đồ án THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA LỒNG SÓC

Tên đề tài THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA LỒNG SÓC  1 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 3 PHẦN 1 THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 4 CHƯƠNG 1 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ KẾT CẤU MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 4 I Đại cươn.

Tên đề tài: THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA LỒNG SÓC  MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .3 PHẦN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ CHƯƠNG NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ KẾT CẤU MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ I Đại cương máy điện không đồng .4 II Nguyên lý làm việc động không đồng Cấu tạo động không đồng 1.1 Stato (phần tĩnh) 1.2 Phần quay (Rôto) 1.3 Khe hở II Công dụng III Kết cấu máy điện Phân loại kiểu kết cấu máy điện định hình 1.1 Phân loại theo phương pháp bảo vệ máy mơi trường bên ngồi 1.2 Phân loại theo cách lắp đặt 10 Kết cấu stato máy điện xoay chiều 10 2.1 Vỏ máy 10 2.2 Lõi sắt stato 10 CHƯƠNG NHỮNG VẤN DỀ CHUNG KHI THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ RƠTO LỒNG SĨC 11 I Ưu diểm .11 II Khuyết điểm .11 III Biện pháp khắc phục .11 IV Nhận xét 11 V Tiêu chuẩn sản suất động 11 VI Phương pháp thiết kế 11 VII Nội dung thiết kế 11 VIII Các tiêu chuẩn động khơng đồng rơto lồng sóc 12 Tiêu chuẩn dãy công suất 12 Tiêu chuẩn kích thước lắp đặc độ cao tâm trục 12 Ký hiệu máy 12 Cấp bảo vệ .12 Sự làm mát 12 Cấp cách điện 12 Các tiêu chuẩn khác .14 Chế độ làm việc .14 CHƯƠNG TÍNH TỐN MÁY ĐIỆN KHƠNG ĐỒNG BỘ 15 I Xác định kích thước chủ yếu .15 Xác định đường kính D chiều dài l 15 Chọn A Bd 16 II Thiết kế stato .17 Dây quấn stato 17 Xác định số rãnh stato 17 Dạng rãnh stato 18 III Thiết kế lõi sắt rôto 18 Rôto dây quấn 18 Động lồng sóc thường 19 2.1 Chọn số rãnh rôto Z2 19 2.2 Dạng rãnh rôto loại thường 19 IV Khe hở khơng khí 19 PHẦN II THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ BA PHA RƠTO LỒNG SÓC 21 CHƯƠNG KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU .21 Số đôi cực 21 Đường kính ngồi stato 21 Cơng suất tính tốn: .22 Chiều dài tính tốn lõi sắt stato: 22 Bước cực: 22 Lập phương trinh so sánh: 22 Dòng điện pha định mức: 23 Số rãnh stato Z1 23 Bước rãnh stato 24 10 Số dẫn tác dụng rãnh ur1 24 11 Số vòng dây nối tiếp pha .24 12 Tiết diện đường kính dây dẫn 24 SÁCH THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN 32 LỜI MỞ ĐẦU Đất nước ta thời kỳ công nghiệp hoá đại hoá nhằm đưa đất nước tiến kịp với kinh tế nước khu vực giới Tốc độ phát triển kinh tế quốc gia phụ thuộc vào tốc độ phát triển ngành lượng Thường tốc độ phát triển ngành công nghiệp phải cao tốc độ phát triển chung kinh tế Do ngành chế tạo máy điện địi hỏi phải ln trước bước công nghiệp chất lượng nhằm đảm bảo tốc độ phát triển chung toàn ngành yêu cầu kinh tế Ngành chế tạo máy điện sản xuất thiết bị điện phục vụ cho kinh tế nh : Máy biển áp, động điện dùng làm nguồn động lực cho loại thiết bị, công suất từ vài (w) đến hàng trăm (Kw) Với tiêu kinh tế, kỹ thuật bảng số liệu qua tính tốn đạt yếu cầu đề Trong trình thiết kế em dẫn tận tình thầy Võ Tuấn, em xin chân thành cảm ơn thầy Trong thời gian ngắn với kiến thức kinh nghiệm có hạn, đồ án khơng tránh khỏi sai sót, em mong thơng cảm ý kiến thầy cô PHẦN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ CHƯƠNG NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ KẾT CẤU MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ I Đại cương máy điện không đồng Máy điện không đồng kết cấu đơn giản, làm việc chắn, sử dụng bảo quản thuận tiện, giá thành rẽ nên sử dụng rộng rãi kinh tế quốc dân, loại công suất 100 kW Động điện khơng đồng rơto lồng sóc cấu tạo đơn giản nhất loại rơto lồng sóc đúc nhôm) nên chiếm số lượng lớn loại động cơng suất nhỏ trung bình Nhược điểm động điều chỉnh tốc độ khó khăn dịng điện khởi động lớn thường 6-7 lần dòng điện định mức Để bổ khuyết cho nhược điểm này, người ta chế tạo đông không đồng rơto lồng sóc nhiều tốc độ dùng rơto rãnh sâu, lồng sóc kép để hạ dịng điện khởi động, đồng thời tăng mômen khởi động lên Động điện khơng đồng rơto dây quấn điều chỉnh tốc tốc độ chừng mực định, tạo mơmen khởi động lớn mà dịng khởi động khơng lớn lắm, chế tạo có khó so với với loại rơto lồng sóc, giá thành cao hơn, bảo quản khó II Nguyên lý làm việc động không đồng Động khơng đống ba pha có hai phần chính: stato (phần tĩnh) rơto (phần quay) Stato gồm có lõi thép có chứa dây quấn ba pha Khi đấu dây quấn ba pha vào lưới điện ba pha, dây quấn có dòng điện chạy, hệ thống dòng điện tao từ trường quay, quay với tốc độ: 𝑛1 = 60 ∗ 𝑓1 𝑝 Trong đó: -f1: tần số nguồn điện -p: số đôi cực từ dây quấn Phần quay, nằm trục quay bao gồm lõi thép rôto Dây quấn rôto bao gồm số dẫn đặt rãnh mạch từ, hai đầu nối hai vành ngắn mạch Từ trường quay stato cảm ứng dây rơto sức điện động E, dây quấn stato kín mạch nên có dịng điện chaỵ Sự tác dụng tương hổ dẫn mang dòng điện với từ trường máy tạo lực điện từ Fđt tác dụng lên dẫn có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái Tập hợp lực tác dụng lên dẫn theo phương tiếp tuyến với bề măt rôto tạo mômen quay rôto Như vậy, ta thấy điện lấy từ lưới điện biến thành trục động Nói cách khác, động khơng đồng thiết bị điện từ, có khả biến điện lấy từ lưới điện thành đưa trục Chiều quay rơto chiều quay từ trường, phụ thuộc vào thứ tự pha điện áp lưới đăt dây quấn stato Tốc độ rôto n2 tốc độ làm việc luôn nhỏ tốc độ từ trường trường hợp xảy cảm ứng sức điện động dây quấn rôto Hiệu số tốc độ quay từ trường rôto đặc trưng đại lượng gọi hệ số trượt s: 𝑛1 − 𝑛2 𝑠= 𝑛1 Khi s=0 nghĩa n1=n2, tốc độ rôto tốc độ từ trường, chế độ gọi chế độ không tải lý tưởng (khơng có sức cản lên trục) Ở chế độ khơng tải thực, s≈0 có sức cản gió, ma sát ổ bi … Khi hệ số trượt s=1, lúc rơto đứng yên (n2=0), momen trục momen mở máy Hệ số trượt ứng với tải định mức gọi hệ số trựơt định mức Tương ứng với hệ số trượt gọi tốc độ động gọi tốc độ định mức Tốc độ động không đồng bằng: 𝑛2 = 𝑛1 (1 − 𝑠) Một đăc điểm quan trọng động không đồng dây quấn stato không nối trực tiếp với lưới điện, sức điện động dịng điện rơto có cảm ứng, người ta gọi động động cảm ứng Tần số dịng điện rơto nhỏ, phụ thuộc vào tốc độ trựơt rôto so với từ trường: 𝑓2 = 𝑝 𝑛1 − 𝑛2 𝑝 𝑛1 (𝑛1 − 𝑛2 ) = = 𝑠 𝑓1 60 60 𝑛1 Động khơng đồng làm việc chế độ máy phát điện ta 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 cần có phần tử khởi động tụ điện, điện trở … Cấu tạo động không đồng Động không đồng cấu tạo chia làm hai loại: động không đồng ngắn mạch hay cịn gọi rơto lồng sóc động dây quấn Stato có hai loại Ở phần luận văn nghiên cứu động không đồng rơto lồng sóc 1.1 Stato (phần tĩnh) Stato bao gồm vỏ máy, lõi thép dây quấn - Vỏ máy Vỏ máy nơi cố định lõi sắt, dây quấn đồng thời nơi ghép nối nắp hay gối đỡ trục Vỏ máy làm gang nhôm hay lõi thép Để chế tạo vỏ máy người ta đúc, hàn, rèn Vỏ máy có hai kiểu: vỏ kiểu kín vỏ kiểu bảo vệ Vỏ máy kiểu kín u cầu phải có diện tích tản nhiệt lớn người ta làm nhiều gân tản nhiệt bề mặt vỏ máy Vỏ kiểu bảo vệ thường có bề mặt ngồi nhẵn, gió làm mát thổi trực tiếp bề mặt lõi thép vỏ máy Hộp cực nơi để dấu điện từ lưới vào Đối với động kiểu kín hộp cực yêu cầu phải kín, thân hộp cực vỏ máy với nắp hộp cực phải có giăng cao su Trên vỏ máy cịn có bulong vịng để cẩu máy nâng hạ, vận chuyển bulong tiếp mát - Lõi sắt Lõi sắt phần dẫn từ Vì từ trường qua lõi sắt từ trường quay, nên để giảm tổn hao lõi sắt làm thép kỹ thuật điện dây 0,5mm ép lại Yêu cầu lõi sắt phải dẫn từ tốt, tổn hao sắt nhỏ chắn Mỗi thép kỹ thuật điện có phủ sơn cách điện bề mặt để giảm tổn hao dịng điện xốy gây nên (hạn chế dòng điện phuco) - Dây quấn Dây quấn stator đặt vào rãnh lõi sắt cách điện tốt với lõi sắt Dây quấn đóng vai trị quan trọng máy điện trực tiếp tham gia trình biến đổi lượng điện thành hay ngược lại, đồng thời mặt kinh tế giá thành dây quấn chiếm phần cao toàn giá thành máy 1.2 Phần quay (Rôto) Rôto động không đồng gồm lõi sắt, dây quấn trục (đối với động dây quấn cịn có vành trượt) - Lõi sắt Lõi sắt rôto bao gồm thép kỹ thuật điện stator, điểm khác biệt không cần sơn cách điện thép tần số làm việc rơto thấp, vài Hz, nên tổn hao dòng phuco rôto thấp Lõi sắt ép trực tiếp lên trục máy lên giá rôto máy Phía ngồi lõi thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn rôto - Dây quấn rôto Phân làm hai loại chính: loại rơto kiểu dây quấn va loại rơto kiểu lồng sóc - Loại rơto kiểu dây quấn Rơto có dây quấn giống dây quấn stato Máy điện kiểu trung bình trở lên dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp, bớt dây đầu nối, kết cấu dây quấn rôto chặt chẽ Máy điện cỡ nhỏ dùng dây quấn đồng tâm lớp Dây quấn ba pha rơto thường đấu hình Đặc điểm loại động kiểu dây quấn thơng qua chổi than đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch rơto để cải thiện tính mở máy ,điều chinh tốc độ hay cải thiện hệ số công suất máy - Loại rôto kiểu lồng sóc Kết cấu loại dây quấn khác với dây quấn stato Trong rãnh lõi sắt rôto, đặt dẫn đồng hay nhôm dài khỏi lõi sắt nối tắt lại hai đầu hai vịng ngắn mạch đồng hay nhơm Nếu rơto đúc nhơm vành ngắn mạch cịn có cánh khốy gió Rơto đồng chế tạo từ đồng hợp kim có điện trở suất cao nhằm mục đích nâng cao mơmen mở máy Để cải thiện tính mở máy, máy có cơng suất lớn, người ta làm rãnh rôto sâu dùng lồng sóc kép Đối với máy điện cỡ nhỏ, rãnh rơto làm chéo góc so với tâm trục Dây quấn lồng sóc khơng cần cách điện với lõi sắt - Trục Trục máy điện mang rơto quay lịng stato, chi tiết quan trọng Trục máy điện tùy theo kích thước chế tạo từ thép Cacbon từ đến 45 Trên trục rơto có lõi thép, dây quấn, vành trượt quạt gió 1.3 Khe hở Vì rơto khối trịn nên khe hở Khe hở máy điện không đồng nhỏ (0,2¸1 mm máy cỡ nhỏ vừa) để hạn chế dịng từ hóa lấy từ lưới vào, nhờ hệ số công suất máy cao II Công dụng Máy điện không đồng máy điện chủ yếu dùng làm động điện Do kết cấu đơn giản, làm việc chắn, hiệu cao, giá thành rẻ, dễ bảo quản … Nên động không đồng loại máy điện sử dụng rộng rãi ngành kinh tế quốc dân với công suất vài chục W đến hàng chục kW Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa nhỏ, động lực cho máy công cụ nhà máy công nghiệp nhẹ… Trong hầm mỏ dùng làm máy tưới hay quạt gió Trong nơng nghiệp dùng làm máy bơm hay máy gia công nông phẩm Trong đời sống hàng ngày, máy điện không đồng chiếm vị trí quan trọng quạt gió, quay đĩa động tủ lạnh, máy giặt, máy bơm … loại rơto lồng sóc Máy điện khơng đồng dùng làm máy phát điện, đặc tính khơng tốt so với máy điện đồng bộ, nên vài trường hợp (như trình điện khí hóa nơng thơn) cần nguồn điện phụ hay tạm thời có ý nghĩa quan trọng III Kết cấu máy điện Máy điện có nhiều kiểu kết cấu khác Sở dĩ ngun nhân sau: - Có nhiều loại máy điện cơng dụng khác máy chiều, máy đồng bộ, máy không đồng v v… yêu cầu kết cấu máy khác Công suất máy khác nhiều Ở máy cơng suất nhỏ giá đỡ trục đồng thời nắp máy Đối với máy lớn phải có trục đỡ riêng - Tốc độ quay khác Máy tốc độ cao rơto cần phải chắn hơn, máy tốc độ chậm đường kính rơto thường lớn - Sự khác động sơ cấp kéo (đối với máy phát điện) hay tải (đối với động điện) tuabin nước, tuabin hơi, máy diezen, bơm nước hay máy công tác v v…Phương thức truyền động hay lắp ghép khác - Căn vào tính tốn điện từ tính tốn thơng gió đưa nhiều phương án khác Những phương án kích thước, trọng lượng, tính tiện lợi sử dụng, độ tin cậy làm việc, tính giản đơn chế tạo giá thành máy khơng giống Vì thiết kế cần ý đế tất yếu tố Nguyên tắc chung để tiết kế kêt cấu: - Đảm bảo chế tạo đơn giản, giá thành thấp - Đảm bảo bảo dưỡng máy thuận tiện - Đảm bảo độ tin cậy máy làm việc Phân loại kiểu kết cấu máy điện định hình Kết cấu máy điện định hình theo cách bảo vệ, cách lắp ghép, thơng gió, đặc tính mơi trường bên ngoài… 1.1 Phân loại theo phương pháp bảo vệ máy mơi trường bên ngồi Thường có thói quen chia cấp bảo vệ theo phương pháp làm nguội máy Theo cách máy điện chia thành kiểu kết cấu sau: CDIO Thanh Nguyên - Nhật Hoàng Và bước stato: Đối với rãnh hở, chọn Z1 theo bước stato t1, t1 xác định theo bảng sau t(cm) 40 Điện áp U(V) £600 £3000 1,6-2,0 2,2-2,5 1,7-2,2 2,4-2,7 2,2-2,8 2,6-3,2 £6000 2,4-3,0 2,6-3,4 2,8-3,8 Dạng rãnh stato Dạng rãnh phụ thuộc vào thiết kế điện từ loại dây dẫn Rãnh thiết kế cho cho vừa số dây dẫn thiết kế cho rãnh kể cách điện công nghệ chế tạo dễ, mật độ từ thông gông không lớn trị số định để đảm bảo tính máy Đối với rãnh kín với dây dẫn tiết diện trịn, để xác định mức độ lấp đầy rãnh lồng dây vào rãnh thường dùng hệ số lấp đầy kđ Thường thiết kế lấy kđ = 0,7 ¸ 0,75 thích hợp Miệng rãnh b41 = dcđ + 1,5 mm dcđ đường kính dây kể cách điện Chiều cao miệng rãnh h41 thường lấy khoảng 0,4¸0,8mm Đối với rãnh hở hở, quan hệ bước rãnh t1 chiều rộng rãnh br1 sau: t1 = (1,8 ¸ 2,2) * br1 III Thiết kế lõi sắt rôto Sự khác kiểu máy khơng đồng rơto Tính máy tốt hay xấu rôto Để thỏa mãn yêu cầu khác nhau, chế tạo thành loại rơto dây quấn, rơto lồng sóc đơn, rơto rãnh sâu, rơto lồng sóc kép… Rơto dây quấn Động công suất đến 10-15 kW trước dùng dây quấn tiết diện tròn lớp đồng tâm hai mặt phẳng (với 2p = 4) hay ba mặt phẳng (2p = 2) Khi rơto chọn rãnh kín hình ôvan hay lê với miệng rãnh b42 =1,5 - mm ;số pha rôto m2 = nối hình Trong năm gần đây, dây quấn rơto thường dùng loại xếp hai lớp sơ đồ dây quấn không khác với dây quấn stato Dây quấn cấu tạo từ dẫn tiết diện chữ nhật không lớn lắm, tạo thành phần tử cứng đặt vào thành hở có bề rộng 3,3 - 5,6 mm để tránh tổn hao đập mạch tổn hao bề mặt stato hệ số khe hở khơng khí k d khơng lớn Dây quấn sử dụng cho máy có chiều cao tâm trục đến 280 mm Khi h > 280 mm thường dùng dây quấn sóng kiểu dẫn Ưu điểm loại dây quấn này, việc giảm khối lượng đồng phần đầu nối cho phép nâng cao điện áp vành trượt làm nhỏ dòng điện qua chổi than 18 CDIO Thanh Ngun - Nhật Hồng Động lồng sóc thường 2.1 Chọn số rãnh rôto Z2 Việc chọn số rãnh rơto lồng sóc Z2 vấn đề quan trọng, khe hở máy nhỏ, khởi động momen phụ từ trường sóng bậc cao gây nên ảnh hưởng lớn đến trình khởi động ảnh hưởng đến đặc tính làm việc Vì vậy, để có tính tốt, chọn Z phải tuân theo hạn chế định Sự phối hợp số rãnh stato Z1và rôto Z2 ghi bảng 10-6 trang 246 TKMĐ Khi làm nghiên cứu rãnh phối hợp số rãnh Z1và Z2 cho phép rộng rãi hơn, làm cho momen cực đại cosj hạ thấp xuống tí, khơng lấy bn q lớn Thường máy không đồng công suất nhỏ chọn Z2< Z1để cho rãnh rôto khỏi nhỏ Trong máy công suất lớn, để giảm điện chọn Z2> Z1 2.2 Dạng rãnh rôto loại thường Thiết kế dạng rãnh xác định diện tích rãnh (tức diện tích dẫn lồng sóc) Do điện trở r điện kháng tản x rơto có quan hệ với hình dạng rãnh rơto, nên rơto thiết kế xong việc thiết kế dạng rãnh rơto trực tiếp ảnh hưởng đến tính máy Ngày nay, với máy có chiều cao tâm trục h=50 – 250 mm thường lồng sóc đúc nhơm, h = 50 – 250 mm thường đúc áp lực, h ³ 280 mm đúc rung hay trọng lực Rãnh hình 1a thường dùng máy khơng đồng rơto lồng sóc có chiều cao tâm trục h £ 160mm, thường lấy b42 = 1mm, h42 = 0, – 1mm, d1/d2= 6, – 7, 5/4 – 6mm, hr1 = 10 – 20 mm Khi h ³ 180mm dùng rãnh sâu hình ơvan hình -1b 2-1c, b42 = 1, 5mm, h42= 0, – 1, 5mm, d1= d2= br2= 3, – 6mm, hr2= 25 – 45mm Máy lớn tốc độ cao br2 sâu Thiết kế rãnh rôto phải cho mật độ từ thông gông rôto phải nằm phạm vi thích hợp ghi bảng Vì thiết kế rãnh, phải định kích tthước tối thiểu gơng rơto Mặt khác đối vói máy khơng đồng rơto lồng sóc, tiết diện rãnh rôto đồng thời tiết diện dẫn rơto, phải cho mật độ dịng điện dẫn rơto thích hợp Chọn mật độ dịng điện dẫn Jtd= (2, ¸ 3, 5)A/mm2 dẫn đúc nhôm Jtd = (4 ¸8) A/mm2 dẫn đồng, trị số lớn dùng cho công suất nhỏ Mật độ dòng điện vòng ngắn mạch Jv chọn thấp Jtd khảng 20¸ 25 % Chiều cao vành ngắn mạch thường lấy cao chiều cao rãnh rôto: bv ³ 1, 2*hr2 Chiều dài lõi sắt rôto l2 thường thiết kế chiều dài lõi sắt stato l1 dài – 10 mm IV Khe hở khơng khí Khi chọn khe hở khơng khí d ta cố gắng lấy nhỏ để dịng điện khơng tải nhỏ cosj cao, khe hở nhỏ làm cho việc chế tạo lắp ráp thêm khó khăn, stato dể chạm với rôto làm tăng thêm tổn hao phụ điện kháng tản tạp máy tăng 19 ... .3 PHẦN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ CHƯƠNG NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ KẾT CẤU MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ I Đại cương máy điện không đồng .4 II Nguyên lý làm việc động không đồng. .. cảm ý kiến thầy cô PHẦN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ CHƯƠNG NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ KẾT CẤU MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ I Đại cương máy điện không đồng Máy điện không đồng kết cấu đơn giản, làm việc... pha cần có phần tử khởi động tụ điện, điện trở … Cấu tạo động không đồng Động không đồng cấu tạo chia làm hai loại: động khơng đồng ngắn mạch hay cịn gọi rơto lồng sóc động dây quấn Stato có hai