Đồ án thiết bị điện

Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha rô to lống sóc, với các yêu cầu sau: Tính toán và xác định các kích thước chủ yếu của đông cơ. Tính toán dây quấn, rãnh stato và khe hở không khí. Tính toán dây quấn, rãnh và gong rô to. Tính toán mạch từ.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA KỸ THUẬT & CÔNG NGHỆ  ĐỒ ÁN THIẾT BỊ ĐIỆN Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Lớp: MSSV: Ths Thân Văn Thơng Nguyễn Vũ Hịa KTĐ K43A 4351170038 Bình Định, tháng 05 năm 2023 MỤC LỤC CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 1.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ .4 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Phân loại 1.1.3 Cấu tạo động không đồng 1.1.4 Khe hở .7 1.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.3 CÁC BƯỚC THIẾT KẾ 1.3.1 Thiết kế điện từ 1.3.2 Thiết kế kết cấu 1.3.3 Vật liệu thường dùng thiết kế 10 1.4 CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU 12 CHƯƠNG XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA MÁY 14 2.1 Số đôi cực p (p) .14 2.2 Đường kính ngồi stato ( ) 14 2.3 Đường kính stato (D) .14 2.4 Cơng suất tính tốn (P’) 14 2.5 Chiều dài lõi sắt stato ( ) 15 2.6 Bước cực ( ) 16 2.7 Lập phương án so sánh 16 2.8 Dòng điện pha định mức( ) 16 CHƯƠNG THIẾT KẾ STATO .17 3.1 Số rãnh stato 17 3.2 Bước rãnh stato .17 3.3 Số dẫn tác dụng rãnh .17 3.4 Số vòng dây nối tiếp pha dây stato 18 3.5 Tiết diện đường kính dây 18 3.6 Kiểu dây quấn 18 3.7 Hệ số dây quấn 18 3.8 Từ thông khe hở khơng khí .20 3.9 Mật độ từ thông khe hở khơng khí 20 3.10 Xác định sơ chiều rộng Stato 21 3.11 Xác đính sơ chiều cao gong .21 3.12 Kích thước rãnh cách điện 21 3.13 Chiều rộng stato 22 3.14 Chiều cao gông từ stato 23 3.15 Khe hở không khí 23 CHƯƠNG THIẾT KẾ RÔTO 24 4.1 Số rãnh rôto .24 4.2 Đường kính ngồi rôto 24 4.3 Bước rôto 24 4.4 Sơ định chiều rộng rôto 24 4.5 Đường kính trục rôto .24 4.6 Dịng điện dẫn rơto 25 4.7 Dòng điện vành ngắn mạch 25 4.8 Tiết diện dẫn nhôm .25 4.9 Tiết diện vành ngắn mạch .25 4.10 Kích thước rãnh rôto vành ngắn mạch 26 4.11 Diện tích rãnh rơto 26 4.12 Diện tích vành ngắn mạch .26 4.13 Bề rộng rang rôto 1/3 chiều cao 26 4.14 Chiều cao gông rôto 26 4.15 Làm nghiêng rãnh rôto .27 CHƯƠNG TÍNH TỐN MẠCH TỪ .28 5.1 Hệ số khe hở khơng khí 28 5.2 Dùng thép kĩ thuật cán nguội loại 2212 28 5.3 Sức từ động khe hở khơng khí 28 5.4 Mật độ từ thông stato 28 5.5 Cường độ từ trường stato 29 5.6 Sức từ động rãnh stato .29 5.7 Mật độ từ thông rôto 29 5.8 Cường độ từ trường rôto 29 5.9 Sức từ động rôto 29 5.10 Hệ số bảo hòa 30 5.11 Mật độ từ thông gông stato 30 5.12 Cường độ từ trường gông stato 30 5.13 Chiều dài mạch từ gông stato 30 5.14 Sức từ động gông stato .30 5.15 Mật độ từ thông gông rôto .30 5.16 Cường độ từ trường gông rôto 31 5.17 Chiều dài mạch từ gông rôto 31 5.18 Sức từ động gông rôto 31 5.19 Tổng sức từ động mạch từ 31 5.20 Hệ số bão hịa tồn mạch 31 5.21 Dòng điện từ hóa 31 CHƯƠNG THAM SỐ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 33 6.1 Chiều dài phần đầu nối dây quấn stato .33 6.2 Chiều dài trung bình vòng dây dây quấn stato 33 6.3 Chiều dài dây quấn pha stato .33 6.4 Điện trở tác dụng dây quấn stato 33 6.5 Điện trở tác dụng dây quấn rôto .34 6.6 Điện trở vành ngắn mạch 34 6.7 Điện trở rôto 34 6.8 Hệ số qui đổi 35 6.9 Điện trở rôto quy đổi 35 6.10 Hệ số từ dẫn tản stato 35 6.11 Hệ số từ dẫn tạp stato 36 6.12 Hệ số từ tản phần đầu nối 36 6.13 Hệ số từ tản đầu nối stato 36 6.14 Điện kháng dây quấn stato 37 6.15 Hệ số từ dẫn tản rãnh rôto .37 6.16 Hệ số từ dẫn tạp rôto .38 6.17 Hệ số từ tản phần đầu nối 38 6.18 Hệ số từ tản rãnh nghiêng 38 6.19 Hệ số từ tản rôto 38 6.20 Điện kháng tản dây quấn rôto .39 6.21 Điện kháng rôto quy đổi 39 6.22 Điện kháng hổ cảm .39 6.23 Tính lại k E 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO i CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 1.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.1.1 Khái niệm Động không đồng loại máy điện xoay chiều làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ quay roto n (tốc độ quay máy) khác với tốc độ quay từ trường quay n1 Hình 1 Động KĐB ba pha roto lồng sóc 1.1.2 Phân loại Theo kết cấu vỏ, máy điện khơng đồng chia làm kiểu sau: kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín, kiểu phịng nổ Theo kết cấu roto, máy điện không đồng chia làm hai loại: roto kiểu lồng sóc roto kiểu dây quấn Theo số pha dây quấn stato chia làm loại: pha, hai pha ba pha 1.1.3 Cấu tạo động không đồng Động không đồng cấu tạo chia làm hai loại: động khơng đồng roto lồng sóc động roto dây quấn 1.1.3.1 Stato (Phần tĩnh) Stato bao gồm vỏ máy, lõi thép dây quấn, hình Hình Stato động a Vỏ máy Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt dây quấn đồng thời nơi ghép nối nắp hay gối đỡ trục Vỏ máy làm gang, nhơm hay thép Để chế tạo vỏ máy người ta đúc, hàn, rèn Đối với vỏ máy có cơng suất tương đối lớn 1000 kW thường dùng thép hàn lại thành vỏ Vỏ máy có hai kiểu: vỏ kiểu kín vỏ kiểu bảo vệ Vỏ máy kiểu kín yêu cầu phải có diện tích tản nhiệt lớn người ta làm nhiều gân tản nhiệt bề mặt vỏ máy Vỏ kiểu bảo vệ thường có bề mặt ngồi nhăn, gió làm mát thổi trực tiếp bề mặt lõi thép vỏ máy b Lõi sắt Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt dây quấn đồng thời nơi ghép nối nắp hay gối đỡ trục Vỏ máy làm gang, nhơm hay thép Để chế tạo vỏ máy người ta đúc, hàn, rèn Đối với vỏ máy có cơng suất tương đối lớn 1000 kW thường dùng thép hàn lại thành vỏ Vỏ máy có hai kiểu: vỏ kiểu kín vỏ kiểu bảo vệ Vỏ máy kiểu kín yêu cầu phải có diện tích tản nhiệt lớn người ta làm nhiều gân tản nhiệt bề mặt vỏ máy Vỏ kiểu bảo vệ thường có bề mặt ngồi nhăn, gió làm mát thổi trực tiếp bề mặt ngồi lõi thép vỏ máy Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt dây quấn đồng thời nơi ghép nối nắp hay gối đỡ trục Vỏ máy làm gang, nhơm hay thép Để chế tạo vỏ máy người ta đúc, hàn, rèn Đối với vỏ máy có cơng suất tương đối lớn 1000 kW thường dùng thép hàn lại thành vỏ Vỏ máy có hai kiểu: vỏ kiểu kín vỏ kiểu bảo vệ Vỏ máy kiểu kín yêu cầu phải có diện tích tản nhiệt lớn người ta làm nhiều gân tản nhiệt bề mặt vỏ máy Vỏ kiểu bảo vệ thường có bề mặt ngồi nhăn, gió làm mát thổi trực tiếp bề mặt lõi thép vỏ máy c Dây quấn Dây quấn stato đặt vào rãnh lõi sắt cách điện tốt với lõi sắt Dây quấn đóng vai trị quan trọng máy điện trực tiếp tham gia q trình biến đổi lượng điện thành hay ngược lại, đồng thời mặt kinh tế giá thành dây quấn chiếm phần cao toàn giá thành máy 1.1.3.2 Phần quay (Roto) Roto động không đồng gồm lõi sắt, dây quấn trục (đối với động roto dây quấn cịn có vành trượt), hình Hình Stato động a Lõi sắt Lõi sắt roto bao gồm thép kỹ thuật điện stato, điểm khác biệt không cần sơn cách điện thép tần số làm việc roto thấp vài Hz, nên tổn hao dòng Fuco roto thấp Lõi sắt ép trực tiếp lên trục máy lên giá roto máy Phía ngồi lõi thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn roto b Dây quấn roto Roto có hai loại là: roto kiểu dây quấn roto kiểu lồng sóc - Roto kiểu dây quấn: roto có dây quấn giống dây quấn stato máy điện cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp bớt dây đầu nối, kết cấu dây quấn roto chặt chẽ Trong máy điện cỡ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm lớp Dây quấn ba pha roto thường đấu hình sao, cịn ba đầu nối vào ba vành trượt thường làm đồng đặt cố định đầu trục thông qua chổi than đấu với mạch điện bên Đặc điểm động roto kiểu dây quấn thơng qua chổi than đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch roto để cải thiện tính mở máy, điều chỉnh tốc độ cải thiện hệ số cơng suất máy Khi máy làm việc bình thường dây quấn roto nối ngắn mạch - Roto kiểu lồng sóc: kết cấu loại dây khác với dây quấn stato Trong rãnh lõi sắt roto đặt vào dẫn đồng hay nhôm dài khỏi lõi sắt nối tắt lại hai đầu hai vành ngắn mạch đồng hay nhôm làm thành lồng mà người ta gọi lồng sóc Dây quấn roto lồng sóc khơng cần cách điện với lõi sắt Để cải thiện tính mở máy, máy công suất tương đối lớn, rãnh roto làm thành rãnh sâu làm thành hai rãnh lồng sóc hay cịn gọi lồng sóc kép Trong máy điện cỡ nhỏ roto thường làm chéo góc so với tâm trục c Trục Trục máy điện mang roto quay lồng sóc, củng có chi tiết quan Trong máy điện tùy theo kích thước có thê chế tạo từ thép Cacbon từ đến 45 Trên trục roto có lõi thép, dây quấn, vành trượt quạt gió 1.1.4 Khe hở Vì roto khối tròn nên khe hở Khe hở máy điện không đồng nhỏ (từ 0,2 đến mm máy điện cỡ nhỏ vừa) để hạn chế dịng từ hóa lấy từ lưới vào cho hệ số cơng suất máy cao 1.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Nguyên lý làm việc động không đồng dựa vào hai định luật điện từ Định luật thứ định luật sức điện động cảm ứng dẫn có chiều dài l chuyển động với tốc độ v từ trường đứng yên có từ cảm B Đó định luật sở máy phát điện biến đổi thành điện Định luật thứ hai định luật lực điện từ tác dụng lên dẫn có chiều dài l có dịng điện I nằm từ trường có từ cảm B Vì hai định luật điện từ nói thuận nghịch nên máy điện quay làm việc thuận nghịch, nghĩa làm việc máy phát điện động điện Khi ta dòng điện ba pha tần số f vào ba dây quấn stato, tạo từ trường quay p đôi cực, quay với tốc độ Trong : Tần số nguồn điện : Số đôi cực từ dây quấn Từ trường quay cắt dẫn dây quấn roto, cảm ứng sức điện động Vì dây quấn roto nối ngắn mạch, nên sức điện động cảm ứng sinh dòng dẫn roto Lực tác dụng tương hỗ từ trường quay máy với dẫn mang dòng điện roto, kéo roto quay chiều quay từ trường với tốc độ n Hình từ trường quay tốc độ , chiều sức điện động dòng điện cảm ứng dẫn roto, chiều lực điện từ Hình Nguyên lý làm việc ĐC KĐB Tốc độ n máy nhỏ tốc độ từ trường quay tốc độ khơng có chuyển động tương đối, dây quấn roto khơng có sức điện động dòng điện cảm ứng, lực điện từ không Độ chênh lệch tốc độ từ trường quay tốc độ máy gọi tốc độ trượt Hệ số trượt tốc độ là: Khi roto đứng yên (n = 0), hệ số trượt s = 1; roto quay định mức s = 0,02 ÷ 0,06 Tốc độ động là: Trường hợp roto quay thuận với từ trường quay tốc độ nhỏ tốc độ đồng ( , hay ) Do (trong tốc độ quay từ trường tổng, n tốc độ quay roto) nên từ trường quét qua dẫn theo chiều quay từ trường chiều sức điện động sinh xác định theo quy tắc bàn tay phải Dòng điện sinh dây quấn roto chiều với sức điện động tác dụng với từ trường tổng khe hở, sinh lực F mômen M mà chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái Mômen kéo roto quay theo chiều từ trường quay Điện đưa tới roto biến thành trục, nghĩa máy điện làm việc chế độ động điện Nhưng máy làm việc chế độ n, n có chuyển động tương đối từ trường dây quấn roto dây quấn roto có dịng điện mơmen kéo roto quay Trường hợp roto quay thuận nhanh tốc độ đồng ( hay ) Dùng động cấp quay roto máy điện khơng đồng vượt tốc độ đồng Lúc chiều từ trường quay quét qua dây dẫn ngược lại, sức điện động dòng điện dây dẫn roto đổi chiều nên chiều mômen ngược với chiều quay , nghĩa ngược với chiều roto, nên mơmen hãm Máy biến tác dụng lên trục động điện, động sơ cấp kéo thành điện cung cấp cho lưới điện, nghĩa máy điện làm việc chế độ máy phát điện Trường hợp roto quay ngược với chiều từ trường quay (n < hay s > 1) Vì ngun nhân roto quay ngược chiều với chiều từ trường quay lúc chiều sức điện động, dịng điện mơmen giống lúc chế độ động điện Vì mơmen sinh ngược chiều quay roto nên có tác dụng hãm roto đứng lại Trong trường hợp này, máy vừa lấy điện lưới điện vào, vừa lấy từ phía roto Chế độ làm việc gọi chế độ hãm điện từ 1.3 CÁC BƯỚC THIẾT KẾ 1.3.1 Thiết kế điện từ Nhiệm vụ tính tốn điện từ động điện khơng đồng roto lồng sóc lựa chọn tính tốn kích thước lõi sắt stato, roto, kích thước dây quấn cho máy đạt tính mà tiêu chuẩn quy định Trong giai đoạn này, người thiết kế xác định phương án điện từ hợp lý, tính tay, nhờ vào máy tính Q trình tiến hành tính tốn, thiết kế thành phần sau: - Xác định kích thước chủ yếu - Thiết kế stato - Thiết kế roto - Xác định tham số động điện chế độ định mức - Tính tốn đặc tính làm việc khởi động - Tính tốn nhiệt, trọng lượng vật liệu tác dụng tiêu sử dụng 1.3.2 Thiết kế kết cấu Trong giai đoạn phải tiến hành tính tốn nhiệt để xác định kết cấu cụ thể phương thức thơng gió làm nguội, kết cấu cụ thể cách bôi trơn ổ đỡ, kết cấu thân máy nắp máy Để chế tạo động khơng đồng roto lồng sóc phải qua khâu thiết kế sau: