giáo trình thiết kế máy điện

giáo trình thiết kế máy điện

CHƯƠNG I:

đại cơng về thiết kế máy điện

1.1 Vị trí của ngành chế tạo máy điện và môn học:

1.2 Tình hình phát triển của ngành:

1.3 Nhiệm vụ của ngành thiết kế máy điện:

Xác định kiểm tra máy điện sao cho đảm bảo đợc yêu cầu về kinh tế và kỹthuật đã đề ra và trong những điều kiện làm việc khác nhau

Yêu cầu về kỹ thuật :P,U n ,kmm ,kmax

Yêu cầu về kinh tế : ,cos ,giá

Điều kiện khác: tiêu chuẩn nhà nớc Điều kiện khí hậu , áp suất độ

ẩm ,trong nhà, ngoài trời

Chiến lợc phát triển kinh tế Nhịp điệu phát triển của khoa học kỹ thuật nóichung

*

B :mật độ từ thông trong khe hở không khí

A=

D pi

CÊp 5 : kh«ng cho bôi vµo

CÊp 6 :kÝn hoµn toµn

+ X2 :bảo vệ nớc 9 cấp (0.8)

Cấp 0 : không bảo vệgì cả

Cấp 1 :bảo vệ những giọt ma

Cấp 4 :bảo vệ theo mọi hớng

Cấp 5 :bảo vệ nớc dới dạng tia ( nớc bắn có áp lực )

Cấp 6:bảo vệ sóng

Cấp 7 : bảo vệ khi nhúng vào trong nớc

Cấp 8 : bảo vệ khi ngập trong nớc có áp suất

1.10 Nhiệm vụ thiết kế:

Cho công suất , điện áp , tốc độ ,số cực ,cos ,  , mmin, m max cấp bảo

vệ nơI làm việc cấp cách điện

giáo trình : thiết kế máy điện - cô thanh và thầy hà

thiết kế máy biến áp thầy phan tử thụ

thiết kế máy biến áp và cuộn kháng thầy phạm văn bình và lê văn doanh

1.13 Phơng pháp nghiên cứu và thi:

CH¦¥NG II:

VËt liÖu dïng trong m¸y ®iÖn

Ph©n lo¹i :theo vËt liÖu t¸c dông

bằng tăng lợng silic hoặc trên đờng đI đặt các điện trở bằng cách đa các tấm mỏng phủ sơn cách điện

đặc điểm :gồm hai loại

+đẳng hớng dùng cho máy điệnquay mật độtừ trờng tốt hơn loại (3) +không đẳng hớng chỉ dẫn từ tốt theo chiều cán dùng chế tạo máy biến áp

điện trở suất của đồng là 0.0178 ( mm2/m)

Bền dẻo ( phụ thuộc công nghệ ) dễ hàn Cu=8.9 (Kg/dm3)

90 105 120 135 155 180

Y:vảI giấy cách điện không tấm sơn cách điện

A:vảI giấy cách điện có tấm sơn cách điện

E:sợi gốc xenlulô tơ tằm sợi vô cơ tổng hợp

B:amiăng ,sợi thuỷ tinh , mica

F: amiăng ,sợi thuỷ tinh , mica tẩm sơn gôcsilic

H: amiăng ,sợi thuỷ tinh , mica sứ sợi tổng hợp

+ cờng độ cách điện cao

+ chịu độ bền cách điện cao

FeCrNi dùng làm rôt or củatuốc bin hơI

- Nhựa :làm cánh quạt gió

Dây quấn xoay chiều

Dây quấn một pha

động cơ một pha có một pha dây quấn :từ trờng của nó là từ trờng đập mạch Dây quấn 2 pha hay 1 pha lới

Dây quấn 3 pha

1lớp :đồng tâm phân tán ,đồng khuôn phân tán

2 lớp :sóng và xếp

Sự phân bố các rãnh trong các pha

2 cực 6 rãnh 3 pha quấn tập trung

kích thớc bối dây theo công thức trong tài liệu

trên thực tế ta có thể tính nh sau

l làchiều dài lõi thép

c nhô ra ngoài c lớn thì dễ lồng dây an toàn tốn dây có thể dây quấn chạm nắp

d tăng tốn dây dễ chạm nắp dễ lồng dây

a:cung nối giữa 2 tâm rãnh

y2 y1

CHƯƠNG III:

Dây quấn máy điện

3.1.Với máy điện một chiều

phần tử kia

Ylà khoảng cách giữa 2 cạnh tơng ứng của 2 phần tử kề nhau

Phần tử bao gồm :2 cạnh tác dụng trong đó chứa một số vòng dây

1 vòng dây chứa 2 cạnh tác dụng

1 bối dây có thể chứa  phần tử

Trong một bối dây có nhiều phần tử ta đếm số phiến góp và số rãnh thực:Z nt=S=G

S/2*a nguyên điều kiện không có dòng cân bằng

Số phần tử hay số thanh dẫn trong mỗi rãnhđều nh nhau

Z

Z Z

S nt

nt

xứng về cơ )  vị trí chổi than :chổi than đợc đặt trên đờng trung tính hình học

có nghĩalà phảI đặt ở chỗ mà khi nối ngắn mạch1 phần tử thì phần tử đó có 2 cạnh tác dụng đang nằm trên đờng trung tính hình học

 quan hệ giữa số đôI cực và số đôI mạch nhánh

Xếp đơn a=p

Xếp phức a=m

Sóng đơn a=1

Sóng phức a=m

3.2 Dây quấn xoay chiều

3.2.1 Dây quấn một pha

Động cơ một pha có một pha dây quấn :từ trờng của nó là từ trờng đập mạch

Dây quấn 2 pha hay 1 pha lới

Fq=Fm *sin(t  )=F m * sin t* cos  F m* cos t* sin 

Fq=F m* sin t* cos  F m* sint  / 2* cos   / 2

Dây quấn 3 pha

1lớp :đồng tâm phân tán ,đồng khuôn phân tán

2 lớp :sóng và xếp

l lµchiÒu dµi lâi thÐp

c nh« ra ngoµi c lín th× dÔ lång d©y an toµn tèn d©y cã thÓ d©y quÊn ch¹m n¾p

d t¨ng tèn d©y dÔ ch¹m n¾p dÔ lång d©y

a:cung nèi gi÷a 2 t©m r·nh

y1= *  =

p

Z

* 2

*



(dây quấn 2 lớp )Cách chọn dây quấn một lớp(2 lớp)

sóng điều hoà hình sin không quan trọng nh dây quấn 2 lớp.Ưu điểm đơn giản

dễ lồng dây

+dây quấn 2 lớp:dùng cho máy điện lớn tốc độ lớn(ví dụ 2p=2 , n=1500(vòng/phút)

Số mạch nhánh song song (a)

Kiểu dây quấn

+đồng khuôn :kết cấu chắc chắn bối trớc đè lên bối sau ,sau khi bịcháy thì phảI tháo hết không sửa cục bộ Lồng dây khó giảm năng suất

+Đồng tâm (hoa sen):gồm 2 mặt khi cháymột nhóm có thể sửa cục bộ đợc không phảI chờ dễ lồng kém chắc chắn tốn dây

+kiểu phân tán:1 nhóm bối dây đầu chia làm 2 nửa đổ về 2 phía

Dạng rãnh chia làm 3 loạidây quấn

+rãnh kin:dây quấn không đa từ miệng rãnh mà đa từ 2 đầu rãnh

Khi kín hoàn toàntừ thông không móc vòng qua stator mà đI qua lõi thép nh hình vẽ

Chọn dây có cấp cách điệnchịu nhiệt tơng ứng

Chọn chiều dày dây (dày cách điện)

Chọn chất lợng

Dây vô cơ có cờng độ chịu nhiệt hữu cơ

3.3 Dây quấn kích thích, bù, cản

3.3.1 Dây quấn kích thích máy một chiều

kích thích song song hay nối tiếp

kích thích song song thìUt =Uu

kích thích nối tiếp thì It=Iu

chọn chiều quấn sợi dây

3.3.2 Dây quấn kích thích máy đồng bộ

chọn điện áp :dây tròn ,dây dẹt

Ucao dây nhỏ nhiều vòng

U thấp dây lớn ít vòng

Chiều quấn ;thờng quấn theo (*)khi quay có lực ly tâm ít bị ảnh hởng nếu c họn(**) thì dây dễ bị hỏng kém dẫn nhiệt

Dây quấn bù :làm bằng các thanh dẫn

Dây quấn cản :dùng thanh đồng hàn hai đầu nối vành ngắn mạch hoạt động

tạo khả năng đồng bộ ổn định

+theo cấp chịu nhiệt

+theo chiều dày số lớp cách điện

Dây quấn một lớp dùng chomáy điện nhỏ p=0.50 15 kW vì yêu cầu sóng điềuhoà hình sin không quan trọng nh dây quấn 2 lớp.Ưu điểm đơn giản dễ lồng dây

+dây quấn 2 lớp:dùng cho máy điện lớn tốc độ lớn(ví dụ 2p=2 ,

n=1500(vòng/phút)

Số mạch nhánh song song (a)

Số mạch chập song song (n)

Chọn a,n /đờng kính dây  2.1(mm)

Kiểu dây quấn

+đồng khuôn :kết cấu chắc chắn bối trớc đè lên bối sau ,sau khi bị cháy thì phảI tháo hết không sửa cục bộ Lồng dây khó giảm năng suất

+Đồng tâm (hoa sen):gồm 2 mặt khi cháymột nhóm có thể sửa cục bộ đợc không phảI chờ dễ lồng kém chắc chắn tốn dây

+kiểu phân tán:1 nhóm bối dây đầu chia làm 2 nửa đổ về 2 phía

Dạng rãnh chia làm 3 loạidây quấn

+rãnh kin:dây quấn không đa từ miệng rãnh mà đa từ 2 đầu rãnh

3.4 Dây quấn máy biến áp

3.4.1 Dây quấn hình trụ hay dây dẫn tròn

đặc điểm:

+dây dẫn tròn

+quấn theo hớng trục vòng sau nằm cạnh vòng trớc

+nhiều lớp nhiều vòng trong 1 lớp dùng cho dây quấn cao áp của máy nhỏ+tản nhiệt kém

+điện áp giữa 2 lớp cao cách điện lớp dầy thế 2 đầu cuộn dây với lõi xấp xỉ nhau

rãnh thông dầu

giấy bìa chiều cao cửa sổ mạch từ

Khi có quá điện áp thì điện áp tập trung ở đầu cuộn dây

Z1 Z2 Z3

Dây quấn hình trụ dây quấn hình chữ nhật

chỉ đợc quấn 12 lớp

quấn bằng dây chữ nhật có thể chập một số sợi dọc theo hớng trục

quấn theo hớng trục

các vòng dây khác nhau

có cách điện giữa2 lớp hoặc rãnh dầu dọc

quấn đợc ít vòng chập đợc ít sợi vì vậy chỉ dùng cho máy nhỏ dây quấn hạ áptản nhiệt tốt kết cấu kém chắc chắn

b(mm)=7

h ớng trục

h ớng kính

từ tr ờng tản không phân bố đều dẫn đến tổn hao phụ tăng

quấn song hành 2 băng đồng và cách điện

chiều rộng băng đồng bằng chiều cao cuộn dây bằng chiều cao vòng dâycuốn đợc ít vòng vì tản nhiệt kém

khó lấy đầu ra không quấn cao áp đợc dùng làm dây quấn hạ áp của máy trung bình và nhỏ

dễ quấn

khó sửa chữa

chịu lực ngắn mạch tốt

dây quấn phân đoạn

ta phân đoạn 1 pha thành nhiều đoạn

+cuộn dây một pha đợc chia thành nhiều cuộn

+dây dẫn có thể là dây dẫn tròn hoặc dây dẫn chữ nhật

Cuộn dây hình chữ nhật các sợi dây đợc chập thành một sợi cuốn thành một vòng hoặcthành nhiều vòng nối song song

+tản nhiệt tốt

+mỗi cuộn là dây quấn nhiều lớp

 ứng dụng:

+dây tròn:cao áp máy nhỏ

+dây dẹt :hạ áp máy lớn

Hai đầu A ,X ở trên và ở dớicuộn dây

điện dung

vành chắn dẫn điện tránh phóng điện giữa đầu dây

và gông từ vòng điện dung

cuộn

dây

Dây quấn xoắn ốc

Quấn từ dây dẹt

Quấn theo hớng kính vòng sau đè lên vòng trớc

Có nhiều bánh đĩa galet nối tiếp nhau liên tục

Do đó cuốn lại hai cuộn ta đợc

cuốn đợc nhiều vòng tiết diện lớn ứng dụng cho cao áp máy lớn

+2 đầu A,X ở trên và ở dới tăng cờng cách điện những cuộn đầu đặt vòng điện dung hoặcvành tĩnh điện để chống sét

10

1 vòng có thể thực hiện

5 1 2 7 4 3

vòng 1 vòng 2 vòng3

4 sợi chập 2 đờng xoắn kép

Quấn từ dây dẹt quấn hớng trục hai vòng kề nhau cách nhau 1 rãnh đầu ngang

Có thể chập từ nhiều sợi theo hớng kính phảI hoán vị

Có thể cuốn đồng thời nhiều đờng ứng dụng cho hạ áp máy lớn

Tản nhiệt tốt

Dùng cho máy lớn điện năng thấp dòng điện lớn

CHƯƠNG IV:

tính toán mạch từ

phÇn øng g«ng tõ

rx rx

lG theo c«ng thøc trong tµi liÖu

Trong m¸y ®iÖn mét chiÒu

g g n

b p

biến đổi nhiều

Bão hoà khi F biến đổi thì U biến đổi ít hơn

kbh hệ số bão hoà toàn mạch

kbhz hệ số bão hoà răng toàn mạch

kbhz=

4 1 2

rdõy dẫn phụ thuộc nhiệt độ

td

l w k

Điện kháng tản x1, x2 ứng với từ thông tản

Dòng điện có f thay đổi

ảnh hưởng của hiệu ứng mặt

*Từ quấn 1 lớp thành 2 lớp thì k dq giảm dẫn đến điện kháng thay đổi.

Tổn hao chính: là tổn hao do dòng xoáy và từ trễ.

B, floại thépSuất tổn hao pFe 1/50: tổn hao trên 1kg = ? [W/kg]

G[G,Z]: khối lượng gông, răng

kgc kể đến sự biến tính của tôn làm cho suất tổn hao tăng(pFe1/50)



n

P

b m

B

c

Bδ

t b

4

kδ phụ thuộc b4

Pbm = pbm(1)(2) [t1(2) – b4(1)2]Z1(2) l1(2)

_ Do sự thay đổi vị trí răng stato và roto với nhau

Đập mạch ngang → từ thông trong cực 1 chiều thay đổi do hiện tượng đậpmạch dẫn đến tổn hao

 

γ2(1) =

2 42(1)

2 42(1)

b

b 5

6.3.2 Tổn hao trên bề mặt chổi:

PCu.ch = 2ΔUchI.10-3 [kW]

+ làm mát tự nhiên: dùng cho máy nhỏ

ĐC < 500kVA;x phụ thuộc hình dạng, kích MBA < 30kVA+ tự làm mát: lấy một phần công suất từ lưới xuống để làm mát

+ cưỡng bức làm mát: dùng công suất bên ngoài máy

VD: máy phát lớn

1 Hệ thống thông gió dọc trục

Thổi gió trực tiếp

Thổi gió gián tiếp: nhiệt dẫn ra vỏ sau đó làm mát vỏ

2 Hệ thống thông gió ngang trục

Quạt nén hoặc quạt hút

7.4.1 Tính lượng gió cần thiết:

H: áp lực đầu cánh quạt

Q: lưu lượng qua quạt

H0: áp suất không tải(đầu cánh quạt khi bịt kín vành ngoài)

Qmax: lưu lượng cực đại khi H = 0 (ngắn mạch)

H0, Qmax tính được theo kinh nghiệm

2 Quạt hướng trục: (gió thổi dọc trục quạt)

   t / T

      

T: hằng số thời gian

θ0: độ tăng nhiệt ban đầu

θ∞: độ tăng nhiệt khi nhiệt độ đã ổn định

λtônKTĐ = 35 ÷ 40.10-2 Sc: diện tích nhiệt truyền qua

λamiăng = 0,19.10-2 Q: dòng nhiệt (nhiệt lượng truyền qua)

4 Tản nhiệt bề mặt:

Q = αSaθa θa = θ – θmt

Sa: bề mặt tản nhiệtα: hệ số tản nhiệt trung bình, tình trạng bề mặt,

2 c c

c 2

AJt C

Kết cấu và tính toán cá chi tiết cơ khí

_ Những vấn đề cần quan tâm:

+ Thông gió tốt

+ Đảm bảo yêu cầu bảo vệ

+ Đảm bảo yêu cầu về các chỉ tiêu khác

3 Mối ghép giữa cực, roto

4 Mối ghép giữa roto, trục

quấn )

5 Mối ghép giữa trục, gối đỡ

- Ổ khớp trượt

G

P > 10kW có nắp mở

P < 10kW không có nắp mở

- Cam chi tiết: hộp đầu dây ra

- Các chi tiết tiêu chuẩn hoá

+ Kích thước đầu trục

+ Kích thước ổ bi: căn cứ vào tốc độ, tải trong chế độ làm việc Gồm 4chế độ: nhẹ, trung bình, nặng, đặc biệt nặng

+ Chiều cao tấm trục

+ Đường kính ngoài Stato (đường kính trong vỏ)

+ Khoảng cách lỗ chân của vỏ

+ Bulông vòng (treo)

_ Đánh số tên chi tiết từ trái qua phải theo chiều kim đồng hồ

_ Các số phải thẳng hang theo thứ tự, nét theo TCVN

Chú ý: không phải ghi tên bản vẽ phía trên bản vẽ

§9.3 Thiết kế trục

_ Đường kính trục ở chỗ lớn nhất thường: 0,3D (Không đồng bộ)

0,25D (đồng bộ)

GLTh

Các bậc y1,2,3 đặt chênh nhau.

y1 < y3 nhằm giảm ứng ∆(y3 – y1) làm giảm ứng suất gây ở đầu (x1, x2)

Ф2 đường kính trong ổ bi lắp theo hệ lỗ

0,6(0,75);x phụ thuộc hình dạng, kích 1(1,1);x phụ thuộc hình dạng, kích 1,7(1,5);x phụ thuộc hình dạng, kích 2,8(2,2;x phụ thuộc hình dạng, kích 3);x phụ thuộc hình dạng, kích 4,5(5,5);x phụ thuộc hình dạng, kích 7(7,5);x phụ thuộc hình dạng, kích 10(11);x phụ thuộc hình dạng, kích 17(15);x phụ thuộc hình dạng, kích 28(22,5;x phụ thuộc hình dạng, kích 30);x phụ thuộc hình dạng, kích 40(45);x phụ thuộc hình dạng, kích 150(55)…kW

P < 110kW _ dây thông dụng

_ dây cho chống nổTCH: _ thang công suất

_ điện áp, cách đấu_ tốc độ đồng bộ(2p)_ đường kính ngoài stato (cỡ vỏ 1 9)_ chiều cao tấm trục h

100 S 2,2 1,5 1,1 0,75

_ Hiệu suất, cosβ, độ tăng t0

_ Cấp bảo vệ: Ip23 (roto dây quấn)

Ip44 (roto lồng sóc)

_ Máy phát điện điezen:

+ Công suất dự phòng kVA, cosφ = 0,8

+ Công suất liên tục kVA < công suất dự phòng

_ Từ Pdm đã cho theo 4 tìm h theo bảng(10-3) xác định Dn, theo bảng 10-2 xácđịnh kD theo 2p

vùng kinh tế của hàm (2p) cần điều chỉnh thiết kế kinh tế

_ Trình tự tính toán MĐ quay

+ Tính các đại lượng cơ bản If, Uf, công suất tính toán

+ Tính chọn các kích thước cơ bản D, l từ đó xác định phạm vi kinh tế

sơ bộ

+ Tính dây quấn: số rãnh Z, W, Wb, d,a ,n1…

+ Tính các kích thước lõi thép hz, bz, hg…

+ Tính các đặc tính làm việc: η, cosφ, s , I1, I2, U = f(I), It = f(I)

- Ghép chéo 3 pha, 3 trụ trong mặt phẳng

- Ba pha, ba trụ trong không gian

kl = kđ.kc = 0,9.0,95 = 0,85với kđ – hệ số điền đầy;x phụ thuộc hình dạng, kích

D

nút xả cặn

- Dầu:

- Đáy: tôn dày (Thân- vỏ: hàn, bulông)

mùa hè quá tải 10% nằm trên thước đo dầu không chảy ra ngoài.

Dầu biến thế dễ bị oxi hóa

tạo ra lớp axit hay bazơ dưới đáy

Bị già hóa từ nhiên  tạo cặn (chết)

Bị cracking khi phóng điện

Phần II:

THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP

CHƯƠNG 1:

Đại cương về máy biến áp

§1.1- Tình hình sản xuất máy biến áp ở Việt Nam.

§1.2- Tiêu chuẩn hóa trong chế tạo máy biến áp.

- Thang công suất: 50 (75) 100, 160(180) 220(320) 400, 500(560) 630 700(750) 1000 1600, …

- Thang điện áp 400V, 3500V, 6300V, 10 (11)kV, 22 (35)kV, 110, 220,

500, 750kV

- Tổn thất không tải P0, ngắn mạch Pn, Un, i0

1 Vật liệu từ (cán nóng, cán nguội không đẳng hướng)

2 Vật liệu dẫn điện: đồng, nhôm.

3 Vật liệu kết cấu: vỏ máy.

4 Cách điện: dầu biến áp, giấy gỗ, phíp,…

§1.4- Các kết cấu chính

1 Mạch từ:

- Ghép thẳng, ba pha ba trụ trong mặt phẳng

§1.5- Các đại lượng đầu vào và sơ đồ tính toán

1 Công suất (kVA)

máy biến áp truyền tải cả Q, P

2 Điện áp sơ cấp, thứ cấp (kV)

3 Tổ nối dây, số pha

4 Tần số

5 Kiểu máy (khô, ngâm dầu)

6 Nơi làm việc: ngoài trời, trong nhà.

7 Các lượng tiêu chuẩn: Un%, i0%, Pn (W), P0 (W)

8 Chế độ làm việc: liên tục

9 Các yêu cầu đặc biệt: độ ẩm, chống cháy

Trình tự thiết kế:

1 Tính các đại lượng cơ bản: Id, If, Ud, Uf, P’, Ppl, Unx, Unr…

2 Tính chọn kích thước cơ bản: l, d  chọn phương án

l

d1

.

2

  : hệ số hình dáng

Sao cho thỏa mãn i0, Pn, Un, P0, σ, 

Giá thành thống nhất

3 Tính dây quấn cao áp, hạ áp: số vòng dây, cuộn dây

l – chiều cao cuộn dây

β – hệ số hình dáng

GCu, GFe thay đổi theo β

§2.1- Các đại lượng điện cơ bản

- Lời nói đầu:

+ Nhiệm vụ được giao+ Đã giải quyết:

Chọn phương án

Kết quả tính toán

Kết luận

+ Kết cấu đồ án bao gồm: chương, bản vẽ

+ Tài liệu thiết kế

- Mở đầu (nói về máy được thiết kế)

+ Những vấn đề chung về nguyên lý, sự phát triển, vị trí

- Phần thiết kế:

1 Công suất của một pha: