PHẦN I: THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTO LỒNG SÓC

1
PHẦN I: THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTO
LỒNG SÓC
CHƯƠNG 1 : XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU
Đối với động cơ điện không đồng bộ thì đường kính trong (D) và chiều dài lõi
thép (l
δ
) của stato là những kích thước chủ yếu. Những kích thước
này được tính chọn trên cơ sở đảm bảo cho động cơ khi được chế
tạo có tính kinh tế cao, đồng thời có tính năng phù hợp thoả mãn
các chỉ tiêu về kỹ thuật mà nhà nước qui định. Tính kinh tế của
động cơ không chỉ là vật liệu sử dụng để chế tạo ra nó mà còn xét
đến quá trình chế tạo trong nhà máy. Chọn kích thước chủ yếu còn
phải phù hợp với điều kiện công nghệ như khuôn dập, vật đúc, các
chi tiết gia công cơ khí, chi tiết tiêu chuẩn hoá
Tuy nhiên trong phạm vi thiết kế tốt nghiệp, công việc tính chọn các kích thước
chủ yếu của động cơ dựa trên cơ sở đảm bảo thoả mãn những tiêu
chuẩn kỹ thuật mà nhà nước qui định.
Khi tính toán D và l
δ
phải dựa vào một hằng số được gọi là hằng số máy điện
(hằng số Arnold) được biểu diễn bởi công thức sau:
p
nlD
BAkk
C
dS
A
′
==

10.1,6
2
7
δ
δδ
α
D và
δ
l
cùng tỉ lệ sẽ quyết định trọng lượng giá thành, các đặc tính kinh tế kỹ
thuật cũng như độ tin cậy làm việc của động cơ. Vì vậy việc xác định kích thước
chủ yếu D và
δ
l
là khâu cơ bản của việc thiết kế . Từ hằng số máy điện ta thấy D
và
δ
l
phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: tốc độ đồng bộ, công suất điện từ, tải điện
từ của vật liệu tác dụng. Để xác định D và
δ
l
trước tiên ta cần xác định các yếu tố
trên.
1.1. Số đôi cực từ (p)
- Ta có hệ số k
D
phụ thuộc vào số đôi cực. Vì vậy để chọn k
D

ta phải tính số
đôi cực.
- Số đôi cực từ:
p =
1
1
n
f.60
2
=
60.50
1000
= 3
Trong đó:
f
1
: Tần số định mức
n
1
: Tốc độ đồng bộ
- Số cực của máy : 2p = 2 x 3 = 6 (cực)
1.2. Xác định đường kính ngoài của lõi thép stato (D
n
):
-Khi xác định kết cấu của động cơ không đồng bộ giữa đường kính trong D
và ngoài D
n
của stato có một mối quan hệ nhất định theo hệ số K
D
=

n
D
D
. Quan hệ
này phụ thuộc vào số đôi cực. Mặt khác, đường kính ngoài D
n
có liên quan đến
chiều rộng cuộn tôn kỹ thuật điện và chiều cao tâm trục máy h đã được tiêu chuẩn
hóa.
- Trước hết ta xác định đường kính ngoài D
n
theo chiều cao h.
- Theo bảng IV.1 của phụ lục IV dãy công suất, chiều cao tâm trục của
động cơ roto lồng sóc kiểu IP44 theo tiêu chuẩn TCVN - 1987- 1994 TL[1],
Với P = 11kW, 2p = 6 ta chọn h = 160 (mm).
- Với h = 160 (mm) theo bảng 10.3 TL[1], ta chọn đường kính ngoài stato
tiêu chuẩn D
n
= 14,5 (cm).
1.3. Đường kính trong stato (D)
Đường kính trong stato xác định theo công thức :

D = k
D
.D
n
Theo bảng 10.2 TL[1] , với 2p = 6, chọn k
D
= 0,7
÷

0,72
+Với D
n
= 19,1 (cm)
D = k
D
×
D
n
= ( 0,64 ÷ 0,68 )x 191
= ( 122,24 ÷ 129,98 ) (mm)
Chọn D = 12,3 (mm)
1.4. Công suất điện từ tính toán (P’)
P' =
ϕη
cos.
.
âmE
Pk
3

k
E
là hệ số chỉ quan hệ giữa điện áp đặt vào và sức điện động sinh ra trong
động cơ, ứng với D
n
= 19,1cm và 2p = 4 theo hình 10 -2 TL[1] tra được k
E
=
0,965.

η
,cos
ϕ
,n là hiệu suất,hệ số công suất và tốc độ đồng bộ
Với Dn =19,1 Tra bảng 10.1,TL [1] ta được :

%82=
η
, cos
.83,0=
ϕ

Suy ra:
P
/
=
ϕη
cos.
.Pk
E
=
83,082,0
3965,0
×
×
= 4,2536 (KVA)
1.5. Chiều dài tính toán của lỏi sắt (
δ
l

):

nDBAkk
P
l
ds

.10.1,6
2
/7
δδ
δ
α
=
Với :
δ
α
: hệ số cung cực từ.

s
k
: hệ số sóng.
k
d
: Hệ số dây quấn.
A: Tải đường.

δ
B
: Mật độ từ thông tại khe hở không khí.

+ Mà
δ
α
và k
s
phụ thuộc vào mức độ bão hoà răng k
Z
của mạch từ.
+ Sơ bộ chọn :
δ
α
= 0,71 và k
S
= 1,12, k
Z
=1,24. (Theo hình 4.7 TL[1].)
+ Vì dây quấn một lớp có kết cấu đơn giản nên thường dùng cho động cơ
có công suất nhở hơn 10kw.Với dây quấn 1 lớp ta có
96,095,0 ÷=
d
k
ta chọn k
d
=
0,95
+ A và
δ
B
phụ thuộc vào D
n

, 2p.
Việc chọn A ,
δ
B
có ảnh hưởng rất lớn đến kích thước chủ yếu D ,
δ
l
của
máy điện. Đứng về mặt tiết kiệm vật liệu nên cho A và
δ
B
lớn, nếu A và
δ
B
quá
lớn thì tổn hao đồng và thép tăng lên làm động cơ nóng, ảnh hưởng đến tuổi thọ
của máy.Do đó khi chọn A và
δ
B
cần xét đến chất liệu của 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 A
lớn. Ngoài ra, tỉ số A và
δ
B
cũng ảnh hưởng đặc tính làm việc và khởi động của
động cơ vì A đặc trưng cho mạch điện còn
δ
B
đặc trưng cho mạch từ.
Với 2p=4, Dn =19,1 theo hình 10.2b TL[1] tra được:

δ
B
= 0,87 (T)
A = 250 (A/cm)
4
n : Tốc độ đồng bộ .
n =1500 (vòng / phút): tốc độ đồng bộ của động cơ
- Do đó chiều dài lõi sắt stato là:
δ
l
=
15003,1287,025095,012,171,0
2536,4101,6
2
7
××××××
××
= 6,9586 (cm)

Lấy l
δ
= 7 (cm).
1.6. Bước cực (
τ
)
Bước cực được xác định theo công thức :
τ =
p2
D.π

=
4
3,1214,3 ×
= 9,65 (cm)
Vì l
δ
= 7 (cm) chiều dài lõi sắt ngắn, việc tản nhiệt không khó khăn nên lõi
sắt có thể ép thành một khối, do đó chiều dài tính toán của lõi sắt phần ứng trên
khe hở không khí bằng chiều dài lõi sắt. Vậy chiều dài lõi sắt stato và rôto là:
l
1
= l
2
= l
δ
= 7 (cm)
Cũng giống như các động cơ khác, nên việc chọn kích thước chủ yếu D và
δ
l
cho một động cơ không chỉ có một nhóm trị số. Vì vậy khi thiết kế phảI căn cứ
vào tình trạng sản xuất mà tiến hành so sánh các phương án một cách toàn diện để
được một phương án kinh tế và hợp lý nhất. Quan hệ D và
δ
l
được biểu thị trong
quan hệ:
λ
=
τ
δ

l
- Hệ số kinh tế:
3
λ
=
τ
δ
l
=
65,9
7
= 0,725
Trong dãy động cơ không đồng bộ roto lồng sóc kiểu IP44 cấp cách điện B,
với động cơ P = 3kW, 2p = 4 có cùng đường kính ngoài D
n
(nghĩa là cùng chiều
cao tâm trục h) có động cơ P = 4 kW, 2p = 4.
Ta có hệ số tăng công suất của máy này là
33,1
3
4
==
γ

Do đó
4
λ
=
τ
δ

l
của máy có công suất P = 4kw, 2p = 4 là:
96,0725,0.33,1.
34
===
λγλ
5
Theo hình 10. 3a TL[1] thì
3
λ
và
4
λ
đều nằm trong phạm vi kinh tế nên ta
chọn các thông số trên là hợp lý .
1.7. Dòng điện pha định mức (I
1
)
Dòng điện pha định mức của máy được xác định theo công thức sau:
I
1
=
ϕη
cos 3
10.
1
3
U
P
U

1
: điện áp pha của lưới .
U
1
= 220 (V)
P,
η
, cos
ϕ
: công suất , hiệu suất và hệ số công suất của máy .
P = 3 (kW).
η
= 82 %.
Cos
ϕ
= 0,83.
Thay vào:
I
1
=
83,0.82,0.220.3
10.3
3
= 6,68 (A)
6
CHƯƠNG 2 : XÁC ĐỊNH DÂY QUẤN, RÃNH STATO VÀ
KHE HỞ KHÔNG KHÍ
*Chọn rãnh stato
khi thiết kế dây quấn stato cần phải xác định số rãnh của một pha dưới một
cực từ (q

1
), thường ta lấy
43
1
÷=q
đối với những động cơ có công suất nhỏ. Chọn
q
1
nhiều hay ít đều ảnh hưởng đến số rãnh stato (Z
1
). Số rãnh này không nên quá
nhiều, vì như vậy diện tích cách điện chiếm chỗ so với rãnh ít sẽ nhiều hơn, do đó
hệ số lợi dụng rãnh sẽ kém đi, mặc khác về phương diện độ bền cơ năng sẽ yếu đi.
Ít răng quá sẽ làm dây quấn phân bố không đều trên bề mặt lõi thép, nên sức từ
động phần ứng có nhiều sóng bậc cao, do đó khó chọn hệ số dây quấn thích hợp để
triệt tiêu sóng bậc cao đó. Trị số q
1
nói chung nên chọn số nguyên vì như vậy có
thể cải thiện đặc tính làm việc và có khả năng giảm được tiếng kêu của động cơ.
Trong thiết kế dãy động cơ điện, thường ta muốn lợi dụng một số khuôn
dập rãnh để dập lá tôn dùng được cho nhiều máy khác nhau. Vì vậy muốn có trị số
q
1
phù hợp với những động cơ khác nhau, ta không thể chọn q
1
tuỳ ý được.
2.1. số rãnh stato(Z
1
):
- số rãnh của 1 pha dưới mỗi bước cực q

1
. Chọn q
1
= 3.
- m là số pha, m = 3.
- Số rãnh stato:
Z
1
= 2m.p.q
1
= 2.3.2.3 = 36(rãnh)
2.2. Bước rãnh stato (t
1
)

1
1
.
Z
D
t
π
=
=
( )
cm07,1
36
3,1214,3
=
×

2.3. Số thanh dẫn tác dụng của 1 rãnh (u
r1
)
Số thanh dẫn một rãnh xác định theo công thức:

1
11
1

I
atA
u
r
=

40
68.6
107,1250
=
××
=
Chọn a
1
= 1: số mạch nhánh song song
7
Lấy u
r1
= 40 (vòng).
2.4. Số vòng dây nối tiếp của một pha (w
1

)
Số vòng dây nối tiếp một pha xác định như sau:
240
1
4032

1
11
1
=
××
==
a
uqp
W
r
(vòng)
2.5. Chọn kích thước dây dẫn:
- Muốn chọn kích thước dây dẫn trước hết ta phải chọn mật độ dòng điện J
của dây dẫn, rồi căn cứ vào dòng định mức để ta tính ra tiết diện cần thiết. Dựa
vào h = 112 (mm), D
n
=19,1 (cm), 2p = 4 ta chọn tỉ lệ suất tải nhiệt của máy
AJ = 1850 A
2
/cm, theo hình 10.4 TL[1]
- Mật độ dòng điện:

)/(4,7
250

1850
2
1
mmA
A
AJ
J ===
- Tiết diện dây sơ bộ:

)(9027,0
4,711
68,6

2
111
1
/
1
mm
Jna
I
S =
××
==
n
1
: số sợi ghép song song, chọn n
1
= 1
Theo phụ lục VI, bảng VI.1 TL[1]. Chọn dây đồng tráng men PETV có

các kích thước sau đây:
+ Tiết diện dây: 0,9027 (mm
2
)
+ Đường kính dây chưa kể cách điện: d = 1,08 (mm)
+ Đường kính dây kể cả cách điện: d
cđ
= 1,16 (mm)
Động cơ có h = 112cm, do đó ta chọn dây quấn một lớp bước đủ đặt vào
rãnh nữa kín
- Bước cực
τ
: khoảng cách giữa hai cực kế tiếp, tính bằng số rãnh.
3y
1
= τ =
9
4
36
2
1
==
p
Z
- Hệ số bước rãi:

96,0
2
30
sin3

2
30
3sin
2
sin.
2
sin
1
1
===
α
α
q
q
k
r
- góc độ điện giữa hai rãnh kề nhau:
0
1
20
36
360.2
360.
===
Z
p
α
- Hệ số dây quấn:
8
k

d
=k
r
= 0,96
2.6. Từ thông qua khe hở không khí
( )
φ
- Từ thông khe hở không khí xác định theo công thức sau:
)(00411,0
2405096,012,14
220965,0
4
.
11
1
Wb
Wfkk
Uk
ds
E
=
××××
×
==Φ
2.7. Mật độ từ thông khe hở không khí
( )
δ
B
- Mật độ từ thông khe hở không khí xác định theo công thức:

1
4
l
10.
B
τα
Φ
=
δ
δ

)(85,0
7.65,9.71,0
10.00411,0
4
T==
2.8. Sơ bộ định chiều rộng của răng (b
Z1
)
- Sơ bộ chiều rộng của răng stato xác định theo công thức sau:
cz
Z
klB
tlB
b


11
1
/

1
δδ
=
)(54,0
95,0777,1
07,1785,0
cm=
××
××
=
Do lõi thép ngắn nên việc tản nhiệt không khó khăn, vì vậy giữa lõi thép
không có rãnh thông gió hướng kính, do đó chiều dài tính toán lõi thép
δ
l
bằng
chiều dài thực của lõi thép stato l
1
B
z1
: mật độ từ thông trong răng stato, ứng với động cơ có chiều cao tâm trục
( )
mmh 13250 ÷=
và số cực 2p = 4 thì
( )
TB
Z
95,175,1
1
÷=
, ta chọn B

Z1
= 1,77T
k
C
: Hệ số ép chặt. Hệ số ép chặt lõi cực từ chỉ quan hệ giữa chiều dài phần
thép với chiều dài thực của lõi thép. Hệ số này phụ thuộc vào áp suất ép chặt lõi
thép, độ không đồng đều của bề dày lá thép, chiều dày lớp sơn cách điện và chiều
dày lõi thép. Khi chiều dày lõi thép không quá
( )
cm1514 ÷
thì không cần phủ sơn.
Lõi thép stato của động cơ không đồng bộ được làm bằng thép kỹ thuật điện dày
0,5mm. Ta chọn k
C
= 0,95.
2.9. Sơ bộ định chiều cao của gông stato (h’
g1
)
- Sơ bộ chiều cao của gông xác định như sau:
cg
g
klB
h
2
10.
11
4
/
1
Φ

=
9
B
g1
: mật độ từ thông trong gông stato, với chiều cao tâm trục
( )
mmh 13250 ÷=
, 2p = 4, kiểu máyIP44, B
g1
=
( )
T6,145,1 ÷
, ta chọn B
g1
= 1,6T
2.10. Chọn kích thước rãnh và cách điện:
Kích thước rãnh và cách điện của rôto xác đinh như sau:
+ b
41
= d
cđ
+ 1,5 = 1,16 + 1,5 = 2,66 (mm)
+ h
41
=
( )
8,04,0 ÷
; chọn h
41
= 0,6 (mm)

( )
mmh
d
hh
r
47,106,0
2
26,7
7,14
2
41
2
112
=−−=−−=
+
)(7,1493,1
2
3,121,19
'
2
11
mmh
DD
h
g
n
r
=−
−

=−
−
=

+
( )
( )
( )
mm
Z
ZbhD
d
zg
6
14,336
36.4,56,0212314,3
2
1
1
'
11
1
=
−
−×−
=
−
−+
=
π

π
+
( )
( )
( )
mm
Z
ZbhD
d
zn
26,7
14,336
364,53,19219114,3
2
1
1141
2
=
+
×−×+
=
+
′
−−
=
π
π


Hình 2.1: Kích thước rãnh stato.

Theo bảng VIII.1 phụ lục VIII chọn chiều dày cách điện rãnh là: c = 0,25 mm ,
Chiều dày cách điện phía miệng rãnh c
m
= 0,35 mm
- Diện tích rãnh trừ nêm:(chọn h
n
= 2,5 mm)
10
=
'
r
S
8
)(
28
2
1
12
21
2
2
d
hh
bdd
n
ππ
+−
+
+
=

( )
2
22
65,87
8
6.14,3
)5,247,10(
2
26,76
8
26,7.14,3
mm=+−
+
+
- Diện tích cách điện rãnh :

mcd
c
d
chh
d
S .
2
.22
2
1
4112
2
ππ
+







++=
( )
2
68,11
35,0.
2
6.14,3
25,0.6,0.247,10.2
2
26,7.14,3
mm=
+






++=

- Diện tích có ích của rãnh :
−=
/
rr

SS
S
c
= 87,65-11,68= 75,97 (mm
2
)
- Hệ số lấp đầy rãnh:
k
đ
=
708,0
97,75
16,1.1.40

2
2
11
==
r
cdr
S
dnu
Trị số của hệ số lấp đầy k
đ
nên lấy trong khoảng
( )
75,07,0 ÷
là hợp lý, k
đ
không nên lấy quá 0,8 và như vậy khi đặt dây quấn vào rất khó khăn và dễ làm cho

dây bị xây xát, k
đ
nhỏ quá nhỏ quá thì không lợi dụng triệt để được rãnh và khi
động cơ làm việc do lực điện từ dây sẽ bung và sẽ làm hư hỏng cách điện của dây.
2.11. Bề rộng răng stato (b
Z1
)
- Bề rộng răng rôto xác định như sau:
( )
( )
)(35,56
36
66,0.212314,3
2
/
1
1
1
141
/
1
mmb
d
Z
dhD
b
Z
Z
=−
++

=
−
++
=
π

( )
( )( )
)(39,526,7
36
6,047,10212314,3
)2(
//
1
2
1
4112
//
1
mmb
d
Z
hhD
b
Z
Z
=−
++
=
−

++
=
π

)(37,5
2
39,535,5
2
//
2
/
1
1
mm
bb
b
zz
z
=
+
=
+
=
2.12. Chiều cao gông stato (h
g1
)
11

)(1,18
6

26,7
7,14
2
123191
62
1
2
1
mmh
d
h
DD
h
g
r
n
g
=−−
−
=
−−
−
=
2.13. khe hở không khí
( )
δ
Khi chọn khe hở không khí
δ
ta cố gắng lấy nhỏ để dòng không tải
nhỏ và cos

ϕ
cao. Nhưng khe hở nhỏ làm cho việc chế tạo và lắp ráp thêm
khó khăn, stato dễ chạm với roto làm tăng thêm tổn hao phụ và điện kháng
tản tạp của động cơ tăng lên.
Việc chọn khe hở không khí
δ
chủ yếu dựa vào công thức kinh nghiệm:

1000
25,0
D
+=
δ

)(35,0
1000
123
25,0 mm=+=
Với động cơ có 2p = 4, h = 112mm. Theo bảng 10.8 TL[1] ta chọn
δ
=0,3 (mm).
• Tóm lại: Sau khi thiết kế lá thép stato ta nhận thấy mật độ từ thông
trong răng, gông stato nằm trong phạm vi cho phép, lõi thép stato có đủ
độ bền cơ khí, không bị biến dạng khi gia công cũng như lắp ráp. Số
rãnh cũng như kích thước rãnh đựoc chọn là hợp lý.
• Công nghệ chế tạo lõi thép stato:
Để chế tạo lõi thép stato từ thép kỹ thuật điện ta dùng phuơng pháp dập
phức hợp. Đây là phương pháp mà mỗi lần dập có thể cắt được nhiều hình.
ưu điểm của phương pháp này là cho năng suất và độ chính xác cao, tuy
nhiên việc chế tạo khuôn dập phức hợp rất khó khăn và đắt tiền.

• Phương pháp dập 3 đường kính: Đây là phương pháp thông dụng của
các nhà máy.
+ Bước 1: Dập rãnh stato
+ Bước 2: Dập rãnh roto, lỗ thông gió
+ Bước 3: Dập đường kính ngoài lá thép stato, đường kính trong và
lỗ trục . Ưu điểm của phương pháp này là lực dập của các bước tương đối đồng
đều, bởi vì 3 đường kính: đường kính trục, đường kính ngoài, đường kính trong
của lá thép stato đều dập một lần nên độ đồng tâm rất cao.
Việc cách điện các lá thép stato và roto được thực hiện bằng phương pháp
oxi hoá trên bề mặt lá thép. Xử lý độ bavia bằng phương pháp dũa.
12
Với dây quấn 3 pha đồng tâm một lớp bước đủ 2 mặt phẳng có Z
1
= 36, 2p
= 4, q
1
= 3 . Ta có góc lệch pha giữa 2 cạnh liên tiếp:
0
1
20
36
360.2
360.
===
Z
p
α
93.3.
1
==== qmy

τ
* Pha A gồm:
3 phần tử tạo thành bởi các cạnh tác dụng (1-12), (2-11) và (3-10) dưới đôi
cực thứ nhất
3 phần tử tạo thành bởi các cạnh tác dụng (19-30), (20-29) và (21-28) dưới
đôi cực thứ hai
* Pha B:
3 phần tử tạo thành bởi các cạnh tác dụng (7-18), (8-17) và (9-16) dưới đôi
cực thứ nhất
3 phần tử tạo thành bởi các cạnh tác dụng (25-36), (26-35) và (27-34) dưới
đôi cực thứ hai
* Pha C:
3 phần tử tạo thành bởi các cạnh tác dụng (13-24), (14-23) và (15-22) dưới
đôi cực thứ nhất
3 phần tử tạo thành bởi các cạnh tác dụng (31-6), (32-5) và (33-4) dưới đôi
cực thứ hai
Đem nối tiếp các phần tử thuộc cùng 1 pha ta được dây quấn 3 pha
T
T T
T
13
Hình 2.2. Dây quấn stato
2.14. Quá trình tẩm sấy dây quấn stato.
Dây quấn động cơ sau khi chế tạo xong được chuyển dến phân xưởng tẩm
sấy. ở phân xưởng này, dây quấn được sấy khô rồi đem nhúng vào một loại sơn
cách điện nào đó, sau đó lại đem sấy khô. Mục đích của công đoạn này là nâng cao
tuổi thọ cách điện của dây quấn (Tăng cao tuổi thọ cho động cơ).
Quá trình tẩm sấy: vật liệu cách điện trước khi tẩm bao giờ cũng nhiễm ẩm
kể cả vật liệu cao cấp. Do đó trước khi tẩm cần phải sấy khô toàn bộ dây quấn.
Hơi ẩm trong cách điện sẽ hổn hợp với nước trong sơn và được loại trừ khi sấy

khô.
Nhiệt độ sấy càng cao thì quá trình bay hơi nước càng nhanh nhưng không
được cao quá cấp chịu nhiệt tương ứng với vật liệu cách điện đó. Có thể đẩy nhanh
quá trình sấy khô dưới áp suất thấp, nhưng chú ý trước khi hút chân không phải
sấy nóng dây quấn đến nhiệt độ định mức.
Phương pháp tẩm cơ bản là nhúng toàn bộ dây quấn đã sấy khô (còn nóng)
vào sơn cách điện. Sơn được thấm sâu vào lớp cách điện. Sơn được thấm sâu vào
lớp cách điện nhờ mao dẫn và áp suất do khối lượng bên trên tạo ra. Số lần tẩm
sơn phụ thuộc vào điều kiện làm việc của động cơ và loại cách điện dược dùng.
Khi tẩm trong bình chân không và áp lực phải tuân theo một qui trình định
trước, đảm bảo thời gian và áp lực qui định(từ 3 đến 5 phút dưới áp lực từ 7 đến
8kg/cm
2
).
Sau khi tẩm để ráo sơn, tiếp tục sấy khô sơn. Giai đoạn sấy khô có thể chia
thành 2 công đoạn: loại trừ dung môi của sơn và thiêu kết lớp màn sơn. Thời gian
sấy và nhiệt độ sấy tuỳ thuộc vào điện trở của cách điện vật liệu.
14
CHƯƠNG 3 : XÁC ĐỊNH DÂY QUẤN , RÃNH VÀ GÔNG
RÔTO
3.1. Chọn số rãnh roto (Z
2
)
Việc chọn số rãnh roto lồng sóc (Z
2
) là một vấn đề quan trọng vì khe hở
không khí nhỏ. Khi mở máy momen phụ do từ trường sóng bậc cao gây nên ảnh
hưởng rất lớn đến quá trình mở máy và ảnh hưởng đến dặc tính làm việc. Vì vậy
để có tính năng tốt, khi chọn Z
2

phải tuân theo một sự hạn chế nhất định để giảm
mômen phụ. Kết quả của việc nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cho phép chọn
Z
2
thích hợp có thể hạn chế được các mômen phụ, cũng như mômen gây rung và
tiếng ồn.
Trong những động cơ công suất nhỏ, ta chọn Z
2
<Z
1
để cho răng rãnh roto
khỏi quá nhỏ.
Thiết kế dạng rãnh cũng là xác định diện tích rãnh(tức diện tích thanh dẫn
lồng sóc). Ngày nay, với những động cơ có chiều cao tâm trục
( )
mmh 35550 ÷=
lồng sóc được đúc bằng nhôm, trong đó khi
( )
mmh 25050 ÷=
được đúc bằng áp
lực.
Số rãnh rôto chọn theo số rãnh statovà số đôi cực
Theo bảng 10.6 TL[1] với Z
1
= 36, chọn Z
2
= 28 rãnh
3.2. Đường kính ngoài rôto (D’ )
Đường kính ngoài rôto được xác định như sau:

δ
2
/
−=
DD

)(24,1203,0.23,12 cm=−=
15
3.3. Bước răng rôto (t
2
)
Khoảng cách giữa các cạnh cùng một phía của hai răng kề nhau:


2
/
2
.
Z
D
t
π
=

)(372,1
28
24,12.14,3
cm==
3.4. Sơ bộ định chiều rộng răng roto (b

’
Z2
)
Chiều rộng răng rôto xác định theo công thức như sau:

cz
z
klB
tlB
b


22
22
/
2
δ
=

)(7,0
95,075,1
372,185,0
cm=
×
×
=
Theo bảng 10.5b TL[1] với h =112mm, 2p = 4, chọn B
Z2
= 1,75 (T): Mật
độ từ thông răng rôto.

3.5. Đường kính trục roto (D
t
)


t
D
= 0,3.D
= 0,3
×
12,24 = 3,672 (cm). .
Chọn : D
t
= 3,7 (cm)
3. 6. Dòng điện trong thanh dẫn roto (I
td
)
)(5,286
28
96,02406
68,687,0
6
.
2
1
12
AI
Z
kW
IkII

td
d
Itd
=
××
××=
==
Với cos
83,0=
ϕ
theo hình 10.5 TL[1] chọn k
I
= 0,87.
3.7. Dòng điện trong vành ngắn mạch (I
v
)
Dòng điện vành ngắn mạch xác định theo dòng điện trong thanh dẫn
16
)(82,3
28
180.2
sin2
5,286
.
sin2
2
AI
Z
p
I

I
v
td
V
==
=
π
3.8. Tiết diện thanh dẫn bằng nhôm (S
td
)
Với động cơ không đồng bộ roto lồng sóc , do diện tích rãnh roto đồng thời
là tiết diện thanh dẫn, vì vậy phải thiết kế tiết diện rãnh roto sao cho nằm trong
phạm vi cho phép. Mật độ dòng điện trong thanh dẫn nằm trong phạm vi
( )
2
/5,35,2 mmA÷

)(85,81
5,3
5,286
2
2
mmS
J
I
S
td
td
td
==

=
J
2
: là mật độ dòng điện trong thanh dẫn
Do thanh dẫn đúc nhôm nên J
2
= (2,5
÷
3,5), chọn J
2
= 3,5(A/mm
2
)
3.9. Tiết diện vành ngắn mạch (S
v
)
Theo trang 234, TL[1] thì mật độ trong vành ngắn mạch thấp hơn mật độ
dòng điện trong thanh dẫn từ
( )
%3020 ÷
, vì vậy ta chọn J
v
= 80% J
2
J
v
= 0,8.3,5 = 2,8
( )
2
/ mmA

)(230
8,2
82,643
2
mm
J
I
S
V
V
V
===
3.10. Kích thước rãnh roto và vành ngắn mạch
+sơ bộ định chiều cao gông roto

( )
cm
klB
h
cg
g
57,2
95,0.7.2,1.2
10.00411,0
.2
10.
4
22
4
'

2
==
Φ
=
B
g2
: mật độ từ thông trong gông roto, theo bảng 3.3 TL[2] chọn B
g2
= 1,2 T
Với động cơ không đồng bộ roto lồng sóc có h < 160 mm ta chọn
+ b
42
= 1 (mm)
+ h
42
= 1 (mm)
( )
( )
( )
mm
Z
ZbhD
d
z
84,5
14,328
7.281.24,12214,3
.2
2
2

'
242
'
1
=
+
−−
=
+
−−
=
π
π
17
( )
( )
( )
mm
Z
ZbhD
d
zgt
28,3
14,328
7.287,25.23714,3
2
2
2
'
2

'
2
2
=
−
−+
=
−
−+
=
π
π
( )
( )
( )
mmh
dbZ
dhDh
z
45,11
14,3
28,3728
84,51.24,122
2
1
2
2
1
12
2

'
22
142
'
12
=






+
−−−=






+
−−−=
π
( )
mmhh
dd
h
r
17145,11
2

28,384,5
2
4212
21
2
=++
+
=++
+
=
+Bề rộng răng roto

( )
( )
( )
mmd
Z
hdD
b
gt
z
728,3
28
7,25.228,33714,3
2
2
2
'
22
'

2
=−
++
=−
++
=
π

( )
( )
( )
mmd
Z
hdD
b
z
784,5
28
84,51.24,12214,3
2
1
2
421
'
''
2
=−
−−
=−
−−

=
π
( )
mm
bb
b
zz
z
7
2
77
2
''
2
'
2
2
=
+
=
+
=
+Chiều cao gông rôto
( )
mm
d
h
DD
h
r

t
g
15,25
6
28,3
17
2
374,122
62
2
2
'
2
=−−
−
=−−
−
=
+ Diện tích rãnh rôto :
Hình 3.1. kích thước rãnh roto
18
( )
( )
)(82,69
2
28,384,5
45,1128,384,5
8
14,3
28

222
2
21
12
2
2
2
12
mmS
dd
hddS
r
r
=






+
++=






+
++=

π
+ Kích thước vành ngắn mạch :
Hình 3.2. Kích thước vành ngắn mạch
Theo trang 234,TL[1], chiều cao vành ngắn mạch
2
2,1
r
hb ≥
ta chọn
( )
mmhb
r
2217.294,1294,1
2
===
( )
mm
b
S
a
v
45,10
22
230
===

+Diện tích vành ngắn mạch:

S
VNM

= a.b = 10,45
×
22= 230 (mm
2
)
Đường kính trung bình của vành ngắn mạch
( )
mmbDD
v
4,99224,121
''
=−=−=
( )
mmDD 4,12114,1221
'''
=−=−=
+ Kích thước và số cánh quạt đầu vành ngắn mạch:
Ở 2 đầu vành ngắn mạch đúc liền cánh giải nhiệt, số cánh và kích thước
như sau:
Theo bảng 10.7,TL[1] với h = 112 (mm), 2p = 4, chọn số cánh N
c
= 11(cánh)
Theo hình 10.9a, TL[1] với h = 112mm, chọn cánh quạt có L
d
= 30,45mm
h
d
= 20mm, b
1c
= 6mm, b

2c
= 4mm
b
1c
D
v
a
19
Hình 3.3. Kích thước cánh tản nhiệt đầu vành ngắn mạch

3.11. làm nghiêng rãnh roto (b
n
)
Để giảm lực ký sinh tiếp tuyến và hướng tâm, ta làm nghiêng rãnh ở roto
hay stato, vì làm như thế có thể triệt tiêu sóng điều hoà răng.Thông thường ta làm
nghiêng rãnh ở roto
Độ nghiêng bằng một bước rãnh stato:
b
n

≈
t
1
= 1,07cm
T
b
2c
20
CHƯƠNG 4 :TÍNH TOÁN MẠCH TỪ
Mục đích của việc tính toán mạch từ là xác định sức từ động cần thiết để tạo ra

ở khe hở không khí một từ thông có thể sinh ra sức điện động đã xác định ở phần
dây quấn phần ứng. Do tính chất đối xứng của máy điện, từ thông sinh ra ở mỗi
cực từ được phân bố thành hai phần bằng nhau bởi trục cực từ, các phần này cùng
với các phần khác của cực từ kế cận tạo thành những mạch từ khép kín. Số cực từ
này bằng đúng số cực từ của máy điện. Vì vậy khi tính toán ta chỉ cần tính mạch
từ ở một đôi cực. Nếu ký hiệu sức từ động của mạch từ là F thì vì mạch từ gồm
nhiều đoạn nối tiếp nhau nên theo định luật toàn dòng điện ta có:
WIFlHdlHF
xxx
====
∑
∫
∑
H
x
: Cường độ từ trường (A/cm)
L
x
: Chiều dài đoạn mạch từ bất kỳ của mạch từ
F
x
; Sức từ động ở đoạn mạch từ l
x
Mạch từ của động cơ gồm 5 đoạn nối tiếp: khe hở không khí, răng roto, răng
stato, gông stato và gông roto. Súc từ động của mỗi đôi cự từ bằng tổng sức từ
động của các đoạn mạch từ
F = F
δ
+ F
Z1

+ F
Z2
+ F
g1
+ F
g2
Trong đó các ký hiệu
δ
, Z, g chỉ khe hở không khí, răng và gông lõi thép, ký
hiệu 1, 2 chỉ stato và roto. Căn cứ vào sức điện động cần thiết ở dây quấn phần
ứng tịm được từ thông
φ
, theo kích thước của động cơ tìm tiết diện s
x
của từng
đoạn mạch từ, sau đó xác định từ cảm B
x
của mỗi đoạn mạch từ
21
x
x
S
B
φ
=
Theo trị số B
x
, sử dụng đường cong từ hoá tương ứng với loại vật liệu sắt từ
tìm H
x

và tính được H
x
.l
x
. Sau đó lấy tổng
∑
5
1
.
xx
lH
để được sức từ động F của toàn
mạch từ
4.1. Hệ số khe hở không khí (
δ
k
)
Hệ số khe hở không khí được tính theo công thức :
+
19,1
03,067,507,1
07,1
.
11
1
1
=
×−
=
−

=
δν
δ
t
t
k
Với ν
1
=
δ+
δ
/b5
)/b(
41
2
41
=
67,5
3,0/66,25
)3,0/66,2(
2
=
+

+
33,1
03,033,1372,1
372,1
.
22

2
2
=
×−
=
−
=
δν
δ
t
t
k
Với
33,1
3,0
1
5
3,0
1
5
2
42
2
42
2
=
+







=
+






=
δ
δ
ν
b
b

22,133,119,1.
21
=×==⇒
δδδ
kkk
Ta chọn loại thép kỹ thuật điện cán nguội loại 2211
4.2. Sức từ động khe hở không khí (
δ
F
)
)(76,49710.03,022,185,06,110 6,1
44

AkBF =×××==
δδδ
4.3. Sức từ động ở răng stato (B
Z1
)
- Mật độ từ thông ở răng stato

)(8,1
95,053,0
07,185,0


11
11
1
T
klb
tlB
B
cZ
Z
=
×
×
==
δ
- Cường độ từ trường trên răng stato:
Ứng với loại thép 2211 và B
z1
= 1,8T Theo bảng V.6 phụ lục V TL[1]

chọn H
Z1
= 27 (A/cm)
- Sức từ động trên răng stato:

)(312,6627288,12.2
1
/
11
AHhF
ZZZ
=××==
22
Với :
)(288,1
3
726,0
47,1
3
1
/
1
cm
d
hh
rZ
=−=−=
4.4. Sức từ động ở răng roto (B
Z2
)

- Mật độ từ thông ở răng roto:

)(75,1
95,07,0
372,185,0


22
22
2
T
klb
tlB
B
cZ
Z
=
×
×
==
δ
- Cường độ từ trường trên roto:
Ứng với loại thép 2211 và B
z2
= 1,75T Theo bảng V.6 TL[1].ta chọn
H
Z2
=22,2 (A/cm)
- Sức từ động trên răng roto:
)(596,702,2259,12.2

2
/
22
AHhF
ZZZ
=××==
Với :
)(59,1
3
328,0
7,1
3
2
/
2
cm
d
hh
zZ
=−=−=
- Hệ số bão hoà răng:

27,1
76,497
596,70312,6676,497
21
=
++
=
++

=
δ
δ
F
FFF
k
ZZ
Z
*Nhận xét: giá trị này gần đúng với trị số giả thiết ban đầu nên không cần tính lại.
4.5. Sức từ động ở gông stato (F
g1
)

- Mật độ từ thông trên gông stato:

)(7,1
95,0781,12
10.00411,0
2
10.
4
11
4
1
T
klh
B
cg
g
=

×××
=
Φ
=
- Cường độ từ trường trên gông stato.
Ứng với loại thép 2211 và B
g1
= 1,7T Theo bảng V.9 phụ lục V TL[1] chọn
H
g1
= 21,8 (A/cm).
- Chiều dài mạch từ ở gông stato:

( )
)(57,13
4
)81,11,19(14,3
2
.
1
1
cm
p
hD
L
gn
g
=
−
=

−
=
π
- Sức từ động ở gông stato:

)(956,738,21.57,13.25,0.
111
AHLF
ggg
===
ξ
hệ số
ξ
được đưa vào công thức trên là do sự phân bố mật độ từ thông
không đồng đều dọc the chiều dài mạch từ. Theo hình 4.16TL [1] ứng với
B
g1
= 1,7T ta chọn
25,0=
ξ
23
4.6. Sức từ động trên gông roto (F
g2
)
- Mật độ từ thông trên gông roto:

)(53,1
95,07015,22
10.00411,0
2

10.
4
22
4
2
T
klh
B
cg
g
=
×××
=
Φ
=
- Cường độ từ trường trên gông roto.
- Theo bảng V.9 phụ lục V Tl[1], ứng với B
g2
= 1,53T và loại thép 2211,
chọn H
g2
= 10 (A/cm).

- Chiều dài mạch từ ở gông roto:
)(48,4
4
)015,27,3.(14,3
2
).(
2

2
cm
p
hD
L
gt
g
=
+
=
+
=
π
- Sức từ động ở gông roto:
F
g2
=
ξ
L
g2
.H
g2
= 0,3.4,48.10 =13,44 (A)
Theo hình 4.16, TL[1] ứng với B
g2
= 1,53T, ta chọn
ξ
= 0,3
4.7. Tổng sức từ động của mạch từ (F)
F =

δ
F
+ F
Z1
+ F
Z2
+ F
g1
+ F
g2
F = 497,76 + 66,312 + 70,596 + 73,956 + 13,44
= 722 (A)
- Hệ số bão toàn mạch từ :

45,1
76,497
722
===
δ
µ
F
F
k
- Dòng điện từ hoá:

)(32,2
96,02407,2
7222
7,2
.

1
A
kW
Fp
I
d
=
××
×
==
µ
- Dòng điện từ hoá phần trăm:

0
0
0
0
43,34100.
68,6
32,2
100. ===
dm
I
I
I
µ
µ
24
CHƯƠNG 5: THAM SỐ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Ở CHẾ ĐỘ
ĐỊNH MỨC

Điện trở và điện kháng là những tham số của động cơ điện không đồng bộ roto
lồng sóc. Điện kháng được xác định bởi từ thông móc vòng với đơn vị dòng điện
và tần số. Từ thông móc vòng của động cơ trên có thể chia làm hai loại: Từ thông
móc vòng cảm ứng tương hỗ(từ thông chính) và từ thông móc vòng tản từ. Mỗi
loại có tính chất riêng của mình trong việc xác định các đặc tính làm việc và các
đặc tính khác của động cơ.
Dựa vào các điện trở ta có thể xác định các trị số tổn hao của dây quấn của
động cơ điện ở chế độ làm việc ổn định cũng như trong quá trình quá độ. Trong
thiết kế động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc, việc tính toán điện trở và điện
kháng của dây quấn là một vấn đề khó khăn và là một vấn đề quan trọng.
5.1. Xác định điện trở của dây quấn
5.1.1. Chiều dài phần đầu nối của dây quấn stato (l
đ1
)
l
đ1
= k
đ1
.
y
τ
+ 2B = 1,3.10,8 + 2.1 = 16,04 (cm)
Trong đó:
)(8,109
36
)47,13,12.(14,3
.
).(
1
1

cmy
Z
hD
r
y
=×
+
=
+
=
π
τ
Với 2p = 4 theo bảng 3.4 TL[1] = 4, chọn k
đ1
= 1,3; B = 1.
5.1.2. Chiều dài trung bình nửa vòng dây của dây quấn stato (l
tb
)
l
tb
= l
1
+ l
đ1
= 7 + 16,04 = 23,04 (cm)
5.1.3. Chiều dài dây quấn một pha của stato (L
1
)
L
1

= 2.l
tb
.W
1
.10
-2
= 2
×
23,04
×
240.10
-2
= 10,6 (cm)
+Chiều dài phần đầu nối dây quấn stato ra khỏi lõi sắt (f)
f = k
f1
.
y
τ
+B = 0,4.10,8 +1 = 5,32(cm)
Với 2p = 4, theo bảng 3.4, TL[1] chọn k
f1
= 0,4
5.1.4. Điện trở tác dụng của dây quấn stato (r
1
)

)(663,2
9027,0.1.1
6,110

.
46
1
.1

.
1
111
1
75
1
0
Ω==
=
r
Sna
L
kr
Cu
r
ρ
k
r
: Hệ số xét đến tổn hao tăng lên do từ tản làm cho mật độ dòng phân bố
không đồng đều ở tiết diện dây dẫn, với động cơ điện không đồng bộ khi
tính toán điện trở thường lấy k
r
= 1
25
Theo bảng 5.1 TL[1] Điện trở suất của đồng

)m/mm(
46
1
2
75cu
0
Ω=ρ
- Tính theo đơn vị tương đối:

08,0
220
68,6
663,2.
1
1
11
===
∗
U
I
rr
5.1.5. Điện trở tác dụng dây quấn của roto (r
td
)
Điện trở tác dụng tính theo công thức sau :

)(10.43,0
82,69
10.7

.
23
1
10.
.
4
2
2
2
2
Ω===
−
−
−
r
Altd
S
l
r
ρ
Theo bảng 5.1 TL[1] ta chọn điện trở suất của nhôm
)m/mm(
23
1
2
Al
Ω=ρ
5.1.6. Điện trở vành ngắn mạch (r
v
)

)(10.021,0
230.28
10.94,914,3
.
23
1
.
10
.
4
2
2
2
Ω=
×
==
−
−
−
v
v
Alv
SZ
D
r
π
ρ
5.1.7. Điện trở rôto (r
2
)

)(10.64,0
445,0
10.021,02
10.43,0
.2
4
2
4
4
2
2
Ω=
×
+=
∆
+=
−
−
−
v
td
r
rr
Với
445,0
28
2.180
sin.2
.
sin.2

0
2
===∆
Z
p
π
5.1.8. Hệ số quy đổi (
γ
)

4
2
2
2
11
10.275,2
28
)96,0240.(34
) (.4
=
××
==
Z
kWm
d
γ
5.1.9. Điện trở roto đã quy đổi (r
;
2
)

)(45,110.64,010.275,2.
44
2
/
2
Ω=×==
−
rr
γ
- Tính theo đơn vị tương đối:

044,0
220
68,6
.45,1.
1
1
/
2
/
2
===
∗
U
I
rr