Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha bằng phần mềm matlab trên giao diện guide (1)

ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN I MỤC LỤC II CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Tính cấp thiết đề tài .1 1.3 Nhiệm vụ, phạm vi đề tài .2 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Ứng dụng, nhu cầu thực tế đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 2.1 Nguyên lý làm việc kết cấu máy điện không đồng 2.1.1 Đại cương máy điện không đồng 2.1.2 Nguyên lý làm việc động không đồng .3 2.1.3 Cấu tạo động không đồng 2.1.4 Công dụng 10 2.1.5 Kết cấu máy điện 10 2.1 Những vấn đề chung thiết kế động không đồng 14 2.2.1 Ưu điểm 14 2.2.2 Khuyết điểm 14 2.2.3 Biện pháp khắc phục 15 2.2.4 Nhận xét 15 2.2.5 Tiêu chuẩn sản xuất động 15 2.2.6 Phương pháp thiết kế 15 2.2.7 Nội dung thiết kế 16 2.2.8 Các tiêu chuẩn động không đồng rôto lồng sóc 16 CHƯƠNG GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MATLAB 18 3.1 Sơ lược Matlab 18 3.1.1 Matlab 18 3.1.2 Cài đặt phần mềm Matlab 18 3.1.3 Khởi động thoát khỏi Matlab 25 3.2 Các phép toán Matlab 30 3.2.1 Các toán tử ký hiệu đặc biệt 30 3.2.2 Nhóm lệnh lập trình Mathlab 36 3.2.3 Các hàm toán học 41 3.2.4 Các phép tính đại số 47 iii 3.3 Tạo giao diện GUIDE/Matlab 59 3.3.1 Tạo GUIDE công cụ đồ họa 59 3.3.2 Một ví dụ tạo GUIDE 59 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN DÂY QUẤN STATOR ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 64 4.1 Trình tự tính tốn 64 4.1.1 Xác định tham số cần thiết cho việc tính tốn 64 4.1.2 Phỏng định số cực 2p thích ứng kết cấu lõi thép động 70 4.1.3 Lập biểu thức quan hệ từ thông qua cực từ () mật độ từ thơng qua khe hở khơng khí ( B  ) 72 4.1.4 Xác định quan hệ mật độ từ thông qua gông lõi thép stator (Bg) mật độ từ thông qua khe hở khơng khí ( B  ) 72 4.1.5 Xác định quan hệ mật độ từ thông qua stator (Br) mật độ từ thơng qua khe hở khơng khí ( B ) 74 4.1.6 Lập bảng quan hệ mật độ từ thơng qua khe hở khơng khí, mật độ từ thông qua gông lõi thép stator mật độ từ thông qua stator 75 4.1.7 Chọn kết cấu cho dây tính hệ số dây quấn kdq 76 4.1.8 Xác định tổng số vòng cho pha dây 82 4.1.9 Xác định tiết diện rãnh stator, chọn hệ số lấp đầy kld cho rãnh, suy đường kính dây quấn (d) khơng lớp men 83 4.1.10 Chọn mật độ dòng điện J suy dòng điện định mức (Iđmpha) qua pha dây 84 4.1.11 Dựa theo hiệu suất động (η) hệ số công suất (cosφ) để xác định công suất định mức (Pđm) cho động 85 4.1.12 Xác định chu vi khuôn (CV) khối lượng dây (Wdây) 91 4.2.Thí dụ tính tốn mẫu 92 CHƯƠNG ỨNG DỤNG MATLAB TRONG TÍNH TỐN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ 100 5.1 Giao diện chương trình cho giao diện 100 5.1.1 Giao diện 100 5.1.2 Viết chương trình cho giao diện 101 5.2 Tạo giao diện tính tốn viết chương trình cho giao diện tính tốn 102 5.2.1 Tạo giao diện tính tốn 102 5.2.2 Viết chương trình cho giao diện tính toán 103 5.3 Kết tính tốn phần mềm GUIDE/Matlab 114 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 116 6.1 Kết luận 116 iv 6.2 Kiến nghị 116 TÀI LIỆU THAM KHẢO 117 CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu chung Ngày nay, động điện sử dụng rộng rãi lĩnh vực đời sống xã hội, đặc biệt ngành công nghiệp sản xuất đại, nhiều lĩnh vực đời sống khơng thể thiếu động điện Vì vậy, loại động điện chế tạo ngày hoàn thiện Trong đó, động điện khơng đồng pha chiếm tỉ lệ lớn ngành cơng nghiệp, có nhiều ưu điểm bật như: giá thành thấp, dễ sử dụng, bảo quản đơn giản, chi phí vận hành bảo trì thấp… Vì vậy, yêu cầu thiết kế động điện phải đảm bảo chất lượng, độ tin cậy cao giá thành phải phù hợp Đi đơi với sử dụng việc bảo trì, sửa chữa động điện vấn đề cần thiết Tuy nhiên việc thiết kế động nói riêng động khơng đồng nói chung cịn qua nhiều bước tính tốn tay nhiều thời gian Vì cần có phương pháp tính tốn nhanh, xác Trong đề tài tốt nghiệp tơi trình bày cách thiết kế động không đồng ba pha phần mềm Matlab Trên giao diện thiết kế, ta việc nhập thơng số đầu vào việc tính tốn thơng số đầu ra, GUIDE/Matlab tính tốn cho 1.2 Tính cấp thiết đề tài Việc thiết kế động điện phải qua nhiều bước tính tốn, cụ thể để thiết kế động khơng đồng ba pha ta phải tính tốn dây quấn, rãnh stator, khe hở khơng khí, gơng rơto, tính tốn mạch từ tham số định mức…như động mà ta tính tốn lại nhiều thời gian độ xác khơng cao q trình tính tốn ta thường làm tròn số Trường hợp hay xảy động bị lý lịch hay động bị cháy dây quấn Vì đề tài Thiết kế động không đồng phần mềm Matlab cần thiết Trên giao diện GUIDE/Matlab, ta cần nhập thông số đầu vào nhấn nút tính tốn, phần mềm tự động tính tốn cho ta kết nhanh xác đầu Giúp tiết kiệm thời gian mà làm việc lại hiệu 1.3 Nhiệm vụ, phạm vi đề tài Nhiệm vụ đề tài thiết kế động không đồng ba pha phần mềm Matlab giao diện GUIDE phạm vi tính tốn thiết kế động khơng đồng ba pha phần mềm Matlab 1.4 Phương pháp nghiên cứu Tìm hiểu cấu tạo nguyên lý hoạt động động không đồng ba pha Thiết kế động với phương pháp thông thường, xác định thông số đầu vào, đầu cho động áp dụng vào cho chương trình Matlab Tạo giao diện sử dụng GUIDE/Matlab với giao diện thiết kế động không đồng bộ, viết chương trình cho GUIDE/Matlab thực việc thiết kế 1.5 Ứng dụng, nhu cầu thực tế đề tài Sau đề tài hồn thành, ứng dụng nhà máy chế tạo, xưởng sửa chữa động Với tính ưu việt nó, nhà sản xuất tiết kiệm thời gian chi phí cho việc thiết kế động (tính tốn dây quấn) mà đảm bảo xác CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 2.1 Nguyên lý làm việc kết cấu máy điện không đồng 2.1.1 Đại cương máy điện không đồng Máy điện không đồng kết cấu đơn giản, làm việc chắn, bảo quản thuận tiện, giá thành rẻ nên sử dụng rộng rãi lĩnh vực Nhất loại có cơng suất 100kW Động điện khơng đồng có loại: loại rơto lồng sóc loại rơto dây quấn Động điện khơng đồng rơto lồng sóc có cấu tạo đơn giản nhất, loại rơto lồng sóc đúc nhôm nên chiếm số lượng lớn loại có cơng suất nhỏ vừa Nhược điểm động khó điều chỉnh tốc độ dịng điện khởi động 6-7 lần dòng điện định mức Để bổ khuyết cho nhược điểm này, người ta chế tạo loại động khơng đồng rơto lồng sóc nhiều tốc độ dùng rơto rãnh sâu, lồng sóc kép để hạ dòng điện khởi động, đồng thời tăng mômen khởi động lên Động điện không đồng rơto dây quấn điều chỉnh tốc độ chừng mực định, tạo mơmen khởi động lớn mà dịng điện khởi động khơng cao Nhưng chế tạo khó khăn loại rơto lồng sóc có giá thành cao hơn, khó khăn việc bảo quản Hiện nước ta sản suất động không đồng theo dãy tiêu chuẩn Dãy động không đồng công suất từ 0.55 – 90kW ký hiệu K theo tiêu chuẩn Việt Nam 1987 – 1994 Ngồi tiêu chuẩn cịn có tiêu chuẩn TCVN 315 – 85, quy định dãy công suất động điện khơng đồng rơto lồng sóc từ 100kW – 1000kW, gồm có cơng suất: 110, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, va 1000kW Ký hiệu động điện khơng đồng rơto lồng sóc ghi theo ký hiệu tên gọi dãy động điện, ký hiệu chiều cao tâm trục quay, ký hiệu kích thước lắp đặt trục ký hiệu số trục 2.1.2 Nguyên lý làm việc động không đồng Động không đồng pha có phần chính: stator (phần tĩnh), rơto (phần quay) Stator gồm có lõi thép có chứa dây quấn pha Khi đấu dây quấn pha vào lưới điện pha, quấn có dịng điện chạy, hệ thống dịng điện tạo từ tường quay, quay với tốc độ: f1 n1 = 60* p (2.1) Trong đó: f1 : Là tần số nguồn điện p: Là số đôi cực từ dây quấn Phần quay nằm trục quay bao gồm lõi thép rôto Dây quấn rôto bao gồm số dẫn đặt rãnh mạch từ, hai đầu nối vành ngắn mạch Từ trường quay stator cảm ứng dây rôto sức điện động E, dây quấn stator kín mạch nên có dịng điện chạy Sự tác động tương hỗ dẫn mang dòng điện với từ trường máy tạo lực điện từ Fđt tác dụng lên dẫn có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái Tập hợp lực tác dụng lên dẫn theo phương tiếp tuyến với bề mặt rôto tạo mômen quay rôto Như vậy, ta thấy điện lấy từ lưới điện biến thành trục động Nói cách khác, động không đồng thiết bị điện từ, có khả biến điện lấy từ lưới điện biến thành trục Chiều quay rôto chiều quay từ trường, phụ thuộc vào thứ tự pha điện áp lưới đặt dây quấn stator Tốc độ rôto n2 tốc độ làm việc luôn nhỏ tốc độ từ trường trường hợp sảy cảm ứng sức điện động dây quấn rôto Hiệu số tốc độ quay từ trường rôto đặc trưng đại lượng gọi hệ số trượt s = n1  n2 n1 (2.2) Khi s = nghĩa n1 = n2, tốc độ rôto tốc độ từ trường, chế độ gọi chế độ không tải lý tưởng Ở chế độ không tải thực s  sức cản gió, ổ bi… Khi hệ số trượt s = 1, lúc rơto đứng n (n2 = 0), mômen mômen mở máy Hệ số trượt ứng với tải định mức gọi hệ số trượt định mức Tương ứng với hệ số trượt tốc độ định mức động Tốc độ động không đồng bằng: n2 = n1*(1-s) (2.3) Một đặc điểm quan trọng động không đồng dây quấn stator không nối trực tiếp với lưới điện, sức điện động dòng điện rơto có cảm ứng, người ta gọi động động cảm ứng Tần số dịng điện rơto nhỏ, phụ thuộc vào tốc độ trượt rôto so với từ trường f2  p n1  n2 p *n1 *(n1  n2 )   s * f1 60 60*n1 (2.4) Động khơng đồng làm việc chế độ máy phát điện ta dùng động khác quay với tốc độ cao tốc độ đồng bộ, đầu nối với lưới điện làm việc độc lập đầu kích tụ điện Động khơng đồng cấu tạo thành động pha Động pha tự mở máy được, để khởi động động pha cần phần tử khởi động tụ điện, điện trở… 2.1.3 Cấu tạo động không đồng Hình 2.1: Cấu tạo động khơng đồng Động không đồng cấu tạo chia thành hai loại: động không đồng ngắn mạch hay cịn gọi rơto lồng sóc loại rơto dây quấn Stator có hai loại 2.1.3.1 Stator (phần tĩnh) Stator bao gồm vỏ máy, lõi thép dây quấn - Vỏ máy Hình 2.2: Vỏ máy động Vỏ máy nơi cố định lõi thép, dây quấn đồng thời nơi ghép nối nắp hay gối đỡ trục Vỏ máy làm từ gang nhôm hay lõi thép Để chế tạo vỏ máy, người ta đúc, hàn, rèn Vỏ máy có hai kiểu: vỏ kiểu kín vỏ kiểu bảo vệ Vỏ kiểu kín u cầu phải có diện tích tản nhiệt lớn Vì người ta làm nhiều rãnh tản nhiệt thân máy Vỏ kiểu bảo vệ thường có bề mặt nhẵn, gió làm mát thổi trực tiếp bề mặt lõi thép vỏ máy Hộp cực nơi để đấu điện từ lưới điện vào Đối với động kiểu kín, hộp cực yêu cầu phải kín, thân cực vỏ máy với nắp hộp cực phải có gioăng cao su Trên vỏ máy phải có bulơng vịng để cẩu máy nâng hạ, vận chuyển bulông tiếp đất - Lõi thép Hình 2.3: Lõi thép Stator Lõi thép phần tử dẫn từ Vì từ trường qua lõi thép từ trường quay, nên để giảm tổn hao lõi thép làm từ théo kỹ thuật điện dày 0.5mm ép lại Yêu cầu lõi thép phải dẫn từ tốt, tổn hao sắt nhỏ chắn Mỗi thép kỹ thuật điện phủ sơn cách điện bề mặt để giảm tổn hao dòng điện xốy gây lên (dịng điện phucơ) - Dây quấn 103 Hình 5.2 Giao diện tính tốn 5.2.2 Viết chương trình cho giao diện tính tốn Để chương trình chạy theo yêu cầu thiết kế toán trên, ta viết chương trình sau: function varargout = TINHTOAN(varargin) gui_Singleton = 1; gui_State = struct('gui_Name', 'gui_Singleton', mfilename, gui_Singleton, 'gui_OpeningFcn', @TINHTOAN_OpeningFcn, 'gui_OutputFcn', @TINHTOAN_OutputFcn, 'gui_LayoutFcn', [] , 'gui_Callback', []); if nargin && ischar(varargin{1}) gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1}); 104 end if nargout [varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); else gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); end Function TINHTOAN_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin) handles.output = hObject; guidata(hObject, handles); function varargout = TINHTOAN_OutputFcn(hObject, eventdata, handles) varargout{1} = handles.output; function Dt_Callback(hObject, eventdata, handles) function Dt_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function L_Callback(hObject, eventdata, handles) function L_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function bg_Callback(hObject, eventdata, handles) function bg_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function Z_Callback(hObject, eventdata, handles) function Z_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) 105 if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function Kc_Callback(hObject, eventdata, handles) function Kc_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function Bsixma_Callback(hObject, eventdata, handles) function Bsixma_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function Udmpha_Callback(hObject, eventdata, handles) function Udmpha_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function d1_Callback(hObject, eventdata, handles) function d1_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function Npha1_Callback(hObject, eventdata, handles) function Npha1_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end 106 function Nb1_Callback(hObject, eventdata, handles) function Nb1_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function d_Callback(hObject, eventdata, handles) function d_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function dcd_Callback(hObject, eventdata, handles) function dcd_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function Pdm_Callback(hObject, eventdata, handles) function Pdm_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function Wday1_Callback(hObject, eventdata, handles) function Wday1_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function CV7_Callback(hObject, eventdata, handles) function CV7_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) 107 set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function CV8_Callback(hObject, eventdata, handles) function CV8_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function TINHTOAN_Callback(hObject, eventdata, handles) tinhtoan(handles) function d2_Callback(hObject, eventdata, handles) function d2_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function KldSB_Callback(hObject, eventdata, handles) function KldSB_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function J_Callback(hObject, eventdata, handles) function J_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function ni_Callback(hObject, eventdata, handles) function ni_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end 108 function GAMMA_Callback(hObject, eventdata, handles) function GAMMA_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function cosPHI_Callback(hObject, eventdata, handles) function cosPHI_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function edit23_Callback(hObject, eventdata, handles) function edit23_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end % - Executes on button press in THOAT function THOAT_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to THOAT (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) close; %TAO HAM TINH TOAN function tinhtoan(handles) % KHAI BAO BIEN TOAN CUC global Dt L bg br Z Kc Bsixma Udmpha d1 d2 KldSB J ni GAMMA cosPHI M % DUONG KINH TRONG LOI THEP STATOR Dt Dt=get(handles.Dt,'string'); Dt=str2num(Dt); %BE DAY LOI THEP 109 L=get(handles.L,'string'); L=str2num(L); %BE DAY GONG LOI THEP STATOR bg=get(handles.bg,'string'); bg=str2num(bg); % BE DAY RANH STATOR br=get(handles.br,'string'); br=str2num(br); % TONG SO RANH STATOR Z=get(handles.Z,'string'); Z=str2num(Z); % HE SO XEP CHAT CUA LOI THEP STATOR THUONG 0,93 DEN 0,95 Kc=get(handles.Kc,'string'); Kc=str2num(Kc); % Bsixma=get(handles.Bsixma,'string'); Bsixma=str2num(Bsixma); % DIEN AP DINH MUC PHA Udmpha=get(handles.Udmpha,'string'); Udmpha=str2num(Udmpha); d1=get(handles.d1,'string'); d1=str2num(d1); d2=get(handles.d2,'string'); d2=str2num(d2); h=get(handles.h,'string'); h=str2num(h); KldSB=get(handles.KldSB,'string'); KldSB=str2num(KldSB); J=get(handles.J,'string'); J=str2num(J); ni=get(handles.ni,'string'); ni=str2num(ni); gamma=get(handles.gamma,'string'); gamma=str2num(gamma); cosPHI=get(handles.cosPHI,'string'); cosPHI=str2num(cosPHI); %cv=get(handles.cv,'string'); cv=str2num(cv); % GAN CHUOI % TINH TOAN (DANG DAU RA) % dau % Udsao=sqrt(3)*Udmpha % dau tam giac % Uddelta=Udmpha %Npha1=(Dt-L)/pdm %Nb1=Npha1/2 % BUOC XÁC DINH SO CUC Pmin_1=(0.4*Dt)/bg if 2