Nghiên cứu thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha Rôto lồng sóc rãnh sâu có tính đến hiệu ứng mặt ngoài trong thanh dẫn Rôto

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI LÊ QUỐC DUY NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA RƠTO LỒNG SĨC RÃNH SÂU CĨ TÍNH ĐẾN HIỆU ỨNG MẶT NGỒI TRONG THANH DẪN RƠTO LUẬN VĂN THẠC SĨ NINH THUẬN, NĂM 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI LÊ QUỐC DUY NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA RƠTO LỒNG SĨC RÃNH SÂU CĨ TÍNH ĐẾN HIỆU ỨNG MẶT NGỒI TRONG THANH DẪN RƠTO Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số: 60520202 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS: Lê Quang Cường NINH THUẬN, NĂM 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận văn Lê Quốc Duy i LỜI CÁM ƠN Để có kết hồn thành tốt thời gian học tập Trường Đại Học Thủy lợi em xin chân thành cảm ơn đến tất quý thầy cô khoa Năng Lượng Trường Đại Học Thủy lợi Trên thực tế khơng có thành cơng mà không gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp Trong suốt khoảng thời gian học tập tai trường em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ q thầy, gia đình bạn bè Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến q thầy, khoa Năng Lượng, Trường Đại học Thủy Lợi Trong suốt thời gian học tập truyền đạt kiến thức thiết thực cần thiết ngành nghề điện mà em theo học, với hướng dẫn dạy bảo tận tình thầy suốt tháng làm luận văn Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến GVHD thầy TS Lê Quang Cường giúp đỡ em nhiều trình học tập luận văn em Do không tránh khỏi thiếu sót điều chắn em mong nhận ngững ý kiến đóng góp quý báo quý thầy cô bạn học lớp để kiến thức em lĩnh vực hoàn thiện Em gởi lời cảm ơn chân thành lời tri ân sâu sắc đến quý thầy cô khoa Năng Lượng, Trường Đại học Thủy Lợi tạo điều kiện cho em hồn thành khóa học, trình độ lý luận kinh nghiệm thực tiễn hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót em mong nhận gớp ý quý thầy cô để em học thêm nhiều kinh nghiệm hoàn thành tốt Em xin chân thành cám ơn ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH v MỞ ĐẦU vii CHƯƠNG 1.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Kết cấu, đại lượng định mức công dụng .1 1.1.1 Lõi sắt: phần dẫn từ 1.1.2 Dây quấn: 1.1.3 Vỏ máy: gồm thân máy, nắp máy chân đế 1.1.4 Lõi thép 1.1.5 Dây quấn rôto: 1.2 Quan hệ điện từ máy điện không đồng 1.2.1 Máy điện không đồng làm việc rôto đứng yên 1.2.2 Máy điện không đồng làm việc rôto quay .10 1.3 Các chế độ làm việc, giản đồ lượng, đồ thị vectơ máy điện không đồng 15 1.4 Các đặc tính máy điện khơng đồng 18 1.4.1 Các đặc tính làm việc động điện không đồng 18 1.4.2 Đặc tính moment 19 1.4.3 Tổn hao đặc tính hiệu suất động h = f (P2) 19 1.4.4 Đặc tính hệ số cơng suất cosφ = f (P2) 19 1.4.5 Năng lực tải 20 1.5 Hiệu ứng mặt ngồi dẫn rơto lịng sóc 20 CHƯƠNG THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 21 2.1 Những vấn đề chung thiết kế động không đồng 21 2.2 Tính tốn thiết kế máy điện khơng đồng 27 2.2.1 Xác định kích thước chủ yếu 27 2.2.2 Thiết kế stato 29 2.2.3 Thiết kế rôto 31 2.2.4 Tính tốn điện từ 34 2.2.5 Tham số động định mức 44 2.2.6 Tính tốn tổn hao 49 iii 2.2.7 Tính tốn đặc tính làm việc 51 2.2.8 Tính tốn đặc tính khởi động 54 CHƯƠNG KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ PHA RƠTO LỒNG SĨC RÃNH SÂU KHI TÍNH ĐẾN HIỆU ỨNG MẶT NGỒI TRONG THANH DẪN RÔTO 59 3.1 Xây dựng module tính tốn ảnh hưởng hiệu ứng tần số đến điện trở điện kháng rơto lồng sóc rãnh sâu 59 3.1.1 Sự thay đổi tham số tượng hiệu ứng mặt ngồi dịng điện .59 3.1.2 Phương pháp tính toán ảnh hưởng hiệu ứng tần số dẫn rôto 63 3.2 Mô khảo sát đặc tính động động khơng đồng tổng trở rơto thay đổi q trình làm việc .69 3.2.1 Công nghê xây dựng S-Funtion SIMULINK 69 3.2.2 Mơ hình tốn học 72 3.2.3 Xây dựng mơ hình DKB Simulink sử dụng hàm S-function lập trình cho DKB .78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 PHỤ LỤC 85 iv DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Lá thép kĩ thuật điện Hình 1.2 Dây quấn stator Hình 1.3 Stator máy điện không đồng Hình 1.4 Lá thép rơto kĩ thuật điện không đồng Hình 1.5 Rơto (a) sơ đồ mạch điện (b) rôto dây quấn .3 Hình 1.6 Dây quấn rơto lồng sóc (a) rơto lồng sóc rãnh chéo (b) Hình 1.7 Đồ thị véc tơ máy điện điện không đồng ngắn mạch 10 Hình 1.8 Mạch điện thay máy không đồng rôto đứng yên 10 Hình 1.9 Giản đồ thay hình T 14 Hình 1.10 Giản đồ lượng động điện 15 Hình 1.11 Giản đồ lượng máy phát điện không đồng 17 Hình 1.12 Đồ thị vec tơ máy điện không đồng 17 Hình 1.13 Đồ thị vectơ giản đồ lượng máy điện không đồng chế độ hãm điện từ .18 Hình 2.1 Dạng rãnh rơto loại thường 33 Hình 2.2 Kích thước rãnh cách điện 37 Hình 2.3 Kích thước rãnh rơto vịng ngắn mạch 40 Hình 2.4 Đồ thị biểu thị đặc tính làm việc động khơng đồng rơto lồng sóc 53 Hình 3.1 kích thước rãnh rơto dung để xác định chiều sâu qui đổi hx, hr 61 Hình 3.2 Đường cong  , '  f ( ) 61 Hình 3.3 Sơ đồ thay cuộn dây rôto chia nhiều lớp .63 Hình 3.4 Bố trí khơng gian tổng quát 72 Hình 3.5 Mơ hình hệ thống xây dựng 78 v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Trị số KD 27 Bảng 2.2 Hiệu suất cosϕ dãy động điện không đồng 3K 28 Bảng 2.3 Xác định bước stato .31 Bảng 2.4 Số liệu đặc tính làm việc .52 vi MỞ ĐẦU Tính cấp thiết Đề tài: Trong loại động động khơng đồng có kết cấu đơn giản nhất, đặc biệt động rơto lồng sóc Do đơn giản nên giá rẻ, làm việc tin cậy, thao tác vận hành thuận tiện Ngày nay, với phát triển biến tần nên việc điều khiển Động không đồng thực dễ ràng Do nguyên nhân động không đồng sử dụng rộng rãi Động không đồng bao gồm động rôto dây quấn động rơto lồng sóc Các động khơng đồng rơto dây quấn rơto lồng sóc đơn giản khơng sử dụng rộng rãi mơ men mở máy nhỏ dòng điện mở máy lại lớn Ngồi loại rơto dây quấn phải có vành trượt, cấu tạo phức tạp, địi hỏi phải có điện trở mở máy nên làm việc đảm bảo, điều khiển mở máy phức tạp Trên thực tế ngưởi ta sử dụng rộng rãi động rôto lồng sóc rãnh kép rãnh sâu để cải thiện đặc tính mở máy Khi thiết kế tính tốn động khơng đồng bộ, việc khảo sát tính tốn đặc tính động thường nghiên cứu phương pháp giải tích, tính tốn đặc tính động dự sơ đồ thay thế, khảo sát đặt tính theo độ trượt Trong q trình tính tốn ta coi điện kháng tản stato rơto, từ hóa khơng phụ thuộc vào bão hịa lõi thép, cịn tổn thất từ thơng tản sóng điều hịa bậc cao khơng, bỏ qua phụ thuộc tổng trở rôto vào hệ số trượt Thực chất thông số động thay đổi tượng bão hòa mạch từ, hiệu ứng tần số rôto Với phát triển công nghệ thông tin, vận dụng để tính tốn khảo sát đặc tính động động có tính đến thay đổi tham số động theo thời gian, nhờ tính tốn tiêu động động bước thiết kế Chính em xin chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế động khơng đồng pha rơto lồng sóc rãnh sâu có đến tính đến hiệu ứng mặt ngồi dẫn rơto” vii Mục đích Đề tài: Thiết kế động khơng đồng rơto lồng sóc rãnh sâu nhằm cải thiện đặc tính khởi động, xây dựng module tính tốn mơ hình khảo sát đặc tính động động tham số động thay đổi q trình làm việc, từ tìm tiêu động động trình thiết kế Đối tượng phạm vi nghiên cứu Động không đồng pha rơto lồng sóc rãnh sâu Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết, tính tốn thiết kế, lập trình giải tốn máy tính, mơ thực nghiệm mơ hình mơ để khảo sát đặc tính động động không đồng Cấu trúc luận văn Luận văn gồm chương, bảng 22 hình trình bày 82 trang với nội dung đại cương máy điện, thiết kế máy điện không đồng Xây dựng module tính tốn ảnh hưởng hiệu ứng tần số đến điện trở điện kháng rơto lồng sóc rãnh sâu Mơ khảo sát đặc tính động ĐCKĐB tổng trở rơto thay đổi q trình làm việc kết luận luận văn viii ... thời gian, nhờ tính tốn tiêu động động bước thiết kế Chính em xin chọn đề tài ? ?Nghiên cứu thiết kế động không đồng pha rơto lồng sóc rãnh sâu có đến tính đến hiệu ứng mặt ngồi dẫn rơto” vii Mục... 2.2.8 Tính tốn đặc tính khởi động 54 CHƯƠNG KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ PHA RƠTO LỒNG SĨC RÃNH SÂU KHI TÍNH ĐẾN HIỆU ỨNG MẶT NGỒI TRONG THANH DẪN RƠTO 59 3. 1...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI LÊ QUỐC DUY NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA RƠTO LỒNG SĨC RÃNH SÂU CĨ TÍNH ĐẾN HIỆU ỨNG MẶT NGỒI TRONG THANH