Đồ án máy điện thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha

Đồ án máy điện thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha

ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN " Thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha " ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN SINH VIÊN: NGUYỄN VĂN NGỌC GVHD: NGÔ ĐỨC KIÊN 1 Lời nói đầu Động cơ điện không đồng bộ ba pha là máy điện quay biến đổi điện năng thành cơ năng . được sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp cũng như trong đời sống hằng ngày của nhân dân. sở dĩ nó được sử dụng rông rãi là vì cấu tạo đơn giản,làm việc chắc chắn, giá thành lại rẻ… Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, của quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá, các sản phẩm công nghệ yêu cầu phải tinh xáo, chất lượng, đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng. Để làm được điều đó người kỹ sư thiết kế phải không ngừng nghiên cứu, tìm hiểu,nắm bắt sự phát triển của xã hội để chế tạo ra những loại máy điện phù hợp với xu thế phát triển của thời đại. Trong học kỳ này em được giao thiết kế động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc do thầy giáo NGÔ ĐỨC KIÊN hướng dẫn. vì là lần đầu tiên chưa có đầy đủ kinh nghiệm nên không thế tránh được thiếu sót trong thiết kế vậy mong thầy cô giáo sau khi xem xét đồ án có gì thiếu sót, sơ sài đóng góp ý kiến cho em. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo NGÔ ĐỨC KIÊN đã hướng dẫn em hoàn thành tốt đồ án. Sinh viên Nguyễn Văn Ngọc Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN SINH VIÊN: NGUYỄN VĂN NGỌC GVHD: NGÔ ĐỨC KIÊN 2 A. LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN B. LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN SINH VIÊN: NGUYỄN VĂN NGỌC GVHD: NGÔ ĐỨC KIÊN 3 YÊU CẦU THIẾT KẾ Thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha + Động cơ rôto lồng sóc, kiếu kín IP44 , cách điện cấp B , dãy 3K theo TCVN 1987-1994 + Công suất định mức : 37 kw + Số đôi cực : 2 + Điện áp định mức : 660/380Vđấu y/ + Tần số : 50Hz + Chiều cao tâm trục : 200mm NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 1. Tính toán các kích thước chú yếu 2. Tính toán thông số stato,rôto 3. Tính toán mạch từ 4. Tính toán tham số động cơ ở chế độ định mức 5. Tính toán tổn hao 6. Tính toán đặc tính 7. Tính toán nhiệt + Chỉ tiêu kỹ thuật theo TCVN 1987-1994 : + Hiệu suất : η = 91% + Hệ số công suất: Cos = 0,9 + Bội số dòng điện cực đại : i k = I k I đm = 7 + Bội số mômen cực đại : m max = M max M đm = 2,2 + Bội số mômen khởi động : m k = M k M đm = 1,4 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN SINH VIÊN: NGUYỄN VĂN NGỌC GVHD: NGÔ ĐỨC KIÊN 4 Ghi chú : Tất cả các số liệu tra bảng lấy từ sách THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN (TKMĐ) của TRẦN KHÁNH HÀ I. TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHÚ YẾU Những kích thước chủ yếu của động cơ điện không đồng bộ là đường kính trong stato D và chiều dài lõi sắt l. Mục đích của việc chọn kích thước này là để chế tạo ra máy kinh tế hợp lý nhất mà tính năng phù hợp với tiêu chuẩn nhà nước. Tính kinh tế của máy không chỉ là vật liệu sử dụng để chế tạo ra máy mà còn xét đến quá trình chế tạo trong nhà máy, như tính thông dụng của các khuôn dập ,vật đúc, các kích thước và chi tiết tiêu chuẩn hoá … 1. Xác định tốc độ quay đồng bộ n 1 = 60f 1 p = 60.50 2 = 1500 vg/ph Trong đó : + f 1 : Tần số lưới điện đưa vào + p : Số đôi cực 2. Đường kính ngoài stato + Đường kính ngoài D n có liên quan mật thiết với kết cấu động cơ, cấp cách điện và chiều cao tâm trục h đã được tiêu chuẩn hóa. Vì vậy thường chọn D n theo h. + Tra bảng 10.3 sách “TKMĐ” với chiều cao tâm trục là h = 200mm thì đường kính ngoài stato theo tiêu chuẩn là : D n = 34,9 cm = 349 mm 3. Đường kính trong stato Xác định đường kính trong stato theo công thức : D = k d .D n Tra bảng 10.2 sách “TKMĐ” ta được : k d = 0,64 - 0,68 D n = 34,9 cm  D = (0,64 - 0,68).34,9 = 22,34 - 23,73 cm Lấy D n = 23,5 cm Trong đó k d là hệ số tỉ lệ giữa đường kính ngoài và đường kính trong Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN SINH VIÊN: NGUYỄN VĂN NGỌC GVHD: NGÔ ĐỨC KIÊN 5 4. Công suất tính toán P’ = k e P ηcos = 0,98.37 0,91.0,9 = 44,27 kW Trong đó :+ k e là hệ số công suất định mức lấy theo hình 10-2 sách “TKMĐ” + η và cos lấy theo TCVN 1987-1991 5. chều dài tính toán của lõi sắt stato L tt = 6,1.10 7 .P’   .k  .k d .A.B  .D 2 .n 1 Trong đó : + p’ : Công suất tính toán +   : Hệ số cung cực từ + K d : Hệ số dây quấn + K s : Hệ số sóng + A : Tải đường (Tải điện từ) + B  : Mật độ từ thông khe hở không khí + D : Đường kính trong stato + n 1 : Tốc độ đồng bộ Sơ bộ chọn : k d = 0,92   = 0,64 k s = 1,11 + Khi chọn A và B  phải lựa chọ một cách thích hợp vì nó ảnh hưởng rất nhiều đến kích thước chủ yếu của D và l. Đứng về mặt tiết kiệm vật liệu thì nên chọn A và B  lớn, nhưng nếu A và B  quá lớn thì tổn hao đồng và sắt tăng lên, làm máy quá nóng, ảnh hưởng đến tuổi thọ sử dụng máy. Do đó khi chọn A và B  cần xét đến chất liệu vật liệu sử dụng. Nếu sử dụng vật liệu sắt từ tốt (có tổn hao ít hay độ từ thẩm cao) thì có thể chọn B  lớn. Dùng dây đồng có cấp cách điện cao thì có thể chọn A lớn. Ngoài ra tỷ số giữa A và B  củng ảnh hưởng đến đặc tính làm việc và khởi động của động cơ không đồng bộ, vì A đặc trưng cho mạch điện , B  đặc trưng cho mạch từ. Tra hình 10-3a sách “TKMĐ” ta được : A = 370 A cm B  = 0,77 T Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN SINH VIÊN: NGUYỄN VĂN NGỌC GVHD: NGÔ ĐỨC KIÊN 6 Vậy : L tt = 6,1.10 7 .44,27 0,64.0,92.1,11.370.23,5 2 .1500 = 17,51 cm Lấy L tt = 17,6 cm  chiều dài lõi sắt stato-roto bằng : L 1 = L 2 = L tt = 17,6 cm 6. Bước cực τ = D 2p = .23,5 4 = 18,46 cm Trong đó : + D : Đường kính trong stato + p : Số đôi cực 7. Lập phương án so sánh Hệ số hình dáng :  = L tt τ = 17,6 18,46 = 0,953 Trong dãy động cơ không đồng bộ k(0,55-90kw) động cơ công suất 37kw (p = 2) và công suất 40kw (p=2) có cùng đường kính ngoài ( tức là cùng chiều cao tâm trục h = 200mm) hệ số tăng công suất :  = 40 37 = 1,081 Do đó hệ số chỉ từ thông tản của máy 40kw là :  40 =  37 . = 0,953.1,081 = 1,03 Theo hình 10.3b sách “TKMĐ” ta thấy  37 , 40 đều nằm trong phạm vi kinh tế, do đó việc chọn phương án trên là hợp lý. 8. Dòng điện pha định mức I pđm = P đm .10 3 3.U đm .ηcos = 37.10 3 3.380.0,91.0,9 = 39,63 A Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN SINH VIÊN: NGUYỄN VĂN NGỌC GVHD: NGÔ ĐỨC KIÊN 7 II. TÍNH TOÁN THÔNG SỐ STATO - RÔTO A. TÍNH TOÁN THÔNG SỐ STATO 1. Số rãnh stato + Chọn q 1 : Chọn q 1 nhiều hay ít có ảnh hưởng đến số rãnh stato Z 1 . Số rãnh này không nên nhiều quá, vì vậy diện tích cách điện rãnh chiếm chỗ so với số rãnh ít sẽ nhiều hơn, do đó hệ số lợi dụng rãnh sẽ giảm đi. Mặt khác về phương diện độ bền cơ mà nói răng sẽ yếu. Ít răng quá sẽ làm cho dây quấn phân bố không đều trên bề mặt lõi sắt nên sức từ động phần ứng có nhiều sóng bật cao. nếu q 1 nhỏ thì từ trường sóng bậc cao sẽ mạnh. + Trị số q 1 thường chọn theo số nguyên vì cải thiện được đặc tính làm việc và khả năng làm giảm tiếng kêu của máy. Còn nếu q 1 là phân số thì cũng một phần làm giảm suất điện động bậc cao nhưng chỉ được chọn trong một số trường hợp cần thiết mà thôi Lấy q 1 = 4 Z 1 = m.2p.q 1 = 3.2.2.4 = 48 rãnh. Trong đó : + m : Số pha + p : Số đôi cực 2. Bước rãnh stato t 1 = .D Z 1 = .23,5 48 = 1,538 cm 3. Số cạnh tác dụng của một rãnh Chọn số mạch nhánh song song : a 1 = 4 U r1 = A.t 1 .a 1 I pđm = 370.1,538.4 39,63 = 57,44 cạnh Lấy U r1 = 57 cạnh Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN SINH VIÊN: NGUYỄN VĂN NGỌC GVHD: NGÔ ĐỨC KIÊN 8 4. Số vòng dây nối tiếp của một pha W 1 = P.q 1 . U r1 a 1 = 2.4. 57 4 = 144 vòng Trong đó : + q 1 : Số rãnh của một pha dưới một cực + a 1 : Số mạch nhánh song song 5. Tiết diện và đường kính dây dẫn Chọn mật độ dòng điện J : Việc chọn ra mật độ dòng điện ảnh hưởng đến hiệu suất và sự phát nóng của máy mà sự phát nóng này chủ yếu phụ thuộc vào tích số AJ. Tích số này tỷ lệ với suất tải nhiệt của máy. Do đó theo kinh nghiệm thiết kế chế tạo, người ta căn cứ vào cấp cách điện để xác định AJ. + Theo hình 10-4 sách “TKMĐ” tích số AJ = 1880 A 2 cm.mm 2 + Mật độ dòng điện : J 1 = AJ A = 1880 370 = 5,08 A mm 2 + Sơ bộ tính tiết diện dây : s 1 = I pđm a 1 .n 1 .J 1 = 39,63 4.2.5,08 = 0,975 mm 2 Ở đây lấy n 1 = 2 sợi Theo phụ lục VI bảng VI.1 sách “TKMĐ” chọn dây đồng tráng Men PETV có đường kính d/d cđ = 1,12/1,20 mm , s = 0,985 mm 2 Với: + d: Đường kính dây không kể cách điện (mm) + d cd : Đường kính dây kể cả cách điện (mm) + S: Tiết diện dây (mm 2 ) Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN SINH VIÊN: NGUYỄN VĂN NGỌC GVHD: NGÔ ĐỨC KIÊN 9 6. Kiểu dây quấn Dây quấn stato đặt vào rãnh của lõi thép stato và được cách điện với lõi thép. Dây quấn có nhiệm vụ cảm ứng được sức điện động nhất định, đồng thời cũng tham gia vào việc chế tạo nên từ trường cần thiết cho sự biến đổi năng lượng điện có trong máy. + ở đây ta chọn dây quấn bước ngắn 2 lớp mục đích là để khử từ trường sóng bậc cao, giảm lượng đồng sử dụng,khử sóng bậc cao, giảm từ trường tản ở phần bối dây và trong rãnh stato, làm tăng cosφ, cải thiện đặc tính mở máy động cơ, giảm tiếng ồn điện từ lúc động cơ vận hành. Chọn dây quấn 2lớp bước ngắn : y = 10  = y τ = 10 12 = 0,833 Trong đó : + y : khoảng cách giữa hai cạnh tác dụng của 1 phần tử +  : hệ số bước ngắn 7. Hệ số dây quấn  Hệ số bước ngắn : k y = sin.  2 = sin 10 12 .  2 = 0,966  Hệ số bước rãi : k r = sinq.  2 q.sin  2 = sin4. 15 2 4.sin 15 2 = 0,958 Trong đó :  là góc lệch pha giữa các suất điện động của hai cạnh tác dụng đặt trong hai rãnh kề nhau  = p.360 o Z 1 = 2.360 48 = 15 O Hệ số dây quấn : k d = k y .k r = 0,966.0,958 = 0,925 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) [...]... ngắn mạch Sv = a.b = 21 ,3. 37 = 784,4 mm2 13 Cánh quạt trên vành ngắn mạch + Tra bảng 10.7 sách TKMĐ ta được : số cánh 14 cánh , và kích thước cánh Như hình vẽ 3 30mm 21 ,3 mm 6 40,9 mm 14 Bề rộng răng rôto ở 1 /3 chiều cao răng BZ21 = 3 4 (D’-2h42- (h22+d)-d) 3 Z2 4 ( 23, 36-2.0,05- (2 ,31 +0,72)-0,72) 3 = = 0,869 cm 38 15 Chiều cao gông rôto hg2 = D’-Dt 1 23, 36-7 1 - hr2 + d2 = - 30 ,8 + 0,7 = 5,22 cm 2... 7,9.50.17,6.5 ,39 8.10-8 = 3, 7 53. 10-4 Ω 21 Điện kháng rôto đã quy đổi x2’ = .x2 = 35 11 .3, 7 53. 10-4 = 1 ,31 77 Tính theo đơn vị tương đối : x2’* = x2’ I1 I 39 , 63 = x2’ pđm = 1 ,31 77 = 0, 137 U1 U1 38 0 22 Điện kháng hỗ cảm x12 = U1-Iµ.x1 38 0-11.0,766 = = 33 ,79 Ω Iµ 11 Tính theo đơn vị tương đối : x12’ = x12 I1 I 39 , 63 = x12 pđm = 33 ,79 = 3, 52 U1 U1 38 0 SINH VIÊN: NGUYỄN VĂN NGỌC 28 GVHD: NGÔ ĐỨC KIÊN Create PDF files... 15, 03 ' I 2  C1 2,156 41,71 2 2 Z ns  rns  x ns 2,156 A A A I1r I1 P1  3. U 1 I1r 10 3 PCu1  3. I 12 r1 10 3 2 ' PCu 2  3. I 2 r2' 10 3 Pf =0,005,P1 kW kW kW kW SINH VIÊN: NGUYỄN VĂN NGỌC 34 GVHD: NGÔ ĐỨC KIÊN Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN P0 =PFe +Pcu kW 0,9 43 0,9 43 0,9 43 0,9 43 1,6 53 2 ,32 6... 1,6 53 2 ,32 6 3, 095 4,117 21,797 9,852 19,505 28,465 36 ,452 44,010 77, 930 88,91 91,18 92,44 92,10 90,88 78,14 kW kW P2=P1- P η= 0,9 43 1,229 P=PCu1+ PCu2+Pf+P0 0,9 43 p2 100 p1 % 2 Đồ thị đặc tính làm việc η,cosφ I1(A) 1 s (%) 50 η 0,8 40 0,6 30 0,4 2 cosφ 1,5 I1 20 1 s 0,5 0,2 10 0 10 20 30 37 P2 (kW) HÌNH A _Đồ thị biểu thị đặc tính làm việc của động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc 37 kW , 2p = 4 + Bội số... MÁY ĐIỆN VI TÍNH TOÁN ĐẶC TÍNH A ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC + Sau khi đã chọn các kích thước và dây quấn của động cơ điện, tính toán các tham số, dòng điện từ hoá và các tổn hao, có thể tìm được đặc tính của máy ở chế độ làm việc bình thường Các thông số đã tính được : r1 = 0,2 638 Ω , x1 = 0,76 Ω r’2 = 0,1978 Ω , x’2 = 1 .31 77 Ω x12 = 33 ,79 Ω 1 Thành phần phản kháng và tác dụng của dòng điện ở tốc độ đồng bộ. .. đ2 = p = 0 ,32 9 Z2 2 ,3. 19,7 4,7.19,7 = 0,667 2 lg 38 .17,6.0 ,32 9 3, 7+2.2, 13 18 Hệ số từ tản do rãnh nghiêng rn = 0,5.t2( bn 2 1,54 2 ) = 0,5.2, 036 ( ) = 0,647 Z2 1, 931 Với bn là đoạn rãnh nghiêng 19 Hệ số từ tản rôto 2 = r2 + t2 + đ2 + rn = 2,048 + 2, 036 + 0,667 + 0,647 = 5 ,39 8 20 Điện kháng tản dây quấn rôto x2 = 7,9.f1.L2.2.10-8 = 7,9.50.17,6.5 ,39 8.10-8 = 3, 7 53. 10-4 Ω 21 Điện kháng rôto đã... ĐỘ ĐỊNH MỨC * Nhận xét: + Điện trở và điện kháng của dây quấn là những tham số chủ yếu của máy điện + Điện kháng xác định bởi từ thông móc vòng của cảm ứng tương hổ xuyên qua các khe hở không khí và móc vóng vào cả hai cuộn dây stato và roto động cơ, sinh ra điện kháng cơ bản, đó là điện kháng hổ cảm Từ thông móc vòng tản chỉ móc vòng mỗi bản thân cuộn dây, sinh ra điện kháng tản x1 đối với stato và... x12 33 ,79 C2 = 1,046 1 Iđbx = Iµ = 11 A pFe.1 03+ 3Iµ2.r1 609 +3. 112.0,2 638 Iđbr = = = 0,62 A 3U1 3. 380 E1 = U1 - Iµ.x1 = 38 0 - 11.0,76 = 37 1,64 V kI = 6.w1.kd1 6.114.0,925 = = 16,65 Z2 38 I’2 = I2 Itd 620,25 = = = 37 ,25 A kI kI 16,65 Hệ số trượt định mức : sđm = I’2.r’2 37 ,25.0,1978 = = 0,0198 E1 37 1,64 Hệ số trượt cực đại : sm = r’2 x1 +x’ c1 2 SINH VIÊN: NGUYỄN VĂN NGỌC = 0,1978 = 0,096 0,76 +1 ,31 77... = 1,8.2,5.1,8 232 .10,24.10 -3 = 0,1 53 kW b Trong gông PFeg1 = kgc.pFeg1.Bg1 2.Gg1 10 -3 = 1,6.2,5.1,5472.40.10 -3 = 0 ,38 3 kW  Tổn hao trong cả lõi sắt stato : p’Fe = pFeZ1 + pFeg1 = 0,1 53 + 0 ,38 3 = 0, 536 kW SINH VIÊN: NGUYỄN VĂN NGỌC 30 GVHD: NGÔ ĐỨC KIÊN Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN 4 Tổn hao... (http://www.novapdf.com) ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN 23 Tính lại kE kE = U1-Iµ.x1 38 0-11.0,76 = = 0,978 U1 38 0 Do trị số này không khác nhiều so với giả thiết ban đầu (0,98) nên không cần phải tính lại V.TÍNH TOÁN TỔN HAO Tổn hao trong máy động cơ điện có thể phân thành những loại sau: + Tổn hao trong sắt ở stato và rôto do từ trễ và dòng điện xoáy khi từ thông chính biến thiên Ngoài ra . ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN " Thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha " ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN. YÊU CẦU THIẾT KẾ Thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha + Động cơ rôto lồng sóc, kiếu kín IP44 , cách điện cấp