Đặt vấn đề
Khi động cơ làm việc sẽ sinh ra tổn hao, biến thành nhiệt năng và làm nóng các bộ phận của động cơ, làm giảm độ tin cậy và tuổi thọ cách điện. Tổn hao càng lớn thì hiệu suất động cơ càng thấp. Khi trạng thái nhiệt trong động cơ ổn định thì toàn bộ nhiệt lượng thoát ra môi trường xung quanh nhờ sự chênh lệch nhiệt giữa các bộ phận của động cơ và môi trường bên ngoài.
Tổn hao trong động cơ không đồng bộ gồm các loại sau: - Tổn hao đồng trên dây quấn stator pCu
- Tổn hao đồng trên thanh dẫn rotor pAl
- Tổn hao sắt trong stator và rotor do từ trễ và dòng điện xoáy của từ trường chính sinh ra trong lõi sắt p .
- Tổn hao cơ do ma sát, quạt gió p . - Tổn hao phụ pstray.
Tản nhiệt trong động cơ thông qua hai hình thức: truyền nhiệt trong vật rắn và tản nhiệt nhờ bức xạ, đối lưu [70],[71]. Giải quyết bài toán tản nhiệt cho động cơ là vấn đề quan trọng khi thiết kế. Quá trình tính toán nhiệt liên quan chặt chẽ đến việc làm nguội và xác định độ tăng nhiệt θ cho phép giữa dây quấn động cơ và môi trường bên ngoài.
Vật liệu cách điện là một trong những vật liệu chủ yếu dùng trong ngành chế tạo máy điên. Khi thiết kế, lựa chọn vật liệu cách điện là một khâu rất quan trọng vì phải đảm bảo máy làm việc tốt với tuổi thọ nhất định, đồng thời giá thành của máy lại không cao [72]–[74].
Khi chọn vật liệu cách điện cần chú ý đến những vấn đề sau:
- Vật liệu cách điện phải có độ bền cao, chịu tác dụng cơ học tốt, chịu nhiệt và dẫn nhiệt tốt lại ít thấm nước.
- Phải chọn vật liệu cách điện có tính cách điện cao để đảm bảo thời gian làm việc của máy trong điều kiện làm việc bình thường, đồng thời đảm bảo giá thành của máy không cao.
thì chất điện môi, độ bền cơ học của vật liệu giảm đi nhiều, dẫn đến sự già hóa nhanh chóng chất cách điện.
Hiện nay, theo nhiệt độ cho phép của vật liệu (nhiệt độ mà vật liệu cách điện làm việc tốt ở điều kiện làm việc bình thường), Ủy ban kỹ thuật điện quốt tế (IEC) - tương ứng với Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8086:2009 đã chia vật liệu cách điện thành các cấp như Bảng 3.1:
Bảng 3.1. Nhiệt độ giới hạn tương ứng các cấp cách điện
Cấp cách điện Nhiệt độ giới hạn của dây quấn (°C)
Cấp Y 90 Cấp A 105 Cấp E 120 Cấp B 130 Cấp F 155 Cấp H 180 Cấp C >180
Tuỳ theo yêu cầu thực tế trong sử dụng động cơ servo, môi trường làm việc…mà các nhà thiết kế sẽ lựa chọn cấp cách điện phù hợp, phụ thuộc vào lựa chọn vật liệu cách điện, tính toán phát nóng và làm mát.
Nguyên lí cơ bản về truyền nhiệt và dẫn nhiệt trong động cơ
Nguồn nhiệt chủ yếu trong động cơ là tổn hao trong dây quấn và lõi sắt. Nếu cần đi sâu vào quá trình nhiệt độ trong dây quấn và lõi sắt thì phải nghiên cứu sự dẫn nhiệt và truyền nhiệt theo nhiều chiều. Nhưng vì thực tế, việc tính toán nhiệt chỉ cho những kết quả gần đúng cho nên để đơn giản việc tính toán, giả thiết rằng dây quấn, lõi sắt stator, thanh dẫn rotor là những khối có tính dẫn nhiệt rất lớn, nghĩa là những khối đẳng nhiệt [61],[75].