày hoàn thành đồ án tốt nghiệp : Ngày … tháng … năm 2021 Nghệ An, ngày….tháng…năm 2021 KHOA ĐIỆN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên ĐÁNH GIÁ QUYỂN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP/ TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP (Dùng cho giảng viên hướng dẫn) Giảng viên hướng dẫn: Họ tên Sinh viên: Lớp:………………………………………; Mã số sinh viên: Tên đồ án: Nhận xét nội dung trình bày đồ án/ tiểu luận tốt nghiệp: Nhận xét khác (về thái độ tinh thần làm việc sinh viên) Nghệ An, ngày: … / … / 20… Người nhận xét (Ký ghi rõ họ tên) ĐÁNH GIÁ QUYỂN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP/ TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP (Dùng cho cán phản biện) Giảng viên đánh giá: Họ tên Sinh viên: Lớp:………………………………………; Mã số sinh viên: Tên đồ án: Nhận xét nội dung trình bày đồ án/ tiểu luận tốt nghiệp (Về nội dung: nhận xét phương pháp nghiên cứu, mục tiêu, kết đạt được, chưa đạt được…; Về hình thức trình bày đồ án: chương mục hợp lý chưa? Lỗi tả,…) Nhận xét khác Nghệ An, ngày: … / … / 20… Người nhận xét (Ký ghi rõ họ tên) LỜI NÓI ĐẦU Trong sản xuất nay, việc ứng dụng động điện vào việc truyền động để tạo nguyên công nhằm tạo sản phẩm phục vụ người phổ biến Máy điện không đồng kết cấu đơn giản, làm việc chắn, sử dụng, bảo quản thuận tiện, giá thành rẻ nên sử dụng nhiều kinh tế quốc dân (như máy cái, bơm nước, quạt gió…) cơng suất nhỏ trung bình Tuy vậy, máy điện khơng đồng có nhược điểm như: cosφ máy thường khơng cao đặc tính điều chỉnh tốc độ khơng tốt nên ứng dụng máy điện không đồng có phần bị hạn chế Vì vậy, cần thiết phải thiết kế máy điện để đáp ứng nhu cầu xã hội Tuy vấn đề thiết kế máy điện khơng cịn để thiết kế máy điện đạt hiệu suất cao hệ số cosφ lớn để tiết kiệm cho người tiêu dùng, nâng cao hiệu suât cho lưới điện Quốc gia hay đáp ứng nhu cầu khách hàng lúc vấn đề đòi hỏi người thiết kế phải nắm vững kiến thức lý thuyết kết hợp với tư sáng tạo để tạo sản phẩm tối ưu nhằm giảm giá thành, đáp ứng nhu cầu sử dụng, giải việc làm… Nhờ giảng dạy hướng dẫn tận tình, chu đáo Thầy Hà Quốc Tuấn thầy cô môn giúp đỡ em để hoàn thành đồ án “Thiết kế động điện khơng đồng pha rơto lồng sóc” Do điều kiện thời gian có hạn kiến thức thực tế cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận góp ý thầy bạn bè để hồn thiện đồ án kiến thức Qua đồ án này, em xin chân thành cảm ơn Thầy Hà Quốc Tuấn thầy mơn tận tình giúp đỡ em hoàn thiện đồ án Vinh, ngày tháng năm 2021 Sinh viên thực hiên: Ngơ Trí Bằng LỜI CAM ĐOAN Tôi Trần Văn A, mã số sinh viên YYY, sinh viên lớp ZZZ, khóa TTT Người hướng dẫn TS Nguyễn Văn A Tôi xin cam đoan tồn nội dung trình bày đồ án “Điều khiển giám sát nhiều động sử dụng mạng profinet” kết trình tìm hiểu nghiên cứu Các liệu nêu đồ án hoàn toàn trung thực, phản ánh kết đo đạc thực tế Mọi thơng tin trích dẫn tuân thủ quy định sở hữu trí tuệ; tài liệu tham khảo liệt kê rõ ràng Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm với nội dung viết đồ án Nghệ An, ngày … tháng … năm 2021 Người cam đoan CHƯA THÊM) CHƯƠNG VII TỔN HAO THÉP VÀ TỔN HAO CƠ Tổn hao máy động điện phân thành loại sau: + Tổn hao sắt: stato rơto từ trễ dịng điện xốy từ thơng biến thiên Ngồi tổn hao sắt cịn tính đến tổn hao phụ gọi tổn hao bề mặt tổn hao đập mạch thay đổi từ trễ thay đổi vị trí tương đối rãnh stato rôto + Tổn hao đồng: hiệu ứng Jun gây nên dây quấn nơi tiếp xúc chổi than vành góp vành trượt + Tổn hao phụ: có tải đập mạch từ thông tản động điện xoay chiều biến dạng từ trường phản ứng phần ứng từ trường phần tử đổi chiều động điện chiều + Tổn hao cơ: ma sát vòng bi, ma sát chổi than với vành góp hay vành trượt ma sát khơng khí với phận quay Tổn hao quạt gió kể vào tổn hao Trọng lượng stato: GZ1 = γFe.Z1.bZ1.h’Z1.l1.kc1.10-3 =7,8.28.0,56.1,45.10,5.0,95.10-3 = 2,27 kg Trong đó: γFe = 7,8 kg/dm3 tỷ trọng sắt kc1 = 0,95 hệ số ép chặt Z1 = 36 số rãnh stato l1 = 10,5 cm chiều dài lõi thép stato h’Z1 = 1,45 cm chiều cao stato bZ1 = 0,56 cm chiều rộng stato Trọng lượng gông từ stato : Gg1 = γFe.l1.Lg1.hg1.2.p.kc.10-3 = 7,8.10,5.9,25,1.43.2.3.0,95.10-3 = 6,17 kg Tổn hao sắt lõi sắt stato : Trong răng: PFeZ1 = kgc*PFeZ *B2Z1*GZ1*10-3 =1,8.2,5.1,912.2,27.10-3 = 0,037 kW Trong đó: kgc =1,8 hệ số gia công stato, máy điện không đồng P ≤250 kW PFeZ =2,5 suất tổn hao thép tần số từ hóa f = 50Hz tra bảng V-14 phụ lục V (trang 618 TKMĐ) BZ1: =1,91 mật độ từ thông stato Trong gông: PFeg1 = kgcg* PFeZ *B g1 *Gg1*10-3 = 1,6*2,5*1,449 *6,17*10-3 = 0,051 kW kgc = 1,6 hệ số gia công gông stato, máy điện không đồng P ≤250 kW Gg1=6,17 trọng lượng gông từ stato (kg) Trong lõi sắt stato: PFe’ = PFeZ1+ PFeg1 = 0,037 + 0,051 = 0,088 kW Tổn hao bề mặt rôto : Khi máy điện quay, đối diện với roto máy không đồng xuất dao động mật độ từ thông, biên độ dao động từ thơng lớn khe hở khơng khí nhỏ miệng rãnh to Tần số dao động phụ thuộc vào số tốc độ quay Vì tần số dao động cao nên dịng điện xốy cảm ứng thép điếu tập trung lên lớp mỏng bề mặt lõi thép, tổn hao gây nên dịng điện xoáy gọi tổn hao bề mặt Ở máy điện không đồng bộ, tổn hao bề mặt lớn khe hở khơng khí nhỏ Tổn hao chủ yếu đập trung bề mặt roto bề mặt stato miệng rãnh roto bé (t −b 42 ) l pbm 10−7 t2 (1,5− 0,1 ) Pbm=2 , 06 10 , 128 10−7 =0 , 00531 kW 1,5 Pbm=2 p τ Trong đó: τ : bước cực stato t2: bước rôto b42: bề rộng miệng rãnh rơto pbm: Suất tổn hao bề mặt trung bình đơn vị bề mặt roto chọn k0 = 2: Hệ số kinh nghiệm rôto (k0=1,7 2) ( ) Z n 1,5 (10 B0 t ) 10000 36 ×1000 1,5 ( 10 , 37 , 17 ) 2=128 kW pbm=0,5×2 10000 pbm=0,5 k ( ) Bo: biên độ dao động mật độ từ thông khe hở không khí B =β k δ B δ =0 , 37×1 , 169×0 ,87=0 , 37 T β =0 ,37 b 41 2,4 = =8 δ 0,3 (theo hình 6-1 trang 141 sách TKMĐ) Tổn hao đập mạch rôto : ( ) Z n1 10.B dm G Z 10−3 10000 36 ×1000 10.0 ,12 1,71 10−3=0 , 00351( kW ) Pdm2=0 ,11 10000 Pdm2=0 ,11 ( ) Trong đó: Bđm : Biên độ dao động mật độ từ thông B dm2 = ν1 δ 4,9 , 03 B Z2 = , 95 =0 , 12 T , 17 t1 Trong đó: v1 tính tốn chương GZ2 trọng lượng roto: GZ =γ Fe Z2 h ' Z b ' Z l k c 10−3 GZ =7,8.28.1, 122 0,7 10 ,5×0 ,95 10−3=1 , 71(kg) Tổng tổn hao thép : PFe =P ' Fe + P bm + Pâm 2 PFe =0 , 088+ , 00531+0 , 00351=0 , 097(kW ) Tổn hao : ( )( ) n1 Dn −3 10 1000 10 1000 19 , −3 Pco =1 10 =0 , 013(kW ) 1000 10 Pco =k ( )( ) Trong k = 2p = Tổn hao không tải : P0 = PFe + Pcơ = 0,097 + 0,013 = 0,11 (kW) CHƯƠNG VIII ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC Sau xác định kích thước dây quấn động ,tính tốn tham số máy điện tổn hao ta xác định đặc tính làm việc máy hai phương pháp – phương pháp đồ thị vịng trịn – Phương pháp giải tích Ở ta chọn phương pháp giải tích phương pháp cho kết xác Phương pháp giải tích dưa vào mạch điện thay giản đồ vectơ động không đồng bộ: r1 = 2,03 Ω x1 = 3,75 Ω x12 =65,72 Ω r2’ = 1,65 Ω x2’ =3,81 Ω Hệ số C1: x1 C1 = 1+ x 12 = + 3,75 65,72 = 1,057 C1 = 1,117 Thành phần phản kháng dòng điện chế độ đồng bộ: Iđbx = Iμ = 3,15 A Thành phần tác dụng dòng điện chế độ đồng bộ: P Fe 10 +3 I r μ Iđbr = U1 Sức điện động E1 : 0,097 1000+3.3, 15.2, 03 220 = = 0,176 A E1 = U – Iμ.x1 = 220 – 3,15.3,75 = 220,6 A 6.w k d 6.246.0,93 Z k1 = = 28 = 49,02 I2 293,05 k I’2 = = 49,02 = 5,98 A Trong I2=Itd=293,05 Hệ số trượt định mức: I '2 r ' E1 sđm = = 5,98.1 , 65 220 , = 0,045 Hệ số trượt momen cực đại: r 2' x1 +x ' c1 sm = 1, 65 , 75 +3 ,81 = , 057 = 0,22 Các số liệu đặc tính làm việc: Hệ số trượt Đơn vị Công thức r ns=C 12 ( x ns=C21 r1 C1 ( ¿ + r2 s 0,005 0,01 0,02 0,045 0,089 0,22 ) Ω 370,8 186,5 94,3 43,1 22,86 10,5 ) Ω 8,22 8,22 8,22 8,22 8,22 8,22 x1 ¿ + x2 C1 2 +x ns Z ns= √r ns I¿2=C U1 Z ns ¿ cos ϕ2= ¿ sin ϕ2 = Ω 370,89 186,68 94,65 43,88 24,29 13,33 A 0,62698 1,24 2,45 5,3 9,57 17,44 0,9988 0.999 0,9963 0,9 0,941 0,7876 0,0221 0,044 0,0868 0,18 0,338 0,6166 r ns Z ns x ns Z ns ¿ I2 cos ϕ'2 C1 A 0,235 1,35 2,485 4,67 3,7 13,17 I¿ I x =I dbx + sin ϕ'2 C1 A 3,16 3,2 3,35 4,05 6,2 13,3 A 3,17 3,47 4,17 6,18 7,2 18,7 0,07 0,39 0,6 0,75 0,5 0,7 I r =I dbr + I =√ I21r+I 12x cosϕ1= I 1r I1 P1=3U I r 10 −3 kW 0,15 0,9 1,64 3,08 2,44 8,7 PCu1 =3 I 12 r 10−3 kW 0,06 0,073 0,1 0,23 0,31 2,1 PCu 2=3 I 2' r 2¿ 10−3 kW 0,00195 0,0076 0,0297 0,14 0,45 1,5 P0 =P + P Fe kW 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 Pf =0,005 P1 kW 0,0007 0,004 0,008 0,0154 0,01 0,04 ΣP=P0 +P f + P Cu1 +PCu kW 0,176 0,19 0,25 0,49 0,88 3,75 P2 =P 1−ΣP kW -0,02 0,71 1,39 2,59 1,56 4,95 % -13,3 78,8 84,75 84,09 63,93 56,9 η= P2 100 P1 Bội số momen cực đại: mmax = M max M đm I ' 2m S đm = ( I '2 đm )2 Sm I’2max = 17,44 A dịng điện rơto ứng với smax I’2đm = 5,3 A dịng điện rơto ứng với sđm Khớp với giá trị chọn ban đầu Mmax/ Mđm = 2,2 =( 17 , 44 5,3 )2 0,045 0,22 = 2,2 CHƯƠNG IX TÍNH TỐN ĐẶC TÍNH KHỞI ĐỘNG Tham số động điện xét đến hiệu ứng mặt ngồi với s = 1: – Tính hệ số quy đổi chiều cao rãnh rôto mở máy (s = 1):  = 0,067.a √s = 0,067.10,5.1 = 0,7 Trong đó: a = hr2 – h42=11 – 0,5=10,5 mm hr2: chiều cao rãnh rôto h42: chiều cao miệng rãnh – Theo hình 10-13 (trang 256 TKMĐ) Với :  = 0,7 tra  = ,φ = 0,1 kR = + φ = + 0,1 = 1,1 rtd = kR.rtd = 1,1.6,85.10-5= 7,535.10-5 Ω Với rtd: điện trở tác dụng dây quấn rôto – Điện trở rơto xét đến hiệu ứng mặt ngồi với s=1 2.r v r2 = rtd + Δ 2.1,156.10−5 0,66 = (7,535.10-5 + ).10-4=1,28.10-4 Ω Với : rv: điện trở vành ngắn mạch Δ=2 sin , 14 p ,14 =2sin =0 ,66 28 z2 – Điện trở rôto xét đến hiệu ứng mặt với s=1 2.r v r2 = rtd + Δ2 2.1,156.10−5 0,66 ).10-4=1,28.10-4 Ω = (7,535.10-5 + Δ=2 sin Với : rv: điện trở vành ngắn mạch , 14 p ,14 =2sin =0 ,66 28 z2 – Điện trở rôto qui đổi : r’2 = γ.r2 = 22431,55.1,28.10-4 = 2,87 Ω – Hệ số từ dẫn rãnh rôto xét đến hiệu ứng mặt với s = 1: h1 λr2 = [ 3.b (1− h π b2 +0 ,66− 42 ) Sc b h42 ]. + b42 0,5 π 6,8 15 0,5 (1− +0 ,66− 2.6,8 ].1 + = 1,51 8.74 ,76 =[ 3.6,8 Trong đó: h1=hr1=15 mm; Sc=Sr2=74,76 mm2 – Tổng hệ số từ dẫn rơto xét đên hiệu ứng mặt ngồi với s = 1: Σλ2= λ2r + λt2 + λđ2 + λrn = 1,51 + 1,98 + 0,248 + 0,60= 4,338 – Điện kháng rơto xét đến hiệu ứng mặt ngồi: Σλ ξ x’2=x’2 Σλ = 3,81 4,338 4,1 = 4,03Ω –Tổng trở ngắn mạch xét đến hiệu ứng mặt ngoài: rn = r1 + r2’ = 2,03 + 2,87 = 4,9 Ω xn = x1 + x’2 = 3,75 + 4,03 = 7,78 Ω Zn= √ r nξ2 +x nξ2 = √4,92+7 , 782 = 9,19 Ω – Dòng điện ngắn mạch xét đến hiệu ứng mặt ngoài: U1 220 In= Z nξ = 9,19 =23,93 A Tham số động điện xét đến hiệu ứng mặt ngồi bão hịa mạch từ tản s = Sơ chọn hệ số bão hòa kbh=1,44 – Dòng điện ngắn mạch khki xét hiệu ứng mặt bão hòa mạch từ tản: Inbh = kbh.In = 1,44.23,93 = 34,46 A – Sức từ động trung bình rãnh stator I nbhξ ur Fzbh = 0,7 .(k β +k y k đ a1 Z1 Z2 ) 36 34, 46.41 (0,88+0, 965.0,93 ) 28 = 2011,5 = 0,7 Trong đó: ur = 41 Số dẫn tác dụng rãnh stator a1=1 Số mạch nhánh song song kβ= 0,88: TKMĐ) Hệ số tính đến sức từ động nhỏ bước ngắn tra theo hình 10-14(trang 259 ky= 0,965 hệ số bước ngắn dây quấn kđ= 0,93 Hệ số dây quấn - Cbh=0,64+2,5 √ δ t + t =0,64+2,5 √ 0,03 1,17 + 1,5 = 0,90 t1, t2: bước rãnh stato va rôto F zbh 10−4 -Bδ = 1,6 C bh δ −4 2011,5.10 = 1,6.0,90.0 ,03 = 4,65 T Theo hình 10-15 (trang 260 TKMĐ) Chọn:  = 0,51 C1 = (t1 –b41)(1 – ) = (1,17 –0,24)(1 – 0,51) = 0,45 h41+0 ,58 h λ1bh = b41 C1 0,05 +0,58 , 34 0.45 C +1,5 b 41 = 45+1,5.0 ,24 = 0,57 0,24 C1: tính h41: chiều cao miệng rãnh stato b41: chiều rộng miệng rãnh stato h3= d1/2=0,34cm – Hệ số từ tản rãnh xét đến bảo hòa mạch từ tản λr1bh = λr1 – λ1bh = 1,625 – 0,57 = 1,055 – Hệ số từ tản tạp stato xét đến bảo hòa mạch từ tản: λt1bh = λt1. = 2,286.0,51 = 1,166 – Tổng hệ số từ tản stato xét đến bão hòa mạch từ tản : Σλ1bh = λr1bh + λt1bh + λđ1 = 1,055 + 1,166+ 0,57 = 2,79 – Điện kháng stato xét đến bão hòa mạch từ tản : X1bh = x1 ∑ λ1 bh ∑ λ1 = 3,75 2,79 4,48 = 2,335 Ω C2 = (t2 – b42).( –  ) = ( 1,5 – 0,1 ).( 1– 0,51) = 0,686 h 42 C2 C b +b 42 42 λ2bh = 0,05 0,686 = 0,1 0,686 + 0,1 = 0,436 – Hệ số từ tản rơto xét đến bão hịa mạch từ tản hiệu ứng mặt ngoài: λr2bh = λr2 – λ2bh = 1,51 – 0,436 = 1,07 – Hệ số từ tản tạp rơto xét đến bão hịa mạch từ tản: λt2bh=λt2.=1,98.0,51 = – Hệ số từ tản rãnh nghiêng rơto xét đến bão hịa mạch từ tản: λrnbh = λrn. = 0,60.0,51 = 0,3 –Tổng hệ số từ tản rơto xét đến bão hịa mạch từ tản hiệu ứng mặt Σλ2bh = λr2bh + λt2bh + λđ2 + λrnbh = 1,07 + + 0,248 + 0,3 = 2,6 –Điện kháng rôto xét đến hiệu ứng mắt ngồi bão hịa từ mạch từ tản: x’2bh = x’2 ∑ λ2 ξ bh ∑ λ2 = 3,81 2,6 4,1 = 2,416 Ω Các tham số ngắn mạch xét đến hiệu ứng mặt ngồi bão hịa nạch từ tản : rn = r1 + r’2 = 2,03 + 2,87 = 4,9 Ω xnbh = x1bh + x’2bh = 2,335 + 2,416 = 4,75 Ω √r Znbh = nξ +x nξ bh = √ 4,92+4,75 = 6,82 Ω Dòng điện khởi động : U 220 =32 ,26 = , 82 Ik= Z nξ bh A Bội số dòng điện khởi động : I k 32 ,26 =5 , 22 = I ik = đm , 18 Giá trị không sai khác nhiều so với giá trị chọn ban đầu Imở máy/ Iđm = 5,5 nên chấp nhận -Điện kháng hổ cảm xét đến bão hòa: x12n = x12.k = 65,72.1,45 = 95,29 x ' ξ bh C2bh=1+ Ik x 12 n =1+ , 416 95 , 29 =1,025 32 , 26 = = ,025 C 2ξ bh I’2k= 31,47A Bội số momen khởi động: I ' 2k r' ξ 31 , 47 mk = ( I ' 2đm )2 r ' sđm = ( 5,3 2,87 ) 1,65 0,045 = 2,75 Gía trị thõa mãn so với giá trị chọn ban đầu Mmở máy/ Mđm ¿ 2,0 ... 100 0kW CẤU TẠO ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ Động khơng đồng cấu tạo chia làm hai loại: động khơng đồng ngắn mạch hay cịn gọi rơto lồng sóc động dây quấn Stato có hai loại Ở phần đồ án nghiên cứu động không. .. 10-1 (Thiết Kế Máy Điện, trang 228) Ngồi tiêu chuẩn cịn có tiêu chuẩn TCVN 315-85, quy định dãy công suất động điện khơng đồng roto lồng sóc cơng suất từ 11 0kW đến 1000 kw, gồm cấp công suất sau... dùng động khác quay với tốc độ cao tốc độ đồng bộ, đầu nối với lưới địện Nó làm việc độc lập đầu kích tụ điện Động khơng đồng cấu tạo thành động pha Động pha tự mở máy được, để khởi động động pha