Bộ môn Thiết bị Điện - Điện tử đã giao cho emnhiệm vụ: “Thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc” Quá trình tìm hiểu và học hỏi dới sự hớng dẫn nhiệt tình của thầy VũGIA HANH,
Lời nói đầu Ngày nay, điện đà vào hầu hết ngành kinh tế quốc dân Trong hầu hết nhà máy, xí nghiệp sử dụng động để truyền động, hay dùng thiết bị dân dụng Do đó, việc thiết kế động công việc quan trọng.nhằm đáp ứng đòi hỏi kinh tế tạo phù hợp với kinh tế nớc nhà.Đặc biệt vô cùng quan trọng với sinh viên ngành điện.Qua việc thiết kế làm phong phú kho tri thức tích luỹ thêm nhiều kinh nghiệm thực tiễn Với mục đích hệ thống lại kiến thức đà học, cộng với rèn luyện cho sinh viên làm quen với cách thiết kế khí cụ điện nói riêng động điện nói chung Bộ môn Thiết bị §iƯn - §iƯn tư ®· giao cho em nhiƯm vơ: Thiết kế động không đồng pha rôto lồng sóc Quá trình tìm hiểu học hỏi dới hớng dẫn nhiệt tình thầy Vũ GIA HANH, em đà hoàn thành đồ án tốt nghiệp gồm: phần - Phần I: Tổng quan động không đồng - Phần II: Chọn phơng án tính toán thiết kế + Chơng I: Tính toán kích thớc chủ yếu + Chơng II: Dây quấn, rÃnh stato khe hở không khí + Chơng III: Dây quấn, rÃnh gông rôto + Chơng IV: Tính toán mạch từ + Chơng V: Tham số động chế độ định mức + Chơng VI: Tổn hao thép tổn hao + Chơng VII: Đặc tính làm việc + Chơng VIII: Tính toán đặc tính khởi động - Phần III: Tính toán nhiệt, trọng lợng vật liệu tác dụng tiêu sử dụng - Trong trình tính toán thiết kế, kinh nghiệm nên chắn em không tránh khỏi sai sót Rất mong thầy cô bỏ qua cho em Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy cô môn Thiêt bị điện_điện tử.đặc biệt thầy Vị gia Hanh ®· gióp ®ì em thêi gian làm đồ án nh thời gian em đợc học Trờng PHần I: Tổng quan động không đồng rô to lồng sóc Chơng I: Khái quát động không đồng I Cấu tạo đặc điểm I.1 Cấu tạo Cấu tạo máy điện không đồng gồm phận chủ yếu stato rôto Ngoài vỏ máy nắp máy Cấu tạo phần tĩnh (stato): Stato phần tính gồm phận lõi sắt dây quấn, có vỏ máy nắp máy a Vỏ máy: Thờng làm nhôm gang Đối với máy có công suất lớn (1000kW), thờng dùng thép hàn lại thành vỏ Vỏ máy có tác dụng cố định không dùng để dẫn từ b Lõi sắt : Đợc làm thép kỹ thuật điện dày 0,35mm đến 0,5mm ghép lại Lõi sắt phần dẫn từ Vì từ trờng qua lõi sắt từ trờng xoay chiều, nhằm giảm tổn hao dòng điện xoáy gây nên, thép kỹ thuật điện có phủ lớp cách điện Mặt lõi thép có dập rÃnh để đặt dây quấn Hình: Lá thép kỹ thuật điện hình rẻ quạt dùng để ghép lõi sắt stato máy điện không đồng cỡ vừa lớn c Dây quấn Dây quấn đợc đặt vào rÃnh lõi sắt cách điện tốt với lõi sắt Dây quấn stato gồm có ba cuộn dây đặt lệch 1200 điện Cấu tạo phần quay (rôto) a Trục: Làm thép, dùng để đỡ lõi sắt rôto b Lõi sắt Gồm thép kỹ thuật điện giống nh phần stato Lõi sắt đợc ép trực tiếp lên trục Bên lõi sắt có xẻ rÃnh để đặt dây quấn c Dây quấn rôto Gồm hai loai: Loại rôto dây quấn loại rôto kiểu lồng sóc Loại rôto kiểu dây quấn: Dây quấn rôto giống dây quấn ë stato vµ cã sè cùc b»ng sè cùc stato Các động công suất trung trở lên thờng dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp để giảm đợc đầu nối dây kết cấu dây quấn rôto chặt chẽ Các động công suất nhỏ thờng dùng dây quấn đồng tâm lớn Dây quấn ba phan rôto thờng đấu hình (Y) Ba đầu nối vào ba vòng trợt động đặt cố định đầu trục Thông qua chổi than vòng trợt, đa điện trở phụ vào mạch rôto nhằm cải thiện tính mở máy điều chỉnh tốc độ Hình: Dây quấn rôto kiểu lồng sóc làm đồng Loại rôto kiểu lồng sóc:Loại dây quấn khác với dây quấn Stato Mỗi rÃnh lõi sắt đợc đặt dẫn đồng nhôm đợc nối tắt lại hai đầu bàng hai vòng ngắn mạch đồng nhôm, làm thành lồng, ngời ta gọi lồng sóc Dây quấn rôto kiểu lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt Khe hở: Khe hở động không đồng nhỏ (0,2 mm 1mm) Do rôto khối tròn nên rôto I.2 Đặc điểm động không đồng - Cấu tạo đơn giản - Đấu trực tiếp vào lới điện xoay chiều ba pha - Tốc độ quay rôto nhỏ tèc ®é tõ trêng quay cưa stato n < n Trong ®ã : n : tèc ®é quay rôto n1: tốc độ quay từ trờng quay stato (tốc độ đồng động ) Máy điện không đồng máy điện xoay chiều dây quấn mà có dây quấn (sơ cấp) nhận điện từ lới có tần số không đổi, dây quấn thứ (thứ cấp) đợc nối tắt lại hay khép kín điện trở Phổ biến máy điện không đồng dây quấn stato pha ®èi xøng cã cùc tÝnh xen kÏ lÊy ®iƯn từ lới xoay chiều dây quấn rôto pha nhiều pha đối xứng có cực tính xen kẽ Các máy không đồng đợc dùng chủ yếu làm động cơ, làm máy phát hạn hữu Động không đồng động xoay chiều thông dụng Động không đồng đợc chia thành loại: động không đồng rôto lồng sóc động không đồng rôto dây quấn.Trong động không đồng rôto lồng sóc đợc sử dụng phổ biến giá thành rẻ vận hành bảo đảm,các động có đặc tính cứng ( tải thay đổi từ không tải đến định mức tốc độ quay chúng giảm khoảng 5v) Động không đồng rôto lồng sóc có mômen mở máy lớn, nhiên dòng mở máy lớn, hệ số công suất thấp I.3 Dây quấn: Dây quấn phần ứng máy điện xoay chiều bao gồm dây quấn stato máy điện đồng dây quấn stato, rôto ctỉa máy điện không đồng Dây quấn phần ứng máy điện xoay chiỊu gåm nhiỊu phÇn tư nèi víi theo mét quy luật đó.Phần tử bối dây đợc đặt vào rÃnh phần ứng.Bối dây vòng dây (gọi dây quấn kiểu dẫn,bối dây thờng chế tạo 1/2 phần tử tiết diện thởng lớn),cũng có nhiều vòng dây (tiết diện dây nhỏ gọi dây quấn kiểu vòng dây) Số vòng dây cúa bối dây, số bối dây pha cách nối phụ thuộc vào công suất, điện áp, tốc độ, điều kiện làm việc máy trình tính toán điện từ Theo phơng pháp bố trí cạnh dây quấn rÃnh, dây quấn phân làm loaị lớp hai lớp a Dây quấn mét líp:trong d©y qn mét líp, sè r·nh cđa mét pha dới cực q thờng số nguyên, cạnh bối dây chiếm rÃnh nên số cạnh bối dây pha dới cực q dới đôi cực pha có tỉ bèi d©y gåm q bèi d©y D©y qn lớp thờng đợc xếp theo kiểu chính: kiểu thứ có đặc điểm kích thớc bối dây không giống xếp đồng tâm với nên không chồng đè lên đợc gọi kiểu đồng tâm Kiểu thứ có đặc điểm kích thớc bối dây giống nhag phần đầu nối chồng đè lên nên gọi dây quấn đối xứng hay đồng khuôn Mỗi kiểu dây quấn lại chia làm nhiều loại + Dây quấn kiểu đồng tâm: dây quấn lớp, dới đôi cực pha có tổ bối dây nên dây quấn có 3p tổ bối dây Nếu p số chẵn dây quấn có số tổ bối dây số chẵn Trong trờng hợp chia 1/2 số tổ bối dây đặt mặt phẳng l/2 số tổ lại đặt lên mặt phẳng khác đợc gọi dây quấn đồng tâm hai mặt phẳng Nếu p số lẻ số tổ bối dây chia chẵn cho đặt bối dây lên mặt phẳng khác gọi dây quấn đồng tâm mặt phẳng Khi q số chẵn chia tổ bối dây làm tổ đầu dây tổ bẻ ngoặt hai phía khác Nh pha số tổ bối dây số cực nên phần đầu nối dây quấn pha chiếm tất chu vi bề mặt phần đầu nối stato, phần đầu nối dây quấn pha phân bổ mặt phẵng ta có loại dây quấn pha đồng tâm ba mặt phẳng, loại đựơc gọi dây quấn đồng tâm phân tán Đối với dây quấn mặt phẳng, dây quấn pha đặt mặt phẳng nên tổng trở mạch song song pha nhng tổng trở pha đợc Để tránh điều đó, thực tế ngời ta quấn tổ bối dây hoàn toàn nh lúc đặt dây vào mặt phẳng cô ép dây cho vừa vào chỗ trống Tóm lại dây quấn đồng tâm hai ba mặt phẳng thực chất dây quấn không đối xứng + Dây quấn đồng khuôn :ngợc lại với dây quấn đồng tâm, dây quấn đồng khuôn loại dây quấn đối xứng bối dây giống hợp lại Dây quấn đồng khuôn chia làm loại: đơn giản, phân tán, móc xích b Dây quấn hai lớp: Máy điện xoay chiều ngày thờng dùng loại dây quấn hai lớp Ưu điểm: chọn bớc dây quấn tết để cải thiện dạng sóng sức điện động.Giảm nhỏ lợng tiêu hao đồng phần đầu nối máy lớn chế tạo giới hoá giảm đợc giá thành Chọn số vòng dây pha tơng đối dễ dàng muốn trì tỷ lệ A B Ngoài có khả chọn q phân số để cải thiện dạng sóng sức điện động Dây quấn hai lớp máy điện xoay chiều có hai loại: loại xếp loại sóng Dây quấn hai lớp máy điện xoay chiều gồm nhiều bối dây độc lập hợp lại, có rÃnh có nhiêu bối dây.Trên thực tế cạnh cha bối dây đặt phía cạnh đặt phía dới rÃnh, số bối d©y b»ng sè r·nh Z, sè tỉ bèi d©y mét pha b»ng Z/mq =2p, nghÜa lµ b»ng sè cùc máy Các phần đầu nối dây quấn đợc bố trí vành ép, đồng thời đóng vài trò vành giữ dây quấn mà mặt đợc quấn chặt vòng dây đai Việc nối điện dây quấn rôto quay với mạch điện đợc thực nhờ vành trợt nối với đầu dây quấn cấu chổi nối với mạch điện đứng yên Các vành trợt đợc chế tạo thép điện với cách điện với trục đệm cách điện Tất chi tiết đợc xiết chặt bulông có bọc cách điện ép thành mặt bích lên đầu trục Các chổi than nối điện với dẫn điện cúa xà đớ chổi đợc đè chặt lên vành trợt.Tiếp xúc điện chổi với vành trợt đợc bảo đầm nhờ giữ chổi Với cấu tạo nh nên động không đồng rôto dây quấn đà khắc phục đợc nhợc điểm động rôto lồng sóc, nhng có kết cấu phức tạp làm cho giá thành động không đồng rôto dây quấn có giá thành cao Do động không đồng rôto dây quấn đợc sử dụng điều kiện mở máy nặng nề nh cần phải điều chỉnh phẳng tốc độ quay Máy điện không đồng có dạng đặc biệt khác nh máy phát không đồng bộ, máy biến đổi tần số không đồng bộ, động không đồng rôto khối, động không đồng rôto rỗng không từ tính, máy bơm cảm ứng điện từ, động không đồng thẳng cánh cung Ngoài có số máy không đồng công suất nhỏ dùng thiết bị tự động: động điều khiển không đồng máy phát tốc, m¸y biÕn ¸p xoay, sensin mét pha C¸c m¸y ph¸t không đồng thờng đợc chế tạo kiểu dây quấn ngắn mạch rôto đợc sử dụng hạn chế, chủ yếu trạm thuỷ điện nhỏ, làm việc không cần nhân viên phục vụ chúng đợc vận hành hệ thống điều chỉnh tần số điện áp Các máy biến đổi tần số, không đồng đợc sử dụng chó yếu để có điện áp xoay chiều với lần số 100 200Hz cần dùng để cấp cho cấu truyền động có tốc độ quay cao 3000vg/ph Động không đồng rôto khối có rôto khối sắt từ hình trụ, rôto nh giữ vai trò vừa mạch dẫn từ vừa mạch dẫn điện.Từ trờng quay thâm nhập độ sâu định rôto gây cảm ứng dòng điện xoáy Những dòng điện tơng tác với từ trờng tạo nên mômen điện từ Các động rôto khối đà đợc sử dụng tốt làm động chấp hành hệ thống điều khiển tự động Việc sử dụng rôto khối có độ bền cao cho phép chế tạo động không đồng có tốc độ quay lớn (10000 100000 vg/ph lớn hơn) Những động nh đợc cung cấp tõ nguån cã tÇn sè cao (400 1500 Hz cao hơn) đợc sử dụng truyền động đặc biệt ví dụ thiết bị quay.Tuy kết cấu có tính công nghệ đơn giản nhng động rô to khối không đợc dùng truyền động thông thờng Chủ yếu động chi tiêu lợng cao chế độ làm việc Động không đồng rôto rỗng không từ tính có rôto ống rỗng có thành ống móng đợc chế tạo vật liệu không từ tính, thờng hợp kim nhôm Rôto rỗng quay khe hở stato làm mạch dẫn từ phía phía mà stato có dây quấn pha hay pha Mômen điện từ tác dụng lên rôto tạo nên tơng tác từ trờng quay với dòng điện xoáy cẩm ứng rôto Động đợc sử dụng chủ yếu làm động chấp hành thiết bị tự động Một đặc tính quý làm cho động đợc sử dụng phổ biến mômen quán tính rôto bé Máy bơm cảm ứng điện từ dùng cho kim loại lỏng mộ t biến thể máy từ thuỷ động xoay chiều Trong máy bơm này, kim loại lỏng phần chuyển động Để làm cho chuyển ®éng ngêi ta dïng tõ trêng quay hay tõ trêng chạy đợc tạo nên nhờ dây quấn xoay chiều pha Tuỳ thuộc vào hình dáng kênh kim loại dịch chuyển dới tác dụng từ trờng, ngời ta phân máy bơm cảm ứng điện từ kiểu xoắn hay kiểu thẳng Động không đồng thẳng cánh cung:mạch dẫn từ stato động thẳng có dạng hình hộp, động cánh cung có dạng cung rẽ quạt Dây quấn s¬ cÊp pha kiĨu cùc tõ xen kÏ động thẳng đợc đặt rÃnh hai bờ cúa hình hộp động cánh cung đợc đặt rÃnh phía mặt trục (hay ngoài) cung rẽ quạt Các máy không đồng thẳng dùng để tạo chuyển động tịnh tiến - lặp lại nhờ biến đổi luân phiên pha dây quấn stato ví dụ máy gia công kim loại Máy không đồng cánh cung đợc sử dụng trờng hợp rôto có yêu cầu quay với tốc độ góc nhỏ.Việc áp dụng động cánh cung đặc biệt tiện lợi sử dụng khối trụ sắt từ để làm rôto phận máy cần nhận Động không đồng đợc sản xuất theo kiểu bảo vệ IP23 kiểu kín IP44 Những động điện theo cấp bảo vệ IP23 dùng quạt gió hớng tâm đặt đầu rôto động cơ, rôto lồng sóc đúc nhôm cánh quạt nhôm đợc đúc trực tiếp lên vành ngắn mạch Loại động theo cấp bảo vệ IP44 thờng nhờ vào cánh quạt đặt vỏ máy để thổi gió vỏ máy, tản nhiệt so với loại IP23 nhng bảo dỡng dễ dàng I.4 Kết cấu hoạt động động cở ®iƯn kh«ng ®ång bé ba pha r«to lång sãc: A Kết cấu động điện không đồng ba pha r«to lång sãc: Bao gåm hai kÕt cÊu chÝnh mạch từ dây quấn, diễn biến đổi lợng điện phận kết cấu khác Mạch từ động hai khối thép đồng trục cách khe hở không khí đảm bảo cho hai khối thép chuyển động quay tơng đối so với khối Khối đứng yên gọi phần tĩnh hay stato khối quay đợc gọi phần quay hay rôto Do từ thông khối thép xoay chiều nên thép đợc ghép thép kỹ thuật điện (tôn silíc) dày 0,35 0,5 mm để giảm tổn hao dòng xoáy Các dây quấn động đợc đặt hai phía khe hớ rÃnh cúa stato rôto Các phận kết cấu khác bao gồm: Vỏ máy, nắp máy, trục, ổ bi quạ Vỏ stato: Có nhiệm vụ truyền nhiệt,làm mát lắp đặt chi tiết phụ vỏ phải đảm bảo độ cứng độ bền sau lắp lỏi thép gia công vỏ Vỏ có hai loaị, loại gang đúc loại thép hàn lại Loại gang đúc đợc chia làm hai loại: Loại có gân loại gân trong: Loại có gân có đặc điểm gia công tốc độ cắt gọt chậm Phơng pháp cố định lỏi sắt máy điện cỡ nhỏ vừa thờng đai lõi thép lại ép vào vỏ xÕp trùc tiÕp c¸c l¸ thÐp v¸o råi chèt hai đầu lại máy điện lớn xếp tôn silíc vào vỏ dùng bulông ép lại Loại vá b»ng thÐp tÊm hµn gåm Ýt nhÊt lµ hai vòng thép trở lên gân ngang làm khung Lõi sắt stato: Khi đuờng kính lõi sắt nhỏ mét dùng nguyên để làm lõi sắt,lõi sắt sau ép vào vổ có chết cố định với vỏ để khỏi bị quay dới tác dụng mômen điện từ Nếu đờng kính lớn mét dùng hình rẻ quạt ghép lại,khi để ghép chặt lõi sắt thờng dùng hai hai thép dày ép hai đầu Để tránh lực hớng tâm lực hút thờng làm cánh đuôi nhạn hình rẽ quạt để ghép vào gân vỏ máy Rôto: Nếu đờng kính rôto nhỏ 350 mm lõi sắt rôto thờng đợc ép trực tiếp lên trục ống lồng trục, đờng kính rôto không lớn, phần thép cắt không dùng đợc vào việc có giá trị kinh tế lớn mà kết cấu clia rôto lại đợc đơn giản hóa.Việc dùng ống lồng hạn chế, dùng cần thiết nh động điện tàu điện để thay trục đợc dễ dàng Khi đờng kính rôto lớn 350 mm đờng kính ôto cố gắng lấy lớn để dùng lõi thép lấy sử dụng vào việc khác, cần có giá đỡ rôto Khi đờng kính rôto lớn 1000 mm dùng tôn silíc hình rẻ quạt ghép lại.Khi dùng giá đớ rôto hình giá đỡ rôto máy lớn thờng làm thép ghép lại Lõi sắt thờng đợc ép chặt với áp suất từ Kg/cm2 cõ trung, đến 10 Kg/cm2 với máy cỡ nhỏ phải có vòng ép để giữ chặt áp suất đó, để tránh lõi sắt hai đầu bị tán máy nhỏ thờng dùng thép dày 1,5 mm ép lại Trong máy lớn thờng dùng ép có răng, phái tán hay hàn vào thép ép để quay không văng Rôto động điện không đồng rôto lồng sóc thờng có rÃnh nửa kín đợc đúc đầy rÃnh rôto dẫn nhôm đồng, dẫn dài khỏi lõi sắt đợc nối tắt hai đầu hai vành ngắn mạch nhôm đồng làm thành lồng mà ngời ta quen gọi lồng sóc.Trong máy điện cỡ nhỏ rÃnh rôto thờng đợc làm chéo góc so với tâm trục Quạt gió: Nhiệm vụ quạt gió tạo áp suất đủ lớn để đa dòng khí cần thiết qua hệ thống thông gió cúa máy để làm mát máy Quạt đợc gắn trục động cơ, tốc độ quạt tốc độ động cơ, kích thớc quạt bị giới hạn kết cấu động cơ, máy ®iƯn thêng cã ba lo¹i qu¹t thêng dïng: Qu¹t ly tâm, quạt hớng trụ quạt hỗn hợp ly tâm hớng trục, nhng thông dụng quạt ly tâm quạt ly tâm cánh quạt quay không khí giửa khe cánh quạt bị đẩy dới tác dụng lực ly tâm, vùng vòng cánh quạt nơi lỗ gió vào tạo thành vùng không khí loÃng vùng vòng cánh quạt nơi thoáng gió có áp suất cao,quạt ly tâm đợc dùng nhiều máy điện tạo đợc áp suất khí cao phù hợp với đặc tính hệ thống thông gió máy điện nhng nhợc điểm hiệu suất thấp Dây quấn: Dây quấn cha động không đồng ba pha rôto lồng sóc gồm nhiều phần tử nối với theo quy luật Phần tử bối dây đợc đặt vào rÃnh phần ứng Bối dây vòng dây (gọi dây quấn kiểu dẫn, bối dây thờng chế tạo dạng 1/2 phần t tiết diện thờng lớn), có nhiều vòng dây (tiết diện dây nhỏ gọi dây quấn kiểu vòng dây) Số vòng dây bối dây số bối dây pha cách nối phụ thuộc vào công suất, điện áp, tốc độ điều kiện làm việc máy trình tính toán điện từ Dây quấn có yêu cầu sau: a Điện áp ba pha phải nhau,trong dây quấn ba pha điện áp ba pha lệch 1200 góc độ điện b Điện trở điện kháng mạch song song ba pha c Có thể đấu thành mạch song song cần thiết d Dùng vật liệu dây dẫn điện nhất, phần đầu nói ngắn tốt để thu ngắn chiều dài máy đỡ tốn vật liệu e Dễ chế tạo sửa chữa f Cách điện gilra vòng dây, pha với đất tốn chắn 10