PHẦN I: THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTO LỒNG SÓC

bản thuyết minh

1 PHẦN I: THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTO LỒNG SÓC CHƯƠNG 1 : XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU Đối với động cơ điện không đồng bộ thì đường kính trong (D) và chiều dài lõi thép (l δ ) của stato là những kích thước chủ yếu. Những kích thước này được tính chọn trên cơ sở đảm bảo cho động cơ khi được chế tạo có tính kinh tế cao, đồng thời có tính năng phù hợp thoả mãn các chỉ tiêu về kỹ thuật mà nhà nước qui định. Tính kinh tế của động cơ không chỉ là vật liệu sử dụng để chế tạo ra nó mà còn xét đến quá trình chế tạo trong nhà máy. Chọn kích thước chủ yếu còn phải phù hợp với điều kiện công nghệ như khuôn dập, vật đúc, các chi tiết gia công cơ khí, chi tiết tiêu chuẩn hoá Tuy nhiên trong phạm vi thiết kế tốt nghiệp, công việc tính chọn các kích thước chủ yếu của động cơ dựa trên cơ sở đảm bảo thoả mãn những tiêu chuẩn kỹ thuật mà nhà nước qui định. Khi tính toán D và l δ phải dựa vào một hằng số được gọi là hằng số máy điện (hằng số Arnold) được biểu diễn bởi công thức sau: p nlD BAkk C dS A ′ == 10.1,6 2 7 δ δδ α D và δ l cùng tỉ lệ sẽ quyết định trọng lượng giá thành, các đặc tính kinh tế kỹ thuật cũng như độ tin cậy làm việc của động cơ. Vì vậy việc xác định kích thước chủ yếu D và δ l là khâu cơ bản của việc thiết kế . Từ hằng số máy điện ta thấy D và δ l phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: tốc độ đồng bộ, công suất điện từ, tải điện từ của vật liệu tác dụng. Để xác định D và δ l trước tiên ta cần xác định các yếu tố trên. 1.1. Số đôi cực từ (p) - Ta có hệ số k D phụ thuộc vào số đôi cực. Vì vậy để chọn k D ta phải tính số đôi cực. - Số đôi cực từ: p = 1 1 n f.60 2 = 60.50 1000 = 3 Trong đó: f 1 : Tần số định mức n 1 : Tốc độ đồng bộ - Số cực của máy : 2p = 2 x 3 = 6 (cực) 1.2. Xác định đường kính ngoài của lõi thép stato (D n ): -Khi xác định kết cấu của động cơ không đồng bộ giữa đường kính trong D và ngoài D n của stato có một mối quan hệ nhất định theo hệ số K D = n D D . Quan hệ này phụ thuộc vào số đôi cực. Mặt khác, đường kính ngoài D n có liên quan đến chiều rộng cuộn tôn kỹ thuật điện và chiều cao tâm trục máy h đã được tiêu chuẩn hóa. - Trước hết ta xác định đường kính ngoài D n theo chiều cao h. - Theo bảng IV.1 của phụ lục IV dãy công suất, chiều cao tâm trục của động cơ roto lồng sóc kiểu IP44 theo tiêu chuẩn TCVN - 1987- 1994 TL[1], Với P = 11kW, 2p = 6 ta chọn h = 160 (mm). - Với h = 160 (mm) theo bảng 10.3 TL[1], ta chọn đường kính ngoài stato tiêu chuẩn D n = 14,5 (cm). 1.3. Đường kính trong stato (D) Đường kính trong stato xác định theo công thức : D = k D .D n Theo bảng 10.2 TL[1] , với 2p = 6, chọn k D = 0,7 ÷ 0,72 +Với D n = 19,1 (cm) D = k D × D n = ( 0,64 ÷ 0,68 )x 191 = ( 122,24 ÷ 129,98 ) (mm) Chọn D = 12,3 (mm) 1.4. Công suất điện từ tính toán (P’) P' = ϕη cos. . âmE Pk 3 k E là hệ số chỉ quan hệ giữa điện áp đặt vào và sức điện động sinh ra trong động cơ, ứng với D n = 19,1cm và 2p = 4 theo hình 10 -2 TL[1] tra được k E = 0,965. η ,cos ϕ ,n là hiệu suất,hệ số công suất và tốc độ đồng bộ Với Dn =19,1 Tra bảng 10.1,TL [1] ta được : %82= η , cos .83,0= ϕ Suy ra: P / = ϕη cos. .Pk E = 83,082,0 3965,0 × × = 4,2536 (KVA) 1.5. Chiều dài tính toán của lỏi sắt ( δ l ): nDBAkk P l ds .10.1,6 2 /7 δδ δ α = Với : δ α : hệ số cung cực từ. s k : hệ số sóng. k d : Hệ số dây quấn. A: Tải đường. δ B : Mật độ từ thông tại khe hở không khí. + Mà δ α và k s phụ thuộc vào mức độ bão hoà răng k Z của mạch từ. + Sơ bộ chọn : δ α = 0,71 và k S = 1,12, k Z =1,24. (Theo hình 4.7 TL[1].) + Vì dây quấn một lớp có kết cấu đơn giản nên thường dùng cho động cơ có công suất nhở hơn 10kw.Với dây quấn 1 lớp ta có 96,095,0 ÷= d k ta chọn k d = 0,95 + A và δ B phụ thuộc vào D n , 2p. Việc chọn A , δ B có ảnh hưởng rất lớn đến kích thước chủ yếu D , δ l của máy điện. Đứng về mặt tiết kiệm vật liệu nên cho A và δ B lớn, nếu A và δ B quá lớn thì tổn hao đồng và thép tăng lên làm động cơ nóng, ảnh hưởng đến tuổi thọ của máy.Do đó khi chọn A và δ B cần xét đến chất liệu của vật liệu sử dụng, nếu sử dụng vật liệu sắt từ tốt ( có tổn hao ít hay độ từ thẩm cao ) thì có thể chọn A lớn. Ngoài ra, tỉ số A và δ B cũng ảnh hưởng đặc tính làm việc và khởi động của động cơ vì A đặc trưng cho mạch điện còn δ B đặc trưng cho mạch từ. Với 2p=4, Dn =19,1 theo hình 10.2b TL[1] tra được: δ B = 0,87 (T) A = 250 (A/cm) 4 n : Tốc độ đồng bộ . n =1500 (vòng / phút): tốc độ đồng bộ của động cơ - Do đó chiều dài lõi sắt stato là: δ l = 15003,1287,025095,012,171,0 2536,4101,6 2 7 ×××××× ×× = 6,9586 (cm) Lấy l δ = 7 (cm). 1.6. Bước cực ( τ ) Bước cực được xác định theo công thức : τ = p2 D.π = 4 3,1214,3 × = 9,65 (cm) Vì l δ = 7 (cm) chiều dài lõi sắt ngắn, việc tản nhiệt không khó khăn nên lõi sắt có thể ép thành một khối, do đó chiều dài tính toán của lõi sắt phần ứng trên khe hở không khí bằng chiều dài lõi sắt. Vậy chiều dài lõi sắt stato và rôto là: l 1 = l 2 = l δ = 7 (cm) Cũng giống như các động cơ khác, nên việc chọn kích thước chủ yếu D và δ l cho một động cơ không chỉ có một nhóm trị số. Vì vậy khi thiết kế phảI căn cứ vào tình trạng sản xuất mà tiến hành so sánh các phương án một cách toàn diện để được một phương án kinh tế và hợp lý nhất. Quan hệ D và δ l được biểu thị trong quan hệ: λ = τ δ l - Hệ số kinh tế: 3 λ = τ δ l = 65,9 7 = 0,725 Trong dãy động cơ không đồng bộ roto lồng sóc kiểu IP44 cấp cách điện B, với động cơ P = 3kW, 2p = 4 có cùng đường kính ngoài D n (nghĩa là cùng chiều cao tâm trục h) có động cơ P = 4 kW, 2p = 4. Ta có hệ số tăng công suất của máy này là 33,1 3 4 == γ Do đó 4 λ = τ δ l của máy có công suất P = 4kw, 2p = 4 là: 96,0725,0.33,1. 34 === λγλ 5 Theo hình 10. 3a TL[1] thì 3 λ và 4 λ đều nằm trong phạm vi kinh tế nên ta chọn các thông số trên là hợp lý . 1.7. Dòng điện pha định mức (I 1 ) Dòng điện pha định mức của máy được xác định theo công thức sau: I 1 = ϕη cos 3 10. 1 3 U P U 1 : điện áp pha của lưới . U 1 = 220 (V) P, η , cos ϕ : công suất , hiệu suất và hệ số công suất của máy . P = 3 (kW). η = 82 %. Cos ϕ = 0,83. Thay vào: I 1 = 83,0.82,0.220.3 10.3 3 = 6,68 (A) 6 CHƯƠNG 2 : XÁC ĐỊNH DÂY QUẤN, RÃNH STATO VÀ KHE HỞ KHÔNG KHÍ *Chọn rãnh stato khi thiết kế dây quấn stato cần phải xác định số rãnh của một pha dưới một cực từ (q 1 ), thường ta lấy 43 1 ÷=q đối với những động cơ có công suất nhỏ. Chọn q 1 nhiều hay ít đều ảnh hưởng đến số rãnh stato (Z 1 ). Số rãnh này không nên quá nhiều, vì như vậy diện tích cách điện chiếm chỗ so với rãnh ít sẽ nhiều hơn, do đó hệ số lợi dụng rãnh sẽ kém đi, mặc khác về phương diện độ bền cơ năng sẽ yếu đi. Ít răng quá sẽ làm dây quấn phân bố không đều trên bề mặt lõi thép, nên sức từ động phần ứng có nhiều sóng bậc cao, do đó khó chọn hệ số dây quấn thích hợp để triệt tiêu sóng bậc cao đó. Trị số q 1 nói chung nên chọn số nguyên vì như vậy có thể cải thiện đặc tính làm việc và có khả năng giảm được tiếng kêu của động cơ. Trong thiết kế dãy động cơ điện, thường ta muốn lợi dụng một số khuôn dập rãnh để dập lá tôn dùng được cho nhiều máy khác nhau. Vì vậy muốn có trị số q 1 phù hợp với những động cơ khác nhau, ta không thể chọn q 1 tuỳ ý được. 2.1. số rãnh stato(Z 1 ): - số rãnh của 1 pha dưới mỗi bước cực q 1 . Chọn q 1 = 3. - m là số pha, m = 3. - Số rãnh stato: Z 1 = 2m.p.q 1 = 2.3.2.3 = 36(rãnh) 2.2. Bước rãnh stato (t 1 ) 1 1 . Z D t π = = ( ) cm07,1 36 3,1214,3 = × 2.3. Số thanh dẫn tác dụng của 1 rãnh (u r1 ) Số thanh dẫn một rãnh xác định theo công thức: 1 11 1 I atA u r = 40 68.6 107,1250 = ×× = Chọn a 1 = 1: số mạch nhánh song song 7 Lấy u r1 = 40 (vòng). 2.4. Số vòng dây nối tiếp của một pha (w 1 ) Số vòng dây nối tiếp một pha xác định như sau: 240 1 4032 1 11 1 = ×× == a uqp W r (vòng) 2.5. Chọn kích thước dây dẫn: - Muốn chọn kích thước dây dẫn trước hết ta phải chọn mật độ dòng điện J của dây dẫn, rồi căn cứ vào dòng định mức để ta tính ra tiết diện cần thiết. Dựa vào h = 112 (mm), D n =19,1 (cm), 2p = 4 ta chọn tỉ lệ suất tải nhiệt của máy AJ = 1850 A 2 /cm, theo hình 10.4 TL[1] - Mật độ dòng điện: )/(4,7 250 1850 2 1 mmA A AJ J === - Tiết diện dây sơ bộ: )(9027,0 4,711 68,6 2 111 1 / 1 mm Jna I S = ×× == n 1 : số sợi ghép song song, chọn n 1 = 1 Theo phụ lục VI, bảng VI.1 TL[1]. Chọn dây đồng tráng men PETV có các kích thước sau đây: + Tiết diện dây: 0,9027 (mm 2 ) + Đường kính dây chưa kể cách điện: d = 1,08 (mm) + Đường kính dây kể cả cách điện: d cđ = 1,16 (mm) Động cơ có h = 112cm, do đó ta chọn dây quấn một lớp bước đủ đặt vào rãnh nữa kín - Bước cực τ : khoảng cách giữa hai cực kế tiếp, tính bằng số rãnh. 3y 1 = τ = 9 4 36 2 1 == p Z - Hệ số bước rãi: 96,0 2 30 sin3 2 30 3sin 2 sin. 2 sin 1 1 === α α q q k r - góc độ điện giữa hai rãnh kề nhau: 0 1 20 36 360.2 360. === Z p α - Hệ số dây quấn: 8 k d =k r = 0,96 2.6. Từ thông qua khe hở không khí ( ) φ - Từ thông khe hở không khí xác định theo công thức sau: )(00411,0 2405096,012,14 220965,0 4 . 11 1 Wb Wfkk Uk ds E = ×××× × ==Φ 2.7. Mật độ từ thông khe hở không khí ( ) δ B - Mật độ từ thông khe hở không khí xác định theo công thức: 1 4 l 10. B τα Φ = δ δ )(85,0 7.65,9.71,0 10.00411,0 4 T== 2.8. Sơ bộ định chiều rộng của răng (b Z1 ) - Sơ bộ chiều rộng của răng stato xác định theo công thức sau: cz Z klB tlB b 11 1 / 1 δδ = )(54,0 95,0777,1 07,1785,0 cm= ×× ×× = Do lõi thép ngắn nên việc tản nhiệt không khó khăn, vì vậy giữa lõi thép không có rãnh thông gió hướng kính, do đó chiều dài tính toán lõi thép δ l bằng chiều dài thực của lõi thép stato l 1 B z1 : mật độ từ thông trong răng stato, ứng với động cơ có chiều cao tâm trục ( ) mmh 13250 ÷= và số cực 2p = 4 thì ( ) TB Z 95,175,1 1 ÷= , ta chọn B Z1 = 1,77T k C : Hệ số ép chặt. Hệ số ép chặt lõi cực từ chỉ quan hệ giữa chiều dài phần thép với chiều dài thực của lõi thép. Hệ số này phụ thuộc vào áp suất ép chặt lõi thép, độ không đồng đều của bề dày lá thép, chiều dày lớp sơn cách điện và chiều dày lõi thép. Khi chiều dày lõi thép không quá ( ) cm1514 ÷ thì không cần phủ sơn. Lõi thép stato của động cơ không đồng bộ được làm bằng thép kỹ thuật điện dày 0,5mm. Ta chọn k C = 0,95. 2.9. Sơ bộ định chiều cao của gông stato (h’ g1 ) - Sơ bộ chiều cao của gông xác định như sau: cg g klB h 2 10. 11 4 / 1 Φ = 9 B g1 : mật độ từ thông trong gông stato, với chiều cao tâm trục ( ) mmh 13250 ÷= , 2p = 4, kiểu máyIP44, B g1 = ( ) T6,145,1 ÷ , ta chọn B g1 = 1,6T 2.10. Chọn kích thước rãnh và cách điện: Kích thước rãnh và cách điện của rôto xác đinh như sau: + b 41 = d cđ + 1,5 = 1,16 + 1,5 = 2,66 (mm) + h 41 = ( ) 8,04,0 ÷ ; chọn h 41 = 0,6 (mm) ( ) mmh d hh r 47,106,0 2 26,7 7,14 2 41 2 112 =−−=−−= + )(7,1493,1 2 3,121,19 ' 2 11 mmh DD h g n r =− − =− − = + ( ) ( ) ( ) mm Z ZbhD d zg 6 14,336 36.4,56,0212314,3 2 1 1 ' 11 1 = − −×− = − −+ = π π + ( ) ( ) ( ) mm Z ZbhD d zn 26,7 14,336 364,53,19219114,3 2 1 1141 2 = + ×−×+ = + ′ −− = π π Hình 2.1: Kích thước rãnh stato. Theo bảng VIII.1 phụ lục VIII chọn chiều dày cách điện rãnh là: c = 0,25 mm , Chiều dày cách điện phía miệng rãnh c m = 0,35 mm - Diện tích rãnh trừ nêm:(chọn h n = 2,5 mm) 10 = ' r S 8 )( 28 2 1 12 21 2 2 d hh bdd n ππ +− + + = ( ) 2 22 65,87 8 6.14,3 )5,247,10( 2 26,76 8 26,7.14,3 mm=+− + + - Diện tích cách điện rãnh : mcd c d chh d S . 2 .22 2 1 4112 2 ππ +       ++= ( ) 2 68,11 35,0. 2 6.14,3 25,0.6,0.247,10.2 2 26,7.14,3 mm= +       ++= - Diện tích có ích của rãnh : −= / rr SS S c = 87,65-11,68= 75,97 (mm 2 ) - Hệ số lấp đầy rãnh: k đ = 708,0 97,75 16,1.1.40 2 2 11 == r cdr S dnu Trị số của hệ số lấp đầy k đ nên lấy trong khoảng ( ) 75,07,0 ÷ là hợp lý, k đ không nên lấy quá 0,8 và như vậy khi đặt dây quấn vào rất khó khăn và dễ làm cho dây bị xây xát, k đ nhỏ quá nhỏ quá thì không lợi dụng triệt để được rãnh và khi động cơ làm việc do lực điện từ dây sẽ bung và sẽ làm hư hỏng cách điện của dây. 2.11. Bề rộng răng stato (b Z1 ) - Bề rộng răng rôto xác định như sau: ( ) ( ) )(35,56 36 66,0.212314,3 2 / 1 1 1 141 / 1 mmb d Z dhD b Z Z =− ++ = − ++ = π ( ) ( )( ) )(39,526,7 36 6,047,10212314,3 )2( // 1 2 1 4112 // 1 mmb d Z hhD b Z Z =− ++ = − ++ = π )(37,5 2 39,535,5 2 // 2 / 1 1 mm bb b zz z = + = + = 2.12. Chiều cao gông stato (h g1 ) [...]... đặc tính khác của động cơ Dựa vào các điện trở ta có thể xác định các trị số tổn hao của dây quấn của động cơ điện ở chế độ làm việc ổn định cũng như trong quá trình quá độ Trong thiết kế động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc, việc tính toán điện trở và điện kháng của dây quấn là một vấn đề khó khăn và là một vấn đề quan trọng 5.1 Xác định điện trở của dây quấn 5.1.1 Chiều dài phần đầu nối của dây... điện từ hoá: - Dòng điện từ hoá phần trăm: Iµ 0 0 = Iµ I dm 100 = 2,32 100 = 34,43 0 0 6,68 24 CHƯƠNG 5: THAM SỐ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Ở CHẾ ĐỘ ĐỊNH MỨC Điện trở và điện kháng là những tham số của động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc Điện kháng được xác định bởi từ thông móc vòng với đơn vị dòng điện và tần số Từ thông móc vòng của động cơ trên có thể chia làm hai lo i: Từ thông móc vòng cảm ứng tương... theo dòng điện trong thanh dẫn 16 IV = Iv = I td π.p 2 sin Z2 286,5 = 3,82( A) 2.180 2 sin 28 3.8 Tiết diện thanh dẫn bằng nhôm (Std) Với động cơ không đồng bộ roto lồng sóc , do diện tích rãnh roto đồng thời là tiết diện thanh dẫn, vì vậy phải thiết kế tiết diện rãnh roto sao cho nằm trong phạm vi cho phép Mật độ dòng điện trong thanh dẫn nằm trong phạm vi ( 2,5 ÷ 3,5) A / mm 2 S td = I td J2 S td =... Sức từ động ở đoạn mạch từ lx Mạch từ của động cơ gồm 5 đoạn nối tiếp: khe hở không khí, răng roto, răng stato, gông stato và gông roto Súc từ động của mỗi đôi cự từ bằng tổng sức từ động của các đoạn mạch từ F = F δ + FZ1 + FZ2 + Fg1 + Fg2 Trong đó các ký hiệu δ , Z, g chỉ khe hở không khí, răng và gông lõi thép, ký hiệu 1, 2 chỉ stato và roto Căn cứ vào sức điện động cần thiết ở dây quấn phần ứng... 0,8.3,5 = 2,8 ( A / mm 2 ) SV = I V 643,82 = = 230(mm 2 ) JV 2,8 3.10 Kích thước rãnh roto và vành ngắn mạch +sơ bộ định chiều cao gông roto h ' g2 Φ.10 4 0,00411.10 4 = = = 2,57( cm ) 2.B g 2 l 2 k c 2.1,2.7.0,95 Bg2: mật độ từ thông trong gông roto, theo bảng 3.3 TL[2] chọn Bg2 = 1,2 T Với động cơ không đồng bộ roto lồng sóc có h < 160 mm ta chọn + b42 = 1 (mm) + h42 = 1 (mm) π ( D ' − 2h42 ) − bz' 2... phụ Kết quả của việc nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cho phép chọn Z2 thích hợp có thể hạn chế được các mômen phụ, cũng như mômen gây rung và tiếng ồn Trong những động cơ công suất nhỏ, ta chọn Z2