Đồ án tốt nghiệp: Điều chỉnh tốc độ động cơ rôtor lồng sóc

Quạt giĩ, động cơ cho tủ lạnh và các thiết bị khác… Tĩm lại, theo sự phát triển của nền sản xuất điện khí hố và tự độnghố ngày càng cao trong sản xuất, đời sống và trong một số lĩnh vực

LỜI NĨI ĐẦU

Trong cơng cuộc xây dựng và phát triển của đất nước ngày càng pháttriển cao hơn trong mọi lĩnh vực: cơng nghiệp, giao thơng và các dịch vụtrong cuộc sống hằng ngày Thực tế cho thấy máy điện khơng đồng bộ nĩichung và động cơ khơng đồng bộ nĩi riêng Do cĩ kết cấu đơn giản dễ chếtạo, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành lại hạ mà nổi bật nhất là động

cơ khơng đồng bộ rơtor lồng sĩc và được sử dụng rộng rãi nhất Trong cơngnghiệp được dùng nĩ làm nguồn động lực cho máy cản, máy cơng cụ trongcơng nghiệp nhẹ… trong hầm mỏ dùng máy tời, quạt giĩ… trong nơng nghiệpdùng máy bơm, máy gia cơng nơng sản… trong dịch vụ hằng ngày máy điệnkhơng đồng bộ cũng chiếm một vị trí khá quan trọng như được dùng cho máyquay đĩa Quạt giĩ, động cơ cho tủ lạnh và các thiết bị khác…

Tĩm lại, theo sự phát triển của nền sản xuất điện khí hố và tự độnghố ngày càng cao trong sản xuất, đời sống và trong một số lĩnh vực khác.Cho nên phạm vi ứng dụng của máy điện khơng đồng bộ nĩi chung và động

cơ khơng đồng bộ nĩi riêng ngày càng rộng rãi và thơng dụng nhiều nhất làđộng cơ khơng đồng bộ Rơtor lồng sĩc cĩ cơng suất vừa và nhỏ vì so với cácloại động cơ khác nĩ cĩ ưu điểm nổi bật hơn hẳn, ngồi ra trong khi làm việc

ít gây tiếng ồn và khơng gây ra cản nhiễu vơ tuyến Nhưng nĩ cĩ một sốnhược điểm là mơmen mở máy nhỏ, dịng điện mở máy lớn, điều chỉnh tốc độkhĩ khăn Do đĩ khơng thể khởi động trực tiếp hay làm việc trong một sốtrường hợp tải cần mơmen lớn và tốc độ lớn… để khắc phục nhược điểm nàythì người ta chế tạo ra loại động cơ khơng đồng bộ rơtor lồng sĩc nhiều tốc

độ, dùng rơtor rãnh sâu, lồng sĩc kép… nhằm để hạ được dịng điện khởiđợng và tăng được mơmen mở máy và điều chỉnh tốc độ dễ dàng hơn

Trong suốt thời gian học chuyên ngành về máy điện cũng khơng đủ nhiều cho đến khi nhận đề tài tốt nghiệp, em được khoa và bộ mơn thiết bị điện giao cho nhiệm vụ thiết kế động cơ khơng đồng bộ 3 pha rơtor lồng sĩc với các số liệu ban đầu như trên

Để hồn thành nhiệm vụ yêu cầu của bang thiết kế đặt ra, em được sự giúp đỡ của các thầy cơ giáo bộ mơn và đặt biệt là thầy giáo hướng dẫn

Nguyễn Trung Cư, cùng với sự nỗ lực của bản thân, em đã hoàn thành nhiệm

vụ của bảng thiết kế tuần tự theo các chương nhỏ sau:

Lời nói đầu

Chương I Giới thiệu máy và nguyên lý hoạt động

Chương II.Tính toán và xác định kích thước chủ yếu của máy

Chương III.Tính toán dây quấn, rãnh Stator và khe hở không khí

Chương IV.Tính toán dây quấn, rãnh và gông rôtor

Chương V Tính toán mạch từ

Chương VI Tính toán tham số của động cơ điện ở chế độ định mức Chương VII Tính toán tổn hao thép và tổn hao cơ

Chương VIII.Tính toán đặc tính làm việc của động cơ

Chương IX Tính toán đặc tính khởi động

Chương X Tính toán nhiệt

Chương XI Tính toán trọng lượng,vật liệu tác dụng vàchỉ tiêu sử dụng vật liệu máy

Chương XII Tính toán cơ

Chương XII Chuyên Đề

Nói chung trong quá trình thiết kế, tuy bản thiết kế đã hoàn thành và đạt được yêu cầu, chỉ tiêu cũng như tiêu chuẩn của nhà nước của bản thiết kế

đề ra

Nhưng em là một sinh viên mới bắt tay vào việc nghiên cứu và thiết kế

vả lại đề tài về máy điện rất đa dạng và phong phú, hơn nữa thời gian có hạn Cho nên em không tránh khỏi nhưng thiếu xót và cũng như không tối ưu của vấn đề Do đó em rất mong sự thông cảm và bỏ qua của thầy cô về những sai sót của em trong bảng thiết kế và em mong muốn nhận được sự chỉ bảo và góp ý của các thầy cô trong bộ môn để cho em học hỏi và rút kinh nghiệm về sau

Em xin chân thành cảm ơn

Hà Nội, tháng 5 năm 2005

Sinh viên thiết kế

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG

A Phân loại và kết cấu và nguyên lý hoạt động của động cơ:

b Lõi sắt:

Lõi sắt là phần dẫn từ Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên

để giảm tổn hao, lõi sắt được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện dày0,5mm ghép lại Khi đường kính ngoài lõi sắt nhỏ hơn 990mm thì dùng cảtấm tròn ép lại Khi đường kính ngoài lớn hơn trị số trên thì phải dùng nhữngtấm hình rẻ quạt ghép lại thành khối tròn

Mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảmtổn hao do dòng điện xoáy gây nên Nếu lõi sắt ngắn thì có thể ghép thànhmột khối Nếu lõi sắt dài quá thì thường ghép thành từng thếp ngắn, mỗi thếpdài 6 đến 8 cm,đặt cách nhau 1cm để thông gió cho tốt Mặt trong của lá thép

có xẻ rãnh để đặt dây quấn

c dây quấn:

Dây quấn Stator được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốtvới lõi sắt Bối dây có thể là một vòng (gọi là dây quấn kiểu thanh dẫn) bốidây thường được chế tạo dạng phần tử và tiết diện dây thường lớn, hay cũng

có thể: bối dây gồm nhiều vòng dây (tiết diện dây nhỏ gọi là dây quấn kiểuvòng dây) Số vòng dây mỗi bối, số bối dây mỗi pha và cách nối dây là tuỳ

thuộc vào công suất, điện áp, tốc dộ, điều kiện làm việc của máy và quá trìnhtính toán mạch từ.

2 Phần quay hay Rotor:

Phần này có hai bộ phận chính là lõi sắt và dây quấn

a Lõi sắt:

Lõi sắt là các lá thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau Lõi sắt được ghéptrực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá Rotor của máy Phía ngoài của lá thép

có xẻ rãnh để đặt dây quấn

a Rotor và dây quấn Rotor:

Rotor có hai loại chính: Rotor kiểu dây quấn và Roto kiểu lồng sóc

- Loại Rotor kiểu dây quấn: Rotor có dây quấn giống như dây quấn Stator.Trong máy điện cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp

vì bóp được những đầu dây nối, kết cấu dây quấn trên Rotor chặt chẽ Trongmáy điện cỡ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp Dây quấn ba phacủa Rotor thường đấu hình sao, còn ba đầu kia được nối vào ba vành trượtthường làm bằng đồng đặt cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than cóthể đấu với mạch điện bên ngoài Đặc điểm của loại động cơ điện Rotor dâyquấn là có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ hay suất điện động phụvào mạch điện Rotor để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặccải thiện hệ số công suất của máy Khi máy làm việc bình thường dây quấnRotor được nối ngắn mạch

- Loại Rotor kiểu lồng sóc: kết cấu của loại dây quấn này rất khác với dâyquấn Stator Trong mỗi rãnh của lõi sắt Rotor đặt vào thanh dẫn bằng đồnghay nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vành ngắnmạch bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng mà người ta quen gọi làlồng sóc

Dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt để cải thiện tínhnăng mở máy, trong máy công suất tương đối lớn, rãnh Roto có thể làm thànhdạng rãnh sâu hoặc làm thành hai rãnh lồng sóc hay còn gọi là lồng sóc kép.Trong máy điện cỡ nhỏ, rãnh Roto thường được làm chéo đi một góc so vớitâm trục

3 Khe hở:

Vì Rotor là một khối tròn nên khe hở đều Khe hở trong máy điệnkhông đồng bộ rất nhỏ (từ 0,2 đến 1mm trong máy điện cỡ nhỏ và vừa) đểhạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới vào và như vậy mới có thể làm cho hệ sốcông suất của máy cao hơn

* Nguyên lý hoạt động của máy điện không đồng bộ nói chung vàđộng cơ không đồng bộ 3 pha rôtor lồng sóc nói riêng là làm việc dựa theonguyên lý cảm ứng điện từ

* Khi cho dòng điện 3 pha đi vào dây quấn 3 pha đặt trong lõi sắtStator, trong lõi sắt Stator của máy tạo ra một từ trường quay với tốc độ đồng

bộ n1= 60.f/p với p là số đôi cực, f là tần số lưới Từ trường quay cắt các thanhdẫn của dây quấy Stator, cảm ứng các sư6t1 điện động Vì dây quấn rôtor nốingắn mạch, nen sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện trong các thanhdẫn của rôtor Lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường quay của máy với thanhdẫn mang dòng điện rôtor, kéo rôtor quay cùng chiều quay từ trường với tốc

độ n

Hình: Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ

Để minh hoạ vẽ từ trường quay tốc độ n1, chiều sức điện động và dòngđiện cảm ứng trong thanh dẫn rôtor, chiều lực điện từ Fđt

Khi xác định chiều sức điện động cảm ứng theo qui tắc bàn tay phải tacăn cứ vào chuyển động tương đối của thanh dẫn rôtor với từ trường Nếu coi

từ truờng đứng yên thì chiều chuyển động tương đối của thanh giược vớichiều chuyển dộng của n1 từ đó áp dụng qui tắc bàn tay phải xác định đượcchiều chuyển động của sức điện động như hình vẽ

Chiều lực điện từ xác địng theo qui tắc bàn tay trái trùng với chiều quay

n1

Tốc độ n của máy nhỏ hơn tốc độ từ trường quay n1, vì nếu tốc độ bằngnhau thì khơng có sự chuyển động tương đối, trong dây quấn không có sứcđiện động và dòng điện cảm ứng, lực điện từ bằng 0

Độ chênh lệch giữa tốc độ từ trường quay và tốc độ máy gọi là tốc dộtrượt n2

Khi rôtor đứng yên (n = 0), hệ số trượt s = 1 Khi rôtor quay định mức

s = 0,02 0,06 tốc độ động cơ:

CHƯƠNG II: KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU

trong đó: n1 =1500 là tốc độ của động cơ

f1 =50 hz là tần số của lưới điện

2 Đường kính ngoài Stator:

Với Pđm = 90 kw và p =2 tra phụ lục 10-6 tài liệu thiết kế máy điện Ta

có chiều cao tâm trục của động cơ điện không đồng bộ Rotor lồng sóc kiểuIP23 theo tiêu chuẩn Việt Nam 1987-1994 cách điện cấp B với h=250 mm

Tra bảng 10.3 trang 230 ta được đường kính ngoài Stator theo tiêuchuẩn trong dãy 4A của nga Dn = 43,7cm

3 Đường kính trong Stator:

Theo bảng 10.2 trang 230 có KD=(0,640,68) ứng với động cơ có 2p =4Trong đó:

+ KD: tỉ số giữa đường kính trong và ngoài Stator

+ D: Đường kính trong Stator

93 , 0 η

5 Chiều dài tính toán của lõi sắt Stator:

δ

α

7 ' 2

s d

7

2

6,1.10 P l

Do lõi sắt ngắn nên được làm thành một khối

Chiều dài của lõi sắt Stator, Rotor:

l1 = l2 =l = 21,8 cm

6 Bước cực:

cm 33 23 4

7 29 14 3 p 2

D = , , = ,.

λ δTrong dãy máy động cơ khôngđồng bộ K, công suất 90 KW, 2p = 4 cócùng đường kính ngoài (nghĩa là cùng chiều cao tâm trục h) với máy 100 KW2p = 4

+ Hệ số tăng công suất của máy này là:

Theo hình 10.3b trang 233 ta thấy hệ số 90 và 100 nằm trong vùng gạchchéo cho phép tức là thỏa mãn điều kiện kinh tế và kỹ thuật Do đó việc chọnphương án trên là hợp lý.

8 Dòng điện pha định mức:

220 0 93 0 91 161 13 A

10 90 U

10 P

cos

.

+cos  = 0,91 là hệ số công suất

Dạng rãnh Stator phụ thuộc vào thíêt kế điện từ và loại dây dẫn Rãnhđược thiết kế sao cho có thể cho vừa số dây dẫn kể cả cách điện và công nghệchế tạo (dập, cắt) dễ dàng Mật độ từ thông trên gông và răng không lớn hơnmột trị số nhất định, để đảm bảo tính năng của máy.

Đối với khe hở không khí ta cố gắn lấy nhỏ để cho dòng điện không tảinhỏ và hệ số công suất cao Nhưng nếu khe hở không khí quá nhỏ thì côngnghệ chế tạo khó và đễ sát cốt làm tăng tổn hao phụ

9 Số rãnh Stator:

Số rãnh của một pha dưới một cực là q1, thông thường chọn q1 trongkhoảng từ 2 đến 5 ở đây vì máy có công suất vừa nên lấy q1 = 4 Việc chọn q1ảnh hưởng trực tiếp đến số rãnh Stator Z1 số rãnh này không nên nhìêu quá vìnhư vậy diện tích cách điện chiếm chỗ so với số rãnh ít sẽ nhiều hơn do đó hệ

số lợi dụng rãnh sẽ kém đi Mặt khác về phương diện độ bền cơ thì số rãnhlớn làm cho độ bền cơ của răng yếu đi Nếu số rãnh ít sẽ làm cho dây quấnphân bố không đều trên bề mặt lõi sắt nên suất từ động phần ứng có nhiều sốbậc cao

Z1 =6.p.q1 = 6 2 4 =48 rãnh

10 Bước rãnh Stator:

cm Z

D

48

7 , 29 14 , 3 π 1

11 Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh:

Chọn số mạch nhánh song song a =1

1 r1

12 Số vòng dây nối tiếp của một pha:

13 Tiết diện và đường kính dây dẫn:

Theo hình 10.4a tri số AJ của máy điện không đồng bộ kiểu bảo vệIP23 với h = 250 mm, trang 237 sách TKMĐ ta lấy giá trị AJ = 2370

- Theo phụ lục VI bảng VI-1 trang 619 sách TKMĐ chọn dây đồng trángmen FET-155 có đường kính d d cd 1,741,825 với S1 = 2,38 mm2

14 Kiểu dây quấn:

Chọn dây quấn 2 lớp sóng bước ngắn với y = 10

  1 48 12

2 4

Z P

10 0,833 12

2 152 0,958 sin 4.sin

r

q k

Trong đó:

0,02625Wb

 

64 , 0

z1 1 c

B l t 0,806.1,944

B l k 1,85.0,93Trong đó:

h41 = 0,5 mm

' n

D -D

2 43,7 29,7 4,05 2,95

h =4,05cm+ Đường kính trong rãnh:

1

D+2.h -d

ZD+2.h -b Z 29,7+2.2,97 -48.0,911

hr1 = 2,95 cm là chiều cao răng Stator

d1 = 1,1 cm đường kính đáy nhỏ rãnh Stator

d2 = 1,3 cm đường kính đáy lớn rãnh Stator+ Chiều dài miệng rãnh:

Trong thực tế chiều dài miệng rãnh h41 = 0,5 mm chứ không thể nhỏhơn vì công nghệ cắt dập không thể cắt dập được

+ Theo bảng VIII – 1 ở phụ lục VIII trang 629 sách TKMĐ

Chọn chiều dài cách điện rãnh là c = 0,4 mm

Chọn chiều dài của nêm là c’ = 0,5 mm

+ Diện tích rãnh trừ nêm:

12 2 1

2 2

2 1

2

( 8

) (

h d d d

2 1 12 2

2

.

2 2

.

c

d c d d h

kđ =

2

r 1 cd r

ta lấy   0,8 mm  0,08 cm

SƠ ĐỒ DÂY QUẤN STATOR

Z = 48 ; Y = 10;  =12; q = 4; a = 4

1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748

CHƯƠNG IV:

DÂY QUẤN RÃNH VÀ GÔNG RÔTOR

24 Số rãnh Rôtor được chọn theo bảng 10.6 trang 246.

Với số đôi cực 2p = 4, số rãnh Stator Z1 =48 ta có thể chọn:



31 Tiết diện thanh dẫn bằng nhôm:

td 2

32.Sơ bộ chọn mật độ dòng điện trong vành ngắn mạch:

Mật độ dòng điện trong vành ngắn mạch Jv chọn thấp hơn Jtd trongkhoảng từ (20 25)% Ta chọn Jv = 2,5 A mm2 .

Tiết diện vòng ngắn mạch:

2 v

v v

36 Bề rộng răng Rôtor:

'

42 12 '

t k

41 1

2 2

42 2

42

t - d 2.32-0,511.0,08( b d) (1.5 0,8)

= b = 1,5 =0,511

5+

5+

0,8d

kc = 0,93 là hệ số ép chặt lõi sắt lấy theo bảng 2.2

43 Cường độ từ trường trên răng Rôtor:

Theo bảng V – 6 ở phụ lục V trang 608 sách TKMĐ

z2 2 c

B l t 0,806.2,32

b l k 1,147.0,93Trong đó:

B 0,806T

t2 = 2,32 cm

bz2 = 1,147 cm

kc = 0,93 Là hệ số ép chặt lõi sắt lấy theo bảng 2.2

46 Cường độ từ trường trên răng rôtor:

F F F k

4 4 g1

kc = 0,93 Hệ số ép chặc lõi sắt lấy theo bảng 2.2

50 Cường độ từ trường ở gông Stator:

Theo bảng V – 9 ở phụ lục V trang 611 sách TKMĐ

Ta tra được Hg1 = 10,9 A/cm

51.Chiều dài mạch từ ở gông Stator:

52 Sức từ động ở gông Stator:

Fg1 = Lg1.Hg1 = 30,97 10,9 = 338 cmTrong đó:

=0,02625Wb

h =6,67cm

l =21,8cm



54 Cường độ từ trường ở gông rôtor:

Theobảng V-9 của phụ lục V trang 611 sách TKMĐ

Ứng với Bg2 = 0,97 ta tra được Hg2 = 2,6 A/cm

55 Chiều dài mạch từ gông rôtor:

I = 36,2 A

Iđm = 161,13 A (dòng điện định mức)

CHƯƠNG VI:

THAM SỐ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Ở CHẾ ĐỘ ĐỊNH MỨC

60 Chiều dài phần đầu nối của dây quấn Stator:

r y

hr1 = 2,95 cm chiều cao răng Stator

61 Chiều dài trung bình nữa vòng dây quấn Stator:

L r

a1 = 4 là số mạch nhánh song song của dây quấn

S1 = 2,38 mm2 tiết diện dây quấn Tính theo đơn vị tương đối:

' 1

2

11( 2 ) ( 2.0,4 0,5) 4,2

70 Hệ số từ dẫn nạp Stator:

1 41 1

2 1 1 1

.

) ( 9 ,

41 41

t

+ Tra bảng 5.3 trang 137 sách TKMĐ

2 1

2 66 , 0 ) 8

1 (

h k b

b S

b b

75 Hệ số từ dẫn nạp rôtor:

2 2 2

2 2 2

.

) ( 9

+ Tính theo đơn vị tương đối:

CHƯƠNG VII:

TỔN HAO THÉP VÀ TỔN HAO CƠ

83 Trọng lượng răng Stator:

85 Tổn hao sắt trong lõi sắt Stator:

* Tổn hao trong răng:

pFez1 = Kgz1.pFez1.B2

z1.Gz1.10-3 = 1,8.2,5.(1,806)2 17,8.10-3

PFeg1= kgc pFeg1 B2

g1.Gg1.10-3 = 1,6.2,5.1,5162.83,6.10-3

' 2 2 ' 2

) 10-3 =7.(1500) (2 437) 10 =1,314Kw3 -3

1000 100Trong đó:

CHƯƠNG VIII: ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC:

119 0 1 X

X 1

= +

=

(1 02) 1 04

C12 = , 2 = ,

Ω 0209

0

r2' = ,

Ω 2012

0

x2' = ,

 

μ ñbx

I 36,2A dòng điện từ hoá

r1 = 0,0314  điện trở tác dụng của dây quấn Stator

U1 =220 V điện áp pha định mức

E U I x     V

55 5 40

925 0 40

6 Z

k W

6

k

2

1 1