Đề tài tính toán thông số chế tạo động cơ không đồng bộ

LIÊN DOANH VIỆT NGA VIETSOVPETRO XÍ NGHIỆP CƠ ĐIỆN ****************************** Tên đề tài TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CHẾ TẠO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Cơ quan chủ trì Xí nghiệp Cơ điện Người thực hiện đề tài T[.]

LIÊN DOANH VIỆT-NGA VIETSOVPETRO XÍ NGHIỆP CƠ ĐIỆN ****************************** Tên đề tài: TÍNH TỐN THƠNG SỐ CHẾ TẠO ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ Cơ quan chủ trì: Xí nghiệp Cơ điện Người thực đề tài: Trần Anh Tuấn Thư ký đề tài: Phạm Huy Nam Thời gian thực hiện: Từ tháng 01/2023 đến tháng 5/2023 Kinh phí đầu tư: Từ nguồn kinh phí KHCN Tổ chức phối hợp: Phịng Kỹ thuật, Xưởng Bơm ngầm Trên sơ công suất yêu cầu thực tế sản xuất cần chế tạo động bơm “Lift pump” với thông số đầu vào: • • • • • Động điện pha 380V, tần số 50Hz Công suất đầu yêu cầu 70-75 kW, Tốc độ đồng 3000 vòng/phút (2p = 2), Số rãnh Stato Z1 = 24 rãnh Chế độ làm việc liên tục YÊU CẦU THIẾT KẾ Thiết kế động không đồng pha + Động rơto lồng sóc, kiếu kín IP44 , cách điện cấp F, theo TCVN 1987-1994 + Công suất định mức : 70 kw + Số đôi cực : 2p=2, tố độ 2960v/p + Điện áp định mức : 660/380Vđấu y/ + Tần số : 50Hz + Chiều cao tâm trục : 100mm? NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Tính tốn kích thước yếu Tính tốn thơng số stato/rơto Tính tốn mạch từ Tính tốn tham số động chế độ định mức Tính tốn tổn hao Tính tốn đặc tính Tính tốn nhiệt Chỉ tiêu kỹ thuật theo TCVN 1987-1994 : + Hiệu suất : η = 91% + Hệ số công suất: Cos = 0,9 + Bội số dòng điện cực đại : ik = Mmax + Bội số mômen cực đại : mmax = = 2,2 Mđm Mk + Bội số mômen khởi động : mk = M = 1,4 đm Ghi : Tất số liệu tra bảng lấy từ sách THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN (TKMĐ) TRẦN KHÁNH HÀ I TÍNH TỐN CÁC KÍCH THƯỚC CHÚ YẾU Những kích thước chủ yếu động điện khơng đồng đường kính stato D chiều dài lõi sắt l Mục đích việc chọn kích thước để chế tạo máy kinh tế hợp lý mà tính phù hợp với tiêu chuẩn nhà nước Tính kinh tế máy khơng vật liệu sử dụng để chế tạo máy mà cịn xét đến q trình chế tạo nhà máy, tính thơng dụng khn dập ,vật đúc, kích thước chi tiết tiêu chuẩn hoá … Xác định tốc độ quay đồng (n1) n1= 60.f/p = 60*50/1 = 3000 rmp Trong đó: f1 = 50 Hz tần ssó lưới điện P = số đơi cực từ Đường kính ngồi stato + Đường kính ngồi Dn có liên quan mật thiết với kết cấu động cơ, cấp cách điện chiều cao tâm trục h tiêu chuẩn hóa Vì thường chọn Dn theo h + Tra bảng 10.3 sách “TKMĐ” với chiều cao tâm trục h = 150-200mm thì: đường kính ngồi stato theo tiêu chuẩn Dn = 34,9 cm + Chọn theo thực tế : Dn=255mm Đường kính stato Xác định đường kính stato theo công thức : D = kd.Dn Tra bảng 10.2 sách “TKMĐ” ta : kd = 0,64 - 0,68; Dn = 25,5 cm D = (0,64 - 0,68).25,5 = 16,3 – 17,34 cm Lấy Dt = 16,3 cm Trong kd hệ số tỉ lệ đường kính ngồi đường kính Cơng suất tính tốn P’=m.E.I.10-3 kW = P 70 𝑃𝑡𝑡 = Ke cos  = 0.98 ∗ ∗ 09 = 84 kW n 0.9 Công suất biểu kiến Sđm = P/.cos = 84/0.9*0.9 = 86 kVA Trong :Ke: hệ số công suất định mức lấy theo H10-2 sách TKMĐ (Ke=0.98) Chiều dài tính tốn lõi sắt Stator Ltt=6,1*107/ασ.ks.kd.A.Bσ.Dt2.n1 cm Trong đó: P’=84 kW Cơng suất tính tốn động ασ= 0,64 Hệ số cung cực từ Ks=1,11 Hệ số song kd=0.92 Hệ số dây quấn A=370 A/cm Tải điện từ, chọ theo TKMĐ Bσ=0,77T Mật độ từ thôngkhe hở khơng khí Dt =16,3 cm Đường kính Stato N1 =3000 rmp Tốc độ từ trường quay Từ ta có Ltt = 6,1*107*84/0,64*0,92*1,11*370*0,77*16,3*3000= =43,29 cm Chọn Ltt= 430 mm Tính bước cực từ () =*Dt/2p=3,14*16,3/2=25.6 cm Tính chọn hệ số tăng cơng suất Từ hệ số hình dáng ()=Ltt/=43/25.6=1.68 Từ ta có hệ số tăng cơng suất  = ? Dịng điện pha định mức Ipdm = Pđm*103/sqr3.Udm..cos = 70*103/1.73*380*0.91*091 = 131A II TÍNH THÔNG SỐ STATOR Số rãnh Stato Trị số q1 thường chọn số nguyên đẻ cải thiện đặc tính làm việc giảm độ ồn động Ở chọn q1=4, số pha m=3 Ta có số rãnh Stato Z1 = m.2p.q1= 3*2*1*4 = 24 rãnh Bước rãnh Stato (t1) T1=Dt/Z1 = 3.14*16.3/24 = 2,13 cm Số cạnh tác dụng Stato Ur1 = A.t1.a1/Iđm = 370*2,13*2/131=12 cạnh Trong : a1 = : số mạch nhánh q1 = :số rãnh pha cực từ Số vòng dây nối tiếp pha W1 = p.q.Ur1/a1 = 1*4*12/2=24 vịng Tính chọn tiết diện đường kính dây dẫn Chọn mật độ dịng điện (J) theo h10.4 sách TKMĐ chọn tích AJ = 1890, A=370 ta có J = AJ/A = 1890/370 = 5,1 Chọn số sợi n1=2 sợi Sơ chọn tiết diện dây: S1 = Idm/a1.n1.J1 = 131/2.2.5,1 = 6.4mm2 Chọn kiểu quấn dây Với loại dây tiết diện trên: dây quấn Stato đặt vào rãnh lõi thép Stato cách điện với lõi thép Ở chọn dây quấn bước ngắn lớp (a1=2, n1=2) nhắm khử từ trường, sóng hài bậc cao, tăng cos giảm lượng đồng sử dụng Hệ số dây quấn (Kd = 0.92) Với góc lệch pha α = P*360/Z1 = 360/24 = 150 Từ thông khe hở khơng khí () Φ = KE.Up/4ks.kd.f1.W1 = 0,98*380/4*1,11*0,92*50*24 =0,0759 Wb Trong tra H10-2 TKMĐ: KE = 0,98 :hệ số điện từ Ks = 1,11: hệ số sóng Mật độ từ thơng khe hở khơng khí (B) B =ϕ.104/α..L1 = 0,0759*104/0,64*25,59*43 = 1,07 T Trong đó: α = 0,64: hệ số cung cực từ  = 25,59: Bước cực từ L1 = 43 cm: Chiều dài lõi sắt Stato Tính sơ chiều rộng đỉnh Stato BZ1 = B.L1.t1/Bz1.L1.kc = 1,07*43,2,13/1,8*43*0,93 = 1,36 cm Trong đó: Bz1 = 1,8T (tra bảng 10.5b sách TKMĐ) Kc = 0,93 : hệ số ép chặt 10.Tính chều cao gơng từ Stato (hg1) hg1 = ϕ.104/2Bg1 L1.kc = 0,0759*104/2*1,55*34*0,93 = 6cm Trong đó: Bg1 = 1,55 T (tra abảng 10.5a sách TKMĐ 11.Tính tốn kích thước rãnh cách điện Từ cơng thức: Ta có : d2 = (Dn-2hg1)-Z1bz1/(Z1+ ) = {(25,5-2*6)*3,14-24*1,36]/24+3,14 =9,75/27,14 = 0,35 cm d1 = (Dt-2h41)-Z1bz1/(Z1- ) = {(16,3-2*0.05)*3,14-24*1,36]/24+3,14 =14.36//27,14 = 0,68 cm Tra bảng ta c: + Chiều dày cách điện rãnh c = 0.4mm + Chiều dày cách điện nêm c’=0.5mm +Diện tích rãnh trừ nêm: S’r =(d12 + d22). + (d1+d2)/2 (h12-d1/2) = + Diện tích cách điện rãnh: Scd = + Diện tích có ích rãnh: Sr = S’ – Scd = + Hệ số lấp đầy rãnh: kd =… 0,72 12.Bề rộng Stato (bz1 = 1.36cm) bz1 = (b’z1 +b’’z1)*/2 III TÍNH THƠNG SỐ ROTOR Số rãnh Roto: Việc chọn số rãnh roto Z2 quan trọng khe hở khơng khí động nhỏ nên mở máy từ thông song bậc cao gây nên ảnh hưởng đến q trình mở máy đặc tính làm việc động Tra bảng 10.6 sách TKMĐ: với Z1 =24, ta chọn số rãnh Z2 = 16 rãnh Đường kính ngồi Roto: D’=Dt-2 = 16,3-2.0.07=16,16 cm Trong đó: Dt : Đường kính Stator : Khe hở khơng khí Bước Roto (t2) t2 = .D’/Z2 =3,14*16,16/16= 3,17 cm Tính sơ chiều rộng Roto (bz2) bz2 = 𝐵.𝐿2.𝑡2 𝐵𝑧2.𝐿2𝑙𝑘𝑐 = 1,07∗43∗3,17 1,8∗43∗0,93 = 2,02 𝑐𝑚 Trong đó: Bz22 = 1.8T tra bảng 10.5b sách TKMĐ B : mật độ từ thơng khe hở khơng khí L2: Chiều dài lõi sắt roto t2: bước rang roto Đường kính trục Roto (Dtr) Dtr =0,3.Dt = 0,3*16,3 = 4,89 cm Lấy Dtr = cm (50 mm) Dòng điện dẫn Roto Itd = I2 = KI.Iđm 6W1.kd1/Z2 =0.89*131*6*24*0.92/16=965A Dòng điện vành ngắn mạch 1 Iv=Itd =965 = 2474 A 2𝑠𝑖𝑛𝑝/𝑍2 2𝑠𝑖𝑛/16 Trong : P số đôi cực Z2: Số rãnh roto Tiết diện dẫn: Trong động không đồng rôto lồng sóc, tiết diện rãnh rơto đồng thời tiết diện dẫn rơto, phải cho mật độ dịng điện dẫn rơto thích hợp S’td = Itd/Jtd =965/3 = 321.6 mm2 Với Jtd = A/mm2 mật độ dịng điện dẫn rơto Tiết diện vành ngắn mạch Chọn Jv = 80%Jtd = 2,4 A/mm2 Sv = Iv/Jv =2474/2,4 = 1030 mm2 Với Iv dòng điện vành ngắn mạch IV TÍNH TỐN MẠCH TỪ Hệ số khe hở khơng khí (k) Hệ số khe hở khơng khí nói lên ảnh hưởng stato rato tới khe hở Theo tính tốn k = 1.1 Chọn vật liệu mác thép từ: Tra bảng vật liệu chọn loại thép kỹ thuật cán nguội dày 0.5mm loại mác 2211 (bảng 2.2 sách TKMĐ theo TC Nga) Sức từ động khe hở khơng khí: F = 1,6.B.k.104 = 1,6.0,765.1,125.104 = 964 A Mật độ từ thông Stato Bz1= 𝐵.𝐿1.𝑡1 𝑏𝑧1.𝐿1.𝑘𝑐 = 1,07.43.2,13 1,36.43.0,93 = 1.8𝑇 Trong : + B: Mật độ từ thơng khe hở khơng khí + t1: Bước rãnh stato + bZ1 : Bề rộng stato + L1 : Chiều dài lõi sắt stato Cường độ từ trường Stato Tra bảng ta có Sức từ động Stato Mật độ từ thông roto Cường độ từ trường roto Sức từ động roto Điện trở tác dụng dây quấn stato : Điện trở suất đồng 75oC Tính theo đơn vị tương đối : r * = r Ipđ 131 = 0,263 = r1 m 380 U1 U1 I1 = 0,0275 Điện trở tác dụng dây quấn roto (rtd) rtd = Al * (L2.10-2)/Sr2 = 1/23*34.10-2 / 321,6 = 0.459.10 -  Trong + Al : Điện trở suất nhôm + Sr2 : Tiết diện dẫn rôto Điện trở vành ngắn mạch rV = Al Dv.10-2 19,7.10-2 = Z S 23 38.784,4 -4 = 0,00903.20 Ω v Trong : + Dv : Đường kính vành ngắn mạch Sv : Diện tích vành ngắn mạch Điện trở rơto: r2 = rtd + 2rV Δ2 Trong : Δ = 2sin p 1.180 = 2sin = 0,390 Z2 16 2.00903 r2 = (0, 3967 + 0,3902 -4 -4 ).10 = 0,5635.10 Ω Với : + rv : Điện trở vành ngắn mạch + rtd : Điện trở dây quấn rôto Hệ số quy đổi  =4.m1(w1.kd1)2/Z2 =4*3*(24*0,92)2/16 = 365,6 Trong : + m1 : Số pha + w1 : Số vòng dây nối tiếp pha + kd1 : Hệ số dây quấn stato + Z2 : Số rãnh rôto Điện trở rôto quy đổi r2’ = .r2 = 365,6*0,5635.10-4 = 0,1978 Ω Tính theo đơn vị tương đối : r2* = r2’ I1 U1 = r2’ IUpđm = 0,1978 39 380 ,63 = 0,021 V.TÍNH TỐN TỔN HAO Tổn hao máy động điện phân thành loại sau: + Tổn hao sắt stato roto: 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 Khối lượng stato GZ1=  F e Z b z h ’ z k c L 3 GZ1 = 7,8.24.0,703.2,377.0,93.43.10 = 13,451kg Trong đó: + Z1 : Số stato + bZ1 : Chiều rộng stato + kc : Hệ số ép chặt lõi thép +Fe = 7.8 Khối lượng gông từ stato Gg1 = Fe.L 1.Lg1.hg1.2p.kc.10-3 = 7,8.43.24,94.3,14.2.2.0,93.10-3 = 40 kg Trong đó: + l1 : Chiều dài lõi sắt + Lg1: Chiều dài mạch từ gông stato + hg1 : Chiều cao gông stato + kc : Hệ số ép chặt lõi thép + p : Số đôi cực từ Tổn hao sắt lõi sắt stato + Tổn hao lõi thép từ trễ dịng điện xốy xuất đồng thời Ngun nhân dịng điện từ hố chạy thép từ trường biến đổi + Tổn hao phụ lõi thép sinh dịng điện xốy tượng từ trễ máy thép phần bề mặt stato rôto tạo nên sóng điều hồ bậc cao sóng điều hồ từ trường stato rơto a Trong PFeZ1 = kgcr.pFeZ1.BZ12.GZ1.10-3 Với : kgc Hệ số gia công máy không đồng bô lấy hệ số gia công lấy kgcr = 1,8 gông lấy kgcg = 1,6 pFeZ1 Suất tổn hao thép tra bảng V-14 phụ lục V tra pFeZ1 = 2,5 W/kg pFeZ1 = 1,8.2,5.1,8232.10,24.10-3 = 0,153 kW b Trong gông PFeg1 = kgc.pFeg1.Bg1 2.Gg1 10-3 = 1,6.2,5.1,5472.40.10-3 = 0,383 kW Tổn hao lõi sắt stato : p’Fe = pFeZ1 + pFeg1 = 0,153 + 0,383 = 0,536 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 xoáy cảm ứng thép tập trung lên lớp mỏng bề mặt lõi thép, tổn hao gây nên dịng điện xốy 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 cịn bề mặt stato miệng rãnh roto bé t2-b42 pbm = 2pτ L2.p’bm.10-7 t2 Z1.n1 Với p’bm = 0,5k0.( 10000 1,5 ) (10Bot1) B0 = 0.k.B = 0,24.1,125.0,765 = 0,2066 Khi b41 = = 4,285 = 0,24 theo hình 6-1 sách “TKMĐ” k0 = 0,85 hệ số kinh nghiệm 48.1500 p’bm = 0,5.1,85( 10000 1,931-0,15 pbm = 2.4.18,46 1,931 1,5 ) (10.0,2066.1.538) = 180,43 W -7 180,43.17,6.10 = 0,043 kW Tổn hao đập mạch rơto + Ở động điện khơng đồng ngồi tổn hao bề mặt cịn có tổn hao đập mạch tượng đập mạch đáng kể mật độ từ thông Nguyên nhân đập mạch dao động từ trường vùng liên thông rãnh stato rôto theo vị trí tương đối rãnh stato rơto Z1.n1 pđm = 0,11( 10000 υ1 Với Bđm = 2t2 -3 10Bđm) GZ2.10 1,987.0,07 BZ2 = 2.1,931 1,828 = 0,066 T υ1 = 1,987 Tính III.1 GZ2 = Fe.Z2.h’Z2.bZ21.L2.kc.10-3 d2 h’Z2 = hr2 - = 2,84 cm BZ21 Là bề rộng rôto 1/3 chiều cao 48,1500 pđm = 0,11 ( 10000 -3 10.0,066) 11,97.10 = 0,030 kw Tổng tổn hao thép PFe = p’Fe + pbm + pđm = 0,536 + 0,0430 + 0,030 = 0,609 kw đó: + P'Fe: Tổn hao lõi sắt stato + Pbm : Tổn hao bề mặt rôto + Pđm : Tổn hao đập mạch rôto Tổn hao + Tổn hao (tổn hao ma sát ) phụ thuộc vào áp suất bề mặt ma sát, hệsố ma sát tốc độ chuyển động tương đối bề mặt ma sát Trong : Xác định theo phần ứng Dn tính IV-15 + n1 : Tốc độ đồng + Dn : Đường kính ngồi stato Tổn hao khơng tải p0 = pFe + pcơ = 0,609 + 0,334 = 0,943 kw CƠ SỞ TÍNH CƠNG SUẤT ĐỘNG CƠ ĐIỆN a) Cơng thức tính cơng suất động b, Cách tính cơng suất động điện pha Dịng điện pha dòng điện sử dụng cho thiết bị máy móc cơng nghiệp có cơng suất lớn, chẳng hạn như, máy nén khí cơng nghiệp,động bơm, động bang truyền… lượng tiêu thụ điện dịng máy móc đại vơ lớn Cơng suất thực sự: Cịn gọi sức mạnh thực động sử dụng để thực công việc tải, tính sau: P = Vrms Irms cos φ Trong đó: P cơng suất thực, tính watt (W) • V rms gọi điện áp rms = V đỉnh/ 2, đơn vị tính theo vơn (V) • I rms dịng điện rms = I pic/ 2, đơn vị tính theo ampe (A) • φ góc tính giai đoạn khác biệt với giai đoạn trở kháng điện áp dịng điện Cơng suất phản kháng: Chính loại cơng suất động bị lãng phí, khơng sử dụng để thực công việc tải, tính cơng thức: Q = Vrms Irms sin φ Trong đó: • Q cơng suất phản kháng đo volt – ampere – Reactive (VAR) • V rms gọi điện áp rms = V đỉnh/ 2, tính theo đơn vị Vơn (V) • I rms gọi dòng rms = I pic / 2, tính theo đơn vị Ampe (A) Cơng suất biểu kiến: Chính loại cơng suất động cung cấp cho mạch S = V rms I rms, đó: • S gọi cơng suất biểu kiến Volt-ampe (VA) • V rms gọi điện áp rms = V đỉnh/ tính theo Vơn (V) • I rms gọi dịng rms = I pic / đơn vị Amperes (A) Khác với dòng điện pha, dòng điện pha người ta cần kiểm soát nhiều chặt chẽ tất thông số liên quan tới công suất điện như: dịng điện, điện áp, cosφ, cơng suất pha, cơng suất dịng điện pha, cơng sức tổn hao,… • Đồ thị đặc tính làm việc động η,cosφ  cosφ 0.8 I1 0.6 s 0.4 0.2 0,2 10 20 40 60 80 P2 kW) HÌNH A:_Đồ thị biểu thị đặc tính làm việc động khơng đồng rơto lồng sóc 70kW , 2p = VI KẾT LUẬN Qua tính tốn đề tài hoàn thành nhiệm vụ đặt cho việc tính tốn thiết kế động khơng đồng ba pha rơto lồng sóc cơng suất đến 70kW; 2p = Kết ạt thỏa mãn tiêu chuẩn kỹ thuật như: - cos = 0,889 yêu cầu Cos = 0,9 -  = 92,1 % yêu cầu 91 % - Bội số mômen khởi động mk = 1,85 ; yêu cầu 1,4 - Bội số mômen max mmax = 2,26 ; yêu cầu 2,2 - Bội số dòng điện khởi động ik = 6,74 ; yêu cầu ik = Các tiêu vật liệu tác dụng đạt nằm phạm vi cho phép so với máy chế tạo Việt Nam Tài liệu tham khảo: Thiết kế máy điện-Trần khánh Hà Các tài liệu tham khảo khác mạng internet  ... 0,943 kw CƠ SỞ TÍNH CƠNG SUẤT ĐỘNG CƠ ĐIỆN a) Cơng thức tính cơng suất động b, Cách tính cơng suất động điện pha Dịng điện pha dịng điện sử dụng cho thiết bị máy móc cơng nghiệp có cơng suất... Tần số : 50Hz + Chiều cao tâm trục : 100mm? NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Tính tốn kích thước yếu Tính tốn thơng số stato/rơto Tính tốn mạch từ Tính tốn tham số động chế độ định mức Tính tốn tổn hao Tính. .. 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