Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy điều chỉnh cảm ứng thay thế nhập khẩu

Bộ công thơng Tổng công ty thiết bị điện việt nam Công ty cổ phần chế tạo máy điện việt nam hungary *************** Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp bộ Số: 169.07RD/HĐ-KHCN Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy điều chỉnh cảm ứng thay thế nhập khẩu Cơ quan chủ quản: Bộ Công Thơng Chủ nhiệm đề tài: KS. Hà Đình Minh Cơ quan chủ trì: Công ty cổ phần chế tạo máy điện Việt Nam Hungary 6837 09/5/2008 Hà Nội - 2007 m¸y ®iÒu chØnh c¶m øng Mục lục Mở đầu 1 Phần I: Lựa chọn mẫu thiết kế và tính toán thiết kế máy điều chỉnh cảm ứn g I. Tổng quan về máy điều chỉnh cảm ứng 2 II. Lựa chọn mẫu thiết kế 3 III. Tính toán thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng 3 A. Tính toán thiết kế phần điện từ 3 B. Tính toán thiết kế kết cấu cơ khí của hệ bánh vít trục vít 15 C. Thiết kế bộ điều khiển tốc độ động cơ xoay hệ bánh vít- trục vít 18 Phần II: Quy trình công nghệ chế tạo máy điều chỉnh cảm ứng I. Công nghệ chế tạo phần điện từ 21 II. Công nghệ chế tạo các chi tiết cơ khí và quy trình lắp ráp 22 Phần III: Khảo nghiệm và đánh giá kết quả thử nghiệm I. Kiểm tra xuất xởng 27 II. Đặc tính kỹ thuật đạt đợc và số lợng sản phẩm máy điều chỉnh cảm ứng chế tạo thử loạt nhỏ 28 III. Kết quả thử nghiệm máy điều chỉnh cảm ứng 28 Kết luận 29 Phụ lục 1: Kết quả thử nghiệm máy điều chỉnh cảm ứng Phụ lục 2: Các bản vẽ thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng 1 Mở đầu Ngày nay cùng với sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá của đất nớc, các ngành công nghiệp nói chung, ngành sản xuất máy điện nói riêng, không ngừng nghiên cứu chế tạo sản phẩm mới, nhằm đáp ứng nhu cầu trong nớc thay thế hàng nhập ngoại. Máy điều chỉnh cảm ứng là một trong những sản phẩm mới đợc phát triển trớc mắt nhằm phục vụ cho nhu cầu trong nớc. Máy điều chỉnh cảm ứng là loại động cơ điện không đồng bộ 3 pha rôto dây quấn. Nhng đợc thiết kế để làm việc ở chế độ máy biến áp. Đại lợng điện áp ở đầu ra phụ thuộc vào điện áp nguồn và góc xoay của rôto. Trên rôto đợc gắn trên hệ trục vít-bánh vít để điều chỉnh góc xoay từ 0 đến 180 0 (ứng với dải điện áp điều chỉnh từ 40V đến 700V) khi ngừng xoay thì hệ trục vít-bánh vít có tác dụng chống tự xoaydới tác dụng của mômen điện từ sinh ra trên rôto của máy điều chỉnh cảm ứng. Đặc điểm nổi bật của máy điều chỉnh điện áp là quá trình điều chỉnh điện áp vô cấp và không phát sinh tia lửa điện do điều chỉnh không tiếp xúc khác biệt hoàn toàn với cách điều chỉnh điện áp ở các loại ổn áp dựa trên nguyên lý máy biến áp tự ngẫu, điều chỉnh điện áp bằng cách điều chỉnh số vòng dây của máy biến áp nhờ sự dịch chuyển vị trí của chổi than trợt trên bề mặt dây quấn hở của biến áp tự ngẫu. Máy điều chỉnh cảm ứng là loại máy điện đặc biệt đợc sử dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất ở những nơi sử dụng điện áp 3 pha có yêu cầu điều áp nh các nhà máy sản xuất phân bón, các phòng thí nghiệm điện, v.v, máy điều chỉnh cảm ứng hiện đang sử dụng trong nớc đa phần đợc nhập ngoại từ các nớc: Hungary, Đức, Đài Loan, Trung Quốc, v.v, Với năng lực sẵn có, Công ty VIHEM đã chủ động khảo sát, nghiên cứu thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng và đã đợc Bộ Công Nghiệp (Nay là Bộ Công Thơng) giao cho thực hiện đề tài cấp Bộ: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy điều chỉnh cảm ứng thay thế nhập khẩu n hằm đa dạng hoá chủng loại sản phẩm, thay thế hàng nhập ngoại. Nội dung đề tài gồm các phần sau: Phần I: Lựa chọn mẫu thiết kế và tính toán thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng Phần II: Quy trình công nghệ chế tạo máy điều chỉnh cảm ứng Phần III: Khảo nghiệm và đánh giá kết quả thử nghiệm Kết luận Phụ lục1: Kết quả thử nghiệm máy điều chỉnh cảm ứng Phụ lục2: Các bản vẽ thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng 2 Phần I: lựa chọn mẫu thiết kế và tính toán thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng I. Tổng quan về máy điều chỉnh cảm ứng Máy điều chỉnh cảm ứng là một loại máy biến điện áp dựa trên nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ ba pha rôto dây quấn với rôto đứng yên. Kết cấu của máy điều chỉnh cảm ứng giống máy điện không đồng bộ rôto dây quấn nhng rôto bị giữ chặt bởi một hệ thống trục vít vô tận làm cho rôto không thể tự xoay đợc mà chỉ có thể quay từ 0ữ180 0 theo sự điều khiển của hệ thống động cơ xoay-trục vít- bánh vít-rôto. Máy điều chỉnh cảm ứng đợc phân làm hai loại: máy điều chỉnh cảm ứng đơn dùng cho công suất nhỏ và máy điều chỉnh cảm ứng kép dùng cho công suất lớn. Với công suất vài chục KVA trỏ xuống, để đơn giản ngời ta thờng chế tạo máy cảm ứng kiểu đơn. Sau đây ta xét nguyên lý làm việc của máy điều chỉnh cảm ứng đơn nh sau: Khi dây quấn rôto nối với nguồn điện thì có dòng điện chạy qua trong đó và sinh ra từ trờng quay trong khe hở. Từ trờng này sinh ra trong dây quấn stato và rôto s.đ.đ E R và E S mà trị số tỷ lệ với số vòng dây tác dụng của các dây quấn, riêng trị số E S còn phụ thuộc vào vị trí tơng đối giữa Rôto và Stato. Điện áp cảm ứng đầu ra máy điều chỉnh cảm ứng đơn: )e k (Ue k U UEUU jj S =+= 12 1 12 1 112 1 1 & & &&&& (2.1) Đồ thị véctơ tơng ứng đợc trình bày ở hình dới đây. Nh vậy với góc bất kỳ, nếu chỉ xét về trị số, ta có: U 2 = + cos kk U 12 2 12 1 21 1 (2.2) Trong đó k 12 là tỷ số biến đổi điện áp. 3 ER U2max ER U2min ES ZL U1 ES I1 I2 IR U1 Sơ đồ đấu dây và đồ thị véctơ của máy điều chỉnh cảm ứng đơn II. lựa chọn mẫu thiết kế. Trớc khi triển khai tính toán thiết kế chế tạo, chúng tôi đã khảo sát các sản mẫu có đặc tính kỹ thuật tốt, kết cấu vững chắc, kiểu dáng gọn đẹp. Sau khi phân tích các thông số kỹ thuật của từng loại máy điều chỉnh cảm ứng đã lấy mẫu ở trên. Công ty quyết định chọn thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng dựa theo kiểu máy VIN xxx do Hungary chế tạo vì sản phẩm mẫu có đặc tính kỹ thuật tốt, kết cấu đơn giản, công nghệ chế tạo phù hợp với dây chuyền sản suất hiện có của Công ty. III. Tính toán thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng. A. Tính toán thiết kế Phần điện từ Yêu cầu của phần thiết kế điện từ: Tính toán thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng phải đáp ứng đợc các yêu cầu kỹ thuật dới đây: Công suất cảm ứng định mức S : 2,2 (kVA). Tần số nguồn điện f : 50 (Hz). Điện áp sơ cấp U 1 : 380 (V). Dải điều chỉnh điện áp U 2 : 40 ữ 700 VAC Cấp bảo vệ: IP44 Cấp cách điện: F 4 Từ các yêu cầu trên, việc tính toán thiết kế điện từ máy điều chỉnh cảm ứng đợc thực hiện theo các bớc nh sau: 1- Kích thớc chủ yếu Số đôi cực: p =2 Đờng kính ngoài stato D n : Với chiều cao tâm trục h=132mm theo bảng 10.3 sách Thiết kế máy điện Trần Khánh Hà (STKMĐ). Sơ bộ chọn đờng kính ngoài D n =200mm. Đờng kính trong stato D: D n = (1,55 ữ 1,65).D với 2p =4. Chọn k D =0,61 D = k D *D n =0,61*200=122 mm. Chiều dài tính toán của lõi sắt stato l : Sơ bộ chọn hệ số cung cực từ =0,67; hệ số sóng k s =1,11; hệ số dây quấn k d1 =0,933; D=12,2 (cm); tốc độ từ trờng n=1500 (vg/ph).Trị số A, B đợc chọn theo kinh nghiệm thiết kế tải đờng A r = (145 A/cm); B =0,47 (T). )cm(, n*D*B*A*k*k* S**, l ds 71212 1016 2 1 7 = = Chọn l = 12,7 (cm), lõi sắt làm thành khối. Sử dụng tôn silíc 2212 dày =0,5 mm của Nga. Bớc cực : )cm(, ,* p D 58199 4 212 2 = = = Dòng điện pha định mức trên rôto I R : )A(, * *, U* S I R 3333 2203 1022 3 3 1 === 3- Dây quấn, rnh và gông rôto. Chọn số rnh của 1 pha dới một cực q2. Chọn q 2 =2 số rãnh rôto Z 2 = 2pmq 2 = 2*2*3*2 = 24 rãnh Trong đó: m số pha m =3; 5 2p số cực; 2p=4; Đờng kính ngoài rôto: D =D-2=122-2*0,3=121,4 mm = 12,14cm Bớc răng rôto t 2 : )cm(, ,* Z D. t ' 5891 24 1412 2 2 = = = Số vòng dây trong một rnh u rR : 169 3333 11455891 2 , , **, I a.A.t u R rR R r === (vòng) Chọn số vòng u rR = 68 (vòng) cho dây quấn 2 lớp Trong đó: - I R : dòng điện pha định mức của động cơ. - Chọn mạch nhánh song song a R =1. Số vòng dây nối tiếp của một pha W faR : 272 1 68 22 === ** a u q*pW R rR RfaR (vòng) Từ thông khe hở không khí : )Wb(*, **,*,* *, W*f*k*k* U*k faRdqRs E 3 1 1 1078783363 2725093301114 220970 4 === Mật độ từ thông khe hở không khí B : )T(, ,*,*, **, l** 10* B 4 46460 71258199670 101078783363 34 1 == = Sơ bộ định chiều rộng răng rôto: )cm(, ,*, ,*, k*l*B t*l*B b cz z 57950 98031 589146460 2 2 2 === Chọn B z2 =1,3 (T) theo kinh nghiệm Đờng kính trục rôto: D t =0,34*D = 0,34*122 =41,48 mm chọn đờng kính trục 42 (mm) Hệ số dây quấn rôto k dqr : Dây quấn rôto 2 lớp bớc lồng y 2 =1-6 (5/6) 6 + Hệ số bớc ngắn 9660 26 5 2 ,)*sin()sin(k r R y = = = ; + Hệ số bớc rải 9660 2 30 2 2 30 2 2 2 , sin sin sinq qsin k r r r r R r == = ; 0 0 2 0 30 24 3602360 === * z *p r Hệ số dây quấn k dqr = k yR *k rR = 0,966*0,966 = 0,933 Điện áp rôto U faR : E R = k E *U faR = 0,97*220 = 213,4 (V) Tính toán dây dẫn rôto: - Chọn mật độ dây dẫn rôto J R =5,0 (A/mm 2 ) - Tiết diện dây dẫn )mm(, , , j I S R R R 2 6660 05 3333 === Chọn dây n 2 =; d/d cđ = 0,9/0,965; s= 0,636 mm 2 J R = 3,333/0,636 = 5,24(A/mm 2 ) Kích thớc rnh rôto: h r2 = 30,7mm ; h 12 =24,5 mm. d 1 =8,2 mm ; b 42 =2 mm. d 2 =3,2 mm ; h 42 =0,5mm Bề rộng răng rôto: )mm(,, ),*,,( d Z )hdD( b ' ' z 487628 24 502284121 2 1 2 421 2 = = = )mm(,, ),,*,( d Z )dh*D( b r ' '' z 073523 24 2373024121 2 2 2 2 2 = + = + = )mm(, ,, bb b " z ' z tb 785 2 07354876 2 22 2 = + = + = - Tổng diện tích rãnh stato: )mm(,,*,,* ,,*,*, b*hh* ddd* *d S rS 2 22 424242 21 2 2 2 061710250524 2 2823 8 28 8 23 288 1 =+ + + + = + + + + = Chiều cao gông rôto: 30,7 24,5 3,2 8 , 2 0,5 2 Rãnh rôto 7 mm,,, , dh DD h r t ' g 533923 6 1 730 2 424121 6 1 2 222 =+ =+ = 2- Dây quấn, rnh stato và khe hở không khí. Chọn số rnh của 1 pha dới một cực q 1 . Chọn q 1 =3 số rãnh stato Z 1 = 2pmq 1 =2*2*3*3=36 rãnh Kiểu dây quấn: Chọn dây quấn hai lớp bớc ngắn với y=8 8890 9 8 , y S == = - Hệ số dây quấn stato k dqS : + Hệ số bớc ngắn 9850 29 8 2 ,)sin()sin(k S S y = = = ; + Hệ số bớc rải 960 2 20 3 2 20 3 2 2 , sin sin sinq qsin k S S S S S r == = ; 0 0 1 0 20 36 3602360 === * z p S k dqS =k yS *k rS =0,985*0,96=0,9452 Bớc răng stato t 1 : )cm(, ,* Z D. t 0651 36 212 1 1 = = = Chọn số rnh của 1 pha dới một cực q 1 . Chọn q 1 =3 số rãnh stato Z 1 = 2pmq 1 =2*2*3*3=36 rãnh Bớc răng stato t 1 : )cm(, ,* Z D. t 0651 36 212 1 1 = = = Điện áp cảm ứng đầu ra máy điều chỉnh cảm ứng đơn theo (2.1) và (2.2) ta có: U 2 = + cos kk U 12 2 12 1 21 1 Khi = 0 0 thì U 2min = ) k (U 12 1 1 1 và khi = 180 0 ta có U 2max = ) k (U 12 1 1 1 + Chọn U 2mindây = 40 V U 2minfa = 40/ 3 = 23V ; U 1 = 220 [...]... lồng dây vào thân 7 Kiểm tra cao áp và đo điện trở một chiều của máy điều chỉnh cảm ứng II công nghệ chế tạo các chi tiết cơ khí và Quy trình lắp ráp: 1 Công nghệ chế tạo thân máy điều chỉnh cảm ứng (Hình 1): Thân máy điều chỉnh cảm ứng là bộ phận cơ bản nhất quyết định hình dáng bên ngoài và độ bền kết cấu, bởi vậy thân máy điều chỉnh cảm ứng phải đạt đợc các yêu cầu: - Đối với thân đợc chế tạo bằng... của máy cảm ứng và mô men điện từ của máy điều chỉnh cảm ứng - Ông Bùi Quốc Bảo(phản biện 2) Hỏi: Điện áp đầu ra của máy điều chỉnh cảm ứng đợc điều chỉnh theo cấp hay điều chỉnh trơn?Bớc nhảy điện áp điều chỉnh là bao nhiêu? Trả lời: Máy điều chỉnh cảm ứng là một loại máy điện quay đặc biệt làm việc ở chế độ máy biến áp, điện áp đầu ra là tổng véc tơ của điện áp đầu vào trên rôto và véc tơ điện áp cảm. .. phần chế tạo máy điện Việt NamHungary đã đợc Bộ Công nghiệp giao nhiệm vụ thực hiện đề tài: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy điều chỉnh cảm ứng thay thế nhập khẩu - Căn cứ vào việc thực hiện đề tài tại Công ty cổ phần chế tạo máy điện Việt NamHungary Hôm nay, ngày 03 tháng 12 năm 2007 vào hồi 8 giờ tại Công ty cổ phần chế tạo máy điện Việt NamHungary đã tiến hành nghiệm thu đề tài: Nghiên cứu thiết kế. .. Nghiên cứu viên 3 Trần Quang Tâm Kỹ s điện Nghiên cứu viên 4 Hoàng Khải Hoàn Kỹ s cơ khí Nghiên cứu viên 5 Nguyễn Hồng Hải Kỹ s điện Nghiên cứu viên 6 Vũ Văn Thông Kỹ s điện Nghiên cứu viên Nội dung: Đợc sự ủy nhiệm của Ông Hà Đình Minh - Chủ nhiệm đề tài, Ông Trần Quang Tâm thuyết trình đề tài: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy điều chỉnh cảm ứng thay thế nhập khẩu máy điều chỉnh cảm ứng đã chế tạo. .. Phần II: quy trình Công nghệ chế tạo máy điều chỉnh cảm ứng Quy trình công nghệ sản xuất máy điều chỉnh cảm ứng: Quy trình chủ yếu sản xuất máy điều chỉnh cảm ứng đợc thể hiện trong bảng 2-1: Bảng 2-1 Các quá trình công nghệ gia công Chi tiết hoặc nhóm chi tiết chế tạo hoặc gia công - Đúc gang có độ bền cao hoặc gang xám - Thân, nắp, nắp mỡ, thân nắp hộp cực máy điều chỉnh cảm ứng - Dập nguội - Lá tôn... (Rôto) Kết quả đạt đợc (4) Số lợng sản phẩm (Máy) (5) MDC132S4 kVA 2,2 3 pha Hz 50 V 380 02 6 Dòng điện sơ cấp (Rôto) A 3,33 7 Điện áp thứ cấp (điện áp điều chỉnh) V 40 ữ 700V 8 Hệ số công suất Cos 0,793 9 Cấp bảo vệ IP44 10 Cấp cách điện F III Kết quả thử nghiệm máy điều chỉnh cảm ứng ( xem chi tiết ở phụ lục kết quả thử nghiệm) 28 Kết luận Đề tài nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy điều chỉnh cảm ứng đã... của máy điều chỉnh 4 Kiểm tra điện trở thuần của cuộn dây stato, rôto: Với sai số 5% so với số liệu thiết kế 5 Kiểm tra đo điện áp ra phía sơ cấp và thứ cấp Sai số không quá 10% so với số liệu thiết kế Kểm tra dải điều chỉnh điện áp cảm ứng 27 II Đặc tính kỹ thuật đạt đợc và số lợng sản phẩm máy điều chỉnh cảm ứng chế tạo thử loạt nhỏ T T Tên gọi Đơn vị đo (2) (3) (1 ) 1 Kiểu máy 2 Công suất cảm ứng. .. khuôn dập đợc chế tạo trên máy CNC có độ chính xác cao để giảm độ ba via 2 Công nghệ ép lõi thép: Quy trình công nghệ ép lõi thép của máy điều chỉnh cảm ứng đợc ép đúng kích thớc thiết kế, đạt hệ số ép chặt kc= 0,98 và đợc hãm giữ bằng gông ép 3 Công nghệ chế tạo bối dây stato, rôto: 21 Bối dây stato và của rôto của máy điều chỉnh cảm ứng chế tạo đảm bảo đúng tiết diện dây, số sợi chập và số vòng đảm... biên bản thí nghiệm, các chứng nhận và từ kết quả thực tế của đề tài cùng với sự đánh giá nghiêm túc của các thành viên trong hội đồng nghiệm thu đề tài Hội đồng nhất trí đánh giá đề tài: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy điều chỉnh cảm ứng thay thế nhập khẩu do Công ty cổ phần chế tạo máy điện Việt NamHungary triển khai đã đạt đợc mục tiêu đặt ra: Khảo sát các sản phẩm của thế giới (Theo seri các mẫu... máy - Sơn trang trí I điều chỉnh cảm ứng công nghệ chế tạo phần điện từ: Phần điện từ trong máy điều chỉnh cảm ứng bao gồm: lá tôn stato, lá tôn rôto, lõi thép stato, lõi thép rôto, bối dây stato Nói chung các bớc công nghệ chế tạo điện từ của máy điều chỉnh cảm ứng gồm các bớc: 1 Công nghệ chế tạo lá tôn: - Vật liệu: tôn silíc của Nga 2212, =0,5 mm - Các lá tôn đợc dập nguội trên máy dập SD63 lực dập . mẫu thiết kế và tính toán thiết kế máy điều chỉnh cảm ứn g I. Tổng quan về máy điều chỉnh cảm ứng 2 II. Lựa chọn mẫu thiết kế 3 III. Tính toán thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng . cứu thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng và đã đợc Bộ Công Nghiệp (Nay là Bộ Công Thơng) giao cho thực hiện đề tài cấp Bộ: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy điều chỉnh cảm ứng thay thế nhập khẩu. mẫu thiết kế và tính toán thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng I. Tổng quan về máy điều chỉnh cảm ứng Máy điều chỉnh cảm ứng là một loại máy biến điện áp dựa trên nguyên lý làm việc của máy