Bài tập lớn môn học thiết kế máy Điện Đề tài thiết kế Động cơ không Đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc 6hp

LOI MO DAU Động cơ không đồng bộ bap ha rotor lồng sóc được dùng phố biến trong công nghiệp vì có ưu điểm là độ tin cậy tốt, giá thành hợp lý, trọng lượng nhẹ, kết cấu chắc chắn và dễ dà

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN ĐIỆN KỸ THUẬT

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC THIET KE MAY DIEN

DE TAI: THIET KE DONG CO KHONG DONG BO 3 PHA ROTOR LONG

SOC 6HP

Giảng viên hướng dẫn : TS Nguyễn Đức Bắc Sinh viên thực hiện : Nguyễn Việt Diễn

Mã số sinh viên : §38065

Lớp : 2407MEC

Hà Nội, T12 — 2024

LOI MO DAU

Động cơ không đồng bộ bap ha rotor lồng sóc được dùng phố biến trong công nghiệp vì có ưu điểm là độ tin cậy tốt, giá thành hợp lý, trọng lượng nhẹ, kết cấu chắc chắn và dễ dàng bảo dưỡng, với đải công suất từ hàng trăm watts dén vai megawatts

và là bộ phận chính trong hệ thông truyền động

Ngày nay, hiệu suất, kích thước nhỏ gọn và tôn hao do nhiệt của động cơ đã dần trở thành một trong những tiêu chí được áp dụng trong công nghiệp Vẫn đề này đặt ra cho lĩnh vực thiết kế để tạo ra sản phâm đạt những chỉ tiêu về kỹ thuật cũng như về mặt kinh tế nhằm đáp ứng những yêu cầu phát triển trong công nghiệp Chính vì vậy

em được thầy Nguyễn Đức Bắc s1Iao nhiệm vụ thực hiện “ Thiết kế động cơ 3 pha rotor lồng sóc 6HP ”

Nội dung của bài tập lớn gồm 3 chương:

Chương 1: Tông quan lý thuyết và các số liệu đầu vào

Chương 2: Tính toán thiết kế động cơ

Chương 3: Mô phỏng điện từ, mô phỏng nhiệt trên phần mềm Ansys

MUC LUC

CHUONG 1: TONG QUAN LY THUYET VA CAC SO LIEU DAU VAO

1 Giới thiệu tông quan về động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc

1.1, Khái niệm chung

Động cơ không đồng bộ 3 pha là máy điện xoay chiều ,làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ , có tốc độ của rotor khác với tốc độ từ trường quay trong máy

Động cơ không đồng bộ 3 pha được dùng nhiều trong sản xuất và sinh hoạt vi chế

tạo đơn giản , p1á rẻ ,, độ tin cậy cao , vận hành đơn giản , hiệu suất cao „ và gan như không cần bảo trì Dải công suất rất rộng từ vải Watt đến 10.000hp Các động cơ từ Shp tro lên hấu hết là 3 pha còn động cơ nhỏ hơn 1hp thường là một pha

1⁄2 Cấu tạo

Giống như các loại máy điện quay khác, dộng cơ không đồng bộ 2 pha gồm các bộ phân chỉnh

+ phan tinh hay con gọi là stato

+ phan quay hay còn gọi là roto

resolver stator assembly transtormer stator resolver body

es

rotor assembly

resolver rotor transtormer rotor

stack assembly assembly

Hình 1 Cấu tạo động cơ không đồng bộ 3 pha

1.2.1 Phần tĩnh (hay Stator)

Trên stator có vỏ, lõi thép và day quan:

Vo may:

Vớ máy có tác dụng có định lõi thép và dây quấn Thường vỏ máy làm bằng gang Đối với vỏ máy có công suất tương đối lớn (1000kw) thường dùng thép tâm han lại làm vỏ máy tủy theo cách làm nguội, máy và dạng vỏ máy cũng khác nhau Lõi thép:

Lõi thép là phần dẫn từ Vi từ trường đi qua lõi thép là từ trường quay nên dé giảm bớt tôn hao „ lõi thép được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm ép lại Khi đường kính ngoài của lõi thép nhỏ hơn 990mm thì dùng cả tấm thép tròn ép

lại Khi đường kính ngoài lớn hơn trị số trên thì phải dùng những tâm thép hình rẻ

quạt ( hình 2 ) ghép lại thành khối tròn

Mỗi lỗi thép kỹ thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giam hao tốn do dòng điện xoáy gây nên Nếu lõi thép ngắn thì có thể ghép thành một khối nếu

lõi thép quá dài thì phép thành những tắm ngắn mỗi tắm thép dài từ 6 đến 8 cm đặt

cách nhau lem để thông gió cho tốt Mặt trong cùa lá thép có sẽ ranh dé dat day quan Dây quấn:

Dây quấn stator được đặt vài các rãnh của lõi thép và được cách điện tốt với lõi thép

Dây quấn phân ứng là phần dây bằng đồng được trong các rãnh phần ứng và

làm thành một hoặc nhiều vòng kín

Dây quấn là bộ phận quan trọng nhất của động cơ vì nó trực tiếp tham gia vào quá trình biến dôi năng lượng từ điện năng thành cơ năng

Đồng thời vet mặt kinh tế thì giá thành của dây quấn cũng chiếm tỷ lệ khá cao trong toản bộ p1á thành cua máy

+ Các yêu cầu đối với dây quấn bao gồm :

- - Sinh ra được một sức điện động cần thiết có thể cho một dòng điện nhất định chạy qua mà không bị nóng quá một nhiệt độ nhất định đề sinh ra một moment can thiết đồng thời đảm bảo đổi chiều tốt

- _ Triệt đề tiết kiệm vật liệu , kết cấu đơn giản làm việc chắc chắn an toàn

- Day quan phan tng cé thê phân ra làm các loại chủ yếu sau :

+ Dây quấn xếp đơn và dây quấn xếp phức tạp + Dây quấn song đơn và dây quần song phức tạp Trong một số máy cở lớn còn dùng dây quấn hỗn hợp đó là sự kết hợp giữa hai dây quân xếp và song

1.2.2 Phan quay (hay Rotor)

Phần này gồm 2 bộ phận chính là lõi thép va day quan rotor:

Lõi thép:

Hình 2 Lõi thép Nói chung người ta dùng các lá thép kỹ thuật điện như ở stator lõi thép được ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá rotor của máy Phía ngoài của lá thép có sẽ rãnh đề đặt dây quan -

Dây quấn:

Rotor kiểu lồng sóc: Gồm các thanh đồng hoặc thanh nhôm đặt trong rãnh và bị ngắn mạch bởi hai vành ngắn mạch ở hai đấu Với động cơ nhỏ ,dây quấn rotor được đúc nguyên khối gồm thanh dẫn , vành ngắn mạch, cánh tản nhiệt và cánh quạt làm mát Các động cơ công suất trên 100kw thanh dẫn làm bằng đồng được đặt vào các rãnh rotor và gắn chặt vành ngắn mạch

1.23 Khehở

Vì rotor là một khối tròn nên khe hở đều , khe hở trong máy điện không đồng

bộ rất nhỏ ( từ 0,2mm dén Imm trong máy điện co nhỏ và vừa để hạn chế dòng điện

từ hóa lây từ lưới vào ,và như vậy có thê làm cho hệ số công suat của máy tăng cao

2 Số liệu đầu vào

Bảng 1 Bảng thông số đâu vào

Công suất định mức P, = 1500W

Tân số f, = 50Hz

Hệ sô công suât cos “„ =0,89

Bội sô momen cực đại Mynax = 2,3

Bội sô momen khởi động ma = 2

Bội sô dòng điện khởi động lea = 6

Các thông số khác Kiểu kín, cấp cách điện F, làm mát băng

quạt, làm việc liên tục

CHUONG 2: TINH TOAN THIET KE DONG CO KHONG DONG BO 3

PHA ROTOR LONG SOC

I Kích thước chính của lõi stator

- Hệ số Kg:

Kg = 0,98 - 0,005.pi= 0,98—0,005.1=0.975 -_ Công suât tính toán 5, :

K.P, _ 0,975.1500 gap ~ Mmncos@, — 0,82.0,89 = 2003,97 (VA)

Bang 2 Lua chon hé số À

À | 0.6 - 1.0 | 1.2-1.8 | 1.6 -2.2 | 2-3 |

- Chon A=0,9

/f-2]C

Hinh 3 Dé thi tinh chọn hệ số Ca Với S„„ = 2,00397kVA => C; = 114.10° J/én?

- Đường kính trong cua stator Djs :

2p, PS, | 2.1.1.2003,97

fC, _ 70.9501 1410°

D = 2C, _— \.r.0.9.50.114.11

=0,063 (m)

- _ Chiều dải ngăn xếp L:

mÀ Dị — x.0,9.0,063

L= 2p, 21 = 0,089 (m)

“_ Bước cực 1:

"¬ `

=1 09 7 0,099 (m)

“_ Bước rãnh 1:

_Tr _ 0,099 _ 3 ¬- T= 3g 3.4 8,25.10° (m) với q 4

Đảng 3 Hệ số Kp

2p: 2 4 6 8

D,,

Kp= D 0.54-0.58 | 0.61-0.63 | 0.68-0.71 | 0.72 -0.74

out

=> Kp,=0,55

=> Đường kính ngoài D,„:

_ _ 0,063 _ Day = Dj / Kp = 055 > 0,115 (m)

- Khe ho không khí g:

2 =(0.1 +0.02 ¥!500 ) 103 = 0.329.102 (m) với 2pị =2

- §6 ranh stator Ns:

Ns = 2piq.m = 2.1.4.3 =2.1.4.3=24 -_ Góc dién gitra cdc sức điện động trong các khe lân cận d :

27D _ 2.1.n _

Ns 24 12

- Hệ số vùng kạ:

Qe =

sin(Z) 6) sin(Z) 6

qsin( eo) 4sin (e

- Héso hop am ky::

ki = sn| _ = 0,9397 với y=7

- Hệ số cuốn dây kựi:

kụi - kại, kyr =0,9576 0,9397 = 0,8999

- Mat do théng luong khe ho khéng khi B,:

B, = (0.5-0.75)T v6i 2p.=2 => B, =0,7T

- _ Hệ số kéo dài cực 0œ:

Với I +K„= 1,4 = Từ đồ thị hình 2 => ø = 0,729 va kr = 1,085

tte 3 280

{084 — 472

1.06 ~ a72

t4 — a&

422 + 4.00 4 464 260

4ø £5 20 25 30 (1+k,,)

Hình 4 Đô thị lựa chọn a, , ke

Số vòng mỗi pha dựa trên thông lượng cực 6:

=0i.r.L B;=0,729 0,099.0,089 0,7 = 0,0045 (Wb)

Sô vòng mỗi pha W¡:

—_ KpVjm —_ 0,975 220 _

W= 4K;K„fÿ 4.1,085.0,8999.50.0,0045 - 41

Số đường dẫn hiện tại song song a¡:

a, = 1

Số lượng dây dẫn trên mỗi khe n.:

_ 4W; _ 1.244.441

nụ = 61,025 => Chọn n, = 62 (Thõa mãn n, là số chẵn)

Dig 1.4

n

—> w, = MP4 — 62.1.4 449

đị 1

244,1

=> B,=0,7 “2a =0,69 (T)

Dòng định mức lị„:

Tin = n,cosy,V3V, _ 0,82.0,89 13.380

Mat dé dong dién J s:

Jeos = (4 7) (A/Amm”) véi 2pi = 2, 4 => Joos = 4 Adm?

Mặt cắt day tir Aco:

A =! wwN _ 3 = 0,775 (mm’) ?

Đường kính dây đo dc.:

do = J#2== (4-0775 — 0 o9 (mm)

TT TT

II Kích thước khe stator

- Dién tich khe cam hitu ich Ay:

su 4K py 4.0,4 1193 (mm ) Với fill 0,4

Hình 5 Hinh dang stator (hình thang hoặc hình bán khép tròn)

=> Răng stator có hình chữ nhật

=> Các thông số của hình dang stator:

h„ : Chiều cao miếng chênh 1 - 4 mm h,, =0.5 —- 1 mm

bạ; =2— 3 mm < 8g -_ Giả định rằng toàn bộ từ thông không khí đi qua các răng stato:

Bz Ts L ~ Bs bis L Kee

- Kpe 0.96 cho lớp mỏng dày 0.5 mm cho thấy ảnh hưởng của độ dày cách điện

lớp

- V6i Bts = 1.5 — 1.65 T (Bts = 1.55 T) => chiều rộng răng bạ:

— Bt, 0,69 _ 5

bs = BoKem 155.096 — 38:10” (m)

- Từ các giới hạn công nghệ, chiều rộng răng không nên nhỏ hơn 3.5-10~3 m Với

bys = 2.2-1073 m, h,, = 1-1073 m, hy = 1.5-1073 m

=> Chiều rộng dưới của khe bạ là:

bs = N, —bs = +4 - 3,8.10° = 5,1

10° (m)

4T

TL „L2 4.119,3.10 tan ——+(S.1.10 `)

ama ima

- _ Chiều cao khe hữu ích h.:

2Ä — 133419 164.10

h, = bs,+bs, = >) 10 +19.34/10 (m) Bang 4 Bảng lựa chọn thông số H và B

0.05 22.8 1.05 237

0.3 65 1.3 482

0.4 76 1.4 760

0.55 98 1.55 1760

0.75 135 1.75 6160

0.9 177 1.9 15220

1.0 220 2.0 34000

- Kheho khong khi F,,,:

mK gio = 1,250.10 (K = 1.2;"° = 1.256 10°)

- Rdngstator F,,,.: V6i Bi = 1,55T => His = 1760A/m

Pius = His (hy + hos + hy) = 1760.(16,4.107 + 10° + 15.10%) = 33,26

> Fmtr=0,4 F„— F„„ = 0,4 216,9 — 33,26 = 53,5 (Thỏa mãn Fmtr > F„„:)

- _ Chiều cao sắt stator hạ:

60.115 - [0,063 +23(10ˆ`+1,Š.10 +16,4.10”`)]

- Mat do tw thong 161 sau B :

———————>ì.0T ¬ m¬

Bes = 2Lh„ — 2.0,089.7, 1.10 (Không thõa mãn)

> Tang Dou => Dow = 0,135m

71.107

- +3 0.13S5- 0.115

71.100 4 ———

> Bes = 3,56 2 = 1,47T

> Thoa man B., = 1,4 — 1,7

Ill Khe rotor

Bang 5 Lua chon N,

2p: N, N, — skewed rotor slots

2 24 18, 20, 22 28 30, 33 34

36 25 27.28 29 30 43

48 30,37,39,40,41

4 24 16,18,20,30,33 34 35 36

36 28 30,32 34 45 48

48 36,40,44,57,59

72 42 48 54 S6 60.6162 68 76

6 36 20.22 28 44 47,49

54 34,36,38,40,44 46

72 44 46 50.6061 62 §2 83

§ 48 26 30,34 35 36 38 S8

72 42 46 48 50.52 56.60

12 72 69,75,80

90 86,87,93,94

Voi N, = 24 => N, = 22

l 99V

Hình 6 Các rãnh lông rotor điển hình

- Hés6 Kr=0,8cos@m + 0,2 = 0.8 0,89 + 0,2=0,912

- Dong dinh mirc cua thanh rotor l;:

2.3.248.0,8999.3, 1 2mW,K,, 0.912.————————_—=l|72.|

- J,=3,42A/mm’ => Dién tich ranh rotor Ab:

A, =— =——— = 5, 03.10

J, 3,42.10°

2sin——

- _ Dòng điện vòng cuối lạ = tụ 22 (A)

- Je =0,75 J;=0,75 3,42.10°=2 55.10 m”

I 604, ¢

z r 9 S445 ‘yy

- Mat cat vong cuoi ‘ 2.55.10

_ 10D - 3g)

- Bước rãnh rotor N,

(0,063 - 2.0.329.10 3

7(U.063- 2.0,329.10 7) =8.9.10

22

- Mật độ từ thông răng rotor B, = 1,7T

b„ =————T, =———.Ñ.9.]0 ` =3.76.10

Hinh 7 Hinh hoc khe rotor

_(D -0.7.10)-2h )- Nb,

d =

(0.063- 0.7.10`- 2.0.5.10))- 22.3.76.10` ( 3Š ) 4, /6 =4.410 4

+22 m

Ta có:

l¿=¿

+

F =H (h +h + bt)

c>

4.4.10`1+2.1.10

F =4800(8,04.10° + 0,5.10°° + ————————) =56.6

mãn)

Bö„ =l.65T

Pp |

Chiêu cao lỗi sau của rotor 210,

-——————Ì5.3.]0

2 0,089.1,65 ; m Đường kinh lớn nhất của trục

l +d, (D,„)„ <D - 2g-2(h, ket Tự +h j=

4.4.10°42.1.10°

0.063- 2.0.329.10`- 2(0.5.10 + +Ñ8.04.10+15.3.10`

2

—8,126.10 ` m

Gia su S, = 0,02

P -

T, — 7 n — 1500

27(1- S,) 2z.“ (1- 0.02)

Momen xoắn định mức Pi | =4,9Nm

b =1.(h +h

4.4.10°42.1.10°

5 ) =11.8.10°

m

1.(8,04.10° +0,5.10° +

A 237.1.10”

b II.S.10”

1n a=