Thiết kế chế tạo động cơ không đồng bộ

Trờng ĐHBK-Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp lời nói đầu Cùng với sự phát triển không ngừng của xã hội, đời sống sinh hoạt của nhân dân ngày càng đợc nâng cao, do đó cần thiết phát triển những loại máy điện mới. Tốc độ phát triển của các ngành công nông nghiệp, ngày càng đòi hỏi sự phát triển tơng xứng ngành công nghiệp điện lực và ngành chế tạo máy điện cần đáp ứng những yêu cầu cao hơn. Đồng thời nhu cầu sử dụng điện năng ngày càng phát triển trong mọi lĩnh vực, đời sống sinh hoạt của con ngời. Do đó ngày càng cần thiết phát triển nhiều loại máy điện mới có các tính năng kỹ thuật cũng nh công suất cao hơn. Đặc biệt động cơ điện đợc sử dụng ngày càng nhiều trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp, thủ công nghiệp, trong các thiết bị tự động, các loại truyền động và trong các thiết bị gia dụng. Nh vậy động cơ điện dùng làm nguồn động lực cho các loại thiết bị điện công suất nhỏ và lớn. Trong tất cả các loại động cơ điện thì động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc là một trong những loại động cơ đợc sử dụng rộng rãi nhất vì công nghệ chế tạo đơn giản, giá thành hạ, dễ sử dụng, vận hành đơn giản, dễ bảo dỡng sửa chữa. Hiện nay, phơng pháp thiết kế tối u trong các loại động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc đều đợc thực hiện bằng máy tính. Đây là phơng pháp toán học đã đợc dùng rộng rãi trong khoa học kỹ thuật. Nhng để thực hiện đợc thiết kế tự động cũng cần hiểu rõ ph- ơng pháp thiết kế tính toán thông thờng. ở đây, để tính toán thiết kế cho động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc ba pha. Trong quá trình tập tính toán thiết kế, vì thời gian, tài liệu và trình độ có hạn nên không tránh khỏi những sai sót xin đợc các thầy, cô lợng thứ và góp ý để tập thiết kế này đợc hoàn chỉnh hơn. Trong thời gian tập tính toán thiết kế, nhờ sự hớng dẫn nhiệt tình của thầy Vũ Gia Hanh và các thầy cô trong bộ môn TBĐ-TĐ em đã hoàn thành tập thiết kế này em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu đó. Thiết Kế ĐCKĐB 3 Pha Roto Lồng Sóc SV: Nguyễn Hữu Thái 1 Trờng ĐHBK-Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp Hà nội ngày 24 tháng 4 năm 2003. Sinh viên : Nguyễn Hữu Thái Giới Thiệu Về Động Cơ Không Đồng Bộ Rôto Lồng Sóc Kết cấu động cơ điện rôto Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu dùng 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 rôto lồng sóc là loại máy đợc dùng rộng rãi nhất trong nghành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng nghìn kilôoat. Trong công nghiệp thờng 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 nhà máy công nghiệp nhẹ v .v trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió. Trong nông nghiệp dùng làm máy bơm 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 triển của nền sản xuất điện khí hóa, tự động hóa và sinh hoạt hàng ngày, phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ ngày càng rộng rãi lồng sóc đơn giản, làm việc chắc chắn, có đặc tính làm việc tốt nhng đặc tính mở máy của nó không đợc nh của động cơ điện rôto dây quấn. Dòng điện mở máy thờng lớn mà mômen mở máy lại không lớn lắm. Để cải thiện đặc tính mở máy của động cơ điện rôto lồng sóc, ngời ta đã chế tạo ra nhiều kiểu đặc biệt trong đó hiện nay dùng nhiều nhất là động cơ điện rôto rãnh sâu và rôto hai lòng sóc hay lồng sóc kép. Động cơ điện rôto rãnh sâu lợi dụng hiện tợng từ thông tản trong rãnh rôto gây nên hiện tợng hiệu ứng mặt ngoài của dòng điện để cải thiện đặc tính mở máy. Để tăng hiệu ứng mặt ngoài rãnh rôto có hình dáng vừa hẹp, vừa sâu, thờng tỷ lệ giữa chiều cao và chiều rộng rãnh vào khoảng 10 đến 12. Thanh dẫn đặt trong dãnh có thể coi nh gồm nhiều thanh nhỏ đặt xếp lên nhau theo chiều cao và hai đầu đợc nối ngắn mạch lại bởi hai vành ngắn mạch, vì vậy điện áp hai đầu các mạch song song đó bằng nhau, do đó sự phân phối dòng điện trong các mạch phụ thuộc vào điện kháng tản của chúng. Khi Thiết Kế ĐCKĐB 3 Pha Roto Lồng Sóc SV: Nguyễn Hữu Thái 1 Trờng ĐHBK-Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp mở máy lúc đầu dòng điện dây quấn rôto có tần số lớn nhất bằng tần số lới f 1 từ thông tản cũng biến thiên theo tần số đó. Kết quả việc dòng điện tập trung lên trên, tiết diện tác dụng của dây dẫn coi nh bị nhỏ đi điện trở rôto tăng lên và nh vậy làm cho mômen mở máy tăng lên. Mặt khác dòng điện tập chung lên trên cũng làm giảm tổng từ thông móc vòng đi một ít, nghĩa là x 2 sẽ nhỏ đi. Hiệu ứng mặt ngoài của dòng điện phụ thuộc vào tần số và hình dáng của rãnh, vì vậy khi mở máy tần số cao, hiệu ứng mặt ngoài mạnh. Khi tốc độ máy tăng lên, tần số dòng điện rôto giảm xuống nên hiệu ứng mặt ngoài giảm đi, dòng điện dần dần phân bố lại đều đặn vì vậy dòng điện trở rôto r 2 coi nh nhỏ trở lại, điện kháng tản quy đổicủa rôto do tần số lới x 2 tăng lên, đến khi máy làm việc bình thờng thì do tần số dòng điện rôto thấp khoảng 2 đến 3 Hz hiện tợng hiệu ứng mặt ngoài hầu nh không có, do đó động cơ điện rãnh sâu trên thực tế có đặc tính làm việc nh các máy loại thờng. Trong quá trình mở máy động cơ điện, mômen mở máy là đặc tính chủ yếu nhất trong những đặc tính mở máy của động cơ điện. Muốn cho máy quay đợc thì mômen mở máy của động cơ điện phải lớn hơn mômen tải tĩnh. Theo yêu cầu của nhà sản xuất, động cơ điện không đồng bộ lúc làm việc thờng phải mở máy và ngừng máy nhiều lần. Tùy theo tính chất của tải và tình hình của lói điện mà yêu cầu về mở máy đối với động cơ điện cũng khác nhau. Có khi yêu cầu mở máy lớn, có khi cần hạn chế dòng điện mở máy và có khi cần cả hai. Những yêu cầu trên đòi hỏi động cơ điện phải có tính năng mở máy thích ứng. Trong nhiều trờng hợp, do phơng pháp mở máy hay do chọn động cơ điện có tính năng mở máy không thích đáng nên th- ờng hỏng máy. Nói chung khi mở máy một động cơ cần xét đến những yêu cầu cơ bản sau: + Phải có mômen mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tải. + Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt. + Phơng pháp mở máy và thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền, chắc chắn. + Tổn hao công suất trong quá trình mở máy càng thấp càng tốt. Thiết Kế ĐCKĐB 3 Pha Roto Lồng Sóc SV: Nguyễn Hữu Thái 1 Trêng §HBK-Hµ Néi §å ¸n Tèt NghiÖp ThiÕt KÕ §CK§B 3 Pha Roto Lång Sãc SV: NguyÔn H÷u Th¸i 1 Trờng ĐHBK-Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp Tính Toán Thiết KếĐộng Cơ Không Đồng Bộ Ba Pha rôto Lồng Sóc P đm = 40 kW U đm = 220/380 V p = 2 f = 50 Hz % = 91,5 cos = 0,91 = dm mm I I 7 = dm mm M M 1,1 Kiểu kín , cách điện cấp E, làm việc liên tục. A. Kích thớc chủ yếu : 1.Tốc độ đồng bộ: n đb (v/ph) Ta có : số đôi cực p = 2 2p = 4 Từ công thức: p = 1 1 .60 n f n 1 = 2 50.60 2 .60 1 = f = 1500 (v/ph ) Trong đó: f 1 = 50 H Z 2. Đờng kính ngoài stato: Theo giáo trình thiết kế máy điện PGS_ Trần Khánh Hà và PTS_Nguyễn Hồng Thanh , động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc có: Với P = 40 kW , 2p = 4 ta chọn h = 200 mm = 20 cm ( theo hình 10- 1). Theo ( bảng 10.3 trang 230 TKMĐ ) với h = 20 cm có đờng kính ngoài stato tiêu chuẩn : D n = 34,9 cm Thiết Kế ĐCKĐB 3 Pha Roto Lồng Sóc SV: Nguyễn Hữu Thái 1 Trờng ĐHBK-Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp 3. Đờng kính trong stato : Theo( bảng 10.2 trang 230 TKMĐ) có k D = 0,64 ữ 0,68 D = k D . D n = ( 0,64 ữ 0,68 ) 34,9 = 22,34 ữ 23,73 cm Lấy: D = 23,5 cm 4. Công suất tính toán: P = 91,0.915,0 40.98,0 cos. . = dmE Pk = 47 kVA Trong đó: k E = 0,98 lấy theo ( hình 10-2 trang 231 TKMĐ ) P đm = 40 kV = 0,915 cos = 0,91 5. Chiều dài tính toán của lõi sắt stato : Sơ bộ chọn : k d = 0,92 ( hệ số dây quấn ) Lấy == 2 0,64 ( hệ số xung cực từ ) k s = 22 = 1,11 ( hệ số sóng hình sin ) k z = 1,2 ( hệ số bão hòa răng ) Theo ( hình 10-3a trang 233 TKMĐ ) ta chọn : A = 365 (A/cm) B = 0,77 T nDBAkk P l ds .10.1,6 2 7 = Trong đó: P = 47 kVA = a 0,64 ( hệ số cung cực từ ) k d = 0,92 ( hệ số dây quấn ) A = 365 A/cm ( tải đờng ) B = 0,77 T ( mật độ từ thông khe hở không khí ) D = 23,5 cm ( đờng kính trong stato) n 1 = 1500 v/ph Thiết Kế ĐCKĐB 3 Pha Roto Lồng Sóc SV: Nguyễn Hữu Thái 1 Trờng ĐHBK-Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp == = 1500.5,23.77,0.365.92,0.11,1.64,0 47.10.1,6 .10.1,6 2 7 2 7 nDBAkk P l ds 18,48 cm Lấy : = l 18,8 cm Do lõi sắt ngắn nên làm thành một khối Chiều dài lõi sắt stato, rôto bằng: l 1 = l 2 = = l 18,8 cm 6. Bớc cực : === 4 5,23.14,3 2 . p D 18,5 cm Trong đó : D = 23,5 cm p = 2 7. Lập phơng án so sánh: Hệ số: === 5,18 8,18 l 1,016 Trong dãy động cơ không đồng bộ K công suất 40 kW, 2p = 4 có cùng đờng kính ngoài ( nghĩa là cùng chiều cao tâm trục h ) với máy công suất 47 kW, 2p = 4 . Hệ số tăng công suất của máy này là == 40 47 1,175 do đó của máy 47 kW bằng : 47 = . 40 = 1,175 . 1,016 = 1,193 Vậy : 40 = 1,016 47 = 1,193 Theo( hình 10-3b trang 235 TKMĐ ) hai hệ số 40 và 47 đều nằm trong phạm vi kinh tế do đó việc chọn phơng án trên là hơp lý . 8. Dòng điện pha định mức : I 1 = 91,0.915,0.220.3 10.40 cos 3 10. 3 .1 3 = U P = 72,7 A Trong đó : U 1 = 220 V P = 40 KW = 0,915 cos = 0,91 Thiết Kế ĐCKĐB 3 Pha Roto Lồng Sóc SV: Nguyễn Hữu Thái 1 Trờng ĐHBK-Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp B. Dây quấn , rãnh stato và khe hở không khí : 9. Số rãnh stato: Lấy q 1 = 4 Z 1 = 2m. p. q 1 = 2. 3. 2. 4 = 48 rãnh Trong đó : m = 3 pha p = 2 q 1 = 4 10. Bớc rãnh stato : t 1 === 48 5,23.14,3. 1 Z D 1,538 cm Trong đó: D = 23,5 cm Z 1 = 48 rãnh 11. Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh: Chọn số mạch nhánh song song: a 1 = 4 U r1 = == 7,72 4.538,1.365 1 11 I atA 30,88 Trong đó : A = 365 A/cm t 1 = 1,538 cm a 1 = 4 I 1 = 72,7 A Lấy : U r1 = 30 thanh 12. Số vòng dây nối tiếp của một pha : Thiết Kế ĐCKĐB 3 Pha Roto Lồng Sóc SV: Nguyễn Hữu Thái 1 Trờng ĐHBK-Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp W 1 = p. q 1 60 4 30 4.2 1 1 == a U r vòng W 1 = 60 vòng Trong đó : p = 2 q 1 = 4 U r1 = 30 thanh 13. Tiết diện và đờng kính dây dẫn: Theo( hình 10-4 trang 237 TKMĐ ) chọn tích số AJ = 1880 A 2 /cm.mm 2 Mật độ dòng điện: J 1 = 365 1880 = A AJ = 5,15 A/ mm 2 Tiết diện dây(sơ bộ) : S 1 = 15,5.2.4 7,72 . ' 1.11 1 = Jna I dm = 1,764 mm 2 Trong đó : I 1đm = 72,7 A a 1 = 4 ở đây lấy: n 1 = 2 sợi J 1 = 5,15 A/ mm 2 Theo phục lục VI, bảng VI.1 ( trang 646 TKMĐ ) chọn dây đồng tráng men PETV có đờng kính : 585,1 5,1 = cd d d s = 1,767 mm 2 14. Kiểu dây quấn : Chọn dây quấn hai lớp bớc ngắn với y = 10 === 12 10 y 0,833 15. Hệ số dây quấn : Hệ số bớc ngắn: k y = sin 2 = sin = 2 . 12 10 0,966 Hệ số bớc dải: Thiết Kế ĐCKĐB 3 Pha Roto Lồng Sóc SV: Nguyễn Hữu Thái 1 Trờng ĐHBK-Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp k r = == 2 15 sin4 2 15 4sin 2 sin 2 sin q q 0,958 Trong đó : 48 360.2360. 1 0 == Z p = 15 0 Hệ số dây quấn : k d = k y . k r = 0,966. 0,958 = 0,925 Trong đó : k y = 0,966 k r = 0,958 16. Từ thông khe hở không khí : === 60.50.925,0.11,1.4 220.98,0 4 . 1 wfkk Uk ds E 0,0174 Wb Trong đó : k E = 0,98 U 1 = 220 V k s = 1,11 k d = 0,925 f = 50 Hz W = 60 vòng 17. Mật độ từ thông khe hở không khí : == = 8,18.5,18.64,0 10.0174,0 10. 4 1 4 la B 0,78 T Trong đó : = 0,0174 Wb = a 0,64 = 18,5 cm l 1 = 18,8 cm 18. Sơ bộ đinh chiều rộng của răng stato: b Z1 = == 93,0.8,18.75,1 538,1.8,18.78,0 11 11 cZ klB tlB 0,737 cm Trong đó: 78,0 = B T Thiết Kế ĐCKĐB 3 Pha Roto Lồng Sóc SV: Nguyễn Hữu Thái 1 . Về Động Cơ Không Đồng Bộ Rôto Lồng Sóc Kết cấu động cơ điện rôto Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làm động cơ điện. Do kết. thực hiện đợc thiết kế tự động cũng cần hiểu rõ ph- ơng pháp thiết kế tính toán thông thờng. ở đây, để tính toán thiết kế cho động cơ không đồng bộ rôto lồng