Bộ giáo dục đào tạo Nguyễn Thị minh hiền Trường đại học bách khoa hà nội Luận văn thạc sỹ khoa học Ngành: kỹ thuật điện tối ưu hoá kích thước thép stato Kỹ thuật điện rôto động không đồng xoay chiều ba pha rôto lång sãc theo hiƯu st 2004 – 2006 Ngun thÞ minh hiền Hà nội 2006 Luận văn thạc sỹ khoa học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Lời cam đoan Tôi xin cam đoan kết nghiên cứu trình bầy luận văn thân thực Hà nội ngày 20 tháng 12 năm 2006 Nguyễn Thị Minh Hiền Nguyễn thị minh hiền Lớp Cao học 2004 - 2006 Luận văn thạc sỹ khoa học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Mục lục Nội dung Trang Các từ viết tắt Danh mục hình vẽ Danh mục bảng Mở ®Çu Ch¬ng 1: Tỉng quan vỊ tổn hao hiệu suất động không đồng ba pha r«to lång sãc 11 1.1 Sù cÇn thiết phải nâng cao hiệu suất 11 1.2 Tổn hao động KĐB pha rôto lồng sóc 17 1.2.1 Tỉn hao c¬ 18 1.2.2 Tỉn hao s¾t 19 1.2.3 Tỉn hao ®ång 25 1.2.4 Tỉn hao phơ 27 1.2.5 Các nghiên cứu giảm tổn hao tăng hiệu suất động cơ.28 1.3 Hiệu suất 29 1.4 KÕt luËn 30 Chương 2: Phương pháp thiết kÕ tèi u 39 2.1 C¬ së lý thut vỊ thiÕt kÕ tèi u 39 2.2 C¸c phương pháp tính tối ưu 40 2.2.1 Nhóm phương pháp tìm kiếm toàn cục 41 2.2.1.1 Phương pháp duyệt toàn lưới 41 2.2.1.2 Phương pháp thử nghiệm thống kê độc lập.43 4.3 2.2.2 Phương pháp tìm cực trị địa phương 45 2.3 KÕt luËn 48 Ngun thÞ minh hiền Lớp Cao học 2004 - 2006 Luận văn thạc sỹ khoa học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Chương Xác định sức từ động thép hiệu suất động không đồng xoay chiỊu ba pha r«to lång sãc 49 3.1 Xây dựng thuật toán tối ưu kích thước thép theo sức từ động49 3.1.1 Lưu đồ thuËt to¸n 51 3.1.2 Kết tính toán 57 3.2 X©y dựng đặc tính làm việc khởi động 61 3.2.1.Thuật toán xây dựng đặc tÝnh lµm viƯc 61 3.2.2 Thuật toán tính toán kiểm tra đặc tính khởi động 68 3.3 KÕt luËn 71 KÕt luËn chung 72 Tµi liƯu tham kh¶o 75 Phô lôc 76 Ngun thÞ minh hiền Lớp Cao học 2004 - 2006 Luận văn thạc sỹ khoa học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Các từ viết tắt ĐC Động Kđb Không đồng STĐ Sức từ động Nguyễn thị minh hiền Lớp Cao học 2004 - 2006 Luận văn thạc sỹ khoa học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Danh mục hình vẽ TT Tên bảng Trang Hình 1-1: Giản dồ lượng động KĐB ba pha rôto lồng sóc 17 Hình 1-2: Mối quan hệ tổn hao đồng, sắt với tiết diện rÃnh 26 Hình 1-3 Quan hệ sức từ động chiều cao rÃnh F = (h r ) Hình 1-4: quan hệ biến công suất a- cos dòng điện Hình 1-4: quan hệ biến công suất b- hiệu suất hệ số trượt Hình 1-4 quan hệ biến công suất c- mômen Hình 1-5 a, độ từ thẩm tổn hao 1,5 T 27 Hình 1-5,b Đường cong B-H thép 8050 5350 H Hình 2-1: Đồ thị biểu diễn mắt lưới phương 35 10 pháp duyệt toàn lưới 33 33 34 35 42 51 11 H×nh 3-1 : BiĨu đồ lưới toán thiết kế tối ưu kích thước thép Hình 3-2 : Hình dạng mạch từ ĐC 30 KW 12 Hình 3-3 : Kết tính sức từ động thép 59 13 Hình 3-4: Kích thước tối ưu thép stato 60 14 Hình 3-5: Kích thước tối ưu thép rôto 60 15 64 16 Hình 3-6 Mạch điện thay động KĐB công suất 30 KW Hình 3-7 a: Đặc tÝnh hiƯu st η = f(P ) 17 H×nh 3-7 b: Đặc tính tốc độ s = f (P ) 65 18 Hình 3-7 c Đặc tính làm viƯc P = f (P ) 66 Ngun thÞ minh hiỊn 58 65 Líp Cao häc 2004 - 2006 Luận văn thạc sỹ khoa học 19 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 66 Hình 3-7 d §Ỉc tÝnh cosφ = f (P ) Danh mơc bảng TT Tên bảng Trang Bảng1-1: Tiêu chuẩn hiệu suất động NEMA Bảng1-2: Dự thảo tiêu chuẩn hiệu suất động KĐB ba pha kiểu IP44 Bảng 1-3: Tiêu chuẩn Việt Nam1987-1994 TCVN 315-85 động KĐB ba pha kiểu IP44 Bảng 1-4: Tỷ lệ phân phối trung bình thành phần tổn hao động Bảng 1-5: Gía trị biến, hàm mục tiêu ràng buộc thiết kế tối ưu tác giả thiết kế ban đầu cho ĐC KĐB hp Bảng 1-6: Kết kiĨm tra hiƯu st vµ tỉn hao 13 62 Bảng 3-1: So sánh kết tính sức từ động tổng F dòng điện từ hoá Ià Bảng 3-2 So sánh thành phần tổn hao Bảng 3-3 : So sánh đặc tính khởi động 72 Ngun thÞ minh hiỊn 16 17 19 33 37 68 Líp Cao häc 2004 - 2006 Luận văn thạc sỹ khoa học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Mở đầu Xà hội không ngừng phát triển, sinh hoạt nhân dân không ngừng nâng cao nên cần phát triển nhiều loại máy điện Tốc độ phát triển sản xuất công nông nghiệp nước đòi hỏi tốc độ phát triển tương 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 KHKT thiết bị điện sử dụng rộng rÃi hệ thống công nghiệp thương mại với chức biến đổi lượng điện thành lượng cơ, chúng trở nên đặc biệt quan trọng kinh tế quốc dân Động KĐB ba pha đặc biệt động KĐB ba pha rôto lồng sóc dùng phổ biến công nghiệp (vì có ưu điểm độ tin cậy cao, giá thành thấp, trọng lượng nhẹ, kết cấu đơn giản, chắn, dễ sửa chữa bảo dưỡng), với dải công suất từ hàng trăm Watts ®Õn Megawatts vµ lµ bé phËn chÝnh hƯ trun động Từ năm 1990 trở trước, hiệu suất ĐC tiêu thứ yếu Vào năm 90 kỷ 20 hiệu suất động quan tâm, khoảng thời gian này, giới đà xuất nhiều công trình nghiên cứu thiết kế tối ưu hiệu suất động đà mang lại nhiều kết đáng kể Hiện nguồn lượng giới bị cạn kiệt dần tăng giá lượng nói chung nên hiệu suất ĐC đà dần trở thành tiêu chí áp dụng ngành công nghiệp Nó mang lại lợi ích lớn không mặt tiết kiệm lượng kinh tế mà giảm đáng kể hiệu ứng nhà kính Do vậy, nâng cao hiệu suất ĐC trở nên vô cần thiết Có nhiều biện pháp để nâng cao hiệu suất ĐC 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 ) sử dụng thuật toán thiết kế để giảm nhá tỉn hao Ngun thÞ minh hiỊn Líp Cao häc 2004 - 2006 Luận văn thạc sỹ khoa học 10 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Với phát triĨn nhanh chãng cđa kÜ tht m¸y tÝnh, mét cc cách mạng kĩ thuật công tác thiết kế đạo sản xuất sản phẩm bùng nổ ®ang ®ỵc øng dơng réng r·i Do kÜ tht thiÕt kế dựa vào máy tính CAD kết hợp đặc điểm tính nhanh xác máy tính với lực phân tích tổng hợp người thiết kế nên gia tăng trình thiết kế, rút ngắn thời gian thiết kế, nâng cao chất lượng sản phẩm, thích ứng với yêu cầu đa dạng sản phẩm có sản lượng So với thiết kế cũ theo kinh nghiệm giá thành chế tạo sản phẩm giảm xuống nhiều, rút ngắn thời gian chuẩn bị sản xuất nâng cao lực sản xuất nhiều lần Với phân tích trên, luận văn sử dụng thuật toán thiÕt kÕ tèi u kÝch thíc l¸ thÐp theo søc từ động, nhằm giảm tổn hao sắt tổn hao đồng, nâng cao hệ số cos hiệu suất ĐC Với mục đích đó, luận văn đà sử dụng công cụ máy tính để xây dựng thuật toán tính toán tự động, việc thiết kế linh hoạt hơn, giảm thời gian thiết kế ứng dụng vào sản xuất ĐC điện nhà máy chế tạo Bản luận văn bao gồm ba chương Chương 1: Tổng quan tổn hao hiệu suất động không đồng ba pha rôto lồng sóc Chương 2: Phương pháp thiết kế tối ưu Chương Xác định sức từ động thép hiệu suất động không đồng xoay chiều ba pha rôto lồng sóc Xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo môn Thiết Bị Điện - Điện Tử, trung tâm Đào Tạo & Bồi Dưỡng SĐH trường ĐHBK Hà Nội cô giáo TS.Nguyễn Hồng Thanh đà tận tình giúp đỡ hoàn thành luận văn Trong thời gian có hạn, luận văn tránh khỏi thiếu sót Rất mong đóng góp ý kiến thầy, cô bạn đồng nghiƯp Ngun thÞ minh hiỊn Líp Cao häc 2004 - 2006 Luận văn thạc sỹ khoa học 11 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Chương1: tổng quan tổn hao hiệu suất động Không đồng ba pha rôto lồng sóc 1.1Sự cần thiết phải nâng cao hiệu suất * Nhu cầu chung toàn giới: Theo đánh giá Hoa Kỳ (United States Department of Engnery) đà có tỷ động đước sử dụng công việc hàng ngày, có từ 70 -90%được dùng công nghiệp Với hệ thống công suất điện Mỹ khoảng 700 GW 60% nguồn công suất sử dụng cho động pha ba pha.Tổn hao động hàng năm (chỉ tính riêng nước Mỹ) gần 400 tỷ kWh tính tổn thất gần tỷ đô la cho năm [8] Vì thế, có giảm thấp tiêu thụ lượng động nói chung động KĐB ba pha nói riêng nguồn tiết kiệm lượng quan trọng Thậm chí cần tăng phần nhỏ hiệu suất động có ý nghĩa việc tiết kiệm lượng tác động đến kinh tế Đứng trước vấn đề Mỹ tiêu chuẩn hiệu suất cho hầu hết dÃy động điện áp thấp đà thông qua vào 10/1997 NEMA (National Electrical Manufactures Association) MG1-1993, phần 15.59 so sánh với dÃy tiêu chuẩn đà hành Mỹ [13] ( bảng 1-1) Nguyễn thị minh hiền Lớp Cao học 2004 - 2006 Luận văn thạc sỹ khoa học 82 Trường Đại học Bách khoa Hà Néi if((Fg != null)&&(Fg != System.DBNull.Value)) xlsRange[i,j] = Fg; j++; if((F != null)&&(F != System.DBNull.Value)) xlsRange[i,j] = F; j++; if((Pfez != null)&&(Pfez != System.DBNull.Value)) xlsRange[i,j] = Pfez; j++; if((Pfeg != null)&&(Pfeg != System.DBNull.Value)) xlsRange[i,j] = Pfeg; j++; if((Pfe != null)&&(Pfe != System.DBNull.Value)) xlsRange[i,j] = Pfe; } i++; string strStartCell = START_CELL + PADDING_ROW ; int iTmpRow = PADDING_ROW + iRow -1; string strEndCell = END_CELL + iTmpRow; m_excel.SetRange(strStartCell,strEndCell,xlsRange); } } catch(Exception ex) { throw ex; } private void btnExportToExcelStato_Click(object sender, System.EventArgs e) { if (ValidateDataStato()) CaculatorStato(true); } private void btnEvaluateRoto_Click(object sender, System.EventArgs e) { if (ValidateDataRoto()) CaculatorRoto(false); Ngun thÞ minh hiền Lớp Cao học 2004 - 2006 Luận văn thạc sỹ khoa học 83 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Phụ lục 2: Chương trình tối ưu hoá kích thước thép động không đồng ba pha rôto lồng sóc theo sức từ động private void CaculatorRoto(bool isExportExcel) { GetDataValue(); string strCurrentDirectory=System.IO.Directory.GetCurrentDirectory(); //Mat tu cam cua gong double BgFromr=double.Parse(this.txtBgFromr.Text); double BgTor=double.Parse(this.txtBgTor.Text); double BDeltar=double.Parse(this.txtBDeltar.Text); //Mat tu cam cua rang double BzFromr=double.Parse(this.txtBzFromr.Text); double BzTor=double.Parse(this.txtBzTor.Text); //Mat dong dien dan double JFromr=double.Parse(this.txtJFromr.Text); double JTor=double.Parse(this.txtJTor.Text); double double double double double double double Itdr=double.Parse(this.txtItdr.Text); // Dong dien dan Lr=double.Parse(this.txtLr.Text); // Chieu dai truc Dnr=Double.Parse(txtDnr.Text); // Duong kinh ngoai Dtr=Double.Parse(txtDtr.Text); // Duong kinh truc Zr=double.Parse(this.txtZr.Text); // So ranh Roto h4r=double.Parse(this.txtH4r.Text); // Chieu cao mieng ranh d2Fromr=double.Parse(this.txtd2r.Text); // duong kinh day ranh // Tiet dien ranh so bo double Sr_Sobo=Itdr/(100*double.Parse(this.txtJr.Text)); // Chieu cao cua gong double hgFromr= Phi*10*10*10*10/(2*BgTor*Lr*Kc); double hgTor= Phi*10*10*10*10/(2*BgFromr*Lr*Kc); // Chiều cao rãnh double hrFromr =(Dnr-Dtr)/2-hgTor; double hrTor =(Dnr-Dtr)/2-hgFromr; // Buoc rang Roto tr=dPi*Dnr/Zr; // Chieu rong rang so bo double bzFromr=BDeltar*tr/(BzTor*Kc); double bzTor=BDeltar*tr/(BzFromr*Kc); double Fminr=0; // Suc tu dong tong nRowMinr=-1;// Hang co suc tu dong tong dat int nRows=0; double bzr=bzFromr; nRows=0; dtRoto=CreateDataTableRoto(); while (bzr