NGHIÊN cứu ẢNH HƯỞNG của TIẾT DIỆN RÃNH STATOR tới HIỆU SUẤT của ĐỘNG cơ KHÔNG ĐỒNG bộ BA PHA rô TO LỒNG sóc

MỞ ĐẦU Xã hội không ngừng phát triển, sinh hoạt nhân dân không ngừng đƣợc nâng cao nên cần phát triển nhiều loại máy điện Tốc độ phát triển sản xuất công nông nghiệp nƣớc đòi hỏi tốc độ phát triển tƣơng ứng ngành công nghiệp điện lực, ngành chế tạo máy điện Động điện loại máy điện xoay chiều đóng vai trò phần phát minh tiến khoa học kỹ thuật thiết bị điện đƣợc sử dụng rộng rãi hệ thống công nghiệp thƣơng mại với chức biến đổi lƣợng điện thành lƣợng cơ, chúng trở nên đặc biệt quan trọng kinh tế quốc dân Động không đồng ba pha đặc biệt động không đồng ba pha rôto lồng sóc đƣợc dùng phổ biến công nghiệp (vì có ƣu điểm độ tin cậy cao, giá thành thấp trọng lƣợng nhẹ kết cấu đơn giản chắn dễ sửa chữa bảo dƣỡng), với dải công suất từ hàng trăm Watts đến Megawatts phận hệ truyền động Hai tiêu kinh tế quan trọng động không đồng hiệu suất hệ số cosφ Từ năm 1990 trở trƣớc, hiệu suất động tiêu thứ yếu Vào năm 90 kỷ 20 hiệu suất động đƣợc quan tâm, khoảng thời gian này, giới xuất nhiều công trình nghiên cứu thiết kế tối ƣu hiệu suất động mang lại nhiều kết đáng kể Hiện nguồn lƣợng giới bị cạn kiệt tăng giá lƣợng nói chung nên tiêu lƣợng động dần trở thành tiêu chí áp dụng ngành công nghiệp Nó mang lại lợi ích lớn không mặt tiết kiệm lƣợng kinh tế mà giảm đáng kể hiệu ứng nhà kính Do vậy, nâng cao hiệu suất động trở nên vô cần thiết Có nhiều biện pháp để nâng cao hiệu suất động nhƣ công nghệ chế tạo phù hợp, thay đổi vật liệu chế tạo ngày mới, thay đổi thông số kết cấu (cấu trúc răng, rãnh, khe hở không khí)…để giảm nhỏ tổn hao Với phân tích trên, luận văn tính toán tìm diện tích rãnh stator tối ƣu để làm giảm tổng tổn hao đồng tổn hao sắt động cơ, hay nói cách khác tìm đƣợc diện tích rãnh stator tối ƣu để hiệu suất động lớn Bản luận văn gồm có ba chƣơng Chương 1: Tổng quan tình hình sản xuất động không đồng ba pha rôto lồng sóc, cần thiết phải nâng cao hiệu suất động Chương 2: Các giải pháp nâng cao hiệu suất động không đồng ba pha rôto lồng sóc Chương 3: Thiết kế diện tích rãnh stator tối ưu cho động không đồng ba pha Cuối kết luận kiến nghị Để hoàn thành đƣợc luận văn này, nỗ lực thân, nhận đƣợc nhiều góp ý giúp đỡ thầy cô môn Thiết bị điện - Trƣờng ĐH Bách khoa Hà Nội Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn TS.Nguyễn Hồng Thanh định hƣớng hƣớng dẫn suốt trình thực luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Lãnh đạo, đồng nghiệp Trƣờng Cao đẳng Công nghiệp Nam Định ủng hộ giúp đỡ chân thành trình học tập, nghiên cứu, khảo sát hoàn thành luận văn CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH SẢN XUẤT ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA RÔTO LỒNG SÓC, SỰ CẦN THIẾT PHẢI NÂNG CAO HIỆU SUẤT CỦA ĐỘNG CƠ 1.1 Tình hình sản xuất tiêu thụ điện động không đồng Cùng với phát triển kinh tế, trình công nghiệp hóa tự động hóa tăng, phận hệ truyền động nên nhu cầu sử dụng động không đồng nhƣ nguồn lƣợng mà chúng tiêu thụ ngày nhiều Thể số nƣớc khu vực có công nghiệp phát triển quy mô công nghiệp lớn nhƣ Mỹ, Trung Quốc, Châu Âu, Ấn Độ… Theo thống kế tình hình sử dụng điện năm 2006, nƣớc tiêu thụ điện lớn giới hoa kỳ với 4104 tỷ KWh bình quân 12 187 KWh/năm, có đến 70% tiêu thụ công nghiệp, mức tiêu thụ điện động chiếm 80% Đứng thứ hai Trung quốc với lƣợng điện tiêu thụ 2824.8 tỷ KWh, bình quân 2140 KWh/năm Trong lƣợng điện tiêu thụ động điện chiếm 60% Tổng công suất tiêu thụ Châu Âu năm 2006 2.711 tỷ KWh lƣợng điện tiêu thụ động điện chiếm 65% Việt Nam đứng thứ 50 danh sách nƣớc tiêu thụ điện với 36.92 tỷ KWh Nền kinh tế Việt Nam năm gần có tốc độ tăng trƣởng GDP bình quân 5% Trên 90% máy điện sử dụng động không đồng hệ thống động công nghiệp chiếm khoảng 50% lƣợng điện tiêu hao nƣớc, chúng có mặt khắp lĩnh vực: công nghiệp, nông nghiệp… Trong công nghiệp động không đồng thƣờng đƣợc sử dụng nhà máy dệt, nhà máy sản xuất thép, nhà máy chế tạo khí, nhà máy chế biến thực phẩm Trong nông nghiệp động không đồng thƣờng đƣợc sử dụng trạm bơm nƣớc thƣờng đƣợc sử dụng hộ gia đình Công ty chế tạo điện Hà Nội hàng năm sản xuất 35.000 sản phẩm máy điện quay [4] 1.2 Sự cần thiết phải nâng cao hiệu suất Từ chiến tranh giới lần thứ đến thập kỷ 70 kỷ 20 giá lƣợng rẻ nên nhà sản xuất động điện trọng đến việc chế tạo máy điện quay tốn nguyên vật liệu để giảm giá thành sản phẩm thời đại động hiệu suất thấp đảm bảo đƣợc độ tăng nhiệt Kể từ sau khủng hoảng dầu mỏ lần thứ nhất, giá lƣợng bắt đầu tăng cao, công nghiệp giới bắt đầu phát triển mạnh, cạnh tranh doanh nghiệp ngày gay gắt Sử dụng lƣợng hiệu cho phép công ty công nghiệp thƣơng mại giảm giá thành sản phẩm, tăng lợi nhuận cách để cạnh tranh Mục tiêu để tiết kiệm lƣợng xác định thành phần công nghiệp động không đồng bộ, chúng sử dụng hầu hết nguồn lƣợng đƣợc phân phối cho thiết bị công nghiệp Theo đánh giá lƣợng Hoa Kỳ với động điện tiêu thụ khoảng 60% toàn nguồn công suất đƣợc phát Mỹ mà hệ thống công suất Mỹ khoảng 700GW tổn hao động hàng năm (chỉ tính riêng nƣớc Mỹ) gần 45 tỷ KWh tính tổn thất gần tỷ đôla cho năm [8] Xét Việt Nam, giả sử động hiệu suất cao tiết kiệm đƣợc 1% tổng sản lƣợng điện tiêu thụ động không đồng (trên thực tế nhiều động hiệu suất cao loại nhỏ có số lƣợng sử dụng lớn, khả tăng hiệu suất động điện cỡ nhỏ cao thông thƣờng từ đến 5%) Tính trung bình tổng lƣợng điện quốc gia tiêu thụ 50.000 GWh, động không đồng chiếm 50% 25.000 GWh sơ số tiền KW điện 1500 đồng số tiền mà động hiệu suất cao tiết kiệm đƣợc thời gian năm là: A = 25.000 × 106 × 0,01 × 1500 = 375 tỷ đồng (ba trăm bảy lăm tỷ đồng) Qua số tính toán sơ thấy đƣa động có hiệu suất cao vào sử dụng tiết kiệm cho ngân sách quốc gia lớn tới hàng ngàn tỷ đồng năm, quan trọng với nguồn lƣợng tiết kiệm đƣợc có điều kiện để mở rộng sản xuất phát triển kinh tế xã hội Theo đánh giá [12] việc sử dụng hệ thống động có hiệu suất cao tiết kiệm đến 202 tỷ KWh cho nguồn điện Châu Âu, tƣơng đƣơng giảm đƣợc 10 tỷ Euro chi phí năm cho công nghiệp Đồng thời mang lại lợi ích nhƣ sau: + Tiết kiệm 5-10 tỷ Euro cho việc bảo dƣỡng cải thiện hệ thống + Tiết kiệm khoảng tỷ Euro cho việc cải thiện môi trƣờng + Giảm khoảng 79 triệu CO2 + Giảm đƣợc 6% nguồn lƣợng nhập Châu Âu Gần đứng trƣớc áp lực phải tiết kiệm lƣợng, hạn chế sử dụng tài nguyên môi trƣờng, hạn chế chất thải để bảo vệ môi trƣờng, số nƣớc điều luật bắt buộc nhà sản xuất phải chế tạo động điện hiệu suất cao, điển hình nhƣ: - Ở Mỹ có luật hiệu suất lƣợng tối thiểu Min Eff Performance Standard MEPS - Ở Canada luật mức hiệu suất lƣợng tối thiểu đƣợc đƣa từ năm 1993 có hiệu lực từ năm 1997 - Ở Úc/Niuzilân đạo luật AS/NZS 1359.5:2000 áp dụng cho động điện có công suất từ 0,37 đến 185 KW - Ở Nhật có JEC 37, JISC 4210:1983, JISC 4212:2000 High efficiency Mặc dù nhiều nƣớc giới đƣa vào sử dụng động có hiệu suất cao họ bƣớc hoàn thiện, cải tiến việc nghiên cứu loại vật liệu mới, công nghệ Việt Nam hoàn toàn mẻ Hiện Việt Nam công nghiệp phát triển Nền công nghiệp Việt Nam đứng trƣớc khó khăn định Việt Nam nhập tổ chức kinh tế quốc tế nhƣ WTO, APEC….Nghiên cứu đƣa vào sử dụng động điện hiệu suất cao nhiệm vụ quan trọng cấp thiết Việt Nam đƣa tiêu chuẩn ( năm 2005), yêu cầu hiệu suất tối thiểu động không đồng ba pha đƣợc chế tạo phải cao trƣớc Tiêu chuẩn động không đồng ba pha hiệu suất cao ký hiệu TCVN 7540-1:2005 đƣợc thể bảng 1-1 Bảng 1-1: Tiêu chuẩn động không đồng pha hiệu suất cao TCVN 7540-1:2005 Công suất (KW) 2p=2 ε(%) cosφ 2p=4 ε(%) 2p=6 Cosφ ε(%) cosφ 2p=8 ε(%) cosφ 1.1 74.0 0.85 76.0 0.78 70.0 0.74 70.0 0.65 1.5 77.0 0.87 80.5 0.79 76.0 0.77 71.8 0.68 2.2 80.6 0.86 82.2 0.81 78.3 0.76 74.7 0.70 3.0 82.6 0.88 83.5 0.83 79.9 0.78 76.8 0.75 3.7 84.0 0.89 84.9 0.83 81.9 0.78 79.4 0.74 4.0 85.5 0.90 86.0 0.82 83.5 0.77 81.3 0.73 5.5 86.5 0.89 87.0 0.85 84.7 0.76 83.0 0.74 7.5 87.5 0.90 87.9 0.85 86.1 0.78 84.5 0.74 11 88.3 0.89 88.9 0.85 87.3 0.78 86.0 0.77 15 89.5 0.89 89.9 0.86 88.7 0.82 87.7 0.76 18.5 90.2 0.90 90.8 0.86 89.6 0.82 88.9 0.75 22 91.0 0.90 91.2 0.88 90.3 0.83 89.5 0.75 30 91.7 0.90 91.6 0.88 90.8 0.78 90.2 0.76 37 92.5 0.90 92.3 0.87 91.6 0.88 91.0 0.79 45 93.0 0.89 92.8 0.87 92.2 0.86 91.7 0.79 55 93.0 0.89 93.1 0.87 92.7 0.87 91.7 0.82 75 93.6 0.90 93.7 0.87 93.1 0.86 92.9 0.82 90 94.2 0.91 94.1 0.87 93.7 0.86 93.0 0.82 110 94.5 0.91 94.5 0.88 94.1 0.87 93.6 0.82 132 95.0 0.91 94.8 0.88 94.5 0.87 93.6 0.82 150 95.0 0.92 95.0 0.89 95.0 0.87 94.1 0.82 Với tiêu chuẩn nhƣ bảng 1-1, so sánh dãy động đƣợc sản xuất theo tiêu chuẩn trƣớc nhƣ tiêu chuẩn Việt Nam 1987-1994 Tiêu chuẩn đƣợc trình bày bảng 1-2.[5] Bảng 1-2: Tiêu chuẩn Việt Nam 1987-1994 động không đồng ba pha rôto lồng sóc kiểu IP44 Công suất 2p=2 2p=4 2p=6 2p=8 ε(%) cosφ ε(%) cosφ ε(%) cosφ ε(%) cosφ 1.1 77.5 0.87 75.0 0.81 74.0 0.74 70.0 0.68 1.5 81.0 0.85 77.0 0.83 75.0 0.74 74.0 0.65 2.2 83.0 0.87 80.0 0.83 81.0 0.73 76.5 0.71 3.0 84.5 0.88 82.0 0.83 81.0 0.76 79.0 0.74 4.0 86.5 0.89 84.0 0.84 82.0 0.81 83.0 0.7 5.5 87.5 0.91 85.5 0.86 85.0 0.80 83.0 0.74 7.5 87.5 0.88 87.5 0.86 85.5 0.81 86.0 0.75 11 88.0 0.90 87.5 0.87 86.0 0.86 87.0 0.75 15 88.0 0.91 89.0 0.88 87.5 0.87 87.0 0.82 18.5 88.5 0.92 90.0 0.88 88.0 0.87 88.5 0.82 22 88.5 0.91 90.0 0.90 90.0 0.90 88.5 0.84 30 90.5 0.90 91.0 0.89 90.5 0.90 90.0 0.81 37 90.0 0.89 91.0 0.90 91.0 0.89 90.0 0.83 45 91.0 0.90 92.0 0.90 91.5 0.89 91.5 0.82 55 91.0 0.92 92.5 0.90 92.0 0.88 92.0 0.84 75 91.0 0.89 93.0 0.90 92.0 0.89 92.5 0.85 90 92.0 0.90 93.0 0.91 92.5 0.89 93.0 0.85 110 91.0 0.89 92.5 0.90 93.0 0.90 93.0 0.85 132 91.5 0.89 93.0 0.90 93.5 0.90 93.5 0.85 (KW) Bằng cách lấy bình quân hiệu suất bảng 1-2 (với 2p=4 83.27%) bình quân hiệu suất với công suất tƣơng ứng bảng 1-1 (với 2p=4 89.08%), từ hai kết cho thấy hiệu suất tiêu chuẩn cao so với hiệu suất tiêu chuẩn cũ 5.8% Đứng trƣớc vấn đề đặt cho lĩnh vực thiết kế chế tạo máy điện cần nghiên cứu, tính toán thiết kế để tạo sản phẩm đạt đƣợc tiêu chuẩn kinh tế kỹ thuật nhằm đáp ứng yêu cầu xã hội Nó mang lại lợi ích lớn không mặt tiết kiệm lƣợng kinh tế mà bảo vệ tài nguyên môi trƣờng, giảm đáng kể hiệu ứng nhà kính 1.3 Kết luận - Động không đồng ba pha sử dụng khoảng 50% lƣợng điện tiêu thụ điện quốc gia - Nâng cao hiệu suất động không đồng ba pha lựa chọn để tiết kiệm lƣợng công ty công nghiệp - Lợi ích mang lại việc nâng cao hiệu suất động không đồng lớn: tiết kiệm điện tiêu thụ, giúp kinh tế phát triển, bảo vệ đƣợc nguồn tài nguyên, giảm đáng kể hiệu ứng nhà kính CHƢƠNG 2: CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA RÔTO LỒNG SÓC 2.1 Các thành phần tổn hao động không đồng pha roto lồng sóc Tổn hao động đƣợc diễn tả nhƣ hình 2.1[2], [3], [6], [7] P2 P1 pCu1 pFe pCu2 pcơ pf Hình 2-1: Giản đồ lượng động không đồng 3pha rôto lồng sóc Các mũi tên thành phần tổn hao cần phải tính toán trình thiết kế kiểm tra Có thể nhóm tổn hao động thành dạng nhƣ sau: - Một phần lƣợng tản máy dƣới dạng tổn hao lƣợng ma sát gọi tổn hao (pcơ ) - Tổn hao từ thông biến đổi chu kỳ mạch từ gọi tổn hao từ (tổn hao sắt pfe) - Tổn hao lƣợng dòng điện chảy dọc dẫn gọi tổn hao điện (tổn hao đồng): pcu1, pcu2 - Một phần tổn hao khác tổn hao từ trƣờng sóng bậc cao gọi tổn hao phụ Pf Các thành phần tổn hao động không đồng pha thông thƣờng có tỷ lệ nhƣ bảng 2.1 [11] STT Các thành phần tổn hao cực (2p=2) cực (2p=4) Tổn hao đồng Stato (pcu1) 26% 34% Tổn hao đồng Roto (pcu2) 19% 21% Tổn hao sắt (pfe) 19% 21% Tổn hao (pcơ) 25% 10% Tổn hao phụ (pfe) 11% 14% Bảng 2.1: tỷ lệ thành phần tổn hao động không đồng 3pha Các tổn hao sắt (pfe), đồng (pcu1, pcu2) bảng 2.1 thành phần sóng gây - Thành phần công suất stato (P1) sau trừ tổn hao lõi thép stato pfe1 tổn hao dây quấn pcu1 Pđt = P1 -PCu1 - PFe1 (W) 2.1.1 Tổn hao Tổn hao gồm có: tổn hao ma sát ổ bi, tổn hao ma sát rôto quay quanh môi trƣờng bao quanh (môi trƣờng không khí) tổn hao làm mát thuộc tổn hao - Tổn hao ổ trục: phụ thuộc vào cấu tạo chúng dạng bôi trơn Trong máy không lớn dùng ổ bi tròn đĩa với mỡ sệt Trong máy công suất lớn ngƣời ta dùng ổ trƣợt dầu lỏng bôi trơn để giảm bớt ma sát Trong điều kiện khác nhau, tổn hao ổ trục tăng tăng tốc độ quay, trọng lƣợng rôto đƣờng kính ngang trục vùng đặt ổ trục - Tổn hao ma sát rôto quay môi trƣờng xung quanh: Tổn hao công suất phải tiêu hao để làm quay cánh quạt gió Công suất tỷ lệ với lƣợng tiêu hao chất tải nhiệt cần thiết Q, nghĩa khối lƣợng qua hệ thống làm mát đơn vị thời gian áp suất H quạt tạo Công suất lớn hiệu suất thấp 10 Sr   d12  d22  h12   d1  d2  - Chiều cao rãnh rôto lớn theo điều kiện từ cảm nhỏ nhất: - Từ biểu thức (3.139), (3.140) d1  - (3.144) Đƣờng kính đáy lớn rãnh: d2  -   D  2.h4 s   Z1.bz1  Z1    (3.143)   D1  2.h12  Z1  bz1 (3.145) Từ biểu thức (3.143), (3.145) h12  Z1.d  Z1.bz1   D1 2 (3.146)  2.Z1    d22   2.Z1.bz1  2 D1  2.Z1.d1  d2  2.d1.Z1.bz1  2. D1.d1   d12  8. Sr Giải phƣơng trình bậc hai (3.146) ta tìm đƣợc đƣờng kính d2 - Chiều cao gông stator: (3.147) - Chiều cao rãnh stator: (3.148) - Mật độ từ cảm gông stator: 66 (3.149) Nhƣ từ liệu đầu vào mô đun thiết kế thép stator diện tích rãnh ứng với đƣờng kính cách điện dây dẫn, tác giả xác định đƣợc kích thƣớc rãnh stator: d1, d2, hr, hg… Với diện tích rãnh ta nhận đƣợc số liệu kích thƣớc rãnh Quá trình tìm kiếm giá trị diện tích rãnh ( đƣờng kính cách điện dây dẫn ) cho tổng tổn hao stator nhỏ đƣợc tiến hành theo lƣu đồ thuật toán hình 3.8 67 *) Lưu đồ thuật toán thiết kế thép stato: Bắt đầu Dữ liệu đầu vào, Dn, D, Bz, Bg, klđ, kF thông số dây quấn Tính Srs theo dcđ Chọn Bzsmin,Bzsmax, Bgsmin,Bgsmax Tính toán Srsmin;Srsmax Srsmin ≤Srsi≤ Srsmax Tính: bzsi, d1si, d2si, h12si hzsi, Hzsi, hgsi, Hgsi Tính Psi Chọn phƣơng án: psi = psmin Kết thúc Hình 3.8: Lƣu đồ thuật toán thiết kế thép stator 68 3.3.3 Ví dụ xác định diện tích rãnh tối ƣu thông số rãnh stato Trong phần tác giả tiến hành thực toán tối ƣu diện tích rãnh stator áp dụng cho động P = 5,5 KW thiết kế mục 3.2 Thông số đầu vào mô đun: Đƣờng kính sủa stator : Dn = 22,5 cm Đƣờng kính sủa stator : D = 15 cm Số rãnh stator : Z1 = 36 rãnh Chiều dài stator : l1 = 7,44 cm Mật độ từ thông khe hở không khí: Bδ = 0,90 T Bƣớc stator : t1 = 1,3083 cm Kiểu dây quấn: đồng khuôn tập trung lớp bƣớc đủ Từ thông khe hở không khí : Ф = 0,00505 Wb Chiều cao miệng rãnh : h4s = 0,5 mm Chiều rộng miệng rãnh : h4s = 2,5 mm Từ thông số đầu vào tác giả tiến hành tính toán thông số động cho diện tích rãnh stator biến thiên khoảng từ: Srmin ≤ Sr ≤ Srmax ứng với đƣờng kính cách điện dây quấn nằm rãnh đó: dcđmin ≤ dcđ ≤ dcđmax Muốn làm đƣợc điều tác giả tiến hành tính toán Srmin Srmax nhƣ sau: * Tính toán Srmin ứng với { - Bề rộng stator lớn tính theo 3.138 nhƣ sau: - Chiều cao gông stator lớn tính theo 3.147 nhƣ sau: - Tính d1min theo 3.144 nhƣ sau: 69 d1min    D  2.h4 s   Z1.bz1max 3,14 150  2.0,5  36.6,69   7,5  mm   Z1     36  3,14 - Gải phƣơng trình bậc hai 3.146 ta tính đƣợc d2min:  2.Z    d   2.Z b 2 z1  2 D1  2.Z1.d1  d2  2.d1.Z1.bz1  2. D1.d1   d12  8. Sr  d2min  7,7  mm  - Chiều cao rãnh stator nhỏ theo 3.137: - Tính h12 nhỏ nhất: d d 7,5 7, h  hr  h  1min  2min  13,68  0,5    5,56(mm) 12 41 2 2 - Diện tích rãnh stator nhỏ theo 3.143 đƣợc tính nhƣ sau: Sr   d1min  d2min  h12min   d1min  d2min  3,14 7,52  7,  13, 68    7,5  7,   87,890 mm2   - Ta tính đƣợc dcđmin ứng với Srmin theo 3.136 nhƣ sau: √ √ Tra bảng VI.I trang 619 ta chọn dcđmin = 1,33( mm ) Trong đó: dcđmin đƣờng kích dây nhỏ ứng với diện tích rãnh nhỏ Srmin diện tích rãnh nhỏ ứng với mật độ từ cảm gông stator nhỏ * Tính toán Srmax ứng với { 70 - Bề rộng stator nhỏ tính theo 3.138 nhƣ sau:: - Chiều cao gông stator nhỏ tính theo 3.147 nhƣ sau: - Tính d1max theo 3.144 nhƣ sau: d1max    D  2.h4 s   Z1.bz1min 3,14 150  2.0,5  36.5,97   8,5  mm   Z1     36  3,14 - Gải phƣơng trình bậc hai 3.146 ta tính đƣợc d2max:  2.Z    d   2.Z b 2 z1  2 D1  2.Z1.d1  d2  2.d1.Z1.bz1  2. D1.d1   d12  8. Sr  d2max  8,7  mm  - Chiều cao rãnh stator lớn theo 3.137: - Tính h12 lớn nhất: d d 8,5 8, h  hr max  h  1max  2max  15,58  0,5    6,82(mm) 12 41 2 2 - Diện tích rãnh stator lớn theo 3.143 đƣợc tính nhƣ sau: Sr max    d1max  d2max  h12max   d1max  d2max  3,14 8,52  8,  15,58   8,5  8,   124, 264 mm2  - Ta tính đƣợc dcđmax ứng với Srmax theo 3.136 nhƣ sau:: 71  √ √ Tra bảng VI.I trang 619 ta chọn dcđmax = 1,585 ( mm ) Trong đó: dcđmax đƣờng kích dây lớn ứng với diện tích rãnh lớn Srmax diện tích rãnh lớn ứng với mật độ từ cảm gông stator lớn * Bƣớc tác giả tiến hành tính toán phƣơng án diện tích rãnh stator ứng với đƣờng kính cách điện dây quấn thay đổi khoảng: dcđmin ≤ dcđ ≤ dcđmax Các kích thƣớc, diện tích rãnh, mật độ từ cảm gông phƣơng án xác định theo biểu thức mục 3.3.2 Phần tính toán kiểm tra thực theo tài liệu [1] Các kết thực tế tính toán đƣợc trình bày bảng 3.2; 3.3; 3.4 dcđ (mm) 1.33 1.385 1.405 1.435 1.485 1.535 1.585 Srãnh(mm2) 87.303 94.672 97.426 101.631 108.837 116.289 123.989 hr1(mm) 14.105 15.003 15.278 15.558 16.392 16.481 17.309 hg1(mm) 24.691 23.818 23.556 23.308 22.496 22.490 21.685 d1(mm) 6.667 6.667 6.711 6.883 6.883 7.463 7.463 d2(mm) 7.780 7.924 8.005 8.194 8.328 8.830 8.963 bz1(mm) 7.09 7.085 7.045 6.888 6.888 6.358 6.358 Bz1(T) 1.75 1.750 1.760 1.800 1.800 1.950 1.950 Bg1(T) 1.447 1.500 1.517 1.533 1.588 1.588 1.647 BẢNG 3.2 KÍCH THƢỚC LÁ THÉP STATO VÀ MẬT ĐỘ TỪ CẢM TRONG STATOR 72 dcđ (mm) 1.33 1.385 1.405 1.435 1.485 1.535 1.585 r1 (Ω) 1.936 1.797 1.745 1.670 1.558 1.452 1.435 r2 (Ω) 4.5.10-5 4.510-5 4.510-5 4.510-5 4.510-5 4.510-5 4.510-5 r’2 (Ω) 0.574 0.574 0.574 0.574 0.574 0.574 0.574 x (Ω) 2.641 2.656 2.662 2.670 2.685 2.696 2.711 x’2 (Ω) 1.9400 1.9400 1.9400 1.9400 1.9400 1.9400 1.9400 x12 (Ω) 66.141 65.335 65.095 64.858 64.136 64.090 63.388 I’2 (A) 10.224 10.224 10.224 10.224 10.224 10.224 10.224 I1 (A) 11.360 11.360 11.360 11.360 11.360 11.360 11.360 Iμ (A) 3.199 3.236 3.247 3.258 3.292 3.294 3.328 BẢNG 3.3 CÁC THÔNG SỐ MẠCH ĐIỆN THAY THẾ dcđ 1.33 1.385 1.405 1.435 1.485 pCu1(W) 699.58 659.02 643.39 620.15 585.99 551.21 547.89 pCu2(W) 180.01 180.01 180.01 180.01 180.01 180.01 180.01 pFe(W) 30.35 35.23 36.93 39.15 44.08 47.14 pcơ(W) 57.665 57.665 57.665 57.665 57.665 57.665 57.665 pS(W) 729.93 694.25 680.32 659.3 630.07 598.35 600,03 pf(W) 31.36 31.55 31.62 31.72 31.88 32.02 ∑p(W) 998.96 963.48 949.61 928.69 899.62 868.04 870.05 ε% 0.8414 0.8470 0.8501 0.8547 0.8593 0.8645 0.8644 (mm) BẢNG 3.4: TỔN HAO VÀ HIỆU SUẤT 73 1.535 1.585 52.41 32.07 p S(W) 800 700 600 pS 500 pFe 400 pCu 300 200 100 Sr (mm2) 87.303 94.672 97.426 101.631 108.837 116.289 123.989 HÌNH 3.9: ĐỒ THỊ TỔN HAO TRÊN STATOR THEO TIẾT DIỆN RÃNH * Phân tích kết quả: Khi thực toán thiết kế tối ƣu diện tích rãnh stator ta nhận thấy dải biến thiên cho phép diện tích rãnh stator tồn hai phƣơng án hiệu suất động có giá trị lớn hiệu suất động có giá trị nhỏ Để so sánh chênh lệch kết ta đƣa bảng so sánh sau: Mục tt Min max chênh lệch tỷ lệ % Srãnh(mm2) 87.303 116.289 28.986 33.2 ∑p(W) 998.96 868.04 130.92 13.1 η% 0.8414 0.8645 0.0231 2.75 Bảng 3.5: So sánh thông số ứng với Srãnh max 74 Nhƣ cách thay đổi diện tích rãnh tăng lên 33.2% tổn tổn hao động giảm 13.1%, hiệu suất động tăng lên 2.75% so với giá trị ứng với diện tích rãnh stator nhỏ Phƣơng án tối ƣu theo tổn hao nhỏ stato ứng với hiệu suất lớn động trƣờng hợp là: - Diện tích rãnh stator : Sr = 116.289 mm2 - Đƣờng kính đáy nhỏ rãnh : d1 = 7.463 mm - Đƣờng kính đáy lớn rãnh : d2 = 8.830 mm - Chiều rộng stator : bz1= 6.358 mm - Chiều cao gông stator : hg1 = 22.490 mm - Mật độ từ cảm gông : Bg = 1.588 T - Mật độ từ cảm : Bz = 1.950 T - Chiều cao rãnh stator : hr1 = 16.481 mm - Đƣờng kính cách điện dây quấn stator: dcđ = 1.535 m m - Điện trở dây quấn stator : r1 = 1.452 Ω - Tổn hao dây quấn stator : pCu1 = 551.21(W) - Tổn hao sắt : pFe = 47.14(W) - Tổn hao dây quấn roto : pCu2 = 180.01(W) - Tổn hao phụ : pf = 32.02(W) - Tổn hao : pcơ = 57.665(W) - Tổn hao stator : pS = 598.35(W) - Tổng tồn hao : ∑p = 868.04(W) - Hiệu suất động : ε% = 0.8645% 75 3.4 Kết luận Sau tìm đƣợc kích thƣớc tối ƣu thép, tổn hao hiệu suất, đồng thời xây dựng đặc tính làm việc rút số kết luận sau: Khi Sr tăng lên ( Srmin ≤ Sr ≤ Srmax ) tổn hao sắt tăng lên Khi Sr tăng lên từ Srmin đến Sr = 116.289 ( mm2 ) tổn hao dây quấn stator giảm nhanh Khi Sr = 123.989 ( mm2 ) tổn hao dây quấn stator giảm không đáng kể Do Sr = 116.289( mm2 ) tổng tổn hao stator động nhỏ Đã xây dựng quy trình tính toán thiết kế thép stato động không đồng ba pha rôto lồng sóc cách lựa chọn tối ƣu hóa tiết diện rãnh Để thực toán này, chƣơng xây dựng lƣu đồ thuật toán để giải toán thiết kế tối ƣu tiết diện rãnh stato Bằng cách sử dụng thuật toán tối ƣu hóa kích thƣớc thép stato Tìm đƣợc tiết diện rãnh tối ƣu stator Sr = 116.289 (mm2), với tiết diện rãnh hiệu suất động lớn ε = 0.8645 Tổn tổn hao động giảm 13.1%, hiệu suất động tăng lên 2.75% so với giá trị ứng với diện tích rãnh stator nhỏ 76 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ Kết luận Vấn đề nghiên cứu xuất phát từ yêu cầu thực tế cấp bách sống tiết kiệm lƣợng Động Không đồng ba pha rôto lồng sóc đƣợc dùng phổ biến công nghiệp phận hệ truyền động Do hiệu suất Động tiêu kinh tế quan trọng hàng đầu việc tiết kiệm lƣợng Đề tài: ‘‘Nghiên cứu ảnh hưởng tiết diện rãnh stator tới hiệu suất động không đồng ba pha rôto lồng sóc’’ Đã hoàn tất nội dung theo tiến độ đƣợc giao Đề tài đƣa tập trung nghiên cứu vấn đề sau: Tổng quan tình hình sản xuất động không đồng ba pha rôto lồng sóc, cần thiết phải nâng cao hiệu suất động Các thông số thiết kế (hay thông số kết cấu) có ảnh hƣởng khác đến tổn hao đồng sắt động không đồng ba pha rôto lồng sóc Đã thiết kế động không đồng ba pha rôto lồng sóc 5.5kW, 2p=4 Đã xây dựng thuật toán thiết kế thép stato sở giải toán tối ƣu hóa tiết diện rãnh stator để tìm đƣợc tổn hao stator động nhỏ Đã nhận đƣợc kết thiết kế động với hiệu suất 0.8645% Kiến nghị So sánh hiệu suất động ứng với trƣờng hợp diện tích rãnh tối ƣu với hiệu suất động theo tiêu chuẩn động hiệu suất cao TCVN 7540-1:2005 ( bảng 1-1 ) thấy hiệu suất động thiết kế chƣa đạt yêu cầu Do phƣơng pháp kế động phải lúc tiến hành nhiều biện pháp tính chọn thông số khác thiết kế nhƣ kích thƣớc bản, chiều cao rãnh, chiều dài khe hở không khí v.v… Cần có thời gian nghiên cứu sâu để xây dựng thuật toán tối ƣu áp dụng cho tất dãy công suất, loại vật liệu chế tạo mạch từ áp dụng cho tất loại rãnh khác Khi hạn chế đƣợc tổn hao sắt đồng thiết kế,tìm đƣợc kích thƣớc rãnh tối ƣu cho tất cc dãy công suất 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Khánh Hà – Nguyễn Hồng Thanh (2006), Thiết kế máy điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà nội Vũ Gia Hanh– Phan Tử Thụ biên dịch (1992), Máy điện tập 1,2,3, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà nội Vũ Gia Hanh – Trần Khánh Hà – Phan Tử Thụ – Nguyễn Văn Sáu (2001), Máy điện tập 1-2, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà nội Công ty chế tạo điện Hà Nội, (12-2006); Xây dựng phần mềm thiết kế động không đồng pha hiệu suất cao tiết kiệm lƣợng có công suất đến 100kW Ứng dụng vào thiết kế chế tạo cho dãy động 3kW; Đề tài khoa học cấp 2005 Nguyễn Hồng Thanh-Đoàn Đức Tùng, (03-2008); Công nghệ thiết kế động điện không đồng pha rôto lồng sóc hiệu suất cao; Đề tài khoa học cấp (2006-2007) ALI EMADI; Energy-efficient electric motors; MARCEL DEKKER, Newyork 2005 B Renier, K Hameyer and R Belmans (September 1999), Comparison of standards for determining efficiency of three phase induction motors, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol.14 (No.3), 512-517 E.F.Fuchs, H.Huang (December 1999), Comparition of two optimization techniques as applied to three phase induction motor design, IEEE transaction on Enerry Conversion Vol.14 (No.4), 651-660 Prof Francesco Parasiliti, Dr Marco Villani (December 2003), design of high efficincy industrial induction motors by innovative technologies and new materials, Department of Electrical Engineering, University of L’Aquila, 1-4 10 A E Fitzgerald, Charles Kingsley, Stephen D Umans; lectric Machinery; McGRAW- HILL Book Company, New York, 2003 78 11 Prof.B.E Kushare, Mr.S.Y.Kulkarni (2003), The Complete guide to Energy Efficient Motors, International Copper Promotion Counci, India 12 Hans De Keulenaner, David Chapman (April 2004), Energy Efficient Motor Driven Systems can save Europe 200 bilion kWh of electricity consumption and 100 million tonne of greenhouse gas emissiones a year, European Copper Institute, 1-25 13 F.Parasiliti-M.villani-C.Paris-O.walti-G.Sonigini-A.Novello-J.Rossi, (2004), three phase induction motor efficiency improvements with die-cast copper rotor cage and premium steel speedam 2004 June 16th-18th, Capri (Italy), 338-343 14 An Indepth- Examination of an Energy Efficiency Technology, Efficiency Improvements for AC Electric Motors, PG & E Energy Efficiency Imformation 4/25/97,1-11 79 80 ... xuất động không đồng ba pha r to lồng sóc, cần thiết phải nâng cao hiệu suất động Chương 2: Các giải pháp nâng cao hiệu suất động không đồng ba pha r to lồng sóc Chương 3: Thiết kế diện tích rãnh. .. cao hiệu suất động không đồng ba pha Để nâng cao hiệu suất động không đồng ba pha phải giảm thành phần tổn hao nói trên, để làm điều có giải pháp sau: R to lồng sóc đƣợc đúc đồng: Các dẫn r to lồng. .. giải pháp thứ mục tiêu để nghiên cứu Trong hƣớng nghiên cứu đề tài đề cập đến vấn đề chủ yếu ảnh hƣởng diện tích rãnh stator đến hiệu suất động không đồng 3pha r to lồng sóc 2.3 Kết luận Qua