Đề tài: Tính toán, thiết kế động cơ KĐB xoay chiều ba pha rôto lồng sóc có Pđm = 7,5 kW; Uđm=380/220-Y/Δ; f=50 hz; 2p=4; η=0,87.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BỘ MÔN THIẾT BỊ ĐIỆN ====o0o==== ĐỒ ÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN ĐỀ TÀI: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB XOAY CHIỀU BA PHA RƠTO LỒNG SĨC CĨ PĐM = 7,5 KW; UĐM=380/220-Y/Δ; F=50 HZ; 2P=4; Η=0,87 Giáo viên hướng dẫn : TS Nguyễn Việt Anh Sinh viên thực MSV Lớp Amanda De Fatima Avelina Manjate 2019607802 2019DHDIEN08 - ĐH K14 Lê Văn Bách 2019607123 2019DHDIEN08 - ĐH K14 Đỗ Sinh Hùng 2019603161 2019DHDIEN03 - ĐH K14 Nguyễn Thị Nga 2019602745 2019DHDIEN03 - ĐH K14 Hà Nội, Tháng 07 năm 2022 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN Số: 06 Tên lớp: 20214EE6023001 Họ tên sinh viên: Nhóm STT Họ tên Amanda De Fatima Avelina Manjate Mã SV Lớp 2019605724 2019DHDIEN08 - ĐH K14 Lê Văn Bách 2019607123 2019DHDIEN08 - ĐH K14 Đỗ Sinh Hùng 2019603161 2019DHDIEN03 - ĐH K14 Nguyễn Thị Nga 2019602745 2019DHDIEN03 - ĐH K14 Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Việt Anh NỘI DUNG Đề tài: Tính toán, thiết kế động KĐB xoay chiều ba pha rơto lồng sóc có Pđm = 7,5 kW; Uđm=380/220-Y/Δ; f=50 hz; 2p=4; η=0,87 YÊU CẦU THỰC HIỆN A Phần thuyết minh Tổng quan động không đồng rơto lồng sóc Tính tốn thiết kế: ➢ Tính tốn mạch từ, dây quấn stato, rơto ➢ Tính tốn nhiệt kết cấu động ➢ Xây dựng đặc tính mở máy tính tốn tham số khơng tải Mô kết thiết kế động phần mềm Nội dung trình bày báo cáo ĐAMH theo quy cách chung (BM03Quy định số 815/QĐ-ĐHCN, ngày 15 tháng năm 2019) B Bản vẽ kỹ thuật STT Tên vẽ Sơ đồ kích thước mạch từ stato, rôto Khổ giấy Số lượng A4 01 Sơ đồ trải dây quấn stato A4 01 Sơ đồ kết cấu, lắp ráp động A4 01 Ngày giao đề tài: 04/7/2022 Ngày hoàn thành: 22/8/2022 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TS Nguyễn Việt Anh (BM01) PHIẾU HỌC TẬP NHĨM I Thơng tin chung Tên lớp: 20214EE6023001 Họ tên sinh viên: Nhóm TT Họ tên Mã SV Lớp Amanda De Fatima Avelina Manjate 2019605724 2019DHDIEN08 - ĐH K14 Lê Văn Bách 2019607123 2019DHDIEN08 - ĐH K14 Đỗ Sinh Hùng 2019603161 2019DHDIEN03 - ĐH K14 Nguyễn Thị Nga 2019602745 2019DHDIEN03 - ĐH K14 II Nội dung học tập Tên chủ đề: Tính tốn, thiết kế động KĐB xoay chiều ba pha rơto lồng sóc có Pđm = 7,5 kW; Uđm=380/220-Y/Δ; f=50 hz; 2p=4; η=0,87 Yêu cầu thực hiện: Tổng quan động không đồng rơto lồng sóc Tính tốn thiết kế: ➢ Tính tốn mạch từ, dây quấn stato, rơto ➢ Tính toán nhiệt kết cấu động ➢ Xây dựng đặc tính mở máy tính tốn tham số khơng tải Mô kết thiết kế động phần mềm Hoạt động sinh viên 2.1 Hoạt động/Nội dung 1: Tổng quan động không đồng rơto lồng sóc - Mục tiêu/chuẩn đầu ra: Kiến thức thiết kế máy điện 2.2 Hoạt động/Nội dung 2: Tính tốn, thiết kế - Mục tiêu/chuẩn đầu ra: Xây dựng quy trình thiết kế động khơng đồng rơto lồng sóc, cách tính tốn kích thước mạch từ, dây quấn stato rôto 2.3 Hoạt động Nội dung 3: Mơ kết tính tốn, thiết kế phần mềm - Mục tiêu/chuẩn đầu ra: Biết cách sử dụng phần mềm để mô xác định kết quả, so sánh đối chiếu với kết tính tốn giải tích Sản phẩm nghiên cứu - Bản báo cáo thuyết minh đồ án môn học vẽ kỹ thuật kèm theo III Nhiệm vụ học tập Hoàn thành ĐAMH theo thời gian quy định (từ ngày 04/7/2022 đến ngày 22/8/2022) Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề giao, trước giảng viên sinh viên khác IV Học liệu thực ĐAMH Tài liệu học tập: Thiết kế máy điện (Trần Khánh Hà, Nguyễn Hồng Thanh… ); Máy điện (Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ) Phương tiện, nguyên liệu thực ĐAMH (nếu có): Máy tính cá nhân, vẽ KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC Tên lớp: 20214EE6023001 Họ tên sinh viên: Nhóm TT Họ tên Mã SV Lớp Amanda De Fatima Avelina Manjate 2019605724 2019DHDIEN08 - ĐH K14 Lê Văn Bách 2019607123 2019DHDIEN08 - ĐH K14 Đỗ Sinh Hùng 2019603161 2019DHDIEN03 - ĐH K14 Nguyễn Thị Nga 2019602745 2019DHDIEN03 - ĐH K14 Tiến độ thực hiện: Tính tốn, thiết kế động KĐB xoay chiều ba pha rơto lồng sóc có Pđm = 7,5 kW; Uđm=380/220-Y/Δ; f=50 hz; 2p=4; η=0,87 Người thực Nội dung công việc Amanda De Fatima Chương 1: Tổng quan động Avelina Manjate khơng đồng rơto lồng sóc Lê Văn Bách Chương 2: Tính tốn, thiết kế Đỗ Sinh Hùng - Tính tốn mạch từ, dây quấn stato, rơto Chương 2: Tính tốn, thiết kế Nguyễn Thị Nga Lê Văn Bách - Tính tốn nhiệt kết cấu động Chương 2: Tính tốn, thiết kế Nguyễn Thị Nga - Xây dựng đặc tính mở máy tính tốn tham số khơng tải Đỗ Sinh Hùng Chương 3: Mơ tính tốn, thiết kế Amanda De Fatima - Xác định kết so sánh giải Avelina Manjate tích Phương pháp thực Tìm hiểu tài liệu, viết báo cáo Tìm hiểu tài liệu, viết báo cáo Tìm hiểu tài liệu, thiết kế theo yêu cầu đề tài, viết báo cáo Tìm hiểu tài liệu, thiết kế theo yêu cầu đề tài, viết báo cáo Tìm hiểu tài liệu, nhập số liệu kỹ thuật cho chương trình, theo dõi trình chạy phần mềm xuất liệu kết Người thực Amanda De Fatima Avelina Manjate Lê Văn Bách Đỗ Sinh Hùng Nội dung công việc Phương pháp thực Tổng hợp tất nội dung trao đổi, Trình bày nội dung báo cáo ĐAMH thống nhóm kết đạt Nguyễn Thị Nga Ngày 04 tháng năm 2022 XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN TS Nguyễn Việt Anh (BM04) BÁO CÁO HỌC TẬP NHÓM Tên lớp: 20214EE6023001 Họ tên sinh viên: Nhóm TT Họ tên Mã SV Lớp Amanda De Fatima Avelina Manjate 2019605724 2019DHDIEN08 - ĐH K14 Lê Văn Bách 2019607123 2019DHDIEN08 - ĐH K14 Đỗ Sinh Hùng 2019603161 2019DHDIEN03 - ĐH K14 Nguyễn Thị Nga 2019602745 2019DHDIEN03 - ĐH K14 Tên chủ đề: Tính tốn, thiết kế động KĐB xoay chiều ba pha rơto lồng sóc có Pđm = 7,5 kW; Uđm=380/220-Y/Δ; f=50 hz; 2p=4; η=0,87 Người thực Nội dung công việc Amanda De Fatima Chương 1: Tổng quan động Avelina Manjate khơng đồng rơto lồng sóc Lê Văn Bách Chương 2: Tính tốn, thiết kế Đỗ Sinh Hùng - Tính tốn mạch từ, dây quấn stato, rơto Chương 2: Tính tốn, thiết kế Nguyễn Thị Nga Lê Văn Bách - Tính tốn nhiệt kết cấu động Chương 2: Tính tốn, thiết kế Nguyễn Thị Nga - Xây dựng đặc tính mở máy tính tốn tham số khơng tải Đỗ Sinh Hùng Chương 3: Mơ tính tốn, thiết kế Amanda De Fatima - Xác định kết so sánh Avelina Manjate giải tích Amanda De Fatima Avelina Manjate Trình bày nội dung báo cáo Lê Văn Bách ĐAMH Đỗ Sinh Hùng Kết đạt Kiến nghị với GVHD Bản báo cáo đồ án Không Bản báo cáo đồ án Không Bản báo cáo đồ án Không Bản báo cáo đồ án Không Bản báo cáo đồ án Không Bản báo cáo đồ án Không Nguyễn Thị Nga Ngày 04 tháng năm 2022 XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN TS.Nguyễn Việt Anh MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.1 Tổng quan máy điện không đồng 1.2 Cấu tạo động không đồng .7 1.2.1 Stato (phần tĩnh) 1.2.2 Roto (phần quay) 1.2.3 Khe hở 1.3 Nguyên lý làm việc 10 1.4 Công dụng 11 1.5 Các tiêu chuẩn động không đồng 12 1.5.1 Các tiêu chuẩn dãy công suất 12 1.5.2 Các tiêu chuẩn kích thước lắp đặt độ cao tâm trục 12 1.5.3 Kí hiệu máy 12 1.5.4 Sự làm mát 12 1.5.5 Cấp cách điện 13 1.5.6 Chế độ làm việc 14 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ 15 2.1.1 Số đôi cực 15 2.1.2 Đường kính ngồi stato 15 2.1.3 Tốc độ đồng 15 2.1.4 Đường kính stato 15 2.1.5 Cơng suất tính tốn 15 2.1.6 Chiều dài tính tốn lõi sắt stato (l) : .15 2.1.7 Bước cực 16 2.1.8 Lập phương án so sánh 16 2.1.9 Dòng điện pha định mức 16 2.2 Tính tốn kích thước Stato, Roto .16 2.2.1 Tích thước vùng rãnh stato, khe hở khơng khí động 16 2.2.2 Thiết kế dây quấn rãnh gông roto 22 2.3 Tính tốn mạch từ động không đồng : .25 2.3.1 Hệ số khe hở khơng khí : .25 2.3.2 Sức từ động khe hở khơng khí : 26 2.3.3 Mật độ từ thông stato : 26 2.3.4 Cường độ từ trường rôto : 26 2.3.5 Hệ số bão hòa : 27 2.3.6 Mật độ từ thông gông stato : 27 2.3.7 Cường độ từ trường gông stato: 27 2.3.8 Chiều dài mạch từ gông stato: 27 2.3.9 Sức từ động gông stato : 27 2.3.10 Hệ số bão hịa tồn mạch : 28 2.4 Tham số động điện chế độ định mức : 28 Frbh = 0, I nbh U r1 Z1 k + k y kd a1 Z2 (2.96) Trong đó: Z1= 24 rãnh ; với β = 0,84 có kβ = 0,91 theo hình 10-14 [1] Z2 = 15 rãnh Kd = 0,925 (hệ số dây quấn) kβ = 0,91 Ur1=147 rãnh ( số tác dụng rãnh ) a1 = ky= 0,966 Frbh = 0, 83,91.147 24 (0,91 + 0,966.0,925 ) = 5050, 4( A) 15 + Sự biến đổi tương đương rãnh hở tinh tốn từ thơng tản kkhi xét bảo hịa khe hở khơng khí: Theo cơng thức 10-38 [1] Cbh = 0, 64 + 2,5 t1 + t2 = 0, 64 + 2,5 0, 06 = 0,88 1,96 + 3,1 (2.97) Với t1= 1,96(cm); t2 = 3,1(cm) bước rãnh stato rôto + Mật độ từ thơng quy đổi khe hở khơng khí : B S = Frtd 10−4 5050, 4.10−4 = = 5,97(T ) 1, 6.Cbh 1, 6.0,88.0, 06 - Theo hình 10-15 [1] tra ta được: χδ = 0,43 - Sự biến đổi tương đương miệng rãnh stato,tính theo công thức 10-39 [1] C1 = ( t1 − b41 ) (1 − ) = (19, − 3,5 ) (1 − 0, 43) = 9,17 ( mm ) = 0,917 ( cm ) (2.98) + Vì stato rãnh 1/2 kín nên giảm nhỏ hệ số từ dẫn từ thơng tản bảo hịa xác định công thức 10-42 [1] 1bh = h3= h41 + 0,58.h3 C1 b41 C1 + 1,5.b41 d 1,45 = = 0,725 (cm) 2 h41=0,5(mm)=0,05(cm) b41=0,35(cm) C1=0,917(cm) 40 (2.99) 1bh = 0, 05 + 0,58.0, 725 0,917 = 0,85 0,35 0,917 + 1,5.0,35 + Hệ số từ dẫn tản rãnh stato xét đến bão hịa từ tản λ r1bh=λr1-∆λ1bh=1,517-0,85 = 0,66 Trong đó: λr1 = 1,517 ∆λbh = 0,85 + Hệ số từ tản tạp stato xét đến bão hòa mạch từ tản: λt1bh= λt1 χδ = 1,053.0,43 = 0,45 Trong đó: λt1 = 1,052 χδ = 0,43 + Tổng hệ số từ tản stato xét đến bão hòa từ tản: Σλ1bh = λ1rbh + λt1bh + λđ1= 0,66 + 0,45 + 2,503 = 3,61 Trong đó: λđ1 = 2,503 (hệ số từ tản phần đầu nối) λt1bh = 0,45 λr1bh = 0,66 + Điện kháng stato xét đến bão hòa mạch từ tản: x1bh = x1 1bh 3, 61 = 1,84 = 1, 2() 1 5,522 với Σλ1 = 5,522 λ1bh = 3,61 x1 = 1,84 (Ω) + Sự biến đổi tương đương miệng rãnh rơto lồng sóc thường tính theo cơng thức 10-46 [1]: C2 = ( t2 − b42 ) (1 − ) = ( 3,1 − ) (1 − 0, 43 ) = 1,19 (2.100) Trong đó:b42 = 0,1cm χδ = 0,43 t2 = 3,1 cm + Sự giảm nhỏ hệ số từ dẫn tản rãnh rôto bảo hịa với rãnh 1/2 kín, ta áp dụng công thức 10-47 [1]: r 2bh = h42 C2 0, 06 1,19 ( )= ( ) = 0,55 b42 C2 + b42 0,1 1,19 + 0,1 41 (2.101) Trong đó: h42= 0,6mm = 0,06cm b42 = 1mm = 0,1cm C2 = 1,19 + Hệ số từ tản rãnh rôto xét đến bão hòa mạch từ tản hiệu ứng mặt ngồi: Theo cơng thức 10-49 [1]: r 2 bh = r 2 − 2bh = 0, 65 – 0, 2777 = 0,1 (2.102) Trong đó: λr2ξ = 0,65 ∆λ2bh= 0,55 + Hệ số từ tản tạp rôto xét đến bảo hịa mạch từ tản: theo cơng thức 10-50 [1] ta có: t 2bh = t = 1,62.0, 43 = 0,69 (2.103) đó: χδ = 0,43 λt2 = 1,62 + Hệ số từ tản rãnh nghiêng rơto xét đến bảo hịa mạch: λrnbh= λrn χδ =0,32.0,43 = 0,14 với λrn = 0,32 χδ = 0,43 + Tổng hệ số tù tản rôto xét đến bảo hòa mạch từ hiệu ứng mặt ngoài: Σλ2ξbh=λr2ξbh + λt2bh + λđ2 + λrnbh= 0,1+0,69+ 0,55+0,14 = 1,47 + Điện kháng rôto xét đến hiệu ứng mặt ngồi bão hịa mạch từ tản: x2' bh = x2' r 2 bh 2 = 0, 23 1, 47 = 0, 05() 5,85 (2.104) Trong đó: x'2 = 0,155(Ω) Σλ2 = 5,85 2.6.3 Những tham số ngắn mạch xét đến hiệu ứng mặt ngồi dịng điện bão hịa từ tản: +Tổng trở ngắn mạch: rnξbh = rnξ = r1 + r'2ξ=0,5 + 0,47 = 0,97 (Ω) đó: r1 = 0,5 (Ω) r'2ξ = 0,47 (Ω) 42 xnξbh = x1bh + x'2ξbh = 1,2 + 0,05= 1,25 (Ω) Z n bh = rn2 + xn2 bh = 0,97 + 1, 252 = 1,5() Dòng điện khởi động máy s = I k = I n bh = U1 220 = = 146, 6( A) Z n bh 1,5 (2.105) Bội số dòng khởi động : ik = I k 146, = = 9, 77 I dm 15, 01 (2.106) + Điện kháng hỗ cảm xét đến bão hòa mạch từ tản: x12 n = x12 F = x12 k = 5, 63.1,508 = 8, 49() F (2.107) Trong đó: x12 = 5,63(Ω) kμ = 1,508 C2 bh = + x2' bh x12 n = 1+ 0,1233 = 1, 014 8, 49 (2.108) + Dịng điện rơto khởi động quy đổi stato: I 2' m = I 2' k = Ik 146, = = 144,5( A) C2 bh 1, 014 (2.109) Bội số mômen khởi động : I k r2' 144, 0, 47 −3 mk = ' ' Sdm = 0, 27 8.10 = 0, 01 I r 144,5 dm 2 43 (2.110) CHƯƠNG 3: MƠ PHỎNG TÍNH TỐN, THIẾT KẾ 3.1 Giới thiệu phần mềm mô ANSYS Maxwell Khái quát phần mềm Maxwell: Maxwell phần mềm mô phỏng, đánh giá phần mềm mô trường điện từ hàng đầu dành cho kỹ sư chuyên viết thiết kế phân tích thiết bị điện trường động cơ, truyền động Maxwell sử dụng phương pháp xác phần tử hữu hạn để giải tĩnh, miền tần số, lĩnh vực điện trường điện khác Một lợi ích quan trọng ANSYS Maxwell q trình tính tốn tự động nó, bạn cần xác định hình học, tính chất vật liệu đầu mong muốn Từ đây, Maxwell tự động tạo lưới thích hợp, hiệu xác để giải vấn đề Quá trình chia lưới chứng minh tự động thích ứng loại bỏ phức tạp trình phân tích cho phép bạn thao tác nhanh từ thiết kế dòng hiệu cao, dễ sử dụng Đặc trưng Giảm thời gian tính tốn kỹ sư khả tính tốn nhanh xác sau giai đoạn thực Độ tin cậy cao kiểm chứng tính tốn kiến thức việc tính tốn tay sau thực q trình mơ để so sánh Việc tính tốn xác có cơng cụ hỗ trợ, khả xử lý cực nhanh máy tính chíp điện tử máy tính Tính thẩm mỹ đáp ứng nhu cầu sống đại 3.2 Kết mơ tính tốn Maxwell 3.2.1 Thiết kế sơ lược động phần mềm ANSYS Maxwell - Khởi động phần mềm chọn loại động thiết kế 44 Hình 3.1: Màn hình khởi động - Nhập thông số ban đầu động mục machine Hình 3.2: Thơng số động 3.2.2 Thiết kế Stato phần mềm ANSYS Maxwell 45 Hình 3.3: Thơng số Stato Hình 3.4: Mặt cắt Stato 46 Hình 3.5: Thơng số rãnh Stato Hình 3.6: Rãnh Stato 3.2.3 Thiết kế Stato phần mềm ANSYS Maxwell 47 Hình 3.7: Thơng số Roto Hình 3.8: Thơng số rãnh Roto 48 Hình 3.9: Mặt cắt Roto Hình 3.10: Thơng số rãnh Roto 49 Hình 3.11: Rãnh Roto 3.2.4 Các đặc tính động Hình 3.12: Đặc tính dịng điện 50 Hình 3.13: Momen khởi động Hình 3.14: Tốc độ động ổn định 1500v/p 51 Hình 3.15: Đặc tính điện áp cảm ứng (Đo dây làm việc) Hình 3.16: Đặc tính tổn hao khởi động 52 KẾT LUẬN Nhóm chúng em hồn thành nhiệm vụ đặt cho việc tính tốn thiết kế động khơng đồng ba pha rôto dây quấn công suất Pđm = 7,5 kW; Uđm=380/220-Y/Δ; f=50 hz; 2p=4; η=0,87 Đồ án tính tốn thực mơ phần mềm ANSYS Maxwell cho kết mô với tính tốn, đảm bảo u cầu kỹ thuật 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] N H T Trần Khánh Hà, Thiết kế máy điện, Hà Nội: NXB khoa học kỹ thuật, 2006 54 ... tốn, thiết kế động KĐB xoay chiều ba pha rơto lồng sóc có Pđm = 7,5 kW; Uđm=380/220-Y/Δ; f=50 hz; 2p=4; η=0,87 Yêu cầu thực hiện: Tổng quan động không đồng rôto lồng sóc Tính tốn thiết kế: ➢... Tính tốn, thiết kế động KĐB xoay chiều ba pha rơto lồng sóc có Pđm = 7,5 kW; Uđm=380/220-Y/Δ; f=50 hz; 2p=4; η=0,87 YÊU CẦU THỰC HIỆN A Phần thuyết minh Tổng quan động khơng đồng rơto lồng sóc Tính... Tính tốn, thiết kế động KĐB xoay chiều ba pha rôto lồng sóc có Pđm = 7,5 kW; Uđm=380/220-Y/Δ; f=50 hz; 2p=4; η=0,87 Người thực Nội dung công việc Amanda De Fatima Chương 1: Tổng quan động Avelina