Báo cáo nhu cầu và yêu cầu sử dụng máy điện một chiều đến 200kw trong các ngành KT

Báo cáo nhu cầu và yêu cầu sử dụng máy điện một chiều đến 200kw trong các ngành KT

ĐỀ TÀI KC06.19CN

Động cơ một chiều 200kW-750vg/ph-440V

BAO CAO NHU CAU VA YEU CAU SU DUNG MAY ĐIỆN MỘT CHIỀU CONG SUAT DEN 200kW

TRONG CAC NGANH KINH TẾ QUỐC DAN

Sau khi khảo sát tìm hiểu thực tế nhu cầu sử dụng máy điện một chiều trong các ngành kinh tế quốc dân, chúng tôi đã nhận thấy ở Việt Nam, các ngành kinh tế có sử dụng nhiều máy điện một chiều là ngành cán thép, ximăng, khai thác mỏ, đường sắt, ôtô.v.v Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt nên đặc biệt được sử dụng trong những ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải Ngoài ra, máy phát điện một chiều dùng làm nguồn điện cho các động cơ điện một chiều, làm nguồn điện một chiều kích từ trong máy điện đồng bộ, trong công nghiệp điện hoá học như tỉnh luyện đồng, nhôm, mạ điện cũng cần đùng nguồn điện một chiều điện áp thấp

Ở Việt Nam hiện tại chỉ có 02 cơ sở sản xuất máy điện quay trong đó chỉ có Công ty Chế tạo Điện cơ Hà Nội (tên giao dịch là CTAMAD) là cơ sở duy nhất đã sản xuất được máy điện một chiều Công ty CTAMARD có 42 năm kinh nghiệm sản xuất máy điện, ngay từ những năm 1960 công ty CTAMAD đã thiết kế và chế tạo các động cơ và các máy phát một chiều cho ôtô “ LA3 63”, máy phát thông tin phục vụ cho chiến trường Ngoài nhiệm vụ thiết kế máy điện một chiều phòng Thiết kế còn nghiên cứu và chế tạo mica cứng, mica dạng tấm để làm vật liệu cách điện cho cổ góp Sản phẩm được sản xuất hàng loạt là các động cơ 0,8kW; 1,5kW; động co vagnay phat 3,5kW; động cơ 3,6KW; 16KW.v.v Tham gia sản xuất máy phát một chiều 3,5kW (máy phát hàn) còn có Nhà máy Chế tạo Biến thế

Trong 10 năm gần đây sản phẩm máy điện một chiều không được các đơn vị trong nước chế tạo đo giá thành cao, nghiên cứu chế tạo toàn bộ khuôn gá, thiết bị chuyên dùng để chế tạo một vài sản phẩm sẽ đẩy giá thành lên rất cao (thậm chí hơn cả động cơ nhập ngoại) Do vậy, trên các đây chuyền sản xuất của Việt nam, các động cơ điện một chiều 500kW, 1I8kW quay lô nghiền xi măng (tại xi măng Bim Sơn, xi măng Chinfon, xi măng Hoàng Thạch, xi măng Hà Tiên II) déu ding động cơ nhập ngoại, chủ yếu là của Nhật, Động cơ một chiều dùng cho cán thép 1650kW của Công ty Nastteel Vina là của hãng Ansaldo — Italya Các động cơ máy phát của ngành đường sắt như máy phát 830kW, động cơ 200kW là của Liên xô (cũ), các động cơ cho máy xúc có công suất 200kW và rất nhiều máy điện một chiều công suất dưới 200kW ở các mỏ, các dây chuyển sản xuất là của Cộng hoa

31-2 oly [106

Liên bang Nga Các động cơ một chiều trong ngành mía đường, hoá chất là của Trung Quốc Khi máy điện một chiều bị sự cố, việc mua máy điện một chiều thay thế vào dây chuyền sản xuất cũng gặp nhiều khó khăn, nguyên nhân là do sau một thời gian, công nghệ sản xuất của các hãng đã thay đổi, kích thước lắp đặt đã thay đổi, do vậy để cung cấp được một động cơ hay máy phát theo đúng yêu cầu về kỹ thuật và khả năng lắp lẫn sẽ mất rất nhiều thời gian

Trong 5 năm trở lại đây Công ty CTAMAD đã tiếp xúc với nhiều ngành, nhiều cơ sở sản xuất Nhu cầu sửa chữa thay thế máy điện một chiều ngày càng nhiều Từ năm 1998 đến nay Công ty đã sửa chữa nhiều động cơ, máy phát điện một chiều công suất đến 1650kW Nội dung sửa chữa chủ yếu là thay dây, thay phần cơ ( nắp, trục, lõi thép rôto, giá than, thay đây cực từ .) Riêng với cổ góp động cơ chủ yếu là sửa điểm chứ không làm mới vì số lượng khuôn gá nhiều, chỉ phí khuôn gá cho chế tạo cổ góp quá cao và vì công nghệ rất phức tạp Đặc biệt là nghiên cứu công nghệ chế tạo cổ góp với số lượng khuôn gá nhiều, quy trình công nghệ nghiêm ngặt chế tạo không đạt chất lượng O1 chỉ tiết trong hơn 1000 chỉ tiết cũng sẽ phá hỏng cổ góp điện

Động cơ điện một chiều là sản phẩm phức tạp nhất trong các loại máy điện quay Dé tai thành công sẽ mở ra một hướng đi mới có triển vọng cho ngành thiết bị điện nước nhà Chế tạo được cổ góp trong nước sẽ tạo điều kiện cho việc thay thế cổ góp của các động cơ sửa chữa, tiết kiệm đáng kể cho các đơn vị sử dụng máy điện một chiều không phải nhập ngoại động cơ mới với giá thành cao Các sự cố được nhanh chóng khắc phục không làm ảnh hưởng lớn đến sản xuất kinh doanh của các đơn vị sử dụng Ngoài ra, các nghiên cứu khoa học của đề tài sẽ tạo tiền đề cho chế tạo các máy phát điện một chiều, các động cơ 3 pha xoay chiều có cổ góp, góp phần tăng thêm việc làm cho người lao động Ở các cơ sở sửa chữa và sản xuất máy điện quay trong nước, tạo thuận lợi cho việc thực hiện chủ trương nội địa hoá thiết bị, dây chuyền sản xuất của Chính phủ

CÔNG TY CHẾ TẠO ĐIỆN CƠ HÀ NỘI

Động cơ một chiều 200kW-750vg/ph-440V

YÊU CẦU KỸ THUẬT

ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU CÔNG SUẤT 200kW (Sản phẩm mẫu của đề tài KC06.19CN)

1 Động cơ đạt các thông số kỹ thuật theo hồ sơ đã đăng ký với Bộ KHCN

-_ Yêu cầu các kích thước gia công chính xác, nhất là phần cổ góp Độ không đồng tâm khi gia công không vượt quá 0,02mm đảm bảo cổ góp không bị biến động khi động cơ quay gia tốc và đảo chiều

4 Các vật tư sử dụng để chế tạo động cơ mẫu là các vật tư tiên tiến có chất lượng Cao trên thị trường

PHẦN TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA CỔ GÓP ‘Dong co 200k W-750vg/ph-440V

1 Kích thước phôi của lam đồng:

Đây là chỉ tiết có số lượng nhiều nhất (ở động cơ 200kW có 168 lam đồng) và có tính quyết định đến chất lượng của cổ góp sau khi chế tạo Phôi lam đồng được cắt thành hình chữ nhật có chiều dày là A, chiểu rộng là A, chiều đài là B từ đồng tấm có chiều dày bằng A + lượng dư gia công, sau đó phôi lam đồng phải được gia công để đảm bảo độ chính xác theo dung sai cho phép

Đây là cổ góp có phần nối với bộ dây phần ứng khá lớn nên chúng ta sử dụng kết cấu đuôi cờ liền, tức là sẽ gia công các lam đồng thành tấm với đường kính lớn nhất phải đủ lượng dư D,„„„ = 442mm , Chu vi đường kính ngoài C = 3,14.442 = 1387,88mm

Để tính gần đúng ta coi các cạnh của lá mica là tuyến tính về đường tròn thì

bề rộng của lam đồng trên đường kính 442mm là:

B=(C~(168.0,8 ) )/168 = 7,4612mm

Theo yêu cầu lắp phép kết cấu tối thiểu ( vì phải có đường thông gió trong

lòng rôto ) thì đường kính trong của cổ góp là d = 274mm Như vậy góc nghiêng của lam đồng œ = 2008°34”

Kích thước bao của lam đồng là A xB= 85 x 245

2 Kích thước phần bạc cổ góp ( cốc ép trước và cốc ép sau ):

Đây là phần có kết cấu phức tạp đồi hỏi độ chính xác khi gia công còn các kích thước tính toán sẽ chủ yếu dựa theo phương án lựa chọn các vật liệu và độ bền cứng vững của các chỉ tiết cấu thành nên bạc ép và cốc ép

Với các tài liệu của Nga cho phép chúng ta lựa chọn các kích thước theo dãy của cổ gớp và các chỉ tiết khác, cụ thể như sau:

a, Cốc ép trước:

Góc côn để ép các lam động là 33°,

Chiều dài trên tổng thể cốc ép là 77,27mm

Chiều dài làm việc của cốc ép trước trên lam đồng đảm bảo > 25mm Đường kính định vị trên cốc ép sau là D = 265mm

b, Cốc ép sau:

Chiều dài bạc ép lên trục L=217mm _ Đường kính bạc ép lên trục D = 146,65mm Góc côn định vị lam đồng là 33°

Đường kính định vị ban đầu của lam đồng D = 266mm

Phần tính tốn các kích thước cơ bẳn của cổ gĩp

động cơ điện một chiều 200kW - 750vgíph - 440V

- _ Số lượng bulơng siết cốc ép trước: 08 bulơng M24 bằng thép hợp kim Để cĩ thể chế tạo được các bạc ép đảm bảo gĩc nghiêng thì khi gia cơng thường phải chế tạo các bộ dưỡng được cắt bằng máy cất dây chính xác cao thì mới kiểm tra được

c, Các phễu ép: ( Phụ lục 6 bản vẽ phễu cách điện)

Phễu ép cũng được tính từ các kích thước của cốc ép trước và cốc ép sau sao cho các chỉ tiết được lắp ghép vừa nhau khơng cĩ khe hở và đảm bảo chiều dal lam việc của phần lam đồng

Theo các tài liệu của Nga cho chúng ta lựa chọn với đường kính định vị lam đồng D = 265mm thì chiều dày của phễu cách điện phải là 2mm

3 Tính tốn kích thước của các lá cách điện ép phếu: (phụ lục 7 hình vẽ lá mica ép phu

Kích thước của các lá cách điện được tính tốn theo lý thuyết và thử nghiệm trên từng lớp ép của phếu để sao cho các lá của phếu cách điện khơng cĩ hiện tượng trùng mép khi xếp chồng các lớp để đạt chiều dày 2mm

a, Bán kính phía ngồi của lá sécmăng được tính sao cho khi xếp tồn bộ lá sécmậng thì kín trên khuơn ép:

R, = 9,55.D, + 10 = 9,55.333,45 + 10 = 3194,4mm

b, Bán kính phía trong của 14 sécmang:

Rz=R,—(a + 1,15.b+c+ 3/21 + ry + 20)

Trong đĩ:

E; là bán kính ngồi của lá sécmăng

a là chiều sâu của phễu cách điện a = 79,27mm

b là chiều đài phần làm việc của cổ gĩp b = 22,77mm

c= 5mm là chiều đài phân định vị các lam đồng lên cố ép trước và cốc ép sau,

r¡ = 2mm là bán kính lượn được quy định với đường kính cổ gĩp 1; = 2,ðmm là bán kính lượn được quy định với đường kính cổ gĩp

Vay: R, = 3194,4 ~ ( 79,27 + 1,15.22/77 + 5 + 3,22 + 2,5 +20)= 3055mm

c, Chiều rộng phải cắt trên bán kính ngồi của sécmăng:

A, = 0,327.R, + x = 0,327.3194,4 + 10 = 1054,5mm.

d, Chiều rộng phải cất trên bán kính trong của sécmăng: A, = 0,327.R,+x= 0,327.3055 + 10 = 1008,985mm e, Bé rong bước cắt răng lược trên sécmăng: s=(0,329.R; +x )/2 = (0,329.3055 + 10 3⁄40 = 25,37mm Trong đó z = 40 là số răng lược cất trên lá sócmăng

†, Bê rộng miếng răng phải cắt:

DEB/8 12 - 400 - 006 Phẫu cách điện 02 Mica mém

Ký hiệu Tên gọi Sig | Kig Vat liéu Ghỉ chú

TONG ĐỒ CO GOP

`

Ø355122 Ø265 S

(307,57) (8286,43)

4ranh thông gió cách đâu

Yêu câu kỹ thuật:

- Tiện các góc côn cần phải tiến hành rà theo dưỡng,

- Tiện mặt côn 30° trước khi tiên mặt côn tạo thành góc 33°

TRE Vinh YO Ì m mg

K.soát Sơn Albee

[Crate | tgs fino p#/2⁄ cas

Yêu cầu kỹ thuật:

- Tiện các góc côn cân phải tiến hành rà theo dưỡng

- Tiện mặt côn 30° trước khi tién mặt côn tạo thành góc 33° 7

DONG CO MOT CHIEU 200 kW- 750vg/ph - 440V

Sd) Sig | Sitlieu | Chữký | Ngày LAMB 6 NG DEG16-T2- 400 - 004

TKS | Vinh L⁄/4 <BẢN VỀ GIA CONG> 168 Ì

t

Sau khi cắt mica phải phẳng nhấn

Làm sạch bavia trước khi xếp ép

ĐỀ TÀI KC.06.09 CN

BONG CO MOT CHIEU 200 kW - 750vg/ph - 440V

Higg TE Vinh 2⁄4 ¿ At Oy MICA CÁCH ĐIỆN | 5mm [Kereta | T7 , 168 " ` H

La CAC CH B/ BIEN EP, P PHEY tk

^^

Khe hở không khí giữa stato và rô to 8 = 0,425 cm

Động cơ truyền động bằng khớp nối có đường kính truyền động Dạ = 200mm Trọng lượng rô to :G = 743.55kg

Thiết kế tính toán kết cấu động cơ 200kW-750vg/ph-440V

Trong thực tế khi làm việc, trục làm việc ở tư thế nằm ngang nên trong lượng của rotor gây ra độ võng trên trục mà độ võng còn chịu thêm tác động của lực hút điện từ và momen truyền động qua khớp nối

Mô men quay định mức của động cơ

J, là mômen quán tính ở các tiết diện ¡ j, = aa}

Thiết kế tính toán kết cấu động cơ 200KW-750vg/ph-440V

n= — 80.005 15 102,6.0,225 — 4,450385 )68,85 + 46,25.1,45978]

3,2,1.10°.102,6

=0,001022(cm) Trọng lượng phần ứng :

G= 6.3(DỶ I+D,?.IL).10-3 = 6.3(42,32.50,6+34,22.23,5).10-3= 743.55Kg _ T43.55

Độ lệch ban đầu của rô to là :

9; = 0,1 õ + f, + f,, =0,1.0,425+0.000245+0,001022 = 0,0437 (cm)

Chuyển địch ban đầu làm xuất hiện lực điện từ Tụ :

10%.õ = 10% 0,425 = 0.0425 cm

Kết quả tính toán cho thấy độ võng trục của động cơ 200kW - 750vgiph - 440V

nằm trong giới hạn cho phép

Thiết kế tính toán kết cấu động cơ 200KW-750vg/ph-440V

Tính toán các mặt cất nguy hiểm trên trục động cơ

4- Mặt cắt 1b : Đầu trục truyền tải có then truyền lực Theo biểu đồ mô men uốn và xoắn ta thấy rằng tại các vị trí từ giữa rôto đến đầu trục nối tải chịu uốn xoắn đồng thời - Mô men uốn tại mat cat 1b:

Thiết kế tính toán kết cấu động cơ 200kW-750vg/ph-44OV

M, =P, c = 780.38,45=29991 KG.cm - M6 men xoan :

2- Mặt cắt 2b : - Mô men uốn :

M, = P.(c+y,) - Pạ.V;

=780.(38,45+15,75) - 745,59.15,75= 30532,95 KG.cm

- Mô men xoắn

M, = 26000 KG.cm - Mô men chống xoắn :

Thiết kế tính toán kết cấu động cơ 200kW-750vg/ph-440V

Với kết cấu trục như trên và đường kính ngống trục 130, chọn ổ bi đũa côn cỡ trung NJ 326EC có d= 130, D=280 ; B = 58; C = 720000N; Co=750000N

«© _ Tính kiếm nghiệm khả năng tải của ổ :

Với kết cấu trục như trên phản lực trong mặt phẳng zox Lực tổng tác động lên hai ổ

Trong đó : L = 60n.Lh/10® = 60 750.50000/10% =2250 triệu vòng quay

Trong đó: K,= 1: Hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ V = 1: Hệ số kể đến vòng trong quay

Thiết kế tính toán kết cấu động cơ 200kW-750vg/ph-440V

Dùng ổ bi m=3 Khả năng tải động cử ổ đảm bảo 2) Kiểm tra khả nang tinh

Theo CT 11-18 Q< Cạ Trong đó: Q, = Xụ.F, + Yạ.F,

PHẦN TÍNH TOÁN CHUỖI LẮP GHÉP CỦA ĐỘNG CƠ MẪU

Các thông số ban đầu:

1 Công suất định mức P„„ = 200kW

2 Điện áp định mức phần ứng Ủ„„ = 440V 3 Tốc độ quay định mức n = 750vg/ph 4 Chiều cao tâm trục H = 400mm

( Kết cấu của động cơ theo tổng đô nháp hình trang sau ) 1 Tính toán chuỗi lắp ghép thân — nắp và vai trục

- _ Tổng chiều dài trên thân - nấp: l

Lụy, „y = Lthân — 2.B,„„ „ = 1250 — 2.70 = 1110mm

- Téng chiéu dai vai trục:

Lval trục = Luap mẹ — 2-Bụ¿ pi = 1110 — 2.42 = 1026mm

Như vậy chuỗi lắp ghép là khép kín không bị thừa thân — nắp hoặc thiếu vai trục 2 Tính toán chuỗi lắp ghép đảm bảo đồng tâm rôto và stato

-_ Tổng chiều dài từ đầu thân đến lõi thép stato trên thân:

Le = Lá màn — tam cực chính — L/2-Leye chinh = 510 — 1/2.459 = 280,5mm

- _ Tổng chiều dài từ đầu thân đến lõi thép rôto trên trục:

Lieto = Brip ti + Boac bi + Lue 155 + Byann pi = 70+ 42 +95 + 65 = 272mm

Vì kết cấu của loại động cơ này tương đối đặc biệt nên để khử các sai số khi chế 'tạo và giảm từ tản trên bộ dây thường làm lối tôn rôto dai hơn stato Ở đây lõi tôn

rôto sẽ dài hơn lõi tôn cực từ stato 20mm và chia đều cho 2 bên

VAY Lyoto tinh oan ly thuyết = Luạa + 10 = 272 +10 = 282mm

Dung sai là 1,5mm cho phép chế tạo được 3 Tính toán chuỗi lắp ghép trên giá than

- _ Chiểu đài tâm hộp than trên giá than số 1:

Lgiá than = Lđế thanh gá + Lthanh gá = 39 + 42 + 45 = 126mm

Phần tính toán kích thước của chuỗi lắp ghóp động cơ điện một chiều 200kW - 7B0vgiph - 440V

- _ Chiểu đài tâm viên than số 1 trên cổ ghóp:

Lcổ ghép = Ltrén nap + Ltrén bạc bị + Lvai cổ góp — Llam đồng + 1/2.Lthan = l5 + 42 + 265 — (280 - 25 —- 15 ) + 25 = 107mm

Khi ta tính chiều đài này là thông qua cổ góp nhưng khi lắp tổng thể sẽ có 20mm

chuyển dịch viên than trên cổ góp Do vậy các vị trí là trùng khít trên hệ thống giá than và cổ góp

Than 2}

S0x @ŠxÉÔ , Sly: A2

2 ber

PHẦN TÍNH TOÁN ĐIỆN TỪ

Các thông số ban đầu:

1 Công suất định mức P„„ = 200kW

2 Điện áp định mức phần ứng U„„, = 440V 3 Tốc độ quay định mức n = 750vg/ph 4 Chiều cao tam trục h = 400mm

Động cơ làm việc ở chế độ kích từ độc lập không có dây quấn ổn định tốc độ,

cấp bảo vệ IP 23, động cơ lắp đặt kiểu ngang A CHỌN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU

1 Theo hình 12 — 1, hiệu suất của động cơ lấy bằng Tị = 90% ( trị số trung bình ) 2 Sơ bộ xác định dòng điện của động cơ:

P„.10) — 200.102 Tị.U 0,9.440

lan =

Trong d6: 1 1a hiéu suat cha d6éng co n = 90%

3 Dòng điện phần ứng theo bang 12 —1 lấy k, = 0,0065:

Tne = (1 —k, ).1 = (1 — 0,0065 ).505 = 501,7175 (A) 4 Công suất điện từ theo ( 12 — 1 ):

P =k, P= 0,935.2 = 207,77 (kW) nN 0,9

5 Đường kính ngoài phần ứng Theo bảng 12 — 2 với h = 40cm lấy D = 42,33 (

cm )

Phần tính toán điện từ động cơ điện một chiều 200kW - 750vg¡ph - 440V

9, Hệ số À:

Theo hình 12 — 4 trị số này trong vùng cho phép 10 Số cực từ: Theo hình 12 —5 lấy:

2p=4 11 Bước cực:

te ED _ 14233

4

2p = 33,229 (cm) 12 Chiéu dai tinh todn cha mat cuc tir:

b, = œ,.t = 0,68.33,229 = 22,59 ( cm )

13 Chiểu đài mặt cực từ ( khe hở không khí không đều ):