Hoạt động/Nội dung 2: Tính toán, thiết kế.- Mục tiêu/chuẩn đầu ra: Xây dựng được quy trình thiết kế động cơ điện một chiều, cách tính toán kích thước mạch từ, dây quấn stato và rôto.. Ph
TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
Ưu nhược điểm và ứng dụng của động cơ một chiều
1.1 Khái niệm Động cơ điện một chiều là loại máy điện biến điện năng dòng điện một chiều thành cơ năng. Ở động cơ một chiều từ trường là từ trường không đổi Để tạo ra từ trường không đổi người ta dùng nam chân vĩnh cửu hoặc nam chân điện được cung cấp dòng điện một chiều.
Công suất lớn nhất của máy điện một chiều khoảng 5 – 10 MW Hiện tượng tia lửa ở cổ góp đã hạn chế tăng công suất của máy điện một chiều Cấp điện áp của máy điện một chiều thường là 120V, 240V, 400V, 500V và lớn nhất là 1000V Không thể tăng điện áp lên nữa vì điện áp giới hạn của các phiến góp là 35V.
Hình 1.1: Động cơ điện một chiều
1.2 Ưu nhược điểm và ứng dụng của động cơ một chiều
1.2.1 Ưu điểm của động cơ một chiều
- Có thể dùng làm động cơ điện hay làm máy phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau.
- Ưu điểm lớn nhất của động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải.
1.2.2 Nhược điểm của động cơ điện một chiều
Bộ phận cổ góp có cấu tạo phức tạp, đắt tiền nhưng hay hư hỏng trong quá trình vận hành nên cần bảo dưỡng, sửa chữa cẩn thận, thường xuyên.
Tia lửa điện phát sinh trên cổ góp và chổi than cot hể sẽ gây nguy hiểm, nhất là trong điều kiện môi trường dễ cháy.
Giá thành đắt mà công suất không cao.
1.2.3 Ứng dụng của đông cơ một chiều
Với sự đa dạng của động cơ 1 chiều hiện nay, loại động cơ này được ứng dụng khá nhiều trong đời sống, các lĩnh vực kỹ thuật Ứng dụng động cơ một chiều cụ thể kể đến như sau:
Động cơ một chiều trong các thiết bị gia dụng, đồ chơi trẻ em.
Động cơ một chiều trong tivi, ổ CD, đài FM.
Động cơ một chiều máy in, máy photo, máy công nghiệp.
Động cơ một chiều ứng dụng trong thiết bị giao thông vận tải, thiết bị cần tốc độ hoạt động liên tục trong phạm vi lớn.
Động cơ một chiều ứng dụng trong băng tải công nghiệp, bàn xoay, phay, động cơ thủy lực,….
1.3 Cấu tạo động cơ điện một chiều
Cấu tạo của động cơ điện một chiều gồm hai phần chính:
Hay còn được gọi là phần kích từ động cơ, là bộ phận sinh ra từ trường.Gồm có mạch từ và dây cuốn kích thích lồng ngoài mạch từ ( nếu động cơ được kích từ bằng nam châm điện), mạch từ được làm bằng sắt từ, dây quấn kích thích hay còn gọi là dây quấn kích từ được là bằng dây điện từ Các cuộn dây từ này được nối tiếp với nhau.
Cực từ chính là phần sinh ra từ trường, gồm có lõi sắt và cuộn dây: Lõi sắt được làm từ các lá thép kỹ thuật hoặc thép cacbon dày 0,5-1 mm được ép lại với nhau và tán chặt thành một khối các cực từ, được gắn vào vỏ máy bằng các bulông
Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bóc cách điện kỹ thành một khối tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau.
Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống như dây quấn cực từ chính Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông
Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy.Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy
Nắp máy : Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn và an toàn cho người khỏi chạm vào điện Trong máy điện nhỏ và vừa nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi Trong trường hợp này nắp máy thường làm bằng gang
Cơ cấu chổi than: để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặy lên cổ góp Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại.
Hình 1.3: Chổi than 1.3.2 Phần quay (rotor)
Là phần sinh ra suất điện động Gồm có mạch từ được làm bằng vật liệu sắt từ(lá thép kĩ thuật ) xếp lại với nhau Trên mạch từ có ảe rãnh đẻ lồng dây quấn phần ứng (làm bằng dây điện từ ).
Cuộn dây phần ứng gồm nhiều bôi dây nối vơi nhau theo một qui luật nhất định Mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây các đầu dây của bối dây được nối với các phiến đồng gọi là phiến góp
Các phiến góp đó được ghép cách điện với nhau và cách điện với trục gọi là cổ góp hay vành góp Tuỳ trên cổ góp là cặp trổi than làm bằng than graphit và được ghép sát vào thành cổ góp nhờ lò xo
Dùng để dẫn từ Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì dặt dây quấn vào Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục.
Xác định kích thước chủ yếu
Những kích thước chủ yếu của máy điện một chiều là đường kính ngoài phần ứng D và chiều dài lõi sắt phần ứng l.
Các kích thước chủ yếu này được xác định theo công thức:
Công suất tính toán P’ trong máy điện một chiều được tính như sau:
Hệ số KĐ được xác định theo bảng 12.1, hiệu suất ƞđm tra trong hình 12.1- giáo trình thiết kế máy điện.
Trị số của hệ số cung cực từ có thể chọn như sau:
- Ở máy có cực từ phụ αg = 0,55-0,72.
- Ở máy không có cực từ phụ αg = 0,6 -0,85.
Khi 2p ≥ 4 và có cực từ phụ thì có thể xác định αδ theo hình 12.2- giáo trình thiết kế máy điện.
Tải điện từ A và Bδ chọn theo hình 12.3- giáo trình thiết kế máy điện. Đường kính phần ứng được chọn xấp xỉ bằng chiều cao tâm trục máy.
Có thể tham khảo đường kính ngoài cực đại của của phần ứng Dmax theo chiều cao tâm trục h trong bảng 12.2.
Nếu không biết trước chiều cao tâm trục h thì đường kính phần ứng D có thể xác định với sai số ∓ 10% theo hình 12.4.
Chiều dài tính toán của phần ứng có thể xác định sơ bộ theo công thức:
Tính tối ưu của mỗi cấp công suất khi D 2 l đã xác định được khảo sát bằng quan hệ λ = l/D Khi tính dãy máy, các cấp công suất có cùng đường kính phần ứng và chỉ khác chiều dài thì λ của chúng phải nằm trong phạm vi gạch chéo của hình 12.5.
Trong các máy điện một chiều thông gió hướng kính cả hướng kính lẫn hướng trục, thường lõi sắt phần ứng được chia làm nhiều đoạn, mỗi đoạn dài khoảng 5,5- 7,5cm.
Toàn bộ chiều dài lõi sắt phần ứng bằng:
- ng: số rãnh thông gió.
- bg: chiều rộng mỗi rãnh thông gió.
- l’: chiều dài mỗi đoạn lõi sắt phần ứng.
Chiều dài phần sắt bằng:
(2.5)Ban đầu, khi sơ bộ xác định chiều dài toàn bộ của lõi sắt, có thể dùng công thức kinh nghiệm sau để lấy l2:
Sau khi sắp xếp các đoạn lõi sắt để có l2 chính xác thì chiều dài tính toán được xác định theo công thức:
Khi chiều dài phần ứng không lớn hơn 35cm và h ≤ 355mm, lõi sắt phần ứng có thể làm thành một khối không cần rãnh thông gió hướng kính, lúc đó:
Tra hình 12.1 giáo trình thiết kế máy điện lấy
- Xác định dòng điện của động cơ điện.
- Đường kính ngoài phần ứng
Chiều cao tâm trục h= 160mm Theo bảng 12.2 lấy D = 16 cm
- Hệ số cung cực từ.
Theo hình 12.2 lấy , theo hình 12-2 giáo trình thiết kế máy điện.
- Chiều dài tính toán của phần ứng: cm (2.12)
Vì chiều dài phần ứng không lớn hơn 35cm và h ≤ 355mm, lõi sắt phần ứng có thể làm thành một khối không cần rãnh thông gió hướng kính, nên: cm
Theo hình 12.4 trị số này nằm trong vùng cho phép.
- Số cực từ: Theo hình 12.5 - giáo trình thiết kế máy điện chọn 2p = 4.
- Chiều dài tính toán của mặt cực từ:
- Chiều dài mặt cực từ (khe hở không khí không đều):
Tính toán phần ứng 25 1.Kiểu và số liệu dây quấn
2.2.1.Kiểu và số liệu dây quấn
Trong máy điện một chiều thường dùng các loại dây quấn xếp, sóng và hỗn hợp.
Có thể chọn dây quấn phần ứng theo bảng 12.3.
Số thanh dẫn tác dụng được xác định theo công thức:
(2.17) trong đó tính theo Wb.
Số rãnh của phần ứng Z được xác định theo bước răng t2
Bước răng t2 được xác định theo chiều cao tâm trục h
Số vòng dây của một phần tử được xác định từ điều kiện bước phiến góp nhỏ nhất tGmin.
Số rãnh nguyên tố u được chọn từ điều kiện đổi chiều: u ≤ 5 để tránh sự sai khác nhau về điều kiện đổi chiều ở các phần tử trong cùng một rãnh Mặt khác u còn phải thỏa mãn điều kiện đối xứng của dây quấn.
Số phiến góp G = uZ phải đảm bảo điện áp giữa hai phiến góp kề nhau không vượt quá một giá trị nhất định để tránh vòng lửa trên cổ góp Giá trị cực đại theo bảng 12.4.
Tiết diện dây dẫn được xác định theo công thức:
(2.19) Trong đó: i2: dòng điện trong một nhánh song song (A).
J2: mật độ dòng điện trong dây dẫn phần ứng A/mm 2
Mật độ dòng điện được xác định theo cấp cách điện và có thể tra trong hình 12.3.
2.2.2 Tính toán chọn kiểu dây quấn:
Tra bảng 12.3 chọn kiểu dây quấn sóng đơn.
- Dòng điện của một mạch nhánh song song:
- Số thanh dẫn của dây quấn:
Với h cm, bước răng cm, cm:
- Số thanh dẫn tác dụng trong một rãnh:
- Chọn rãnh hình ô van với răng có cạnh song song.
- Số phiến góp G theo số rãnh nguyên tố với các phương án sau:
Số phương án u G = u.Z wp= N/2G UGtb
Bảng 2.1: Bảng liệt kê các phương án
Vì thường lấy trong khoảng 15 ~ 16 V nên chọn phương án 3 Như vậy số vòng dây của một phần tử = 3 Số phiến góp G = 87
- Hiệu chỉnh lại chiều dài lõi sắt của phần ứng: cm (2.28)
- Chiều dài phần sắt của phần ứng: cm (2.29)
- Mật độ dòng điện trong dây dẫn phần ứng (sơ bộ):
Trong đó AJ2 = 1400 A 2 /cm.mm 2 lấy trong hình 12.3 giáo trình thiết kế máy điện ứng với cách điện cấp B.
- Tiết diện dây dẫn: mm2 (2.32)
- Ghép hai dây loại PETV đường kính d/dcd = 1,4/1,485 mm.
- Sơ bộ định tiết diện rãnh phần ứng:
Lấy hệ số lấp đầy rãnh kđ = 0,72
- Sơ bộ chiều rộng răng phần ứng:
- Kích thước rãnh phần ứng như trong hình vẽ dưới:
- Hệ số lấp đầy rãnh:
Diện tích rãnh trừ nêm:
Diện tích rãnh cách điện:
Chiều dày cách điện rãnh c = 0,5mm và chiều cao nêm hn = 3mm Diện tích có ích của rãnh:
Hệ số lấp đầy rãnh:
+ Bước tổng hợp và bước cổ góp:
- Chiều dài phần đầu nối dây quấn:
- Chiều dài trung bình một vòng dây: l2tb = 2.(l2 + ld) = 2.(15,77 + 13,6) = 58,7 (cm) (2.47)
- Chiều dài toàn bộ dây quấn:
- Điện trở của dây quấn phần ứng ở 75 o C :
- Trọng lượng đồng của dây quấn phần ứng:
- Đường kính trong phần ứng (đồng thời là đường kính trục):
- Chiều cao lưng phần ứng:
- Chiều dài tính toán của rãnh phần ứng: h ’r =hr - 0,1.d1 =2,6 -0,1.0,13 = 2,58 (cm) (2.53)
- Chiều dài lưng phần ứng:
Tính toán cổ góp và chổi than
2.1.1 Đường kính cổ góp Đường kính cổ góp quyết định tốc độ đường vG, δước phiến góp, số phiến góp, những yếu tố ấy trực tiếp ảnh hưởng đến chất lượng của đổi chiều Đường kính cổ góp của phần ứng có rãnh 1/2 kín nằm trong phạm vi:
DG = (0,65 ~ 0,8).D (2.56) Đối với rãnh hở thì:
DG = (0,65 ~ 0,7).D (2.57) Để đảm bảo cổ góp làm việc tốt, tốc độ đường tối đa:
G phải lớn hơn trị số cho phép Khi D ≤ 50cm thì tG = 3 - 8mm, khi D > 50cm thì tG >5mm.
2.1.2 Số chổi và kích thước chổi
Bề rộng chổi than ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình đổi chiều Chiều rộng tính toán của chổi than bch được xác định bằng số phiến góp bị chổi than phủ lên:
(2.59) Tùy theo kiểu dây quán có thể chọn γ như sau:
Diện tích tiếp xúc của một chổi than bằng:
Số chổi than sưới một giá chổi than (số giá chổi than thường bằng số cực từ):
Mật độ dòng điện trong chổi than Jch tính theo A/cm 2 phụ thuộc vào loại chổi than và không vượt quá 12 A/cm 2 Đối với những máy hay quá tải thì nên chọn thấp hơn 20%.
Chiều dài tác dụng của cổ góp:
(2.62) trong đó c= 0,8cm là chiều dày hai phía của hộp chổi than và khoảng cách giữa hai hộp.
- Đường kính ngoài cổ góp:
DG = (0,65 ~ 0,8).D = (0,65 ~0,8).16 ,4 ~ 12,8 (cm) (2.63) Lấy đường kính cổ góp tiêu chuẩn DG = 11,2 cm
- Tố độ bề mặt của cổ góp:
- Chiều rộng tính toán của chổi than:
- Chọn kiểu dây quấn sóng đơn γ = 2 - 4. bch = (2 -4)tG = (2 - 4).0,404 = 0,808 - 1,616 (2.66)
Chọn kích thước chổi than
Số chổi than trên một giá chổi than:
Lấy mật độ dòng điện trên chổi than J’ch = 11 (A/cm 2 ).
- Mật độ dòng điện thực của chổi than:
- Chiều dài tác dụng của cổ góp:
Tính toán khe hở không khí, cực từ và gông từ
Khe hở không khí trong máy điện một chiều chủ yếu ảnh hưởng đến tính năng đổi chiều và dung lượng từ sức từ động kích từ Để từ trường khe hở không khí dưới cung cực từ không bị đổi chiều do phản ứng phần ứng, phải đảm bảo quan hệ sau:
A: tải đường. bδ = αδ.τ : bề rộng tính toán mặt cực từ. αδ: hệ số cung cực từ.
: Sức từ động phần ứng dưới 1/2 cực từ.
: Sức từ động của mạch từ dưới 1/2 cực từ.
Vì nên thay vào công thức trên được:
(2.72) Để có một độ dư nhất định thường lấy:
(2.73) Để giảm tác động của sức từ động phản ứng phần ứng ngang trục và giảm tiếng ồn, thường khe hở dưới cực từ không đều nhau mà ở giữa cực từ khe hở δ’ nhỏ nhất, ở hai đầu mõm cực từ khe hở δ’’ lớn nhất và thường lấy δ’’ = 3δ’.
Khe hở tính toán sẽ bằng: δ = 0,75δ’ + 0,25δ’’ (2.74) hay ngược lại δ’ = δ/1,5 và δ’’ =2δ.
Thường dùng thép kỹ thuật điện 3411 dày 1 mm Hệ số ép chặt thường lấy kc = 0,98.
Chiều rộng mặt cực từ chính bm
Phải chọn sao cho τ- bδ > bdc
Trong đó: bdc - chiều rộng vùng đổi chiều
Thường lấy bδ = αδτ ( αδ: hệ số cung cực từ, tra hình 12.7) Đối với máy không có dây quấn bù và khe hở không khí không đều, lấy bm = bδ.
Với máy có dây quấn bù và khe hở đều: bm = bδ -2δ
Chiều cao mặt cực từ hm
Phải chọn sao cho mật độ từ thông qua ranh giới giữa mặt cực từ với thân cực từ không quá 85% mật độ từ thông trong thân cực từ Thường chiều cao h ’m được tính theo công thức:
Trong đó: bc : bề rộng thân cực từ
Bc : mật độ từ thông trong thân cực từ.
Với thép 3411 lấy Bc = 1,6 -1,7 T Với thép CT1 - CT3 lấy Bc = 1,4 - 1,5 T.
- Kích thước thân cực từ.
Hệ số tản từ ϭ =1,2 với 2p = 4.
- Chiều dài cực từ lc
- Chiều cao cực từ hc
Phụ thuộc vào đường kính phần ứng Có thể xác định theo hình 12.9
Gông ở các máy điện một chiều ngày nay thường làm bằng thép ống hoặc thép tấm uốn lại và hàn nối Cũng có khi làm bằng thép đúc.
Chiều dài thân máy tổi thiểu phải phủ kín cực từ và dây quấn kích từ chính và phụ Thường xác định theo số đôi cực của máy.
(2.77) Để cải thiện đổi chiều, mật độ từ thông trong thân máy Bg chọn trong quãng 1,1 ~ 1,3 T đối với gông bằng thép. Đường kính trong của gông bằng:
(2.78) Đường kính ngoài của gông bằng:
- Như vậy khe hở giữa cực từ và ở hai đầu mõm cực từ δ’’ = 2.δ’ = 2.0,1 = 0,2 (cm) (2.81)
- Hệ số khe hở không khí.
- Sơ bộ xác định sức điện động:
(2.83) kĐ lấy theo bảng 12.1- giáo trình thiết kế máy điện.
- Từ thông dưới mỗi đôi cực:
- Kích thước cực từ chính:
- Cực từ chính làm bằng lá thép kỹ thuật điện 3411 dày 1mm Hệ số ép chặt cực từ kc1 = 0,95.
- Chiều rộng ra của một bên mặt cực từ.
- Hệ số tản từ trên cực từ: Lấy ϭ t =1,2 với 2p = 4.
- Chiều rộng thân cực từ:
- Tiết diện gông từ: Lấy Bg1 = 1,3T
- Chiều dày thân máy (đồng thời là gông từ):
- Đường kính trong thân cực từ:
- Chiều cao thân cực từ:
- Tiết diện ở khe hở không khí:
- Tiết diện nhỏ nhất của răng phần ứng:
- Tiết diện lưng phần ứng:
- Tiết diện thân cực từ chính:
- Khe hở không khí giữa cực từ chính với thân máy:
- Chiều dài gông từ trên thân máy:
Tính toán mạch từ
- Mật độ từ thông khe hở không khí:
- Mật độ từ thông ở răng phần ứng:
- Mật độ từ thông ở lưng phần ứng:
- Mật độ từ thông trên cực từ:
- Mật độ từ thông ở khe hở giữa cực từ và gông từ:
- Mật độ từ thông ở gông cực từ:
- Sức từ động trên khe hở không khí:
- Sức từ động trên răng:
- Sức từ động trên lưng phần ứng:
- Sức từ động trên thân cực từ:
Tính toán dây quấn kích thích song song
Sức từ động tính toán lớn nhất của dây quấn kích từ bằng:
(2.109) Trong đó: k: hệ số dự trữ, đối với động cơ điện k = 1,05 - 1,1. Điện trở của dây quấn kích từ ở nhiệt độ làm việc tính toán:
: điện trở suất của vật liệy dây quấn kích từ ở nhiệt độ làm việc. chiều dài trung bình một vòng dây của dây quấn kích từ.
: chiều dày cách điện thân cực từ = 0,2cm. bt : chiều dày của dây quấn kích từ Khi D ≤ 30cm thì bt = 2,5cm, khi D > 30 cm thì lc, bc: chiều dày và chiều rộng thân cực từ.
Mặt khác biết rằng do đó tìm ra được mối quan hệ giữa tiết diện dây dẫn của dây quấn kích từ với sức từ động kích từ và điện áp kích từ:
Tiết diện được quy về tiết diện chuẩn Khi thì dùng dây dẫn tiết diện tròn, khi tiết diện lớn hơn thì dùng dây dẫn tiết diện hình chữ nhật.
Dòng điện kích từ cực đại:
(2.112) Mật độ dòng điện Jt lấy băng 4,5 - 6 A/mm 2 đối với máy kiểu bảo vệ IP22.
Số vòng dây của một cực bằng:
Trọng lượng của dây quấn kích từ.
- Từ đặc tính quá độ xác định sức từ động ngang trục khi khử từ bằng:
- Sức từ động từ hóa (ở E = 220V):
- Lấy chiều dày của cuộn kích từ bt = 2,5 cm thì chiều dài trung bình của một vòng day cuộn kích từ bằng:
- Tiết diện dây dẫn của cuộn dây kích từ ở 75 o C:
(mm 2 ) (2.116) Ở đây các cuộn dây kích thích song song đều nối tiếp (a = 1), k = 1,1 là hệ số dự trữ, điện áp kích từ Ut = 220V.
Chọn dây men tiết diện tròn ký hiệu PETV có đường kính d/dcd = 0,71/0,77 mm, tiết diện st = 0,396 mm 2
- Mật độ dòng điện (với máy kiểu bảo vệ IP22) chọn bằng:
- Số vòng dây kích từ dưới một cực từ:
- Chiều dài của dây dẫn dây quấn kích từ:
- Điện trở của dây quấn kích từ ở 75 o C:
- Trọng lượng đồng của dây quấn kích thích song song:
Tham số đối chiếu
Kiểm tra đổi chiều nhằm mục đích đảm bảo máy có thể làm việc không phóng tia lửa trên cổ góp Sự phóng tia lửa này được đánh giá bằng trị số của sức điện động phản kháng trong phẩn tử đồi chiều ep
Sức điện động phản kháng ep được tính theo công thức sau:
(2.122) trong đó: wp: số vòng dây của một phần tử. λr2: từ dẫn tản rãnh.
Trị số λr2 khi chiều cao tâm trục h < 315 mm được tính như sau:
- Với rãnh hình ô van 1/2 kín:
- Bề rộng vùng đổi chiều:
- Nghiệm lại quan hệ bdc/(τ - bm):
(2.126) như vậy thỏa mãn điều kiện bdc/(τ - bm) = 0,55 -0,7.
- Hệ số từ dẫn rãnh:
- Sức điện động phản kháng:
- Khe hở không khí dưới cực từ phụ:
- Chiều dài tính toán của khe hở không khí dưới cực từ phụ:
- Hệ số khe hở không khí:
- Mật độ từ thông khe hở không khí dưới cực từ phụ:
- Chiều rộng tính toán của bề mặt cực từ phụ:
- Bề rộng thân cực từ phụ:
- Từ thông dưới cực từ phụ:
- Lấy chiều dài mặt cực từ phụ
- Từ thông trong thân cực từ phụ:
- Lấy hệ số từ tản trên cực từ phụ
- Tiết diện thân cực từ phụ:
Cực từ phụ làm bằng thép kỹ thuật điện 3411 dày 1 mm Hệ số ép chặt kcf = 0,95 Do bề mặt cực từ phụ có nở ra nên chiều dài thân cực từ phụ lf = lmf
- Mật độ từ thông tính toán trên thân cực từ phụ:
STT Các mục tính Công thức tính Đơn vị Trị số
1 Từ thông trong khe hở không khí Wb 1,51.10 -3
2 Mật độ từ thông khe hở không khí T 0,376
3 Sức từ động khe hở không khí A 202
4 Mật độ từ thông trên răng T 0,96
5 Cường độ từ trường trên răng H z A/cm 0,0235
6 Sức từ động trên răng A 11,8
Mật độ từ thông trên gông phần ứng
Cường độ từ trường trên gông phần ứng:
9 Sức từ động trên gông phần ứng A 4
10 Từ thông trên cực từ phụ Wb 0,107.10 -2
Mật độ từ thông trên thân cực từ phụ
Cường độ từ trường trên thân cực từ phụ
13 Sức từ động trên thân cực từ phục A 320
Sức từ động ở khe hở giữa cực từ phụ và gông stato
Mật độ từ thông trên gông cực từ phụ
Cường độ từ trường trên gông cực từ phụ
17 Sức từ động trên gông cực từ phụ Fg1 A 472
Sức từ động của mạch từ phụ dưới một đôi cực
Sức từ động mạch từ phụ và phản ứng phần ứng
Bảng 2.2: Kết quả tính toán mạch từ cực từ pha
- Sức từ động dưới một đôi cực từ phụ:
- Số vòng dây của dây quấn cực từ phụ dưới một cực:
- Tiết diện dây dẫn của dây quấn cực từ phụ:
Lấy số mạch song song
Chọn dây dẫn tròn bọc sợi thủy tinh ký hiệu PSD, đường kính có tiết diện s = 7,8 mm 2
- Chiều dài trung bình một vòng dây của dây quấn cực từ phụ:
(2.141) = 2.(15,57 + 1,2 + 4.0,2) + 1,3 = 39 cm = 0,39 (m) Lấy bề dày cuộn dây cực từ phụ bf = 1,3 cm và bề dày cách điện là 0,2 cm.
- Toàn bộ chiều dài dây quấn cực từ phụ:
- Điện trở của dây quấn cực từ phụ ở 75 o C:
- Trọng lượng đồng dây quấn cực từ phụ:
- Sức từ động của cuộn dây ổn định tốc độ:
Thường lấy bằng hoặc nhỏ hơn sức từ động phản ứng phần ứng:
Số mạch nhánh song song
Số vòng dây cuộn ổn định tốc độ
- Chiều dài trung bình một vòng dây ổn định tốc độ:
Lấy bằng cuộn dây kích thích song song lnt = 0,532 m
- Chiều dài toàn bộ cuộn dây ổn định tốc độ:
- Tiết diện dây quấn ổn định tốc độ:
Lấy bằng tiết diện dây quấn cực từ phụ: d/dcd = 3,15/3,5 mm, snt = 7,8 mm 2 (2.148) Điện trở dây quấn ổn định tốc độ:
- Trọng lượng dây quấn ổn định tốc độ:
- Sức điện động phần ứng ở tải định mức:
- Từ thông ở khe hở không khí lúc tải đầy:
- Sức từ động từ hóa của một đôi cực lúc tải định mức:
- Sức từ động của dây quấn kích thích song song dưới một đôi cực lúc tải định mức:
- Dòng điện kích từ định mức:
Tổn hao và hiệu suất
- Tổn hao đồng trong dây quấn phần ứng:
- Tổn hao đồng trong dây quấn cực từ phụ:
- Tổn hao đồng trong dây quấn kích thích song song:
- Tổn hao đồng trên dây quấn ổn định tốc độ:
- Tổn hao đồng trên chổi than:
- Tổn hao ma sát trên cổ góp:
Lấy áp suất ép lên cổ góp chổi than ptx = 3.10 4 pa
Hệ số ma sát kms = 0,2
Tiết diện tiếp xúc của cổ gớp Sch= 10 cm 2
- Tổn hao trên vòng bi và quạt gió: pcơ = 55W
- Trọng lượng sắt lưng phần ứng:
- Trọng lượng sắt răng phần ứng:
- Tổn hao trên lưng phần ứng:
(2.163) p1/50 =1,75 W/kg đối với thép kỹ thuật điện 1311.
- Tổn hao sắt trên răng phần ứng:
- Công suất điện đầu ra:
- Hiệu suất động cơ điện:
Đặc tính làm việc
Đặc tính làm việc là quan hệ giữa n, M, I1, P1, ƞ = f (P2) khi U = 220 V, dòng điện kích từ không đổi và bằng định mức I1 = 1,35 A Tổn hao không tải không biến đổi khi tải thay đổi từ không tải đến định mức:
Tổn hao phụ thay đổi theo quan hệ pf = pfđm (2.175)
Sức từ động phần ứng ngang trục khử từ Fqd được xác định trên đặc tính quá độ.
- Sức từ động cuộn dây ổn định tốc độ được xác định theo quan hệ:
Các đặc tính làm việc được xây dựng như sau:
- Lấy các trị số của dòng điện phần ứng: I2i
- Tính sức điện động phản ứng:
- Sức từ động từ hóa của máy ở tải I2i
(2.178) trong đó Ft: sức từ động của dây quấn kích thích song song.
- Từ đặc tính không tải xác định E’i theo Foi
- Tốc độ của động cơ điện:
- Hiệu suất động cơ điện:
Bảng 2.3: Bảng số liệu đặc tính làm việc
Hình 2.2: Đặc tính làm việc của động cơ điện một chiều
Tính toán nhiệt
Với cách điện cấp B: là nhiệt dẫn cách điện cấp B.
- Dòng nhiệt qua đơn vị bề mặt ngoài của lõi sắt phần ứng :
- Độ tăng nhiệt của mặt ngoài lõi sắt phần ứng so với nhiệt độ không khí làm nguội :
Trong đó: : đây là hệ thống thông gió hướng trục.
Với: Đường kính ngoài cánh quạt:
- Dòng nhiệt qua đơn vị diện tích bề mặt của phần đầu nối dây quấn :
- Độ tăng nhiệt của phần nối dây quấn :
- Độ tăng nhiệt của dây quấn kích từ:
- Dòng điện qua bề mặt dây quấn cực từ phụ :
- Độ tăng nhiệt của dây quấn cực từ phụ:
- Độ tăng nhiệt bề mặt cổ góp:
Tính toán thông gió
- Lượng gió cần thiết đưa qua máy
- Đường kính ngoài của quạt:
- Tốc độ ngoài của quạt :
- Lượng không khí tiêu hoa lớn nhất :
- Tiết diện ra gió của quạt:
- Áp suất cần thiết để đẩy lượng không khí cần thiết ra khỏi máy:
- Áp suất không tải cảu cánh quạt thẳng:
- Tốc độ bề mặt trong của cánh quạt:
- Đường kính trong của quạt:
Số cánh quạt, theo bảng 7.1 giáo trình thiết kế máy điện với , lấy số cánh quạt
Kết luận
Chương hai em đã tính toán các thông số của động cơ điện 1 chiều: kích thước chủ yếu của động cơ, dây quấn kích từ song song, tính toán mạch từ, tính toán cổ góp, chổi than và tổn hao và hiệu suất làm việc của động cơ.