PHÇN I THIÕT KÕ §éng c kh«ng ®ång bé roto lång sãc ThiÕt kÕ m¸y ®iÖn 1 PHÇN I THIÕT KÕ §éng c¬ kh«ng ®ång bé roto lång sãc CH¦¥NG 1 X¸C §ÞNH KÝCH TH¦íC CHñ YÕU §èi víi ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé th× ®[.]
Thiết kế máy điện PHầN I: THIếT Kế Động không đồng roto lồng sóc CHƯƠNG : XáC ĐịNH KíCH THƯớC CHủ YếU Đối với động điện không đồng đờng kính (D) chiều dài lõi thép (l) stato kích thớc chủ yếu Những kích thớc đợc tính chọn sở đảm bảo cho động đợc chế tạo có tính kinh tế cao, đồng thời có tính phù hợp thoả mÃn tiêu kỹ thuật mà nhà nớc qui định Tính kinh tế động không vật liệu sử dụng để chế tạo mà xét đến trình chế tạo nhà máy Chọn kích thớc chủ yếu phải phù hợp với điều kiện công nghệ nh khuôn dập, vật đúc, chi tiết gia công khí, chi tiết tiêu chuẩn hoá Tuy nhiên phạm vi thiết kế tốt nghiệp, công việc tính chọn kích thớc chủ yếu động dựa sở đảm bảo thoả mÃn tiêu chuẩn kỹ thuật mà nhà nớc qui định Khi tính toán D l phải dựa vào số đợc gọi số máy điện (hằng số Arnold) đợc biĨu diƠn bëi c«ng thøc sau: D2 l δ n 6,1 107 C A= = α δ kS kd A Bδ p' D vµ l tỉ lệ định trọng lợng giá thành, đặc tính kinh tế kỹ thuật nh độ tin cậy làm việc động Vì việc xác định kích thớc chủ yếu D l khâu việc thiết kế Từ số máy điện ta thấy D l phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh: tốc độ đồng bộ, công suất điện từ, tải điện từ vật liệu tác dụng Để xác định D l trớc tiên ta cần xác định yếu tố 1.1 Số ®«i cùc tõ (p) - Ta cã hƯ sè k D phụ thuộc vào số đôi cực Vì để chọn k D ta phải tính số đôi cực - Số đôi cực từ: 60 f p= Trong đó: f1: Tần số định mức n1: Tốc độ đồng n1 60 50 = 1500 = ThiÕt kÕ m¸y ®iƯn - Sè cùc cđa m¸y : 2p = x = (cực) 1.2 Xác định đờng kính lõi thép stato (Dn): -Khi xác định kết cấu động không đồng đ êng kÝnh D D vµ ngoµi Dn cđa stato có mối quan hệ định theo hệ số K D = D n Quan hƯ nµy phơ thuộc vào số đôi cực Mặt khác, đờng kính Dn có liên quan đến chiều rộng cuộn tôn kỹ thuật điện chiều cao tâm trục máy h đà đợc tiêu chuẩn hóa - Trớc hết ta xác định ®êng kÝnh ngoµi Dn theo chiỊu cao h - Theo bảng IV.1 phụ lục IV dÃy công suất, chiều cao tâm trục động roto lồng sóc kiểu IP44 theo tiªu chn TCVN - 1987- 1994 TL[1], Víi P = 3kW, 2p = ta chän h = 112 (mm) - Víi h = 112 (mm) theo b¶ng 10.3 TL[1], ta chọn đờng kính stato tiêu chuẩn Dn = 19,1 (cm) 1.3 §êng kÝnh stato (D) Đờng kính stato xác định theo công thức : D = kD.Dn Theo b¶ng 10.2 TL[1] , víi 2p = 4, chän kD = 0,64 ¿ 0,68 +Víi Dn = 19,1 (cm) D = k D ¿ Dn = ( 0,64 0,68 )x 191 = ( 122,24 129,98 ) (mm) Chän D = 12,3 (mm) 1.4 C«ng suất điện từ tính toán (P)) k E Põm P' = η cos ϕ kE lµ hƯ sè chØ quan hệ điện áp đặt vào sức điện ®éng sinh ®éng c¬, øng víi Dn = 19,1cm 2p = theo hình 10 -2 TL[1] tra đợc kE = 0,965 ,cos ,n hiệu suất,hệ số công suất tốc độ đồng Với Dn =19,1 Tra bảng 10.1,TL [1] ta đợc : η=82% , cos ϕ=0,83 Suy ra: kE P 0,965×3 P/ = η cos ϕ = 0,82×0,83 = 4,2536 (KVA) Thiết kế máy điện 1.5 Chiều dài tính toán cđa lái s¾t ( lδ ): lδ = 6,1 107 P¿ α δ k s k d A Bδ D n Víi : α δ : hÖ sè cung cùc tõ k s : hƯ sè sãng kd : HƯ sè d©y quấn A: Tải đờng B : Mật độ từ thông khe hở không khí k phụ thuộc vào mức độ bÃo hoà k mạch từ s Z + Mà = 0,71 k = 1,12, k =1,24 (Theo hình 4.7 + Sơ chọn : S Z TL[1].) + Vì dây quấn lớp có kết cấu đơn giản nên thờng dùng cho động có công suất nhở 10kw.Với dây quấn lớp ta có k d =0, 95ữ0, 96 ta chän kd = 0,95 + A vµ B δ phơ thc vµo Dn , 2p ViƯc chän A , B có ảnh hởng lớn đến kích thớc chủ yếu D , l máy điện Đứng mặt tiết kiệm vật liệu nên cho A B lớn, A B lớn tổn hao đồng thép tăng lên làm động nóng, ảnh hởng đến tuổi thọ máy.Do chọn A B cần xét đến chất liƯu cđa vËt liƯu sư dơng, nÕu sư dơng vËt liƯu s¾t tõ tèt ( cã tỉn hao Ýt hay ®é tõ thÈm cao ) th× cã thĨ chän A lín Ngoµi ra, tØ sè A vµ B δ cịng ảnh hởng đặc tính làm việc khởi động động A đặc trng cho mạch điện B đặc trng cho mạch từ Với 2p=4, Dn =19,1 theo hình 10.2b TL[1] tra đợc: B = 0,87 (T) A = 250 (A/cm) n : Tèc ®é ®ång bé n =1500 (vßng / phót): tèc ®é đồng động - Do chiều dài lõi sắt stato là: 6,1ì107 ì4 ,2536 = ,71×1,12×0 ,95×250×0 ,87×12 ,3 ×1500 lδ LÊy l δ = (cm) 1.6 Bíc cùc ( τ ) = 6,9586 (cm) Thiết kế máy điện Bớc cực đợc xác định theo công thức : D 3,14ì12,3 = 2p = = 9,65 (cm) V× l δ = (cm) chiều dài lõi sắt ngắn, việc tản nhiệt không khó khăn nên lõi sắt ép thành khối, chiều dài tính toán lõi sắt phần ứng khe hở không khí chiều dài lõi sắt Vậy chiều dài lõi sắt stato rôto là: l1 = l2 = l = (cm) Cũng giống nh động khác, nên việc chän kÝch thíc chđ u D vµ lδ cho mét động nhóm trị số Vì thiết kế phảI vào tình trạng sản xuất mà tiến hành so sánh phơng án cách toàn diện để đợc phơng án kinh tế hợp lý Quan hệ D l đợc biểu thị quan hệ: l = lδ λ - HÖ sè kinh tÕ: = = 9,65 = 0,725 Trong dÃy động không ®ång bé roto lång sãc kiĨu IP44 cÊp c¸ch ®iƯn B, với động P = 3kW, 2p = có đờng kính Dn (nghĩa chiều cao tâm trục h) có động P = kW, 2p = 4 γ= =1 ,33 Ta có hệ số tăng công suất máy Do = l máy có công suÊt P = 4kw, 2p = lµ: λ =γ λ 3=1, 33 0, 725=0, 96 Theo h×nh 10 3a TL[1] nằm phạm vi kinh tế nên ta chọn thông số hợp lý 1.7 Dòng điện pha định mức (I1) Dòng điện pha định mức máy đợc xác định theo công thức sau: P 10 I1 = U cos U1: điện áp pha cđa líi U1= 220 (V) P, η , cos : công suất , hiệu suất hệ số công suất máy P = (kW) Thiết kế máy điện = 82 % Cos ϕ = 0,83 Thay vµo: 3.10 I1 = 3.220.0,82.0,83 = 6,68 (A) Thiết kế máy điện CHƯƠNG : XáC ĐịNH DÂY Quấn, RÃNH STATO Và KHE Hở KHÔNG KHí *Chọn rÃnh stato thiết kế dây quấn stato cần phải xác định số rÃnh pha díi mét cùc tõ (q1), thêng ta lÊy q1 =3ữ4 động có công suất nhỏ Chọn q1 nhiều hay ảnh hởng đến số rÃnh stato (Z 1) Số rÃnh không nên nhiều, nh diện tích cách điện chiếm chỗ so với rÃnh nhiều hơn, hệ số lợi dụng rÃnh đi, mặc khác phơng diện độ bền yếu làm dây quấn phân bố không bề mặt lõi thép, nên sức từ động phần øng cã nhiỊu sãng bËc cao, ®ã khã chän hệ số dây quấn thích hợp để triệt tiêu sóng bậc cao Trị số q nói chung nên chọn số nguyên nh cải thiện đặc tính làm việc có khả giảm đợc tiếng kêu động Trong thiết kế dÃy động điện, thờng ta muốn lợi dụng số khuôn dập rÃnh để dập tôn dùng đợc cho nhiều máy khác Vì muốn có trị số q phù hợp với động khác nhau, ta chọn q1 tuỳ ý đợc 2.1 số rÃnh stato(Z1): - số rÃnh pha dới bớc cùc q1 Chän q1 = - m lµ sè pha, m = - Sè r·nh stato: Z1 = 2m.p.q1 = 2.3.2.3 = 36(r·nh) 2.2 Bíc r·nh stato (t1) t1= π.D Z1 3, 14×12 ,3 =1, 07 ( cm ) = 36 2.3 Sè dÉn t¸c dơng cđa rÃnh (ur1) Số dẫn rÃnh xác định theo c«ng thøc: ur = A t a1 I1 250×1 ,07×1 =40 68 Chän a1 = 1: số mạch nhánh song song Lấy ur1 = 40 (vòng) 2.4 Số vòng dây nối tiếp pha (w1) Số vòng dây nối tiếp pha xác định nh sau: = W 1= p q1 ur 2ì3ì40 = =240 a1 (vòng) Thiết kế máy điện 2.5 Chọn kích thớc dây dẫn: - Mn chän kÝch thíc d©y dÉn tríc hÕt ta phải chọn mật độ dòng điện J dây dẫn, vào dòng định mức để ta tính tiết diện cần thiết Dựa vào h = 112 (mm), Dn =19,1 (cm), 2p = ta chän tØ lệ suất tải nhiệt máy AJ = 1850 A2/cm, theo hình 10.4 TL[1] - Mật độ dòng điện: J 1= - Tiết diện dây sơ bộ: S = AJ 1850 = =7,4( A /mm2 ) A 250 I1 , 68 = =0 ,9027 (mm ) a1 n1 J 1ì1ì7,4 n1 : số sợi ghÐp song song, chän n1 = Theo phô lôc VI, bảng VI.1 TL[1] Chọn dây đồng tráng men PETV có kích thớc sau đây: + Tiết diện dây: 0,9027 (mm2) + Đờng kính dây cha kể cách điện: d = 1,08 (mm) + Đờng kính dây kể cách điện: dcđ = 1,16 (mm) Động có h = 112cm, ta chọn dây quấn lớp bớc đủ đặt vào rÃnh kín - Bớc cực : khoảng cách hai cực kế tiếp, tính b»ng sè r·nh Z 36 = =9 y1 = = p - HƯ sè bíc r·i: α 30 sin q1 sin 2 kr= = =0 , 96 α 30 q sin sin 2 - góc độ điện hai rÃnh kề nhau: p 360 360 α= = =200 Z1 36 - HƯ sè d©y qn: kd =kr = 0,96 2.6 Tõ th«ng qua khe hë kh«ng khÝ ( φ ) - Từ thông khe hở không khí xác định theo c«ng thøc sau: Φ= k E U , 965×220 = =0 , 00411(Wb) k s k d f W 4×1, 12ì0 ,96ì50ì240 Thiết kế máy điện 2.7 Mật độ tõ th«ng khe hë kh«ng khÝ ( Bδ ) - Mật độ từ thông khe hở không khí xác định theo c«ng thøc: Bδ= Φ 10 α δ τ l1 0,00411.10 = =0,85 (T ) 0, 71.9, 65 2.8 Sơ định chiều rộng (bZ1) - Sơ chiều rộng stato xác định theo công thức sau: bZ1 = B lδ t1 B z l1 k c = 0,85ì7ì1,07 =0,54( cm) 1,77ì7ì0,95 Do lõi thép ngắn nên việc tản nhiệt không khó khăn, lâi thÐp kh«ng cã r·nh th«ng giã híng kÝnh, chiều dài tính toán lõi thép l chiều dài thực lõi thép stato l1 Bz1: mật độ từ thông stato, ứng với động có chiều cao tâm trục h= ( 50ữ132 ) mm sè cùc 2p = th× B Z 1= (1 , 75÷1 , 95 ) T , ta chän BZ1 = 1,77T kC: HƯ sè Ðp chỈt HƯ sè Ðp chặt lõi cực từ quan hệ chiều dài phần thép với chiều dài thực lõi thép Hệ số phụ thuộc vào áp suất ép chặt lõi thép, độ không đồng bề dày thép, chiều dày lớp sơn cách điện chiều dày lõi thép Khi chiều dày lõi thép không ( 14ữ15 ) cm không cần phủ sơn Lõi thép stato động không đồng đợc làm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm Ta chọn kC = 0,95 2.9 Sơ định chiều cao gông stato (h)g1) - Sơ chiều cao gông xác định nh sau: 4 Φ.10 ¿ ,00411.10 h g1 = B g l1 k c = 2×1,6×7×0 ,95 =1 ,93(cm) Bg1: mật độ từ thông gông stato, với chiều cao tâm trục h= ( 50ữ132 ) mm , 2p = 4, kiểu máyIP44, Bg1 = ( 1,45ữ1,6 ) T , ta chän Bg1 = 1,6T 2.10 Chän kích thớc rÃnh cách điện: Kích thớc rÃnh cách điện rôto xác đinh nh sau: + b41 = dc® + 1,5 = 1,16 + 1,5 = 2,66 (mm) + h41 = ( 0,4÷0,8 ) ; chän h41 = 0,6 (mm) d , 26 h12=h r1 − −h 41=14 , 7− −0,6=10 , 47 ( mm ) 2 D −D 19 ,1−12, hr = n −h' g = −1 ,93=14 , 7( mm) 2 + Thiết kế máy điện ( D n + h g1 )−b'z1 Z , 14 ( 123−2×0,6 ) −5,4 36 d 1= = =6 ( mm ) Z −π 36−3 , 14 + + d 2= π ( D+2 h41 )−b'z1 Z Z 1+ π = , 14 ( 191+2×19 , )−5,4×36 =7 ,26 ( mm ) 36 +3 ,14 H×nh 2.1: KÝch thíc r·nh stato Theo bảng VIII.1 phụ lục VIII chọn chiều dày cách điện rÃnh là: c = 0,25 mm , Chiều dày cách điện phía miệng rÃnh cm = 0,35 mm - DiƯn tÝch r·nh trõ nªm:(chän hn = 2,5 mm) πd 22 d +d πd 21 + ( h12−hn )+ 8 S 'r = - , 14 , 26 6+7 , 26 ,14 + (10 , 47−2,5)+ =87 , 65 ( mm ) 8 DiÖn tích cách điện rÃnh : S cd = = d (2 ) +2 h12+2 h 41 c + πd cm (3,2 14 ,26 +2.10 ,47+2 0,6) 0,25+32 ,14 0,35 =11,68 ( mm ) = Thiết kế máy điện - 10 Diện tích có Ých cña r·nh : ¿ S r =Sr − Sc = 87,65-11,68= 75,97 (mm2) - Hệ số lấp đầy rÃnh: k® = u r n1 d cd 40 1 ,16 = =0 ,708 Sr 75 , 97 TrÞ sè cđa hƯ sè lÊp đầy k đ nên lấy khoảng ( 0,7ữ0 , 75 ) hợp lý, kđ không nên lấy 0,8 nh đặt dây quấn vào khó khăn dễ làm cho dây bị xây xát, kđ nhỏ nhỏ không lợi dụng triệt để đợc rÃnh động làm việc lực điện từ dây bung làm h hỏng cách điện dây 2.11 Bề rộng stato (bZ1) - Bề rộng rôto xác định nh sau: b¿Z1 = π ( D+2 h41 +d ) −d Z1 , 14 ( 123+2 0,6+ ) ¿ b Z1 = −6=5 ,35(mm ) 36 b //Z1 = π ( D+2 ( h12 +h41 ) ) −d Z1 , 14 ( 123+2 ( 10 , 47+0,6 ) ) b //Z1 = −7 ,26=5 , 39(mm ) 36 ¿ // b +b ,35+5 ,39 b z 1= z z = =5 , 37(mm ) 2 2.12 ChiỊu cao g«ng stato (hg1) h g1 = Dn −D −hr − d2 191−123 , 26 h g1 = −14 , 7− =18 ,1(mm ) 2.13 khe hë kh«ng khÝ ( δ ) Khi chän khe hë kh«ng khÝ δ ta cố gắng lấy nhỏ để dòng không tải nhỏ cos ϕ cao Nhng khe hë nhá lµm cho viƯc chế tạo lắp ráp thêm khó khăn, stato dễ chạm với roto làm tăng thêm tổn hao phụ điện kháng tản tạp động tăng lên Việc chọn khe hở không khí chủ yếu dựa vào c«ng thøc kinh nghiƯm: δ=0 , 25+ D 1000