Lời nói đầu Cùng với phát triển không ngừng xà hội, đời sống sinh hoạt nhân dân ngày đợc nâng cao, cần thiết phát triển loại máy điện Tốc độ phát triển ngành công nông nghiệp, ngày đòi hỏi phát triển tơng xứng ngành công nghiệp điện lực ngành chế tạo máy điện cần đáp ứng yêu cầu cao Đồng thời nhu cầu sử dụng điện ngày phát triển lĩnh vực, đời sống sinh hoạt ngời Do ngày cần thiết phát triển nhiều loại máy điện có tính kỹ thuật nh công suất cao Đặc biệt động điện đợc sử dụng ngày nhiều ngành công nghiệp, nông nghiệp, thủ công nghiệp, thiết bị tự động, loại truyền động thiết bị gia dụng Nh động điện dùng làm nguồn động lực cho loại thiết bị điện công suất nhỏ lớn Trong tất loại động điện động không đồng rôto lồng sóc loại động đợc sử dụng rộng rÃi công nghệ chế tạo đơn giản, giá thành hạ, dễ sử dụng, vận hành đơn giản, dễ bảo dỡng sửa chữa Hiện nay, phơng pháp thiết kế tối u loại động không đồng rôto lồng sóc đợc thực máy tính Đây phơng pháp toán học đà đợc dùng rộng rÃi khoa học kỹ thuật Nhng để thực đợc thiết kế tự động cần hiểu rõ phơng pháp thiết kế tính toán thông thờng đây, để tính toán thiết kế cho động không đồng rôto lồng sóc ba pha Trong trình tập tính toán thiết kế, thời gian, tài liệu trình độ có hạn nên không tránh khỏi sai sót xin đợc thầy, cô lợng thứ góp ý để tập thiết kế đợc hoàn chỉnh Trong thời gian tËp tÝnh to¸n thiÕt kÕ, nhê sù híng dÉn nhiệt tình co Nguyễn Hồng Thanh thầy cô môn TBĐ - TĐ em đà hoàn thành tập thiết kế em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quý báu Hà Nội, ngày tháng năm 2007 Sinh viên: Phạm Quang Thiện Giới thiệu động không đồng rôto lồng sóc Kết cấu động điện rôto Máy điện không đồng loại máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làm động điện Do kết cấu đơn giản, làm việc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên động không đồng vộ rôto lồng sóc loại máy đợc dùng rộng rÃi ngành 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.v hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió Trong nông nghiệp dùng làm máy bơm 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 hóa, tự động hóa sinh hoạt hàng ngày, phạm vi ứng dụng máy điện không đồng ngày rộng rÃi lồng sóc đơn giản, không đợc nh động điện rôto dây quấn Dòng điện mở máy thờng lớn mà mômen mở máy lại không lớn Để cải thiện đặc tính mở máy động điện rôto lồng sóc, ngời ta đà chế tạo nhiều kiểu đặc biệt dùng nhiều động điện rôto rÃnh sâu rôto hai lồng sóc hay lồng sóc kép Động điện rôto rÃnh sâu lợi dụng tợng từ thông tản rÃnh rôto gây nên tợng hiệu ứng mặt dòng điện để cải thiện đặc tính mở máy Để tăng hiệu ứng mặt rÃnh rôto có hình dáng vừa hẹp, vừa sâu, thờng tỷ lệ chiều cao chiều rộng rÃnh vào khoảng 10 đến 12 Thanh dẫn đặt rÃnh coi nh gồm nhiều nhỏ đặt xếp lên theo chiều cao hai đầu đợc nối ngắn mạch lại hai vành ngắn mạch, điện áp hai đầu mạch song song nhau, phân phối dòng điện mạch phụ thuộc vào điện kháng tản chúng Khi mở máy lúc đầu dòng điện dây quấn rôto cã tÇn sè lín nhÊt b»ng tÇn sè líi f1 từ thông tản biến thiên theo tần số Kết việc dòng điện tập trung lên trên, tiết diện tác dụng dây dẫn coi nh bị nhỏ điện trở rôto tăng lên nh làm cho mômen mở máy tăng lên Mặt khác dòng điện tập trung lên làm giảm tổng từ thông móc vòng ít, nghĩa x2 nhỏ Hiệu ứng mặt dòng điện phụ thuộc vào tần số hình dáng rÃnh, mở máy tần số cao, hiệu ứng mặt mạnh Khi tốc độ máy tăng lên, tần số dòng điện rôto giảm xuống nên hiệu ứng mặt giảm đi, dòng điện phân bố lại đặn dòng điện trở rôto r coi nh nhỏ trở lại, điện kháng tản quy đổi rôto tần số lới x2 tăng lên, đến máy làm việc bình thờng tần số dòng điện rôto thấp khoảng đến Hz tợng hiệu ứng mặt hầu nh không có, động điện rÃnh sâu thực tế có đặc tính làm việc nh máy loại thờng Trong trình mở máy động điện, mômen mở máy đặc tính chủ yếu đặc tính mở máy động điện Muốn cho máy quay đợc mômen mở máy động điện phải lớn mômen tải tĩnh Theo yêu cầu nhà máy sản xuất, động điện không đồng lúc làm việc thờng phải mở máy ngừng máy nhiều lần Tùy theo tính chất tải tình hình lới điện mà yêu cầu mở máy động điện mở máy có cần hai Những yêu cầu đòi hỏi động điện phải có tính mở máy thích ứng Những yêu cầu đòi hỏi động điện phải có tính mở máy thích ứng Trong nhiều trờng hợp, phơng pháp mở máy hay chọn động điện có tính mở máy không thích đáng nên thờng hỏng máy Nói chung mở máy động cần xét đến yêu cầu sau: + Phải có mômen mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính tải + Dòng điện mở máy nhỏ tốt + Phơng pháp mở máy thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền, chắn + Tổn hao công suất trình mở máy thấp tốt Tính toán thiết kế động không đồng ba pha rôto lồng sóc Pđm = 200kW U®m = 220/380V p=1 f = 50Hz % = 92,5 cos = 0,9 ik® = Mk® = 1; Mmax = 1,9 Kiểu bảo vệ IP23, cách điện cấp F A KÝch thíc chđ u: Tèc ®é ®ång bộ: nđb (v/ph) Ta có: số đôi cực p = 2p = Tõ c«ng thøc: 60.f p= n1 n1 = 60 50 = 3000 (v/ph) Trong đó: f1 = 50Hz Đờng kính stato Theo giáo trình thiết kế máy đinệ PGS Trần Khánh Hà PTS Nguyễn Hồng Thanh, động điện không đồng rôto lồng sóc có: Với P = 200 kW, 2p = ta chän h = 315 mm = 31,5 cm (theo hình 10-1) Theo (bảng 10.3 trang 230 TKMĐ) với h = 20 cm có đờng kính stato tiêu chuẩn: Dn = 34,9cm Đờng kính stato: Theo (bảng 10.2 trang 230 TKMĐ) có kD = 0,52 0,57 D = kD Dn = (0,52 0,57) 59 = 30,68 33,63cm C«ng suÊt tÝnh to¸n: P'= k E Pdm ,99 200 =237 , 83 ( kVA ) η cosϕ ,925 0,9 = Trong ®ã: kE = 0,99 lấy theo (hình 10-2 trang 231 TKMĐ) Pđm = 200kV = 0,925 cos = 0,9 ChiỊu dµi tính toán lõi sắt stato: Sơ chọn: kd = 0,91 (hƯ sè d©y qn) =0,64 π LÊy = (hÖ sè xung cùc tõ) π ks = √ = 1,11 (hƯ sè sãng h×nh sin) kz = 1,2 (hệ số bÃo hòa răng) Theo (hình 10-3a trang 233 TKM§) ta chän: A = 680 (A/cm) B = 0,81T 6,1 10 P ' lδ = α δ k s k d A Bδ D n Trong ®ã: P' = 237,83 kVA a = 0,64 (hÖ sè cung cùc tõ) kd = 0,91 (hƯ sè d©y qn) A = 680 A/cm (tải đờng) B = 0,81T (mật độ tõ th«ng khe hë kh«ng khÝ) D = 59 cm (®êng kÝnh stato) n1 = 3000 v/ph 6,1 10 P ' lδ = α δ k s k d A Bδ D n = 6,1 107 237 , 83 0, 91 680 ,81 322 3000 = 14cm Lấy: l = 14 cm Do lõi sắt ngắn nên làm thành khối Chiều dài lõi sắt stato, rôto b»ng: l1 = l2 = l = 14 (cm) Bíc cùc: π D 3,14.32 = p = = 50,24 (cm) Trong ®ã: D = 32 (cm) p=1 Lập phơng án so sánh l 14 = = τ 50 , 24 HÖ sè: = 0,27 Trong dÃy động không đồng K công suất 200 kW, 2p = có đờng kính (nghĩa chiều cao tâm trục h) với máy công suÊt 237,83kW, 2p = 237 , 83 =1, 189 Hệ số tăng công suất máy = 200 máy 237,83kW bằng: 237,83 = .40 = 1,189.0,27 = 0,32 VËy: 200 = 0,27 237,83 = 0,32 Theo (hình 10-3b trang 235 TKMĐ) hai hệ số 200 237,83 nằm phạm vi kinh tế việc chọn phơng án hợp lý Dòng điện pha định mức: P 103 200 103 = =364 ( A ) U η cos ϕ 220 , 925 0,9 I1 = Trong ®ã: U1 = 220V P = 200KW = 0,925 cos = 0,9 B D©y quấn, rÃnh stato khe hở không khí: Số r·nh stato: LÊy q1 = Z1 = 2m p q1 = = 36 r·nh Trong ®ã: m = pha p=1 q1 = 10 Bíc r·nh stato: π D π 32 = Z 36 t1 = = 2,79 (cm) Trong ®ã: D = 32 (cm) Z1 =36 r·nh 11 Sè dÉn t¸c dụng rÃnh: Chọn số mạch nhánh song song: a1 = A t a 680 , 79 = I1 364 Ur1 = = 32 (thanh) Trong ®ã: A = 680 A/cm t1 = 2,79cm a1 = I1 = 364 A LÊy: Ur1 = 32 12 Số vòng dây nối tiếp cña mét pha: U r1 =1 32 W1 = p q1 a1 = 32 vßng W1 = 32 vòng Trong đó: p=1 q1 = Ur1 =32 13 Tiết diện đờng kính dây dẫn: Theo (hình 10-4 trang 237 TKMĐ) chọn tích số AJ=3000A2/cm.mm2 Mật ®ég dßng ®iƯn: J ' 1= AJ 3000 = A 680 = 4,41 A/mm2 Tiết diện dây (sơ bộ): S '1= I dm a1 n1 J ' = 364 , 41 = 2,29 mm2 Trong ®ã: I1®m = 364 A a1 = lấy: n1 = sợi J'1 = 4,41 A/mm2 Theo phơ lơc VI, b¶ng VI.1 (trang 618 TKMĐ) chọn dây đồng tráng men PETV có đờng kÝnh: d 1,7 = d cd ,785 s = 2,27 mm2 14 KiĨu d©y qn: Chän d©y qn hai líp bíc ng¾n víi y = 10 y 10 = =0 , 833 = τ 12 15 HÖ sè dây quấn: Hệ số bớc ngắn: 10 =sin 12 ky = sin = 0,966 HÖ sè bíc d¶i: α 15 sin 2 kr= = α 15 q sin sin 2 sin q = 0,958 p 3600 360 = Z1 48 Trong đó: = = 150 Hệ số dây quÊn: kd = ky kr = 0,966 0,958 = 0,925 Trong ®ã: ky = 0,966 kr = 0,958 16 Tõ th«ng khe hë kh«ng khÝ: Φ= k E U , 99 220 = k s k d f w , 11.0 , 925 50 32 = 0,033 wb Trong ®ã: kE = 0,99 U1 = 220V ks = 1,11 kd = 0,925 f = 50 Hz W - 32 vßng 17 Mật độ từ thông khe hở không khí: .10 ,033 104 = =0 , 73 T a τ l ,64 50 , 24 14 B = δ Trong ®ã: = 0,033wb a = 0,64 = 50,24 cm l1 = 14 cm 18 Sơ định chiều rộng stato: B δ l t ,73 14 2, 79 = b'Z1 = B Z1 l1 k c 1,8 14 ,93 = 1,21 (m) Trong ®ã: B = 0,73T l1 = 14 (cm) t1 = 2,79 cm lấy BZ1 = 1,75 T (theo bảng 10.5b trang 241 TKMĐ) hệ số ép chặt lõi sắt: kc = 0,93 (có phủ sơn) 19 Sơ định chiều cao gông stato: Φ 104 0,033 104 h' g1 = = 2.B g l1 k c 2.1,55 14 ,93 = (cm) Trong ®ã: = 0,033wb kc = 1,93 l1 = 14cm lấy Bg1 = 1,55T (theo bảng 10.5 kiểu máy IP 23 trang 240 TKMĐ) 20 Kích thớc rÃnh cách điện: b41 = dcđ + 1,5 = 1,785 + 1,5 = 3,285mm LÊy: b41 = 3mm h41 = (0,4 0,8)mm LÊy: h41 = 0,5mm - TÝnh d1: ( Dn −2 hg −d ) π Z1 =d +b ' Z ( 59−2 3,8−d ) , 14 36 = d1 + 1,21 d1 = 1,5 cm = 15 mm Trong ®ã: Dn = 59 cm hg1 = cm Z1 = 36 r·nh - TÝnh d2: ( D−2 h41−d ) π Z1 =d +b Z ( 32+ , 05+d ) ,14 36 = d2 + 1,21 d2 = 1,2 cm = 12mm Theo (bảng VIII.1 trang 629 TKMĐ) chiều dày cách điện rÃnh c = 0,58mm c' = 0,58 VËy ta cã kÝch thíc r·nh stato: hr1 = 30 mm h12 = 24 mm h41 = 0,5 mm 15 mm d1 = 15 mm 30mm d2 = 12 mm b41 = 3,5 mm 24mm c = 0,58 mm 12 mm 0,5mm 3,5mm c' = 0,58 mm - DiÖn tÝch r·nh tõ nªm: π ( d 21 +d 22 ) S'r = Trong ®ã: d1 = 15mm d2 = 12mm h12 = 24mm + d 1+ d d2 h12− 2 ( , 14 ( 15 +122 ) 15+12 12 + 24− 2 S'r = S'r = 694,15 - Diện tích cách điện rÃnh: ( ) ) Chiều rộng miếng cactông nêm ( d / ) hai lớp (d1+d2) [ Sc® = [ π d1 ] +2 h12 + ( d + d ) c + πd 2 c' , 24 15 π 12 +2 24+ ( 15+12 ) ,58+ , 58 2 ] = = 47,48mm2 Trong ®ã: c = 0,58mm c' = 0,58mm Sc® = 67,48mm2 - DiƯn tÝch cã Ých cđa r·nh stato: Sr1 =S'r Sc® = 694,15 - 47,48 = 646,6mm2 - Hệ số lấp đầy rÃnh: u r n1 d cd 32 , 7852 kd = = =0 , 75 Sr 646 ,6 ®ã: ur = 32 dc® = 1,785 mm cña cách điện Sr = 646,6mm2 n1 = 21 Bề rộng stato: b'Z = ( D+ 2h 41+ d ) Z1 −d2 b}Z1} = { {3,14 left (32+2 0,05+1,2 right )} over {36} } - 1,2=1,7 ital cm} {¿¿ ¿ b'Z = π ( D+ 2h 41+ d 12) Z1 −d b}Z1} = { {3,14 left (32+2 0,05+2,4 right )} over {36} } - 1,5=1,71 ital cm} { ¿¿ ¿ ®ã: D = 32 cm h41 = 0,05cm h12 = 2,4cm d1 = 1,5cm d2 = 1,2 cm Z1 = 36 r·nh } } +b rSub { size 8{Z2} } rSup { size 8{' b Z1= b Z1 = 1,7+1,71 = 1,7 cm bZ1 = 1,7 cm 22 ChiỊu cao g«ng stato: D n−D −hr + d hg1 = ®ã: Dn = 59 cm D = 32 cm hr1 = cm d1 = 1,5 cm 59−32 −3+ 1,5 hg1 = = 10 cm 23 Khe hë kh«ng khÝ δ= D 320 1+ = 1+ =1,4 mm 1200 12 p 1200 ( ) ( ) C Dây quấn, rÃnh gông rôto: 24 Số rÃnh rôto: Chọn theo (bảng 10.6 trang 246 TKMĐ): Z2 = 44 rÃnh 25 Đờng kính rôto: D' = D - 2 = 32 - 2.1,4 = 29,2 cm 26 Bớc rôto: D ' 3,14 29 ,2 = =2cm Z 44 t2 = ®ã: D' = 29,2 cm Z2 = 44 rÃnh 27 Sơ định chiều rộng rôto: b'Z2 = B l t ,81 = B Z l k c 1,8 , 93 = 0,967 cm ®ã: B = 0,81 T t2 = cm kc = 0,93 lấy Bz2 = 1,8 T (theo bảng 10.5b kiểu máy IP23 trang 241 TKMĐ) 28 Đờng trục rôto: Dt = 0,3.D = 0,3 32 = 9,6 cm LÊy: Dt = 9,6cm 29 Dòng điện dẫn rôto: W k d Itd = I2 = k1.I1 Z2 ,93 364 32 ,925 44 = 1366 (A) Itd = I2 = ®ã: k1 = 0,93 lÊy theo hình 10-5 trang 244 TKMĐ I1 = 364 A W1 = 32 vßng kd1 = 0,925 Z2 = 44 r·nh VËy: Itd = I2 = 1366 A 30 Dßng điện vành ngắn mạch: 1 =1366 .p .1 sin 2sin Z2 44 Iv = Itd = 7936 A ®ã: Itd =1665 A Z2 = 44 r·nh p=1 31 TiÕt diƯn dÉn b»ng nh«m: S 'td = I td 1366 = =55 mm J2 ®ã: Chän: J2 =3 (A/mm2) Itd = 1366 A 32 Sơ chọn mật độ dòng điện vành ngắn mạch: Jv = 2,5 A/mm2 Iv = 1838 A Tiết diện vành ngắn mạch I v 7936 = J v 2,5 Sv = = 3174,4 mm2 33 KÝch thíc rÃnh rôto vành ngắn mạch: Khi chiều cao tâm trục h = 315mm Ta chọn vành rôto có cạnh song song hình ôvan đờng kính: d1 = d2 = 6mn = 0,6cm π d2 ,14 S td − 555− 4 = d h22 = = 37,5mm ®ã: Std = 555mm2 hr2 = h22 + h42 + d = 37,5 + 0,5 + = 44 mm = 4,4 cm Chän: b42 = 1,5mm h42 = 0,5mm VËy ta cã kÝch thíc r·nh r«to: hr2 = 44mm h22 = 37,5mm b42 = 0,5mm b42 = 1,5mm d1 = d2 = 6mm a.b = 60 30 Dv = D - (a + 1) = 320 - (60 + 1) = 259mm = 25,9cm Trong đó: D = 235 mm Hình 34 Diện tÝch r·nh r«to: π , 14 d +h22 d = +37 ,5 Sr2 = = 235,26mm2 Sr2 = 253,26mm2 ®ã: d = 6mm h22 = 37,5 mm 35 DiƯn tÝch vµnh ngắn mạch: a b = 60 30 = 1800 mm2 36 Bề rộng rôto 1/3 chiều cao răng: [ π D '−2 h42− b Z2 1= h +d ( 22 ) Z2 ] −d ,14 29 , 2−2 , 05− ( ,75+0,6 ) = 44 [ Trong ®ã: D = 29,2cm h42 = 0,05cm h22 = 3,75cm d = 0,7cm Z2 = 44 r·nh 37 ChiỊu cao géng r«to: hg2 = = ®ã: D '−Dt −hr + d 2 29 , 2−0,6 −4,4+ 0,6 = 5,5 cm ] - 0,6 = 1,06 cm D' = 29,2cm Dt = 9,6 cm hr2 = 4,4cm d2 = 0,6cm hg2 = 5,5cm 38 Lµm nghiêng rÃnh rôto: Độ nghiêng bớc rÃnh stato bn t1 = 2,79 cm bn = 2,8 cm D Tính toán mạch từ: 39 Hệ số khe hë kh«ng khÝ: t1 ,79 k1 = t −ν δ 2, 79−1, 03 ,14 ®ã: t1 = 2,79cm = = 1,05 = 0,14cm b41 = 4mm ( b 41/δ ) 1 = ( 4/1,4 )2 = b 41 5+ 5+ 1,4 = 1,03 δ t2 k2 = t −ν δ ®ã: t2 = 2cm = 2−0 , 17 ,14 = 1,01 = 0,14cm b42 = 1,5mm = 0,15cm ( b 42/ δ ) ( 1,5/1,4 )2 2 = 5+ b 42 δ = 1,5 5+ 1,4 =0 ,17 VËy:k = k1 k2 = 1,05 10,1 = 1,06 40 Dïng thÐp kü thuËt điện cán nguội loại 2212: 41 Sức từ động khe hở không khí: F = 1,6.B.k..104 đó: B = 0,81 T k = 1,06 = 0,14cm VËy: F = 1,6.0,81.1,06.0,14.104 = 1923 (A) F = 982A 42 MËt độ từ thông stato: B l t , 81 279 = =1, 42 T b l k 1,7 , 93 Z 1 c BZ1 = ®ã: B = 0,81T t1 = 2,79 cm l1 = 18,8 cm bZ1 = 1,7 cm kc = 0,93 43 Cêng ®é tõ trêng stato: Theo (phụ lục V - Bảng V.6 trang 608 TKM§) cã: HZ1 = 21,4 (A/cm) 44 Søc từ động stato: FZ1 = 2h'Z1 HZ1 = 2,5 21,4 = 107A ®ã: HZ1 = 21,4 A/cm hr1 = 30mm d1 = 15mm d1 =30− 15 =25 mm=2,5 cm h'Z1 = hr1 - 45 Mật độ từ thông stato: B l2 t , 81 = BZ2 = bZ l2 k c , 06 , 93 = 1,64T ®ã: B = 0,78T t2 = cm l2 = 14 cm bZ2 = 1,06 cm kc = 0,93 46 Cêng ®é tõ trêng rôto: Theo (Phụ lục V - Bảng V.6 trang 608 TKM§) cã: HZ2 = 34,9 (A/cm) 47 Søc từ động rôto: FZ2 = 2h'Z2.HZ2 = 2.4,2.34,9 = 293,16 (A) ®ã: HZ2 = 34,9A/cm hr2 = 44mm = 4,4cm d =44− = 42mm = 4,2cm h'Z2 = hr2 - 48 HÖ sè b·o hòa răng: F + F Z1 + F Z2 1923+107+293 , 16 = Fδ 1923 kZ = = 1,208 ®ã: F = 1923 A FZ1 = 107A FZ2 = 293,16 A Nh trị số gần với trị số giả thiết ban đầu kZ = 1,2 nên ta không cần tính lại: | k ' Z −k Z kZ |.100 %=| 1,208−1,2 | 1,2 100% = 958% < 5% 49 Mật độ từ thông gông stato: Φ.10 , 033 104 B g 1= = h g1 l1 k c ,95 14 = 1,55T ®ã: = 0,033Wb hg1 = 8cm l1 = 14cm kc = 0,95 50 Cờng độ từ trờng gông stato: Theo b¶ng V.9 trang 611 ë phơ lơc V TKMĐ có: Hg1 =9,34A/cm 51 Chiều dài mạch từ g«ng stato: π ( Dn −h g ) ,14 ( 59−8 ) Lg = = 2p ®ã: Dn = 59cm hg1 = 8cm p=1 = 80cm