1
5. Phương pháp thiết kế động cơ KĐB ba pha rôto lồng sóc hiệu suất cao
Phương pháp này được xây dựng nhờ sự kết hợp kết quả từ chương 3 và 4, bao gồm: ác định nhóm thông số kích thước cơ bản theo hiệu suất x ngay tại giai đoạn đầu thiết kế nhờ vào các biểu thức η = f(kD, λ, Bδ), thiết kế mạch điện và mạch từ và chương trình thiết kế.
5.1.1 Phương pháp xác định nhóm thông số kích thước cơ bản theo hiệu suất hiệu suất
Đặc tính động cơ KĐB ba pha rôto lồng sóc chịu tác động lớn của nhóm thông số kích thước cơ bản bao gồm đường kính ngoài lõi sắt stato Dn, kích thước chủ yếu và tải điện từ. Kích thước chủ yếu của động cơ KĐB ba pha rôto lồng sóc là đường kính trong lõi sắt stato D và chiều dài lõi sắt stato l. Tải điện từ là mật độ từ thông khe hở không khí Bδ và tải đường A. Các thông số này có ý nghĩa quan trọng trong xác định kết cấu (cấu trúc) lõi sắt và thông số dây quấn nên ảnh hưởng lớn đến thể tích máy và các tiêu chuẩn kỹ thuật như cos , bội số mômen cực đại mϕ max, bội số mômen khởi động mk, bội số dòng khởi động ik và đặc biệt là hiệu suất η.
Ở chương 4 xây dựng các biểu thức mô tả quan hệ giữa hiệu suất với các thông số Dn, D, l (thông qua các hệ số kD, λ) và Bδ. Giá trị hiệu suất ở các biểu thức (4.34), (4.35), (4.36), (4.37), (4.38), (4.39) được tính trực tiếp từ các biến số kD, λ, Bδ mà không phụ thuộc vào đơn vị tính của chúng. Trong các
biến số này thì giá trị của kD và Bδ có thể dao động tùy ý trong khoảng biến thiên của chúng nhưng với λ cần phải chọn dựa vào công nghệ sản xuất.
Thông thường đường kính ngoài lõi sắt stato chọn chuẩn theo chiều cao tâm trục hoặc cũng có thể thay đổi trong quá trình thiết kế. Quan hệ giữa đường kính chuẩn cho các dãy công suất với hệ số theo công nghệ của các λ nhà máy sản xuất động cơ KĐB ba pha rôto lồng sóc ở Việt Nam được mô tả trong hình 5.1, 5.2 và 5.3.
( 2 ) ( )
a) P = 0,75 ÷ ,2 kW b) P = 3 ÷ 7,5 kW Hình 5.1: Quan hệ giữa đường kính ngoài lõi sắt stato và hệ số λ
của động cơ có số cực 2p = 2
a) ( )
P = 0,75 ÷ 2,2 kW b) P = 3 ÷ 7,5 kW ( ) Hình 5.2: Quan hệ giữa đường kính ngoài lõi sắt stato và hệ số λ
( )
a) P = 0,75 ÷ 2,2 kW b) P = 3 ÷ 7,5 kW( ) Hình 5.3: Quan hệ giữa đường kính ngoài lõi sắt stato và hệ số λ
của động cơ có số cực 2p = 6
Khi tiến hành thiết kế, dựa vào công suất và tốc độ của động cơ để chọn đường kính ngoài lõi sắt stato (thường lấy chuẩn theo chiều cao tâm trục) và hệ số phù hợp với điều kiện công nghệ chế tạo, sau đó căn cứ vào hiệu suất λ cần đạt tiến hành xác định kD, Bδ theo các biểu thức (4.34), (4.35), (4.36), (4.37), (4.38), (4.39) để tìm kD, Bδ. Cũng có thể xác định bộ giá trị của kích thước chủ yếu và tải điện từ bằng cách chọn trước giá trị kD và cho λ biến thiên trong khoảng công nghệ cho phép. Quan hệ giữa hiệu suất với nhóm thông số kích thước cơ bản cho động cơ 3 kW số cực 2p = 4 khi cho trước giá trị λ như hình 5.4 và khi cho trước giá trị kD như hình 5.5.
Quan hệ giữa hiệu suất với nhóm thông số kích thước cơ bản cho động cơ 3 kW số cực 2p = 4 khi cho trước giá trị λ như hình 5.4 và khi cho trước giá trị kD như hình 5.5.
Hình 5.4: Quan hệ giữa hiệu suất với nhóm thông số kích thước cơ bản động cơ 3 kW; 2p = 4; λ = 0,65; Dn = 170 mm
Hình 5.5: Quan hệ giữa hiệu suất với nhóm thông số kích thước cơ bản động cơ 3 kW; 2p = 4; kD = 0,6; Dn = 170 mm
Từ hình 5.4 và 5.5 cho thấy có một số giá trị kD, , Bλ δ thỏa mãn hiệu suất yêu cầu, có thể chọn được trị số kD, , λ Bδ phù hợp để nhận được hiệu suất hiệu suất đặt ra đồng thời đáp ứng các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khác.
5.1.2 Phương pháp thiết kế mạch điện và mạch từ
Ở chương 3 đã xây dựng hương pháp thiết kế mạch điện và mạch từ p có 2 chức năng chính là ác định miền x giới hạn (G) theo vật liệu, công nghệ và xác định chiều cao tối ưu rãnh stato, rôto. Sơ đồ khối phương pháp thiết kế mạch điện và mạch từ như hình 3.3.
Trong miền G chỉ còn lại bộ kích thước răng, rãnh stato và m n bộ kích thước răng rãnh rôto thỏa mãn các điều kiện về vật liệu và công nghệ. Đó là bên cạnh các giới hạn chủ yếu như chiều dài khe hở không khí , chiều dàδ i lõi sắt qua hệ số , hệ số ép chặt lõi sắt kλ ccòn có các giới hạn như mật độ từ thông cho phép tối thiểu và tối đa trên các lá thép, giới hạn nhỏ nhất của bề
rộng răng stato và rôto, đường kính (hay bề rộng) đáy nhỏ của rãnh rôto, ….Như vậy trong miền G chỉ còn lại (m.n) phương án thiết kế, số phương án này phụ thuộc vào vật liệu và công nghệ của mỗi nhà máy chế tạo động cơ nhưng nhìn chung vì đã loại bỏ các phương án không cần thiết nên (m.n) phương án còn lại là rất ít so với bài toán thiết kế tối ưu hiệu suất tổng thể.
Sau khi đã có được miền G tiến hành các tính toán để xác định chiề, u cao rãnh tối ưu stato và rôto. rong quá trình tính toán thiết kế phần lớn các T , phần tính toán cần thiết đều tập trung ở xác định chiều cao rãnh tối ưu stato và rôto. Vì miền G đã loại bỏ các phương án không cần thiết nên tiết kiệm được thời gian quá trình tính toán thiết kế.
Phương pháp thiết kế mạch điện và mạch từ có thể áp dụng rất hữu ích trong việc tính toán thiết kế cho hầu hết các nhà máy chế tạo động cơ điện khi cập nhập được dữ liệu về vật liệu và công nghệ của nhà máy đó.