Giới thiệu và thiết kế về động cơ không đồng bộ roto dây quấn | Luận văn tốt nghiệp

Máy điều chỉnh cảm ứng là một máy biến áp có hai dây quấn được đặt trên hai phần riêng biệt của lõi thép, hai phần này có thể quay hoặc dịch chuyển vị trí tương đối với nhau. Máy điều chỉnh cảm ứng thường được cấu tạo như động cơ không đồng bộ một dây quấn được đặt ở phần Stato, phần Roto được đặt dây quấn thứ hai, chuyển động tương đối của Rôto và Stato thực hiện qua bộ truyền trục vít. Máy điều chỉnh cảm ứng ba pha có dây quấn ba pha tương tự như dây quấn Stato và dây quấn Roto của động cơ điện không đồng bộ ba pha Roto dây quấn.

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: “Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.” MỤC LỤC Trang Lời mở đầu A/- Giới thiệu độ n g không đồng Roto dây quan I/- Máy điều chỉnh cảm ứng II/- Các phương pháp đieu chĩnh n áp ba pha 11 B/- Thiết kế máy đieu chĩnh n áp ba pha 15 I/- Dây quan rãnh Stato khe hỡ khơng khí 15 II/- Tính tốn mạch tù 22 III/- Tính tốn tham so 26 IV/- Tính tốn tổn hao 33 V/- Ðặ c tính làm vi c 33 VI/- Tính tốn tham so ∆U 34 1/- Máy điều chỉnh cãm ứng kép 34 2/- Ðo thay đổi n áp 36 VII/- Tính tốn nhiệt 42 VIII/- TrQng lượng vật liệu tác dụng chi tiêu sử dụng 46 IX/- Phương pháp tính tốn nhiệt đơn giãn 47 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn LỜI NÓI ĐẦU Trên thực tế sản xuất (trong công nghiệp nông nghiệp) nhà máy điện xoay chiều, đặc biệt nhà máy điện xoay chiều ba pha, sử dụng Đối với loại máy điện khơng đồng có q trìh chế tạo sản xuất đơn giản, tính làm việc hiệu xác lại thêm giá thành hạ khiến loại máy đề tài nghiên cứu để phát huy Máy điều chỉnh cảm ứng ba pha ứng dụng phổ biến máy điện không đồng Với điện áp đưa vào giá trị định đầu cho điện áp thay đổi khoảng tương đối rộng từ 0(V) giá trị theo thết kế Tất nhiên có nhiều phương pháp làm thay đổi điện áp phương pháp dùng Tiristor, dùng biến áp tự ngẫu phương pháp khơng cho phép điều chỉnh máy mang tải, không đưa điện áp hình sin(dùng Tiristor) hay phương pháp sinh nhiệt tia lửa điện (máy biến áp tự ngẫu dùng chổi than) Trong khoá luận thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha này, có số liệu tính tốn phương pháp chọn khơng thể khơng tránh khỏi sai sót, lần em tiếp xúc với đề tài khoa học nhỏ đòi hỏi phải có tổng kết kiến thức Do em kính mong thầy hết lịng dẫn để khố luận em mang tính xác, xác thực cao phù hợp với tiêu chuẩn đặt Bài khố luận hồn thành mà khơng thể thiếu hướng dẫn hết lòng thầy giáo Vũ Gia Hanh – Người thầy ưu tú nhiều hệ thầy cô khoa TBĐ - ĐT người truyền cho em kiến thức quý báu suốt ba năm qua Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT A/- GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTO DÂY QUẤN I/- Máy điều chỉnh cảm ứng : Máy điều chỉnh cảm ứng máy biến áp có hai dây quấn đặt hai phần riêng biệt lõi thép, hai phần quay dịch chuyển vị trí tương Máy điều chỉnh cảm ứng thường cấu tạo động không đồng dây quấn đặt phần Stato, phần Roto đặt dây quấn thứ hai, chuyển động tương đối Rôto Stato thực qua truyền trục vít Máy điều chỉnh cảm ứng ba pha có dây quấn ba pha tương tự dây quấn Stato dây quấn Roto động điện không đồng ba pha Roto dây quấn Dây quấn tạo nên từ trường quay, sức điện động cảm ứng từ Roto không thay đổi ứng với vị trí Roto Sức điện động sơ cấp thứ cấp lệch pha mơ tả hình (22-19) ( Sách thiết kế MBA ) Vì điện áp thứ cấp tổng điện áp Stato U điện áp Roto U2 , biến đổi từ trị số cực đại U1 + U2 đến giá trị cực tiểu U1  U2 ; đồng thời biến đổi góc pha Để điện áp không thay đổi pha, người ta ghép hai máy điều chỉnh pha ngược hình (22-20) ( Sách thiết kế MBA), hai máy có từ trường quay ngược chiều ( Một vượt pha, chậm pha ), điện áp thứ cấp thay đổi trị số mà không thay đổi pha H22-20 : ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP CỦA MÁY ĐIỀU CHỈNH CẢM ỨNG KÉP Điều chỉnh cảm ứng kép có hình dáng hình (22-22) ( Sách thiết kế MBA) Các vật liệu kết cấu đúc gang gia công cách hàn gang, cấu tạo theo kiểu trục đứng Phía Stato có 36 rãnh rãnh có dẫn Dây quấn có dạng ghép thành hai nhánh nối song song Roto có 48 rãnh đặt dẫn có kích thước 310 mm (Trong dẫn Stato có kích thước 2.68 mm ) Mỗi phần có đầu nối Stato Roto, phần dây quấn Stato nối đầu cuối phần nối dây quấn Roto nối cáp mềm nối qua dẫn P, dẫn có tường cách điện M Trục quay Roto có hai ổ theo hướng kính ổ bi hướng trục Phía có gắn bánh vít, trục vít với ổ trượt đồng Trục vít quay tay nhờ động phụ trợ, có quạt hút gió để thơng gió Bình thường làm việc, dây quấn Roto máy điện không đồng nối ngắn mạch máy quay với tốc độ ( n  ) Nhưng có số quan hệ mà Roto đứng yên ( n = ) tồn qua trạng thái hiểu cách dễ dàng nguyên lý làm việc máy điện khơng đồng Vì trước hết ta nghiên cứu trường hợp Roto đứng yên Thực coi động điện lúc mở máy nằm trường hợp Đặt điện áp U1 có tần số f1 vào dây quấn Stato, dây quấn Stato có dịng điện I1, tần số f1; dây quấn Roto có dịng điện I 2, tần số f1 I1 I2 sinh s.t.đ quay F1 F2 có trị số (như biết phần thứ nhất, Chương 3, sách Máy Điện I ) : F1 = m2 F2 = wk dq1 I1 wk dq I2  p m2 2  p Trong : m1, m2 - Số pha dây quấn Stato Roto; p - Số đôi cực; w2, w1, kdq1, kdq2 - Số vòng dây nối tiếp pha hệ số dây quấn Stato, Roto Hai s.t.đ quay với tốc độ đồng n = 60 f1/p tác dụng với để sinh s.t.đ tổng khe hở F0 Vì phương trình cân s.t.đ viết :    F1 F2  Fo hay     F1  F o  ( F ) Giống cách phân tích MBA, coi dịng điện Stato I1 gồm hai thành phần : Một thành phần Io tạo nên s.t.đ  Fo = m  12 wk p  dq1 Io  Và Một thành phần (- I 2 ) tạo nên s.t.đ  m2 )= (-F  w k  2 I 2 dq1 p  Bù lại s.t.đ F2 dòng điện thứ cấp   I Như ta có :  I1= I + (- I 2 ) o  hay   I + I 2 = I o So sánh s.t.đ F2 dòng điện I2 Roto thành phần I 2 dịng điện Stato sinh ra, ta có : m k w  I 2  dq =   p m k w  1  p dq1 I  Từ tìm tỷ số biến đổi dịng điện : I k = =i m w k I m 2 k dq1 w dq Dòng điện quy đổi Roto sang Stato : I = I k i Từ thông  s.t.đ Fo sinh khe hở quét qua hai dây quấn Stato Roto cảm ứng s.đ.đ mà trị số : E1 = 4.44f1w1kdq1 E1 = 4.44f2w1kdq2 Khi Roto đứng yên, f1 = f2 nên tỷ số biến đổi điện áp máy điện không đồng : Ke = E E = w k w k dq1 dq Quy đổi E2 sang bên sơ cấp ta được: E2 = E1 = ke  E2 Do từ thông tản Stato 1 nên dây quấn Stato cảm ứng nên s.đ.đ tản E1 = - jI1x1, x1 điện kháng tản dây quấn Stato Nếu xét điện áp rơi điện trở r dây quấn Stato I1r1 phương trình cân s.đ.đ mạch điện Stato :     U = - E1  E01 ) + (  U   I  r1 = - Ei I1 ( r1 + j x1) +  = - E  I  z1 Trong z1 = r1 + j x1 tổng trở dây quấn Stato Trên dây quấn Roto Do dây quấn Roto ngắn mạch nên phương trình cân s.đ.đ mạch điện Roto sau :  0=-    E + I ( r2 + j x2 ) = - E + I z2 Trong : r2 = - Điện trở Roto bao gồm điện trở phụ mắc vào có; x2 = - Điện kháng tản dây quấn Roto; z2 = r2 + jx2 – Tổng trở dây quấn Roto Cũng giống m.b.a ta viết :   E1  I  o z m = I o  (rm + j xm) Trong : Io - Dịng điện từ hố sinh sức từ động F o; rm - Điện trở từ hoá đặc trưng cho tổn hao sắt; xm - Điện kháng từ hoá biểu thị hỗ cảm Stato Roto Muốn quy đổi điện trở điện kháng Roto sang bên Stato phải áp dụng nguyên tắc tổn hao khơng đổi góc pha E q I2 khơng đổi Khi quy đổi r ta có : 2 muI 22r 2= m I r Từ ta : r = m r 2 m  I ( ) 2 m = k ( m w  )2  r dq1 I m m 2 w dq k r2 = ke  ki  r2 = k  r2 Trong k = ke  ki hệ số quy đổi tổng trở Khi quy đổi x2 ta có : tg2 = x r =  2  x2 = k  x2 r r  x r x2 =  2 Khi viết phương trình ta coi trục dây quấn Stato Roto pha trùng ( hình 16-1a ) Trong trường hợp chung, giả sử dây quấn Roto lệch với dây quấn Stato góc khơng gian  theo chiều từ trường quay (hình 16-1b), từ trường quay quét qua dây quấn ta có : E& = E&k  e-j  e E&   &  I E& z k z Dịng nhiệt qua đơn vị diện tích bề mặt phần đầu nối dây quấn : qđ = 1.4    AJ qđ = 1.4  1/4020  280 = 0.098 Độ tăng nhiệt phần đầu nối dây quấn : đ = q d  V Trong : V = 10-3 ( + 0.1v) v – Tốc độ bề mặt phần ứng hệ thống thơng gió hướng kính hay tốc độ vịng ngồi cánh quạt hệ thống quạt dọc trục (m/s) v = 12.56 V = 310-3  ( + 0.1  12.56 ) = 6.7710-3  đ = 0.098 6.77 10 3 = 14.47  Độ tăng nhiệt dây quấn phần ứng : Cu = ( C    )  l1   d  l d l l d  (0.062  85.71) 14  14.47  41 55 Cu = 32.62  Độ tăng nhiệt mặt lõi sắt Stato  so với mơi trường : Dịng nhiệt qua đơn vị diện tích bề mặt : Trong hệ thống thơng gió hướng kính : q   AJ + P F e   P f   D  l 4020 q =  280 + = 0.484 337.5  81.5 3.14  23 14 Trong hệ thống thơng gió hướng trục : q=   0.5  P f AJ  D  P Fe1  D n q =   Dn  l 337.5  81.5 = 0.3  280 23 36.8  3.14  36.8 14 4020  Hệ số tản nhiệt bề mặt xác định theo công thức : v = o  ( + 0.1v ) Khi thơng gió hướng kính : v = 6.610-3  ( + 0.1  12.56 ) = 0.015 Khi thơng gió hướng trục : v = 3.310-3  ( + 0.1  12.56 ) = 7.4410-3  Độ tăng nhiệt mặt lõi sắt Stato : 1 = q   b Khi thông gió hướng kính : 1 = 0.484 0.015 = 32.27 (oC) Khi thơng gió hướng trục : 1 = 0.3 7.44 10 3 = 40.32 (oC)  Độ tăng nhiệt độ đ mặt phần đầu nối dây quấn Stato so với nhiệt độ môi trường : đ = q 3 3 d 1.33 10  (1  0.05   6.59 10 3 1.33 10  (1  0.05 v) 12.56) đ = 3.044 Trong : t  4020 qđ =   AJ  c 2.006  280  21.2 qđ = 6.5910-3  Độ tăng nhiệt dây quấn Stato : Cu = ( C   1)  l1  ( l l C  d )  l d d Khi thơng gió hướng kính : Cu = (0.062  32.27) 14  (0.062  3.044)  41 14  41 = 10.54 (oC) Khi thơng gió hướng trục : Cu = (0.062  40.32) 14  (0.062  3.044)  41 14  41 = 12.59 (oC) THIẾT KẾ KẾT CẤU Thiết kế kết cấu gồm phần 1/- Vỏ máy 2/- Nắp máy 3/- Vành ép lõi sắt thứ cấp sơ cấp Giá đỡ sơ cấp 4/- Ổ trục cấu hộp trục 5/- Trục máy 6/- Hệ thống thơng gió quạt gió Như nêu máy điều chỉnh cảm ứng không làm việc chế độ động nên số chi tiết trục máy, trục máy, vỏ máy giảm nhỏ vừa tăng tính kinh tế máy vừa tăng tuổi thọ máy Đây loại máy điều chỉnh cảm ứng kép nên vỏ máy thiết kế cho phép ghép hai lõi sắt thứ cấp, lõi sắt vỏ có khe hở thơng gió Máy gồm có hai nắp nắp Nắp lắp ổ trụcdể đỡ Roto đồn thời gắn liền vơi chân để đỡ máy, nắp có đủ độ dầy, đứng vững Nắp bên chủ yếu định tâm cho sơ cấp nắp chế tạo đơn giản khoét lỗ thơng gió Bên nắp có gắn thêm phận tay quay để quay Roto cánh trượt Lõi sắt sơ cấp thứ cấp tận dụng máy điện quay Ổ trục cấu hộp trục lấy từ máy điện cỡ nhỏ Máy đặt đứng nên trục máy không chịu lực uốn trục máy giản nhỏ Quạt gió làm mát đặt chân đế máy thổi hắt từ lên Kết cấu máy vẽ chi tiết vẽ Ao KẾT LUẬN Máy điện không đồng loại máy điện xoay chiều chủ yếu làm động điện Do kết cấu đơn giản, làm việc chắn, hiệu suất cao giá thành hạ nên động không đồng loại máy dùng rộng rãi ngành kinh tế quốc dân vơí cơng suất từ vài chục đến hàng nghìn kW Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vưà nhỏ, động lực cho máy công cụ nhà máy công nghiệp nhẹ v.v Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió Trong nơng nghiệp dùng để làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm Trong đời sống hàng ngày, máy điện khơng đồng chiếm vị trí quan trọng: quạt gió, máy quay đĩa, động tủ lạnh v.v Theo phát triển sản suất điện khí hố, tự động hố sinh hoạt ngày, phạm vi ứng dụng máy điện không đồng ngày rộng rãi Thiết kế máy điện mơn học chun ngành Học mơn vào yêu cầu sản xuất thiết kế sản phẩm, học phải có liên hệ lý luận thực tế Có tham số thiết kế dựa vào kết tính tốn tốt từ suy diễn lý luận bị cơng nghệ sản xuất hạn chế Những kiến thức thực tễ phải tích luỹ q trình tham gia sản xuất Ngồi cần phải hiểu, nắm vững vận dụng quy luật liên quan đại lượng Tóm lại, thiết kế máy điện phân tích ảnh hưởng vật liệu tác dụng, kích thước máy đến quy luật nội quan hệ hàm số tham số tính Hà Nội, ngày 30 tháng năm 2003 TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách thiết kế Máy Điện – PGS Trần Khánh Hà TS Nguyễn Hồng Thanh Sách thiết kế MBA – PGS Phạm Văn Bình PGS Lê Văn Doanh Sách Máy Điện I , II – PGS Vũ Gia Hanh Trần Khánh Hà Phan Tử Thụ Nguyễn Văn Sáu