đồ án môn học thiết kế máy điện thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc

Công dụng của máy điện không đồng bộ Máy điện không đồng bộ chủ yếu dùng làm động cơ điện, do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên động cơ điện không đồn

KHOA ĐIỆN

-

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ROTO LỒNG SÓC

GVHD : TS.Lê Anh Tuấn Sinh viên : Phạm Văn Cường Lớp : EE6110.1

Khóa : 15

Hà Nội 2023

BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN

PHIẾU GIAO ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN

2020608063 Phạm Văn Cường Điện 06 – K15 Điện Giáo viên hướng dẫn: Ts Lê Anh Tuấn Khoa:Điện

TÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế động cơ điện không đồng bộ ba pha rô to lồng sóc 1 Số liệu phục vụ tính toán, thiết kế động cơ điện không đồng bộ

Công suất định mức: Pđm= 1,5 kW; Số pha : m =3; Tần số f = 50 hZ Điện áp định mức : Uđm= 380V; Số cực : 2p = 4 ; Sơ đồ nối dây: Y

Hệ số công suất : cosφ = 0,85; Hiệu suất: η n= 81 %; Kiểu kín IP44

Cấp cách điện : F Chế độ làm việc liên tục

Chiều cao tâm trục: h= 90 mm Ik/Iđm= 4,5; Mk/Mđm= 2; Mmax/Mđm= 2,2

2 Yêu cầu tính toán, thiết kế động cơ điện không đồng bộ Chương 1: Phần mở đầu

1.1 Giới thiệu chung về máy điện không đồng bộ

1.2 Giới thiệu chung về thiết kế động cơ không đồng bộ 1.3 Quy trình, các tiêu chuẩn thiết kế động cơ không đồng bộ

1.7 Xác định đặc tính làm việc và khởi động

1.8 Nhận xét, kết luận chương 2

Chương 3: Kết luận, kiến nghị và hướng phát triển của đề tài

3.1 Kết luận 3.2 Kiến nghị

3.3 Hướng phát triển của đề tài

3 Các tiêu chuẩn phục vụ tính toán, thiết kế động cơ điện không đồng bộ

Quy định về động cơ điện không đồng bộ ba pha

TCVN 2280-78; TCVN 7540:2013; TCVN 6627-18-34:2014; TCVN 9229-3 : 2012, …

Quy định về bản vẽ kỹ thuật TCVN 8:2015:

4 Các bản vẽ cần thực hiện

5 Yêu cầu trình bày văn bản

Thực hiện theo biểu mẫu “BM03” về QUY CÁCH CHUNG CỦA BÁO CÁO TIỂU LUẬN/BTL/ĐỒ ÁN/DỰ ÁN trong Quyết định số 815/ QĐ-ĐHCN ngày 15/08/2019

1 Về thời gian thực hiện đồ án:

Ngày giao đề tài : 11/01/2023 Ngày hoàn thành : GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

1.1.4 Những đại lượng ghi trên động cơ không đồng bộ 6

1.1.5 Công dụng của máy điện không đồng bộ 7

1.1.6 Cấu tạo máy điện không đồng bộ 7

1.1.7 Nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ 10

1.2 Giới thiệu chung về thiết kế động cơ không đồng bộ 12

1.3 Quy trình, các tiêu chuẩn thiết kế động cơ không đồng bộ 13

1.3.1 Các tiêu chuẩn khi thiết kế 13

2.2.2 Đường kính ngoài stator (Dn ) 21

2.2.3 Đường kính trong stator (D) 21

2.2.4 Công suất tính toán (P’) 22

2.2.5 Chiều dài của lõi sắt stator (l ) 2212.3 Thiết kế stator 23

2.3.1 Số rãnh stator ( Z1 ) 23

2.3.2 Bước rãnh stator ( t1 ) 24

2.3.3 Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh ( ur1 ) 24

2.3.4 Số vòng dây nối tiếp của 1 pha ( w1 ) 24

2.3.5 Tiết diện dây dẫn 25

2.3.6 Kiểu dây quấn 25

2.3.7 Hệ số dây quấn 27

2.3.8 Từ thông khe hở không khí (Φ ) 27

2.3.9 Sơ bộ chiều rộng của răng 28

2.3.10 Sơ bộ chiều cao gông stator 28

2.5.2 Đường kính ngoài rotor ( D’ ) 32

2.5.3 Bước răng rotor ( t2 ) 32

2.5.4 Sơ bộ bề rộng răng rotor ( b ) 33'z 22.5.5 Đường kính trục rotor ( Dt ) 33

2.5.6 Dòng điện và tiết diện thanh dẫn rotor 33

2.5.7 Kích thước rãnh rotor và vành ngắn mạch 34

2.5.8 Kích thước vành ngắn mạch 35

2.5.9 Diện tích rãnh rotor ( Sr2 ) 35

2.5.10 Bề rộng răng rotor ở 1/3 chiều cao răng 35

2.5.11 Chiều cao gông rotor (hg2) 36

2.5.12 Làm nghiên rãnh ở rotor (bn ) 36

2.6 Tham số động cơ không đồng bộ trong quá trình khởi động : 36

2.6.1 Chiều dài dây quấn stator 36

2.6.2 Điện trở tác dụng của dây quấn stator 36

2.6.3 Điện trở tác dụng của dây quấn rotor ( rtd) 37

2.6.4 Điện trở vành ngắn mạch(rv ) 37

2.6.5 Điện trở rotor (r2) 37

2.6.6 Hệ số từ dẫn tản stator 38

2.6.7 Điện kháng dây quấn stator 39

2.6.8 Hệ số từ dẫn tản rotor 40

2.6.9 Điện kháng dây quấn rotor 40

2.6.10 Tham số của động cơ điện khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s=1 41

2.6.11 Tham số của động cơ điện khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài và sự bão hòa của mạch từ tản với s=1 42

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Cấu tạo máy điện không đồng bộ 7

Hình 1.2: Cấu tạo của stator 8

Hình 1.3: Cấu tạo của rotor 9

Hình 2.1: Sơ đồ trải dây 27

Hình 2.2: Kích thước rãnh stator 29

Hình 2.3: Kích thước rãnh rotor 34

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1: Phương pháp xác định hiệu suất năng lượng 16

LỜI NÓI ĐẦU

Động cơ không đồng bộ (KĐB) ba pha rotor lồng sóc được dùng phổ biến trong công nghiệp (Vì có ưu điểm là độ tin cậy tốt, giá cả thấp, trọng lượng nhẹ, kết cấu chắc chắn và dễ bảo dưỡng), với dải công suất từ hàng trăm Watts đến vài Megawatts và là bộ phận chính trong các hệ truyền động

Ngày nay, hiệu suất của động cơ đã dần trở thành một trong những tiêu chí được áp dụng trong công nghiệp Vấn đề này đặt ra cho lĩnh vực thiết kế và chế tạo động cơ điện là không ngừng nghiên cứu, thiết kế để tạo ra sản phẩm đạt những chỉ tiêu về kinh tế - kỹ thuật nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển của nền kinh tế quốc dân Chính vì vậy, em đã được Khoa và bộ môn giao cho đề tài “ Thiết kế động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc” Nội dung đồ án gồm 3 chương :

CHƯƠNG 1 PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu chung về máy điện không đồng bộ

1.1.1 Khái niệm

Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ có tốc độ quay của roto n khác với tốc độ quay từ trường n1 (n < n1)

Động cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giản, kích thước nhỏ gọn dễ chế tạo vận hành an toàn, tin cậy, giảm chi phí vận hành và sửa chữa Sử dụng trực tiếp lưới điện xoay chiều 3 pha, không cần tốn kém các thiết bị biến đổi

+ Máy phát điện có đặc tính làm việc không tốt, ít được sử dụng

1.1.4 Những đại lượng ghi trên động cơ không đồng bộ

- Công suất định mức Pđm(W)

- Điện áp định mức Uđm (V) - Dòng điện định mức Iđm (A) - Hệ số công suất định mức cosφđm

- Tốc độ quay định mức nđm ( vòng/ phút) - Tần số định mức fđm (hz)

- Hiệu suất định mức ηđm

1.1.5 Công dụng của máy điện không đồng bộ

Máy điện không đồng bộ chủ yếu dùng làm động cơ điện, do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên động cơ điện không đồng bộ được dùng rộng rãi nhất trong các nghành kinh tế quốc dân Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực cho các máy cán thép loại vừa và nhỏ, động lực công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió Trong công nghiệp dùng làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm

Tuy vậy, máy điện không đồng bộ có nhược điểm như: cosφ của máy thường không cao và đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt

1.1.6 Cấu tạo máy điện không đồng bộ

Cấu tạo của động cơ không đồng bộ gồm hai thành phần chính là stato và roto, ngoài ra còn có vỏ máy, nắp máy và trục máy Trục máy làm bằng thép, trên đó gắn roto, ổ bi và phía cuối có gắn một quạt để làm mát máy dọc trục

Hình 1.1: Cấu tạo máy điện không đồng bộ

 Dây quấn:

Dây quấn stato máy điện không đồng bộ là dây đồng kĩ thuật có tráng men cách điện và được cách điện tốt với lõi sắt Kiểu dây quấn máy điện không đồng bộ có ba loại: dây quấn đồng tâm, dây quấn đồng khuôn một lớp, dây quấn đồng khuôn hai lớp.

 Vỏ máy:

Làm bằng gang, thép, nhưng chủ yếu làm bằng gang dùng để giữ chặt lõi thép và cố định máy trên bệ Hai đầu vỏ có nắp máy, vỏ máy và nắp máy còn dùng để bảo vệ máy

+ Dây quấn kiểu roto lồng sóc + Dây quấn kiểu roto dây quấn * Roto kiểu dây quấn:

Rotor dây quấn có kiểu giống như dây quấn stator và có số cực bằng số cực của stator Trong động cơ trung bình và lớn, dây quấn được quấn theo kiểu sóng hai lớp để bớt được các đầu nối, kết cấu dây quấn chặt chẽ Trong dây quấn nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm 1 lớp Dây quấn ba pha của động cơ thường đấu hình sao, ba đầu ra của nó nối với ba vòng trượt bằng đồng thau gắn trên trục của rotor Ba vùng trượt này cách điện với nhau và với trục, tỳ

trên ba vòng trượt là ba chổi than Thông qua chổi than có thể đưa điện trở phụ vào mạch rotor, có tác dụng cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ, hệ số công suất được thay đổi

- Ưu điểm : điều chỉnh tốc độ, mở máy dễ dàng - Nhược điểm : chế tạo phức tạp, giá thành cao

* Rotor lồng sóc : Kết cấu rất khác với dây quấn stato các dây quấn là các thanh đồng hay các thanh nhôm đặt trên các rãnh lõi thép rotor Hai đầu các thanh dẫn nối với các vòng đồng hay nhôm gọi là vòng ngắn mạch Như vậy dây quấn rotor hình thành một cái lồng quen gọi là lồng sóc

- Ưu điểm : đơn giản, dễ chế tạo, độ tin cậy cao, giá thành rẻ - Nhược điểm : điều chỉnh tốc độ tương đối phức tạp

c, Khe hở

Giữa phần tĩnh và phần quay là khe hở không khí, khe hở rất ít (thường là 0,2mm đến 1mm), do rotor là khối tròn nên khe hở rotor rất đều Mạch từ động cơ KĐB khép kín từ stator sang rotor qua khe hở không khí Khe hở không khí càng lớn thì dòng từ hóa gây ra từ thông cho máy càng lớn hệ số công suất càng lớn

d, Vỏ máy và nắp máy

Vỏ máy: Luôn được cố định trên bệ máy được dùng để cố định lõi thép stato và dây quấn Vỏ máy thường làm bằng gang hay thép tấm hàn lại Ngoài ra, trên vỏ máy còn có cánh tản nhiệt để làm mát

Nắp máy: Được đặt ở 2 đầu và có liên kết với vỏ máy

1.1.7 Nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ

a, Nguyên lý làm việc của động cơ điện không đồng bộ ba pha

Khi được cung cấp dòng điện ba pha có tần số f thì trong stator động cơ 1

sinh ra từ trường quay, tốc độ quay của từ trường là 11

Có thể giải thích sự không đồng bộ giữa tốc độ quay n và n như sau: nếu 1

n = n thì từ trường không cắt các thanh dẫn nữa, do đó không có sức điện động 1cảm ứng, E2 = 0 dẫn đến I2 =0 làm momen quay cũng bằng 0, rotor quay chậm lại Khi rotor quay chậm lại thì từ trường lại cắt các thanh dẫn nên tạo ra sức điện động, làm sinh ra dòng điện do đó lại xuất hiện momen quay Chính momen quay này làm rotor quay

Và rotor có tốc độ n khác tốc độ n của từ trường quay nên gọi là động cơ 1không đồng bộ Độ chênh lệch giữa tốc độ từ trường quay và tốc độ máy gọi là tốc độ trượt n : 2 n2  n n1, hệ số trượt của tốc độ là :

Do đó tốc độ quay của rotor có dạng : n = n (1 - s) 1

Khi rotor đứng yên (n=0), hệ số trượt s =1 , khi rotor quay định mức thường có giá trị s = 0,02 ÷ 0,06 Tốc độ động cơ là:

b, Nguyên lý làm việc của máy phát điện không đồng bộ ba pha

Nếu bây giờ làm stato vẫn nối với lưới điện, nhưng trục roto không nối với tải mà nối với tải mà nối với một động cơ sơ cấp Dùng động cơ sơ cấp kéo roto quay cùng chiều với n1và với tốc độ n lớn hơn tốc độ từ trường quay, Lúc đó chiều của từ trường quay quét qua dây dẫn sẽ ngược lại sức điện động và dòng điện trong dây dẫn roto cũng đổi chiều nên chiều của momen cũng ngược với chiều quay n1, nghĩa là ngược với chiều của roto, nên đó là momen hãm Máy đó biến cơ năng tác dụng lên động cơ do động cơ sơ cấp kéo thành điện năng cấp cho lưới điện, nghĩa là máy điện làm việc ở chế độ máy phát

Nhờ từ trường quay, cơ năng động cơ sơ cấp đưa vào roto được biến thành điện năng ở stato Để tạo ra từ trường quay, lưới điện phải cung cấp cho máy phát không đồng bộ công suất phản kháng Q, vì thế làm cho hệ số công suất cosφ của lưới điện thấp đi Đó là nhược điểm máy phát điện không đồng bộ, nên ít khi dùng máy phát điện không đồng bộ

Hệ số trượt ở chế độ máy phát: s<0

1.2 Giới thiệu chung về thiết kế động cơ không đồng bộ

Thiết kế động cơ không đồng bộ căn cứ vào yêu cầu của sản xuất thiết kế ra sản phẩm Có những tham số thiết kế không thể dựa vào kết quả tính toán tốt nhất từ sự suy diễn lý thuyết vì công nghệ sản xuất hạn chế như khe hở không khí trong máy điện không đồng bộ Khe hở càng nhỏ thì cosφ càng cao nhưng công nghệ gia công rất khó khăn

Nhiệm vụ thiết kế máy điện được xác định từ hai yêu cầu sau:

 Yêu cầu từ phía nhà nước, bao gồm các tiêu chuẩn và các yêu cầu kỹ thuật do nhà nước quy định

 Yêu cầu từ phía nhà máy mà người tiêu dùng thông qua các hợp đồng ký kết

Nhiệm vụ của người thiết kế là đảm bảo năng kỹ thuật của sản phẩm đạt các tiêu chuẩn của nhà nước quy định và tìm khả năng hạ giá thành để đạt hiệu quả kinh tế cao nhất

1.3 Quy trình, các tiêu chuẩn thiết kế động cơ không đồng bộ

1.3.1 Các tiêu chuẩn khi thiết kế

 TCVN 1987-1994

Tiêu chuẩn này áp dụng cho động cơ điện không đồng bộ ba pha roto ngắn mạch, loại vỏ kín ( IP44, TCVN 4254-86) có công suất từ 0,55 đến 90 kW( sau đây gọi là động cơ điện ký hiệu là 3K), dùng làm việc ở chế độ liên tục S1 và được đấu vào lưới điện có tần số 50 Hz hoặc 60 Hz

 Thông số và kích thước cơ bản

- Động cơ điện phải làm việc bình thường trong các điều kiện sau: + Nhiệt độ môi trường xung quay không lớn hơn +40℃ + Độ ẩm tương đối của không khí đến 98% ở nhiệt độ +25℃

- Công suất của động cơ điện phù hợp với một trong các giá trị của dãy sau: 0,55; 0,75; 1,1; 1,5; 2,2; 3,0; 4,0; 5,5; 11; 15; 18,5; 22; 30; 37; 55; 75; 90 kW

- Động cơ điện được chế tạo với tần số quay đồng bộ 3000; 1500; 750; 600 vg/min

 Yêu cầu an toàn

- Điện trở cách điện của cuộn dây đối với bệ máy và giữa các cuộn dây với nhau khi đo ở trạng thái nguội không được nhỏ hơn 5MW

- Cách điện giữa các vòng dây phải chịu được điện áp thử bằng 1,3 điện áp danh định trong thời gian 3 min

- Động cơ điện phải chịu dòng điện quá tải bằng 1,5 dòng điện danh định trong 2 min mà không bị hư hại về nhiệt, điện và cơ

 Yêu cầu kỹ thuật

- Roto của động cơ điện phải chịu được tần số quay tăng cao bằng 120% tần số quay danh định trong thời gian 2 min

- Sai lệch cho phép

+ Hệ số công suất không nhỏ hơn 0,02 và không lớn hơn 0,07 + Hệ số trượt <= +25%

+ Dòng điện khởi động <= +15% + Momen quay khởi động <= +20% + Momen quay cực đại >= -10%

+ ∆(cosϕ): ± 2%

 TCVN 7540-2: 2013 về động cơ điện không đồng bộ ba pha roto lồng

sóc – phần 2: phương pháp xác định hiệu suất năng lượng

Các động cơ có nhiều hơn một kết hợp điện áp/tần số/công suất ra danh định có thể được ấn định giá trị hiệu suất danh định cho từng kết hợp điện áp/tần số/công suất ra danh định đó

Tuy nhiên, tối thiểu phải in trên tấm thông số giá trị hiệu suất thấp nhất (trong số tất cả các kết hợp điện áp/tần số/công suất ra danh định)

Tất cả các giá trị hiệu suất phải có sẵn trong tài liệu về sản phẩm (catalo hoặc hướng dẫn vận hành)

Kết hợp điện áp/tần số danh định của cùng một từ thông và công suất ra, ví dụ 230/400 V (sao/tam giác) hoặc 230/460 V (sao kép/sao), chỉ được có một hiệu suất danh định

Một số động cơ điện thuộc phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn này có thể có các thiết bị phụ trợ ví dụ gioăng làm kín trục, quạt bên ngoài, cơ cấu hãm cơ khí, mặt chặn phía sau, cảm biến tốc độ, bộ phát tốc, v.v…theo các kết hợp khác nhau

Tuy nhiên, khi các thiết bị phụ trợ này không phải là một phần tích hợp của kết cấu động cơ, việc xác định hiệu suất trong tất cả các kết hợp có thể có là không khả thi Các thử nghiệm xác định hiệu suất của các động cơ tiêu chuẩn đã có thay đổi này phải được thực hiện trên các động cơ nguyên thủy khi chưa lắp đặt các thiết bị phụ trợ

Các động cơ hộp số và động cơ bơm thường là các động cơ tiêu chuẩn có trang bị gioăng làm kín trục để ngăn dầu hoặc nước thâm nhập vào động cơ Do đó, các gioăng này được coi là một đặc trưng của hộp số hoặc bơm và do đó hiệu suất của các động cơ này phải được xác định khi không lắp các gioăng này

Những thay đổi về vật liệu, quá trình chế tạo và thử nghiệm làm hiệu suất thay đổi từ động cơ này đến động cơ khác có cùng một thiết kế động cơ cho trước; hiệu suất đầy tải (công suất ra danh định) đối với tập hợp lớn các động cơ có cùng kiểu thiết kế không phải là giá trị duy nhất mà là một dải hiệu suất Do đó, giới hạn hiệu suất năng lượng đầu ra danh định qui định trong tiêu chuẩn này là hiệu suất danh nghĩa

Hiệu suất được nhà chế tạo công bố trên tấm thông số (hiệu suất danh định) phải lớn hơn hoặc bằng hiệu suất danh nghĩa được định nghĩa trong tiêu chuẩn này

Hiệu suất đầy tải của động cơ riêng rẽ bất kỳ, khi được thử nghiệm ở điện áp danh định và tần số danh định, không được nhỏ hơn hiệu suất danh định trừ đi dung sai hiệu suất theo TCVN 6627-1 (IEC 60034-1)

 Nguồn cung cấp và dụng cụ đo

Nguồn cung cấp và dụng cụ đo phải phù hợp với các yêu cầu trong Điều 5 của TCVN 6627-2-1 (IEC 60034-2-1)

 Phương pháp xác định hiệu suất năng lượng

Phương pháp để xác định hiệu suất của động cơ điện không đồng bộ ba pha kiểu cảm ứng quy định trong tiêu chuẩn này được chia theo dãy công suất như sau:

Bảng 1-1: Phương pháp xác định hiệu suất năng lượng

Công suất động cơ, kW

Phương pháp thử ưu tiên

Từ 0,75 đến và bằng 1,0

Phương pháp 1

Sử dụng phép đo trực tiếp qui định trong 8.1 của TCVN 6627-2-1 (IEC 60034-2-1)

Trên 1,0 đến và bằng 150

 TCVN 8086:2009 IEC 60085:2007 Cách điện – Đánh giá về nhiệt và

ký hiệu cấp nhiệt độ

Tiêu chuẩn này phân biệt giữa các cấp chịu nhiệt dùng cho hệ thống cách điện và vật liệu cách điện Tiêu chuẩn này thiết lập các tiêu chí để đánh giá độ bền nhiệt của vật liệu cách điện (EIM) hoặc hệ thống cách điện (EIS) Tiêu chuẩn này cũng thiết lập quy trình để ấn định các cấp chịu nhiệt

Tiêu chuẩn này được áp dụng trong trường hợp hệ số nhiệt chi phối hệ số lão hóa

Ký hiệu bằng với giá trị hằng số của nhiệt độ sử dụng liên tục lớn nhất khuyến cáo, tính bằng ℃

CHÚ THÍCH: hệ thống cách điện phải chịu nhiệt độ làm việc vượt quá cấp chịu nhiệt ấn định của nó có thể làm giảm tuổi thọ dự kiến

Vì nhiệt độ trong thiết bị kỹ thuật điện thường là yếu tố gây lão hóa chủ yếu làm ảnh hưởng đến vật liệu cách điện trong hệ thống cách điện nên một số cấp chịu nhiệt cơ bản có thể được sử dụng và được thừa nhận trên toàn cầu Trong trường hợp quy định cấp chịu nhiệt cho một hệ thống cách điện thì điều này có nghĩa là nhiệt độ sử dụng liên tục lớn nhất khuyến cáo tính bằng ℃ là thích hợp với phối hợp vật liệu cách điện

Ký hiệu đối với các cấp chịu nhiệt như sau:

Những nội dung đã trình bày ở chương 1 bao gồm:

- Đặc điểm, cấu tạo, nguyên lý động cơ không đồng bộ Chỉ số độ bền nhiệt được đánh giá

hoặc chỉ số độ bền nhiệt tương đối ℃ Cấp chịu nhiệt ℃ Ký hiệu bằng chữ a≥ 90

≥ 105 ≥ 120 ≥ 130 ≥ 155 ≥ 180 ≥ 200 ≥ 220 ≥ 250b

< 105 < 120 < 130 < 155 < 180 < 200 < 220 < 250 < 275

90 105 120 130 155 180 200 220 250

Y A E B F H N R -

a Nếu cần, có thể đưa ký hiệu chữ cái vào trong dấu ngoặc đơn, ví dụ cấp 180 (H) Trong trường hợp thiếu không gian, ví dụ trên tấm nhãn, ban ký thuật sản phẩm có thể chọn chỉ sử dụng ký hiệu chữ cái

b Ký hiệu các cấp chịu nhiệt lớn hơn 250 sẽ tăng theo nấc 25 và được ký hiệu tương ứng

- Giới thiệu về thiết kế động cơ không đồng bộ

- Quy trình và các tiêu chuẩn khi thiết kế động cơ không đồng bộ Mục 1.1 và 1.2 giúp ta nắm bắt sơ lược những công việc và xác định được nhiệm vụ của người thiết kế để thiết kế được một động cơ không đồng bộ như chế tạo lõi sắt stato, roto, vỏ máy và nguyên lý để tạo ra từ trường quay cho roto

Mục 1.3 giúp ta nắm bắt được trình tự các bước thiết kế và các tiêu chuẩn đặt ra là cơ sở để tính toán sai số cho phép và chọn vật liệu chế tạo theo đúng yêu cầu quy định

Vậy những nội dung đã được trình bày ở chương này rất quan trọng, nó là tiền đề cơ sở lý thuyết để phục vụ cho việc tính toán thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc ở chương sau:

- Xác định kích thước chủ yếu - Tính toán thiết kế Stator

- Tính toán thiết kế lõi sắt Rotor - Tính toán khe hở không khí

- Tính toán tham số động cơ không đồng bộ trong quá trình khởi động

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA LỒNG SÓC 1,5kW, 380V

2.1 Giới thiệu mục tiêu thiết kế

Mục tiêu đặt ra của đề tài là thiết kế động cơ điện không đồng bộ ba pha roto lồng sóc đạt được các thông số sau:

 Kết cấu roto: Roto lồng sóc

 Chiều cao tâm trục: 90 mm

2.2 Xác định kích thước chủ yếu

Những kích thước chủ yếu của máy điện không đồng bộ là đường kính trong stator D và chiều dài lõi sắt l Mục đích của việc chọn kích thước chủ yếu này là để chế tạo ra máy kinh tế hợp lý nhất mà tính năng phù hợp với các tiêu chuẩn nhà nước Tính kinh tế của máy không chỉ là vật liệu sử dụng để chế tạo ra máy mà còn xét đến quá trình chế tạo trong nhà máy, như tính thông dụng của các khuôn dập, vật đúc, các kích thước và chi tiết tiêu chuẩn hóa

Việc chọn A và Bδ ảnh hưởng đến rất nhiều đến kích thước chủ yếu D và l Đứng về mặt tiết kiệm vật liệu thì chọn A và Bδ lớn, nhưng nếu A và Bδ quá lớn thì tổn hao đồng và sắt tăng lên làm máy quá nóng ảnh hưởng đến tuổi thọ sử dụng máy Do đó khi chọn A và Bδ cần xét đến chất lượng vật liệu sử dụng Nên dùng vật liệu sắt từ tốt ( có tổn hao ít hay độ từ thẩm cao) thì có thể chọn Bδ lớn Dùng dây đồng có cấp cách điện cao thì có thể chọn A lớn Ngoài ra tỷ số giữa A và Bδ cũng ảnh hưởng đến đặc tính làm việc và khởi động của động cơ không đồng bộ, vì A đặc trưng cho mạch điện Bδ đặc trưng cho mạch từ

2.2.1 Số đôi cực

- n1: tốc độ quay của từ trường ( vòng/ phút)

2.2.2 Đường kính ngoài stator (Dn )

Đường kính ngoài Dn có liên quan mật thiết với kết cấu động cơ, cấp cách điện và chiều cao tâm trục h đã được tiêu chuẩn hóa Vì vậy thường chọn Dn theo h

Tra bảng 10.3 trang 230 của [1] ta có đường kính chuẩn: D = 149 mm= 14,9 cm n

2.2.3 Đường kính trong stator (D)

Ta có :

 ( theo công thức 10 -1 [1] ) (2.2)

Trong đó : K là hệ số phụ thuộc vào số đôi cực D

Tra bảng 10.2 trang 230 [1] với 2p=4 ta có K = 0,64 ÷ 0,68 DVậy:

DK D (0,64 0,68).149 95,36 101,32 (mm) (2.3) Chọn D =96 (mm)

2.2.4 Công suất tính toán (P’)

2.2.5 Chiều dài của lõi sắt stator (l ) 1

Chiều dài của lõi sắt stator được xác định :

76,1.10 P 'l

- B: mật độ từ thông khe hở không khí Chọn sơ bộ :

- Với dây quấn 1 lớp thì k = 0,95 0,96 Ta chọn hệ số dây quấn d

k = 0,95

- Dùng từ trường hình sin để tính số xunng cực từ và hệ số dạng sóng k của máy điện không đông bộ và ảnh hưởng của sự bằng dấu scủa sóng sẽ được xét đến bằng cách dùng các đường cong từ hóa riêng cho các bộ phận mạch từ Lấy  = 0,64 ; k = 1,11 s

Theo hình 10-3b trang 233 của [1] với D = 14,9 cm tra được: nA = 250 A/cm , B= 0,88 T

Thay các giá trị vào biểu thức:

1 2sd

76,1.10 P 'l

.k k A.B D n

76,1.10 2,09

6, 21(cm)0,64.1,11.0,95.250.0,88.9,6 1500

2.3.1 Số rãnh stator ( Z1 )

Khi thiết kế dây quấn stator cần phải xác định số rãnh của một pha dưới mỗi cực q1 Nên chọn q1 trong khoảng từ 2 đến 5, thường lấy q1= 3 – 4 Với

máy công suất hoặc công suất thấp, lấy q1= 2 Máy tốc độ cao công suất lớn có thể chọn q1= 6

Trị số q1nên chọn theo số nguyên vì cải thiện được đặc tính làm việc và khả năng làm giảm tiếng kêu của máy => ta chọn q1= 2

- A : tải điện từ đã chọn ở mục 2.2.5 , A = 250 A/cm - a : số mạch nhánh song song, 1 a = 1 1

- I1: dòng điện pha định mức của động cơ tính ở 2.2.4

2.3.4 Số vòng dây nối tiếp của 1 pha ( w1 )

2.3.5 Tiết diện dây dẫn

Để chọn kích thước dây trước hết phải chọn mật độ dòng điện J của dây dẫn Căn cứ vào dòng điện định mức để tính ra tiết diện cần thiết Việc chọn ra mật độ dòng điện ảnh hưởng đến hiệu suất và sự phát nóng của máy mà sự phát nóng này phụ thuộc vào tích tỷ số AJ Tích số này tỷ lệ với suất tải nhiệt của máy Do đó theo kinh nghiệm thiết kế chế tạo, người ta căn cứ và cách cấp điện để xác định AJ

Theo công thức 10-7 của [1], mật đọ dòng điện J’ : AJ 1750

Tra bảng VI.1 , phụ lục VI ta chọn dây dẫn có thông số như sau : - Đường kính không kể cách điện : d = 0,31 mm

- Đường kính dây tính cả cách điện : dcd = 0,345 mm - Tiết diện dây không kể cách điện : S1 = 0,0755 mm2

2.3.6 Kiểu dây quấn