LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM MOTORCAD ................................1 1.1. Giới thiệu về phần mềm MotorCAD ..................................................................1 1.1.1. Lịch sử phát triển ..........................................................................................1 1.1.2. Giới thiệu về phần mềm MotorCAD...........................................................2 1.1.3. Khả năng mô phỏng......................................................................................3 1.1.4. Ứng dụng ......................................................................................................3 CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH CÁC CÔNG CỤ MÔ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ TRONG PHẦN MỀM MOTORCAD................5 2.1. Giới thiệu ứng dụng chuỗi phần mềm MOTORCAD trong mô phỏng số máy điện..............................................................................................................................5 2.2. Model E – Magnetics.........................................................................................16 2.2.1. Geometry ....................................................................................................16 2.2.2. Winding ......................................................................................................17 2.2.3. Input Data ...................................................................................................19 2.2.4. Calculation ..................................................................................................23 2.2.5. EMagnetics................................................................................................24 2.2.6. Output Data.................................................................................................26 2.2.7. Graphs.........................................................................................................26 2.2.8. Các công cụ khác ........................................................................................27 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 7.5kW ROTO LỒNG SÓC ĐỂ MÔ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH.........28 3.1. Thông số của động cơ cần thiết kế.....................................................................28 3.2. Phân tích và hướng thiết kế................................................................................28 3.3. Vật liệu sử dụng trong thiết kế...........................................................................29 3.4. Thiết kế các thông số hình học cơ bản của động cơ ..........................................31 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Mô phỏng động cơ không đồng bộ 7.5kW CHƯƠNG 4. MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VỚI PHẦN MỀM MOTORCAD...............................................................................................................................52 4.1. Hướng dẫn tạo project và nhập dữ liệu cần thiết vào phần mềm ANSYS MotorCAD ..........................................................................................................................52 4.1.1. Tạo project mô phỏng động cơ không đồng bộ..........................................52 4.1.2. Cài đặt dữ liệu chung ..................................................................................53 4.1.3. Cài đặt cấu tạo của Stator và Rotor ............................................................55 4.1.4. Cài đặt dây quấn .........................................................................................57 4.2. Mô phỏng động cơ không đồng bộ 3 pha, roto lồng sóc 7.5kW với các thông số thiết kế sử dụng phần mềm MotorCAD...................................................................61 4.3. Kết luận, ứng dụng phần mềm trong việc hỗ trợ thiết kế động cơ.....................70 TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................72 CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN..........................7
BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Mơ đặc tính động khơng đồng ba pha với Motor - CAD Người hướng dẫn : TS LÊ ANH TUẤN Nhóm sinh viên thực hiện: MAI MINH TÙNG 2017600437 NGUYỄN MINH HIẾU 2017600710 BÙI VĂN QUANG 2017600461 NGUYỄN TẤT THÀNH 2017600345 CAO HỮU CƯƠNG 2017603391 Lớp : Điện – K12 Khoa : Điện Hà Nội, 05/2021 BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Mơ đặc tính động khơng đồng ba pha với Motor - CAD Người hướng dẫn : TS LÊ ANH TUẤN Nhóm sinh viên thực hiện: MAI MINH TÙNG 2017600437 NGUYỄN MINH HIẾU 2017600710 BÙI VĂN QUANG 2017600461 NGUYỄN TẤT THÀNH 2017600345 CAO HỮU CƯƠNG 2017603391 Lớp : Điện – K12 Khoa : Điện Hà Nội, 05/2021 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Mô động không đồng 7.5kW LỜI MỞ ĐẦU Cuộc sống đại, việc xuất nhiều loại động để đáp ứng chất lượng sống người dân ngày tăng, nhiên ưu loại động không đồng lớn kinh tế Là loại máy điện có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, làm việc chắn phải chăm sóc bảo dưỡng giá thành thấp nhiều so với loại động khác có cơng suất, động khơng đồng loại động sử dụng rộng rãi Nổi bật động không đồng roto lồng sóc cơng suất vừa nhỏ Được sử dụng công nghiệp làm máy động lực, máy công cụ… nông nghiệp dùng làm động bơm nước, dùng lị sấy nơng sản, thiết bị dân dụng quạt gió, thiết bị điện tử - điện lạnh Ngày nguồn tài nguyên dần cạn kiệt, chưa tìm lượng thay mới, việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch truyền thống làm mơi trường sống bị đe dọa nặng nề, thấy, hiệu ứng nhà kính, thiên tai lũ lụt gia tăng năm gần Vì vậy, giải pháp giới sử dụng tiết kiệm nguồn tài nguyên ỏi cho đạt hiệu cao Nhằm góp phần vào nỗ lực bảo vệ mơi trường sống Chúng ta phải để việc sử dụng lượng tiết kiệm hiệu nhất, với việc nghiên cứu chế tạo hệ thống, thiết bị có hiệu suất cao Là sinh viên chuyên ngành Điện – Điện tử, em nhận đề tài: “Mô đặc tính động khơng đồng ba pha với Motor - CAD” để làm đồ án tốt nghiệp Hiện có phương pháp thiết kế máy điện thiết kế trực tiếp thiết kế thơng thường Thiết kế trực tiếp tức từ tính máy, xác định tham số tham số định kích thước hình học Đối với thiết kế thơng thường ta chọn kích thước hình học trước tính tham số, sau kiểm nghiệm lại tính Nếu kiểm nghiệm khơng đạt chọn lại kích thước tính lặp lại Với phương pháp trực tiếp địi hỏi có số lượng thống kê lớn số liệu kinh nghiệm sản phẩm có làm sở để tính tốn Theo em, sinh viên nên học thiết kế theo cách thơng thường trước, để từ xây dựng tư thiết kế không phụ thuộc vào hệ số kinh nghiệm Việc tính tốn lặp lại nhiều lần sử dụng hỗ trợ từ máy tính Nhằm tự xây dựng cho sở liệu để sau phát triển ứng dụng phương pháp thiết kế trực tiếp Đối với thiết kế em có sử dụng phần mềm hỗ trợ thiết kế động phần mềm MOTOR CAD để thuận tiện cho việc tính tốn tự động ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Mô động khơng đồng 7.5kW Trong q trình làm đồ án em hướng dẫn tận tình thầy cô môn Thiết bị điện, đặc biệt tiến sĩ Lê Anh Tuấn với nỗ lực thân em hoàn thành nhiệm vụ thiết kế theo chương sau:S Chương I Tổng quan phần mềm Ansys Motor-CAD Chương II Phân tích cơng cụ mô khảo sát động không đồng phần mềm Ansys Motor-CAD Chương III Tính tốn thông số động không đồng Rotor lồng sóc để mơ khảo sát đặc tính Chương IV Mô đánh giá kết với phần mềm Ansys Motor-CAD Do vừa tìm hiểu, vừa làm đồ thời gian tương đối hạn chế, đồ án khơng tránh sai sót Em mong thầy cô thông cảm bỏ qua cho em Em mong muốn nhận bảo, góp ý thầy mơn để em học hỏi rút kinh nghiệm cho việc học tập công tác sau Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2021 Sinh viên Mai Minh Tùng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Mô động không đồng 7.5kW MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM MOTOR-CAD 1.1 Giới thiệu phần mềm Motor-CAD 1.1.1 Lịch sử phát triển 1.1.2 Giới thiệu phần mềm Motor-CAD 1.1.3 Khả mô 1.1.4 Ứng dụng CHƯƠNG PHÂN TÍCH CÁC CƠNG CỤ MƠ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ TRONG PHẦN MỀM MOTOR-CAD 2.1 Giới thiệu ứng dụng chuỗi phần mềm MOTOR-CAD mô số máy điện 2.2 Model E – Magnetics 16 2.2.1 Geometry 16 2.2.2 Winding 17 2.2.3 Input Data 19 2.2.4 Calculation 23 2.2.5 E-Magnetics 24 2.2.6 Output Data 26 2.2.7 Graphs 26 2.2.8 Các công cụ khác 27 CHƯƠNG TÍNH TỐN CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 7.5kW ROTO LỒNG SĨC ĐỂ MƠ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH 28 3.1 Thông số động cần thiết kế .28 3.2 Phân tích hướng thiết kế 28 3.3 Vật liệu sử dụng thiết kế 29 3.4 Thiết kế thông số hình học động 31 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Mô động khơng đồng 7.5kW CHƯƠNG MƠ PHỎNG ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VỚI PHẦN MỀM MOTORCAD .52 4.1 Hướng dẫn tạo project nhập liệu cần thiết vào phần mềm ANSYS MotorCAD 52 4.1.1 Tạo project mô động không đồng 52 4.1.2 Cài đặt liệu chung 53 4.1.3 Cài đặt cấu tạo Stator Rotor 55 4.1.4 Cài đặt dây quấn 57 4.2 Mô động không đồng pha, roto lồng sóc 7.5kW với thơng số thiết kế sử dụng phần mềm Motor-CAD 61 4.3 Kết luận, ứng dụng phần mềm việc hỗ trợ thiết kế động 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN 73 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Mô động không đồng 7.5kW DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1.Khả chuỗi phần mềm MOTOR CAD làm .5 Hình 2.2.Interior PM machine design .7 Hình 2.3.Switched reluctance machine design Hình 2.4.Linear winding layout .7 Hình 2.5.Radial winding pattern .7 Hình 2.6.Visualisation of oil spray cooling .8 Hình 2.7 Thermal network .8 Hình 2.8.Radial temperature distribution Hình 2.9.Thermal transient solution Hình 2.10.Fan cooled machine with cowling Hình 2.11.Through ventilation with radial ducts Hình 2.12.Water jacket with axial channels Hình 2.13.Cross-Section Showing Axial Temperatures 10 Hình 2.14.Slot cross section for a concentrated winding .10 Hình 2.15.Thermal Resistance Network .10 Hình 2.16.Slot cross section for 10 Hình 2.17.Bản đồ hiệu tính tốn khu vực vận hành tạo 11 Hình 2.18.Tổn thất tính tốn theo thời gian cho chu kỳ .11 Hình 2.19.Đồ thị đường cong tốc độ / mơ-men xoắn cực đại .13 Hình 2.20.Đồng giải hành vi điện từ nhiệt chu kỳ 14 Hình 2.21.Von Mises Stress in IPM rotor at maximum speed 15 Hình 3.1.Lưu đồ thiết kế động 29 Hình 3.2.Sơ đồ dây quấn stato 34 Hình 3.3.Quan hệ hệ số bão hòa với hệ số cung cực từ hệ số sóng 35 Hình 3.4.Kích thước rãnh lê 37 Hình 3.5.Kích thước rãnh roto .40 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Mô động không đồng 7.5kW Hình 3.6.Mặt cắt ngang vịng ngắn mạch 41 Hình 4.1.Tốc độ động theo thời gian 65 Hình 4.2.Mơmen động theo thời gian 65 Hình 4.3.Biến thiên dịng điện cuộn dây stato 66 Hình 4.4.Các loại tổn hao theo thời gian .67 Hình 4.5.Phân bố từ thông thời điểm 0,01s 68 Hình 4.6.Mật độ từ trường thời điểm 0,01s 68 Hình 4.7 Phân bố từ thơng thời điểm 0,45s .69 Hình 4.8 Mật độ từ trường thời điểm 0,45s .69 Hình 4.9 Lưu đồ thiết kế động có hỗ trợ phần mềm 71 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Bảng giá trị đường cong từ hóa sắt kỹ thuật điện 30 Bảng 3.2 Bảng tỉ lệ đường kính đường kính ngồi stato .31 Bảng 3.3 Bảng bước rãnh theo cực 32 Bảng 3.4 Bảng tổng hợp giá trị điện trở, điện kháng 48 Bảng 4.1 Bảng nhập, xuất liệu phần mềm Motor - CAD 61 Bảng 4.2 Bảng so sánh đường đặc tính động mô thực tế 67 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Mô động không đồng 7.5kW TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM MOTOR-CAD Trong vận hành, thiết kế động đặc tính động không đồng quan trọng đặc tính giúp người vận hành tránh lỗi trình vận hành , nhiên người sử dụng đặc tính vận hành phải đo lường thực tế, mô máy tính mà thơng số sát với thực tế, rút ngắn thời gian chế tạo Việc ứng dụng phần mềm đại( Motor – CAD) thiết kế, khảo sát động không đồng bộ, giúp sinh viên làm chủ tốncơng nghệ Phần mềm giúp người thiết kế khảo sát đặc tính động qua đánh giá để có điều chỉnh thiết kế Việc làm giảm bước trình thiết kế động theo phương pháp truyền thống (chế tạo thử nghiệm động mẫu) Giới thiệu phần mềm Motor-CAD Lịch sử phát triển Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài: Các nước giới sử dụng phần mềm Motor-CAD để thiết kế phân tích thiết bị điện 3-D, 2-D, bao gồm động điện, cấu truyền điện, máy biến áp, cảm biến cuộn dây Motor-CAD làm việc nhanh chóng, xác việc ứng dụng phương pháp mô số - dựa tảng phương pháp phần tử hữu hạn (FEA) kết hợp với lý thuyết trường điện từ để nghiên cứu, ứng dụng lĩnh vực thiết kế máy điện nói chung Hầu hết nước phát triển mạnh Nga, Trung Quốc, Nhật, Hàn … có diễn đàn ứng dụng mô số FEA Phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp số để giải tốn mơ tả phương trình vi phân riêng phần với điều kiện biên cụ thể Cơ sở phương pháp làm rời rạc hóa miền liên tục phức tạp toán Các miền liên tục chia thành nhiều miền con, miền liên kết với điểm nút Trên miền này, dạng biến phân tương đương với toán giải xấp xỉ dựa hàm xấp xỉ phần tử, thoả mãn điều kiện biên với cân liên tục phần tử Về mặt toán học, phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng để giải gần tốn phương trình vi phân phần phương trình tích phân, ví dụ phương trình truyền nhiệt Lời giải gần đưa dựa việc loại bỏ phương trình vi phân cách hoàn toàn vấn đề trạng thái ổn định, chuyển phương ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Mô động không đồng 7.5kW trình vi phân phần sang phương trình vi phân thường tương đương mà sau giải cách sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn Trong lĩnh vực kỹ thuật điện FEA áp dụng để giải phương trình vi tích phân hệ phương trình Motor-CAD viết cho trường điện từ Kết lời giải cho ta biết phân bố trường điện từ loại máy điện, từ tính toán tham số máy điện FEA đánh giá có tính vạn năng, phù hợp mơ hình phức tạp hình học, đặc tính vật liệu biến đổi thời thời gian Tuy nhiên, ứng dụng mô số thiết kế máy điện cịn gặp nhiều khó khăn, thơng số đưa vào mơ hình mơ thơng số chế tạo thực tế sai khác, FEA khơng thể phản ánh tồn tác động yếu tố công nghệ chế tạo nên mơ hình mơ mơ hình thực tế có sai số Do đó, phương pháp cần kết hợp phương pháp mô kinh nghiệm chế tạo Tình hình nghiên cứu ở nước Trong nước phần mềm Motor-CAD chưa sử dụng phổ biến Tại trường Đại học Công nghiệp Hà Nội phần mềm chưa ứng dụng rộng rãi môn học đặc biệt môn như: Máy điện, truyền động điện, đo lường cảm biến Nhiều sinh viên chưa biết tới phần mềm Motor-CAD Phần mềm áp dụng vào nhiều mơn học máy điện, truyền động điện, hệ thống điện, trang bị điện… sử dụng phần mềm việc tính tốn diễn nhanh khơng gặp sai sót tiết kiệm thời gian Giới thiệu phần mềm Motor-CAD Motor-CAD phần mềm thiết kế động điện hàng đầu giới cho phép mô đa trường vật lý máy điện toàn dải tốc độ - mô men xoắn Đánh giá ý tưởng cấu trúc động toàn dải hoạt động tạo thiết kế tối ưu cho kích thước, hiệu hiệu suất Bốn mơ đun tích hợp phần mềm Motor-CAD – Emag, Therm, Lab Mech – thực tính tốn đa trường vật lý cách nhanh chóng lặp lại, bạn từ ý tưởng đến thiết kế cuối thời gian ngắn Với chu kì phát triển ngày giảm, người thiết kế động cần phải đưa thiết kế nhanh chóng, chắn họ khơng đối mặt với vấn đề sau