đồ án thiết bị điện

LỜI NÓI ĐẦUĐộng cơ điện không đồng bộ ba pha là máy điện quay biến đổi điện năng thành cơ năng, được sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp cũng như trongđời sống hằng ngày của nhân

LỜI NÓI ĐẦUĐộng cơ điện không đồng bộ ba pha là máy điện quay biến đổi điện năng thành cơ năng, được sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp cũng như trongđời sống hằng ngày của nhân dân vì cấu tạo đơn giản, làm việc chắc chắn giá thành rẻ….

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, của quá trình công

nghiệp hóa- hiện đại hóa, các sản phẩm công nghệ yêu cầu phải tinh xảo, chất lượng, đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng Để làm điều đó người kỹ sư thiết

kế phải không ngừng nghiên cứu, tìm hiểu, nắm bắt sự phát triển của xã hội chế tạo ra những máy điện phù hợp với xu thế phát triển của thời đại

Trong học kỳ này em được giao thiết kế động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc do thầy giáo Đoàn Đức Tùng hướng dẫn, vì là lần đầu tiên chưa có đầy đủ kinh nghiệm nên không thể tránh được thiếu sót trong thiết kế vậy mong thầy cô giáo sau khi xem xét đồ án có gì thiết sót, sơ sài đóng góp ý kiến cho em

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Đoàn Đức Tùng đã hướng dẫn em hoàn thành tốt đồ án

Sinh viên

Trần Hoàng Luynh

YÊU CẦU THIẾT KẾThiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha

- Động cơ rôto lồng sóc, kiểu kín IP44, cách điện cấp B, chế độ làm việc liên tục,chỉ tiêu kỹ thuật theo TCVN 1987-1994

1 Tính toán các kích thước chủ yếu

2 Tính toán thông số stato, rôto

+ Hệ số công suất: cos= 0,9

+ Bội số dòng điện cực đại:

k k

I Tính toán các kích thước chú yếu

Những kích thước chủ yếu của động cơ không đồng bộ là đường kính trong stato D và chiều dài lõi sắt l Mục đích của việc lựa chọn kích thước này là

để chế tạo ra máy kinh tế hợp lý nhất mà tính năng phù hợp với 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 máy, như tính thông dụng của các khuôn dập,vật đúc, các kích thước và chi tiết tiêu chuẩn hóa…

1 Xác định tốc độ quay đồng bộ

1 1

2 Đường kính ngoài stato

- 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 theoh

- Với Pđm= 30 kw, n1= 1500 vòng/phút => Tra bảng 10.1( trang 228 sách TKMĐ) ta được hiệu suất = 91%,hệ số công suất cos = 0,89

- Với 2p= 4, Pđm= 30 kw => Tra bảng IV.1 ( trang 605 sách TKMĐ) ta đượcchiều cao tâm trục h = 200 mm

- Tra bảng 10.3( trang 230 sách TKM) với chiều cao tâm trục là h=200

mm thì đường kính ngoài stato theo tiêu chuẩn là:

Dn= 34,9cm= 349mm

3 Đường kính trong stato

Xác định dường kính trong stato theo công thức

Trong đó kd là hệ số tỉ lệ giữa đường kính ngoài và đường kính trong.

4 Công suất tính toán

+  và cos lấy theo kết quả ở mục 2

5 Chiều dài tính toán của lõi sắt stato

7 '

6,1.10 P L

+ A: tải đường( tải điện từ)

+ B: mật độ từ thông khe hở không khí

+ D: đường kính trong stato

+ n1: tốc độ đồng bộ

Sơ bộ chọn: kd= 0,92

= 0,64

k= 1,11+ Khi chọn A và B phải lựa chọn một cách thích hợp vì nó ảnh hưởng rất nhiều đến kích thước chủ yếu của D và l Đứng về mặt tiết kiệm vật liệu thì nên chon A và B lớn, nhưng nếu A và B 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

B cần xét đến chất liệu vật liệu sử dụng Nếu sử dụng vật liệu sắt từ tốt ( có tổn hao ít hay độ từ thẩm cao) thì có thể chọn B lớn Dùng dây đồng có cấp cách điện cao thì có thể chọn A lớn Ngoài ra tỷ số giữa A và B cũng ảnh hưởng đến đặc tính làm việc và khởi động của động cơ không đồng bộ, vì A đặc trưng cho mạch điện, B đặc trưng cho mạch từ

Tra hình 10-3b ( trang 233 sách TKMĐ ) ta được:

L 14,8 0,8 18,46

Do đó hệ số tăng công suất:

37

1,23 30

II Tính toán thông số stato-rôto

A Tính toán thông số stato

1 Số rãnh stato

Chọn số rãnh của một pha dưới một cực từ q1: chọn q1 nhiều hay ít có ảnhhưởng đến số rãnh stato Z1 Trị số q1 thường chọn theo số nguyên vì cải thiệnđược đặc tính làm việc và khả năng làm giảm tiếng kêu của máy Còn nếu q1 làphân số thì cũng một phần làm giảm suất điện động bậc cao nhưng chỉ đượcchọn trong một số trường hợp cần thiết

Ta chọn số rãnh của một pha dưới một cực từ q1= 4 rãnh

Chọn số mạch nhánh song song của một pha ( chọn mạch nhánh song song

là ước số chung của số cực từ): a1= 4

1 1 r1

Lấy Ur1= 40 cạnh ( do chọn dây quấn 2 lớp nên Ur1 phải lấy số chẵn)

4 Số vòng dây nối tiếp của một pha

+ a1: số mạch nhánh song song

5 Tiết diện và đường kính dây dẫn

Chọn mật độ dòng điện J: việc chọn ra mật độ dòng điện ảnh hưởng đếnhiệu suất và sự phát nóng của máy mà sự phát nóng này chủ yếu phụ thuộc vàotích số AJ Tích số này tỷ lệ với suất tải nhiệt của máy Do đó theo kinh nghiệmthiết kế chế tạo, người ta căn cứ vào cấp cách điện để xác định AJ

+ Với Dn= 34,9cm tra hình 10-4 (trang 237 sách TKMĐ) ta được tích số

+ Sơ bộ tính tiết diện dây:

Ở đây lấy số sợi dây ghép song song: n1= 2 sợi

Theo phụ lục VI bảng V1.1 (trang 619 sách TKMĐ) chọn dây đồng trònNga tráng Men PETV có đường kính d/dcđ = 1,32/1,405 mm, s= 1,368 mm2

Với + d: Đường kính dây không kể cách điện (mm)

+ dcđ: Đường kính dây kể cả cách điện (mm)

+ S: tiết diện dây (mm2)

6 Kiểu dây quấn

Dây quấn stato đặt vào rãnh của lõi thép stato và được cách điện với lõithép Dây quấn có nhiệm vụ cảm ứng được sức điện động nhất định, đồng thờicũng tham gia vào việc chế tạo nên từ trường cần thiết cho sự biến đổi nănglượng điện có trong máy

+ Ở đây ta chọn dây quấn bước ngắn 2 lớp mục đích là để khử từ trườngsóng bậc cao, giảm lượng đồng sử dụng, khử sóng bậc cao, giảm từ trường tản ởphần bối dây và trong rãnh stato, làm tăng cos, cải thiện đặc tính mở máy động

cơ, giảm tiếng ồn điện từ lúc động cơ vận hành

Ta có: Bước cực của stato tính theo bước rãnh là khoảng cách giữa hai cực

từ liên tiếp nhau:

Chọn dây quấn 2 lớp bước ngắn với bước dây quấn: y =10 rãnh

Hê số bước tương đối :

y 10

0,833 12





Ta thấy  < 1: dây quấn bước ngắn

Trong đó:+ y: bước dây quấn là khoảng cách giữa 2 cạnh tác dụng của 1phần tử tính bằng số rãnh

+ : hệ số bước tương đối

+ Hệ số bước rãi:

r

15 sin q sin 4.

15 q.sin 4.sin

+ L1: chiều dài lõi sắt stato

10.Sơ bộ định chiều rộng của răng:

+ t1: bước cực stato + L1: chiều dài tính toán stato

11.Sơ bộ định chiều cao gông stato:

Ở đây lấy Bg1= 1,55 T theo bảng 10.5a (trang 240 sách TKMĐ )

Trong đó: + ɸ: từ thông khe hở không khí

+ L1: chiều dài tính toán lõi thép stato

12.Kích thước rãnh và cách điện:

 Chiều cao rãnh stato

' n

Trong đó: + Dn = 34,9 cm đường kính ngoài stato, tính ở mục 2 phần I

+ D = 23,5 cm đường kính trong stato, tính ở mục 3 phần I + h’

g1 = 3 cm chiều cao gông stato

 Bề rộng rãnh stato

 Chọn bề rộng miệng rãnh stato b41 = 0,3 cm

 Chọn chiều cao miệng rãnh stato h41 = 0,05 cm

 Chiều rộng rãnh stato phía đáy tròn nhỏ d1

Trong đó: h12 là chiều cao tính tâm đáy lớn đến chiều cao miệng rãnh stato

Nhận xét: với hệ số lấp đầy như trên là đạt yêu cầu kỹ thuật đặt ra

Chọn kiểu rãnh hình quả lê, với các kích thước được tính ở trên như sau:

 

41 1 ''

1,14 0,677 mm 48

14.Chiều cao gông stato:

Đối với động cơ có đáy rãnh stato phẳng, theo công thức 4-46 giáo trình TKMĐ- Trần Khánh Hà ta có:

ổ bi quyết định độ võng của trục

 Nếu chọn khe hở không khí nhỏ thì dòng điện không tải và cos cao, nhưng khe hở quá nhỏ làm cho việc chế tạo và lắp rắp thêm khó khăn, stato dễ

chạm với rôto ( sát cốt) làm tăng thêm tổn hao phụ và điện kháng tản tạp của động cơ cũng tăng lên.

Theo công thức 11-27b trang 277, giáo trình TKMĐ – Trần Khánh Hà, ta có

Với Z1 = 48 rãnh và 2p= 4 tra bảng 10.6 (trang 246 sách TKMĐ) ta chọn

Trong đó: + B= 0,75 T: mật độ từ thông khe hở không khí

+ L2 = 14,8 cm: chiều dài lõi sắt rôto

+ kc2: hệ số ép chặt lõi sắt rôto, ta chọn kc2 = 0,95 + BZ2: mật độ từ thông trong răng rôto, theo bảng 10.5.b (trang

Trong đó: + kI = 0,92 tra hình 10.5 trang 244 sách TKMĐ.

+ kd1= 0,925: hệ số dây quấn stato + Z2 = 38 rãnh: số rãnh rôto

+ m1=3 số pha dây quấn stato + W1=80:vòng số vòng dây nối tiếp của một pha trong stato

+ I1đm = 56,1A : dòng diện pha định mức

8 Tiết diện thanh dẫn bằng nhôm:

Trong động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc, tiết diện rãnh rôto đồng thời

là tiết diện thanh dẫn rôto, vì vậy phải làm sao cho mật dộ dòng điện trong thanh dẫn rôto thích hợp

Với thanh dẫn bằng nhôm thì mật độ dòng điện thanh dẫn rôto J2= 1,5 ÷ 3,5( A/mm2) ta chọn sơ bộ J2= 3 ( A/mm2)

Tiết diện thanh dẫn: ' td  

Tiết diện vành ngắn mạch:

 2

V V

Trong đó: + Chọn b42= 1,5 (mm): chiều rộng miệng rãnh rôto

+ Chọn h42= 0,5 (mm): chiều cao miệng rãnh rôto

Như vậy: ta có kích thước của rôto như sau:

z 2

2 3

Trong đó: + D’= 22,228 (cm): đường kính ngoài rôto

14.Chiều cao gông rôto:

k k k 

Với k1 và k2 lần lượt là khe hở do răng của rãnh stato và rôto gây nên:

 Tính k1

Trong đó: + B=0,75(T): Mật độ từ thông khe hở không khí.

4 Mật độ từ thông ở răng stato (tính lại việc chọn B Z1 =1,8 T):

+L1= 14,8 (cm): Chiều dài lõi sắt stato

5 Cường độ từ trường trên răng stato:

+ hr1= 27 (cm): Chiều cao rãnh stato

+ d2= 11,4 (mm): Chiều rộng rãnh stato phía đáy tròn lớn

7 Mật độ từ thông ở răng rôto (tính lại việc chọn B Z2 =1,8 T):

+L2= 14,8 (cm): Chiều dài lõi sắt rôto

8 Cường độ từ trường trên răng rôto:

Theo bảng V-6 phụ lục V (trang 608 sách TKMĐ) ta có:

Trong đó: + ɸ = 0.0131(Wb): từ thông khe hở không khí.

+ hg1 = 3,19 (cm): chiều cao gong stato

+ L1= 14,8 (cm): chiều dài lõi sắt stato

Trong đó: + ɸ = 0.0131(Wb): từ thông khe hở không khí.

+ hg2 = 4,6 (cm): chiều cao gông rôto

+ L2= 14,8 (cm): chiều dài lõi sắt rôto

Trong đó: + F: sức từ động khe hở không khí

+ FZ1, FZ2: sức từ động trên răng stato, rôto

+ Fg1, Fg2: sức từ động trên gong stato, rôto

20.Hệ số bão hòa toàn mạch:

Trong đó: + kd = 0,925: Hệ số dây quấn.

+ w1= 80 vòng: Số vòng dây nối tiếp của một pha.

22.Dòng điện từ hóa phần trăm:

x2 đối với rôto, x1+x2 là điện kháng của dây quấn động cơ

 Điện trở động cơ giúp xác định những tổn hao của dây quấn động cơ ở chế

Trong đó: + D=23,5 (cm): Đường kính trong stato

+ hr1 =2,7 (cm): Chiều cao rãnh stato

+ Z1= 48( rãnh): số rãnh stato

+ y =10 (rãnh): bước dây quấn

+ kđ1= 1,3; B=1(cm) tra theo bảng 3.4 trang 69 sách TKMĐ

2 Chiều dài trung bình nửa vòng dây của dây quấn stato:

Trong đó: + L1= 14,8 (cm): chiều dài lõi sắt stato

3 Chiều dài dây quấn một pha của sato:

Trong đó: + W1=80(vòng): số vòng dây nối tiếp của một pha trong stato

4 Điện trở tác dụng của dây quấn stato:

      

 : điện trở suất của đồng ở 750C

+ n1= 2 (sợi): số sợi dây ghép song song

+ a1= 4: số mạch nhánh song song

+ S1= 1,368 (mm2); tiết diện dây

Tính theo đơn vị tương đối:

Trong đó: + Ipđm=56,1(A): Dòng điện pha định mức

5 Điện trở tác dụng của dây quấn rôto:

 

4 2

Trong đó:+ Sr2= 200,88(mm2): Diện tích rãnh rôto

+ L2= 14,8 (cm): chiều dài lõi sắt rôto

+

2 Al

 

6 v

Trong đó: + c = 0,4 (mm) chiều dày cách điện rãnh

+ c’ = 0,5( mm) chiều dày cách điện của nêm

b=d1=9,3(mm): Chiều rộng rãnh stato phía đáy tròn nhỏ

h41=0,5(mm): chiều cao miệng rãnh stato

Thay vào ta được:

Trong đó:+ t1= 1,538 (cm): Bước rãnh stato

+ q1=4: số rãnh của một pha dưới một cực

+ kd1= 0,925: hệ số dây quấn stato

Trong đó: + l = L1= 14,8 (cm): chiều dài lõi sắt stato.

+ lđ1= 24,295 (cm): Chiều dài phần đầu nối dây quấn stato

+ =0,833: Hê số bước tương đối

+ b42=1,5 (mm):chiều rộng miệng rãnh rôto

+ h42=0,5 (mm): chiều cao miệng rãnh rôto

+ k=1 do rãnh ôvan

+ Sr2= 200,88 (mm2): Diện tích rãnh rôto.

+ k= 1,126: hệ số khe hở không khí + 2= 0,0092 theo bảng 5.2.c sách TKMĐ.

Trong đó : I= 14,461 (A): Dòng điện từ hóa.

Tính theo đơn vị tương đối:

Tổn hao trong động cơ điện có thể phân thành những loại sau:

 Tổn hao trong sắt ở stato và rôto do từ trễ và dòng điện xoáy khi từ thông chính biến thiên Ngoài ra trong tổn hao sắt còn tính đến các tổn hao phụ gọi là tổn hao bề mặt và tổn hao đập mạch do sự thay đổi từ trễ và sự thay đổi lần lượt

vị trí tương đối của rãnh stato và rôto

 Tổn hao đồng do hiệu ứng Jun gây nên trong dây quấn và ở nơi tiếp xúc giữa chổi than và vành góp hoặc vành trượt

 Tổn hao phụ khi có tải do sự đập mạch của từ thông tản ở động cơ điện xoay chiều hoặc do sự biến dạng của từ trường phản ứng và từ trường của phần

tử đổi chiều ở động cơ điện một chiều

 Tổn hao cơ do ma sát ở vòng bi, ma sát giữa chổi than với vành góp hay vành trượt và ma sát giữa không khí với các bộ phận quay Tổn hao trên quạt giócũng kể vào tổn hao cơ

1 Trọng lượng răng stato:

+ L1= 14,8 (cm): chiều dài lõi sắt

2 Trọng lượng gông từ stato:

 

3

G   .L 0 l h 2p k 1   7,8.14,8.25.3,19.4.0,95.103  35 kg

Trong đó: + lg1=25 (cm): Chiều dài mạch từ ở gông stato

+ hg1= 3,19 (cm):chiều cao gông

3 Tổn hao sắt trong lõi sắt stato:

Z 1=1,796 (T): mật độ từ thông ở răng stato

+ kgcr= 1,8: hệ số gia công răng stato

+ pFeZ1=2,5 (W/kg): suất tổn hao của thép tra bảng V-14

Trong đó: + Bg1= 1,46 (T): mật độ từ thông trên gông stato

+ pFeg1=2,5 (W/kg): suất tổn hao của thép tra bảng V-14.

+kgcg= 1,6: hệ số gia công gông stato.

c Trong cả lõi sắt stato:

Nguyên nhân của sự đập mạch là do dao động của từ trường trong vùng liên thông răng(rãnh) stato và rôto theo vị trí tương đối của rãnh stato và rôto.

8 Tổn hao không tải:

1 Các thông số đã tính được:

 Điện trở tác dụng của dây quấn stato: r1 = 0,124 ()

 Điện kháng dây quấn stato: x1 = 0,332 ()

 Điện trở rôto đã quy đổi: r2’=0,085 ()

 Điện kháng rôto đã quy đổi: x2’= 0,456 ()

 Hệ số trượt cực đại:

2 m

' 1 2 1

0,456 x

1,022 C

Z

9

0,9959

Z

5

0,0901

' 2

I cos

I

9

0,9112

  % 93,8 93,37 92,71 91,68 90,77 74,512

4 Đồ thị đặc tính làm việc:

5 Bối số mômen cực đại:

ax ax

VII Tính toán đặc tính khởi động:

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

 Chiều cao tương đối của rãnh rôto:

 Điện trở tác dụng trên dây quấn rôto khi xét đén hiệu ứng mặt ngoài: