Đồ án: Thiết kế động cơ không đồng bộ roto dây quấn

Đồ án Thiết kế động cơ không đồng bộ roto dây quấn 1 Đồ án : Thiết kế động cơ không đồng bộ roto dây quấn LỜI NÓI ĐẦU Trong sản xuất hiện nay của nền kinh tế quốc dân hiện nay thì ứng dụng động điện vào việc truyền động cơ cấu để tạo ra các nguyên công nhằm tạo ra các sản phẩm phục vụ cho đời sống con người là rất phổ biến. Động cơ điện không đồng b ộ rôto dây quấn nói riêng và động cơ không đồng bộ nói chung có kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ đây là loại động cơ được sử dụng rộng rãi nhất trong các nghành kinh tế quốc dân với dải công suất rộng từ vài chục tới hàng nghìn kilooat. Trên cơ sở các môn học về thiết kế máy điện em xin được trình bày bản thiết kế gồm có ba phần : Phần 1: Thiết kế điện từ Phần 2: Thiết kế kết cấu Phần 3: Thiết bị và công nghệ chế tạo rôto dây quấn của máy điện quay. Sau thời gian làm việc dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Trung Cư em đã hoàn thành bản thiết kế của mình. Tuy nhiên, do sự hiểu biết và kiến thức còn hạn chế nên bản thiết kế ch ắc chắn còn nhiều sai sót. Em rất mong được sự thông cảm và sự chỉ bảo của các thày các cô để em có thể hoàn thiện hơn nữa. Em xin gửi lời chân thành cảm ơn đến tất cả các thầy các cô trong bộ môn và các thầy cô trong trường đại học Bách khoa Hà nội đã nhiệt tình dạy em trong những năm qua. 2 PHẦN I THIẾT KẾ ĐIỆN TỪ CHƯƠNG 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.1. Phân loại -Theo kết cấu của vỏ, máy điện không đồng bộ có thể chia thành các kiểu chính sau: kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín, kiểu phòng nổ, v.v… +Kiểu hở không có trang bị bảo vệ sự tiếp xúc ngẫu nhiên các bộ phận quay và bộ phận mang điện, cũng không có trang bị bảo vệ các vật bên ngoài rơi vào máy. Theo cấ p bảo vệ thì đây là loại IP00. Loại này được chế tạo theo kiểu tự làm nguội. Loại này thường đặt trong nhà, có người trông coi và không cho người ngoài đến gần. +Kiểu bảo vệ có bảo vệ chống sự tiếp xúc ngẫu nhiên các bộ phận quay hay mang điện, bảo vệ các vật ở ngoài hoặc nước rơi vào theo các góc độ khác nhau. Loại này thường là tự thông gió. Theo cấp bảo vệ thì kiểu này thuộc các c ấp bảo vệ từ IP11 đến IP33. +Kiểu kín là loại máy mà không gian bên trong máy và môi trường bên ngoài được cách ly. Tùy theo mức độ kín mà cấp bảo vệ là từ IP44 trở lên Kiểu kín thường là tự thông gió bằng cách thổi gió ở mặt ngoài vỏ hay thông gió độc lập bằng cách đưa gió vào trong máy bằng đường ống. Thường dùng loại này ở môi trường nhiều bụi, ẩm ướt, v.v… -Theo kết cấu của rôto, máy điện không đồng bộ chia làm hai loại: lo ại rôto kiểu dây quấn và loại rôto kiểu lồng sóc. -Theo số pha trên dây quấn stato có thể chia thành các loại: một pha, hai pha và ba pha. 1.2. Kết cấu 3 Máy điện không đồng bộ bao gồm các bộ phận chính là phần tĩnh hay stato và phần quay hay rôto. 1. Phần tĩnh hay stato Trên stato máy điện không đồng bộ có vỏ, lõi sắt và dây quấn. a. Vỏ máy Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng để làm mạch dẫn từ. Thường vỏ máy làm bằng gang .Tuỳ theo cách làm nguội mà vỏ cũng được chế tạo ở những dạng khác nhau. Loại gang đúc đượ c phân làm hai loại: loại có gân trong và loại không có gân trong. Loại không có gân trong thường dùng đối với máy điện cỡ nhỏ hoặc kiểu kín, lúc đó lưng lõi sắt áp sát vào mặt trong của vỏ và truyền nhiệt trực tiếp lên vỏ máy. Loại có gân trong có đặc điểm là lúc gia công, tốc độ cắt gọt chậm nhưng phôi liệu bỏ đi ít hơn loại có gân trong. Đối với máy có công suất tương đối lớn ( 1000kW ) thường dùng thép tấm hàn l ại làm thành vỏ. b. Lõi sắt Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên để giảm tổn hao, lõi sắt được làm bằng những lá thép kĩ thuật điện dày 0,5 mm ép lại. Khi đường kính ngoài lõi sắt stato nhỏ hơn 990 mm thì dùng cả tấm tròn ép lại. Khi đường kính ngoài lớn hơn 1000 mm thì phải dùng những tấm hình rẻ quạt ghép lại thành khối tròn. Mỗi lá thép kĩ thuật điện đề u có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Nếu lõi sắt ngắn hơn 25 đến 30 cm thì có thể ghép lại thành một khối. Nếu lõi sắt dài hơn trị số trên thì thường ghép thành từng thếp ngắn, mỗi thếp dài 4 đến 6 cm, đặt cách nhau 1 cm để thông gió cho tốt. c. Dây quấn Dây quấn stato gồm nhiều phần tử nối với nhau theo một quy luật nào đó Phầ n tử ở đay cũng chính là bối dây được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõi sắt.Bối dây quấn xó thể chỉ là một vòng dây (được gọi là 4 dây quấn kiểu thanh dẫn , bối dây thường được chếtạo dạng 1/2 phần tử và tiết diện thường lớn) , cũng có thể có nhiều vòng dây (tiết diện nhỏ và gọi là qây quấn kiểu vòng dây).Số vòng dây của mỗi bối, số bối của mỗi pha và cách nối lại phụ thuộc vào công suất, điện áp, tốc độ, điều kiện làm việc của máy và quá trình tính toán đi ện từ. Yêu cầu chính đối với dây quấn như sau: 1.Điện áp của ba pha bằng nhau trong dây quấn ba pha , điện áp ba pha lệch nhau 120 0 góc độ điện. 2.Điện trở và điện kháng của các mạch song song và của ba pha bằng nhau 3.Có thể đấu thành các mạch song song một cách dễ dàng khi cần thiết. 4.Dùng vật liệu dây dẫn điện ít nhất.Phần đầu nối càng ngắn càng tốt để thu ngắn chiều dài của máy và đỡ tốn vật liệu . 5.Dễ chế tạo và sửa chữa . 6.cách điện giữa các vòng dây, các pha và vớ i đất ít tốn kém và chắc chắn 7.Kết cấu chắc chắn, có thể chịu được ứng lực cơ khi máy bị ngắn mạch đột ngột hay khi khởi động. 2. Phần quay hay rôto Phần này gồm hai bộ phận chính là lõi sắt và dây quấn. a. Lõi sắt. Người ta dùng các lá thép kĩ thuật điện giống như ở stato. Lõi sắt được ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá rôto của máy. Phía ngoài của lá thép có x ẻ rãnh để đặt dây quấn. b. Rôto và dây quấn rôto. Rôto có hai loại chính là: rôto kiểu dây quấn và rôto kiểu lồng sóc. - Loại rôto kiểu dây quấn: Rôto có dây quấn giống như dây quấn stato Trong máy điện cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp vì bớt được những dây đầu nối, kết cấu dây quấn trên rôto chặt chẽ. Trong 5 máy điện cỡ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp. Dây quấn ba pha của rôto thường đấu hình sao, còn ba đầu kia được nối vào ba vành trượt thường làm bằng đồng được đặt cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với mạch điện bên ngoài. Đặc điểm của loại động cơ điện rôto kiểu dây quấn là có thể thông qua ch ổi than đưa điện trở phụ hay sức điện động phụ vào mạch điện rôto để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy. Khi máy làm việc bình thường dây quấn rôto được nối ngắn mạch. - Loại rôto kiểu lồng sóc: Kết cấu của loại dây quấn rôto này rất khác với dây quấn stato. Trong m ỗi rãnh của lõi sắt rôto đặt các thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối ngắn mạch ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng mà người ta quen gọi là lồng sóc. Dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt. Để cải thiện tính năng mở máy, trong máy công suất tương đối lớn, rãnh rôto có thể làm thành dạng rãnh sâu hoặc làm thành hai rãnh lồng sóc hay còn gọi là lồng sóc kép Trong máy điện cỡ nhỏ rãnh rôto thường được làm chéo đi một góc so với tâm trục. c. Khe hở Vì rôto là một khối tròn nên khe hở đều. Khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ để hạn chế dòng điện từ hoá lấy từ lưới vào và như vậy mới có thể làm cho hệ số công suất của máy cao hơn. 3. Các lượng định mức Máy điện không đồng b ộ có các trị số định mức đặc trưng cho điều kiện kỹ thuật của máy. Các chỉ số này do nhà máy thiết kế, chế tạo quy định và được ghi trên nhãn máy. Vì máy điện không đồng bộ chủ yếu làm việc ở chế độ động cơ điện nên trên nhãn máy ghi các trị số định mức của động cơ điện khi tải định mức. Các trị số đ ó thường bao gồm: công suất định mức ở đầu trục P đm (kW hay W), dòng điện dây định mức I dm (A), điện áp dây định mức 6 U dm (V), cách đấu dây ( Y hay Δ ), tốc độ quay định mức n đm ( vg/ph ), hiệu suất định mức η đm và hệ số công suất định mức cosϕ đm ,… 4. Công dụng của máy điện không đồng bộ Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu làm động cơ điện. Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên động cơ không đồng bộ là loại máy được dùng rộng rãi nhất trong các nghành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng nghìn kilôoat Trong công nghiệp th ường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ, v.v…Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió. Trong nông nghiệp dùng để làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm Trong đời sống hàng ngày, máy điện không đồng bộ cũng dần dần chiếm một vị trí quan trọng: quạt gió, máy quay đĩa, động cơ trong tủ lạnh, v.v…Tóm lại theo sự phát triể n của nền sản xuất điện khí hoá, tự động hoá và sinh hoạt hàng ngày, phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ ngày càng rộng rãi. Tuy vậy, máy điện không đồng bộ có những nhược điểm như sau: cosϕ của máy thường không cao và đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt nên ứng dụng của máy điện không đồng bộ có phần bị hạ n chế. Máy điện không đồng bộ có thể dùng làm máy phát điện nhưng đặc tính không tốt so với máy phát điện đồng bộ, nên chỉ trong một số trường hợp nào đó cần nguồn điện phụ hay tạm thời thì nó cũng có một ý nghĩa quan trọng. 7 CHUƠNG 2 TÍNH TOÁN ĐIỆN TỪ 2.1.Tính toán kích thước chủ yếu 2.1.1.Tìm hiểu chung Những kích thước chủ yếu trong máy điện không đồng bộ là đường kính trong stato và chiều dài lõi sắt l. Mục đích của việc tính toán lựa chọn kích thước chủ yếu này để chế tạo đựơc máy điện có tính kinh tế hợp lý nhất mà tính năng phù hớp với các tiêu chuẩn nhà nước.Tính kinh tế của máy không phải chỉ là vậ t liệu sử dụng chế tạo ra máy mà còn sét đến quá trình chế tạo trong nhà máy như khuôn dập, vật đúc, các kích thước được tiêu chuẩn hoá… Tra bảng P1.3 .Các thông số kĩ thuật của động cơ 4A (trang 236)sách “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí của Trịnh Chất và Lê Văn Uyển với động cơ không đồng bộ có công suất P=90kW, 2p=4, n đb =1500vg/ph ta tra được kiểu động cơ như sau: 4A250M4, cos ϕ =0,91 và 93,0=η ; n đm =1480 vg/ph; m max =2,2. 2.1.2.Lựa chọn tính toán các kích thước chủ yếu a.Các số liệu định mức 1.Công suất định mức: P đm =90 kW 2.Điện áp định mức: U đm =220/380 V đấu ΥΔ / 3.Tần số: f=50 Hz 4.Tốc độ đồng bộ: n đb =1500[vòng /phút] 5.Kiểu máy : kiểu bảo vệ IP23 6.Chế độ làm việc: liên tục 7.Cấp cách điện : cấp B 8.Số đôi cực : p=60f/n đb =60.50/1500=2 9.Dòng điện pha định mức: m®m®11 3 1 cos U.m 10.P = φη Ι , A (2.1) 8 Trong đó : m 1 -là số pha dây quấn của stato; P - công suất định mức của động cơ(kW); I 1 - dòng điện pha định mức trong dây quấn stato(A); U 1 - điện áp pha định mức đặt vào dây quấn stato(V); m® η - hiệu suất định mức của động cơ; cos ϕ đm - là hệ số công suất định mức của động cơ. Thay số ta có: I 1 = 91,0.93.0.220.3 10.90 3 = 161,129 A b.Xác định kích thước chủ yếu 10.Công suất tính toán : P’ = dmdm dmE .cos P.k ϕη kVA (2.2) Trong đó : P’ - công suất tính toán(kVA); k E = U E =0,98 tra hình 10-2 (trang 231) sách “Thiết Kế Máy Điện” của Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh (“TKMĐ” ); P đm - công suất định mức của động cơ(kW); m® η - hiệu suất của động cơ; cos ϕ đm - hệ số công suất định mức của máy; Thay số ta được: P’= 91,0.93,0 90.98,0 = 104,22 kVA 11.Đường kính ngoài của stato: Từ công suất của động cơ không đồng bộ rôto dây quấn ta tra sách “TKMĐ” được chiều cao tâm trục của máy này là h= 250 mm .Ta tra bảng 10.3 sách(“TKMĐ”) được 9 D n = 43,7 cm 12.Đường kính trong của stato: D = D n .k D cm (2.3) =(0,64 ~ 0,68).43,7=(27,968~29,716) cm Trong đó: k D = 0,64 ~ 0,68 , tra bảng 10.2 sách “TKMD” ở đây ta chọn D =29,7 cm 13.Bước cực của stato: τ = p2 D.π , cm (2.4) Trong đó : τ - là bước cực(cm); D – là đường kính trong stato, D=29,7 cm (đã tính ở mục 12) ; p – là số đôi cực từ , p=2 . Thay số ta có: τ = 4 7,29.π =23,3145 cm 14.Chiều dài lõi sắt stato: δ l = db 2 ds 7 n.D .k.k. 10'.P.1,6 δδ ΒΑα cm (2.5) Trong đó : P’ – công suất tính toán , P ’ =104,22 kVA (đã tính ở mục 9 ); δ α - hệ số xung cực từ , chọn δ α = 0,64; k S - hệ số dạng sóng , chọn k S = 1,11; k d1 – hệ số dây quấn stato, lấy k d1 = 0,92; với máy có chiều cao tâm trục h= 180 ÷ 250 mm thì thường chọn dây quấn hai lớp đặt vào rãnh nửa kín thì k d = 0,91 ÷ 0,92 ở đây ta chọn k d1 = 0,92 A - tải đường(A/cm); δ B - từ cảm qua khe hở không khí (T); [...]... hở không khí δ = 1(mm) 2.3 Dây quấn , rãnh và gông rôto 2.3.1.Tìm hiểu về dây quấn và lõi sắt rôto Trong máy điện không đồng bộ thì sự khác nhau chủ yếu ở rôto.Tính năng máy tốt hay xấu cũng ở rôto.Đối với rôto dây quấn không có yêu cầu về khởi động mà chỉ phải thoả mãn tiêu chuẩn nhà nước về hiệu suất, cos ϕ , bội số mômen cực đại trong điều kiện làm việc định mức Dây quấn rôto thường dùng loại dây. .. tâm trục để chọn loại dây quấn ; với điện áp U ≤ 660V , chiều cao tâm trục h ≤ 160 mm có thể chọn dây quấn đồng tâm đặt vào rãnh 1/2 kín.Với h=180 – 250 mm dùng dây quấn hai lớp đặt vào rãnh 1/2 kín.Với h ≥ 280 mm, dùng dây quấn hai lớp phần tử cứng đặt vào rãnh 1/2 hở Với máy đang thiết kế có P=90 kW ,chiều cao tâm trục h=250 mm , điện áp dây quấn stato Uđm=380 V thì chọn dây quấn hai lớp đặt vào rãnh... , s1 =1,911 mm2 22.Mật độ dòng điện trong dây quấn stato: J1 = I1 161,129 = = 5,27 A/cm2 s1 a1 n1 1,911.4.4 23.Kiểu dây quấn stato: chọn kiểu dây quấn là dây quấn xếp hai lớp bước ngắn với bước dây quấn là y=10.và hệ số rút ngắn bước dây quấn là: β1 = y τ = 10 = 0,8333 12 (2.14) Trong đó : τ= Z1 =48/4 =12 , là bước cực stato theo bước rãnh 2p 24.Hệ số dây quấn: Hệ số bước ngắn : ky1 = sinβ 10 π π =... điện không đồng bộ Mạch từ trong máy điện không đồng bộ gồm hai phần: mạch từ phần ứng là mạch từ stato và mạch từ phần quay là mạch từ rôto Mạch từ phần ứng dẫn từ thông xoay chiều, còn mạch từ phần cảm hay mạch từ rôto dẫn từ thông xoay chiều tần số thấp (f2= s.f1=2 ÷ 3 Hz) Tính toán mạch từ là việc xác định sức từ động cần thiết để tạo ra ở khe hở không khí một từ thông có thể sinh ra sức điện động. .. tính kinh tế cao 10 2.2 .Thiết kế stato và khe hở không khí 2.2.1.Tìm hiểu về dây quấn và lõi sắt stato Việc chọn kiểu dây quấn và kiểu rãnh stato được căn cứ vào một số cách sau đây: +Stato máy điện xoay chiều thường dùng loại rãnh 1/2 kín , 1/2 hở và rãnh hở Rãnh 1/2 kín thường dùng ở stato máy công suất đến 100 kW điện áp đến 690 V.Có thể dùng dây quấn một lớp, hai lớp, dây quấn phân tán được cấu... Trong thiết kế máyđiện thì việc xác định điện trở và điện kháng của dây quấn là một việc rất quan trọng.Đây là những giá trị ảnh hưởng lớn đến đặc tính làm việc, đặc tính cơ và các đặc tính khác trong máy điện 2.5.2.Tính toán tham số của động cơ điện 68.Chiều dài phấn đầu nối của dây quấn stato: l d1 = k d1 τ y1 + 2.B (2.75) Trong đó: kđ1=1,3 với phần đầu nối không băng cách điện; B=1 với phần đầu nối không. .. dưới một cực (đã có ở mục 19) Thay số ta được : w1=2.4 20 4 =40 vòng 21.Tiết diện dây quấn và đường kính dây quấn stato: Mật độ dòng điện : J1’ = Α.J , A/cm.mm2 A (2.12) Trong đó: AJ =3060 -25%.3060 =2295 A2/cm.mm2 - là tích số được chọn theo hình 10-4d(trang 237) sách “TKMĐ” Ở hình này là ứng dụng cho động cơ không đồng bộ cấp cách điện cấp F , với cấp cách điện B hoặc E thì tích số AJ được lấy thấp... Z2 - là số rãnh của rôto ( xem ở mục 24) t2 = π.29,5 = 1,544cm 60 39.Kiểu dây quấn : Chọn dây quấn hai lớp dạng sóng kiểu thanh dẫn, quấn bước đủ Với hệ số rút ngắn bước dây rôto β2 = y 2 15 = =1 τ 2 15 (2.38) Trong đó : Bước cực rôto được tính như sau τ2 = Z 2 60 = =15 2p 4 (2.39) 40.Hệ số dây quấn rôto: Hệ số rút ngắn bước dây quấn rôto : ky2 = sinβ1 15 π π = sin =1 2 15 2 (2.40) Hệ số bước rải :... 60 (2.42) Hệ số dây quấn : kdq 2 =kr2 ky2 = 0,9567.1 =0,9567 (2.43) 41.Số vòng dây một pha của rôto: w 2 = 2 pq 2 = 4.5 = 20 vòng (2.44) 42.Dòng điện rôto: I2= k I I 1 m 1 w 1 k dq1 m 2 w 2 k dq 2 ,A (2.45) Trong đó: kI =0,92 tra hình 10-5 sách “TKMĐ”; m1, m2 là số pha dây quấn của stato và rôto; w1 - là số vòng dây quấn một pha của stato,w1=40(tính ỏ mục 20); w2 - là số vòng dây quấn một pha của... ở mục 12) ; nđb - tốc độ đồng bộ( v/ph); nđb = 60f1 60.50 = = 1500 , v/ph p 2 (2.6) Thay số ta được : 6,1.104,22.10 7 lδ = ≈ 23,1 cm 0,64.1,11.0,92.430.0,74.29,7 2.1500 Trong máy điện không đồng bộ, khi chiều dài lõi sắt l δ =250~300 mm thì việc tản nhiệt không khó khăn lắm nên lõi thép có thể ép thành một khối Do lõi sắt phần ứng stato ngắn nên làm thành một khối với việc không có rãnh thông gió làm . Đồ án Thiết kế động cơ không đồng bộ roto dây quấn 1 Đồ án : Thiết kế động cơ không đồng bộ roto dây quấn LỜI NÓI ĐẦU Trong sản. không đồng b ộ rôto dây quấn nói riêng và động cơ không đồng bộ nói chung có kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ đây là loại động