Thiet ke dong co khong dong bo roto day quan 1 10130

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động không đồng rôto dây quấn Lời nói đầu Trong sản xuất hiƯn cđa nỊn kinh tÕ qc d©n hiƯn ứng dụng động điện vào việc truyền động cấu để tạo nguyên công nhằm tạo sản phẩm phục vụ cho đời sống ngời phổ biến Động điện không đồng rôto dây quấn nói riêng động không đồng nói chung có kết cấu đơn giản, làm việc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ loại động đợc sử dụng rộng rÃi nghành kinh tế quốc dân với dải công suất rộng từ vài chục tới hàng nghìn kilooat Trên sở môn học thiết kế máy điện em xin đợc trình bày thiết kế gồm có ba phần : Phần 1: Thiết kế điện từ Phần 2: Thiết kế kết cấu Phần 3: Thiết bị công nghệ chế tạo rôto dây quấn máy điện quay Sau thêi gian lµm viƯc díi sù híng dÉn tËn tình thầy Nguyễn Trung C em đà hoàn thành thiết kế Tuy nhiên, hiểu biết kiến thức hạn chế nên thiết kế chắn nhiều sai sót Em mong đợc thông cảm bảo thày cô để em hoàn thiện Em xin gửi lời chân thành cảm ơn đến tất thầy cô môn thầy cô trờng đại học Bách khoa Hà nội đà nhiệt tình dạy em năm qua Phần I Thiết kế điện từ Chơng Đại cơng máy điện không đồng 1.1 Phân loại -Theo kết cấu vỏ, máy điện không đồng chia thành kiểu sau: kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín, kiểu phòng nổ, v.v Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động không đồng rôto dây quấn +Kiểu hở trang bị bảo vệ tiếp xúc ngẫu nhiên phận quay phận mang điện, trang bị bảo vệ vật bên rơi vào máy Theo cấp bảo vệ loại IP00 Loại đợc chế tạo theo kiểu tự làm nguội Loại thờng đặt nhà, có ngời trông coi không cho ngời đến gần +Kiểu bảo vệ có bảo vệ chống tiếp xúc ngẫu nhiên phận quay hay mang điện, bảo vệ vật nớc rơi vào theo góc độ khác Loại thờng tự thông gió Theo cấp bảo vệ kiểu thuộc cấp bảo vệ từ IP11 đến IP33 +Kiểu kín loại máy mà không gian bên máy môi trờng bên đợc cách ly Tùy theo mức độ kín mà cấp bảo vệ từ IP44 trở lên Kiểu kín thờng tự thông gió cách thổi gió mặt vỏ hay thông gió độc lập cách đa gió vào máy đờng ống Thờng dùng loại ë m«i trêng nhiỊu bơi, Èm ít, v.v… -Theo kÕt cấu rôto, máy điện không đồng chia làm hai loại: loại rôto kiểu dây quấn loại rôto kiểu lồng sóc -Theo số pha dây quấn stato chia thành loại: pha, hai pha ba pha 1.2 Kết cấu Máy điện không đồng bao gồm phận phần tĩnh hay stato phần quay hay rôto Phần tĩnh hay stato Trên stato máy điện không đồng có vỏ, lõi sắt dây quấn a Vỏ máy Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt dây quấn, không dùng để làm mạch dẫn từ Thờng vỏ máy làm gang Tuỳ theo cách làm nguội mà vỏ đợc chế tạo dạng khác Loại gang đúc đợc phân làm hai loại: loại có gân loại gân Loại gân thờng dùng máy điện cỡ nhỏ kiểu kín, lúc lng lõi sắt áp sát vào mặt vỏ truyền nhiệt trực tiếp lên vỏ máy Loại có gân có đặc điểm lúc gia công, tốc độ cắt gọt chậm nhng phôi liệu bỏ loại có gân Đối với máy có công suất tơng đối lớn ( 1000kW ) thờng dùng thép hàn lại làm thành vỏ b Lõi sắt Lõi sắt phần dẫn từ Vì từ trờng qua lõi sắt từ trờng quay nên để giảm tổn hao, lõi sắt đợc làm thép kĩ thuật điện dày 0,5 mm ép lại Khi đờng kính lõi sắt stato nhỏ 990 mm dùng tròn ép Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động không đồng rôto dây quấn lại Khi đờng kính lớn 1000 mm phải dùng hình rẻ quạt ghép lại thành khối tròn Mỗi thép kĩ thuật điện có phủ sơn cách điện bề mặt để giảm tổn hao dòng điện xoáy gây nên Nếu lõi sắt ngắn 25 đến 30 cm ghép lại thành khối Nếu lõi sắt dài trị số thờng ghép thành thếp ngắn, thếp dài đến cm, đặt cách cm để thông gió cho tốt c Dây quấn Dây quấn stato gồm nhiều phần tử nối với theo quy luật Phần tử đay bối dây đợc đặt vào rÃnh lõi sắt đợc cách điện tốt với lõi sắt.Bối dây quấn xó thể vòng dây (đợc gọi dây quấn kiểu dẫn , bối dây thờng đợc chếtạo dạng 1/2 phần tử tiết diện thờng lớn) , có nhiều vòng dây (tiết diện nhỏ gọi qây quấn kiểu vòng dây).Số vòng dây bối, số bối pha cách nối lại phụ thuộc vào công suất, điện áp, tốc độ, điều kiện làm việc máy trình tính toán điện từ Yêu cầu dây quấn nh sau: 1.Điện áp ba pha dây quấn ba pha , điện áp ba pha lệch 1200 góc độ điện 2.Điện trở điện kháng mạch song song ba pha 3.Có thể đấu thành mạch song song cách dễ dàng cần thiết 4.Dùng vật liệu dây dẫn điện nhất.Phần đầu nối ngắn tốt để thu ngắn chiều dài máy đỡ tốn vật liệu 5.Dễ chế tạo sửa chữa 6.cách điện vòng dây, pha với đất tốn chắn 7.Kết cấu chắn, chịu đợc ứng lực máy bị ngắn mạch đột ngột hay khởi động Phần quay hay rôto Phần gồm hai phận lõi sắt dây quấn a Lõi sắt Ngời ta dùng thép kĩ thuật điện giống nh stato Lõi sắt đợc ép trực tiếp lên trục máy lên giá rôto máy Phía thép có xẻ rÃnh để đặt dây quấn b Rôto dây quấn rôto Rôto có hai loại là: rôto kiểu dây quấn rôto kiểu lồng sóc Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động không đồng rôto dây quấn - Loại rôto kiểu dây quấn: Rôto có dây quấn giống nh dây quấn stato Trong máy điện cỡ trung bình trở lên thờng dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp bớt đợc dây đầu nối, kết cấu dây quấn rôto chặt chẽ Trong máy điện cỡ nhỏ thờng dùng dây quấn đồng tâm lớp Dây quấn ba pha rôto thờng đấu hình sao, ba đầu đợc nối vào ba vành trợt thờng làm đồng đợc đặt cố định đầu trục thông qua chổi than đấu với mạch điện bên Đặc điểm loại động điện rôto kiểu dây quấn thông qua chổi than đa điện trở phụ hay sức điện động phụ vào mạch điện rôto để cải thiện tính mở máy, điều chỉnh tốc độ cải thiện hệ số công suất máy Khi máy làm việc bình thờng dây quấn rôto đợc nối ngắn mạch - Loại rôto kiểu lồng sóc: Kết cấu loại dây quấn rôto khác với dây quấn stato Trong rÃnh lõi sắt rôto đặt dẫn đồng hay nhôm dài khỏi lõi sắt đợc nối ngắn mạch hai đầu hai vành ngắn mạch đồng hay nhôm làm thành lồng mà ngời ta quen gọi lồng sóc Dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt Để cải thiện tính mở máy, máy công suất tơng đối lớn, rÃnh rôto làm thành dạng rÃnh sâu làm thành hai rÃnh lồng sóc hay gọi lồng sóc kép Trong máy điện cỡ nhỏ rÃnh rôto thờng đợc làm chéo góc so với tâm trục c Khe hở Vì rôto khối tròn nên khe hở Khe hở máy điện không đồng nhỏ để hạn chế dòng điện từ hoá lÊy tõ líi vµo vµ nh vËy míi cã thĨ làm cho hệ số công suất máy cao Các lợng định mức Máy điện không đồng có trị số định mức đặc trng cho điều kiện kỹ thuật máy Các số nhà máy thiết kế, chế tạo quy định đợc ghi nhÃn máy Vì máy điện không đồng chủ yếu làm việc chế độ động điện nên nhÃn máy ghi trị số định mức động điện tải định mức Các trị số thờng bao gồm: công suất định mức đầu trục P đm (kW hay W), dòng điện dây định mức I dm (A), điện áp dây định mức U dm (V), cách đấu dây ( Y hay ), tốc độ quay định mức nđm ( vg/ph ), hiệu suất định mức đm hệ số công suất định mức cosđm, Công dụng máy điện không đồng 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 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động không đồng rôto dây quấn nên động không đồng loại máy đợc dùng rộng rÃi nghành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng nghìn kilôoat Trong công nghiệp thờng dùng máy điện không đồng làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa nhỏ, động lực cho máy công cụ nhà máy công nghiệp nhẹ, v.vTrong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió Trong nông nghiệp dùng để làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm Trong đời sống hàng ngày, máy điện không đồng chiếm vị trí quan trọng: quạt gió, máy quay đĩa, động tủ lạnh, v.v Tóm lại theo phát triển sản xuất điện khí hoá, tự động hoá sinh hoạt hàng ngày, phạm vi ứng dụng máy điện không đồng ngày rộng rÃi Tuy vậy, máy điện không đồng có nhợc điểm nh sau: cos máy thờng không cao đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt nên ứng dụng máy điện không đồng có phần bị hạn chế Máy điện không đồng dùng làm máy phát điện nhng đặc tính không tốt so với máy phát điện đồng bộ, nên số trờng hợp cần nguồn điện phụ hay tạm thời có ý nghĩa quan trọng Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động không đồng rôto dây quấn Chuơng Tính toán điện từ 2.1.Tính toán kích thớc chủ yếu 2.1.1.Tìm hiểu chung Những kích thớc chủ yếu máy điện không đồng đờng kính stato chiều dài lõi sắt l Mục ®Ých cđa viƯc tÝnh to¸n lùa chän kÝch thíc chđ yếu để chế tạo đựơc máy điện có tính kinh tế hợp lý mà tính phù hớp với tiêu chuẩn nhà nớc.Tính kinh tế máy vật liệu sử dụng chế tạo máy mà sét đến trình chế tạo nhà máy nh khuôn dập, vật đúc, kích thớc đợc tiêu chuẩn hoá Tra bảng P1.3 Các thông số kĩ thuật động 4A (trang 236)sách Tính toán thiết kế hệ dẫn động khí Trịnh Chất Lê Văn Uyển với động không đồng có công suất P=90kW, 2p=4, nđb=1500vg/ph ta tra đợc kiểu động nh sau: 4A250M4, cos =0,91 vg/ph; mmax=2,2 2.1.2.Lùa chän tÝnh to¸n c¸c kÝch thíc chđ yếu a.Các số liệu định mức 1.Công suất định mức: Pđm=90 kW =0 ,93 ; nđm=1480 2.Điện áp định mức: Uđm=220/380 V đấu / 3.Tần số: f=50 Hz 4.Tốc độ đồng bộ: nđb=1500[vòng /phút] 5.Kiểu máy : kiểu bảo vệ IP23 6.Chế độ làm việc: liên tục 7.Cấp cách điện : cấp B 8.Số đôi cực : p=60f/nđb=60.50/1500=2 9.Dòng điện pha định mức: P 103 1= m1 U η® m cosφ ®m , A (2.1) Trong : m1 -là số pha dây quấn stato; P - công suất định mức động cơ(kW); I1- dòng điện pha định mức dây quấn stato(A); U1- điện áp pha định mức đặt vào dây quấn stato(V); Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động không đồng rôto dây quấn đ m - hiệu suất định mức động cơ; cos đm - hệ số công suất định mức động Thay số ta cã: 90.10 I1= 3.220.0.93.0,91 = 161,129 A b.X¸c định kích thớc chủ yếu 10.Công suất tính toán : k E Pdm P’ = ηdm cos ϕ dm kVA (2.2) Trong : P - công suất tính toán(kVA); E kE= U =0,98 tra hình 10-2 (trang 231) sách Thiết Kế Máy Điện Trần Khánh Hà Nguyễn Hồng Thanh (TKMĐ ); Pđm- công suất định mức động cơ(kW); đ m - hiệu suất động cơ; cosđm - hệ số công suất định mức máy; Thay số ta đợc: 0,98.90 P= 0,93.0,91 = 104,22 kVA 11.Đờng kính stato: Từ công suất động không đồng rôto dây quấn ta tra sách TKMĐ đợc chiều cao tâm trục máy h= 250 mm Ta tra bảng 10.3 sách(TKMĐ) đợc Dn = 43,7 cm 12.§êng kÝnh cđa stato: D = Dn.kD cm (2.3) =(0,64 ~ 0,68).43,7=(27,968~29,716) cm Trong ®ã: kD = 0,64 ~ 0,68 , tra bảng 10.2 sách TKMD ta chọn D =29,7 cm 13.Bớc cực stato: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động không đồng rôto dây quấn D = 2p , cm (2.4) Trong ®ã : τ - bớc cực(cm); D đờng kính stato, D=29,7 cm (®· tÝnh ë mơc 12) ; p – số đôi cực từ , p=2 Thay số ta cã: π 29,7 τ = =23,3145 cm 14.ChiÒu dài lõi sắt stato: 6,1 P' 10 l = αδ k s k d Α Βδ D2 ndb cm (2.5) Trong ®ã : P công suất tính toán , P=104,22 kVA (®· tÝnh ë mơc ); αδ α δ = 0,64; - hÖ sè xung cùc tõ , chän k S - hƯ sè d¹ng sãng , chän k S = 1,11; k d1 – hƯ sè d©y qn stato, lấy kd1 = 0,92; với máy có chiều cao tâm trục h= 180 250 mm thờng chọn dây quấn hai lớp đặt vào rÃnh nửa kín kd = 0,91 0,92 ta chọn kd1= 0,92 A - tải đờng(A/cm); B - từ cảm qua khe hở không khí (T); Tra hình 10-3 (trang 234) sách TKMĐ có: A=430 A/cm ; =0 74 T ; D -®êng kÝnh stato , D=29,7 cm (®· chän ë mơc 12) ; n®b - tèc ®é ®ång bé(v/ph); 60f n®b = Thay sè ta ®ỵc : p 60.50 = 1500 , v/ph = (2.6) 6,1 104 ,22 10 lδ = 0,64 ,11 0, 92 430.0 ,74 29 ,7 1500 ≈23,1 cm Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động không đồng rôto dây quấn Trong máy điện không đồng bộ, chiều dài lõi sắt l =250~300 mm việc tản nhiệt không khó khăn nên lõi thép ép thành khối Do lõi sắt phần ứng stato ngắn nên làm thành khối với việc rÃnh thông gió làm mát quạt gió Chiều dài toàn lõi sắt stato đợc chọn bằng: l1= l =23 cm 15.Lập phơng án so s¸nh : lδ 23 λ = τ = 23,3145 0,9865 (2.7) dÃy động không đồng , công suất 110 kW 2p =4 có đờng kính (cùng chiều cao tâm trục h) với máy công suất 90 kW 2p =4 Hệ số tăng công suất máy : = P110 110 = = P90 90 1,2222 λ 110 = γ λ 90 =1,2222.0,9865 =1,2 Theo h×nh 10- 3b , hai hƯ sè λ 110 , λ 90 ®Ịu n»m phần gạch chéo nh hình 10-3b sách TKMĐ (trang 235) nên việc chọn phơng án cã tÝnh kinh tÕ cao 2.2.ThiÕt kÕ stato vµ khe hở không khí 2.2.1.Tìm hiểu dây quấn lõi sắt stato Việc chọn kiểu dây quấn kiểu rÃnh stato đợc vào số cách sau đây: +Stato máy điện xoay chiều thờng dùng loại rÃnh 1/2 kÝn , 1/2 hë vµ r·nh hë R·nh 1/2 kín thờng dùng stato máy công suất đến 100 kW điện áp đến 690 V.Có thể dùng dây quấn lớp, hai lớp, dây quấn phân tán đợc cấu tạo từ phần tử mền , tiết diện tròn +Căn vào điện áp chiều cao tâm trục để chọn loại dây quấn ; với điện áp U ¿ 660 V , chiỊu cao t©m trơc h 160 mm chọn dây quấn đồng tâm đặt vào rÃnh 1/2 kín.Với h=180 250 mm dùng dây quấn hai lớp đặt vào rÃnh 1/2 kín.Với h đặt vào rÃnh 1/2 hở 280 mm, dùng dây quấn hai lớp phần tử cứng Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động không đồng rôto dây quấn Với máy thiết kế có P=90 kW ,chiều cao tâm trục h=250 mm , điện áp dây quấn stato Uđm=380 V chọn dây quấn hai lớp đặt vào rÃnh 1/2 kín Lõi sắt stato máy điện không đồng thờng làm thép kỹ thuật điện Trong máy có chiều cao tâm trục h 250 mm thêng dïng thÐp 2211 hay thÐp 2212 , h=280 355 mm dïng thÐp 2312 cã phđ s¬n bỊ mặt h 400 mm điện áp 6000V dùng thép 2411 phủ sơn bề mặt Với máy thiết kế ta dùng thép có mác 2212 để chế tạo lõi sắt stato 2.2.2.Tính toán dây quấn lõi sắt stato: 16.Chọn số rÃnh pha dới mét cùc : q1=4 thiÕt kÕ d©y quÊn stato cần phải xác định số rÃnh pha dới cực q1 Nên chọn q1 khoảng từ ¿ Thêng lÊy q1=3 ¿ Víi m¸y công suất nhỏ tốc độ thấp , lấy q = Máy tốc độ cao, công suất lớn cã thĨ chän q1=6 Chän q1 nhiỊu hay Ýt cã¶nh hởng đến số rÃnh stato Z1 Số rÃnh không nên nhiều quá, nh diện tích cách điện rÃnh chiém chỗ so với số rÃnh nhiều , hệ số lợi dụng rÃnh Mặt khác , phơng diện độ bền mà nói , yếu,ít làm cho dây quấn phân bố không bề mặt lõi sắt nên sức từ động phần ứng có nhiều sóng bậc cao.Trị số q1 nên chọn số nguyªn 17.Sè r·nh stato: Z1=2.m1.p.q1 = 2.3.2.4 =48 r·nh (2.8) Trong ®ã : Z1- sè r·nh stato ; m số pha động cơ, m=3; p số đôi cực từ động cơ, p =2; q1- lµ sè r·nh cđa mét pha díi mét cùc, q1=4 18.Bớc stato: D t1= Z , cm (2.9) Trong : t1- bớc rÃnh stato(cm); D đờng kính stato, D=29,7 cm; Z1 số rÃnh stato, Z=48 rÃnh (đà tính mục 17) Thay số ta đợc : 29,7 t1= 48 ¿ 1,943cm