tính toán dây quấn và lý thuyết kiểm nghiệm điện từ động cơ điện không đồng bộ ba pha sau khi sửa chữa hoặc chế tạo

MỤC LỤC Trang CHƯƠNG I: DẪN NHẬP---1 CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN DÂY QUẤN STATOR ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA MẤT SỐ LIỆU --- 3 CHƯƠNG III: ĐỒ THỊ VÒNG TRÒN CỦA MÁY ĐIỆN KHÔ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

TÍNH TOÁN DÂY QUẤN VÀ LÝ THUYẾT KIỂM NGHIỆM ĐIỆN TỪ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA SAU KHI SỬA CHỮA HOẶC CHẾ TẠO

MÃ SỐ: T2010 - 09

S 0 9

S 0 0

S KC 0 0 3 0 7 0

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

-

ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG

ĐỀ TÀI:

TÍNH TOÁN DÂY QUẤN VÀ LÝ THUYẾT

KIỂM NGHIỆM ĐIỆN TỪ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA SAU KHI SỬA CHỮA HOẶC CHẾ TẠO

MÃ SỐ: T2010-09

THUỘC NHÓM NGÀNH: KHOA HỌC KỸ THUẬT

CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: GVC-ThS.NGUYỄN TRỌNG THẮNG

TP.HỒ CHÍ MINH - 11/2010

MỤC LỤC

Trang

CHƯƠNG I: DẪN NHẬP -1

CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN DÂY QUẤN STATOR ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA MẤT SỐ LIỆU - 3

CHƯƠNG III: ĐỒ THỊ VÒNG TRÒN CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA -9

I ĐẠI CƯƠNG - 9

II CÁCH XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VÒNG TRÒN - 9

III XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ BẰNG ĐỒ THỊ VÒNG TRÒN - 11

1 Xác định cosφ - 11

2 Xác định công suất đưa vào P1 - 11

3 Xác định công suất điện từ Pđt, công suất cơ Pcơ, tổn hao đồng PCu và mômen điện từ Mđt - 12

4 Xác định tổn hao cơ pcơ, tổn hao phụ pf và công suất đưa ra P2 - 13

5 Xác định hệ số trượt s - 14

6 Xác định hiệu suất η - 14

7 Xác định năng lực quá tải km - 15

IV XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VÒNG TRÒN BẰNG CÁC SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM KHÔNG TẢI VÀ NGẮN MẠCH VÀ CÁCH VẼ THỰC TẾ - 16

1 Thí nghiệm không tải - 16

2 Thí nghiệm ngắn mạch - 17

a Trường hợp mạch từ tản chưa bão hòa - 18

b Trường hợp mạch từ tản bão hòa - 18

3 Cách vẽ thực tế đồ thị vòng tròn bằng số liệu thí nghiệm - 19

V ĐỒ THỊ VÒNG TRÒN CHÍNH XÁC - 20

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN DÂY QUẤN STATOR ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA ROTOR LỒNG SÓC MẤT SỐ LIỆU - -23

I GHI NHẬN CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU - 23

II XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHAI TRIỂN DÂY QUẤN - 27

CHƯƠNG V: KIỂM NGHIỆM ĐIỆN TỪ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA SAU KHI SỬA CHỮA HOẶC CHẾ TẠO - 34

I TÍNH TOÁN MẠCH TỪ - 35

II THAM SỐ ĐỘNG CƠ ĐIỆN LÀM VIỆC Ở CHẾ ĐỘ BÌNH THƯỜNG - 44

III TỔN HAO TRONG THÉP VÀ TỔN HAO CƠ - 53

IV ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC - 57

CHƯƠNGVI: KẾT LUẬN -61

CHƯƠNG I:

DẪN NHẬP

I ĐẶT VẤN ĐỀ:

Máy điện nói chung, động cơ điện không đồng bộ nói riêng luôn giữ một vai trò hết sức quan trọng, là một thiết bị không thể thiếu để góp phần vào quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hoá đất nước Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, máy điện ngày càng được sản xuất và chế tạo nhiều hơn Đồng thời trong quá trình vận hành, theo thời gian các máy điện sẽ xảy ra hư hỏng cần được sửa chữa và phải đảm bảo các tính năng kỹ thuật, đặc biệt là các máy đã bị mất số liệu Để đánh giá các máy điện sau khi sửa chữa hoặc chế tạo có đạt được yêu cầu về kỹ thuật hay không thì phải thông qua việc kiểm nghiệm

II GIỚI HẠN ĐỀ TÀI:

Nội dung của đề tài được giới hạn:

Phần lý thuyết:

Tính toán dây quấn stator động cơ điện không đồng bộ ba pha mất số liệu

Lý thuyết kiểm nghiệm điện từ động cơ điện không đồng bộ 3 pha:

Tính toán kiểm nghiệm điện từ một động cơ điện không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc được chế tạo sẵn

III MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Đề tài này được thực hiện nhằm:

Cung cấp tài liệu, kinh nghiệm cho SV và cán bộ kỹ thuật quan tâm đến việc tính toán dây quấn và phương pháp kiểm nghiệm động cơ điện không đồng bộ sau khi sửa chữa hoặc chế tạo

IV CƠ SỞ TÍNH TOÁN

Dựa trên những kiến thức về lý thuyết máy điện cùng với một số tài liệu tham khảo người nghiên cứu tiến hành tính toán dây quấn cho động cơ điện không đồng bộ 3 pha mất số liệu

V CƠ SỞ KIỂM NGHIỆM ĐIỆN TỪ

Kiểm nghiệm đóng một vai trò hết sức quan trọng quyết định đến độ bền và chất lượng cuả động cơ điện sau khi sửa chữa hoặc chế tạo

Có nhiều phương pháp kiểm nghiệm động cơ điện Ở đây người nghiên cứu đã tiến hành tính toán kiểm nghiệm điện từ đối với động cơ điện không đồng bộ 3 pha sau khi chế tạo hoặc sửa chữa

VI Ý NGHĨA CỦA VIỆC TÍNH TOÁN VÀ KIỂM NGHIỆM

Việc tính toán và kiểm nghiệm sẽ cho ta biết được những thông số của động

cơ sau khi sửa chữa Từ đó ta có thể đưa động cơ vào làm việc ở chế độ phù hợp Những động cơ sau khi chế tạo cần phải kiểm tra điện từ để đảm bảo cho động cơ không bị quá nóng trong điều kiện làm việc bình thường, đảm bảo được những yêu cầu về thông số kĩ thuật trước khi xuất xưởng

Trình tự tính toán áp dụng một trong các trường hợp như sau:

 Tính toán lại dây quấn Stator của những động cơ mất lý lịch

 Tính toán lại số liệu dây quấn stator theo một số cực chọn trước, trong khi kết cấu ban đầu của động cơ được bố trí theo một giá trị số cực khác

 Tính toán hai bộ dây quấn bố trí chung trong cùng một lõi thép để động

cơ có khả năng vận hành được 2 cấp tốc độ (tương ứng với hai giá trị 2p

khác nhau)

II CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN ĐƯỢC THỰC HIỆN NHƯ SAU:

BƯỚC 1: Xác định tham số cần thiết cho việc tính toán

Các tham số cần xác định

 Kích thước lõi thép

 Điều kiện thông gió, giải nhiệt, cấp cách điện

 Sơ đồ ra dây, đấu dây và điện áp vận hành

Các tham số liên hệ về kích thước lõi thép Stator gồm có:

D t : Đường kính trong lõi thép

L 1 : Chiều dài của lõi thép

b g : Chiều cao gông lõi thép

b r : Chiều rộng răng

Hình 2.1: Các kích thước chủ yếu của lõi thép Stator

l g : Chiều rộng rãnh thông gió hướng kính (đối với động cơ điện có công suất lớn)

Hình dạng và kích thước rãnh: ta có hai dạng rãnh thường gặp là hình thang hay quả lê (Ovalle) như hình vẽ:

rãnh thông gió hướng kính; chiều rộng của khoảng thông gió hướng kính là l g Nếu

L1 là chiều dài lõi thép kể cả các rãnh thông gió hướng kính, chiều dài thực của lõi thép dùng để tính toán là:

L = L 1 -(Tổng chiều rộng các rãnh thông gió hướng kính)

Các tham số về sơ đồ ra dây và đấu dây cho động cơ thường thuộc vào một trong các dạng sau đây: 6, 9, 12 đầu ra

BƯỚC 2 : Phỏng định số cực 2p

Gọi 2pmin là số cực nhỏ nhất ( thích hợp kết cấu sẵn có của động stator )

BƯỚC 3: Lập mối quan hệ giữa từ thông qua một cực từ (Φ) và từ

cảm qua khe hở không khí (B δ ): Φ = f(B δ )

Φ =αδ.( τ.L ).Bδ (2.2)

Trong đó :

( τ.L ): diện tích mặt cực từ (m 2 ) L: Chiều dài thực của lõi thép Stator (m) Φ: từ thông trung bình dưới bước cực (Wb)

B : Từ cảm trong khe hở không khí (T)

Hình 2.2a: Rãnh hình thang Hình 2.2b: Rãnh quả lê

Dt



BƯỚC 4 : Xác định quan hệ giữa từ cảm qua gông lõi thép stator (B g )

và từ cảm qua khe hở không khí (B δ ) Bg f(B)

c

g.L.kb.2

Bg 

k c : hệ số ép chặt của lõi thép stator, thường kc = 0.93  0,95

BƯỚC 5 : Xác định quan hệ giữa từ cảm qua răng stator (B r ) và từ

cảm qua khe hở không khí ( B δ ): Br =f( )B 

br: Chiều rộng của răng

BƯỚC 6 : Lập quan hệ giữa B δ , B g và B r

Chọn B gmax =1,4 (T) và B rmax = 1,5 (T) Từ biểu thức (2.4) và (2.5) ta có

các giá trị B δ tương ứng Lấy giá trị B δtrung bình và thay vào (2.2) ta được giá trị

2

ysin.sin

.q

.qsink

.k

k

đ

đ n

Zq

2



đ

 : Góc lệch giữa 2 rãnh liên tiếp (tính theo đơn vị đo góc điện, lúc đó ta

xem mỗi khoảng bước cực từ trải rộng trong không gian tương ứng với 1800 điện)



đ 1800

y: Bước bối dây

Xác định bước bối dây:

 Trường hợp dây quấn bước đủ y ta có kn =1 Lúc đó hệ số dây quấn

1 lớp là:





(2.7)

 Trường hợp dây quấn 2 lớp, q nguyên thì hệ số dây quấn được tính theo

công thức (2.6) Bước dây quấn y được chọn trong khoảng 2/3y1

BƯỚC 8 : Xác định tổng số vòng cho một pha dây quấn

 Gọi Npha : tổng số vòng của mỗi pha dây quấn (vòng/pha)

 KE : Tỉ số giữa điện áp nguồn nhập vào mỗi pha dây quấn so với sức

điện động cảm ứng trên bộ dây của mỗi pha

 Uđmpha : điện áp định mức cho mỗi pha

Ta có : Npha =

dq

đmpha E

.k.f

,

.UK

Xác định số vòng mỗi bối dây trong pha Nb , ta có :

Nb =

songsongnhánhmạch

/pha/

bốisốTổng

Npha

Tổng số bối/pha được tính như sau:

 Trường hợp dây quấn 1 lớp, q nguyên

- Tổng số bối dây cho cả 3 pha luôn bằng

2

Z bối dây

- Tổng số bối dây chứa trong mỗi pha luôn bằng:

63

12

Z

Z  bối

dây/pha

 Trường hợp dây quấn 2 lớp, q nguyên

- Tổng số bối dây cho cả 3 pha luôn bằng Z bối dây

- Tổng số bối dây chứa trong mỗi pha luôn bằng:

3

Z bối dây/pha

BƯỚC 9 : Xác định tiết diện rãnh Stator

Với các dạng rãnh trong hình 2.2, ta có công thức tính tiết diện rãnh Sr

.d

(2.11)

Theo lý thuyết thiết kế máy điện, hệ số lắp đầy klđ được định nghĩa như sau:

)(S rãnhdiệnTiết

nhđiện)/rãcách

kể(khôngdây

diệnTiết k

lđ S

S.N.n.u

Trong đó :

n: số sợi chập

u r: số cạnh tác dụng chứa trong 1 rãnh (Với dây quấn 1 lớp thì ur = 1, khi dùng dây quấn 2 lớp ur = 2)

S cđ : tiết diện dây kể cả cách điện (mm 2 )

Thường chọn k lđ = 0,36 ÷ 0,46

Từ (2.13) ta suy ra :

b r

r lđ

cđ n.u N

S.k

BƯỚC 10 : Chọn mật độ dòng điện J và suy ra dòng điện định mức

(I đmpha ) mỗi pha dây quấn

Đối với động cơ có công suất trung bình, không chú ý đến kết cấu thông gió mà chỉ để ý đến cấp cách điện, ta có thể chọn J theo cấp cách điện như sau :

J = 5,5 đến 6,5 A/mm2 (cấp A )

J = 6,5 đến 7,5 A/mm2 (cấp B, E)

Sau khi chọn J, ta định dòng điện định mức qua mỗi pha dây quấn theo mật

độ dòng như sau :

.d2

 .J.(Số mạch nhánh song song) (2.17)

BƯỚC 11 : Dựa theo hiệu suất động cơ ( η ) và hệ số công suất (cosφ) để

xác định công suất định mức P đm cho động cơ

Công suất động cơ được xác định bằng biểu thức:

Pđm =3.Uđmpha Iđmpha .η cosφ (2.18)

Thông thường ta chọn η  0,85 và cosφ  0,85

BƯỚC 12: Xác định chu vi khuôn (CV) và khối lượng dây quấn (Wdây)

- Muốn xác định chu vi khuôn, đầu tiên ta xác định hệ số KL

KL =

Z

)hD.(

. t  rΠ

K L: Chiều dài phần đấu nối giữa 2 rãnh kề nhau

γ : hệ số dãn dài đầu nối, phụ thuộc số cực 2p

Sau khi tính xong KL, ta suy ra chu vi khuôn CV theo hệ thức :

CV = 2.(KL.y + L’) (2.20) y: là bước bối dây

L’: Chiều dài cạnh tác dụng cách điện rãnh có tính thêm phần cách điện lót

dư ở 2 phía, theo công nghệ quấn dây ta có thể tính L' theo bề dài của lõi thép như sau:

L’ = L + ( 5mm÷10 mm ) (2.21)

- Chiều dài mỗi pha dây quấn:

L pha = CV N b (Tổng số bối /pha) (2.22)

Từ đó, ta định ra khối lượng dây quấn cho bộ dây 3 pha, với dây quấn bằng đồng và dự phòng 10% sai số dư cho thi công

Wdây =1,1.(8,9kg/dm3).3Lpha

4

d2

Thí nghiệm kéo tải trực tiếp đòi hỏi nhiều thiết bị và thời gian nhất là đối với máy lớn Còn dựa vào mạch điện thay thế để tính toàn bộ các đặc tính thì khối lượng tính toán tương đối lớn và phức tạp Vì vậy đơn giản nhất là thông qua thí nghiệm không tải và ngắn mạch rồi áp dụng cách vẽ đồ thị vòng tròn để xác định các đặc tính của máy điện không đồng bộ

Từ đồ thị vòng tròn ta có thể biết được qui luật biến thiên của các đại lượng điện từ và biết được tình hình làm việc của máy ở các chế độ động cơ điện, máy phát điện và chế độ hãm

Tuy vậy, phương pháp đồ thị vòng tròn có ưu và nhược điểm như sau:

- Cách vẽ đơn giản

Vì vậy phương pháp này được coi là phương pháp có giá trị để phân tích tính năng của máy điện không đồng bộ

II CÁCH XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VÒNG TRÒN

Trong một mạch điện đơn giản gồm điện trở và điện kháng đặt dưới một điện áp không đổi, khi thay đổi điện trở thì quĩ tích dòng điện biến thiên là một đường tròn Lợi dụng điều đó có thể vẽ đồ thị vòng tròn của máy điện không đồng bộ

Trong mạch điện thay thế đơn giản hóa của máy điện không đồng bộ Nếu lấy C1 = 1 (ở động cơ điện nhỏ thì C1 ≠ 1 vì

Dòng điện từ hóa İ 0 chỉ phụ thuộc vào tham số Z 1 + Z m Do đó có thể xác

định được bằng thí nghiệm Trong thí nghiệm không tải, khi kéo rotor quay đến

tốc độ đồng bộ, tức là s =0 thì ta được dòng điện từ hóa İ 0 và biểu thị bằng vectơ

OH trên hình 3.2 Điểm H được gọi là điểm làm việc đồng bộ

Hình 3.1: Mạch điện thay thế của máy điện

không đồng bộ khi lấy C 1 = 1

Hình 3.2: Cách xây dựng đồ thị vòng tròn

0 1 1

'

.r s

s 1 s

1 Tâm vòng tròn quỹ tích ở trên trục hoành và

đường kính vòng tròn là HC =

xx

 là vectơ HD Như vậy dòng điện sơ cấp : İ1 = İ0 + (-İ'

2) là vectơ OD Đường tròn là quỹ tích dòng điện (-İ'

2)

Vị trí D thay đổi theo hệ số trượt s

Khi 0 < s <1, điểm P ở trên điểm M nên điểm D chạy trên cung HDK.Ở điểm giới hạn khi s = 1 thì điểm D trùng với điểm K gọi là điểm mở máy (s=1)

Khi s < 0 thì điểm P ở dưới điểm N (vì NP = r'2+ ssr'2

III XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG

ĐỒNG BỘ BẰNG ĐỒ THỊ VÒNG TRÒN

1 Xác định cosφ

Trên trục tung lấy một đoạn Of = 10 cm làm đường kính, vẽ một nửa vòng tròn (hình 3-3) Muốn tìm cosφ của máy khi đã biết trước I1 = OD (theo thước tỷ lệ của dòng điện mi = A/cm) thì ta chỉ việc kéo dài đường OD gặp đường tròn ở h

Từ điểm D kẻ đường thẳng góc với trục hoành gặp trục hoành ở điểm a (hình 3-3) Đoạn Da chỉ công suất đưa vào P1 và ta có:

P1 = m1U1I1cosφ = m1U1Dami = Damp (3-4)

Trong đó:

mp = m1U1mi – thước tỷ lệ công suất (W/cm);

I1, U1 – dòng điện và điện áp pha

Khi véctơ dòng điện I 1 trùng với trục hoành thì công suất đưa vào bằng 0,

do đó trục hoành gọi là đường công suất đưa vào hay đường P1 = 0

Đoạn Dagặp HC ở điểm g Đoạn ag chỉ tổn hao không tải đồng bộ P0 vì:

P0 = m1U1I0cosφ0 = m1U1OHmicosφ0 = m1U1mi ag = ag.mp

3 Xác định công suất điện từ P đt , công suất cơ P cơ , tổn hao đồng P Cu và mômen điện từ M đt

Từ điểm làm việc D vẽ đường thẳng góc Da với trục hoành, cắt đường HK

ở điểm c, cắt đường HT ở điểm d Như ta đã biết, đoạn Da chỉ P1, ag chỉ P0, do đó đoạn Dg chỉ công suất (P1 – P0)

(Dc+cd+dg).mp = m1I'2( r r r

s

s ' '

1 2 2

rImrrs

sI

mmcdDcm

Dd

pr

Immdg

pr

Immcd

Prs

sImmDc

đt p

p

Cu p

Cu p

cơ p

' ' '

' '

1 1

'

2 '

'

' '

2 2 2 1 2 2 2

2 1

2 2 1

2 2 2 1

2 2

2 1

1

;

;

;

1

(3-9)

Vì đoạn DC chỉ công suất cơ Pcơ nên ta gọi đường HK là đường công suất

cơ hay đường Pcơ = 0; đoạn Dd chỉ công suất điện từ Pđt nên gọi đường HT là đường công suất điện từ hay đường Pđt = 0 Các đoạn cd và dg chỉ tổn hao đồng trên rotor và stator  pCu2 và  pCu1 nên đoạn cg chỉ tổn hao đồng pcu

Có khi ta gọi đường song song với trục tung đi qua H là đường tổn hao đồng hay đường  pCu = 0 vì khoảng cách từ điểm D đến đường đó là đoạn Hg tỷ lệ với đoạn chỉ tổng hao đồng cg

Vì mômen điện từ Mđt tỷ lệ thuận với công suất điện từ

M  (Kg.m) Trong đóω1 là tốc độ góc đồng bộ, P đt tính bằng W do đó

đoạn Dd cũng đồng thời chỉ mômen điện từ Mđt

Trong đó: mM =

1

pω81,9

m

là thước tỷ lệ mômen (kG.m/cm)

Có thể gọi đường HT là đường mômen điện từ hay đường Mđt = 0

4 Xác định tổn hao cơ p cơ , tổn hao phụ p f và công suất đưa ra P 2

Khi không tải, tốc độ của động cơ điện thấp hơn tốc độ đồng bộ một ít Do đó ngoài tổn hao đồng trên stato và tổn hao sắt ra, tổn hao không tải còn bao gồm tổn hao cơ và tổn hao phụ Vì thế dòng điện không tải đo được trong thí nghiệm không tải không phải là véctơ OH mà là véctơ OH' lớn hơn OH Ta thấy đoạn

'

HH thực chất chỉ là tổn hao cơ và tổn hao phụ Khi tải tăng, tốc độ quay của rôto giảm dần, nên hai tổn hao đó (pcơ + pf) cũng giảm dần Khi ngắn mạch thì hai

tổn hao đó hầu như bằng không Nối H’K gặp Da ở điểm b (hình 3-3) Có thể coi đoạn bc chỉ tổn hao (pcơ + pf) với điểm làm việc D Vì công suất đưa ra:

P2 = Pcơ – (pcơ +pf)

Nên ta có:

Db.mp = (Dc – cb)mp = Pcơ - (pcơ + pf) = P2 (3-11)

Đường H’K gọi là đường công suất đưa ra hai đường P2 = 0

5 Xác định hệ số trượt

Có nhiều phương pháp xác định hệ số trượt, ở đây chỉ giới thiệu một trong

những phương pháp đó (hình 3-4)

Giữa hai đường p Cu = 0 và đường HK kéo dài lấy một đoạn qt song song

với đường HT Chia đoạn qt ra làm 100 phần, lấy điểm q làm gốc 0%, điểm t ứng với 100% Khi tìm hệ số trượt với điểm làm việc D thì kéo HD gặp qt ở điểm r Trị số phần trăm của điểm r là trị số phần trăm của hệ số trượt Cách chứng minh

như sau

Xét các tam giác đồng dạng Hcd và tqH; Hqr và DdH, ta có:

qt

HqHd

dc  và

Hq

qrdD

Hd 

Nhân hai đẳng thức với nhau ta có:

sP

pdD

dcqt

6 Xác định hiệu suất η

Căn cứ vào những phân tích trên ta biết:

ba.mp =p = pFe + pcu1 + pcu2 + pcơ + pf

Kéo dài đường H’K gặp trục hoành ở điểm L (hình 3-5)

Hình 3-4: Xác định hệ số trượt s

Qua điểm L kẻ đường song song với trục tung Gọi đường đó là đường tổng

tổn hao p = 0 vì khoảng cách từ điểm D đến đường đó là đoạn La tỉ lệ với đoạn chỉ tổng tổn hao ba Giữa hai đường p = 0 và đường H’K kéo dài lấy một đoạn

mn song song với trục hoành Chia đoạn mn làm 100 phần lấy điểm m làm gốc

Khi muốn tìm hiệu suất của máy ở điểm làm việc D, kéo dài đường Ld gặp đường

mn ở điểm p Trị số phần trăm ở điểm p là hiệu suất của máy Cách chứng minh

như sau:

Xét các tam giác đồng dạng Lab và mnL; Lad và pnL Ta có:

mn

nLLa

ab  và

nL

pnaD

La 

Nhân hai đẳng thức với nhau ta có:

mn

pn aD

hay

mn

pnmnaD

Dbmn

7 Xác định năng lực quá tải k m

Hình 3-5: Xác định hiệu suất bằng đồ thị vòng tròn

Hình 3-6: Xác định năng lực quá tải km

Theo định nghĩa, năng lực quá tải km =

đm

max

M M

Ta đã biết được mômen định mức của máy, do đó chỉ cần tìm mômen cực đại Mmax trên đồ thị vòng tròn là xác định được năng lực quá tải km Cách tính như sau:

Theo hình 3-6, từ 01 kẻ đường thẳng góc với HT và gặp đường tròn ở S Từ

S kẻ đường thẳng góc xuống HT ở l Ta biết Sl là khoảng xa nhất từ các điểm trên đường tròn xuống đường mômen Mđt = 0, vì vậy ta có :

Trên đây giới thiệu cách dùng đồ thị vòng tròn để xác định cosφ, công suất, mômen, hệ số trượt, hiệu suất ở một hệ số dòng điện làm việc I1 cho biết trước Nếu thay đổi dòng I1, nghĩa là thay đổi vị trí điểm D thì ta sẽ được một loạt các trị số tương ứng Biểu thị các quan hệ giũa cosφ, P, M, s, η, với P2 lên đồ thị ta sẽ được các đặc tính làm việc của máy điện không đồng bộ

IV XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VÒNG TRÒN BẰNG CÁC SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM KHÔNG TẢI VÀ NGẮN MẠCH VÀ CÁCH VẼ THỰC TẾ

Theo cách chỉ dẫn trên, ta biết tham số của máy mới vẽ đồ thị vòng tròn, nhưng trong thực tế, những tham số đó thường không biết trước nên phải dùng thí nghiệm để xác định.Sau đây giới thiệu cách dùng thí nghiệm không tải và ngắn mạch để vẽ đồ thị vòng tròn

Trước khi nói đến cách vẽ thực tế, hãy nghiên cứu qua thí nghiệm ngắn mạch và không tải của máy điện không đồng bộ

1 Thí nghiệm không tải

Khi làm thí nghiệm không tải ta đặt điện áp địng mức Uđm vào stator, nhưng để tránh sai số có tính chất ngẫu nhiên và để tìm ra tổn hao cơ và tổn hao phụ Thường ta thay đổi điện áp đưa vào từ (0,5÷1,2).Uđm, đo dòng điện không tải I'

0, công suất không tải P'

0 theo sự thay đổi của U1 Đường biểu diễn của I0 và

1

2 0 1

0

0 P m I r

P  '  ' theo U1 như hình 3.7

Muốn dùng thí nghiệm không tải để xác định dòng điện từ hóa I0 trên đồ thị vòng tròn ( tức là xác định điểm H ứng với s = 0) thì phải loại trừ tổn hao cơ và tổn hao phụ ra khỏi công suất không tải Do (pcơ + pf ) không đổi khi U1 thay đổi, còn tổn hao sắt pFe thay đổi theo U2

1 cho nên kéo dài đường biểu diễn P0

=f(U1) đến gặp trục tung thì giao điểm chỉ tổn hao cơ pcơ

Muốn cho cách vẽ được chính xác hơn, ta vẽ đường biểu diễn P0 = f(U2

2 Thí nghiệm ngắn mạch

Khi thí nghiệm ngắn mạch ta giữ Rotor đứng yên Để cho dòng ngắn mạch

In không quá lớn làm cháy máy, thường không để dòng điện vượt quá (1,52) lần dòng điện định mức Vì vậy điện áp ngắn mạch đưa vào tương đối thấp so với Uđm.

Hình 3-7: Đặc tính không tải của động cơ điện không đồng bộ

thực tế gì lớn, do đó thường chỉ nghiên cứu 2 trường hợp mạch từ tản chưa bảo hòa, ứng với lúc máy làm việc bằng và dưới định mức và mạch từ tản bão hòa ứng với lúc mở máy

a Trường hợp mạch từ tản chưa bão hòa

Thường khi máy điện làm việc từ không tải đến định mức thì dòng điện không lớn nên ảnh hưởng bảo hòa của mạch từ tản ít, điện kháng ngắn mạch xn có thể coi là một số không đổi Lúc đó ta có thể dùng các số liệu thí nghiệm ngắn mạch để vẽ đồ thị vòng tròn một cách dễ dàng

Với điện áp định mức, dòng điện ngắn mạch định mức bằng:

Inđ = In.

n

đmU

đmU

Và hệ số công suất ngắn mạch định mức bằng:

Cosφnđ =

nđ đm 1

nđ n

n 1

n

IUm

PI

Um

P

Vòng tròn vẽ theo những số liệu này gọi là vòng tròn làm việc, dùng để xác định các đặc tính làm việc của máy điện với công suất định mức trở xuống

b Trường hợp mạch từ tản bão hòa

Khi mở máy, dòng điện lớn (thường bằng bốn lần dòng điện định mức) nên mạch từ tản chịu ảnh hưởng của bảo hòa, điện kháng xn sẽ nhỏ đi, đường kính vòng tròn trong trường hợp này sẽ lớn hơn vòng tròn làm việc Vòng tròn này dùng để xác định các đặc tính làm việc của đôïng cơ không đồng bộ nên gọi là vòng tròn mở máy

`

Muốn dùng thí nghiệm ngắn mạch để vẽ đồ thị vòng tròn lúc mở máy, ta phải vẽ cả đường đặc tính ngắn mạch và tìm quan hệ giữa điện áp và dòng điện

ngắn mạch như ở hình 3.8 Kéo dài đoạn bảo hòa của đường đặc tính ngắn mạch

có thể tìm được đường đặc tính ngắn mạch định mức I''

nđ và hệ số ngắn mạch cosφ''

nđ Có thể dùng cách tính sau Theo hình 4.8 ta có:

I''

nđ= I' n

0

' n

0 đmUU

UU

0 đm '

'' nđIU3P

3 Cách vẽ thực tế đồ thị vòng tròn bằng số liệu thí nghiệm

Cách vẽ này được tiến hành như sau:

Từ thí nghiệm không tải biết dòng điện từ hóa (coi như bằng dòng điện không tải I0) tính ra cosφ0 =

0 1 1

0IUm

P , chọn thước tỷ lệ dòng điện thích đáng vẽ

vectơ İ0 = OH xác định được điểm H

Từ thí nghiệm ngắn mạch tính ra dòng ngắn mạch định mức Inđ và cosφnđ rồi vẽ vectơ İInđ = OK được điểm K

Vẽ vòng tròn quỹ tích qua H và K mà tâm ở trên đường song song với trục hoành đi qua H Tâm O’ là giao điểm của trung trực HK với đường song song trục hoành đi qua H (Hình 3.9)

Muốn được đường Pđt =0 (đường HT) thì từ K kẻ đường thẳng góc với trục hoành gặp đường HC ở K2 Đoạn KK2 biểu thị tổng tổn hao lúc ngắn mạch

Hình 3-9: Vẽ đồ thị vòng tròn bằng số liệu thí nghiệm

không tải và ngắn mạch

Trên đoạn KK2 lấy đoạn K1K2 chỉ tổn hao đồng trên cuộn dây stator Nối HK1 gặp đường tròn ở T Cách xác định điểm K1 như sau:

Theo ý nghĩa KK 2 và K1K2 đã nói ở trên, ta có:

1 ' 2 1

2 nđ 1

1

2 nđ 1 2

2 1

r

r r r I m

r I m KK

nIm

Muốn vẽ vòng tròn mở máy ta sử dụng các trị số: ''

nđ

I , '' nđ

P và ''

cosnđ để xác định điểm làm việc ngắn mạch K’ trên vòng tròn Phương pháp vẽ các đường khác giống như cách vẽ với vòng tròn làm việc Vòng tròn làm việc và mở máy như ở hình 3-10

V ĐỒ THỊ VÒNG TRÒN CHÍNH XÁC

Với máy điện không đồng bộ công suất nhỏ, trong mạch điện thay thế khi

ta đem mạch từ hóa dịch ra trước tổng trở của stator mà không hiệu chỉnh hàm số thì sẽ có sai số tuơng đối lớn, nhất là đối với cosφ Vì vậy phải dùng mạch điện thay thế chính xác để vẽ đồ thị vòng tròn

Nếu bỏ qua rm trong tổng trở từ hóa zm thì hệ số hiệu chỉnh C1 sẽ bằng:

1 m

1 m

1 m

1 1 m

x

rjx

x1jx

jxr1z

1 2 m

1

x

x1x

rx

Tổng trở mạch điện thay thế bằng:

xr

1

2 1 1

cosΨ =

x x  1

r

x x

2 m 1

2 1

2 1 1 1

2 1

' 2 1 Ψ 2 j ' s

rxCxCjCs

rre

Mạch điện thay thế như ở hình (3.11) và dòng điện tải bằng:

2 1 1 1

2 1

' 2 1

Ψ 2 j 1

'

2

x

rxCxCjCs

rr

eU

1

U

rI2xx

r2

2 1 n

1

x U x

r x

Đoạn Da chỉ công suất P1 Vẽ Dg thẳng góc với HC, chiếu các điểm c, d, g lên Da gặp ở các điểm c’, d’, g’

Ta có:

0 '

.m P

ag p  ;

1 Cu p '

'g.m p

2 Cu p '

'd m p

cơ p '.m P

Cách hiệu chỉnh này có ý

nghĩa lớn đối với máy điện không

đồng bộ công suất nhỏ, vì I0 và r1

lớn nên góc 2Ψ tương đối lớn

b ’ b c

Hình 3-12: Đồ thị vòng tròn chính xác

Hình 3-11: Mạch điện thay thế chính xác của máy điện không đồng bộ

ψ

m

2 1

x

r x

' 2

CHƯƠNG IV:

TÍNH TOÁN DÂY QUẤN STATOR ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA ROTOR

LỒNG SÓC MẤT SỐ LIỆU

I GHI NHẬN CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU

Số mạch nhánh song song a = 1

Cách điện cấp B

- Đường kính trong lõi thép Stator: D t = 75 mm

- Chiều dài của lõi thép Stator: L = 52 mm

- Chiều cao gông lõi thép Stator: b g = 10 mm

- Chiều rộng răng Stator: b r = 5 mm

Hình dạng và kích thước rãnh như hình vẽ:

Đường kính miệng rãnh d 1 = 5mm

Đường kính đáy rãnh d 2 = 7mm

Chiều cao rãnh tính đến đỉnh răng h r =12,5mm

Chiều cao rãnh h = 11mm

h

d2

hr

d1

BƯỚC 2 : Phỏng định số cực 2p thích ứng kết cấu lõi thép động cơ

2pmin = ( 0,4 đến 0,5)

g

b

Dt = (0,4 0,5)

1075 = 33,75

 chọn 2p= 4

BƯỚC 3: Lập mối quan hệ giữa từ thông qua một cực từ (Φ) và từ

cảm qua khe hở không khí (B δ ): Φ = f(B δ )

Φ =

2 3

-4

102510102

21,42.10



 , 

B

D.π

.Bδ =

5 24

75

π Bδ = 1,9625.Bδ (b)

BƯỚC 6 : Quan hệ giữa B δ , B g và B r

Căn cứ theo theo giới hạn tối đa cho phép của Bgmax và Br max ta xác định được Bδ và  Chọn :

Bgmax =1,4 (T) và Brmax =1,5 (T) Từ biểu thức (a) và (b) suy ra:

Bδmax = 0,679

Bδmax = 0.764 Chọn Bδ = 0,73 Suy ra  = 19,5.10-4.Bδ = 14,235.10-4 Wb

BƯỚC 7: Chọn kiểu dây quấn và tính k dq

Chọn kiểu dây quấn đồng khuôn tập trung một lớp, dây quấn bước đủ

2 q sin

đ

đ

= 0,965

BƯỚC 8: Xác định tổng số vòng dây quấn pha chính N ch

- Giá trị KE được xác định theo công thức:

min max

min E max E min min

E

KK

.L.L.K

15 6 ,

44,4

U.k

9650102351450444

22080

4 ,

, ,

Npha

= 1454

577  vòng/bối

BƯỚC 9: Xác định tiết diện rãnh stator S r

- Với rãnh quả lê tiết diện Sr được tính như sau:

.d

= 6.(11-3,5)+

8

49

S k

b r

r

1.145.1

50,4.64,232 =0,1772 mm2

- Đường kính dây quấn kể cả cách điện:

dcđ=

cđS

2

d

4

425

0, 2

 =0,142mm2

Hiệu chỉnh:

Chọn d= 0,45mm

 dcđ =0,50mm Vậy Scđ =

4

d 2cđ

4

5

0, 2

 = 0,196 mm2

klđ =

232564

1451960,

,S

N.S

r

b

cđ  =0,442

Chọn cách điện cấp B J= 7,5A/mm2

- Dòng điện định mức qua mỗi pha:

Pđm =3.Uđmpha.Iđmpha.η.cosφ =3.220.1,193.0,8.0,8 = 507W

BƯỚC 11: Tính chu vi khuôn, khối lượng dây quấn ï

 Chiều dài phần đầu nối giữa 2 rãnh kề nhau:

KL =  

Z

hDπ.γ t  r =  

24

5 , 12 75 35 1

 Khối lượng bộ dây 3 pha:

Lpha =Nb CV Tổng số bối /pha =145.30,54.4=1771,3 dm

Wdây=1,1 8,9.3 Lpha 4

2

104

 10-4

=0,6538 kg

II XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHAI TRIỂN DÂY QUẤN

Bước 1: Xác định tổng số rãnh Z của lõi sắt Stator Sau đó đánh số thứ

tự từ 1 đến Z (Z = 24) ứng với số rãnh Stator

Hình 4.1: Số rãnh Z của lõi stator

Bước 2: Tính bước cực  và dựa vào đó để phân ra các cực từ trên Stator

Hình 4.2: Phân bố bước cực  trên lõi stator

Bước 3: Tính số rãnh q của các pha A, B, C có trên một bước cực từ  và sau đó phân số rãnh này theo thứ tự xen kẽ qA, qB, qC ứng với thứ tự các pha A, C,

B

Với m: Số pha của động cơ (động cơ 3 pha m = 3) Hình 4.3

Bước 4: Vẽ trước cho pha A Trong đó mỗi nhóm bối dây có q bối

Vì là dây quấn đồng khuôn tập trung nên số nhóm bối trong một pha bằng số cực từ p (n = p = 2)

64

6

Z q

q

Muốn xây dựng dạng đồng khuôn tập trung ta mang toàn bộ các rãnh phân bố cho pha A tại một khoảng bước cực thứ nhất liên kết với toàn bộ các rãnh phân bố cho pha A tại khoảng bước cực thứ hai Để có được 1 nhóm bối dây đồng khuôn kế tiếp ta thực hiện cách liên kết này, cho pha A tại bước cực còn lại

- Tại khoảng bước cực thứ I pha A chiếm 2 rãnh 1, 2

- Tại khoảng bước cực thứ II pha A chiếm 2 rãnh 7, 8

- Tại khoảng bước cực thứ III pha A chiếm 2 rãnh 13, 14

- Tại khoảng bước cực thứ IV pha A chiếm 2 rãnh 19, 20

Hình 4.4: Vẽ nhóm bối 1 pha

Tương tự, sự phân bố các rãnh cho pha B, C trên các bước cực như sau:

Bước 5: Nối dây giữa các nhóm bối dây trong cùng một pha (pha A) sao

cho khi dòng điện chạy trong nhóm bối dây làm cực tính của các cực từ liên tiếp phải trái dấu nhau và phải xen kẽ nhau

Do tổng số nhóm bối dây một pha bằng số đôi cực p = 2 nên ta áp dụng phép đấu cực giả (Đầu - Cuối; Đầu - Cuối)

Hình 4.5: Nối dây các nhóm bối trong 1 pha

Bước 6: Căn cứ vào góc lệch pha , xác định đầu ra của các pha còn lại

- Góc độ điện:  =

24

360.2360

A – B – C và X – Y – Z là  = 2q = 4

Vì các đầu dây pha cách nhau 4 rãnh, nên nếu ta đặt đầu dây pha A tại vị trí 1 thì đầu dây pha B sẽ ở vị trí 5, đầu dây pha C ở vị trí 9 Sơ đồ khai triển dây quấn như sau:

Hình 4.6: Sơ đồ khai triển dây quấn Stator kiểu đồng khuôn tập trung 24 rãnh

Một số dạng sơ đồ khai triển thường gặp:

Đồng khuôn tập trung

 Dạng 36 và 48 rãnh, 2p = 4