đồ án kỹ thuật điện cơ Công nghệ chế tạo lõi sắt stato Trình tự công nghệ chế tạo lõi sắt phần ứng của máy điện quay gồm các bước sau

Bộ môn Thiết bị Điện - Điện tử đã giao cho em nhiệm vụ: “Thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc” Quá trình tìm hiểu và học hỏi dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Vũ GIA H

Lời nói đầu

Ngày nay, điện năng đã đi vào hầu hết trong các ngành kinh tế quốcdân Trong hầu hết các nhà máy, xí nghiệp đều sử dụng động cơ để truyềnđộng, hay dùng trong các thiết bị dân dụng Do đó, việc thiết kế động cơ làmột công việc hết sức quan trọng.nhằm đáp ứng đòi hỏi của nền kinh

tế tạo sự phù hợp với nền kinh tế của nước nhà.Đặc biệt nó vô cùng cùngquan trọng với sinh viên ngành điện.Qua việc thiết kế này sẽ làm phongphú hơn kho tri thức và tích luỹ thêm nhiều kinh nghiệm thực tiễn

Với mục đích hệ thống lại những kiến thức đã học, cộng với sự rènluyện cho sinh viên làm quen với cách thiết kế khí cụ điện nói riêng vàđộng cơ điện nói chung Bộ môn Thiết bị Điện - Điện tử đã giao cho em

nhiệm vụ: “Thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc”

Quá trình tìm hiểu và học hỏi dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy

Vũ GIA HANH, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp gồm: 3 phần

- Phần I: Tổng quan về động cơ không đồng bộ

- Phần II: Chọn phương án và tính toán thiết kế

+ Chương I: Tính toán kích thước chủ yếu

+ Chương II: Dây quấn, rãnh stato và khe hở không khí

+ Chương III: Dây quấn, rãnh và gông rôto

+ Chương IV: Tính toán mạch từ

+ Chương V: Tham số của động cơ ở chế độ định mức

+ Chương VI: Tổn hao thép và tổn hao cơ

+ Chương VII: Đặc tính làm việc

+ Chương VIII: Tính toán đặc tính khởi động

- Phần III: Tính toán nhiệt, trọng lượng vật liệu tác dụng và chỉ tiêu sửdụng

1

- Trong quá trình tính toán thiết kế, do còn Ýt kinh nghiệm nên chắcchắn em không tránh khỏi những sai sót Rất mong các thầy cô bỏ qua choem.

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ mônThiêt bị điện_điện tử.đặc biệt là thầy Vũ gia Hanh đã giúp đỡ em trongthời gian làm đồ án cũng nh trong thời gian em được học tại Trường

PHần I: Tổng quan về động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc

Chương I: Khái quát về động cơ không đồng bộ

I Cấu tạo và đặc điểm

I.1 Cấu tạo

Cấu tạo của máy điện không đồng bộ gồm 2 bộ phận chủ yếu stato

và rôto Ngoài ra còn vỏ máy và nắp máy

1 Cấu tạo phần tĩnh (stato):

Stato là phần tính gồm 2 bộ phận chính là lõi sắt và dây quấn, ngoài

2 Cấu tạo phần quay (rôto)

a Trục:

Làm bằng thép, dùng để đỡ lõi sắt rôto

b Lõi sắt

Gồm các lá thép kỹ thuật điện giống nh ở phần stato Lõi sắt được

Ðp trực tiếp lên trục Bên ngoài lõi sắt có xẻ rãnh để đặt dây quấn

c Dây quấn rôto

Gồm hai loai: Loại rôto dây quấn và loại rôto kiểu lồng sóc

 Loại rôto kiểu dây quấn: Dây quấn rôto giống dây quấn ở stato và

có số cực bằng số cực stato Các động cơ công suất trung trở lên thườngdùng dây quấn kiểu sóng hai lớp để giảm được những đầu nối dây và kếtcấu dây quấn rôto chặt chẽ hơn Các động cơ công suất nhỏ thường dùngdây quấn đồng tâm một lớn Dây quấn ba phan của rôto thường đấu hìnhsao (Y) Ba đầu kia nối vào ba vòng trượt bằng động đặt cố định ở đầu trục.Thông qua chổi than và vòng trượt, đưa điện trở phụ vào mạch rôto nhằmcải thiện tính năng mở máy và điều chỉnh tốc độ

Hình: Dây quấn rôto kiểu lồng sóc

làm bằng đồng

 Loại rôto kiểu lồng sóc:Loại dây quấn này khác với dây quấn Stato.Mỗi rãnh của lõi sắt được đặt một thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm và được

nối tắt lại ở hai đầu bàng hai vòng ngắn mạch đồng hoặc nhôm, làm thànhmột cái lồng, người ta gọi đó là lồng sóc.

Dây quấn rôto kiểu lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt

3 Khe hở:

Khe hở trong động cơ không đồng bộ rất nhỏ (0,2 mm  1mm) Do

đó rôto là một khối tròn nên rôto rất đều

I.2 Đặc điểm của động cơ không đồng bộ

- Cấu tạo đơn giản

- Đấu trực tiếp vào lưới điện xoay chiều ba pha

- Tốc độ quay của rôto nhỏ hơn tốc độ từ trường quay cửa stato n < n 1.Trong đó :

n : tốc độ quay của rôto

n1: tốc độ quay từ trường quay của stato (tốc độ đồng bộ của động

cơ )

Máy điện không đồng bộ là máy điện xoay chiều 2 dây quấn mà chỉ

có một dây quấn (sơ cấp) nhận điện từ lưới có tần số không đổi, còn dâyquấn thứ 2 (thứ cấp) được nối tắt lại hay khép kín trên điện trở

Phổ biến nhất là máy điện không đồng bộ dây quấn stato 3 pha đốixứng có cực tính xen kẽ lấy điện từ lưới xoay chiều và dây quấn rôto 3 phahoặc nhiều pha đối xứng có cực tính xen kẽ Các máy không đồng bộ đượcdùng chủ yếu làm động cơ, còn làm máy phát thì rất hạn hữu Động cơkhông đồng bộ là động cơ xoay chiều thông dụng nhất

Động cơ không đồng bộ được chia thành 2 loại: động cơ không đồng

bộ rôto lồng sóc và động cơ không đồng bộ rôto dây quấn.Trong đó động

cơ không đồng bộ rôto lồng sóc đợc sử dụng phổ biến nhất vì giá thành rẻ

và vận hành bảo đảm,các động cơ này có đặc tính cơ cứng ( khi tải thay đổi

từ không tải đến định mức thì tốc độ quay của chúng giảm khoảng 2 

5

5y) Động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc có mômen mở máy khá lớn, tuynhiên dòng mở máy lớn, hệ số công suất thấp.

I.3 Dây quấn:

Dây quấn phần ứng của máy điện xoay chiều bao gồm dây quấn statocủa máy điện đồng bộ và dây quấn stato, rôto ctỉa máy điện không đồng bộ.Dây quấn phần ứng của máy điện xoay chiều gồm nhiều phần tử nối vớinhau theo mét quy luật nào đó.Phần tử ớ đây cũng chính là bối dây và đượcđặt vào trong các rãnh của phần ứng.Bối dây có thể chỉ là một vòng dây(gọi là dây quấn kiểu thanh dẫn,bối dây thờng chế tạo 1/2 phần tử và tiếtdiện thưởng lớn),cũng có thể có nhiều vòng dây (tiết diện dây nhỏ và gọi làdây quấn kiểu vòng dây) Số vòng dây cúa mỗi bối dây, số bối dây của mỗipha và cách nối phụ thuộc vào công suất, điện áp, tốc độ, điều kiện làmviệc của máy và quá trình tính toán điện từ Theo phương pháp bố trí cáccạnh của dây quấn trong rãnh, dây quấn phân làm loaị một lớp và hai líp

a Dây quấn một lớp:trong dây quấn một lớp, số rãnh của một phadưới một cực q thường là số nguyên, cạnh của bối dây chiếm cả rãnh nên

số cạnh của bối dây của một pha dưới một cực đúng bằng q và dưới mỗiđôi cực mỗi pha có một tổ bối dây gồm q bối dây Dây quấn 1 líp thườngđược sắp xếp theo 2 kiểu chính: kiểu thứ nhất có đặc điểm là kích thướccác bối dây không giống nhau và xếp đồng tâm với nhau nên không chồng

đè lên nhau và được gọi là kiểu đồng tâm Kiểu thứ 2 có đặc điểm là kíchthước các bối dây giống nhau nhag phần đầu nối chồng đè lên nhau nên gọi

là dây quấn đối xứng hay đồng khuôn Mỗi kiểu dây quấn lại chia làmnhiều loại

+ Dây quấn kiểu đồng tâm: trong dây quấn 1 lớp, vì dưới mỗi đôicực một pha có một tổ bối dây nên cả dây quấn có 3p tổ bối dây Nếu p là

số chẵn thì dây quấn có số tổ bối dây là số chẵn Trong trường hợp đó có

thể chia 1/2 số tổ bối dây đặt trong một mặt phẳng còn l/2 số tổ còn lại đặtlên một mặt phẳng khác và được gọi là dây quấn đồng tâm hai mặt phẳng.

Nếu p là số lẻ thì số tổ bối dây chia chẵn cho 3 do đó có thể đặt cácbối dây lên 3 mặt phẳng khác nhau và gọi là dây quấn đồng tâm 3 mặtphẳng

Khi q là số chẵn thì có thể chia tổ bối dây ra làm 2 nữa tổ và đầu dâycủa các nữa tổ này bẻ ngoặt về hai phía khác nhau Như vậy trong mét pha

số nữa tổ bối dây bằng số cực nên phần đầu nối của dây quấn một pha sẽchiếm tất cả chu vi bề mặt phần đầu nối của stato, do đó phần đầu nối củadây quấn mỗi pha phân bổ trên một mặt phẵng và ta có loại dây quấn 3 phađồng tâm ba mặt phẳng, loại này còn đựơc gọi là dây quấn đồng tâm phântán

Đối với dây quấn 3 mặt phẳng, vì dây quấn mỗi pha đặt trong mộtmặt phẳng nên tổng trở của các mạch song song của một pha có thể bằngnhau nhưng tổng trở của các pha không thể bằng nhau được Để tránh điều

đó, trong thực tế người ta cứ quấn các tổ bối dây hoàn toàn nh nhau và lúcđặt dây vào các mặt phẳng thì cô Ðp dây sao cho vừa vào các chỗ trống.Tóm lại dây quấn đồng tâm hai và ba mặt phẳng thực chất là dây quấnkhông đối xứng

+ Dây quấn đồng khuôn :ngợc lại với dây quấn đồng tâm, dây quấnđồng khuôn là loại dây quấn đối xứng vì nó do những bối dây giống nhauhợp lại Dây quấn đồng khuôn có thể chia làm 3 loại: đơn giản, phân tán,móc xích

b Dây quấn hai líp:

Máy điện xoay chiều ngày nay thường dùng loại dây quấn hai líp

Ưu điểm: có thể chọn bước của dây quấn tết nhất để cải thiện dạngsóng sức điện động.Giảm nhỏ lợng tiêu hao đồng ở phần đầu nối khi máylớn và khi chế tạo có thể cơ giới hoá do đó giảm được giá thành Chọn số

7

vòng dây của mỗi pha tơng đối dễ dàng khi muốn duy trì tỷ lệ giữa A và

B Ngoài ra có khả năng chọn q là phân số để cải thiện dạng sóng sức điệnđộng Dây quấn hai lớp của máy điện xoay chiều có hai loại: loại xếp vàloại sóng Dây quấn hai lớp của máy điện xoay chiều gồm nhiều bối dâyđộc lập hợp lại, có bao nhiêu rãnh thì có bấy nhiêu bối dây.Trên thực tếmột cạnh chưa bối dây đặt ở phía trên còn cạnh kia đặt ở phía dưới rãnh, do

đó số bối dây bằng số rãnh Z, số tổ bối dây trong mét pha bằng Z/mq =2p,nghĩa là bằng số cực của máy

Các phần đầu nối của dây quấn đợc bố trí trên các vành Ðp, đồngthời đóng vài trò của vành giữ dây quấn mà mặt ngoài đợc quấn chặt bằngnhững vòng dây đai

Việc nối điện của dây quấn rôto quay với mạch điện ngoài được thựchiện nhờ các vành trợt nối với đầu ra của dây quấn và cơ cấu chổi nối vớimạch điện đứng yên Các vành trượt được chế tạo bằng thép đặc cách điệnvới nhau và cách điện với trục bằng đệm cách điện Tất cả các chi tiết đóđược xiết chặt bằng các bulông có bọc cách điện và Ðp thành mặt bích lênđầu trục Các chổi than nối điện với các thanh cái dẫn điện cúa xà đớ chổiđược đè chặt lên vành trượt.Tiếp xúc điện của chổi với các vành trượt đượcbảo đầm nhờ bộ giữ chổi

Với những cấu tạo như trên nên động cơ không đồng bộ rôto dâyquấn đã khắc phục được những nhược điểm của động cơ rôto lồng sóc,nhưng do có kết cấu phức tạp hơn làm cho giá thành của động cơ khôngđồng bộ rôto dây quấn có giá thành cao Do đó động cơ không đồng bộ rôtodây quấn chỉ được sử dụng khi điều kiện mở máy nặng nề cũng nh khi cầnphải điều chỉnh bằng phẳng tốc độ quay

Máy điện không đồng bộ cũng có những dạng đặc biệt khác như máyphát không đồng bộ, máy biến đổi tần số không đồng bộ, động cơ khôngđồng bộ rôto khối, động cơ không đồng bộ rôto rỗng không từ tính, máy

bơm cảm ứng điện từ, động cơ không đồng bộ thẳng và cánh cung Ngoài

ra còn có một số máy không đồng bộ công suất nhỏ dùng trong các thiết bịtự

động: động cơ điều khiển không đồng bộ và máy phát tốc, máy biến ápxoay, sensin mét pha

Các máy phát không đồng bộ thường được chế tạo kiểu dây quấnngắn mạch ở rôto và được sử dụng rất hạn chế, chủ yếu ở các trạm thuỷđiện nhỏ, làm việc không cần nhân viên phục vụ bởi vì chúng có thể đượcvận hành không có hệ thống điều chỉnh tần số và điện áp Các máy biến đổitần số, không đồng bộ đợc sử dụng chó yếu để có điện áp xoay chiều vớilần số 100  200Hz cần dùng để cấp cho cơ cấu truyền động có tốc độquay cao hơn 3000vg/ph

Động cơ không đồng bộ rôto khối có rôto là một khối sắt từ hình trụ,rôto như vậy giữ vai trò vừa là mạch dẫn từ vừa là mạch dẫn điện.Từ trư-ờng quay thâm nhập một độ sâu nhất định trong rôto gây cảm ứng trong nónhững dòng điện xoáy Những dòng điện này tương tác với từ trường tạonên mômen điện từ Các động cơ rôto khối đã được sử dụng rất tốt làm cácđộng cơ chấp hành trong các hệ thống điều khiển tự động Việc sử dụngrôto khối có độ bền cơ cao cho phép chế tạo những động cơ không đồng bộ

có tốc độ quay lớn (10000  100000 vg/ph và lớn hơn) Những động cơnhư vậy được cung cấp từ nguồn có tần số cao (400  1500 Hz và cao hơn)

và được sử dụng trong các truyền động đặc biệt ví dụ trong thiết bị conquay.Tuy kết cấu có tính công nghệ đơn giản nhưng động cơ rô to khối vẫnkhông được dùng trong truyền động thông thường Chủ yếu đó là do cácđộng cơ này không có các chi tiêu năng lượng cao ở các chế độ làm việc

Động cơ không đồng bộ rôto rỗng không từ tính có rôto là một ốngrỗng có thành ống móng được chế tạo bằng vật liệu không từ tính, thường

là hợp kim nhôm Rôto rỗng quay trong khe hở giữa các stato làm mạch

9

dẫn từ phía ngoài và phía trong mà trên các stato đó có dây quấn một phahay 3 pha Mômen điện từ tác dụng lên rôto tạo nên do tương tác của từ tr-ường quay với các dòng điện xoáy cẩm ứng trong rôto Động cơ này được

sử dụng chủ yếu làm động cơ chấp hành trong các thiết bị tự động Một đặctính rất quý làm cho các động cơ đó được sử dụng phổ biến là mômen quántính của rôto rất bé

Máy bơm cảm ứng điện từ dùng cho các kim loại lỏng là mộ t biến

thể của máy từ thuỷ động xoay chiều Trong các máy bơm này, kim loạilỏng là phần chuyển động Để làm cho nó chuyển động người ta dùng từtrường quay hay từ trường chạy được tạo nên nhờ dây quấn xoay chiều 3pha

Tuỳ thuộc vào hình dáng của kênh trong đó kim loại dịch chuyểndưới tác dụng của từ trường, người ta phân máy bơm cảm ứng điện từ rakiểu xoắn hay kiểu thẳng

Động cơ không đồng bộ thẳng và cánh cung:mạch dẫn từ stato củađộng cơ thẳng có dạng hình hộp, còn của động cơ cánh cung có dạng mộtcung rẽ quạt Dây quấn sơ cấp 3 pha kiểu cực từ xen kẽ trong động cơthẳng được đặt trong các rãnh ở trên một trong hai bờ cúa hình hộp còntrong động cơ cánh cung thì được đặt trong các rãnh phía mặt trục trong(hay ngoài) của cung rẽ quạt Các máy không đồng bộ thẳng có thể dùng đểtạo chuyển động tịnh tiến - lặp lại nhờ sự biến đổi luân phiên pha của dâyquấn stato ví dụ trong các máy gia công kim loại Máy không đồng bộ cánhcung được sử dụng trong những trường hợp khi rôto có yêu cầu quay vớitốc độ góc khá nhỏ.Việc áp dụng động cơ cánh cung đặc biệt tiện lợi khi sửdụng khối trụ sắt từ để làm rôto chính là một bộ phận của máy cần nhận cơnăng

Động cơ không đồng bộ được sản xuất theo kiểu bảo vệ IP23 và kiểukín IP44 Những động cơ điện theo cấp bảo vệ IP23 dùng quạt gió hướng

tâm đặt ở 2 đầu rôto của động cơ, trong các rôto lồng sóc đúc nhôm thìcánh quạt nhôm đợc đúc trực tiếp lên vành ngắn mạch Loại động cơ theocấp bảo vệ IP44 thường nhờ vào cánh quạt đặt ở ngoài vỏ máy để thổi gióngoài vỏ máy, do đó tản nhiệt kém hơn so với loại IP23 nhưng bảo dưỡng

dễ dàng hơn

I.4 Kết cấu và hoạt động của động cở điện không đồng bộ ba pharôto lồng sóc:

A Kết cấu của động cơ điện không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc:

Bao gồm hai kết cấu chính là mạch từ và dây quấn, ở đó diễn ra sự

biến đổi năng lượng điện cơ và các bộ phận kết cấu khác

Mạch từ của động cơ là hai khối thép đồng trục cách nhau bởi mộtkhe hở không khí đảm bảo cho mét trong hai khối thép có thể chuyển độngquay tương đối so với khối kia Khối đứng yên gọi là phần tĩnh hay statocòn khối quay được gọi là phần quay hay rôto Do từ thông trong khối thép

là xoay chiều nên các lá thép được ghép bằng các lá thép kỹ thuật điện (tônsilíc) dày 0,35  0,5 mm để giảm tổn hao do dòng xoáy Các dây quấn củađộng cơ được đặt hai phía khe hí trong các rãnh cúa stato và rôto Các bộphận kết cấu khác bao gồm: Vỏ máy, nắp máy, trục, ổ bi và quạ

có gân trong có đặc điểm là khi gia công tốc độ cắt gọt chậm Phương pháp

cố định lỏi sắt trong máy điện cỡ nhỏ và vừa thường là đai lõi thép lại rồi

Ðp vào vỏ hoặc xếp trực tiếp các lá thép váo rồi chốt hai đầu lại ở máyđiện lớn thì xếp các lá tôn silíc vào vỏ rồi dùng bulông Ðp lại Loại vỏ bằng

11

thép tấm hàn gồm Ýt nhất là hai vòng thép tấm trở lên và những gân nganglàm khung.

2 Lõi sắt stato:

Khi đuờng kính ngoài lõi sắt nhỏ hơn một mét thì dùng tấm nguyên

để làm lõi sắt,lõi sắt sau khi Ðp vào vổ sẽ có một chết cố định với vỏ đểkhỏi

bị quay dới tác dụng của mômen điện từ Nếu đường kính ngoài lớn hơnmột mét thì dùng các tấm hình rẻ quạt ghép lại,khi Êy để ghép chặt lõi sắtthường dùng hai hai tấm thép dày Ðp hai đầu Để tránh lực hướng tâm vàlực hút các tấm thường làm những cánh đuôi nhạn hình rẽ quạt trên các tấm

để ghép các tấm vào các gân trên vỏ máy

3 Rôto:

Nếu đường kính rôto nhỏ hơn 350 mm thì lõi sắt rôto thường được

Ðp trực tiếp lên trục hoặc ống lồng trục, đó là vì đường kính rôto khônglớn, phần trong của lá thép cắt ra không dùng được vào việc gì có giá trịkinh tế lớn mà kết cấu clia rôto lại được đơn giản hóa.Việc dùng ống lồngcũng rất hạn chế, chỉ dùng khi cần thiết nh động cơ điện trên tàu điện đểthay trục được dễ dàng Khi đường kính rôto lớn hơn 350 mm đường kínhtrong ôto cố gắng lấy ra lớn hơn để dùng lõi thép lấy ra sử dụng vào việckhác, do đó cần có giá đỡ rôto Khi đường kính rôto lớn hơn 1000 mm thìdùng các tấm tôn silíc hình rẻ quạt ghép lại.Khi đó dùng giá đớ rôto hìnhsao giá đỡ rôto trong các máy lớn thường làm bằng thép tấm ghép lại Lõisắt thường được Ðp chặt với áp suất từ 5 Kg/cm2 đối với cõ trung, đến 10Kg/cm2 với máy cỡ nhỏ và phải có vòng Ðp để giữ chặt áp suất đó, đểtránh lõi sắt ở hai đầu bị tán ra thì trong các máy nhỏ thường dùng nhữngtấm thép dày 1,5 mm Ðp lại Trong máy lớn thường dùng những tấm Ðp córăng, răng phái tán hay hàn vào lá thép Ðp để khi quay không văng ra Rôtođộng cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc thường có rãnh nửa kín và được

đúc đầy trong rãnh rôto là các thanh dẫn bằng nhôm hoặc đồng, các thanhdẫn này dài ra khỏi lõi sắt và được nối tắt hai đầu bằng hai vành ngắn mạchbằng nhôm hoặc đồng làm thành một cái lồng mà người ta quen gọi là lồngsóc.Trong máy điện cỡ nhỏ rãnh rôto thường được làm chéo đi một góc sovới tâm trục.

4 Quạt gió:

Nhiệm vụ của quạt gió là tạo ra một áp suất đủ lớn để đưa dòng khícần thiết qua hệ thống thông gió cúa máy để làm mát máy Quạt được gắntrên trục động cơ, tốc độ của quạt là tốc độ của động cơ, kích thước củaquạt bị giới hạn bởi kết cấu của động cơ, trong máy điện thường có ba loạiquạt thường dùng: Quạt ly tâm, quạt hướng trụ và quạt hỗn hợp ly tâm vàhướng trục, nhưng thông dụng nhất vẫn là quạt ly tâm ở quạt ly tâm khicánh quạt quay không khí ở giửa khe các cánh quạt bị đẩy ra ngoài dưới tácdụng của lực ly tâm, do đó ở vùng vòng trong của cánh quạt nơi lỗ gió vàotạo thành vùng không khí loãng còn vùng ngoài của vòng ngoài cánh quạtnơi thoáng gió ra có áp suất cao,quạt ly tâm đợc dùng nhiều trong máy điện

vì tạo được áp suất khí cao phù hợp với đặc tính của hệ thống thông giótrong máy điện nhưng nhược điểm của nó là hiệu suất thấp

có các yêu cầu sau:

13

a Điện áp ba pha phải bằng nhau,trong dây quấn ba pha điện áp bapha lệch nhau 1200 góc độ điện.

b Điện trở và điện kháng của các mạch song song của ba pha bằngnhau

c Có thể đấu thành các mạch song song khi cần thiết

d Dùng vật liệu dây dẫn điện Ýt nhất, phần đầu nói càng ngắn càngtốt để thu ngắn chiều dài của máy và đỡ tốn vật liệu

e Dễ chế tạo và sửa chữa

f Cách điện gilra các vòng dây, các pha và với đất Ýt tốn kém vàchắc

Ngoài việc phải chịu toàn bộ trọng lượng của rôto ra, trục còn chịu

mô men xoắn và mômen uốn trong quá trình truyền động tải, trục còn chịulực hướng trục thường là lực kéo nh ở các máy kiểu trục đứng Ngoàinhững

tải trên, trục còn phải chịu lực từ một phía do khe hở không khí không đềugây ra Trục có các yêu cầu sau:

a Phải có đủ độ bền ở tất cả các tiết diện của trục khi máy làm việc

kể cả khi có sự cố ngắn mạch

b Phải có đủ độ cứng để tránh sinh ra độ võng lớn làm rôto chạmstato

c Tốc độ giới hạn của trục phải khác nhiều với tốc độ khi máy làmviệc bình thường Kích thước đầu trục của động cơ được tiêu chuẩn hóa cáckích thước lựa chọn ở bảng VIII sách thiết kế máy điện (TKH - NHT)

7 Gối trục:

Máy điện có thể dùng gối trục là ổ bi hay ổ trượt Máy điện nhỏ vàvừa hiện nay dùng ổ bi là chủ yếu, chỉ trong những máy nhỏ yêu cầu không

có tiếng ồn mới dùng bạc Máy lớn phải dùng ổ bi, ổ bi có các ưu điểm sau

là kích thước nhỏ, kết cấu gọn, độ mài mòn không lớn, bảo dưỡng đơngiản, tổn hao ma sát nhỏ, điều này rất quan trọng đối với những máy thư-ờng khởi động

B Hoạt động của động cở không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc:

Động cơ làm việc dựa vào định luật về luật điện từ f tác dụng lênthanh dẫn có chiều dài l khi nó có dòng điện I và nằm trong từ trường có từcảm B Chiều và độ lớn của lực f được xác định theo tích véc tơ f = i.l.B

Đó chính là định luật cơ bản của động cơ biến đổi điện năng thành cơ năng,Khi đông cơ được cấp điện, dòng điện trong dây quấn stato sinh ra trong lõisắt stato một tờ trờng quay với tốc độ đồng bộ nl = 60 fl / p, trong đó f1 làtần số dòng điện lưới đưa vào, p là số đôi cực của máy, thì từ trường nàyquét qua thanh dẫn nhiều pha tự ngắn mạch đặt trên lõi sắt rôtovà cảm ứngtrong thanh dẫn đó sức điện động và dòng điện Từ thông do dòng điện nàysinh ra hợp với từ thông của stato tạo thành từ thông tổng ở khe hở Dòngđiện trong thanh dẫn rôto tác dụng với từ thông khe hở này sinh ra mômen.Tác dụng đó làm cho rôto quay với vận tốc không đồng bộ n (n < n1) Đểchỉ phạm vi tốc độ của động cơ người ta dùng hệ số trượt S, theo địnhnghĩa hệ số trượt bằng :

Sy =

1

1 n

n

n 

100Tóm lại:

15

Máy điện không đồng bộ là máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làmđộng cơ điện Do kết cấu đơn giản,làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giáthành hạ nên động cơ không đồng bộ là một loại máy đựơc sử dụng rộngrãi nhất trong các ngành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đếnhàng nghìn kilôoat.Trong công nghiệp thường dùng động cơ không đồng

bộ làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, động lực cho cácmáy công cụ ở các nhà máy công nghiệp như, trong hầm mỏ dùng làmmáy tời hay quạt gió Trong nông nghiệp dùng để làm máy bơm hay máygia công nông sản phẩm.Trong đời sống hằng ngày,máy điện không đồng

bộ cũng dần chiếm một vị trí quan trọng: quạt gió, động cơ trong tủ lạnh,

máy giặt, Tóm lại theo sự phát triển của nền sản xuất điện khí hoá, tù

động hoá và sinh hoạt hằng ngày, phạm vi ứng dụng của máy điện khôngđồng bộ ngày càng rộng rãi.Tuy vặy máy điệ n không đồng bộ có nhữngnhược điểm: cos của máy thường không cao và đặc tính điều chỉnh tốc

độ không tốt nên ứng dụng của máy điện không đồng bộ có phần bị hạnchế

Cùng với sự phát triển của xã hội, ngành công nghiệp điện lực sảnxuất các loại động cơ trong nước cũng đã có những tiến bộ nh đã sản xuấtđược những động cơ có công suất đến 2500kW với cấp điện áp 6kV Tìnhhình sản xuất động cơ trên thế giới đã có những bớc phát triển vượt bậc sovới chúng ta, với những công nghệ hiện đại cùng những chuyên gia thiết kếgiàu kinh nghiệm họ đã sản xuất được những động cơ có công suất lớn hơnchúng ta rất nhiều

Phần II: Tính toán thiết kế động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc

Chương I: Tính toán kích thước chủ yếu

Các kích thước chủ yếu bao gồm đường kính D và chiều dài 1 củaphần ứng Các kích thước D,1 và các tỷ lệ giữa chúng quyết định trọng, giáthành các đặc tính kinh tế kỹ thuật và độ tin cậy lúc làm việc của máy Vìvậy xác định các kích thước chủ yếu là giai đoạn rất cơ bản và không kémphần quan trọng của công việc thiết kế máy điện Mặt khác, các kích thướcchủ yếu phụ thuộc vào công suất P, tốc độ quay n, tải điện từ A, B của vậtliệu tác dụng của máy Sau đây là trình tự tính toán và xác định kích thướcchủ yếu của máy điện

1 Tốc độ đồng bộ :

n1 = 60p.f1 602.50 = 1500 (vg/ph)

2 Chiều cao tâm trục :

Với động cơ rôto lồng sóc kiểu IP44 theo TCVN 1987 – 19914 cáchđiện cấp F

Theo hình 10.1a trong 231 sách TKMĐ của (TKH – NHT) ứng với P

= 17kW, 2p = 4 ta chọn được h = 180mm

3 Đường kính ngoài stato:

ứng với chiều cao tâm trục h = 200 (mm) Động cơ rôto lồng sóckiểu IP44 cách điện cấp B (theo TCVN 1984 - 1994)

Theo bảng 10.3 trang 230 sách TKMĐ (TKH – NHT) Ta có đườngkính ngoài stato tiêu chuẩn

Dn = 31,3cm

17

Việc chọn đường kính ngoài Dn có liên quan mật thiết với chiều rộng cuộntôn kỹ thuật điện và chiều cao tâm trục máy h đã được tiêu chuẩn hoá Vìvậy thường chọn Dn theo h

4 Đường kính trong stato:

Theo bảng 10.2 trang 230 TKMĐ của (TKH - NHT) lấy

21 10 1 , 6 n

D B A k

.

k

.

' p 10 1

,

6

2

7 2

d s

ứng với cách điện cấp B kiểu kín ta chọn:

Tải đường: A = 340 A/cm

Tải cảm: B = 0,76T

n1 = 1500 vòng/phút (mục 1)

Do lõi sắt ngắn nên làm thành một khối

Chiều dài lõi sắt Stato, Rôto bằng:

l1 = l2 = l = 12,16 cm

7 Bước cực :

 = 2..Dp .204 ,5 = 16,09 cm Trong đó:

Theo hình 10 – 3b, trang 235 sách TKMĐ ta thấy hệ số  = 0,78 và

18,5 = 0,84 đều nằm trong phạm vi kinh tế Do đó việc chọn phương án trên

 = 0,9 Hiệu suất động cơ cos  = 0,8 Hệ số công suất

Chương II: Dây quấn, rãnh stato & khe hở không khíDạng rãnh stato phụ thuộc vào thiết kế điện tử và dây dẫn, rãnh phảiđược thiết kế sao cho vừa số dây dẫn thiết kế kể cả phần cách điện và công

19

nghệ chế tạo dễ dàng Mật độ từ thông trên gông và răng không được vượtquá một trị số nhất định nào đó để đảm bảo tính năng của máy

độ bền cơ của răng yếu đi Ýt răng quá sẽ làm cho dây quấn không đều trên

bề mặt lõi sắt nên sức từ động phần ứng có nhiều sóng bậc cao

Chọn: q1 = 4

Z1 = 2 m p q1 = 2 3 2 4 = 48 (rãnh) Trong đó:

m = 3 là số pha của dây quấn stato

t1 = 1,341 cm (mục 11)

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

Ta chọn số thanh dẫn tác dụng của một rãnh là 40 thanh

13 Số vòng dây nối tiếp của một pha :

w1 = q .ap.u 2.44.56

1

1 r 1

a1 = 4 số mạch nhánh song song của dây quấn

14 Tiết diện và đường kính dây dẫn :

Theo hình 10 – 4b trang 237 TKMĐ của ((TKH – NHT), chọn tích

số AJ = 1880 A2/cm mm2

+ Tính lại tải đường

5 , 20 14 , 3

112 3 2 I D 14 , 3

W m 2

S1 = a .nI .J 4.232.5,,544

1 1 1

1

 = 0,746 (mm2)Trong đó:

n1 = 2 là số sợi chập song song

a1 = 4 là số mạch nhánh song song

21

Iđm = 32,5 cm (mục 9)

J1 = 5,44 A/mm2 (mục 14) Theo phụ lục VI, bảng VI.1 trang 618 TKMĐ của (TKH - NHT)chọn dây đồng tráng men PETV có đường kính d/dcđ = 1 /1,08s = 0,785

mm2

15 Kiểu dây quấn :

Để cải thiện dạng sóng sức điện động ta chọn dây quấn 2 lớp bướcngắn với y = 10

 =

4

48 P 2

15 4 sin 2 sin q 2

17 Từ thông khe hở không khí :

 = 4.kk.k.U.w .f 4.1,110.,0975.925.220.50.112

1 d s

1 e

 = 0,0093 (Wb): từ thông khe hở không khí (mục 17)

 = 0,64: hệ số cung cực từ (mục 6)

l1 = 12,16 (cm): chiều dài lõi sắt stato (mục 6)

19 Sơ bộ chiều bộ rộng răng:

bz1 = BB ..ll ..kt 01,74,7..1212,16,16..01,,95341

c 1 1 z

1 1





= 0,712 (cm)Trong đó:

Theo bảng 10.5b trang 241 TKMĐ của (TKH - NHT)





= 2,68 (cm)Trong đó:

Chọn rãnh hình quả lê có các cạnh song song

a Đường kính đáy rãnh stato d2:

 Chiều rộng miệng rãnhL b41  dcđ + 1,5

= 1,08 + 1,5 = 2,58 (mm)

chọn b41 = 2,8 (mm)

Trong đó: dcđ = 1,08 (mục 14)

 Chiều cao miệng rãnh

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

h41 = 0,05 (cm)

1 z 1

2 1

1 n

b Z

d Z

h 2 D

610 , 0 48

68 , 2 2 3 , 31

Z 1

b Z

h 2 D

.

1

1 z 1

1 n

d1 =

48 1

616 , 0 48

05 , 0 2 5 , 20

Z 1

b Z

h 2 D

1

1 1

2

D D

1 n

Dn = 31,3 (cm) đường kính ngoài stato

D = 20,5 (cm) đường kính trong của stato

hg1 = 2,68 (cm) chiều cao gông stato

d Chiều cao h12

2

1 , 10 2 , 27 h

2

d 41

trong đó:

hr1 = 27,2 (mm) chiều cao rãnh stato

d2 = 10,1 (cm) đường kính đáy rãnh stato

h41 = 0,05 (cm) chiều cao của miệng rãnh

dâyquấn

Chiềucao tâmtrục,mm

Vịtrí

Vật liệu Chiều

dày,mmm

Sốlíp

Chiềudày mộtmặt,mm

Tên, ký hiệuCấp F

1

Màng mỏngthuỷ tinh

Hai líp 180

3

Tấm cáchđiện gốclimít

Tấm cáchđiện gốclimit

Tấm cáchđiện gốclimít

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

Chọn chiều dài của nêm là c = 0,5 mm

e Diện tích rãnh trừ nêm:

2

1 , 10 6 , 7 8

1 , 10 6 , 7 2

d h 2

d d 8

d

1 12 2 1

2 2

6 , 7 65

d 1

, của tấm cách điện giữahai lớp là (d1 + d2)

d c d d h 2

d

2 1 12 2

2

6 , 7 4 , 0 1 , 10 6 , 7 65 , 22 2 2

1 , 10

Sr = Sr’ = 223,52 – 37,5 = 186,02 (mm2)

h Hệ số lấp đầy rãnh

02 , 186

08 , 1 2 56 S

d n

r

2 cd 1 r

, 0 5

, 20 d

Z

d h

2 D

.

1

1 41

05 , 0 2 5

, 20 d

Z

d h

2 D

.

1

12 41

b b

b

"

1 Z '

1 Z

5 , 20 3 , 31 d 6

1 h 2

D D

2 1 r n

313 p

2

9 1 1200

D

= 0,8 (mm)Việc chọn khe hở không khí  sao cho nhỏ nhất để có thể công nghệ

chế tạo được và làm giảm dòng không tải, cos… nhưng không quá nhỏ vì

nếu quá nhỏ dễ bị chạm giữa rôto và stato trong quá trình làm việc và sẽ

gây khó khăn cho việc vào dây quấn, đồng thời công nghệ chế tạo cũng

không đáp ứng được Do đó theo những máy đã chế tạo bảng 10.8 trang

253 sách TKMĐ ta lấy khe hở không khí:

 = 0,6 (mm) = 0,06 (cm)

Chương III: Dây quấn, rãnh và gông rôto

Thiết kế rãnh rôto cũng chính là xác định diện tích rãnh rôto (diệntích thanh dẫn lồng sóc) Do điện trở r2 và điện kháng x2 của rôto có quan

hệ với hình dạng rãnh rôto Nên khi thiết kế xong stato thì việc thiết kế rôtotrực tiếp ảnh hưởng đến tính năng mở máy

Ngoài ra việc chọn số rãnh rôto Z2 rất quan trọng Để có tính năng tốtthì chọn Z2 theo sự hạn chế nhất định

Để giảm lực ký sinh tiếp tuyến, hướng tâm và để triệt tiêu sóng điềuhoà bậc cao thì thường làm nghiên rãnh rôto

25 Số rãnh rôto :

Số rãnh rôto được chọn sao cho tránh được ảnh hưởng của sóng bậccao, thường trong các máy không đồng bộ công suất nhỏ chọn z2 < z1 đểcho răng rãnh rôto khỏi quá nhỏ

Chọn Z2 = 38 rãnh theo bảng 10.6 trang 246 TKMĐ của (TKH –NHT)

26 Đường kính ngoài rôto :

684 , 1 742 , 0 k l.

B

t l.

B b

c 2 2 z

2 2 '

2

= 0,75 (cm0 trong đó

Bz2 = 1,75 (T): mật độ từ thông trong răng stato tra theo bảng 10.5btrang 241 tài liệu [1]

B = 0,742 (T): mật độ từ thông khe hở không khí (mục 18)

2.9 Đường kính trục rôto :

29

Dt = 0,3 D’ = 0,3 20,38 = 6,114 (cm)Lấy Dt = 6 (cm)

30 Dòng điện trong thanh dẫn rôto :

Itd = I2 = k1 I1 0 , 91 32 , 56.11238.0,925

z

k w 6

2

1 1

1

7 , 483 z

p sin 2

1

0 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)y ta chọn Jv = 2,5 A/mm2

Khi h  180mm dùng rãnh sâu hình ô van như hình bên, trong đó: Máy càng lớn tốc độ càng cao thì hr2 càng sâu

2 2

12 42

3

1

62 , 0 98 , 1 3

4 05 , 0 2 38 , 20 d z

d h 3

4 h 2 '

= 0,759 (cm)

Trong đó:

Z2 = 38 rãnhL: số rãnh rôto (mục 25)D’ = 20,38 (cm): đường kính ngoài lõi sắt rôto (mục 26)

37 Chiều cao gông rôto :

6

1 7 , 2 2

6 38 , 20 d

6

1 h 2

D

'

D

2 2

r t

Chương IV Tính toán mạch từ

6 , 0 / 8 , 2 / b 5

/

41

2 41

684 , 1 t

t 2

6 , 0 1 / b 5

/

42

2 42

1 1





= 1,65 TTrong đó

B = 0,742 T (mục 18)

t1 = 1,341 (mục 11)

33

bz1 = 0,635 (mục 22)

kc = 0,95 là hệ số Ðp chặt lõi sắt lấy theo bảng 2.2

43 Cường độ từ trường trên răng stato :

Theo phụ lục V, bảng V.6 trang 608 TKMĐ của (TKH - NHT) có: ứng với Bz1 = 1,65 (T) tra được Hz1 = 16,5 (A/cm)

44 Sức từ động trên răng stato:

Fz1 = 2 h’z1 = Hz1 = 2 2,17 16,5 = 7161 (A)

Trong đó: h’z1 = hr1 -

2

1 , 10 2 , 27 3

z

2 2





= 1,659 TTrong đó:

B = 0,742 T (mục 18)

t2 = 1,648 cm (mục 27)

bz1 = 0,759 (mục 36)

kc = 0,95 là hệ số Ðp chặt lõi sắt lấy theo bảng 2.2

46 Cường độ từ trường trên răng rôto :

Theo phụ lục V, bảng V.6 trang 608 TKMĐ của (TKH – NHT) có ứng với Bz2 = 1,695 tra được Hz2 = 18,4 (A/cm)

47 Sức từ động trên răng rôto :

kz = 1,24 thoả mãn điều kiện kz = (1,2 – 1,5) nên ta không cần tính lại

4





= 1,59TTrong đó:

hg1 = 2,52cm (mục 23)

l1 = 12,16 cm (mục 6)

kc = 0,95 Hệ số Ðp chặt lõi sắt lấy theo bảng 2.2

50 Cường độ từ trường ở gông stato :

Theo bảng V.9 phụ lục V trang 611 TKMĐ của (TKH – NHT)có: ứng với Bg1 = 1,59 (T) tra được Hg1 = 14,1 (A/cm)

51 Chiều dài mạch từ ở gông stato :

4

52 , 2 3 , 31 p

2

h D





= 0,87 TTrong đó:

hg2 = 4,59 (cm): chiều cao gông rôto (mục 37)

l2 = 12,16 (cm): chiều dài tác dụng của lõi sắt rôto (mục 6)

54 Cường độ từ trường trên gông rôto :

Theo bảng V.9 phụ lục V trang 611 TKMĐ của (TKH – NHT) có ứng với Bg2 = 0,87 tra được Hg2 = 3,26 (A/cm)

55 Chiều dài mạch từ ở gông rôto :

I = 9,32 A

37

Chương V: Tham số của động cơ ở chế độ

Kd1 = 1,3 (lấy từ bảng 3.4 trang 69 TKMĐ của (TKH – NHT)

B = 1 cm (chọn Kd1, B theo số cực 2p = 4

hr1 = 27,2 mm chiều cao răng stato (mục 21) C

61 Chiều dài trung bình nửa vòng dây quấn stato:

L 1 1 1

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

S1 = 0,785 mm2 tiết diện dây quấn (mục 14)

+ Tính theo đơn vị tương đối

220

5 , 32 262 , 0 U

10

2 r

2 2

10 174 23

1 S

Z

10 D

v 2

2 v

Al = 231 tra bảng 5.3 trang 117 TKMĐ của (TKH - NHT)

66 Điện trở của rôto :

2 2

2

329 , 0

011 2 344 , 0 r

Z2 = 38 rãnh (mục 25)

39

67 Hệ số quy đổi:

38

925 , 0 112 3 4 Z

k w m

2

2 dl

h b

b 785 , 0 k b

h

41

44 2 41 1

8 , 2

5 , 0 6 , 7 2

4 , 3 6 , 7 2

8 , 2 785 , 0 906 , 0 6 , 7

d1

= - 3,5

b = 7,6 (mm); h41 = 0,5 (mm) b41 = 2,8 (mm)