Nghiên cứu thiết kế và chế tạo động cơ điện mômen khởi động cao có công suất 90 kw

Nên tùy theo yêu cầu sử dụng mà người ta lựa chọn loại động cơ điện có đặc tính cơ phù hợp Trước kia, do công nghệ điện tử chưa phát triển nên trong các ứng dụng điều tốc, người ta thườn

Bộ Công thương Công ty cổ phần chế tạo máy điện

Việt nam – hungari

************

Báo cáo tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài :

“ Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo

ĐộNG CƠ ĐIệN MÔMEN KHởI ĐộNG CAO

Bộ Công thương

Công ty cổ phần chế tạo máy điện

Việt nam – hungari

************

Báo cáo tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài :

“ Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo

ĐộNG CƠ ĐIệN MÔMEN KHởI ĐộNG CAO

Có CÔNG SUấT 90 kW ”

Mã số: 108.11RD/HĐ-KHCN

Thực hiện theo Hợp đồng Đặt hàng sản xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp công nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ, số 108.11RD/HĐ-KHCN ngày 23 tháng 03 năm 2011 giữa Bộ Công Thương và Công ty cổ phần chế tạo máy điện

Việt Nam-Hungari

Chủ nhiệm đề tài: KS.Trần Quang Tâm

Các thành viên tham gia:

KS Trần Quang Tâm

Mục lục

Nội dung Trang

Chú thích một số ký hiệu sử dụng trong báo cáo 4

TÓM TẮT NHIỆM VỤ 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 7

1 Tổng quan về động cơ điện không đồng bộ 7

1.1 Đại cương về động cơ điện không đồng bộ 7

1.2 Tiêu chuẩn quy định tính năng khởi động của động cơ không đồng bộ 8

2 Đặc tính khởi động của động cơ không đồng bộ 11

2.1 Quá trình khởi động của động cơ không đồng bộ 11

2.2 Các phương pháp khởi động cho động cơ không đồng bộ 12

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 19

1 Sự cần thiết chế tạo động cơ mô men khởi động cao và tính chọn công suất máy phát cho hệ máy phát-động cơ 19

1.1 Sự cần thiết của động cơ mô men khởi động cao 19

1.2 Tính toán lựa chọn công suất máy phát cho hệ máy phát-động cơ 19

2 Các phương pháp nâng cao mô men khởi động động cơ không đồng bộ 20

2.1 Các yếu tố quyết định đặc tính khởi động của động cơ 20

2.2 Các phương pháp nâng cao mô men khởi động của động cơ không đồng bộ 23

3 Tính toán sơ bộ động cơ không đồng bộ 28

3.1 Số liệu đầu vào thiết kế 28

3.2 Chọn tham số thiết kế 28

3.3 Trình tự tính toán thiết kế động cơ mô men khởi động cao trên phần mềm SPEED 39

4 Công nghệ sản xuất động cơ mô men khởi động cao 41

4.1 Công nghệ chế tạo phần điện từ của động cơ điện 41

4.2 Công nghệ chế tạo các chi tiết cơ khí 43

4.3 Công nghệ lắp ráp 45

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN 47

1 Các chỉ tiêu chất lượng chủ yếu động cơ 47

2 Hướng dẫn vận hành và bảo dưỡng động cơ 48

2.1 Hướng dẫn vận hành 48

2.2 Bảo dưỡng và bảo quản 48

3, Những khó khăn khi thực hiện hiện đề tài 48

4, Hiệu quả thực hiện đề tài 49

Phụ lục I: Bảng so sánh chất lượng chủ yếu của động cơ mô men khởi động cao 52

Phụ luc II: Kết quả thí nghiệm động cơ mô men khởi động cao 53

Phụ lục III: Kết quả tính toán động cơ mô men khởi động cao trên phần mềm 54

thiết kế động cơ Speed 54

Phụ lục IV: Một số hình ảnh chế tạo động cơ mô men khởi động cao công suất 63

90 kW-1000 r/min tại Công ty VIHEM 63

Phụ lục V: Một số hình ảnh động cơ mô men khởi động cao 90 kW-1000 r/min gắn trên máy búa rung đóng cọc tại đơn vị thi công 65

Phụ lục VI: Quyết định giao, Hợp đồng, Thuyết minh, Biên bản nghiệm thu cấp cơ sở, Bài phản biện của hội đồng cấp cơ sở 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

MỞ ĐẦU Hiện nay, trong công nghiệp cũng như đời sống hằng ngày, động cơ điện có

mô men khởi động cao được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong máy cán thép, máy đóng cọc, máy nghiền đá, cầu trục, máy tời vật liệu xây dựng, máy nén khí kiểu piston, v.v

Trong lĩnh vực xây dựng, động cơ mô men khởi động cao được sử dụng trong máy tời, máy búa rung Máy búa rung đóng cọc được sử dụng ở các công trình thi công mà phần lớn chưa có đủ cơ sở hạ tầng về cấp điện, nên chủ yếu máy búa rung đóng cọc được cấp nguồn từ máy phát điện Do vậy, vấn đề giảm dòng điện khởi động nhưng vẫn đảm bảo mô men khởi động lớn hơn hoặc bằng mô men cản ban đầu là vấn đề đặc biệt có ý nghĩa, vì giảm dòng điện khởi động sẽ giảm được công suất toàn phần của máy phát và dẫn tới giảm chi phí đầu tư, vận hành trên công trường

Xuất phát từ nhu cầu cấp thiết đó, Công ty cổ phần chế tạo máy điện Việt Nam-Hungari đã chủ động khảo sát tính năng động cơ mô men cao do Nhật bản sản xuất và tiến hành nghiên cứu thiết kế và nghiên cứu công nghệ chế tạo động cơ

mô men cao dựa trên các thiết bị sẵn có của Công ty nhằm giảm chi phí sản xuất xuống mức tối thiểu

Năm 2010, Công ty cổ phần chế tạo máy điện Việt Nam-Hungari đã đề xuất

đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo động cơ điện mô men khởi động cao có

công suất 90kW”, đề tài đã được Bộ Công Thương phê duyệt qua hợp đồng số

108.11RD/HĐ-KHCN, ký ngày 23 tháng 03 năm 2011

Căn cứ theo hợp đồng đặt hàng sản xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp công nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ, Công ty cổ phần chế tạo máy điện Việt Nam-Hungari phải hoàn thành các sản phẩm khoa học công nghệ sau:

1

Động cơ điện mô men khởi

động cao có công suất 90kW;

Tài liệu: Hoàn thành đầy đủ các thiết kế: tính toán thiết kế điện từ, các bản vẽ thiết

kế kết cấu, các chỉ dẫn công nghệ gia công chi tiết, chỉ dẫn công nghệ điện, kết quả

thử nghiệm, so sánh chất lượng sản phẩm đạt được với sản phẩm mẫu của Nhật

Bản và đối chiếu với tiêu chuẩn Quốc gia của hiệp hội các nhà sản xuất máy điện

Mỹ (National Electrical Manufacturers Association) viết tắt là NEMA, báo cáo

định kỳ, báo cáo tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài

Trong bản báo cáo tổng kết này sẽ lần lượt trình bày chi tiết các nội dung đã

thực hiện trong đề tài

Chú thích một số ký hiệu sử dụng trong báo cáo

P’ kgt (kVA) Công suất khởi động gián tiếp

quy đổi về Stato

đối

về stato

mô men định mức

k Hệ số suy giảm điện áp

ngẫu

cơ so với dòng điện định mức

chế độ làm việc S 2 -60min

sau khi thử phát nhiệt, nhiệt độ

t 2

ω 1 (rad/s) Tốc độ góc của từ trường stato S 2 -60 min Chế độ làm việc ngắn hạn S 2 ,

thời gian mang điện là 60 phút

hội các nhà sản xuất máy điện

Mỹ (National Electrical Manufacturers Association)

TÓM TẮT NHIỆM VỤ

1 Phương pháp thực hiện nhiệm vụ

- Khảo sát có chọn lọc và phân tích các loại động cơ điện mô men cao đang sử dụng trong thiết bị nâng hạ, cầu trục, máy búa rung đóng cọc

- Nghiên cứu, thiết kế sản phẩm dựa trên:kết quả phân tích thực nghiệm, số liệu khảo sát sản phẩm mẫu, yêu cầu của khách hàng và nghiên cứu các giải pháp công nghệ, vật liệu chế tạo động cơ

- Chế tạo thử nghiệm, thí nghiệm, đánh giá chất lượng của sản phẩm chế tạo được

và so sánh với sản phẩm mẫu cùng loại

- Hoàn thiện thiết kế, hoàn thiện sản phẩm để sản phẩm tạo ra có chất lượng tương đương hoặc tốt hơn sản phẩm mẫu

Mục tiêu của đề tài: Chế tạo thành công động cơ điện 3 pha rôto lồng sóc mômen khởi động cao công suất 90kW-1000r/min, có mô men khởi động bằng 3 lần mô men định mức, dòng điện khởi động nhỏ hơn 6,5 lần dòng điện định mức, chế độ làm việc của động cơ là S2- 60min

2 Kết quả đạt được

-Bộ bản vẽ thiết kế, bộ bản vẽ quy trình công nghệ chế tạo sản phẩm của động cơ điện mô men khởi động cao có công suất 90kW, tốc độ 1000 r/min, chế độ S2-60min

Đã chế tạo thành công động cơ điện mô men cao có công suất 90kW, tốc độ 1000 r/min(số lượng 02 sản phẩm), có các tham số chính như bảng sau:

TT Tên tham số Đơn vị

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1 Tổng quan về động cơ điện không đồng bộ

1.1 Đại cương về động cơ điện không đồng bộ

Động cơ điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều có kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, sử dụng và bảo quản thuận tiện, giá thành hạ, nên được

sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống dân sinh

Trong nông nghiệp, động cơ điện không đồng bộ được sử dụng trong máy xay xát gạo, máy bơm, máy tuốt lúa, máy nghiền ngô, nghiền sắn, v.v,

Trong công nghiệp, động cơ không đồng bộ được sử dụng chủ yếu, nó chiếm tới trên 90% trên tổng số các loại động cơ điện được sử dụng, động cơ điện được ứng dụng cho máy cán thép, máy tời, cẩu tháp, cẩu trục, máy nén khí, máy đập đá, máy đầm rung, máy đóng cọc, v.v,

Phân loại động cơ điện không đồng bộ: động cơ không đồng bộ chủ yếu được phân loại thành động cơ không đồng bộ 1 pha và 3 pha, động cơ không đồng

bộ rô to lồng sóc(hay còn gọi là rô to ngắn mạch) và động cơ rô to dây quấn, ngoài

ra còn có một số loại động cơ không đồng bộ đặc biệt khác nữa

Động cơ điện không đồng bộ có những nhược điểm nhất định như: cosϕ thấp, đặc tính điều chỉnh tốc độ khó khăn, mô men khởi động thường không cao Nên tùy theo yêu cầu sử dụng mà người ta lựa chọn loại động cơ điện có đặc tính

cơ phù hợp

Trước kia, do công nghệ điện tử chưa phát triển nên trong các ứng dụng điều tốc, người ta thường sử dụng động cơ điện một chiều với kết cấu phức tạp nhưng điều tốc dễ dàng nhưng ngày nay động cơ một chiều đã dần bị thay thế bởi hệ động

cơ không đồng bộ lồng sóc và bộ biến tần, trong những ứng dụng cần mô men khởi động cao, chế độ khởi động dưới tải, nặng nề như: cán thép, động cơ nghiền

bi trong xi măng, v.v, , người ta có thể dùng động cơ một chiều kích từ nối tiếp hoặc đơn giản hơn là động cơ không đồng bộ rô to dây quấn với bộ khởi động bằng điện trở phụ đưa vào mạch điện rô to nhằm giảm dòng điện khởi động và

tăng mô men khởi động Tuy nhiên, phương pháp chọn động cơ không đồng bộ rô

to dây quấn với bộ khởi động bằng điện trở vẫn chưa phải ưu việt do giá thành động cơ không đồng bộ rô to dây quấn vẫn khá cao(gấp khoảng 1,5 lần động cơ kiểu lồng sóc) cộng thêm chi phí của bộ khởi động bằng điện trở Trong thiết kê, từ lâu người ta đã nghĩ đến việc cải tiến đặc tính khởi động của động cơ không đồng

bộ rô to lồng sóc với mục tiêu nâng cao mô men khởi động và giảm dòng điện khởi động bằng cách tăng điện trở rô to, tăng hiệu ứng mặt ngoài thanh dẫn rô to dựa trên các dạng rãnh rô to có hình dạng đặc biệt

Ngày nay trong thiết kế người ta đã phân loại động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc theo các tiêu chí về hiệu suất, chế độ làm việc và đặc tính khởi động, đặc tính cực đại, v.v, để việc lựa chọn động cơ theo ứng dụng được thuận lợi và chính xác

Ở Việt Nam, hiện nay có tiêu chuẩn TCVN 1987-94 và IEC 60034-1, tiêu chuẩn TCVN 7540, quy định về hiệu suất, cosϕ, phương pháp thử nghiệm điện, chế độ làm việc, nhưng chưa có tiêu chuẩn quy định chi tiết phân loại đặc tính khởi động, đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ

Trên thế giới, mỗi vùng lãnh thổ đều có những tiêu chuẩn riêng quy định chi tiết phân loại thiết kế động cơ không đồng bộ theo hiệu suất, phân loại theo đặc tính khởi động, chế độ làm việc Để cụ thể hóa, ở đây ta lấy tiêu chuẩn Quốc gia của hiệp hội các nhà sản xuất máy điện Mỹ (National Electrical Manufacturers

Association) viết tắt là NEMA làm căn cứ thiết kế, chế tạo động cơ mô-men cao

Tiêu chuẩn NEMA phiên bản MG10 ban hành năm 2001 hướng dẫn lựa chọn tính

năng động cơ không đồng bộ, rô to lồng sóc nhiều pha, công suất trung bình Sau

đây ta nghiên cứu nội dung của tiêu chuẩn này quy định về mô men khởi động của động cơ không đồng bộ

1.2 Tiêu chuẩn quy định tính năng khởi động của động cơ không đồng bộ

1.2.1 Theo tiêu chuẩn NEMA, động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc được chia

Bảng 1.1 Đặc tính theo thiết

kế

Bội số mô men khởi động

đm

kđ

M M

(%)

Bội số mô men cực tiểu

đm

kđ

I I

(%)

Hệ số trượt s(%)

Mức hiệu suất

Thiết kế A 70÷275* 65÷190* 175÷300* Không quy

định 0,5÷5 Trung bình hoặc

cao Thiết kế B 70÷275* 65÷190* 175÷300* 600÷800 0,5÷5 Trung bình hoặc

cao Thiết kế C 200÷285* 140÷195* 200÷225* 600÷800 1÷5 Trung bình

quy định

275 600÷800 ≥ 5 Trung bình Theo IEC

IEC thiết kế H 200÷285* 140÷195 190÷225* 800÷1000 1÷5 Trung bình IEC thiết kế N 75÷190* 60÷140 160÷200* 800÷1000 0,5÷3 Trung bình hoặc

tỷ lệ với sự tăng tốc cho đến khi động cơ đạt tốc độ và mô men định mức, như tải quạt gió, bơm ly tâm, và khí nén

- Thiết kế C(theo NEMA) hay thiết kế H(theo IEC) là loại động cơ có mô men khởi động cao, dòng điện khởi động bình thường hoặc cao, sử dụng cho máy nén khí kiểu piston và băng tải, máy nghiền, máy khuấy, yêu cầu khởi động dưới tải

- Thiết kế D(theo NEMA) là loại động cơ được thiết kế làm việc với các tải dạng xung có bánh đà hoặc không có bánh đà, tần xuất khởi động lớn như máy: đột dập, máy bơm dầu, máy ép, máy vắt, tời, thang máy, cẩu trục, máy kéo

Đặc tính mô men của động cơ không đồng bộ theo thiết kế A,B,C,D(NEMA) hay

N và H theo IEC (Hình 1.1)

*Nhận xét:

- Thiết kế A và B(NEMA) hay N (theo IEC) là dạng động cơ có mô men khởi động thường(thấp hơn so với thiết kế C và D), hệ số trượt nhỏ, hiệu suất động cơ ở mức trung bình(động cơ thông dụng EFF2) hoặc mức cao(động cơ hiệu suất cao EFF1)

- Thiết kế C(NEMA) hay H(theo IEC) là dạng động cơ đặc biệt để nâng mô men khởi động, mô men khởi động của động cơ thiết kế C lớn hơn động cơ thiết kế A

và B nhưng nhỏ hơn D, động cơ thiết kế C có hệ số trượt không quá cao (1%≤ s ≤ 5%) Hiệu suất của động cơ thiết kế C cao hơn thiết kế D và nhỏ hơn so với A và B

- Thiết kế D(NEMA) có tỷ số mô men khởi động cao nhất nhưng thiết kế D cũng

có hệ số trượt lớn nhất (s ≥ 5%), do vậy động cơ thiết kế D có hiệu suất thấp nhất, nên chỉ những ứng dụng khởi động nặng nề, tần xuất khởi động lớn mới lựa chọn động cơ kiểu này

2 Đặc tính khởi động của động cơ không đồng bộ

2.1 Quá trình khởi động của động cơ không đồng bộ

Trong quá trình khởi động động cơ điện, mô men khởi động là đặc tính chủ yếu nhất trong những đặc tính khởi động của động cơ điện Muốn cho máy quay được thì mô men khởi động của động cơ điện phải lớn hơn mô men tải tĩnh và mô men ma sát tĩnh Trong quá trình tăng tốc, phương trình cân bằng động về mô men như sau:

dt

d J M

ω(rad/s): tốc độ góc của rôto

Khi đã biết đặc tính cơ của động cơ điện Mđt = f1(n) và của tải Mc = f2(n) thì có thể

từ công thức (1.1) tìm ra quan hệ giữa tốc độ và thời gian n = f(t) trong quá trình khởi động Cũng từ biểu thức trên ta thấy muốn đảm bảo tăng tốc thuận lợi, trong quá trình khởi động phải giữ > 0

dt

dω , nghĩa là M

đt > Mc Với một quán tính như nhau,

Mđt -Mc càng lớn thì tốc độ tăng càng nhanh Ngược lại những máy có quán tính lớn thì thời gian khởi động lâu Đối với trường hợp có yêu cầu khởi động nhiều lần thì thời gian khởi động ảnh hưởng nhiều đến năng suất lao động

Khi bắt đầu khởi động thì rôto đang đứng yên, hệ số trượt s=1 nên trị số dòng điện khởi động có thể tính được theo mạch điện thay thế:

2 2 1 1

2 2 1 1

1

) ' (

) '

U

I k

+ + +

Trên thực tế, do mạch từ tản bão hòa rất nhanh, điện kháng giảm xuống nên dòng điện khởi động còn lớn hơn so với trị số tính theo công thức (1.2) Ở điện áp định mức, thường dòng điện khởi động bằng 4 đến 8 lần dòng điện định mức Dòng điện khởi động quá lớn không những làm cho máy nóng mà còn gây sụt áp lớn, nhất là đối với lưới điện công suất hạn chế

2.2 Các phương pháp khởi động cho động cơ không đồng bộ

Theo yêu cầu của sản xuất, động cơ điện không đồng bộ lúc làm việc thường phải khởi động và ngừng máy nhiều lần Tùy theo tính chất của tải và tình trạng của lưới điện mà yêu cầu về khởi động đối với động cơ điện cũng khác nhau Có khi yêu cầu mô men khởi động lớn, có khi cần hạn chế dòng điện khởi động và có khi cần cả hai Những yêu cầu trên đòi hỏi động cơ điện phải có tính năng khởi động thích ứng

Trong nhiều trường hợp, do phương pháp khởi động hay do chọn động cơ điện có tính năng khởi động không thích đáng nên thường hỏng máy

Nói chung khi khởi động một động cơ cần xét đến những yêu cầu cơ bản sau:

1 Phải có mô men khởi động đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tải;

2 Dòng điện khởi động càng nhỏ càng tốt;

3 Phương pháp khởi động và thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền, chắc chắn;

4 Tổn hao công suất trong quá trình khởi động càng thấp càng tốt

Những yêu cầu trên thường mâu thuẫn với nhau như khi đòi hỏi dòng điện khởi động nhỏ thì thường làm cho mô men khởi động giảm theo hoặc cần thiết bị đắt

tiền Vì vậy phải căn cứ vào điều kiện làm việc cụ thể mà chọn phương pháp khởi động thích hợp

2.2.1 Khởi động trực tiếp động cơ điện rô to lồng sóc:

Đây là phương pháp khởi động đơn giản nhất, chỉ việc đóng trực tiếp động

cơ điện vào lưới điện(hình H1.2) Nhưng lúc khởi động trực tiếp, dòng điện khởi động tương đối lớn(ik = 6÷8 lần) Nếu quán tính của tải tương đối lớn, thời gian khởi động quá dài thì có thể làm cho máy nóng và ảnh hưởng đến điện áp của lưới điện Vì vậy phương pháp này chỉ sử dụng cho động cơ công suất nhỏ

2.2.2 Khởi động động cơ không đồng bộ bằng cách hạ điện áp khởi động

Mục đích của phương pháp này là giảm dòng điện khởi động nhưng đồng thời mô men khởi động cũng giảm xuống, do đó đối với những tải yêu cầu có mô men khởi động lớn thì phải tính toán kỹ hệ số suy giảm mô men theo sự suy giảm điện áp Có những cách hạ điện áp sau:

a, Nối điện kháng nối tiếp vào mạch điện stato:

Khi khởi động trong mạch điện stato đặt nối tiếp một điện kháng Sau khi khởi động xong bằng cách đóng cầu dao D2(hình H1.3) thì điện kháng này bị nối ngắn mạch Điều chỉnh trị số của điện kháng thì có thể có được dòng điện khởi động cần thiết Do có điện áp giáng trên điện kháng nên điện áp khởi động trên

đầu cực động cơ điện U’k sẽ nhỏ hơn điện áp lưới U1(hình H1.3) Gọi dòng điện khởi động và mô men khởi động khi khởi động trực tiếp là Ik và Mk Sau khi thêm điện kháng vào, dòng điện khởi động là I’k = kIk trong đó k<1 Nếu cho rằng khi hạ điện áp khởi động, tham số của máy điện vẫn giữ không đổi thì dòng điện khởi động nhỏ đi, điện áp đầu cực động cơ điện sẽ bằng Uk = kU1 Vì mô men khởi động tỷ lệ với bình phương của điện áp nên lúc đó mô men khởi động bằng M’k =

k2Mk

Ví dụ nối điện kháng vào ứng với k = 0,6, Uk=0,6U1, thì I’k = 0,6Ik và

M’k = 0,36Mk , nghĩa là chỉ bằng 0,36 lần mô men khởi động lúc khởi động trực tiếp với điện áp U1 Ưu điểm của phương pháp này là thiết bị đơn giản, nhưng nhược điểm là khi giảm dòng điện khởi động thì mô men khởi động giảm xuống bình phương lần

b, Dùng biến áp tự ngẫu hạ điện áp khởi động:

Sơ đồ lúc khởi động như ở hình H1.4, trong đó T là biến áp tự ngẫu, bên cao

áp nối với lưới điện, bên hạ áp nối với động cơ điện Sau khi khởi động xong thì cắt T ra (bằng cách đóng cầu dao D2 vào và mở D3 ra) Gọi tỷ số biến đổi điện áp của biến áp tự ngẫu là kT (kT < 1) thì Uk = kTU1 Do đó dòng điện khởi động và mô men khởi động của động cơ điện sẽ là: I’k = kTIk và M’k = k2

TMk Gọi dòng điện lấy

từ lưới vào là I1 (dòng điện sơ cấp của biến áp tự ngẫu) thì dòng điện đó bằng:

k T

c, Khởi động bằng phương pháp Y - ∆:

Phương pháp khởi động Y - ∆ thích ứng với những máy khi làm việc bình thường đấu tam giác Khi khởi động ta đổi thành Y, như vậy điện áp đưa vào hai đầu mỗi pha chỉ còn U1/ 3

Sau khi máy đã chạy rồi, đổi lại thành đấu ∆ Sơ đồ cách đấu dây như ở hình H1.5 Khi khởi động thì đóng cầu dao D1, còn cầu dao D2 thì đóng về phía dưới, như vậy máy đấu Y Khi máy đã chạy rồi thì đóng cầu dao D2 về phía trên, máy

đấu theo ∆ Theo phương pháp Y - ∆ thì khi dây quấn đấu Y, điện áp pha trên dây quấn là:

3

1 3

1

'

men khởi động đều bằng

2.2.3 Khởi động động cơ không đồng bộ bằng cách thêm điện trở phụ vào rôto

Phương pháp này chỉ áp dụng cho động cơ không đồng bộ rô to dây quấn, vì dây quấn rô to được nối điện ra ngoài qua vành trượt Khi khởi động ta nối thêm điện trở phụ vào mạch điện rô to làm tăng mô men khởi động, khi điều chỉnh điện trở phụ thích hợp thì mô men khởi động có thể đạt tới giá trị tối đa, với dòng điện khởi động nhỏ do điện trở mạch rô to tăng Nhưng phương pháp này có nhược điểm là chế tạo rô to dây quấn phức tạp hơn rô to lồng sóc nên giá thành sản phẩm đắt hơn, bảo dưỡng, vận hành tốn kém hơn

Kết luận: Trong các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ ở trên,

phương pháp thêm điện trở phụ vào mạch điện rô to là phương pháp khởi động tối

ưu nhất về mặt kỹ thuật vì có mô men khởi động cao, dòng điện khởi động thấp nhưng lại là phương pháp tốn kém nhất vì vừa phải đầu tư động cơ rô to dây quấn

có giá thành cao, vừa phải đầu tư bộ điện trở phụ(thường là điện trở gang hoặc điện trở muối) và bộ điều chỉnh điện trở phụ

Phương pháp khởi động bằng điện kháng có giá thành thấp hơn so với dùng điện trở phụ, nhưng mô men khởi động giảm tỷ lệ với bình phương điện áp giảm, trong khi dòng điện khởi động giảm tỷ lệ bậc nhất với tỷ lệ giảm điện áp vào stato

Với cùng tỷ lệ giảm điện áp thì phương pháp khởi động bằng biến áp tự ngẫu có dòng điện khởi động giảm nhiều hơn so với khởi động bằng điện kháng( dòng điện khởi động giảm tỷ lệ với bình phương tỷ lệ giảm điện áp đặt vào stato) trong khi mô men khởi động vẫn giảm tỷ lệ với bình phương điện áp giảm Nhưng phương pháp này có giá thành cao hơn phương pháp khởi động bằng điện kháng

Phương pháp khởi động bằng cách đổi nối sao sang tam giác có ưu điểm là đơn giản, giá thành thấp nhưng nhược điểm là mô men khởi động chỉ còn 1/3 so với khởi động trực tiếp nên thích hợp với những ứng dụng yêu cầu mô men khởi động thấp như tải quạt gió hoặc khởi động không tải

Đối với những tải có yêu cầu khởi động dưới tải, nếu áp dụng phương pháp khởi động này thì động cơ phải có mô men khởi động trực tiếp gấp khoảng 3 lần

mô men định mức, như vậy phải chọn động cơ thiết kế C theo tiêu chuẩn NEMA,

hoặc thiết kế H theo IEC thì mới đủ điều kiện khởi động dưới tải khi đổi nối sao tam giác

Nói tóm lại, để vừa giảm được dòng điện khởi động vừa giữ được mô men khởi động, đáp ứng được yêu cầu khởi động dưới tải thì ta dùng phương án khởi động đổi nối sao-tam giác kết hợp với các phương pháp thiết kế nhằm nâng cao mô men khởi động của động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc Đây cũng là mục tiêu chính của đề tài này

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM

1 Sự cần thiết chế tạo động cơ mô men khởi động cao và tính chọn công suất máy phát cho hệ máy phát-động cơ

1.1 Sự cần thiết của động cơ mô men khởi động cao

Hiện nay, trong công nghiệp cũng như đời sống hằng ngày, động cơ điện có

mô men khởi động cao được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong máy cán thép, máy đóng cọc, máy nghiền đá, cầu trục, máy tời vật liệu xây dựng, máy nén khí kiểu piston, v.v

Trong lĩnh vực xây dựng, động cơ mô men khởi động cao được sử dụng trong máy tời, máy búa rung Máy búa rung đóng cọc được sử dụng cơ động ở các công trình thi công mà phần lớn chưa có đủ cơ sở hạ tầng về cấp điện, nên chủ yếu máy búa rung đóng cọc được cấp nguồn từ máy phát điện Do vậy, vấn đề giảm dòng điện khởi động nhưng vẫn đảm bảo điều kiện khởi động dưới tải là vấn đề cần thiết, vì giảm dòng điện khởi động sẽ giảm được công suất toàn phần của máy phát và dẫn tới giảm chi phí đầu tư, vận hành trên công trường

Trong đề tài này ta lấy máy búa rung đóng cọc như một ví dụ điển hình trong việc nghiên cứu thiết kế động cơ mô men khởi động cao, do nhu cầu động cơ

mô men khởi động cao lắp cho các máy búa rung đóng cọc trên thị trường khá cao, đồng hành cùng sự phát triển của ngành xây dụng trong xu thế đô thị hóa Dưới đây ta xét kỹ hơn về tính toán lựa chọn công suất máy phát cho hệ máy phát-máy búa rung đóng cọc

1.2 Tính toán lựa chọn công suất máy phát cho hệ máy phát-động cơ

Chọn động cơ mô men khởi động cao thiết kế C(theo NEMA), bội số dòng điện khởi động là 6÷8 lần, theo đề bài đặt ra của đề tài(xem ở chương 3) là 6,5 lần +Nếu khởi động trực tiếp thì công suất toàn phần của máy phát lúc khởi động là P’k : P k' (kVA) = 6 , 5 * ( 3 *U đm*I đm) = 6 , 5 *P đm' (kVA); (2.1)

Vậy, khi khởi động trực tiếp thì công suất toàn phần máy phát phải gấp 6,5 lần công suất động cơ

+Nếu dùng phương pháp đổi nối Y-∆ thì dòng điện khởi động bằng 1/3 dòng điện khởi động trực tiếp, do vậy công suất toàn phần của máy phát lúc này là P’kgt chỉ bằng 2,17 lần công suất tính toán của động cơ

) ( '

* 17 , 2 3 / 1 )

*

* 3 (

* 5 ,

) ( 951 , 270 ) 3 / 1 190

* 380

* 3 (

* 5 ,

2 Các phương pháp nâng cao mô men khởi động động cơ không đồng bộ

2.1 Các yếu tố quyết định đặc tính khởi động của động cơ

Hai tham số chính quyết định đặc tính khởi động của động cơ là mô men khởi động và dòng điện khởi động Dưới đây ta xét hai tham số này:

Mô men điện từ do từ trường quay và dòng điện rô to tác dụng lẫn nhau mà sinh

ra, từ trường đó quay với tốc độ đồng bộ n1, do đó quan hệ giữa công suất điện từ

Pđt và mô men điện từ M như sau:

ω

ωđt co

đt

P P

M = ≈

1

(2.4) Trong đó:

Pcơ : là công suất cơ trên đầu trục động cơ

đt đt

đt

n

n P

P ( 1 ) *

1 1

2 2

2 * * * * * * cos

* 2

Thường ta lợi dụng mạch điện thay thế để tính ra mô men điện từ theo hệ số trượt

s Theo mạch điện thay thế hình T của động cơ không đồng bộ(Hình 2.1)

Ta có:

2 2 1 1

2 2 1

1

1 2

) ' (

) / ' (

'

x C x s r

C

r

U I

+ + +

và 2

2 1 1

2 2 1 1

2

2 1 1 2

2 1

) ' (

) / '

* (

/ ' /

' '

*

x C x s r C r

s r U m s

r I m

P đt

+ + +

=

Từ đó ta được quan hệ giữa mô men điện từ với hệ số trượt s:

] ) ' (

) / '

* [(

*

*

* 2

/ '

2 2 1 1

2 2 1 1 1

2

2 1 1

s r U m P

Công thức trên cho ta rút ra nhận xét mô men điện từ và dòng điện đều là hàm của

hệ số trượt s Trong đó, ta nhận thấy mô men điện từ của máy điện không đồng bộ:

- Với tần số và tham số cho trước, mô men điện từ tỷ lệ với bình phương của điện

áp

- Mô men điện từ tỷ lệ nghịch với điện kháng (x1 + C1x’2) khi tần số cho trước, muốn tìm mô men ta lấy đạo hàm dM/ds = 0 và được hệ số trượt sm ứng với mô men cực đại Mmax đối với động cơ không đồng bộ:

2 2 1 1

2 1

2 1

) ' (

'

x C x r

r C

s m

+ +

và mô men cực đại bằng:

2 2 1 1

2 1 1

2 1 1 1

1 max

) ' (

* 2

1

* 2

1

x C x r r

pU m f

C

M

+ + +

[ 2

* 2

1

2 1 1 1 1

2 1 1 1

max

x C x r f

pU m C

M

+ +

≈

Ta rút ra nhận xét về mô men cực đại:

- Với tần số và tham số cho trước Mmax tỷ lệ với U21

- Điện trở rô to r’2 càng lớn thì sm càng lớn

- Với tần số cho trước, Mmax tỷ lệ nghịch với điện kháng (x1+C1x’2)

Dòng điện khởi động và mô men khởi động có thể tìm ra được khi đem s = 1 thế vào công thức (2.12) Ta có mô men khởi động và dòng điện khởi động bằng:

'

2

2 1

1U r m

2 2 1 1

2 2 1

1

1

) ' (

) '

U

I k

+ + +

Muốn tăng mô men khởi động Mk = Mmax thì phải tăng điện trở r’2 lên Theo công

) ' (

'

2 2 1 1

2 1

2

+ +

=

x C x r

r C

s m

Suy ra điện trở rô to lúc đó:

2 1 1

-Dòng điện khởi động Ik tỷ lệ nghịch với điện kháng và điện trở

Vậy để tăng mô men khởi động, trong thiết kế ta phải:

-Tăng điện trở rô to r’2, trường hợp ứng với mô men khởi động lớn nhất là C1r’2 ≈ (x1 + C1x’2)

-Giảm điện kháng (x1 + C1x’2), tuy nhiên khi giảm điện kháng xuống sẽ làm tăng dòng điện khởi động Do vậy, trong thiết kế ta phải dung hòa hai tiêu chí trái ngược này

2.2 Các phương pháp nâng cao mô men khởi động của động cơ không đồng bộ

Như ở chương 3 đã nêu, để máy búa rung đóng cọc làm việc được với máy phát điện với công suất có hạn thì động cơ dùng cho máy búa rung đóng cọc phải

có mô men khởi động gấp 3,0 lần mô men định mức, dòng điện khởi động không vượt quá 6,5 lần dòng điện định mức Để thỏa mãn điều kiện trên, ta xét các phương pháp thiết kế nhằm nâng cao mô men khởi động sau:

2.2.1 Thiết kế động cơ điện rô to rãnh sâu:

Động cơ điện rô to rãnh sâu lợi dụng hiện tượng từ thông tản trong rãnh rô

to gây nên hiện tượng hiệu ứng mặt ngoài của dòng điện để cải thiện đặc tính khởi động Để tăng hiệu ứng mặt ngoài, tăng mô men khởi động, rãnh rô to được thiết

kế có hình dáng vừa hẹp vừa sâu, thường tỷ lệ giữa chiều cao và chiều rộng rãnh vào khoảng 10 đến 12 Thanh dẫn đặt trong rãnh có thể coi như gồm nhiều thanh

nhỏ xếp đặt lên nhau theo chiều cao và hai đầu được nối ngắn mạch lại bởi hai vành ngắn mạch, vì vậy điện áp hai đầu các mạch song song đó bằng nhau, do đó

sự phân bố dòng điện trong các mạch phụ thuộc vào điện kháng tản của chúng Khi khởi động, lúc đầu dòng điện dây quấn rô to có tần số lớn nhất(bằng tần số lưới f1),

từ thông tản cũng biến thiên theo tần số đó và phân bố như hình vẽ H2.2

Ở đáy rãnh, từ thông móc vòng tản nhiều nhất, càng lên phía miệng rãnh từ thông tản càng ít đi, do đó điện kháng tản ở đáy rãnh lớn và phía miệng rãnh thì nhỏ, vì vậy dòng điện sẽ tập trung lên phía miệng rãnh Sự phân bố của dòng điện theo chiều cao rãnh như ở hình H2.2 Kết quả việc dòng điện tập trung lên trên, tiết diện tác dụng của dây dẫn coi như bị nhỏ đi, điện trở rô to tăng lên và như vậy làm cho mô men khởi động tăng lên

Mặt khác, dòng điện tập trung lên trên cũng làm giảm tổng từ thông móc vòng đi một ít, nghĩa là x2 sẽ nhỏ đi

Hiệu ứng mặt ngoài của dòng điện mạnh hay yếu phụ thuộc vào tần số và

độ tăng lên, tần số dòng điện rô to giảm xuống kéo theo hiệu ứng mặt ngoài giảm, dòng điện dần dần phân bố lại đều đặn, vì vậy điện trở rô to coi như nhỏ trở lại, điện kháng tản quy đổi của rô to tăng lên, động cơ rô to rãnh sâu lúc này làm việc gần giống động cơ thông thường

Tuy nhiên, do rãnh rô to sâu nên đặc tính động cơ loại này có một số nhược điểm như sau:

-Rãnh rô to sâu làm tăng kích thước máy so với động cơ thường

-Hệ số cosϕ thấp hơn động cơ thông thường có cùng công suất và tốc độ

-Điện kháng tản ở rô to lớn hơn động cơ thông thường, khiến mô men cực đại thấp hơn động cơ thông thường Theo sách “Máy điện I”[1] thì mô men khởi động của loại động cơ rô to rãnh sâu đạt từ 1,0 đến 1,4 lần mô men định mức

2.2.2 Thiết kế động cơ điện rô to hai lồng sóc:

Động cơ điện loại này có hai lồng sóc ở trên rô to Các thanh dẫn của lồng sóc phía gần miệng rãnh(gọi là lồng sóc ngoài) có tiết diện nhỏ và thường làm bằng đồng thau có điện trở lớn Các thanh dẫn của lồng sóc phía đáy rãnh(gọi là lồng sóc trong) có tiết diện lớn, làm bằng đồng đỏ để có điện trở nhỏ

Nếu hai lồng sóc được đúc bằng nhôm thì chất liệu làm thanh dẫn hai lồng sóc là như nhau và có vành ngắn mạch chung Giữa hai lồng sóc có một khe hở nối liền rãnh của lồng sóc

Khi động cơ khởi động, tần số dòng điện rô to bằng tần số lưới nên dòng điện chủ yếu tập trung ở lồng sóc ngoài(do hiệu ứng mặt ngoài) nơi có điện trở thanh dẫn lớn, vì vậy lồng sóc này sinh ra mô men khởi động lớn do đó có thể gọi

là lồng sóc khởi động Khi tốc độ động cơ tăng, hiệu ứng mặt ngoài giảm, dòng điện rô to dần dần phân bố đều trên cả hai lồng sóc, và lúc này hai lồng sóc làm việc song song

Ưu điểm của loại động cơ này là cải thiện mô men khởi động tốt hơn so với loại rô

to rãnh sâu và động cơ thường

Nhược điểm:

-Dòng điện khởi động cao hơn so với rãnh sâu

-Rãnh rô to sâu hơn loại rãnh sâu và rô to thường do có hai lồng sóc

2.2.3 Sử dụng vật liệu hợp kim tăng điện trở rô to kết hợp với việc chọn các thông

số thiết kế hợp lý để tăng mô men khởi động

Nhược điểm của các phương pháp thiết kế ở trên là dòng điện khởi động cao, trong khi mô men khởi động không cải thiện được nhiều

Theo công thức(2.16):

1 2 2 2

2 1 1

2 2 1 1 1

2

2 1 1

*

* 2

'

*

* 3 ] ) ' (

) / '

* [(

C x s r C r f

r U m

như vậy để tăng Mk ta phải tăng r2’ hoặc tăng dòng điện khởi động Ik Tăng Mk với việc tăng Ik là điều không mong muốn Vì vậy, để tăng Mk ta phải tăng điện trở rô

to r2’, nhưng tăng r2’ bằng bao nhiêu lần thông thường?

Cũng theo (2.13) và (2.14) để có Mk = Mmax thì điện trở rô to quy đổi về stato của động cơ không đồng bộ phải thỏa mãn điều kiện:

C1r’2 ≈ x1 + C1x’2

Để có được điều kiện mô men khởi động lớn với dòng khởi động trong phạm vi cho phép(theo NEMA là Ik = (6÷8)Iđm thì ta phải giữ cho dòng khởi động không quá lớn và tăng mô men khởi động(theo tiêu chí ban đầu đặt ra Mk ≥ 3 Mđm), khi tần số và điện áp là định mức, ta phải: tăng điện trở r’2 và giảm điện kháng tản rãnh

Theo sách “Thiết kế máy điện” trang 220 chỉ ra trị số tương đối của điện kháng ngắn mạch xn = x1 + C1x’2 tỷ lệ thuận với tải đường và tỷ lệ nghịch với tải cảm theo công thức:

δ

λ

B

A U

x I x

đm

n đm

* = = vì vậy muốn giảm nhỏ xn* hay tăng Mmax,

Mk thì phải tăng Bδ và giảm A

Kết luận: Phương pháp rô to hai lồng sóc và rô to rãnh sâu đều cải thiện được mô

men khởi động so với động cơ rô to lồng sóc thông thường, nhưng hiệu quả không cao do các biện pháp này đều làm tăng điện kháng tản rãnh làm giảm mô men cực đại và ở chừng mực nào đó còn giảm mô men khởi động

Như vậy, để tăng mô men khởi động của động cơ không đồng bộ với dòng điện khởi động phù hợp với công suất hữu hạn của máy phát ta sẽ chọn phương pháp tăng điện trở rô to r’2 kết hợp với giảm xn

Thời gian gần đây, Công ty đã nghiên cứu một số vật liệu hợp kim nhôm có điện trở suất cao vào chế tạo thử nghiệm đúc thanh dẫn rô to với các loại vật liệu

có hàm lượng nhôm từ 86% đến 98% cho động cơ 5,5kW, tốc độ đồng bộ 1500 r/min và một số loại động cơ khác nữa Kết quả cho thấy, khi sử dụng nhôm hợp kim thay cho nhôm 99,7% thông thường, mô men khởi động của động cơ được cải thiện đáng kể Cụ thể động cơ 5,5kW, bội số mô men khởi động tăng từ 1,5 lần(khi dùng nhôm 99,7%) tăng lên 1,7÷ 1,85 lần khi dùng nhôm hợp kim có hàm lượng nhôm 98%, và tăng lên 2,25 lần khi dùng nhôm hợp kim có hàm lượng nhôm 86%

Tuy nhiên, khi đúc thanh dẫn rô to bằng vật liệu nhôm hợp kim, do nhôm hợp kim có đặc tính đúc xấu hơn nhôm nguyên chất nên khi đúc thanh dẫn có thể

bị rỗ, bị xốp, chất lượng đúc không đồng đều, công nghệ đúc đòi hỏi phải đúc bằng công nghệ áp lực cao với chi phí khuôn đúc tốn kém, không phù hợp cho chế tạo thử nghiệm hoặc chế tạo với sản lượng nhỏ Vì vậy, trong đề tài này trước mắt chúng tôi chọn phương án thanh dẫn đồng hợp kim(hàm lượng 94% đồng) để chế tạo thanh dẫn rô to vì công nghệ hàn đồng có chi phí thấphơn, đơn giản hơn công nghệ đúc nhôm hợp kim và tỷ lệ nứt gãy thanh dẫn đồng trong rãnh cũng ít hơn thanh dẫn nhôm Và kết hợp với các yếu tố chọn thông số thiết kế như chọn tải

cảm lớn, tải đường nhỏ để giảm điện kháng tản nhằm tăng mô men cực đại và mô men khởi động

3 Tính toán sơ bộ động cơ không đồng bộ

3.1 Số liệu đầu vào thiết kế

Từ các yêu cầu trên, việc tính toán thiết kế động cơ điện mô men khởi động cao cũng tương tự như trình tự thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc thông thường Tuy nhiên, để động cơ điện đạt được mô men khởi động cao ta phải thiết kế theo hướng ưu tiên một số yếu tố quyết định đến mô men khởi động của động cơ như thông số dây quấn, chọn thanh dẫn, chọn kích thước răng rãnh, chọn tải cảm Bδ(T), tải đường A (A/cm) Số liệu đầu vào thiết kế gồm các thông số sau :

- Công suất định mức của động cơ P2 = 90 (kW)

- Điện áp định mức Uđm = 380 (V)

- Tần số f= 50 (Hz)

- Tốc độ quay n = 965 (r/min)

- Chế độ làm việc S2 – 60 min

- Kiểu rô to: Rô to lồng sóc

- Bội số mômen mở máy mk = ≥ 3 , 0

- Điều kiện môi trường: Tmt = 40 0C

- Kiểu lắp đặt chân đế, chiều cao tâm trục H = 355 mm

3.2 Chọn tham số thiết kế

3.2.1 Xác định kích thước chủ yếu

Những kích thước chủ yếu của máy điện không đồng bộ là đường kính trong stato D và chiều dài lõi sắt LFe Mục đích của việc chọn kích thước chủ yếu này là

thuật Tính kinh tế của máy không chỉ là vật liệu sử dụng để chế tạo ra máy mà còn xét đến quá trình chế tạo trong nhà máy, như tính thông dụng của các khuôn dập, mẫu đúc, các kích thước và chi tiết tiêu chuẩn hóa…

a, Xác định đường kính ngoài D n , đường kính trong D và chiều dài lõi thép L Fe :

Tính đường kính ngoài Dn theo chiều cao tâm trục:

355 mm, tính sơ bộ Dnmax ≈ 2*355 – 100 = 610 mm, để chân đế được gia cố chắc chắn ta chọn Dn =520 mm Tính D theo kD ở bảng trên với 2p = 6 ta có kD = 0,7 ÷ 0,72 -> D = 364 ÷ 374,4 mm, ta chọn D = 375mm;

Đường kính trong D và chiều dài lõi thép LFe liên hệ với nhau qua tỷ số λ[2]:

= với 2p = 6; λ= 1,6 ÷ 2,2

ta có LFe = 314÷ 431,75 mm

Với chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại S2 – 60 min; do thời gian nghỉ dài nên ta có thể coi như công suất máy lúc này bằng với công suất máy chạy dài hạn S1 Vì vậy, trong tính toán ta không cần quy đổi từ ngắn hạn về dài hạn Tính thể tích máy

thông qua công thức tính công suất tính toán của máy:

đm đm

đm

k P

ϕ

η * cos

* ' =

' 7

* , 6 )

(

n D B A k k

P mm

L

dq s

Fe

δ δ

α

=

Trong đó :

P’(kVA) : là công suất tính toán của máy

ηđm, cosϕđm : hiệu suất và hệ số công suất định mức

A(A/cm): Tải đường của động cơ

Bδ(T): Mật độ từ thông trong khe hở không khí

Số đôi cực từ có quan hệ ràng buộc với tốc độ đồng bộ n1 và tần số lưới f1

p =

1 1

* 60

Do đó khi chọn A và Bδ cần xét đến vật liệu sử dụng Nếu dùng vật liệu sắt

từ tốt (có tổn hao ít và độ từ thẩm cao) thì có thể chọn Bδ lớn Dùng dây đồng có cấp cách điện cao thì có thể chọn A lớn

Tuy nhiên, tỷ số giữa A và Bδ cũng ảnh hưởng đến đặc tính làm việc và khởi động của động cơ không đồng bộ, vì A đặc trưng cho mạch điện, Bδ đặc trưng cho

max, nhưng cũng làm dòng điện khởi động tăng cao, do vậy phải chọn tham số Bδ

và A hợp lý kết hợp với các yếu tố thiết kế khác nữa, để vừa nâng mô men khởi động vừa không tăng dòng khởi động quá lớn(theo tiêu chí đặt ra ở đây là ik ≤ 6,5 lần)

Bên cạnh đó việc chọn A và Bδ còn phải xét đến hệ số cosφ của máy, hệ số công suất chủ yếu phụ thuộc vào tỷ lệ giữa dòng điện từ hóa với dòng điện định mức

A

B k

k k I

I

dq đm

δ δ

µ µ

Iµ tăng dẫn đến cosϕ của máy giảm

Như đã biết, mô men khởi động Mk và mô men cực đại Mmax tỷ lệ nghịch với điện kháng ngắn mạch xn, xn càng nhỏ thì Mk và Mmax càng lớn

Theo sách “Thiết kế máy điện” thì chọn A/Bδ theo đường cong A/Bδ ở trang 219, nhưng nói chung các số liệu này ngày nay không còn phù hợp với xu thế tiết kiệm nguyên liệu và tiết kiệm năng lượng, ta nên tham khảo các tài liệu thiết kế của các nước có nền công nghiệp phát triển như Mỹ, Nhật Bản, Đức, Italia, v.v,

Theo [3] đưa ra phạm vi chọn Bδ tùy thuộc vào số đôi cực từ như sau:

290 A/cm ; Bδ = 0,7659T

b, Chọn khe hở không khí theo số đôi cực [2]

Khi chọn khe hở không khí δ ta cố gắng lấy nhỏ để dòng điện không tải nhỏ

và cosϕ cao, nhưng khe hở quá nhỏ làm cho việc chế tạo và lắp ráp thêm khó khăn,

rô to dễ sát cốt, khe hở nhỏ còn làm tăng thêm tổn hao phụ và điện kháng tản tạp của máy cũng tăng

Theo kết cấu thì khe hở phụ thuộc vào kích thước đường kính ngoài rôto, khoảng cách giữa hai ổ bi và đường kính trục Nguyên nhân là đường kính D ảnh hưởng đến dung sai lắp ghép của vỏ, nắp, lõi sắt, từ đó quyết định độ lệch tâm cho phép và lực từ một phía của máy Đường kính trục và khoảng cách giữa hai ổ bi quyết định độ võng của trục

Ngoài ra, khi chọn khe hở không khí, còn phải xét đến yếu tố sử dụng máy, máy làm việc ở chế độ bình thường, không có xung lực như quạt gió, bơm nước thì nên chọn khe hở nhỏ, với những tải có điều kiện làm việc nặng nề, có xung lực lớn như động cơ máy cán, động cơ rung có quả văng lệch tâm, động cơ máy búa rung, v.v, thì phải chọn khe hở không khí lớn hơn thông thường

Có thể dùng những công thức sau để chọn hệ số khe hở của không khí δ(mm):

Khi P ≤ 20 kW

1000

375 25 , 0 1000 25 ,

375 ) 2

9 1 (

=

δ

Với máy búa rung đóng cọc làm việc trong môi trường rung, có xung lực lớn, nên

để đảm bảo rô to tránh bị sát cốt, ta chọn khe hở không khí δ = 1,2 mm

c, Lựa chọn răng rãnh

Việc phối hợp răng, rãnh giữa stato và rôto có ý nghĩa quan trọng vì nếu chọn Z2hợp lý sẽ hạn chế được các mômen phụ đồng bộ, mômen phụ do sóng điều hòa bậc cao do đó giảm được nguy cơ gây rung và ồn [2]