Tài liệu Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế động cơ không đồng bộ roto dây quấn docx

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế động cơ không đồng bộ
rôto dây quấn
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

1

LỜI NÓI ĐẦU

Trong sản xuất hiện nay của nền kinh tế quốc dân hiện nay thì ứng dụng
động điện vào việc truyền động cơ cấu để tạo ra các nguyên công nhằm tạo ra
các sản phẩm phục vụ cho đời sống con người là rất phổ biến. Động cơ điện
không đồng bộ rôto dây quấn nói riêng và động cơ không đồng bộ nói chung
có kết cấu đơ
n giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ đây là
loại động cơ được sử dụng rộng rãi nhất trong các nghành kinh tế quốc dân
với dải công suất rộng từ vài chục tới hàng nghìn kilooat.
Trên cơ sở các môn học về thiết kế máy điện em xin được trình bày bản
thiết kế gồm có ba phần :
Phần 1: Thiết kế điện từ
Phần 2: Thiết k
ế kết cấu
Phần 3: Thiết bị và công nghệ chế tạo rôto dây quấn của máy điện
quay.

Sau thời gian làm việc dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn
Trung Cư em đã hoàn thành bản thiết kế của mình. Tuy nhiên, do sự hiểu biết và
kiến thức còn hạn chế nên bản thiết kế chắc chắn còn nhiều sai sót. Em rất mong
được sự thông cảm và sự chỉ b
ảo của các thày các cô để em có thể hoàn thiện
hơn nữa.
Em xin gửi lời chân thành cảm ơn đến tất cả các thầy các cô trong bộ
môn và các thầy cô trong trường đại học Bách khoa Hà nội đã nhiệt tình dạy em
trong những năm qua.







Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

2
PHẦN I
THIẾT KẾ ĐIỆN TỪ

CHƯƠNG 1
ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
1.1. Phân loại
-Theo kết cấu của vỏ, máy điện không đồng bộ có thể chia thành các
kiểu chính sau: kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín, kiểu phòng nổ, v.v…
+Kiểu hở không có trang bị bảo vệ sự tiếp xúc ngẫu nhiên các bộ phận
quay và bộ phận mang điện, cũng không có trang bị bảo vệ các vật bên ngoài
rơi vào máy. Theo cấ

p bảo vệ thì đây là loại IP00. Loại này được chế tạo theo
kiểu tự làm nguội. Loại này thường đặt trong nhà, có người trông coi và
không cho người ngoài đến gần.
+Kiểu bảo vệ có bảo vệ chống sự tiếp xúc ngẫu nhiên các bộ phận quay
hay mang điện, bảo vệ các vật ở ngoài hoặc nước rơi vào theo các góc độ
khác nhau. Loại này thường là tự thông gió. Theo cấp bảo vệ thì kiểu này
thuộc các c
ấp bảo vệ từ IP11 đến IP33.
+Kiểu kín là loại máy mà không gian bên trong máy và môi trường bên
ngoài được cách ly. Tùy theo mức độ kín mà cấp bảo vệ là từ IP44 trở lên
Kiểu kín thường là tự thông gió bằng cách thổi gió ở mặt ngoài vỏ hay thông
gió độc lập bằng cách đưa gió vào trong máy bằng đường ống. Thường dùng
loại này ở môi trường nhiều bụi, ẩm ướt, v.v…
-Theo kết cấu của rôto, máy điện không đồng bộ chia làm hai loại: lo
ại
rôto kiểu dây quấn và loại rôto kiểu lồng sóc.
-Theo số pha trên dây quấn stato có thể chia thành các loại: một pha, hai
pha và ba pha.
1.2. Kết cấu
Máy điện không đồng bộ bao gồm các bộ phận chính là phần tĩnh hay
stato và phần quay hay rôto.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

3
1. Phần tĩnh hay stato
Trên stato máy điện không đồng bộ có vỏ, lõi sắt và dây quấn.
a. Vỏ máy
Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng để làm
mạch dẫn từ. Thường vỏ máy làm bằng gang .Tuỳ theo cách làm nguội mà vỏ
cũng được chế tạo ở những dạng khác nhau. Loại gang đúc được phân làm hai

loại: loại có gân trong và loại không có gân trong. Loại không có gân trong
thường dùng đối với máy điện cỡ
nhỏ hoặc kiểu kín, lúc đó lưng lõi sắt áp sát
vào mặt trong của vỏ và truyền nhiệt trực tiếp lên vỏ máy. Loại có gân trong
có đặc điểm là lúc gia công, tốc độ cắt gọt chậm nhưng phôi liệu bỏ đi ít hơn
loại có gân trong. Đối với máy có công suất tương đối lớn ( 1000kW ) thường
dùng thép tấm hàn lại làm thành vỏ.
b. Lõi sắt
Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi s
ắt là từ trường quay nên
để giảm tổn hao, lõi sắt được làm bằng những lá thép kĩ thuật điện dày 0,5
mm ép lại. Khi đường kính ngoài lõi sắt stato nhỏ hơn 990 mm thì dùng cả
tấm tròn ép lại. Khi đường kính ngoài lớn hơn 1000 mm thì phải dùng những
tấm hình rẻ quạt ghép lại thành khối tròn.
Mỗi lá thép kĩ thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm
tổn hao do dòng đi
ện xoáy gây nên. Nếu lõi sắt ngắn hơn 25 đến 30 cm thì có
thể ghép lại thành một khối. Nếu lõi sắt dài hơn trị số trên thì thường ghép
thành từng thếp ngắn, mỗi thếp dài 4 đến 6 cm, đặt cách nhau 1 cm để thông
gió cho tốt.
c. Dây quấn
Dây quấn stato gồm nhiều phần tử nối với nhau theo một quy luật nào đó
Phần tử ở đay cũng chính là bối dây được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được
cách
điện tốt với lõi sắt.Bối dây quấn xó thể chỉ là một vòng dây (được gọi là
dây quấn kiểu thanh dẫn , bối dây thường được chếtạo dạng 1/2 phần tử và
tiết diện thường lớn) , cũng có thể có nhiều vòng dây (tiết diện nhỏ và gọi là
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

4

qây quấn kiểu vòng dây).Số vòng dây của mỗi bối, số bối của mỗi pha và
cách nối lại phụ thuộc vào công suất, điện áp, tốc độ, điều kiện làm việc của
máy và quá trình tính toán điện từ.
Yêu cầu chính đối với dây quấn như sau:
1.Điện áp của ba pha bằng nhau trong dây quấn ba pha , điện áp ba pha
lệch nhau 120
0
góc độ điện.
2.Điện trở và điện kháng của các mạch song song và của ba pha bằng
nhau
3.Có thể đấu thành các mạch song song một cách dễ dàng khi cần thiết.
4.Dùng vật liệu dây dẫn điện ít nhất.Phần đầu nối càng ngắn càng tốt để
thu ngắn chiều dài của máy và đỡ tốn vật liệu .
5.Dễ chế tạo và sửa chữa .
6.cách điện giữa các vòng dây, các pha và vớ
i đất ít tốn kém và chắc
chắn
7.Kết cấu chắc chắn, có thể chịu được ứng lực cơ khi máy bị ngắn mạch
đột ngột hay khi khởi động.
2. Phần quay hay rôto
Phần này gồm hai bộ phận chính là lõi sắt và dây quấn.
a. Lõi sắt.
Người ta dùng các lá thép kĩ thuật điện giống như ở stato. Lõi sắt được
ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá rôto của máy. Phía ngoài của lá
thép có x
ẻ rãnh để đặt dây quấn.
b. Rôto và dây quấn rôto.
Rôto có hai loại chính là: rôto kiểu dây quấn và rôto kiểu lồng sóc.
- Loại rôto kiểu dây quấn: Rôto có dây quấn giống như dây quấn stato
Trong máy điện cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp

vì bớt được những dây đầu nối, kết cấu dây quấn trên rôto chặt chẽ. Trong
máy điện cỡ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp. Dây quấn ba pha
của rôto thường
đấu hình sao, còn ba đầu kia được nối vào ba vành trượt
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

5
thường làm bằng đồng được đặt cố định ở một đầu trục và thông qua chổi
than có thể đấu với mạch điện bên ngoài. Đặc điểm của loại động cơ điện rôto
kiểu dây quấn là có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ hay sức điện
động phụ vào mạch điện rôto để cải thiện tính năng m
ở máy, điều chỉnh tốc
độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy. Khi máy làm việc bình thường dây
quấn rôto được nối ngắn mạch.
- Loại rôto kiểu lồng sóc: Kết cấu của loại dây quấn rôto này rất khác với
dây quấn stato. Trong mỗi rãnh của lõi sắt rôto đặt các thanh dẫn bằng đồng
hay nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối ngắn mạch ở hai đầu bằng hai vành
ngắn m
ạch bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng mà người ta quen gọi
là lồng sóc.
Dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt. Để cải thiện tính
năng mở máy, trong máy công suất tương đối lớn, rãnh rôto có thể làm thành
dạng rãnh sâu hoặc làm thành hai rãnh lồng sóc hay còn gọi là lồng sóc kép
Trong máy điện cỡ nhỏ rãnh rôto thường được làm chéo đi một góc so với
tâm trục.
c. Khe hở
Vì rôto là một khối tròn nên khe hở đều. Khe hở trong máy đ
iện không
đồng bộ rất nhỏ để hạn chế dòng điện từ hoá lấy từ lưới vào và như vậy mới
có thể làm cho hệ số công suất của máy cao hơn.

3. Các lượng định mức
Máy điện không đồng bộ có các trị số định mức đặc trưng cho điều kiện
kỹ thuật của máy. Các chỉ số này do nhà máy thiết kế, chế
tạo quy định và
được ghi trên nhãn máy. Vì máy điện không đồng bộ chủ yếu làm việc ở chế
độ động cơ điện nên trên nhãn máy ghi các trị số định mức của động cơ điện
khi tải định mức. Các trị số đó thường bao gồm: công suất định mức ở đầu
trục P
đm
(kW hay W), dòng điện dây định mức I
dm
(A), điện áp dây định mức
U
dm
(V), cách đấu dây ( Y hay Δ ), tốc độ quay định mức n
đm
( vg/ph ), hiệu
suất định mức η
đm
và hệ số công suất định mức cosϕ
đm
,…
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

6
4. Công dụng của máy điện không đồng bộ
Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu 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 là loại máy được dùng rộng rãi nhất trong các
nghành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng nghìn kilôoat

Trong công nghiệ
p thường 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 các
nhà máy công nghiệp nhẹ, v.v…Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt
gió. Trong nông nghiệp dùng để làm máy bơm hay 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 tri
ển của nền sản xuất điện khí hoá, tự động hoá và
sinh hoạt hàng ngày, phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ ngày
càng rộng rãi.
Tuy vậy, máy điện không đồng bộ có những nhược điểm như sau: cosϕ
của máy thường không cao và đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt nên ứng
dụng của máy điện không đồng bộ có phần bị h
ạn chế.
Máy điện không đồng bộ có thể dùng làm máy phát điện nhưng đặc tính
không tốt so với máy phát điện đồng bộ, nên chỉ trong một số trường hợp nào
đó cần nguồn điện phụ hay tạm thời thì nó cũng có một ý nghĩa quan trọng.






Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

7
CHUƠNG 2
TÍNH TOÁN ĐIỆN TỪ
2.1.Tính toán kích thước chủ yếu

2.1.1.Tìm hiểu chung
Những kích thước chủ yếu trong máy điện không đồng bộ là đường kính
trong stato và chiều dài lõi sắt l. Mục đích của việc tính toán lựa chọn kích
thước chủ yếu này để chế tạo đựơc máy điện có tính kinh tế hợp lý nhất mà
tính năng phù hớp với các tiêu chuẩn nhà nước.Tính kinh tế của máy không
phải chỉ là vậ
t liệu sử dụng chế tạo ra máy mà còn sét đến quá trình chế tạo
trong nhà máy như khuôn dập, vật đúc, các kích thước được tiêu chuẩn hoá…
Tra bảng P1.3 .Các thông số kĩ thuật của động cơ 4A (trang 236)sách
“Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí của Trịnh Chất và Lê Văn Uyển với
động cơ không đồng bộ có công suất P=90kW, 2p=4, n
đb
=1500vg/ph ta tra
được kiểu động cơ như sau: 4A250M4, cos
ϕ
=0,91 và
93,0=
η
; n
đm
=1480
vg/ph; m
max
=2,2.
2.1.2.Lựa chọn tính toán các kích thước chủ yếu
a.Các số liệu định mức
1.Công suất định mức: P
đm
=90 kW
2.Điện áp định mức: U

đm
=220/380 V đấu
Υ
Δ
/

3.Tần số: f=50 Hz
4.Tốc độ đồng bộ: n
đb
=1500[vòng /phút]
5.Kiểu máy : kiểu bảo vệ IP23
6.Chế độ làm việc: liên tục
7.Cấp cách điện : cấp B
8.Số đôi cực : p=60f/n
đb
=60.50/1500=2
9.Dòng điện pha định mức:


m®m®11
3
1
cos U.m
10.P
=
φη
Ι
, A (2.1)
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

8
Trong đó :
m
1
-là số pha dây quấn của stato;
P - công suất định mức của động cơ(kW);
I
1
- dòng điện pha định mức trong dây quấn stato(A);
U
1
- điện áp pha định mức đặt vào dây quấn stato(V);

m®
η
- hiệu suất định mức của động cơ;
cos
ϕ
đm
- là hệ số công suất định mức của động cơ.
Thay số ta có:
I
1
=
91,0.93.0.220.3
10.90
3
= 161,129 A
b.Xác định kích thước chủ yếu
10.Công suất tính toán :

P’ =
dmdm
dmE
.cos
P.k
ϕη
kVA (2.2)
Trong đó :
P’ - công suất tính toán(kVA);
k
E
=
U
E
=0,98 tra hình 10-2 (trang 231) sách “Thiết Kế Máy Điện” của
Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh (“TKMĐ” );
P
đm
- công suất định mức của động cơ(kW);

m®
η
- hiệu suất của động cơ;
cos
ϕ
đm
- hệ số công suất định mức của máy;
Thay số ta được:
P’=
91,0.93,0

90.98,0
= 104,22 kVA
11.Đường kính ngoài của stato:
Từ công suất của động cơ không đồng bộ rôto dây quấn ta tra sách
“TKMĐ” được chiều cao tâm trục của máy này là h= 250 mm .Ta tra bảng
10.3 sách(“TKMĐ”) được
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

9
D
n
= 43,7 cm
12.Đường kính trong của stato:
D = D
n
.k
D
cm (2.3)
=(0,64 ~ 0,68).43,7=(27,968~29,716) cm
Trong đó:
k
D
= 0,64 ~ 0,68 , tra bảng 10.2 sách “TKMD”
ở đây ta chọn D =29,7 cm
13.Bước cực của stato:

τ
=
p2
D.π

, cm (2.4)
Trong đó :

τ
- là bước cực(cm);
D – là đường kính trong stato, D=29,7 cm (đã tính ở mục 12) ;
p – là số đôi cực từ , p=2 .
Thay số ta có:

τ
=
4
7,29.π
=23,3145 cm
14.Chiều dài lõi sắt stato:

δ
l
=
db
2
ds
7
n.D k.k.
10'.P.1,6
δδ
ΒΑα
cm (2.5)
Trong đó :
P’ – công suất tính toán , P

’
=104,22 kVA (đã tính ở mục 9 );

δ
α
- hệ số xung cực từ , chọn
δ
α
= 0,64;
k
S
- hệ số dạng sóng , chọn k
S
= 1,11;
k
d1
– hệ số dây quấn stato, lấy k
d1
= 0,92;
với máy có chiều cao tâm trục h= 180
÷
250 mm thì thường chọn dây quấn
hai lớp đặt vào rãnh nửa kín thì k
d
= 0,91
÷
0,92 ở đây ta chọn k
d1
= 0,92
A - tải đường(A/cm);

δ
B
- từ cảm qua khe hở không khí (T);
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

10

Tra hình 10-3 (trang 234) sách “TKMĐ” có: A=430 A/cm ;
T74.0=Β
δ
;
D -đường kính trong stato , D=29,7 cm (đã chọn ở mục 12) ;
n
đb
- tốc độ đồng bộ(v/ph);
n
đb
=
p
f60
1
=
2
50.60
= 1500 , v/ph (2.6)
Thay số ta được :

δ
l

=
1,23
1500.7,29.74,0.430.92,0.11,1.64,0
10.22,104.1,6
2
7
≈
cm
Trong máy điện không đồng bộ, khi chiều dài lõi sắt
δ
l
=250~300 mm thì
việc tản nhiệt không khó khăn lắm nên lõi thép có thể ép thành một khối. Do
lõi sắt phần ứng stato ngắn nên làm thành một khối với việc không có rãnh
thông gió làm mát bằng quạt gió .
Chiều dài toàn bộ lõi sắt stato được chọn bằng:
l
1
=
δ
l
=23 cm.
15.Lập phương án so sánh :

λ
=
τ
δ
l
=

3145,23
23
≈
0,9865 (2.7)
trong dãy động cơ không đồng bộ , công suất 110 kW và 2p =4 có cùng
đường kính ngoài (cùng chiều cao tâm trục h) với máy công suất 90 kW và 2p
=4 .Hệ số tăng công suất của máy là :

γ
===
90
110
P
P
90
110
1,2222
như vậy là
λ
110 =
γ
.
λ
90 =1,2222.0,9865 =1,2
Theo hình 10- 3b , hai hệ số
λ
110 ,
λ
90 đều nằm trong phần gạch chéo của
hình 10-3b sách “TKMĐ” (trang 235) nên việc chọn phương án trên là có

tính kinh tế cao .

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

11
2.2.Thiết kế stato và khe hở không khí
2.2.1.Tìm hiểu về dây quấn và lõi sắt stato
Việc chọn kiểu dây quấn và kiểu rãnh stato được căn cứ vào một số cách
sau đây:
+Stato máy điện xoay chiều thường dùng loại rãnh 1/2 kín , 1/2 hở và
rãnh hở .Rãnh 1/2 kín thường dùng ở stato máy công suất đến 100 kW điện áp
đến 690 V.Có thể dùng dây quấn một lớp, hai lớp, dây quấn phân tán được
cấu tạo từ những phần tử mền , tiết di
ện tròn .
+Căn cứ vào điện áp và chiều cao tâm trục để chọn loại dây quấn ; với
điện áp U
V660≤
, chiều cao tâm trục h
≤
160 mm có thể chọn dây quấn đồng
tâm đặt vào rãnh 1/2 kín.Với h=180 – 250 mm dùng dây quấn hai lớp đặt vào
rãnh 1/2 kín.Với h
≥ 280 mm, dùng dây quấn hai lớp phần tử cứng đặt vào
rãnh 1/2 hở.
Với máy đang thiết kế có P=90 kW ,chiều cao tâm trục h=250 mm , điện
áp dây quấn stato U
đm
=380 V thì chọn dây quấn hai lớp đặt vào rãnh 1/2 kín
Lõi sắt stato máy điện không đồng bộ thường làm bằng lá thép kỹ thuật
điện .Trong máy có chiều cao tâm trục h

≤
250 mm thường dùng thép 2211
hay thép 2212 , khi h=280
÷
355 mm dùng thép 2312 có phủ sơn bề mặt và
khi h
≥ 400 mm điện áp 6000V dùng thép 2411 phủ sơn bề mặt .Với máy
đang thiết kế thì ta dùng thép có mác 2212 để chế tạo lõi sắt stato.
2.2.2.Tính toán dây quấn và lõi sắt stato:
16.Chọn số rãnh một pha dưới một cực :
q
1
=4
khi thiết kế dây quấn stato cần phải xác định số rãnh của một pha dưới
một cực q
1
. Nên chọn q
1
trong khoảng từ 2
÷
5 .Thường lấy q
1
=3 ÷4. Với
máy công suất nhỏ hoặc tốc độ thấp , lấy q
1
= 2 .Máy tốc độ cao, công suất
lớn có thể chọn q
1
=6. Chọn q
1

nhiều hay ít cóảnh hưởng đến số rãnh stato Z
1

Số rãnh này không nên nhiều quá, vì như vậy diện tích cách điện rãnh chiém
chỗ so với số rãnh ít sẽ nhiều hơn , do đó hệ số lợi dụng rãnh sẽ kém đi . Mặt
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

12
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 bậc cao.Trị số q
1
nên chọn số nguyên .
17.Số rãnh stato:
Z
1
=2.m
1
.p.q
1
= 2.3.2.4 =48 rãnh (2.8)
Trong đó :
Z
1
- số rãnh stato ;
m – là số pha của động cơ, m=3;
p – là số đôi cực từ của động cơ, p =2;
q
1
- là số rãnh của một pha dưới một cực, q

1
=4.
18.Bước răng stato:
t
1
=
1
Z
D.π
, cm (2.9)
Trong đó :
t
1
- là bước rãnh stato(cm);
D – là đường kính trong của stato, D=29,7 cm;
Z
1
– là số rãnh của stato, Z=48 rãnh (đã tính ở mục 17).
Thay số ta được :
t
1
=
48
7,29.
π
≈
1,943cm
19.Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh:
u
r1

=
1
11
a.t.
Ι
Α
thanh (2.10)
Trong đó :
A – là tải đường, A=430 A/cm (đã được xác định ở mục 14);
t
1
– bước rãnh stato, t
1
=1,943 cm (đã được xác định ở mục 18);
I
1
– dòng điện pha stato định mức, I
1
=161,129A( tính ở mục 9);
a
1
– là số mạch nhánh song song của một pha, a
1
=4;
chọn số mạch nhánh song song là ước số chung của số cực từ .
Thay số ta được :
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

13
u

r1
=
129,161
4.943,1.430
=20.74 thanh
với dây quấn hai lớp ta chọn u
r1
=20 (là số nguyên chẵn)
20.Số vòng dây nối tiếp của một pha:
w
1
=p.q
1
.
1
1r
a
u
vòng (2.11)
Trong đó :
w
1
- là số vòng dây nối tiếp của một pha, vòng;
p – là số đôi cực từ, p=2;
q
1
– số rãnh của một pha dưới một cực, q
1
=4(chọn ở mục 16);
a

1
- là số mạch nhánh song song, a
1
=4 (chọn ở mục 19);
u
r1
- là số thanh dẫn của một pha dưới một cực (đã có ở mục 19).
Thay số ta được :
w
1
=2.4.
4
20
=40 vòng
21.Tiết diện dây quấn và đường kính dây quấn stato:
Mật độ dòng điện :
J
1
’ =
A
J.Α
, A/cm.mm
2
(2.12)
Trong đó:
AJ =3060 -25%.3060 =2295 A
2
/cm.mm
2
- là tích số được chọn theo

hình 10-4d(trang 237) sách “TKMĐ”. Ở hình này là ứng dụng cho động cơ
không đồng bộ cấp cách điện cấp F , với cấp cách điện B hoặc E thì tích số AJ
được lấy thấp hơn vào khoảng 25
÷
30%.
A - tải đường, A=430 A/cm (đã biết ở mục 14)
Thay số :
J’ =
430
2295
=5,3372 A/mm
2

Tiết diện dây (sơ bộ):
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

14
s
1
’ =
'
111
1
J.n.a
Ι
mm
2
(2.13)
Trong đó :
I

1
- dòng điện pha stato định mức(A) (đã tính ở mục 9) ;
a
1
- là số mạch nhánh song song (đã chọn ở mục 20) ;
n
1
- là số sợi dây ghép song song, chọn n
1
=4 ;
J
1
’
- là mật độ dòng điện(A/mm
2
)(đã được tính ở trên).
Thay số ta được :
s
1
’
=
337,5.4.4
129,161

≈
1.887 mm
2

Theo phụ lục VI , bảng VI .1 chọn dây đồng loại PETV có đường kính
d/d

cđ
=1,56/1,645 , s
1
=1,911 mm
2

22.Mật độ dòng điện trong dây quấn stato:

27,5
4.4.911,1
129,161
n.a.s
I
J
111
1
1
===
A/cm
2

23.Kiểu dây quấn stato:
chọn kiểu dây quấn là dây quấn xếp hai lớp bước ngắn với bước dây
quấn là y=10.và hệ số rút ngắn bước dây quấn là:
β
1
=
τ
y
=

12
10
= 0,8333 (2.14)
Trong đó :

τ
=
p
Z
2
1
=48/4 =12 , là bước cực stato theo bước rãnh.
24.Hệ số dây quấn:
Hệ số bước ngắn :
k
y1
= sinβ.
2
π
= sin
2
.
12
10
π
=0,966 (2.15)
Hệ số bước rải :
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

15

k
r1
=
2
sin.q
2
.qsin
1
1
α
α
=
2
15
sin.4
2
15
.4sin
0
0
=0,958 (2.16)
Trong đó :
Góc lệch liên tiếp của hai rãnh kề nhau

1
0
z
360.p
=α
=

48
360.2
0
=15
0
(2.17)
Hệ số dây quấn :
k
dq1
=k
r1
. k
y1
= 0,966.0,958
≈
0,925 (2.18)
25.Từ thông khe hở không khí:

11dqs
1E
w.f.k.k.4
U.k
=Φ
, Wb (2.19)
Trong đó :
k
E
– là hệ số biến áp, k
E
=0,98 (xem mục 10);

U
1
- điện áp pha định mức đặt vào dây quấn stato, U
1
=220 V;
k
s
– hệ số đã xác định ở mục 13, k
s
=1,11;

1dq
k

– hệ số dây quấn stato,
1dq
k = 0,925(đã xác định ở mục 24);
f – tần số dòng điện, f= 50 Hz;
w
1
– số vòng dây nối tiếp của một pha, w
1
=40 vòng (mục 20).

Thay số ta được:

40.50.925,0.11,1.4
220.98,0
=Φ
= 0,02625 Wb

26.Mật độ từ thông khe hở không khí :

1
4
l
10.
τα
Φ
=Β
δ
δ
T (2.20)
Trong đó :

Φ
-từ thông khe hở không khí,
Φ
=0,02625 Wb(mục 25);
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

16

δ
α
- hệ số xung cực từ,
δ
α
=0,64(chọn ở mục 14);

τ

- bước cực,
τ
=23,3145 cm (tính ở mục 13);
l
1
– chiều dài toàn bộ lõi sắt stato, l
1
=23 cm (theo mục 14) .
Thay số ta được :

23.3145,23.64,0
10.02625,0
4
=Β
δ
=0,7649 T
27.Sơ bộ định chiều rộng của răng:

1c11z
1
1z
'
k.l.B
t.l.B
b
δδ
=
cm (2.21)
Trong đó :

1z
'
b
- là chiều rộng sơ bộ của răng stato(cm);

δ
Β
- mật độ từ thông khe hở không khí,
δ
Β
=0,7649T( mục 26);

δ
l
- chiều dài tính toán của stato,
δ
l
=23 cm (tính ở mục 14);
l
1
- chiều dài toàn bộ lõi sắt stato, l
1
=23 cm(tính ở mục 14);
t
1
- là bước rãnh stato, t
1
=1,943 cm (tính ở mục 18);
k
c1

- là hệ số ép chặt lõi sắt của stato, k
c1
= 0,95;

1z
Β
- là trị số trung bình mật độ từ thông trên răng stato;
Tra bảng 10.5b (trang 241) sách “TKMĐ”, lấy
1z
Β
=(1,8~2 )T.
Thay số ta tính được:

846,0
95,0.23.85,1
943,1.23.7649,0
b
1z
'
≈=
cm
28.Sơ bộ chiều cao gông stato:

cm
k.l 2
10.
h
c11g
4
1g

'
Β
Φ
=
(2.22)
Trong đó :

1g
'
h
- là chiều cao gông sơ bộ của stato, cm;

Φ
- là từ thông khe hở không khí,
Φ
=0,02625 Wb(tính ở mục 25);
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

17
l
1
- là chiều dài toàn bộ lõi sắt stato, l
1
=23 cm (mục 14);
k
c1
- là hệ số ép chặt lõi sắt, lấy k
c1
= 0,95;

1g
Β - là mật độ từ thông trong gông stato, T;
Tra bảng 10.5a (trang 240)sách “TKMĐ’’, lấy
1g
Β
=1,5 T.
Thay số ta được :



cm4
95,0.23.5,1.2
10.02625,0
h
4
1g
'
==

29.Kích thước rãnh và cách điện rãnh :
chọn rãnh hình quả lê như hình vẽ sau đây




Hình 1.1 Kích thước rãnh stato

• Chiều cao rãnh stato:
b4
h41

h12
hr2
d1
d2
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

18

1g
'
n
1r
h
2
DD
h −
−
=
cm (2.23)
Trong đó:
D
n
- là đường kính ngoài của stato, D
n
=43,7 cm (theo mục 11);
D - là đường kính trong stato, D=29,7cm (xác định ở mục 12);

1g
'
h

- là chiều cao sơ bộ của gông stato,
1g
'
h
=4 cm (mục 28).
Thay số ta được:

34
2
7,297,43
h
1r
=−
−
=
cm
• Bề rộng rãnh stato :
Chọn bề rộng rãnh stao b
41
= 3 mm =0,3 cm
- Chiều rộng rãnh stato phía đáy tròn nhỏ (d
2
)

c
m
Z
Z.b)h.2D(
d
1

1
1z
'
41
2
π−
−+π
=
(2.24)
Trong đó :
D - là đường kính trong của lõi sắt stato, D =29,7 cm (ở mục 12);

1Z
'
b
- chiều rộng sơ bộ của răng stato, b
’
Z1
=0,846 cm ( ở mục 27);
Z
1
- là số rãnh stato, Z
1
=48 rãnh (tính ở mục 18);
h
41
= 0,05 cm .
Thay số ta được :

cm1811,1

48
48.846,0)05,0.27,29(
d
2
≈
π−
−
+
π
=

Ta chọn d
2
= 1,18 cm=11,8 mm
- Chiều rộng stato phía đáy tròn lớn(d
1
) :

cm
Z
Z.b)h.2D(
d
1
1
1z
'
1r
1
π+
−+π

=
(2.25)
Trong đó :
D – đường kính trong lõi sắt stato, D=29,7 cm (theo mục 12).
Thay số ta được :
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

19
39832,1
48
48.846,0)3.27,29(
d
1
≈
π+
−
+π
=
cm
chọn d
1
=1,4 cm=14 mm
- Tính chiều cao h
12

h
12
= h
r1
- h

41
– d
1
/2

=30 - 0,5 - 14/2=22.5 mm
• Tính tiết diện rãnh:
+Diện tích rãnh trừ nêm:

2
2
12
21
2
1
2
2
r
'
mm)
2
d
h(
2
dd
8
)dd.(
S −
+
+

+π
=
(2.26)

2
22
r
'
mm722,345)2/8,115,22(
2
8,1114
8
)148,11.(
S =−
+
+
+π
=

+Diện tích cách điện của rãnh:
Theo bảng VIII-1 ở phụ lục VIII với chiều cao tâm trục h=250mm ta tra
ra chiều dày cách điện rãnh là c= 0,4 mm và chiều dày cách điện giữa hai lớp
là c
’
= 0,5 mm


1
- là tấm cách điện
phía trong có chiều dày là bằng

0,4 mm
2
- là tấm cách điện
giữa hai lớp có bề dày là 0,4 mm
Hình 1.2 cách điện rãnh
stato
3
- là tấm cách điện
phía đáy tròn nhỏ có bề dày 0,5mm


2'
2
2112
1
cd
mmc.
2
d.
c)]dd(h2
2
d.
[S
π
++++
π
=
(2.27)
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

20

2
cd
mm375,465,0.
2
8,11.
4,0)]8,1114(5,22.2
2
14.
[S =
π
++++
π
=

+Diện tích có ích của rãnh stato:
S
r
=S
’
r
-S
cđ
= 345,722- 46,375 =299,347 mm
2


30.Hệ số lấp đầy:

k
đ
=
r
2
cdr1
S
d.u.n
(2.28)
Trong đó :
n
1
- là số sợi chập, lấy n
1
=4 sợi (đã chọn ở mục 21);
u
r
- là số thanh dẫn tác dụng của một nhánh, u
r
=20(mục 19);
d
cđ
- là đường kính dây kể cả cách điện, d
cđ
=1,645 mm.
Thay số ta được:
K
đ
= 72318,0
347,299

645,1.20.4
2
=
31.Bề rộng răng stato:



Hình 1.3 kích thước răng rãnh stato
• Bề rộng răng stato phía đáy tròn nhỏ (d
2
)
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

21
Từ hình học ta có

12
'
1z241
Z)db()dh.2D( +≈++π
(2.29)
biến đổi ta có

cm8466,018,1
48
)18,105,0.27,29(
d
Z
)dh.2D(
b

2
1
241
'
1Z
=−
+
+
π
=−
+
+π
=

• Bề rộng răng stato phía đáy tròn lớn(d
1
)
Từ hình học ta có

)]hh(2D.[Z).db(
411211
"
1Z
++π≈+
(2.30)
biến đổi ta được

cm844,04,1
48
)]05,025,2.(27,29.[

d
Z
)]hh(2D.[
b
2
1
4112
"
1Z
≈−
+
+
π
=−
+
+π
=

• Bề rộng răng trung bình của stato

cm8452,0
2
844,08466,0
2
bb
b
"
1Z
'
1Z

1Z
=
+
=
+
=
(2.31)
32.Chiều cao gông stato:

11r
n
1g
d.
6
1
h
2
DD
h +−
−
= (2.32)

cm23,44,1.
6
1
3
2
7,297,43
h
1g

=+−
−
=

33.Khe hở không khí:
Khi chọn khe hở không khí
δ ta cố gắng lấy nhỏ để cho dòng điện không
tải nhỏ và cos
ϕ cao, Nhưng khe hở không khí nhỏ sẽ khó khăn trong việc chế
tạo và quá trình làm việc của máy: Stato rất dễ chạm với Rôto (sát cốt), làm
tăng thêm tổn thất phụ, điện kháng tản tạp của động cơ cũng tăng lên .
Theo công thức 11- 27b trang 277, Giáo trình TKMĐ- Trần Khánh Hà
đối với loại Động cơ có công suất lớn P=90
KW) >20 (KW), 2p=2ta có:
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

22

()
mm8,0)
4
9
1(
1200
297
)
p.2
9
1(
1200

D
=+=+≈δ
(2.33)
Tra theo bảng 10.8(trang 253) sách “TKMĐ” ta chọn khe hở không khí
)mm(1=δ
.
2.3. Dây quấn , rãnh và gông rôto
2.3.1.Tìm hiểu về dây quấn và lõi sắt rôto

Trong máy điện không đồng bộ thì sự khác nhau chủ yếu ở rôto.Tính
năng máy tốt hay xấu cũng ở rôto.Đối với rôto dây quấn không có yêu cầu về
khởi động mà chỉ phải thoả mãn tiêu chuẩn nhà nước về hiệu suất, cos
ϕ
, bội
số mômen cực đại trong điều kiện làm việc định mức .
Dây quấn rôto thường dùng loại dây quấn xếp hai lớp phần tử mềm với
các máy có chiều cao tâm trục h=160
÷
200 mm .Khi h ≥ 225 mm dùng dây
quấn sóng kiểu thanh dẫn vì nó có nhiều ưu điểm như là nó giảm khối lượng
đồng ở phần đầu nối ra, nâng cao điện áp ở vành trượt để giảm nhỏ dòng điện
qua chổi than tránh hiện tượng phóng điện ở chỗ tiếp xúc giữa chổi than và
vành trượt gây hỏng máy. Rãnh rôto là loại rãnh nửa kín có cạnh song song
dây quấn rôto dạng thanh được nhét vào rãnh rôto bằng cách đưa qua lỗ rãnh
rồi đượ
c hàn lại chứ không phải lồng vào rãnh qua bề rộng miệng rãnh như
dây quấn phần tử mền .
2.3.2.Tính toán dây quấn, rãnh và gông rôto:
34.Số rãnh rôto:
Z

2
=6.p.q
2
(2.34 )
Trong đó:
q
1
là số rãnh dây quấn rôto của một pha dưới một cực được chọn như
sau
q
2
=q
1
+1=5
Z
2
=6.2.5=60
35.Đường kính ngoài rôto:
D’=D-2.
δ
=29,7-2.0,1=29,5 cm (2.35)
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

23
36.Đường kính trong rôto(hay đường kính trục):
D
2
= D
t
=0,3.D=0,3.29,7=8,91 cm (2.36)

Lấy D
t
=89 mm=8,9 cm.
37.Chiều dài lõi sắt rôto:
Lõi sắt rôto thường lấy bằng chiều dài lõi sắt stato hoặc là lấy l
2
=l
1
+(0,4
÷1)cm.Ở đây ta chọn như sau:
l
2
=l
1
+0,5 =23+0,5=23,5 cm
38.Bước răng rôto:
t
2
=
2
'
Z
D.π
cm (2.37)
Trong đó:
D
’
- là đường kính ngoài của rôto(cm) ( đã tính được ở mục 35);
Z
2

- là số rãnh của rôto ( xem ở mục 24).
t
2
=
cm544,1
60
5,29.
=
π

39.Kiểu dây quấn :
Chọn dây quấn hai lớp dạng sóng kiểu thanh dẫn, quấn bước đủ
Với hệ số rút ngắn bước dây rôto
β
2
=
2
2
y
τ
=
15
15
= 1 (2.38)
Trong đó :
Bước cực rôto được tính như sau

2
τ
=

4
60
p2
Z
2
=
=15 (2.39)
40.Hệ số dây quấn rôto:
Hệ số rút ngắn bước dây quấn rôto :
k
y2
= sinβ
1
.
2
π
= sin
2
.
15
15
π
=1 (2.40)
Hệ số bước rải :
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

24
k
r2
=

2
sin.q
2
.qsin
2
2
α
α
=
2
12
sin.5
2
12
.5sin
0
0
=0,9567 (2.41)
Trong đó :góc lệch liên tiếp giữa hai rãnh liền kề

2
0
z
360.p
=α
=
60
360.2
0
=12

0
(2.42)
Hệ số dây quấn :
k
dq 2
=k
r2
. k
y2
= 0,9567.1 =0,9567 (2.43)
41.Số vòng dây một pha của rôto:

205.4pq2w
22
=
==
vòng (2.44)
42.Dòng điện rôto:
I
2
=
2dq22
1dq11
1I
k.w.m
k.w.m
.I.k
, A (2.45)
Trong đó:
k

I
=0,92 tra hình 10-5 sách “TKMĐ”;
m
1
, m
2
là số pha dây quấn của stato và rôto;
w
1
- là số vòng dây quấn một pha của stato,w
1
=40(tính ỏ mục 20);
w
2
- là số vòng dây quấn một pha của rôto, w
2
= 20 (tính ỏ mục 41);
k
dq1
=0,925 (tính ở mục 24);
k
dq2
= 0,9567 (tính ở mục 40).
I
2
=
619,286
9567,0.20.3
925,0.40.3
.129,161.92,0 =

A
43.Mật độ dòng điện rôto(sơ bộ):
Thường đối với dây quấn sóng kiểu thanh dẫn thì J
2
= 4,5 ~5,5 A/mm
2

(sách “TKMĐ” trang 244
44.Tiết diện thanh dẫn rôto(sơ bộ):

2
2
2
2
mm1125,52
5,5
619,286
J
I
's === (2.46)
45.Kích thước rãnh rôto: