Nghiên cứu phương pháp thiết kế động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu công suất đến 1kw khởi động bằng dây quấn lồng sóc

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi, có hỗ trợ từ Giáo viên hƣớng dẫn TS Bùi Đức Hùng Các nội dung nghiên cứu kết đề tài trung thực chƣa công bố cơng trình nghiên cứu trƣớc Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, tính tốn đƣợc tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi phần tài liệu tham khảo Ngồi ra, đề tài cịn sử dụng số nhận xét, đánh giá nhƣ số liệu tác giả khác, đƣợc thể phần tài liệu tham khảo Nếu phát có gian lận tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trƣớc Hội đồng, nhƣ kết luận văn Hà Nội, ngày 22 tháng 09 năm 2013 Tác giả Hồ Song Hào MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 10 CHƢƠNG TÌM HIỂU VỀ VẬT LIỆU TỪ DÙNG CHẾ TẠO NAM CHÂM VĨNH CỬU VÀ ỨNG DỤNG TRONG NGÀNH CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN 12 1.1 Tìm hiểu vật liệu từ dùng chế tạo nam châm vĩnh cửu 12 1.1.1 Các đặc trƣng vật liệu từ cứng 14 1.1.2 Một số loại vật liệu từ cứng dùng chế tạo nam châm vĩnh cửu 17 1.1.3 Ảnh hƣởng tính chất vật liệu từ cứng đến tính động đồng nam châm vĩnh cửu 18 1.2 Ứng dụng vật liệu từ ngành chế tạo máy điện 21 CHƢƠNG TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU 23 2.1 Tổng quan động đồng nam châm vĩnh cửu 23 2.2 Tổng quan thiết kế, chế tạo động đồng nam châm vĩnh cửu giới nƣớc 26 2.2.1 Tình hình thiết kế chế tạo động đồng nam châm vĩnh cửu số hãng giới 26 2.2.2 Tình hình thiết kế chế tạo động đồng nam châm vĩnh cửu Việt Nam 34 CHƢƠNG XÂY DỰNG PHƢƠNG PHÁP TÍNH TỐN, THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU CÔNG SUẤT ĐẾN 1KW KHỞI ĐỘNG BẰNG DÂY QUẤN LỒNG SÓC 35 3.1 Các thông tin cần thiết cho thiết kế phần điện động 35 3.2 Tính tốn, thiết kế stato động điện đồng nam châm vĩnh cửu công suất đến 1kW khởi động dây quấn lồng sóc 35 3.2.1 Sự ảnh hƣởng hình dạng rãnh tới tính động điện .35 3.2.2 Tính tốn stato động đồng nam châm vĩnh cửu công suất đến 1kW 39 3.3 Tính tốn, thiết kế roto động điện đồng nam châm vĩnh cửu công suất đến kW khởi động dây quấn lồng sóc 53 3.3.1 Ảnh hƣởng cấu trúc roto nam châm vĩnh cửu 53 3.3.2 Phân tích thơng số ảnh hƣởng đến việc tính tốn mạch từ roto .58 3.4 Ví dụ tính tốn thiết kế động đồng nam châm vĩnh cửu công suất 370W khởi động dây quấn lồng sóc 60 3.4.1 Tính tốn thơng số 61 3.4.2 Tính tốn stato 61 3.4.3 Tính toán roto 67 3.4.4 Tính tốn mạch từ 75 3.4.5 Tính tốn tham số động 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT HC Lực kháng từ B Cảm ứng từ H Cƣờng độ từ trƣờng Br, Jr Cảm ứng từ dƣ (B.H)max Tích lƣợng từ cực đại ρm Mật độ từ tích hiệu dụng Pđm Cơng suất định mức nđm Tốc độ quay định mức f Tần số nguồn điện Uđm Điện áp định mức D Đƣờng kính stato Dn Đƣờng kính ngồi stato ls Chiều dài tính tốn lõi thép stato Hệ số kết cấu, tỷ lệ đƣờng kính đƣờng kính stato Tỷ lệ chiều dài lõi thép với đƣờng kính stato kD λ CA B Hằng số Arnold Cơng suất tính tốn (cơng suất biểu kiến mà động điện lấy từ lƣới vào) Mật độ từ thông khe hở khơng khí A Tải đƣờng J Mật độ dòng điện W Tải nhiệt cho phép động  Điện trở suất vật liệu dẫn điện Zs Số rãnh stato Zr Số rãnh roto bz Bề rộng tối thiểu  Bƣớc cực p Số đôi cực δ Khe hở khơng khí kdq Hệ số dây quấn kn Hệ số dây quấn bƣớc ngắn Ps kr Hệ số quấn rải q Số rãnh pha dƣới cực ks Hệ số dạng sóng kδ Hệ số khe hở khơng khí  Hệ số cung cực từ tính tốn us Số dẫn rãnh hgS Chiều cao gông stato h4s Chiều cao miệng rãnh stato b4S Chiều rộng miệng rãnh stato klđ Hệ số lấp đầy rãnh Brs Mật độ từ thông stato t1 Bƣớc rãnh stato t2 Bƣớc rãnh roto dcđ Đƣờng kính dây dẫn kể cách điện d Đƣờng kính dây dẫn khơng kể cách điện β  Hệ số bƣớc ngắn kc Hệ số ép chặt Bg Mật độ từ thông gông hrS Chiều cao rãnh stato d1, d2 Các đƣờng kính đáy rãnh Sr Diện tích rãnh Scđ Diện tích phần cách điện Rr Bán kính roto Fδ Sức từ động khe hở khơng khí kZ Hệ số bão hòa x1, x2 Điện kháng tản dây quấn stato, roto Từ thông khe hở không khí DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Trang Bảng 1.1 Một số loại vật liệu từ cứng làm nam châm vĩnh cửu tính 19 Bảng 1.2 Nhiệt độ làm việc số loại vật liệu từ cứng 21 Bảng 2.1 Các tiêu chuẩn quy tắc thông dụng chế tạo máy điện quay 28 Bảng 2.2 Thông số số động đồng nam châm vĩnh cửu VEM sản xuất 31 Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật động hiệu suất cao 0,15÷4kW 32 Bảng 2.4 Thơng số kỹ thuật động hiệu suất cao 13÷22kW 33 Bảng 3.1 Bảng 3.2 Sự phối hợp rãnh stato roto động cơng suất nhỏ Đặc tính từ vật liệu N35 45 68 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình Trang Hình1.1 Đƣờng cong từ trễ đặc trƣng vật liệu từ cứng 12 Hình 1.2 Những tiến vật liệu nam châm vĩnh cửu 14 Hình 1.3 Cấu trúc tinh thể NdFeB 19 Hình 2.1 Nguyên lý cấu trúc động đồng nam châm vĩnh cửu 24 Hình 2.2 Momen động đồng nam châm vĩnh cửu có nam châm đƣợc gắn chìm bên roto 25 Hình 2.3 Hình dáng cấu trúc roto động đồng nam châm vĩnh cửu 30 Hình 2.4 Hình dáng kích thƣớc động đồng nam châm vĩnh cửu loại hiệu suất cao 0,15÷4kW 32 Hình 2.5 Hình dáng kích thƣớc động đồng nam châm vĩnh cửu loại hiệu suất cao 13÷22kW 33 Hình 3.1 Một số dạng rãnh 36 Hình 3.2 Rãnh chữ nhật hở cho tơn stato 37 Hình 3.3 Rãnh ô van chữ nhật 38 Hình 3.4 Rãnh chữ nhật nửa hở lõi thép stato 39 Hình 3.5 Quan hệ  = f(Pđm) động điện công suất nhỏ pha 44 2p = 2p =4 Hình 3.6 Vị trí bối dây stato sức từ động 47 Hình 3.7 Phân bố dây quấn từ trƣờng dọc khe hở 47 Hình 3.8 Một số kiểu dây quấn stato 48 H×nh 3.9 Chọn kiểu rãnh stato 51 Hình 3.10 Các kiểu roto sử dụng động đồng nam châm vĩnh cửu 53 Hình 3.11 Các kiểu roto sử dụng động đồng nam châm vĩnh cửu khởi động trực tiếp từ điện áp lƣới cơng nghiệp 54 Hình 3.12 Từ thơng khe hở khơng khí theo độ điện theo cấu trúc 3.11-a 55 Hình 3.13 Hệ số cơng suất theo góc mơmen theo cấu trúc 3.11-a 56 Hình 3.14 Từ thơng khe hở khơng khí theo độ điện theo cấu trúc 3.11-b 56 Hình 3.15 Hệ số cơng suất theo góc mơmen theo cấu trúc 3.11-b 57 Hình 3.16 Từ thơng khe hở khơng khí theo độ điện theo cấu trúc 3.11-c 57 Hình 3.17 Hệ số cơng suất theo góc mơmen theo cấu trúc 3.11-c 58 Hình 3.18 Ví dụ đƣờng đặc tính momen - tốc độ lúc khởi động 59 Hình 3.19 Sơ đồ dây quấn stato 64 Hình 3.20 Kích thƣớc rãnh stato 66 Hình 3.21 Đƣờng cong khử từ vật liệu N35 theo nhiệt độ 68 Hình 3.22 Cách gắn nam châm vĩnh cửu lên roto 69 Hình 3.23 Các kích thƣớc tính tốn nam châm 69 Hình 3.24 Cấu trúc cực từ nam châm vĩnh cửu 70 Hình 3.25 Kích thƣớc cực nam châm 71 Hình 3.26 Các dạng rãnh roto 72 Hình 3.27 Kích thƣớc rãnh roto 75 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Cùng với phát triển mạnh mẽ cơng nghiệp hóa, đại hóa nhu cầu tiêu thụ lƣợng ngày tăng lên Phần lớn điện tiêu thụ thuộc hệ thống truyền động điện mà chủ yếu loại động điện khác Hiện động điện không đồng roto lồng sóc đƣợc sử dụng phổ biến hệ thống truyền động kể trên, chúng có kết cấu đơn giản, dễ dàng vận hành bảo dƣỡng, giá thành thấp độ tin cậy tƣơng đối cao Tuy nhiên nhƣợc điểm động loại hiệu suất hệ số cơng suất cịn thấp so với động đồng dẫn đến hiệu sử dụng lƣợng điện chƣa cao Để khắc phục nhƣợc điểm động không đồng ngƣời ta cân nhắc đến việc sử dụng động đồng có hiệu suất hệ số cơng suất cao để thay Song có nhƣợc điểm cấu tạo phức tạp, có chổi than - vành trƣợt nên khó khăn vận hành bảo dƣỡng, độ tin cậy không cao, khu vực dễ cháy nổ Việc sử dụng động đồng nam châm vĩnh cửu giải pháp có khả giải đƣợc nhƣợc điểm hai loại động Hiện động đồng nam châm vĩnh cửu phát triển mạnh thay động không đồng hệ truyền động Nhờ phát triển ngành công nghệ vật liệu sản xuất nam châm vĩnh cửu nên chất lƣợng, hiệu suất hiệu động học động loại ngày đƣợc nâng cao Tuy Việt Nam nay, nhiều tài liệu tác giả uy tín cơng bố chủ yếu tập trung nghiên cứu thiết kế điện từ, vấn đề liên quan đến kết cấu, công nghệ chế tạo… hầu nhƣ đƣợc đề cập đến cách khái quát [1] Việc triển khai nghiên cứu, thiết kế chế tạo loại động nƣớc để trở thành thƣơng phẩm điều cần thiết Trên sở phân tích trên, tác giả lựa chọn đề tài “Nghiên cứu phƣơng pháp thiết kế Động đồng nam châm vĩnh cửu công suất đến 1kW khởi động dây quấn lồng sóc” 10 Mục tiêu nghiên cứu luận văn Mục tiêu nghiên cứu đề tài sâu vào tìm hiểu phƣơng pháp tính tốn, thiết kế động đồng nam châm vĩnh cửu công suất nhỏ dƣới 1kW, bao gồm: cách lựa chọn kích thƣớc bản, tính tốn thiết kế phận động cơ, tính tốn thơng số tham số động Đối tƣợng nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu động đồng nam châm vĩnh cửu có cơng suất nhỏ dƣới 1kW, khởi động dây quấn lồng sóc Phạm vi nghiên cứu Tìm hiểu vật liệu chế tạo nam châm vĩnh cửu dùng động cơ, tìm hiểu động đồng nam châm vĩnh cửu đƣa phƣơng pháp tính tốn thiết kế Phƣơng pháp nghiên cứu Tìm hiểu phƣơng pháp thiết kế tính toán đƣợc động đồng nam châm vĩnh cửu thông qua thực tế tài liệu tham khảo 11 Chọn a = 1,2 mm 31 Bán kính roto Rr = Ra – δ – a = 38 – 0,3 – 1,2 = 36,5 mm Trong đó: Ra bán kính stato, R a  D 7,6   3,8 cm  38 mm 2 32 Tính góc cực: Trên hình 3.23 α gọi góc cực Góc cực  chọn 2/3 bƣớc cực bƣớc cực, với việc thực rãnh nghiêng roto Đối với động ta chọn  bƣớc cực,  = 900 Bƣớc theo độ khí: 3600  150 (24 số rãnh stato) 24 Bƣớc theo độ điện:  d elec  p.15  2.15  300 với p số đơi cực Vì kích thƣớc roto khơng lớn nên kích thƣớc nam châm nhỏ Do cực nam châm vĩnh cửu đƣợc chế tạo dƣới dạng khối nguyên miếng (hình 3.24) Hình 3.24 – Cấu trúc cực từ nam châm vĩnh cửu Nam châm vĩnh cửu roto đƣợc chia làm khối (cho cực từ), số đo góc khối 900 70 900 Chia khối thành phần, góc phần  180 Ta lấy 4/5 khối làm cực từ nên góc khối 4.180 = 720 33 Kích thƣớc cực nam châm vĩnh cửu Mỗi cực nam châm vĩnh cửu có hình dạng phần hình vành khun, với kích thƣớc đƣợc thể hình 3.25 Góc cực: 720 Bề dày nam châm: 1,2 mm Bán kính trong: 36,5 mm (bằng bán kính roto) Bán kính ngoài: 36,5 + 1,2 = 37,7 mm Chiều dài lấy chiều dài lõi thép stato ls = 60,8 mm Hình 3.25 – Kích thước cực nam châm 3.4.3.2 Tính tốn roto lồng sóc khởi động 34 Chọn rãnh roto Rãnh roto thƣờng có dạng hình trịn lê, thƣờng rãnh miệng kín để đảm bảo độ bền khuôn dập tiện cho việc đúc nhôm 71 Hình 3.26 – Các dạng rãnh roto a b) rãnh tròn; c d) rãnh lê Khi chọn số rãnh roto cần phối hợp với số rãnh stato nhằm giảm đƣợc momen ký sinh đồng không đồng bộ, tiếng ồn lực hƣớng tâm sinh ra, tổn thất phụ… Theo bảng 3.1 với số rãnh stato ZS = 24 ta chọn số rãnh roto Zr = 16 rãnh 35 Tính dòng điện định mức dẫn roto I td  k I Trong đó: 2mw1k d 2.3.1168.0,932 Iđm  0,984 .0,683  274,35 A Zr 16 w1 số vòng dây pha dây quấn stato, w1 = 1168 vòng m số pha, m = kd hệ số dây quấn stato, kd = 0,932 Iđm dòng điện định mức stato, Iđm = 0,683 A kI hệ số phụ thuộc vào cosυ theo quan hệ sau: kI = 0,8*cosđm + 0,2 = 0,8*0,98 + 0,2 = 0,984 36 Tính tiết diện dẫn roto Chọn sơ mật độ dòng điện dẫn roto J2 = A/mm2, ta đƣợc Std  I td 274,35   54,87 mm J2 37 Dòng điện vành ngắn mạch 72 I td Iv  2sin Trong đó:  p Zr 274,35  358, 45 A 2 2sin 16 p số đôi cực, p = 38 Chọn mật độ dòng điện vành ngắn mạch Theo kinh nghiệm tài liệu thiết kế máy điện nhỏ, mật độ dịng điện vành ngắn mạch thƣờng đƣợc chọn khoảng (0,6 ÷ 0,8) mật độ dòng điện dẫn Chọn Jv = 0,8J2 = 0,8.5 = A/mm2 39 Tính tiết diện vành ngắn mạch Sv  I v 358, 45   89,61 mm Jv 40 Đƣờng kính ngồi roto: DR = 2RR = 2.36,5 = 73 mm = 7,3 cm 41 Bƣớc roto: t2 = π.D R 3,14.7,3 = = 1,433 (cm) ZR 16 42 Tính sơ chiều rộng roto: b zR = Trong đó: Bδ ls t 0,8.6,08.1,433 = = 0, 62(cm) BzR ls k c 1,95.6,08.0,95 kc = 0,95 hệ số ép chặt BzR mật độ từ thông roto, lấy BzR = 1,95 (T) 43 Chọn rãnh roto hình lê Dùng nhôm đúc làm dẫn vành ngắn mạch roto Kích thƣớc rãnh roto nhƣ sau: 73 d1R  (D R  2.h 4r ) - b zR ZR 3,14(7,3  2.0,05) - 0,62.16   0,663(cm) ZR   16  3,14 Chọn d1R = 6,6 mm Lấy d2R = 4,5 mm Z (b  d 2R )   h12R  0,5  D R  d1R  2h 4R  R zR    16(6,  4,5    0,5 73  6,6  2.0,5    5, 45mm 3,14   Lấy h12R = 5,4 mm Chiều cao rãnh roto: hrR = 0,5(d1R + d2R) + h12R + h4R = 0,5.(6,6 + 4,5) + 5,4 + 0,5 = 11,45 mm Lấy hrR = 11,4 mm Tiết diện rãnh roto: 2 (d1R  d 2R ) d  d 2R SR   h12R 1R 2 3,14.(6,6  4,5 ) 6,6  4,5   5,  55mm Chọn kích thƣớc vành ngắn mạch: a = mm; b = 13 mm Tiết diện vành ngắn mạch: Sv = 7.13 = 91 mm2 74 Hình 3.27 – Kích thước rãnh roto 3.4.4 Tính tốn mạch từ 44 Hệ số khe hở khơng khí k1  t1 0,995   1,029 t1  v1.(  a) 0,995  0,1875.(0,03  0,12) b4 S ]2 [1, (0,3  1, 2)]2 (  a) Trong đó: v1    0,1875 b4 S  1, (0,3  1, 2) 5 (  a) [ k  Trong đó: v2  t2 1, 433   1,001 t2  v2 (  a) 1, 433  0,0784.(0,03  0,12) [ b4 R (  a) b  4R ]2   [1 (0,3  1, 2)]2  0, 0784  (0,3  1, 2) Do đó: kδ = kδ1.kδ2 = 1,029.1,001 = 1,03 45 Dùng thép kỹ thuật cán nguội loại 2212 46 Sức từ động khe hở khơng khí Fδ = 1,6Bδkδδ.104 = 1,6.0,8.1,03.0,03.104 = 430,85 (A) 47 Mật độ từ thông stato BzS  B t1 0,8.0,995   1,97(T ) bzS kc 0, 425.0,95 75 48 Cƣờng độ từ trƣờng stato Tra bảng Phụ lục V.6 [2] với BzS ta đƣợc HzS = 57,9 (A/cm) 49 Sức từ động stato FzS  2hzS' H zS  2.0,83.57,9  96,11( A) Trong đó: hzS'  hzS  d2 9,7  9,9   8,3(mm) 6 50 Cƣờng độ từ trƣờng roto Tra đƣờng cong khử từ nam châm vĩnh cửu làm từ vật liệu N35 (hình 3.21), chọn nhiệt độ làm việc roto 600C với Br = 1T ta có Hr = 665 (A/cm) 51 Sức từ động roto Fr = a.Hr = 0,12.665 = 79,8 (A) Trong đó: a = 0,12 cm bề dày nam châm 52 Hệ số bão hòa kZ  F  FzS  Fr 430,85  96,11  79,8   1, 41 F 430,85 53 Mật độ từ thông gông BgS   104 2.hgS ls kc  17,13.104.104  1,32(T ) 2.1,122.6, 08.0,95 54 Cƣờng độ từ trƣờng gông stato Tra bảng Phụ lục V.9 [2] với BgS = 1,32T ta đƣợc HgS = 5,33 (A/cm) 55 Chiều dài mạch từ gông stato LgS   ( Dn  hgS ) 2p  3,14(11,6  1,122)  8, 23(cm) 2.2 56 Sức từ động gông stato 76 FgS  LgS H gS  8,23.5,33  43,86( A) 57 Tổng sức từ động mạch từ F  F  FzS  Fr  FgS  430,85  96,11  79,8  43,86  650,62( A) 58 Hệ số bão hòa mạch từ k  F 650,62   1,51 F 430,85 59 Dịng điện từ hóa I  p.F 2.650,62   0, 44(A) 2,7.w1.k d 2,7.1168.0,932 60 Dịng điện từ hóa phần trăm I %  I Idm 100%  0,44 100%  64,4% 0,683 3.4.5 Tính tốn tham số động 61 Điện trở dây quấn pha R S  Cu l c w1 0, 2806.1168  2,04.108  69,5() s1 a1 0,0962.106.1 Trong đó: lc chiều dài dây quấn pha bao gồm chiều dài dẫn tác dụng l chiều dài phần đầu nối lđ: lc = 2(l + lđ) với l = ls = 0,0608 (m) lđ phụ thuộc vào bƣớc dây quấn y, số cực, hình dạng cuộn dây số lớp dây quấn Thông thƣờng lđ đƣợc xác định theo công thức kinh nghiệm sau: lđ = 2y – 0.04 (m) 2p = lđ = 2y – 0.02 (m) 2p = 77 lđ = y + 0.0018 (m) 2p = lđ = 2.2y – 0.012 (m) 2p = y Với hệ số bƣớc ngắn β =   y     0,0597  0,0497(m ); τ τ bƣớc cực, τ = 5,97cm Với động cực lđ = 2.0,0497 – 0,02 = 0,0795 (m) Từ xác định đƣợc: lc = 2(l + lđ) = 2.(0.0608 + 0.0795) = 0,2806 (m) Điện trở suất đồng 200C ρCu 20 = 1,78.10-8 Ωm, hệ số nhiệt điện trở αCu = 1/273 0C-1; điện trở suất đồng 600C là: Cu 60  Cu 20 [1   Cu (60  20)] = 1,78.108.[1  (60  20)]  2,04.108 m 273 s1 tiết diện dây dẫn, s1 = 0,0962mm2 a1 số mạch nhánh song song, a1 = w1 số vòng dây quấn pha, w1 = 1168 (vòng) 62 Điện trở phần dẫn vành ngắn mạch roto Điện trở tác dụng dẫn roto: R td   Al lr 0,0608  3,61.108  4.105 () 6 Sr 55.10 Trong đó: Điện trở suất nhơm 200C ρAl 20 = 3,15.10-8 Ωm Điện trở suất nhôm 600C là: Al 60  Al 20 [1   Al (60  20)] = 3,15.108.[1  (60  20)]  3,61.10 8 m 273 78 lr chiều dài dẫn roto, lr = ls = 0,0608 (m) Sr tiết diện dẫn roto, Sr = SR = 55mm2 Điện trở vành ngắn mạch: R v   Al  Dv Z r Sv  3,61.108 3,14.0,06  0, 467.105 () 6 16.91.10 Trong đó: Dv đƣờng kính trung bình vành ngắn mạch Dv = DR – b = 7,3 – 1,3 = cm = 0,06 m với DR đƣờng kính ngồi roto; b chiều cao vành ngắn mạch Zr số rãnh roto, Zr = 16 Sv tiết diện vành ngắn mạch, Sv = 91 mm2 63 Điện trở roto R R  R td  Trong đó:   2sin p Zr 2R v 2.0, 467.105 5  4.10   5,6.105 () 2  0,765  2sin 1800.2  0,765 16 64 Điện trở roto quy đổi stato Hệ số quy đổi:  4m(w1k d )2 4.3.(1168.0,932)   8,89.105 Zr 16 Điện trở roto quy đổi: RR’ = γRR = 5,6.10-5.8,89.105 = 49,77 (Ω) 65 Hệ số từ dẫn tản rãnh stato 79 r1   b h h1 h k   (0,785  4S   4S )k  3d1 2d1 d1 b 4S 8,73 1,6 2,65 0,5 0,906  (0,785    ).0,875  0,903 3.6,7 2.6,7 6,7 1,6 Trong đó: Hệ số bƣớc ngắn β = 0,833 kβ, kβ1 hệ số xét đến giảm xuống hệ số từ dẫn tản, theo bảng 4-2 [2] k   9  9.0,833   0,906 16 16 k 1   3  3.0,833   0,875 4 h1 = hrS – 0,1d2 – 2c – c’ = 10,4 – 0,1.9,7 – 2.0,2 – 0,3 = 8,73 mm h2 = – (d1/2 – 2c – c’) = - (6,7/2 – 2.0,2 – 0,3) = -2,65 mm 66 Hệ số từ dẫn tản tạp stato t1  0,9 t1 (q.k d )  t1k 41 1 k  0,995.(2.0,932) 0,96.0,9717  0,9 .0,0111  0,957 1,122.0,03 Trong đó: q = số rãnh pha dƣới cực k 41   0,033 b24S 0,162   0,033  0,9717 t1 0,995.0,03 ρt1 = 0,96 theo Bảng 5.3 [2]; σ1 = 0,0111 theo Bảng 5.2a [2] 67 Hệ số từ tản phần đầu nối stato đ1  0,34  0,34 q (lđ  0,64  ) l (7,95  0,64.0,833.5,97)  0,533 6,08 80 Trong đó: Chiều dài khe hở khơng khí lδ = ls = 6,08 cm Bƣớc cực τ = 5,97 cm Chiều dài phần đầu nối lđ = 7,95 cm 68 Hệ số từ dẫn tản stato Σλ1 = λr1 + λt1 + λđ1 = 0,903 + 0,957 + 0,533 = 2,393 69 Điện kháng dây quấn stato f w1 l ( ) 1 100 100 pq 50 1168 6,08  0,158 .( ) 2,393  39, 2 100 100 2.2 x1  0,158 Trong đó: f = 50Hz 70 Hệ số từ dẫn tản rãnh roto h1  d1R b h r  [ (1  )  0,66  4R ].k+ 4R 3d1R 8SR 2d1R b 4R 7,65  6,62 0,5 [ (1  )  0,66  ].1   1, 267 3.6,6 8.55 2.6,6 Trong đó: h1 = hrR – 0,1d2R – 0,5d1R = 11,4 – 0,1.4,5 – 0,5.6,6 = 7,65 mm d1R = 6,6 mm; SR = 55 mm2; k = 71 Hệ số từ dẫn tản tạp roto t (q k  )  t k 42 t  0,9 2 k  16 1) 1.1 3.4  0,9 .0,0711  0,9686 1,122.(0,03  0,12) 1, 433.( Trong đó: 81 t2 = 1,433 cm bƣớc roto với roto lồng sóc kδ2 = 1; ρt2 = 1; k42 = khe hở khơng khí có xét đến bề dày nam châm nên δ = 0,03 + 0,12 = 0,15 cm σ2 = 0,0711 theo Bảng 5.2c [2] 72 Hệ số từ tản phần đầu nối đ  2,3D v 4,7D v 2,3.6 4,7.6 lg  lg  0, 247 2 Z2l  a  2b 16.6,08.0,765 1,3  2.0,7 Trong đó: a = 1,3cm b = 0,7 cm kích thƣớc vành ngắn mạch 73 Hệ số từ tản rãnh nghiêng rn  0,5t ( bn 0.995 )  0,5.0,9686.( )  0, 233 t2 1, 433 Trong đó: bn bƣớc rãnh nghiêng, lấy bn = t1 = 0,995 cm 74 Hệ số từ tản roto Σλ2 = λr2 + λt2 + λđ2 +λrn = 1,267 + 0,9686 + 0,247 + 0,233 = 2,716 75 Điện kháng tản dây quấn roto x2 = 7,9.f.l2.Σλ2.10-8 = 7,9.50.6,08.2,716.10-8 = 0,652.10-4 Ω 76 Điện kháng roto sau quy đổi x2’ = γ.x2 = 8,89.105.0,652.10-4 = 57,963 Ω Kết luận Trong chƣơng tác giả trình bày trình thiết kế động đồng nam châm vĩnh cửu công suất đến 1kW khởi động dây quấn lồng sóc, bao gồm tính tốn stato, tính tốn roto, tính tốn mạch từ tính tốn thơng số động Dựa sở đó, tác giả áp dụng để tính tốn cho động có cơng suất 370W 82 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Qua trình nghiên cứu đề tài với giúp đỡ giáo viên hƣớng dẫn TS Bùi Đức Hùng, với việc nghiên cứu tài liệu tham khảo, tác giả hoàn thành luận văn Trong luận văn thể đƣợc điều sau đây: - Tác giả tìm hiểu kỹ vật liệu từ cứng đƣợc dùng chế tạo nam châm vĩnh cửu ứng dụng chúng vào sản xuất máy điện - Tìm hiểu rõ động đồng nam châm vĩnh cửu, ƣu điểm chúng, đặc điểm cầu tạo, tình hình sản xuất ứng dụng loại động giới nƣớc - Trình bày đƣợc q trình tính tốn thiết kế động đồng nam châm vĩnh cửu khởi động dây quấn lồng sóc, bao gồm: tính tốn stato, tính tốn roto, tính tốn mạch từ, tính tốn tham số động - Luận văn tính tốn thiết kế đƣợc động đồng nam châm vĩnh cửu khởi động dây quấn lồng sóc cơng suất 370W Tuy nhiên q trình tính tốn thiết kế động dừng lại tính tốn lý thuyết, chƣa đƣợc kiểm chứng nên chắn chƣa thể tính tốn tối ƣu Đề tài cần đƣợc nhận thêm nhiều ý kiến phản biện, đóng góp để tác giả hồn thiện nghiên cứu 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Đức Hùng (2012), Chuyên đề 01C-02/02/2012-2 Nghiên cứu thiết kế chế tạo động đồng nam châm vĩnh cửu dải công suất đến 1kW – Chuyên đề 1,2,4,5, Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội [2] Trần Khánh Hà, Nguyễn Hồng Thanh (2006), Thiết kế máy điện, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [3] Trần Khánh Hà (2002), Động điện không đồng ba pha pha công suất nhỏ, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [4] Miss Sisuda Chaithongsuk (2006), Design and construction of permanent magnet synchronous motors, King Mongkut’s Institute of Technology North Bangkok [5] Urban Herslöf (1996), Design, Analysis and Verification of a Line Start Permanent Magnet Synchronous Motor, Royal Institute of Technology [6] Websites: www.taygdla.com/eindex.asp [7] http://www.vem-group.com/en.html [8] Websites: vi.wikipedia.org/wiki/Vật_liệu_từ_cứng 84 ... TỐN, THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU CÔNG SUẤT ĐẾN 1KW KHỞI ĐỘNG BẰNG DÂY QUẤN LỒNG SÓC 3.1 Các thông tin cần thiết cho thiết kế phần điện động Để thiết kế động điện nói chung động đồng. .. nghiên cứu động đồng nam châm vĩnh cửu có cơng suất nhỏ dƣới 1kW, khởi động dây quấn lồng sóc Phạm vi nghiên cứu Tìm hiểu vật liệu chế tạo nam châm vĩnh cửu dùng động cơ, tìm hiểu động đồng nam. .. THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU CÔNG SUẤT ĐẾN 1KW KHỞI ĐỘNG BẰNG DÂY QUẤN LỒNG SÓC 35 3.1 Các thông tin cần thiết cho thiết kế phần điện động 35 3.2 Tính tốn, thiết kế