Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc với các số liệu cho sẵn

ĐƠ ÁN MÁY ĐIỆN Trang: KHOA ĐIỆN LỜI NĨI ĐẦU Trong công xây dựng đổi đất nước ngày phát triển cao lĩnh vực, công nghiệp, giao thông dịch vụ sống hàng ngày.Xã hội không ngừng phát triển,sinh hoạt cua nhân dân không ngừng nâng cao nên cần phát triển nhiều loại máy điện mới.Do có kết cấu đơn giản,dễ chế tạo,làm việc chắn,hiệu suất cao giá thành hạ nên đông không đồng sử dụng rộng rãi nhất.Trong cơng ngiệp,động khong địng dùng làm nguồn động lực cho máy cản,máy công cụ công nghiệp nhẹ…trong nông nghiệp dùng làm máy bơm,máy gia công nông sản…và dịch vụ hàng ngày,nó chiếm vị trí quan trọng dùng cho máy quay đĩa,quạt gió ,động cho tủ lạnh thiết bị khác Theo phát triển sản xuất điện khí hóa tự động hóa sản xuất,đời sống số lĩnh vực khác.Phạm vi ứng dụng máy điện nói chung động khơng đồng nói riêng ngày rộng rãi thông dụng động khơng đồng rotor lồng sóc có cơng suất vừa nhỏ,vì so với loại động khác có ưu điểm bất hơn,ngồi làm việc gây tiếng ồn khơng gây cản nhiễu vơ tuyến.Nhưng có số nhược điểm mơ men mở máy nhỏ,dòng điện mở máy lớn,điều chỉnh tốc độ khó khăn.Do khơng thể khởi động trực tiếp hay làm việc số trường hợp tải cần mô men lớn tốc độ lớn.Để khắc phục nhược điểm người ta chế tạo loại động khơng đồng rotor lịng sóc Trong thời gian học môn máy điện em giao nhiệm vụ thiết kế động không đồng ba pha rotor lồng sóc với số liệu cho sẵn.Bản thiết kế bao gồm phần sau: Phần 1.Giới thiệu chung động không đồng Chương Nguyên lý làm việc kết cấu máy điện khơng địng GVHD: Nguyễn Anh Tuấn SVTH: Bùi Sỹ Hảo ĐÔ ÁN MÁY ĐIỆN Trang: KHOA ĐIỆN Chương Những vấn chung thiết kế động không đồng pha rotor lịng sóc Phần Thiết kế tính tốn động khơng đồng rotor lịng sóc Chương Tính tốn kích thước động Chương Tính tốn thơng số dây quấn Chương Tính tốn thơng số mạch từ Chương Tính tốn tham số động chế độ định mức Chương Tính tốn tổn thất động Chương 6.Vẽ vẽ tổng lắp ráp Trong thời gian làm đồ án vừa qua , với cố gắng nổ lực thân với giúp đỡ bảo tận tình thầy giáo môn Thiết kế máy điện, đặc biệt giúp đỡ tận tình thầy giáo hướng dẫn Nguyễn Anh Tuấn,em hoàn thành xong thiết kế Trong trình thiết kế đồ án, với kiến thức hạn chế nên đồ án khó tránh khỏi khiếm khuyết Em mong nhận nhận xét,góp ý thầy giáo để thiết kế em hoàn chỉnh Em xin gửi đến thầy giáo hướng dẫn Nguyễn Anh Tuấn thầy cô giáo môn Thiết Kế Máy Điện lòng biết ơn sâu sắc Vinh, ngày 31 tháng 12 năm 2009 Sinh viên Bùi Sỹ Hảo GVHD: Nguyễn Anh Tuấn SVTH: Bùi Sỹ Hảo ĐÔ ÁN MÁY ĐIỆN Trang: KHOA ĐIỆN PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ KẾT CẤU MÁY ĐIỆN KHƠNG ĐỒNG BỘ I Đại cương máy điện khơng đồng Máy điện không đồng kết cấu đơn giản, làm việc chắn, sử dụng bảo quản thuận tiện, giá thành rẽ nên sử dụng rộng rãi kinh tế quốc dân, loại công suất 100 kW Động điện không đồng rơto lồng sóc cấu tạo đơn giản nhất loại rơto lồng sóc đúc nhơm) nên chiếm số lượng lớn loại động công suất nhỏ trung bình Nhược điểm động điều chỉnh tốc độ khó khăn dịng điện khởi động lớn thường 6-7 lần dòng điện định mức Để bổ khuyết cho nhược điểm này, người ta chế tạo đông không đồng rôto lồng sóc nhiều tốc độ dùng rơto rãnh sâu, lồng sóc kép để hạ dịng điện khởi động, đồng thời tăng mômen khởi động lên Động điện không đồng rơto dây quấn điều chỉnh tốc tốc độ chừng mực định, tạo mơmen khởi động lớn mà dịng khởi động khơng lớn lắm, chế tạo có khó so với với loại rơto lồng sóc, giá thành cao hơn, bảo quản khó Động điện không đồng sản xuất theo kiểu bảo vệ IP23 kiểu kín IP44 Những động điện theo cấp bảo vệ IP23 dùng quạt gió hướng tâm đặt hai đầu rôto động điện Trong động rơto lồng sóc đúc nhơm cánh quạt nhơm đúc trực tiếp lên vành ngắn mạch Loại động điện theo cấp bảo vệ IP44 thường nhờ vào cánh quạt đặt ngồi vỏ máy để thổi gió mặt ngồi vỏ máy, tản nhiệt có với loại IP23 bảo dưỡng máy dễ dàng GVHD: Nguyễn Anh Tuấn SVTH: Bùi Sỹ Hảo ĐÔ ÁN MÁY ĐIỆN Trang: KHOA ĐIỆN Hiện nước sản xuất động điện không đồng theo dãy tiêu chuẩn Dãy động không đồng công suất từ 0,55-90 KW ký hiệu K theo tiêu chuẩn Việt Nam 1987-1994 ghi bảng 10-1 (Trang 228 TKMĐ) Theo tiêu chuẩn này, động điện không đồng dãy điều chế tạo theo kiểu IP44 Ngồi tiêu chuẩn cịn có tiêu chuẩn TCVN 315-85, quy định dãy công suất động điện khơng đồng rơto lồng sóc từ 110 kW-1000 kW, gồm có cơng suất sau: 110,160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800 1000 kW Ký hiệu động điện không đồng rôto lồng sóc ghi theo ký hiệu tên gọi dãy động điện, ký hiệu chiều cao tâm trục quay, ký hiệu kích thước lắp đặt dọ trục ký hiệu số trục II Nguyên lý làm việc động không đồng Động khơng đống ba pha có hai phần chính: stato (phần tĩnh) rơto (phần quay) Stato gồm có lõi thép có chứa dây quấn ba pha Khi đấu dây quấn ba pha vào lưới điện ba pha, dây quấn có dịng điện chạy, hệ thống dòng điện tao từ trường quay, quay với tốc độ: n1 60 * f1 p Trong đó: -f1: tần số nguồn điện -p: 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 hai vành ngắn mạch GVHD: Nguyễn Anh Tuấn SVTH: Bùi Sỹ Hảo ĐÔ ÁN MÁY ĐIỆN Trang: KHOA ĐIỆN n1 N1 Fdt n2 n2 Fdt s1 n1 Hình 1.1 Từ trường quay stato cảm ứng dây rơto sức điện động E, dây quấn stato kín mạch nên có dịng điện chaỵ Sự tác dụng tương hổ 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 măt rôto tạo mômen quay rôto Như vậy, ta thấy điện lấy từ lưới điện biến thành trục động Nói cách khác, động khơng đồng thiết bị điện từ, có khả biến điện lấy từ lưới điện thành đưa trục Chiều quay rơto chiều quay từ trường, phụ thuộc vào thứ tự pha điện áp lưới đăt dây quấn stato Tốc độ rôto n2 tốc độ làm việc luôn nhỏ tốc độ từ trường trường hợp xảy 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: s n1  n2 n1 GVHD: Nguyễn Anh Tuấn SVTH: Bùi Sỹ Hảo ĐÔ ÁN MÁY ĐIỆN Trang: KHOA ĐIỆN Khi s=0 nghĩa n1=n2, tốc độ rôto tốc độ từ trường, chế độ gọi chế độ khơng tải lý tưởng (khơng có sức cản lên trục) Ở chế độ khơng tải thực, s0 có sức cản gió, ma sát ổ bi … Khi hệ số trượt s=1, lúc rơto đứng n (n 2=0), momen trục momen mở máy Hệ số trượt ứng với tải định mức gọi hệ số trựơt định mức Tương ứng với hệ số trượt gọi tốc độ động gọi tốc độ định mức Tốc độ động không đồng bằng: n2 n1 * (1  s ) Một đăc điểm quan trọng động không đồng dây quấn stato không nối trực tiếp với lưới điện, sức điện động dịng điện rơto có cảm ứng, người ta gọi động động cảm ứng Tần số dòng điện rơto nhỏ, phụ thuộc vào tốc độ trựơt rôto so với từ trường: f2  p * n1  n2 p * n1 * (n1  n2 )  s * f1 60 60 * n1 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 địện Nó 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 có phần tử khởi động tụ điện, điện trở … III Cấu tạo động không đồng GVHD: Nguyễn Anh Tuấn SVTH: Bùi Sỹ Hảo ĐÔ ÁN MÁY ĐIỆN Trang: KHOA ĐIỆN Động không đồng cấu tạo chia làm hai loại: động khơng đồng ngắn mạch hay cịn gọi rơto lồng sóc động dây quấn Stato có hai loại Ở phần luận văn nghiên cứu động không đồng rôto lồng sóc Stato (phần tĩnh) Stato bao gồm vỏ máy, lõi thép dây quấn - Vỏ máy Vỏ máy nơi cố định lõi sắt, dây quấn đồng thời nơi ghép nối nắp hay gối đỡ trục Vỏ máy làm gang nhơm 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 máy kiểu kín u 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 nhẵn, gió làm mát thổi trực tiếp bề mặt lõi thép vỏ máy Hộp cực nơi để dấu điện từ lưới vào Đối với động kiểu kín hộp cực yêu cầu phải kín, thân hộp cực vỏ máy với nắp hộp cực phải có giăng cao su Trên vỏ máy cịn có bulon vòng để cẩu máy nâng hạ, vận chuyển bulon tiếp mát - Lõi sắt Lõi sắt phần dẫn từ Vì từ trường qua lõi sắt từ trường quay, nên để giảm tổn hao lõi sắt làm thép kỹ thuật điện dây 0,5mm ép lại Yêu cầu lõi sắt phải dẫn từ tốt, tổn hao sắt nhỏ chắn Mỗi thép kỹ thuật điện có phủ sơn cách điện bề mặt để giảm tổn hao dòng điện xốy gây nên (hạn chế dịng điện phuco) - Dây quấn GVHD: Nguyễn Anh Tuấn SVTH: Bùi Sỹ Hảo ĐÔ ÁN MÁY ĐIỆN Trang: KHOA ĐIỆN Dây quấn stator đặt vào rãnh lõi sắt cách điện tốt với lõi sắt Dây quấn đóng vai trị quan trọng máy điện trực tiếp tham gia 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 Phần quay (Rôto) Rôto động không đồng gồm lõi sắt, dây quấn trục (đối với động dây quấn cịn có vành trượt) - Lõi sắt Lõi sắt rôto bao gồm thép kỹ thuật điện stator, điểm khác biệt không cần sơn cách điện thép tần số làm việc rơto thấp, vài Hz, nên tổn hao dòng phuco rôto thấp Lõi sắt ép trực tiếp lên trục máy lên giá rôto máy Phía ngồi lõi thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn rôto - Dây quấn rôto Phân làm hai loại chính: loại rơto kiểu dây quấn loại rơto kiểu lồng sóc + Loại rơto kiểu dây quấn Rơto có dây quấn giống dây quấn stato Máy điện kiểu trung bình trở lên dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp, bớt dây đầu nối, kết cấu dây quấn rôto chặt chẽ Máy điện cỡ nhỏ dùng dây quấn đồng tâm lớp Dây quấn ba pha rơto thường đấu hình Đặc điểm loại động kiểu dây quấn thơng qua chổi than đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch rơto để cải thiện tính mở máy ,điều chinh tốc độ hay cải thiện hệ số công suất máy + Loại rôto kiểu lồng sóc GVHD: Nguyễn Anh Tuấn SVTH: Bùi Sỹ Hảo ĐƠ ÁN MÁY ĐIỆN Trang: KHOA ĐIỆN Kết cấu loại dây quấn khác với dây quấn stato Trong rãnh lõi sắt rôto, đặt dẫn đồng hay nhôm dài khỏi lõi sắt nối tắt lại hai đầu hai vòng ngắn mạch đồng hay nhôm Nếu rôto đúc nhôm vành ngắn mạch cịn có cánh khốy gió Rơto đồng chế tạo từ đồng hợp kim có điện trở suất cao nhằm mục đích nâng cao mơmen mở máy Để cải thiện tính mở máy, máy có cơng suất lớn, người ta làm rãnh rơto sâu dùng lồng sóc kép Đối với máy điện cỡ nhỏ, rãnh rôto làm chéo góc so với tâm trục Dây quấn lồng sóc khơng cần cách điện với lõi sắt - Trục Trục máy điện mang rơto quay lịng stato, chi tiết quan trọng Trục máy điện tùy theo kích thước chế tạo từ thép Cacbon từ đến 45 Trên trục rơto có lõi thép, dây quấn, vành trượt quạt gió Khe hở Vì rơto khối tròn nên khe hở Khe hở máy điện không đồng nhỏ (0,21 mm máy cỡ nhỏ vừa) để hạn chế dịng từ hóa lấy từ lưới vào, nhờ hệ số cơng suất máy cao IV Công dụng Máy điện không đồng máy điện chủ yếu dùng làm động điện Do kết cấu đơn giản, làm việc chắn, hiệu cao, giá thành rẻ, dễ bảo quản … Nên động không đồng loại máy điện sử dụng rộng rãi ngành kinh tế quốc dân với công suất vài chục W đến hàng chục kW Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng làm nguồn động lực cho máy GVHD: Nguyễn Anh Tuấn SVTH: Bùi Sỹ Hảo ĐÔ ÁN MÁY ĐIỆN Trang: 10 KHOA ĐIỆN cán thép loại vừa nhỏ, động lực cho máy công cụ nhà máy công nghiệp nhẹ… Trong hầm mỏ dùng làm máy tưới hay quạt gió Trong nơng nghiệp dùng làm máy bơm hay máy gia công nông phẩm Trong đời sống hàng ngày, máy điện không đồng chiếm vị trí quan trọng quạt gió, quay đĩa động tủ lạnh, máy giặt, máy bơm … loại rơto lồng sóc Tóm lại phát triển sản suất điện khí hóa, tự động hóa sinh hoạt ngày, phạm vi máy điện không ngày rộng rãi Máy điện khơng đồng dùng làm máy phát điện, đặc tính khơng tốt so với máy điện đồng bộ, nên vài trường hợp (như q trình điện khí hóa nơng thơn) cần nguồn điện phụ hay tạm thời có ý nghĩa quan trọng V Kết cấu máy điện Mặc dù kích thước phận vật liệu tác dụng đặc tính máy phụ thuộc phần lớn vào tính tốn điện từ tính tốn thơng gió tản nhiệt, có phần liên quan đến kết cấu máy Thiết kế kết cấu phải đảm bảo cho máy gọn nhẹ, thơng gió tản nhiệt tốt mà có độ cứng vững độ bền định Thường vào điều kiện làm vệc máy để thiết kế kết cấu thích hợp, sau tính tốn phận để xác định độ cứng độ bền chi tiết máy Vì thiết kế kết cấu phần quan trọng tòan thiết kế máy điện Máy điện có nhiều kiểu kết cấu khác Sở dĩ nguyên nhân sau: - Có nhiều loại máy điện cơng dụng khác máy chiều, máy đồng bộ, máy không đồng v v… yêu cầu kết cấu máy cũmg khác Công suất máy khác nhiều Ở máy công suất nhỏ giá đỡ trục đồng thời nắp máy Đối với máy lớn phải có trục đỡ riêng GVHD: Nguyễn Anh Tuấn SVTH: Bùi Sỹ Hảo