Thiết kế động cơ điện không đồng bộ ba pha rô to lồng sóc

Giới thiệu chung về máy điện không đồng bộMáy điện không đồng bộ, thường được gọi là động cơ không đồng bộ, là một loạimáy điện chuyển động dựa trên nguyên tắc hoạt động của các dòng điệ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN - THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA RƠ TO LỒNG SĨC GVHD: ThS Nguyễn Văn Đồi Sinh viên: Lê Văn Hồng Lớp: EE6110.1 Khóa: K16 Hà Nội 2023 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NỘI NAM KHOA ĐIỆN Độc lập - Tự - Hạnh phúc BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN PHIẾU GIAO BTL THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN Họ tên SV: Lê Văn Hoàng STT Mã sinh viên Họ tên 2021605155 Lê Văn Hồng Lớp-Khóa Ngành 20222EE611000 CNKTĐ-ĐT Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Đoài Khoa: Điện TÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế động điện không đồng ba pha rô to lồng sóc Số liệu phục vụ tính tốn, thiết kế động điện không đồng Công suất định mức: Pđm= 30 kW; Số pha: m =3; Tần số f = 50 hZ Điện áp định mức: Uđm= 380V; Số cực: 2p = ; Sơ đồ nối dây: Y Hệ số công suất: cosφ = 0,9; Hiệu suất: η = 90 %; Kiểu kín IP44 Cấp cách điện : B Chế độ làm việc liên tục Chiều cao tâm trục: h= 250 mm Ik/Iđm= 7; Mk/Mđm= 1,4; Mmax/Mđm= 2,2 u cầu tính tốn, thiết kế động điện không đồng Chương 1: Phần mở đầu 1.1 Giới thiệu chung máy điện không đồng 1.2 Giới thiệu chung thiết kế động không đồng 1.3 Quy trình, tiêu chuẩn thiết kế động không đồng 1.4 Nhận xét, kết luận chương Chương 2: Thiết kế động điện không đồng ba pha lồng sóc 30 kW, 380V 2.1 Giới thiệu mục tiêu thiết kế 2.2 Xác định kích thước chủ yếu 2.3 Thiết kế Stato 2.4 Thiết kế lõi sắt rơ to 2.5 Khe hở khơng khí 2.6 Tham số động khơng đồng q trình khởi động 2.7 Xác định đặc tính làm việc khởi động 2.8 Nhận xét, kết luận chương Chương 3: Kết luận, kiến nghị hướng phát triển đề tài 3.1 Kết luận 3.2 Kiến nghị 3.3 Hướng phát triển đề tài Các tiêu chuẩn phục vụ tính tốn, thiết kế động điện khơng đồng TCVN 1987-1994; TCVN 315-85; TCVN 7540:2013 Quy định động điện không đồng ba pha TCVN 8:2015: Quy định vẽ kỹ thuật Các vẽ cần thực STT Tên vẽ Khổ giấy Số lượng Bản vẽ tổng lắp ráp động A3 Yêu cầu trình bày văn 01 Thực theo biểu mẫu “BM03” QUY CÁCH CHUNG CỦA BÁO CÁO TIỂU LUẬN/BTL/ĐỒ ÁN/DỰ ÁN Quyết định số 815/ QĐ-ĐHCN ngày 15/08/2019 Về thời gian thực đồ án: Ngày giao đề tài Ngày hoàn thành: : GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Nguyễn Văn Đoài CHƯƠNG 1: PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu chung máy điện không đồng Máy điện không đồng bộ, thường gọi động không đồng bộ, loại máy điện chuyển động dựa nguyên tắc hoạt động dịng điện xoay chiều (AC) Động khơng đồng thiết bị điện quan trọng phổ biến hệ thống công nghiệp dân dụng Chúng sử dụng rộng rãi ứng dụng từ thiết bị nhỏ quạt máy bơm đến thiết bị lớn máy phát điện hệ thống điều khiển công nghiệp Nhược điểm động điều chỉnh tốc độ khó khăn dịng điện khởi động lớn thường 5-7 lần dòng điện định mức Để bổ khuyết cho nhược điểm này, người ta chế tạo đông khơng đồng roto lồng sóc nhiều tốc độ dùng roto rãnh sâu, lồng sóc kép để hạ dịng điện khởi động, đồng thời tăng mômen khởi động lên Độngcơ điện khơng đồng rơto dây quấn điều chỉnh tốc độ chừng mực định, tạo mơmen khởi động lớn mà dịng khởi động khơng lớn lắm, chế tạo có khó so với loại rơto lồng sóc,do giá thành cao hơn, bảo quản khó Máy điện khơng đồng điều khiển thơng qua phương pháp điều chỉnh tần số, điều chỉnh điện áp, điều khiển hình dạng sóng điện Điều cho phép chúng sử dụng nhiều ứng dụng khác nhau, từ điều khiển tốc độ đến điều khiển vị trí kiểm sốt tải Máy điện không đồng thành phần quan trọng hệ thống điện đại, cung cấp sức mạnh chuyển động nhiều ứng dụng khác từ công nghiệp đến dân dụng 1.1.1 Phân loại động không đồng Theo cấu tạo rotor: Rotor quay xác định Rotor quay phụ thuộc Theo cấu tạo stator:Ba pha Một pha Theo ứng dụng:Máy phát điện Động điện 1.1.2 Cấu tạo máy điện không đồng a, Phần tĩnh (Stato) Stato bao gồm: vỏ máy, lõi thép, dây quấn Hình 1.1 Cấu tạo stato - Lõi thép: Lõi thép stator có dạng hình trụ, làm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm dập rãnh bên ghép lại với tạo thành rãnh theo hướng trục Lõi thép ép vào vỏ máy - Dây quấn stato: Dây quấn stator thường làm dây đồng có bọc cách điện đặt ranh lõi thép Dòng điện xoay chiều ba pha chạy dây quấn ba pha stator tạo nên từ trường quay - Võ máy: Vỏ máy nơi cố định lõi sắt, dây quấn đồng thời nơi ghép nối nắp hay gối đỡ trục Vỏ máy bao gồm có thân nắp, thường làm gang b, Phần quay(Roto) Roto phần quay gồm lõi thép, dây quấn trục máy Hình 1.2 Cấu tạo roto - Lõi thép: Lõi thép rotor gồm thép kỹ thuật điện lấy từ phần bên lõi thép stator ghép lại, mặt dập rãnh để đặt dây quấn, có dập lỗ để lắp trục - Trục: Trục máy điện không đồng làm thép, gắn lõi thép roto - Dây quấn rotor: Dây quấn rotor máy điện không đồng có hai kiểu: rotor ngắn mạch cịn gọi rotor lồng sóc rotor dây quấn  Rotor lồng sóc gồm đồng nhơm đặt rãnh bị ngắn mạch hai vành ngắn mạch hai đầu Với động nhỏ, dây quấn rotor đúc nguyên khối gồm dẫn, vành ngắn mạch, cánh tản nhiệt cánh quạt làm mát Các động công suất 100kW dẫn làm đồng đặt vào rãnh rotor gắn chặt vào vành ngắn mạch  Rotor dây quấn quấn giống dây quấn ba pha stator có số cực từ dây quấn stator Dây quấn kiểu ln ln đấu (Y) có ba đầu đấu vào ba vành trượt, gắn vào trục quay rotor cách điện với trục Ba chổi than cố định tỳ vành trượt để dẫn điện vào biến trở nối nằm động để khởi động điều chỉnh tốc độ 1.1.3 Ngun lí làm việc động khơng đồng pha Khi có dịng điện ba pha chạy dây quấn stato khe hở khơng khí xuất từ trường quay với tốc độ n = 60f/p (f tần số lưới điện; p số đội cực từ máy; n tốc độ từ trường quay bậc một) Từ trường quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch đặt lõi sắt roto, làm cảm ứng dây quấn roto sức điện động E, Do roto kín mạch nên dây quấn roto có dịng điện I, chạy qua Từ thơng dịng điện sinh hợp với từ thơng stato tạo thành từ thông tống khe hở Dòng điện dây quấn roto tác dụng với từ thông khe hở sinh mô men Tác dụng có quan hệ mật thiết với tốc độ quay n roto Trong phạm vi tốc độ khác chế độ làm việc máy khác 1.1.4 Ưu diểm - Kết cấu đơn giản nên giá thành rẻ - Vận hành dễ dàng liên tục dài hạn, bảo quản thuận tiện - Sử dụng rộng rãi phổ biến phạm vi công suất nhỏ vừa - Ít chi phí vận hành, bảo trì sửa chữa - Đấu nối trực tiếp với nguồn điện pha, tốn thêm thiết bị biến đổi 1.1.5 Nhược diểm - Hệ số công suất thấp gây tổn thất nhiều công suất phản kháng lưới điện - Không sử dụng lúc non tải khơng tải - Khó điều chỉnh tốc độ - Làm giảm bớt độ tin cậy khe hở khơng khí nhỏ - Đặc tính mở máy khơng tốt, dòng mở máy lớn (gấp 6-7 lần dòng định mức) - Momen mở máy nhỏ 1.1.6 Ứng dụng Động không đồng ứng dụng rộng rãi công nghiệp, nông nghiệp, đời sống ngày với công suất từ vài chục đến hàng nghìn kW 1.1.6.1 Trong công nghiệp Động không đồng thường dùng làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa nhỏ, Là động loại máy mài, máy tiện, máy cắt, cho máy công cụ nhà máy công nghiệp nhẹ, 1.1.6.2 Trong nông nghiệp Được dùng làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm 1.1.6.3 Trong đời sống ngày Động không đồng ngày chiếm vị trí quan trọng vớinhiều ứng dụng như: quạt gió, động tủ lạnh, máy giặt,… 1.1.7 Nhận xét Động điện không đồng pha lựa chọn phổ biến nhiều ứng dụng công nghiệp dân dụ Với hiệu suất cao, độ tin cậy khả hoạt động ổn định, động thường ưa chuộng Tuy nhiên, việc điều chỉnh tốc độ có hạn chế tiêu thụ dịng khởi động cao nhược điểm cần xem xét Tóm lại, giải pháp vận hành hiệu với chi phí thấp độ bền cao 1.2 Giới thiệu chung thiết kế động không đồng Động không đồng thành phần quan trọng hệ thống điện khí, thiết kế để đáp ứng yêu cầu từ nhà nước từ nhà máy người tiêu dùng thông qua hợp đồng ký kết Thiết kế động không đồng cần tuân thủ tiêu chuẩn yêu cầu kỹ thuật quy định từ phía nhà nước Đồng thời, phải đáp ứng yêu cầu hiệu kinh tế tính kỹ thuật để tối ưu hóa chi phí sản xuất vận hành Điều đòi hỏi người thiết kế phải đảm bảo sản phẩm đáp ứng tiêu chuẩn hiệu suất, độ tin cậy tuổi thọ, đồng thời tối ưu hóa chi phí sản xuất vận hành Động không đồng thường lựa chọn tính đơn giản, độ tin cậy hiệu kinh tế nhiều ứng dụng cơng nghiệp dân dụng 1.3 Quy trình, tiêu chuẩn thiết kế động không đồng 1.3.1 Quy trình thiết kế động khơng đồng bộ: a Thiết kế điện từ : Nhiệm vụ tính tốn điện từ động điện không đồng rôto lồng sóc lựa chọn tính tốn kích thước lõi sắt stato, rơto, kích thước dây quấn cho máy đạt tính mà tiêu chuẩn quy định Trong giai đoạn này, người thiết kế xác định phương án điện từ hợp lý, tính tay, nhờ vào máy tính Q trình tiến hành tính tốn, thiết kế thành phần: - Xác định k ích thước chủ yếu - Thiết kế stato - Thiết k ế rôto - Khe hở khơng khí - -Xác định tham số động cơtrong q trình khởi động - -Tính tốn đặc tính làm việc khởi động b Thiết kế kết cấu: Trong giai đoạn phải tiến hành tính toán nhiệt để xác định kết cấu cụ thể phương thức thơng gió làm nguội, k ết cấu cụ thể cách bôi trơn ổ đỡ, kết cấu thân máy nắp máy Để chế tạo động khơng đồng rơto lồng sóc cịn phải qua khâu thiết kế sau : - Thiết kế thi có nhiệm vụ vẽ tất vẽ lắp ráp chi tiết - Thiết kế khuôn mẫu gá lắp dùng gia công chi tiết máy - Thiết kế công nghệ để kiểm tra công nghệ q trình gia cơng 1.3.2 Các tiêu chuẩn áp dụng Tiêu chuẩn TCVN 2280-78:Phương pháp thử động điện khơng đồng ba pha cơng suất từ 100 ốt trở lên Tiêu chuẩn áp dụng cho đông điện không đồng ba pha công suất 100W lớn hơn, làm việc lưới điện xoay chiều pha với tần số 400Hz Tiêu chuẩn quy định phương pháp thử sau: - Đo điện trở cách điện cuộn dây với vỏ máy cuộn dây với nhau; - Đo điện trở cuộn dây dòng điện chiều trạng thái nguội; - Xác định hệ số biến áp động điện rôto dây cuốn; - Thử độ bền điện cách điện cuộn dây với vỏ máy cuộn dây; - Thử độ bền điện cách điện vòng dây cuộn dây; - Xác định dòng điện tổn hao không tải; 10 Theo phụ lục VI, (trang 618_TKMĐ) chọn dây đồng tráng men PETV có đường kính d/dcd = 0,72/0,78 mm ; s1 = 0,407 mm2 2.3.6 Kiểu dây quấn Chọn kiểu dây quấn hai lớp bước ngắn với y = 10 Bước rãnh: τ r= Z1 72 = =12 p Hệ số rút ngắn: y 10 β= = ≈ 0,833 τ r 12 2.3.7 Hệ số dây quấn Hệ số bước ngắn : π π k y =sinβ =sin(0,833 ¿ )=0,966 ¿ 2 Hệ số bước rải: α 15 sin ⁡( q1 ) sin ⁡(4 ) 2 k r= = =0,958 α 15 q sin sin ⁡( ) 2 Trong đó: α= p 360 3.360 ο = =15 Z1 72 Hệ số dây quấn: k d=k y k r=0,966.0,958=0,925 20