Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đổi nguồn điện 1 pha thành 3 pha kiểu quay 1,0 HP sử dụng trong nông nghiệp, ngành chế biến gỗ

Bộ Công thơng Tổng công ty thiết bị điện việt nam Công ty cổ phần chế tạo máy điện Việt nam hungary ************ Báo cáo tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài : Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy đổi nguồn điện pha thành pha kiểu quay 1,0 HP sử dụng nông nghiệp, ngành chế biến gỗ Mã số: 245.08RD/HĐ-KHCN 7148 25/02/2009 Hà nội - 2008 Bộ Công thơng Tổng công ty thiết bị điện việt nam Công ty cổ phần chế tạo máy điện Việt nam hungary ************ Báo cáo tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài : Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy đổi nguồn điện pha thành pha kiểu quay 1,0 HP sử dụng nông nghiệp, ngành chế biến gỗ Cơ quan chủ trì Chủ nhiệm Đề tài Bạch Đình Nguyên Hà Đình Minh Hà nội - 2008 mục lục Lời nói đầu Phần I: Tham khảo mẫu sản phẩm tính toán thiết kế máy đổi nguồn 1pha thành 3pha I Tổng quan máy đổi nguồn 1pha thành 3pha II Tham khảo mẫu sản phẩm nớc .4 III Tính toán thiết kế máy đổi nguồn 1pha thành 3pha Phần II: Quy trình Công nghệ chế tạo máy đổi nguồn 1pha thành 3pha .17 I Công nghệ chế tạo phần điện từ: 17 II Công nghệ chế tạo chi tiết khí Quy trình lắp ráp 18 Phần III : Khảo nghiệm đánh giá kết thử nghiệm 22 I Kiểm tra xuất xởng .22 II Đặc tính kỹ thuật đạt đợc số lợng sản phẩm máy đổi nguồn 1pha thành 3pha chế tạo thử nghiệm .23 Kết luận kiến nghị .24 Phụ lục 1: Tài liệu tham khảo 25 Phụ lục 2: Các vẽ thiết kế máy đổi nguồn 1pha thành 3pha .26 Lời nói đầu Ngày với nghiệp công nghiệp hoá đại hoá đất nớc, ngành công nghiệp nói chung, ngành sản xuất máy điện nói riêng, không ngừng nghiên cứu chế tạo sản phẩm mới, nhằm đáp ứng nhu cầu nớc thay hàng nhập ngoại Máy đổi nguồn 1pha thành 3pha sản phẩm đợc phát triển trớc mắt nhằm phục vụ cho nhu cầu nớc Máy đổi nguồn 1pha thành 3pha loại động điện không đồng pha rôto lồng sóc Nhng đợc thiết kế để làm việc chế độ cảm ứng từ trờng quay(cảm ứng pha thứ dựa từ trờng quay dây động 3pha, với nguồn vào pha) Đại lợng điện áp đầu phụ thuộc vào điện áp nguồn cấp, tải đầu quan trọng việc phối hợp trở kháng đổi nguồn Đặc điểm bật máy đổi nguồn 1pha thành 3pha loại máy điện đợc sử dụng nơi có nhu cầu sử dụng nguồn điện áp pha máy gia công cắt gọt kim loại CNC, máy xay xát nông nghiệp, chế biến gỗ vùng xa xôi hẻo lánh, v.v mà sẵn nguồn điện 3pha Với lực sẵn có, Công ty VIHEM chủ động khảo sát, nghiên cứu thiết kế máy đổi nguồn 1pha thành 3pha đợc Bộ Công Thơng giao cho thực đề tài cấp Bộ: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy đổi nguồn điện pha thành pha kiểu quay(Rotary phase converter) 1,0 HP sử dụng nông nghiệp, ngành chế biến gỗ nhằm đa dạng hoá chủng loại sản phẩm, thay hàng nhập ngoại Nội dung đề tài gồm phần sau: Phần I: Tham khảo mẫu sản phẩm tính toán thiết kế máy đổi nguồn 1pha thành 3pha Phần II: Quy trình công nghệ chế tạo máy đổi nguồn 1pha thành 3pha Phần III: Khảo nghiệm đánh giá kết thử nghiệm Kết luận Phụ lục1: Tài liệu tham khảo Phụ lục2: Các vẽ thiết kế máy đổi nguồn 1pha thành 3pha Phần I: Tham khảo mẫu sản phẩm tính toán thiết kế máy đổi nguồn 1pha thành 3pha I Tổng quan máy đổi nguồn 1pha thành 3pha Hiện nay, giới máy đổi nguồn 1pha thành 3pha đợc phân làm 2loại chính: máy đổi nguồn 1pha thành 3pha kiểu quay máy đổi nguồn 3pha kiểu tĩnh Máy đổi nguồn 1pha thành 3pha kiểu tĩnh đợc thiết kế làm việc gần giống với biến tần, làm việc theo nguyên lý: chỉnh lu nguồn điện xoay chiều 1pha thành nguồn điện chiều dùng nghịch lu bán dẫn nghịch lu từ nguồn chiều thành nguồn xoay chiều 3pha Ưu điểm đổi nguồn 1pha thành 3pha kiểu tĩnh làm việc đợc với dải nguồn điện áp rộng từ 180Vac đến 250Vac 1pha Nhng nhợc điểm biến đổi kiểu tĩnh dạng điện áp đầu xung chữ nhật(xung điều chế PWM) dễ gây điện áp cục tải, biến đổi tĩnh thiết bị điện tử nên giá thành cao(gần giá biến tần công suất) Máy đổi nguồn 1pha thành 3pha kiểu quay: theo nguyên lý máy điện: có hệ thống dòng điện pha chạy qua dây đặt lệch 1200 không gian tạo thành từ trờng quay(nguyên lý động điện pha) có từ trờng quay có đờng sức từ quét ngang dẫn dây bố trí lệch 1200 không gian tạo thành hệ thống dòng điện pha lệch 1200 thời gian(nguyên lý máy phát 3pha) Với máy đổi nguồn 1pha thành 3pha kiểu quay làm nhiệm vụ phát 3pha từ nguồn 1pha, máy đổi nguồn làm việc chế độ: dây quấn pha nối với nguồn 1pha làm việc nh dây quấn động dòng điện chạy qua dây quấn làm quay trục máy đổi nguồn(trục máy đổi nguồn không mang tải khí nh dộng cơ) , dây quấn pha thứ làm nhiệm vụ phát pha thứ tạo thành 3pha đầu cấp điện cho tải 3pha: tải 3pha thông thờng động 3pha, thiết bị điện khác nh máy hàn,v.v, Cấu trúc máy đổi nguồn 1pha thành 3pha động không đồng rôto lồng sóc làm nhiệm vụ phát 3pha tạm gọi động phát hệ tụ điện làm nhiệm vụ kích cho động phát quay, tạo lệch pha đầu động phát quay để cân điện áp 3pha (xem hình 1) Sau ta xét nguyên lý làm việc máy đổi nguồn 1pha thành 3pha nh sau: Khi dây quấn pha A B nối với nguồn điện 1pha 220V có dòng điện chạy qua, nhờ có tụ điện C13 C23 Ckđ mà dòng điện chạy qua dây quấn pha A dây quấn pha B có lệch pha, kết tạo từ trờng quay khe hở không khí Stato Rôto làm quay rôto động phát Từ trờng quay sinh ba pha dây quấn stato hệ thống dòng điện cảm ứng 3pha lệch pha với điều kiện lý tởng 1200, nhng có phối hợp thành phần trở kháng 3pha dây quấn nên sai lệch dòng điện điện áp pha tải với sai số 10% chấp nhận đợc Hình1- Sơ đồ đấu dây máy đổi nguồn 1pha thành 3pha II Tham khảo mẫu sản phẩm nớc Trớc triển khai tính toán thiết kế chế tạo, tham khảo sản phẩm nớc ngoài(các hãng TEMCo; Boost Energy Systems; v.v, ) nghiên cứu tài liệu, viết đổi nguồn 1pha thành 3pha tác giả giới nh tác giả: Rick Christopherson; Jim Hanrahan tính toán , hiệu chỉnh thiết kế dựa đặc tính sản phẩm động điện VIHEM chế tạo kinh nghiệm quý báu nhà khoa học Quốc tế chia sẻ Internet Sau tham khảo vài kiểu dáng sản phẩm số hãng Chúng định chọn thiết kế máy đổi nguồn 1pha thành 3pha dựa theo mẫu MTxxx chế tạo kết cấu đơn giản, công nghệ chế tạo phù hợp với dây chuyền sản suất có Công ty III Tính toán thiết kế máy đổi nguồn 1pha thành 3pha A Tính toán thiết kế Phần điện từ cho động phát Yêu cầu phần thiết kế điện từ: Tính toán thiết kế máy đổi nguồn 1pha thành 3pha phải đáp ứng đợc yêu cầu kỹ thuật dới đây: Công suất máy đổi nguồn định mức P : 0,75 (kW) Tần số nguồn điện f: 50 (Hz) Điện áp nguồn pha U1: 220 (V) Điện áp 3pha U2 : 220 10% Cấp bảo vệ: IP44 Cấp cách điện: F Từ yêu cầu trên, việc tính toán thiết kế điện từ máy đổi nguồn 1pha thành 3pha đợc thực theo bớc nh sau: 1- Kích thớc chủ yếu Số đôi cực: p =2 Đờng kính stato Dn: Với chiều cao tâm trục h= 90 mm theo bảng 10.3 sách Thiết kế máy điện Trần Khánh Hà (STKMĐ) Sơ chọn đờng kính Dn = 132mm Đờng kính stato D: Dn= (1,55 ữ 1,66).D với 2p =4 Chọn kD=1,65 D = Dn/kD = 132/1,65 = 80 mm Công suất tính toán: P' = KE * P 0,97 * 0,75 = = 1,36kVA * cos 0,72 * 0,74 Chiều dài tính toán lõi sắt stato l: Sơ chọn hệ số cung cực từ =0,67; hệ số bão hòa kz=1,1; hệ số sóng ks=1,11; hệ số dây quấn kd1=0,933; D=8 (cm); tốc độ từ trờng n=1500 (vg/ph).Trị số A, B đợc chọn theo kinh nghiệm thiết kế tải đờng Ar= (240 A/cm); B=0,8 (T) l = 6,1 * 10 * S = 6,5(cm) * k s * k d * A * B * D * n Chọn l =6,5 (cm), lõi sắt làm thành khối Sử dụng tôn silíc 2212 dày =0,5 mm Nga 2- Dây quấn, rnh stato khe hở không khí Bớc cực Stato : = D = 2p *8 = 6,2832(cm) Chọn số rnh pha dới cực q1 Chọn q1=3 số rãnh stato Z1= 2pmq1=2*2*3*3=36 rãnh Chọn tải đờng A=240 (A/cm) * m * W faS * I 1dm A= W faS = *D A * * D 240 * * = = 456,727(vg ) * m * I 1dm * * 2,2 Kiểu dây quấn: Chọn dây quấn đồng tâm lớp có bớc lồng y = 1ữ7 ;9 ;11(8/9) ; W *a * WS 456,727 * WS = faS = = 38,06 38 (vg) a1 p1 * q1 * 2*3* W faS = p1 * q1 * tính lại WfaS : W faS = p1 * q1 * * WS * 38 = *3* = 456(vg ) a1 Với dây quấn hai lớp bớc ngắn y = S = y = = 0,889 - Hệ số dây quấn stato kdqS: k y S = sin( S * ) = sin( * ) = 0,985 ; + Hệ số bớc ngắn k rS + Hệ số bớc rải S 20 sin 0 = = 0,96 ; = p1 360 = * 360 = 20 = S 20 z1 36 q S sin S sin 2 sin q S kdqS=kyS*krS = 0,985*0,96 = 0,9452 Bớc stato t1: t1 = D Z1 = *8 36 = 0,698(cm) Từ thông khe hở không khí : = k E *U 0,97 * 220 = = 2,2307186 * 10 (Wb) * k s * k dqs * f1 * W fas * 1,11 * 0,945 * 50 * 456 Mật độ từ thông khe hở không khí B : B = * 10 2,2307186 * 10 * 10 = = 0,8152(T ) * * l 0,67 * 6,2832 * 6,5 Sơ định chiều rộng Stato: b z1 = B * l * t1 0,8152 * 0,698 = = 0,363(cm) B z1 * l * k c 1,6 * 0,98 Với động công suất nhỏ theo kinh nghiệm ta chọn Bz1=1,6 (T) 2,2307186 * 10 * 10 * 10 = = 1,251(cm) *B g1 *l * k c * 1,4 * 6,5 * 0,98 9,5 hg1 = Chọn mật độ từ cảm gông Bg1=1,4 (T) 3,7 0,2 Kích thớc rnh stato: Hình dạng kích thớc rãnh stato (Hình bên) Rãnh Stato hr1=14,2mm ; h12=9,5 mm R1 = 1,85 mm ; b41 =2,0 mm R2 = 2,65 mm ; h41 =0,2 mm Kiểm tra hệ số lấp đầy rnh stato klđS: - Tổng diện tích rãnh stato: R 12 * * R 22 R1 + R * h12 + h41 * b41 2 1,85 * 2,65 * 1,85 + 2,65 = + + * 9,5 + 0,2 * = 59,55( mm ) 2 S rS = + + - Chọn dây Stato: dây 1sợi 0,6(scuS1 = 0,2826 mm2) Diện tích dây đồng rãnh stato: ScuS=scuS1 *urS = 0,2826*38*2 = 21,48 (mm2) Hệ số lấp đầy k ld S = S cu S 21,48 = = 0,36 đảm bảo lồng dây không chắt S rS 59,55 Bề rộng stato : bz' = bz''1 = ( D + 2h41 + d1 ) Z1 ( D + hr d ) Z1 d1 = d2 = (80 + * 0,2 + 3,7) 36 3,7 = 3,635(mm) (80 + * 14,2 5,3) 36 5,3 = 3,693(mm) 14,2 5,3 Sơ định chiều cao gông stato hg1: btb1 = b z' + b z"1 3,635 + 3,693 = = 3,644(mm) 2 Chiều cao gông stato : hg1 = Dn D 132 80 hr + d = 14,2 + 5,3 = 12,68(mm) = 1,268(cm) 6 Khe hở không khí : = 0,25 + D.10 = 0,25 + 80 *10 = 0,33(mm) ; Chọn khe hở không khí = 0,3 mm = 0,03 cm 3- Dây quấn, rnh gông rôto Chọn số rnh pha dới cực q2 Chọn số rãnh rôto Z2= 2pmq2 = 28 rãnh > q2 = 2,333 Trong đó: m số pha m =3; 2p số cực 2p=4; Đờng kính rôto: D=D - 2=80 - 2*0,3=79,4 mm =7,94cm Bớc rôto t2: t2 = D ' Z2 = * 79,4 28 = 0,8904(cm) Sơ định chiều rộng rôto: bz = B * l * t 0,8152 * 0,8904 = = 0,463(cm) B z * l * k c 1,6 * 0,98 Chọn Bz2=1,6 (T) Đờng kính trục rôto: Dt=0,31*D = 0,31*80 =24,8 mm chọn đờng kính trục 25 (mm) Tính toán dòng điện dẫn rôto: I td = I = K I * I * * W faS * K dqS Z2 = 0,57 * 2,2 * * 456 * 0,945 = 115,79( A) 28 - Chọn dẫn nhôm có mật độ: JR = 3,5 (A/mm2), tra KI = 0,57 - Tiết diện dẫn S R = I R 115,79 = = 33(mm ) jR 3,5 Kết luận kiến nghị Kết luận: Đề tài nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy đổi nguồn 1pha thành 3pha đợc Công ty cổ phần chế tạo máy điện Việt Nam-Hungary thực thành công Thành công đề tài đem lại lợi ích thiết thực cho doanh nghiệp - Đề tài nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy đổi nguồn 1pha thành 3pha tạo sản phẩm cho Công ty VIHEM nói riêng ngành sản xuất máy điện Việt Nam nói chung, góp phần vào việc nâng cao uy tín thơng hiệu vị cạnh tranh cho doanh nghiệp nớc - Đề tài đợc thực đáp ứng đợc yêu cầu nội địa hoá, phát huy đợc nội lực, tăng hiệu kinh tế, tiết kiệm đợc ngoại tệ nhập - Đề tài tạo điều kiện cho cán kỹ thuật, công nhân sản xuất tiếp cận đợc sản phẩm mới, tri thức mới, sở để tiếp cận với công nghệ sản xuất đại Kiến nghị: Để đề tài vào thực tiễn có ích cho sống Công ty VIHEM mong đợc ủng hộ quan tâm giúp đỡ Nhà nớc cụ thể Bộ Công Thơng, Bộ Khoa học Công Nghệ việc tiếp tục đầu t nghiên cứu thiết kế loại sản phẩm mới, sản phẩm đặc chủng có hàm lợng chất xám cao nhằm nâng cao giá trị sản phẩm sản xuất nớc, góp phần đa dạng hóa sản phẩm 24 Phụ lục 1: Tài liệu tham khảo Trần Khánh Hà Thiết kế máy điện- Tập I, II Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, năm 1997 Vũ Gia Hanh - Trần Khánh Hà - Phan Tử Thụ Nguyễn Văn Sáu Máy điện Tập I, II, III Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội năm 1998 A.V.IVANOV SMOLENSKI tác giả: Vũ Gia Hanh Phan Tử Thụ biên dịch Máy điện Tập I, II, III Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà nội, 1992 18 Bài viết số tác giả nớc chia sẻ Internet Catalogue Website số hãng sản xuất đổi nguồn pha thành 3pha: +Tác giả Jim Hanrahan: www.metalwebnews.com/howto/ph-conv/phconv.html +Tác giả Matt Isserstedt: www.metalwebnews.com/howto/phaseconverter/phase-converter.html +Tác giả Rick Cristopherson: http://home.att.net/~waterfrontwoods/Articles/phaseconverter.htm www.isomatic.co.uk www.phase-a-matic.com www.powertransformer.us http://www.gwm4-3phase.com/uands/high1.htm www.rotaryphaseconverters.com http://www.usphaseconverterstandards.org/cncrotaryphaseconverters.htm v,v, 25 Phụ lục 2: Các vẽ thiết kế máy đổi nguồn 1pha thành 3pha 26