Nghiên cứu thiết kế và công nghệ chế tạo động cơ điện tiết kiệm năng lượng

Bộ khoa học và công nghệ


Bộ Công thơng






Báo cáo tổng hợp
Kết quả khoa học và công nghệ đề tài
nghiên cứu thiết kế và công nghệ chế tạo động cơ
điện tiết kiệm năng lợng

Mã số: 06/2008/HđKHCN-DN


Cơ quan chủ trì đề tài: Công ty cp chế tạo máy điện Việt Nam-Hungari
Chủ nhiệm đề tài: KS. Trần Quang Tâm





7830
31/3/2010

Hà Nội-2010

Bộ khoa học và công nghệ


Bộ Công thơng





Báo cáo tổng hợp
Kết quả khoa học và công nghệ đề tài
nghiên cứu thiết kế và công nghệ chế tạo động cơ
điện tiết kiệm năng lợng

Mã số: 06/2008/HđKHCN-DN





Chủ nhiệm Đề TàI
(Họ, tên và chữ ký)





KS. Trần Quang Tâm
Thủ trởng
cơ quan chủ trì Đề TàI

(Họ, tên, chữ ký và đóng dấu)






Bộ Khoa học và Công nghệ
(Ký tên và đóng dấu khi gửi lu trữ)





Hà Nội-2010
Mẫu số 09-DN

BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SAU NGHIỆM THU
ĐƯỢC NGÂN SÁCH HỖ TRỢ KINH PHÍ THEO NGHỊ ĐỊNH 119/1999/NĐ-CP
Nơi nhận báo cáo: Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia
1. Tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế và công nghệ chế tạo
động cơ điện tiết kiệm năng lượng”
2. Tên doanh nghiệp chủ trì đề tài: Công ty cổ phần chế tạo máy điện
Việt Nam-Hungari
3. Địa chỉ trụ sở chính: Tổ 53, thị trấn Đông Anh thành phố Hà Nội
4. Điện thoại: 04.38823284 Fax: 04.38823291
5. Thời gian thực hiện: Bắt đầu 09/2008 Kết thúc: 02/2010
6. Báo cáo các nội dung nghiên cứu đã thực hiện:
- Nghiên cứu các tiêu chuẩn về động cơ điện hiệu suất cao của châu Âu

(CEMEP), Mỹ, Canada, tiêu chuẩn Quốc tế IEC34-2, tiêu chuẩn Quốc gia
TCVN 7540-1: 2005, catalogue động cơ hiệu suất cao của Siemens
- Thiết kế động cơ điện hiệu suất cao, lập quy trình công nghệ, chế t
ạo thử
nghiệm sản phẩm mẫu và hiệu chỉnh thiết kế
- Thiết kế tối ưu hiệu suất của động cơ điện dựa trên sự phân bố tổn hao
năng lượng trong động cơ điện không đồng bộ với sự ràng buộc của vật liệu
đầu vào và công nghệ chế tạo
7. Kết quả thực hiện đề tài:
iii, Hội thảo:
- Hội thảo: Nhu cầu thị trường và hướng thiết kế, chế tạo động cơ
hiệu suất cao công suất đến 18,5kW
- Hội thảo: Thiết kế, công nghệ chế tạo động cơ hiệu suất cao công
suất đến 18,5kW
v. Sản phẩm mẫu

Số
TT

Tên sản phẩm cụ thể và
chỉ tiêu chất lượng chủ yếu của sản phẩm
Đơn
vị đo

Dự kiến
số lượng
sản phẩm
tạo ra

1 Động cơ hiệu suất cao 4kW-1500 vg/ph Cái 100

2 Động cơ hiệu suất cao 5,5kW-1500vg/ph Cái 50
3 Động cơ hiệu suất cao 11kW-1500vg/ph Cái 30
4 Động cơ hiệu suất cao 18,5kW-1500vg/ph Cái 30

- Kết quả nghiên cứu của đề tài đã góp phần nâng cao thương hiệu, sức
cạnh tranh của doanh nghiệp trên thị trường, tạo thêm việc làm cho người
lao động
- Triển vọng ứng dụng sản phẩm của đề tài: động cơ điện hiệu suất cao
sẽ dần thay thế các sản phẩm động cơ điện thế hệ cũ có hiệ
u suất thấp.
Vì sử dụng động cơ hiệu suất cao sẽ góp phần giảm chi phí năng lượng
trong sản xuất đem lại hiệu quả kinh tế đáng kể cho người sử dụng.
- Với sự huy động tối đa đội ngũ kỹ sư và công nhân lành nghề, công ty
đã hoàn thành tốt các mục tiêu đề ra của đề tài, sản phẩm chế tạo ra đạt
tiêu chuẩn v
ề chỉ tiêu tiết kiệm năng lượng của Việt Nam: TCVN
7540-1:2005 và tiêu chuẩn về đo lường hiệu suất Quốc tế IEC 34-2
DANH MỤC SẢN PHẨM KHCN

Mức chất lượng
Mẫu tương tự
Số
TT

Tên sản phẩm cụ thể và
chỉ tiêu chất lượng chủ yếu
của sản phẩm
Đơn
vị đo

Cần đạt
Trong
nước
Thế giới
1 Động cơ 4kW-1500vg/ph
Hiệu suất η
Cái
%
TCVN 7540-1: 2005
87
CEMEP
2 Động cơ 5,5kW-1500vg/ph
Hiệu suất η
Cái
%
TCVN 7540-1: 2005
87,9
CEMEP
3 Động cơ 11kW-1500vg/ph
Hiệu suất η
Cái
%
TCVN 7540-1: 2005
89,9
CEMEP
4 Động cơ 18,5kW-1500vg/ph
Hiệu suất η
Cái
%
TCVN 7540-1: 2005

91,2
CEMEP
8. Tình hình sử dụng kinh phí:
Tổng kinh phí đã sử dụng: 7.391.296.837 đồng
Trong đó:
+Kinh phí do Nhà nước cấp: 1.083.320.000 đồng
+Nguồn vốn của Doanh nghiệp: 6.307.976.837 đồng
- Tuy đề tài thực hiện trong lúc đang xảy ra khủng hoảng kinh tế, việc
huy động vốn gặp nhiều khó khăn nhưng Công ty cổ phần chế tạo máy
điện Việt Nam-Hungari đã huy động tốt các nguồn lực sẵn có trong vi
ệc
triển khai đề tài, đảm bảo chi đúng mục đích và có hiệu quả đối với kinh
phí đầu tư.
- Tổng hợp báo cáo quyết toán kinh phí:
Đơn vị tính: Đồng



Đông Anh, ngày tháng 03 năm 2010
Chủ nhiệm đề tài
(Ký tên)
Tổng giám đốc doanh nghiệp
(Ký tên và đóng dấu)






Ks. Trần Quang Tâm

Kinh phí quyết toán Số
TT
Nội dung chi Dự toán
Thực chi Quỹ hỗ trợ %
Ghi
chú
1 Thuê khoán
chuyên môn
1.885.000.000 1.745.000.000 665.000.000
2 Nguyên vật liệu
năng lượng
1.170.218.920 4.917.470.958 200.000.000
3 Thiết bị, máy
móc
528.700.000 530.362.975 150.000.000
4 Xây dựng, sửa
chữa nhỏ
100.000.000 124.905.000 0
5 Chi khác 120.000.000 73.557.904 68.320.000

Tổng cộng 3.803.918.920 7.391.296.837 1.083.320.000

1
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 2
PHẦN I: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỘNG CƠ HIỆU SUẤT CAO 5
I.Tình hình nghiên cứu ngoài nước 5
II.Tình hình nghiên cứu trong nước 6

III.Luận giải về việc đặt ra mục tiêu của đề tài 8
PHẦN II: SỰ CẦN THIẾT CỦA VIỆC NÂNG CAO HIỆU SUẤT ĐỘNG CƠ ĐIỆN 10
I.Tình hình tiêu thụ điện năng ở châu Âu 10
II.Tình hình tiêu thụ điện năng ở Mỹ
10
III.Về lợi ích kinh tế từ việc giảm tiêu hao điện năng 11
PHẦN III: PHÂN BỐ NĂNG LƯỢNG TRONG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 12
1,Đặt vấn đề 12
2,Phân bố tổn hao trong động cơ không đồng bộ 12
PHẦN IV: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI HIỆU SUẤT ĐỘNG CƠ 13
1,Yếu tố vật liệu 13
2,Yếu tố thiết kế 14
3,Yế
u tố công nghệ 16
4,Các giải pháp nâng hiệu suất 16
PHẦN V: THIẾT KẾ ĐIỆN TỪ ĐỘNG CƠ HIỆU SUẤT CAO 18
I.CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN 18
II.TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH LÕI THÉP ĐỘNG CƠ 18
III.TÍNH TOÁN RĂNG RÃNH, DÂY QUẤN STATO 21
IV.THIẾT KẾ TỐI ƯU HIỆU SUẤT ĐỘNG CƠ ĐIỆN 26
V.MỘT SỐ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 36
PHẦN VI: HIỆU QUẢ KINH TẾ ĐẠT ĐƯỢC TỪ VIỆC NÂNG CAO HIỆU SU
ẤT ĐỘNG
CƠ ĐIỆN 47
1, Xét chi phí vật liệu 47
2, Hiệu quả kinh tế từ việc ứng dụng sản phẩm của đề tài 47
PHẦN VII: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO ĐỘNG CƠ ĐIỆN 50
A.CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO PHẦN ĐIỆN TỪ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 50
B.CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT CƠ KHÍ VÀ LẮP RÁP 53
I.CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CÁC CHI TI

ẾT VÀ CỤM CHI TIẾT 53
II.CÔNG NGHỆ LẮP RÁP 56
PHẦN VIII: THỬ NGHIỆM ĐỘNG CƠ ĐIỆN HIỆU SUẤT CAO 57
I.CÁC HẠNG MỤC THỬ NGHIỆM 57
II.KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM 59
PHẦN IX: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60
I.Kết luận 60
II.Kiến nghị: 60
LỜI CẢM ƠN 61
PHỤ LỤCI: BẢN VẼ THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN HIỆU SU
ẤT CAO 62
PHỤ LỤCII: GIẤY CHỨNG NHẬN SẢN PHẨM TIẾT KIỆM 63
NĂNG LƯỢNG 63
PHỤ LỤCIII: PHẢN HỒI CỦA KHÁCH HÀNG 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

2
MỞ ĐẦU
Đề tài: “Nghiên cứu thiết kế và công nghệ chế tạo động cơ điện tiết kiệm năng
lượng” được Bộ Khoa học và Công nghệ, Quỹ phát triển khoa học và công nghệ quốc
gia(Nafosted) phê duyệt giao nhiệm vụ thực hiện theo quyết định số 345/QĐ-BKHCN
ngày 10 tháng 03 năm 2008 là sự hỗ trợ kịp thời đối với Công ty cổ phần chế tạo máy
đi
ện Việt nam – Hungari, tạo điều kiện để Công ty nâng cao năng lực cạnh tranh của
sản phẩm khi nước ta đã gia nhập đầy đủ vào tổ chức Thương mại thế giới (WTO).
Các thông tin liên quan đến đề tài như sau:
1. Tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế và công nghệ chế tạo động cơ điện tiết kiệm năng
lượng”
2. Thời gian thực hiện: từ tháng 09 năm 2008 đến tháng 02 n
ăm 2010

3. Tên doanh nghiệp chủ trì đề tài: Công ty cổ phần chế tạo máy điện
Việt Nam – Hungari(VIHEM)
Địa chỉ trụ sở chính: Tổ 53, Thị trấn Đông Anh, Thành phố Hà Nội
Điện thoại: 043.8823284
Fax: 043.8823291
4. Số đăng kí kinh doanh: 0103015539 ngày cấp: ngày 22 tháng 01 năm 2007
Nội dung kinh doanh: Thiết kế chế tạo động cơ điện các loại
Cơ quan cấp đăng kí kinh doanh: Phòng kinh doanh – Sở Kế hoạch và Đầ
u tư thành
phố Hà Nội
Địa chỉ: Số 18 Yên Phụ, Hà Nội
Điện thoại: 043.7151080
5. Cơ quan chủ quản doanh nghiệp(nếu có): Bộ Công Thương
Địa chỉ: 54 Hai Bà Trưng, Thành phố Hà Nội
Điện thoại: 043. 8258311 Fax: 043.39349500
6. Họ tên chủ nhiệm đề tài: Ông Trần Quang Tâm
Chức danh khoa học: Kỹ sư
Cơ quan công tác: Công ty cổ phần chế tạo máy điện
Việ
t Nam – Hungari
Điện thoại: 043.9685098
Fax: 043.8823291
7. Hình thức nghiên cứu:
- Tự nghiên cứu:
- Phối hợp nghiên cứu:
- Đặt hàng cho cơ quan khác nghiên cứu:
8. Cơ quan phối hợp nghiên cứu: Trung tâm Đào tạo Bảo dưỡng công nghiệp
(CFMI)Trường ĐHBK Hà nội
Địa chỉ: Nhà A phố Tạ Quang Bửu, Trường ĐHBK Hà nội
Điện thoại: 04.38683707 Fax: 043.5684160

9. Mục tiêu của đề tài

3
9 Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thành công động cơ điện tiết kiệm năng lượng có
công suất đến 18,5kW đạt tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7540 - 1: 2005 tương
đương với tiêu chuẩn Quốc tế IEC 34-2.
9 Trên cơ sở thành công của đề tài, triển khai thiết kế, chế tạo động cơ tiết kiệm
năng lượng bước đầu đáp ứng cho nhu cầu của thị trườ
ng trong nước, góp phần
giảm tiêu hao điện năng cho Quốc gia.
9 Tạo thêm sản phẩm mới hướng theo xu thế phát triển của thế giới, nâng cao khả
năng cạnh tranh của sản phẩm trong nước tiến tới xuất khẩu.
Căn cứ theo hợp đồng: “Hợp đồng nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ”
Số: 06/2008/HĐKHCN-DN ký ngày 28 tháng 08 năm 2008 giữa bên A là Bộ Khoa học
và Công nghệ, Quỹ
phát triển khoa học và công nghệ Quốc gia và bên B là Công ty cổ
phần chế tạo máy điện Việt nam – Hungari. Theo nội dung của hợp đồng thì bên B sẽ
phải hoàn thành các sản phẩm khoa học công nghệ sau:

DANH MỤC SẢN PHẨM KHCN

Mức chất lượng
Mẫu tương tự
Số
TT

Tên sản phẩm cụ thể
và
chỉ tiêu chất lượng chủ
yếu của sản phẩm

Đơn
vị đo

Cần đạt
Trong
nước
Thế
giới
Dự
kiến
số
lượng/
quy mô
sản
phẩm
tạo ra

1 2 3 4 5 6 7
1 Động cơ 4kW-1500vg/ph
Hiệu suất η
Cái
%
TCVN 7540-1: 2005
87

CEMEP 100
2 Động cơ 5,5kW-1500vg/ph
Hiệu suất η
Cái
%

TCVN 7540-1: 2005
87,9

CEMEP 50
3 Động cơ 11kW-1500vg/ph
Hiệu suất η
Cái
%
TCVN 7540-1: 2005
89,9

CEMEP 30
4 Động cơ 18,5kW-1500vg/ph
Hiệu suất η
Cái
%
TCVN 7540-1: 2005
91,2

CEMEP 30


4
Tài liệu: Hoàn thành đầy đủ các thiết kế: tính toán thiết kế điện từ, các bản vẽ thiết kế
kết cấu, các chỉ dẫn công nghệ gia công chi tiết, chỉ dẫn công nghệ điện, kết quả thử
nghiệm, tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7540-1:2005, báo cáo định kỳ, báo cáo tổng kết
khoa học kỹ thuật đề tài.
Trong bản báo cáo tổng kết này sẽ lần lượt trình bày chi tiết các nội dung
đã
thực hiện trong đề tài. Nhóm thực hiện đề tài rất mong được sự quan tâm và sự góp ý

xây dựng của các chuyên viên thuộc Bộ Khoa Học Công Nghệ, Quỹ phát triển Khoa
học và Công nghệ, Bộ Công Thương, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp sau
khi đọc bản tổng kết này.


5
PHẦN I: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỘNG CƠ HIỆU SUẤT
CAO
I. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Sự phát triển công nghiệp trên thế giới đang phát triển mạnh mẽ, do vậy nhu cầu sử
dụng năng lượng ngày một tăng cao, việc sử dụng năng lượng một cách hiệu quả và
tiết kiệm là xu thế mà các nước công nghiệp phát triển hướng tới. Các nước có nền
công nghiệp phát triển như: M
ỹ Đức, Ý, Nhật Bản từ lâu họ đã đặt vấn đề về năng
lượng lên hàng đầu và gần đây ở Úc, Canađa, Ấn Độ cũng đã triển khai đề án về tiết
kiệm năng lượng. Trước thực tại đó, ngày nay các công ty chế tạo máy điện trên thế
giới đều có xu hướng chung là giảm nhỏ thể tích và nâng cao hiệu suất của thiết bị.
Đối với lĩnh vực chế tạo máy điện, sự phát triển của máy điện luôn luôn gắn liền với
sự phát triển của nền sản xuất công nghiệp.Tốc độ phát triển của nền sản xuất công
nghiệp của một nước đòi hỏi một tốc độ phát triển tương ứng của ngành công nghiệp
điện lực và thường được dự
báo từ trước.
Sự phát triển của khoa học công nghệ, kỹ thuật mới và vật liệu mới không ngừng
được phát triển, đã tạo điều kiện cho ngành chế tạo máy điện không ngừng đổi mới,
đặc biệt ngày nay nhờ có sự trợ giúp đắc lực của máy tính trong khâu tính toán thiết
kế (các phần mềm thiết kế, mô phỏng,…) và gia công chi tiết (các máy gia công NC,
CNC,…) các loại máy điện nói chung và động c
ơ điện nói riêng ngày càng phong phú
về chủng loại (Động cơ điện một chiều công suất lớn, động cơ bước, động cơ thông
minh, động cơ phanh từ, v.v…), dải công suất ngày càng được mở rộng (động cơ điện

không đồng bộ rôto lồng sóc đã sản xuất được đến 200 kW) và tính năng kỹ thuật
được thiết kế tối ưu. Do nguồn nă
ng lượng sơ cấp ngày càng “cạn” dần, từ khi ngành
nghiên cứu vật liệu phát triển mạnh, hàng loạt vật liệu điện từ mới được sử dụng để
chế tạo động cơ điện tiết kiệm năng lượng (Energy-saving motor hay còn gọi là động
cơ hiệu suất cao High- efficiency Motor), các hãng sản xuất thiết bị điện ở châu Âu
như: Siemens, Lenz, ABB, General Electric,… thiết kế và chế
tạo đến công suất 200
kW, động cơ hiệu suất cao được sử rộng rãi trong các ngành công nghiệp, nông
nghiệp đặc biệt là những ngành công nghiệp nặng: sản xuất ximăng, cán thép, khai
thác mỏ vì những ngành này tiêu thụ điện năng rất lớn.
Hiện nay, các nước tiên tiến trên thế giới đang đi sâu vào nghiên cứu các vật liệu
mới: vật liệu từ có suất tổn hao thấp, vật liệu đ
iện siêu dẫn, vật liệu cách điện mới
(cách điện cấp F, cấp H, dây băng đai phi từ tính, v.v…) do đó tạo điều kiện rất thuận
lợi cho việc phát triển động cơ điện tiết kiệm năng lượng ở dải công suất lớn.
Về tiêu chuẩn áp dụng: nhìn chung trên thế giới mỗi khu vực, lãnh thổ đều có
những tiêu chuẩn ràng buộc riêng.
Đối với việc đánh giá mức tiêu thụ năng lượng
động cơ điện ở châu Âu áp dụng tiêu chuẩn CEMEP, IEC34-2, Mỹ lấy tiêu chuẩn

6
IEEE 112, Canađa lấy tiêu chuẩn CSA, ở Nhật Bản lấy tiêu chuẩn JIS, ở Nga lấy
GOST, Trung Quốc có tiêu chuẩn CNS, v.v, những tiêu chuẩn này được một số
nước như Canada, Mỹ và châu Âu dùng làm rào cản thương mại, động cơ điện của các
nước muốn lưu thông trên thị trường của họ thì bắt buộc phải đáp ứng được tiêu chuẩn
kỹ thuật của họ. Nhưng trong giai đo
ạn hiện nay, khi xu thế hội nhập Quốc tế ngày
càng phát triển, các nước chọn tiêu chuẩn của tổ chức Quốc tế về tiêu chuẩn hoá trong
lĩnh vực kỹ thuật điện, điện tử - các tiêu chuẩn IEC để sử dụng trong chế tạo, thử

nghiệm, giao dịch, thương mại, đặt hàng, trong đó đối với máy điện quay có tiêu
chuẩn IEC34-2 đưa ra phương pháp thử nghiệ
m đối với động cơ tiết kiệm năng lượng,
theo CEMEP phân hiệu suất năng lượng của động cơ điện thành 3 dải: EFF1 cho động
cơ tiết kiệm năng lượng(Energy-saving and/or High efficiency) có mức hiệu suất cao
nhất, tiếp theo là mức “hiệu suất cải tiến”(Improve Efficiency) EFF2, mức EFF3 là
loại mức hiệu suất thông thường là mức hiệu suất thấp nhất.
Nói tóm lại, vấn đề
tiết kiệm năng lượng đã trở thành vấn đề cấp thiết toàn cầu, các
nước tiên tiến đã sớm thực hiện trước và việc thiết kế, chế tạo động cơ điện tiết kiệm
năng lượng cũng là một trong những vấn đề cấp thiết đó.
II. Tình hình nghiên cứu trong nước
Thực hiện đường lối đổi mới, mở
cửa của Đảng và Nhà nước, nền kinh tế Việt
Nam đã và đang phát triển mạnh mẽ, sản xuất công nghiệp ngày một lớn mạnh, do đó
nhu cầu sử dụng điện năng ngày một tăng. Theo thông tin của tổng công ty Điện lực
Việt Nam(EVN), mùa khô năm 2007 Việt nam bị thiếu khoảng 1.600MW điện so với
dự kiến, ước tính năm 2008 thiếu hụt 8,6 tỷ kWh và
đỉnh điểm năm 2009 thiếu hụt
10,3 tỷ kWh. Năm 2007, EVN đã phải cắt điện luôn phiên trên diện rộng và cắt điện
như vậy ước tính gây thiệt hại cho sản xuất khoảng 0,5 USD/1kWh, cũng theo dự báo
của EVN tốc độ tăng trưởng mỗi năm của phụ tải cả nước có thể vượt ngưỡng 20%.
Để giảm tiêu thụ điện năng cho chi
ếu sáng, Tổng công ty Điện lực Việt Nam đã kết
hợp với Công ty cổ phần bóng đèn phích nước Rạng Đông, Công ty cổ phần Điện
Quang thực hiện đề tài sản xuất bóng đèn tiết kiệm điện compact thay thế cho bóng
đèn sợi đốt thông thường. Như vậy, có thể coi đây là một “ đề tài mở đầu ” về tiết
kiệm năng lượng.
Trong lĩ
nh sản xuất máy điện quay, năm 2005 Công ty TNHH nhà nước một

thành viên chế tạo điện cơ Hà Nội(CTAMAD) đã thực hiện đề tài cấp bộ “Nghiên cứu
thiết kế và chế tạo động cơ điện hiệu suất cao 3kW tốc độ 1500 vg/ph” kết quả đạt
được của đề tài này nhìn chung mới chỉ dừng lại ở mức độ thử nghiệm ở công suất nh
ỏ
(mới chỉ chế tạo được động cơ 3kW với số lượng nhỏ) nên khả năng ứng dụng vào
thực tiễn còn hạn chế, các động cơ tiêu thụ trên thị trường trong nước chủ yếu là các

7
động cơ điện với mức hiệu suất thấp nhất theo phân loại của tiêu chuân CEMEP nên
gây lãng phí lớn về điện năng.
Bởi vậy, có thể nói đề tài “Nghiên cứu thiết kế và công nghệ chế tạo động cơ tiết
kiệm năng lượng” có dải công suất đến 18,5kW do Công ty cổ phần chế tạo máy điện
Việt Nam-Hungari đề xuất hoàn toàn có cơ sở cả về
khoa học và thực tiễn và đã được
nhận sự quan tâm hỗ trợ kịp thời của Nhà nước cụ thể là Bộ Công Thương, Bộ Khoa
Học và Công Nghệ, Quỹ phát triển khoa học công nghệ Quốc gia(Nafoted) thì đề tài
“Nghiên cứu thiết kế và công nghệ chế tạo động cơ tiết kiệm năng lượng” sẽ góp phần
vào việc giảm tiêu thụ điện năng cho các ngành sản xuất vì d
ải công suất động cơ điện
đến 18,5kW có số lượng tiêu thụ chiếm tới 60% tổng số lượng động cơ điện tiêu thụ
và sử dụng trong các ngành sản xuất.
Trong những năm gần đây, Công ty VIHEM đã chủ động đầu tư trình độ chuyên
môn và thiết bị công nghệ mới phục vụ cho chế tạo động cơ điện (trung tâm gia công
CNC, trung tâm gia công đứng CNC,các máy gia công tự độ
ng,v.v,…). Với đội ngũ
kỹ sư được đào tạo chính quy, năng động sáng tạo và đội ngũ công nhân có trình độ
tay nghề cao cùng với sự phát triển của ngành vật liệu điện trong nước và thế giới, sự
giúp đỡ, hỗ trợ kịp thời của Trung tâm đo lường tiêu chuẩn Quốc gia, Ban chỉ đạo
chương trình mục tiêu quốc gia về sử dụng năng lượng tiết ki
ệm và hiệu quả, Công ty

cổ phần chế tạo máy điện Việt Nam-Hungari đã thực hiện thành công đề tài: “Nghiên
cứu thiết kế và công nghệ chế tạo động cơ điện tiết kiệm năng lượng”, sản phẩm
của đề tài đạt tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 7540-1:2005 và đã được Trung tâm đo
lường tiêu chuẩn Quốc gia cấp chứng nhận, Bộ Công Thương quyết đị
nh cho dán
nhãn động cơ tiết kiệm điện cho 4 loại động cơ: 4kW; 5,5kW; 11kW; 18,5kW tốc độ
1500 r/min
Trong quá trình khảo sát thị trường cơ điện cho thấy nhu cầu của thị trường về
động cơ điện tiết kiệm năng lượng là rất lớn. Có thể nêu ví dụ ở đây, những đơn vị
đang có nhu cầu động cơ điện tiế
t kiệm năng lượng:
1. Công ty TNHH cơ khí Duyên Hải;
2. Công ty xi măng Hướng dương – Ninh Bình;
3. Công ty thép Tam điệp- Ninh Bình;
4. Công TNHH Đông Hà;
5. Công ty Cơ khí Hải phòng;
6. Công ty thép cổ phần chế tạo máy SINCO;
7. Công tyTNHH kỹ thuật công nghiệp Long Vân;
8. Công ty TNHH thương mại sản xuất Châu Phú v.v,
Việc triển khai chế tạo sớm các sản phẩm mà “trong nước có thể thực hiện
được” là rất c
ần thiết nhằm nâng cao năng lực cạnh tranh của ngành cơ khí chế tạo
Việt Nam và chiếm lĩnh thị trường nội địa. Công ty VIHEM thực hiện thành công đề

8
tài: “Nghiên cứu thiết kế và công nghệ chế tạo động cơ điện tiết kiệm năng
lượng”, sẽ góp phần vào:
- Phát triển công nghiệp trong nước,
- Góp phần bảo vệ môi trường do tiết kiệm điện năng tiêu thụ,
- Giảm chi phí sản xuất cho các ngành sản xuất do chi phí điện năng giảm

- Tiết kiệm ngoại tệ nhập khẩu cho Đất nước,
- Thúc
đẩy phát triển Khoa học và Công nghệ trong nước,
- Tạo việc làm cho lực lượng lao động trong nước.
III. Luận giải về việc đặt ra mục tiêu của đề tài
Ngày 18 tháng 5 năm 2006, Bộ trưởng Bộ Công nghiệp Hoàng Trung Hải đã
ký Quyết định 1294/QĐ-BCN thành lập về việc thành lập Ban chỉ đạo chương trình
mục tiêu quốc gia về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, chươ
ng trình đã được
Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định số 79/2006/QĐ-TTg 14 tháng 4 năm
2006, chương trình đưa ra mục tiêu hổ trợ kỹ thuật cho các nhà chế tạo trong nước
hiện đại hoá công nghệ, nâng cao trong việc nâng cao tính năng của các thiết bị sử
dụng năng lượng được sản xuất, bán ra thị trường đảm bảo tiêu chuẩn hiệu suất năng
lượng. Mục tiêu cuố
i cùng là đến năm 2010 dán nhãn bắt buộc đối với các sản phẩm
quạt điện, động cơ điện, điều hoà nhiệt độ, tủ lạnh; trong giai đoạn 2010-2015 đưa vào
kiểm soát và dán nhãn tiết kiệm năng lượng bắt buộc đối với toàn bộ các sản phẩm sử
dụng năng lượng chủ yếu. Theo thống kê số liệu bán hàng của phòng kinh doanh Công
ty cổ phần ch
ế tạo máy điện Việt Nam-Hungari, động cơ điện ở dãy công suât: 4kW;
5,5kW; 11kW; 18,5kW tốc độ 1500 vg/ph có số lượng tiêu thụ lớn nhất. Vậy, để tuân
thủ theo chủ chương Chính Phủ với mục tiêu của Chương trình mục tiêu quốc gia về
sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, Công ty cổ phần chế tạo máy điện Việt
Nam-Hungari đã chủ động khả
o sát và phân tích các sản phẩm mẫu của các nước tiên
tiến để tiến hành nghiên cứu lựa chọn vật liệu điện từ có suất tổn hao thấp đưa vào
thiết kế và chế tạo loạt nhỏ với các cấp công suất 4kW; 5,5kW; 11kW; 18,5kW. Sau
khi chế thử xong sản phẩm mẫu thì tiến hành thử nghiệm. Bước đầu xác định một số
tính năng cơ bản của sản phẩm. T
ừ đó hiệu chỉnh lại thiết kế, tiếp tục chế tạo thử và

thí nghiệm nhằm kiểm định và ổn định các thông số của sản phẩm. Khi đặc tính của
sản phẩm đạt yêu cầu thiết kế thì sẽ tiến hành sản xuất thử nghiệm với số lượng đủ lớn
nhằm xác định tính ổn định về công nghệ chế tạo và
đưa ra thị trường góp phần kịp

9
thời vào việc giảm tiêu hao điện năng cho Quốc gia, sau khi kết thúc đề tài Công ty sẽ
mở rộng cho các dãy công suất khác theo nhu cầu thị trường.
Trên cơ sở công nghệ và thiết bị sẵn có, để sản xuất và kiểm định chất lượng động
cơ điện tiết kiệm năng lượng, Công ty đã trang bị thêm một số thiết bị mới về công
nghệ chế tạo và thi
ết bị thử nghiệm tổn hao sắt từ, thiết bị thử cao áp
* Liệt kê danh mục các công trình có liên quan:
- Đề tài: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo động cơ điện phòng nổ công suất đến
18,5kW;
- Đề tài: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo động cơ điện phanh từ;
- Đề tài: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo động cơ điện VS;
- Dự án: Hoàn thiệ
n thiết kế và công nghệ chế tạo động cơ điện phòng nổ có cấp
công suất đến 45 kW;
- Các tài liệu chính sử dụng cho tính toán thiết kế, lập quy trình công nghệ chế tạo và
thử nghiệm gồm:
+Tiêu chuẩn quy định mức hiệu suất động cơ điện: CEMEP của châu Âu.
+Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7540 - 1: 2005
+ Máy Điện - A.V.IVANOV SMOLENSKI (Vũ Gia Hanh - Phan Tử Thụ - biên
dịch)
+ Máy Điện- Vũ Gia Hanh, Tr
ần Khánh Hà, Phan Tử Thụ
+ Tài liệu hướng dẫn sử dụng phần mềm SPEED
+ Thiết kế máy điện – Cergeyep, Moscova;

+ Sổ tay thiết kế máy điện – Jan Hak - Praha;
+ Thiết kế máy điện – Jan Ciganek – Praha
+ Kết cấu máy điện – E Widemann – Berlin 1967
+ Công nghệ chế tạo máy điện – Jan Dubsky – Praha 1965
+ Sổ tay kỹ thuật điện – Tập I – Moscova 1988
+ Sổ tay vật liệu kỹ thuật điện – Tập I, II – B.A Popop – Energie 1974
+ Cách
điện máy điện – Blabob – Moscova 1967
+ Các sổ tay cơ khí chế tạo.
+ Tiêu chuẩn IEC-34 – 1994 (gồm 14 tập từ IEC-34-1 đến IEC-34-14)

10
PHẦN II: SỰ CẦN THIẾT CỦA VIỆC NÂNG CAO HIỆU SUẤT ĐỘNG CƠ
ĐIỆN

I. Tình hình tiêu thụ điện năng ở châu Âu

Theo R. Hanitsch thuộc đại học Công nghệ Berlin Đức (University of Technology
Berlin Germany)[5], tại Liên minh châu Âu (EU), lượng điện năng cung cấp cho EU
sử dụng 35% tổng nhiên liệu sơ cấp và thải ra môi trường khoảng 30% tổng lượng
CO
2
thải ra, điện năng tiêu thụ của khối EU là 2000 TWh/năm và dự báo mỗi năm
tăng khoảng 2%.[5]. Phân bố tiêu thụ điện năng tại EU:
+ Động cơ điện chiếm 69% tổng điện năng tiêu thụ
+ Đèn chiếu sáng chiếm 6% tổng điện năng tiêu thụ
+ Các phụ tải khác chiếm 25% tổng điện năng tiêu thụ
Động cơ đi
ện không đồng bộ 3pha chiếm tới 90% công suất tiêu thụ điện giành cho
động cơ điện nói chung tại EU với dải công suất từ 0,75kW đến 750kW. Theo dự báo

các động cơ điện 3pha không đồng bộ ở liên minh châu Âu năm 2010 sẽ tiêu thụ 645
TWh với sự phân bố như sau :






II. Tình hình tiêu thụ điện năng ở Mỹ
Công suất hệ thống lưới điện c
ủa Mỹ vào khoảng 700GW, trong đó động cơ 1pha và
3pha chiếm tới 60% công suất sử dụng. Tổn hao công suất trên động cơ điện ở Mỹ gần
45 tỷ kWh với giá trị kinh tế thất thoát gần 3tỷ đô la. Theo cách tính trên website
/> thì cứ tiêu
thụ 1kWh thải ra môi trường 1,34 lbs khí CO
2
, như vậy chỉ tính riêng tổn hao công
suất điện của động cơ điện ở Mỹ đã làm tăng khí thải CO
2
ra môi trường một lượng
là : 1,34 x 45 x 10
6
= 60,3 x 10
6
(lbs)
Dải công suất
kW

Điện năng tiêu thụ
TWh

0,75 ÷ 7,5
148
7,5 ÷ 37
136
37 ÷ 75
103
>75 258
Tổng 645

11
Giá nhiên liệu, năng lượng thời gian gần đây liên tục biến động và đầy bất ổn, các
quốc gia đang nỗ lực cắt giảm chi phí năng lượng, giảm bớt gánh nặng lên nền kinh tế.
Vì vậy, việc nâng cao hiệu suất động cơ điện sẽ góp phần:
+Tiết kiệm chi phí cho năng lượng điện
+Tiết kiệm chi phí bảo dưỡng hệ thống đ
iện
+Tiết kiệm chi phí cải thiện môi trường
III. Về lợi ích kinh tế từ việc giảm tiêu hao điện năng
Xét ở Việt Nam, giả sử mỗi động cơ hiệu suất cao được sử dụng giảm được 1% điện
năng tiêu thụ so với động cơ thường thì với sản lượng điện thương phẩm cả nước 9
tháng đầu nă
m 2009, ước thực hiện 55,008 tỷ kWh, trong đó điện cấp cho sản xuất
chiếm tỷ trọng 49,2% trong đó chủ yếu là động cơ không đồng bộ, sản lượng điện tiêu
thụ trung bình ngày trên toàn quốc là 251,2 triệu kWh(Nguồn :
www.atpvietnam.com.vn
). Tính sơ bộ 1kWh điện là 1500 đồng thì số tiền tiết kiệm
được khi sử dụng động cơ hiệu suất cao tiết kiệm được trong thời gian 1 ngày sẽ là :
A = 0,492x251,2x10
6

x1500x1% = 1,854 tỷ đồng/ngày






12
PHẦN III: PHÂN BỐ NĂNG LƯỢNG TRONG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
1, Đặt vấn đề
Động cơ điện xoay chiều 3pha tiêu thụ khoảng 90% điện năng tiêu thụ dành cho động
cơ điện với dải công suất từ 0,75kW đến 750kW [5]

2, Phân bố tổn hao trong động cơ không đồng bộ
Theo thống kê của R. Hanitsch phân bố tổn hao trên động cơ không đồng bộ có thể
biểu thị bằng biểu đồ sau


Từ biểu đồ phân bố tổn hao trên cho thấy tổn hao đồng ở Stator (chiếm 35% tổng
tổn hao), tổn hao thép chiếm 23%, tổn hao đồng Rotor chiếm 20% và tổn hao sắt
chiếm 23%(chủ yếu trên Stator). Như vậy, tổn hao tập trung chủ yếu trên Stator nên
trong thiết kế động cơ theo hướng tối ưu hóa hiệu suất năng lượng ta cần có giải pháp
ưu tiên giảm các thành phần tổn hao chủ yếu này mới
đạt được hiệu suất động cơ như
mục tiêu đề ra

13
PHẦN IV: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI HIỆU SUẤT ĐỘNG CƠ
1, Yếu tố vật liệu
Vật liệu chế tạo chính của động cơ điện bao gồm dây điện từ, nhôm đúc và tôn

silíc giữ vai trò quan trọng trong việc chế tạo máy điện, nó không những quyết định
đặc tính tải của động cơ mà còn là yếu tố quyết định tới hiệ
u suất và hệ số công suất
của máy. Để thấy rõ ảnh hưởng của từng loại vật liệu tới hiệu suất của động cơ không
đồng bộ, ta xét giản đồ năng lượng của động cơ không đồng bộ:

Trên giản đồ năng lượng cho ta thấy tổn hao năng lượng trên động cơ điện không
đồng bộ gồm có 4 loại chính là :
- Tổn hao năng lượng trên dây dẫn stato hay còn gọi là tổn hao đồng ở stato P
cu1
= 3I
1
2
.r
1

- Tổn hao năng lượng trên dây dẫn rôto hay còn gọi là tổn hao đồng ở rôto
P
cu2
= 3I’
2
2
.r’
2

- Tổn hao từ trễ và tổn hao dòng xoáy trong lõi thép hay còn gọi là tổn hao sắt P
Fe
- Tổn hao quạt gió và tổn hao ma sát hay còn gọi là tổn hao cơ P
cơ

Từ giản đồ năng lượng ở trên cho chúng ta thấy rõ sự liên hệ giữa vật liệu chính chế
tạo động cơ điện như dây đồng, thanh dẫn rôto, tôn silíc. Dây đồng có điện trở suất
càng nhỏ thì tổn hao đồng P
Cu1
càng nhỏ, dây đồng dùng chế tạo dây quấn động cơ
điện thường sử dụng đồng gần nguyên chất M1(có điện trở suất ρ
Cu
= 17,9 x 10
-3


14
Ωmm
2
/m ở 20
0
C) để giảm tổn hao đồng. Thanh dẫn rô to của động cơ thường được
chế tạo bằng thanh dẫn đồng M1(ở những động cơ từ vài trăm kW trở lên), ở những
động cơ nhỏ từ 132kW trở lại, do yếu tố công nghệ, thanh dẫn trên rô to được đúc
bằng nhôm A5 đến A7(99,7%AL(có điện trở suất ρ
AL
= 29 x 10
-3
Ωmm
2
/m ở 20
0
C).
Như vậy, về mặt lý thuyết muốn giảm tổn hao đồng trên rô to, ta có thể sử dụng thanh
dẫn đồng trên rô to vì đồng có điện trở suất nhỏ hơn nhôm 1,6 lần, nhưng ở những

động cơ công suất nhỏ, do rãnh nhỏ nên trong gia công chế tạo tốn nhiều công hơn so
với việc đúc thanh dẫn nhôm nên người ta vẫn chế tạo rô to đúc nhôm thay vì rô to
thanh dẫn đồng. Vậy để
đảm bảo giảm tổn hao đồng trên rô to thì tiết diện thanh dẫn
đúc bằng nhôm phải tính toán lớn hơn tiết diện tính toán thanh dẫn làm bằng đồng.
Vật liệu từ: với sự cải tiến không ngừng của công nghệ vật liệu, vật liệu từ cũng liên
tục được cải tiến nâng cấp về phẩm chất kỹ thuật. Trước kia, các nhà chế tạo máy điện
quay trong n
ước thường sử dụng các loại tôn silíc do Nga chế tạo như tôn: ∋21; 2011;
2012,2312, 2412 , trong thiết kế, chế tạo, nhưng với xu thế hội nhập kinh tế thế giới
hiện nay, các loại tôn silíc do các hãng sản xuất tiên tiến chế tạo có tổn hao thấp, từ
thẩm cao ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nước như tôn : 2211, 2212, 5350H,

8050H, M250-50A, M270-50A, M290-50A, M310-50A, M350-50A, M470-50A,
M530-50A, M600-50A, M800-50A v.v, ….với mục đích giảm tổn hao thép do dòng
xoáy các lá tôn được cán mỏng đến 0,35; 0,5mm để giảm tổn hao do dòng xoáy người
ta còn tìm cách nâng cao điện trở suất của lá tôn(cỡ 50µΩcm)
2, Yếu tố thiết kế
Như đã xét ở trên, tổn hao trên động cơ không đồng bộ chủ yếu là tổn hao đồng trên
Stator và Rotor, tổn hao thép trên Stato. Mỗi loại tổn hao đều phụ thuộc vào vật liệu
chế t
ạo, sự biến tính của vật liệu và việc lựa chọn chúng. Vì vậy, tổn hao trên động cơ
còn phụ thuộc vào việc tính toán, lựa chọn các thông số đầu vào thiết kế và công nghệ
chế tạo.Các thông số đầu vào thiết kế bao gồm:
+Các kích thước cơ bản: đường kính ngoài Stator D
n
, đường kính trong stator D,
chiều dài lõi thép l
Fe
, tải cảm A(A/cm), tải cảm B

δ

+Thông số dây quấn Stator : u
r
, W
s
, S
r1
, K
lđ
, d
cu1
/d
cd1
, J
1

+Số răng rãnh, kích thước răng rãnh stator rotor : Z
1
/Z
2
, h
r1
, b
z1
, d
1s
, d
2s
, h

r2
, b
z2
,

15
d
1r
, d
2r
Các yếu tố thiết kế chính quyết định đến hiệu suất và tính năng động cơ điện như
sau:
+Chọn đường kính ngoài lá tôn: đường kính ngoài lá tôn có liên quan trực tiếp đến
hiệu suất động cơ, khi D
n
↓ thì L
Fe
↑ hay máy thon dài khi giảm D
n
dẫn đến chiều dài
đầu nối giảm, khối lượng đồng giảm, điện trở dây quấn giảm, tổn hao đồng Stato giảm
góp phần tăng hiệu suất. Tuy nhiên nếu D
n
quá nhỏ sẽ làm việc chọn răng rãnh trên
rôto trở lên khó khăn do giới hạn về mật độ thanh dẫn rôto, mật độ từ cảm giới hạn
trên răng và gông rôto nên trong thiết kế phải hiệu chỉnh các kích thước sao cho tối ưu
nhất.
+Chọn tải đường và tải cảm: tải đường A(A/cm) và tải cảm B
δ
là hai tham số chính

quyết định đến thể tích và tính năng của động cơ, do vậy việc chọn các tham số này rất
quan trọng: nếu chọn A lớn thì tổn hao đồng tăng, chọn B
δ
lớn thì mật độ từ cảm trong
lõi thép tăng làm tăng tổn hao thép.Với thép kỹ thuật điện có từ thẩm cao, tổn hao thép
ít ta có thể chọn B
δ
lớn và A nhỏ để giảm tổn hao đồng (chiếm tới 35% công suất tổn
hao) nhằm tăng hiệu suất động cơ điện. Tuy nhiên, khi tỷ lệ B
δ
/A tăng nghĩa là B
δ

tăng, A giảm sẽ làm tăng dòng điện từ hóa I
µ
(%) tăng làm giảm cosϕ. Do vậy, ta phải
căn cứ vào yêu cầu đầu vào như η, cosϕ để lựa chọn và tính toán lại cho đến khi có
kết quả hợp lý nhất.
+Chọn khe hở không khí: khi khe hở không khí lớn làm tỷ lệ δ/τ tăng, kết quả là
I
µ
/I
đm
tăng, kết quả là cosϕ giảm. Để đảm bảo cosϕ nằm trong giới hạn cho phép, vì
vậy trong tính toán động cơ hiệu suất cao người ta cố gắng giảm nhỏ khe hở không khí
xuống trong giới hạn công nghệ cho phép.
+Chọn mật độ dòng điện : mật độ dòng điện dây quấn stator, rotor quyết định một
phần tổn hao đồng ở stator, rotor, chọn mật độ dòng đi
ện nhỏ làm giảm điện trở stator,
rotor làm giảm tổn hao đồng, góp phần tăng hiệu suất động cơ.

+Chọn hệ số lấp đầy rãnh: hệ số lấp đầy càng lớn thì tiết diện đồng trong rãnh càng
lớn, dẫn đến mật độ dòng điện giảm, tổn hao đồng giảm, hiệu suất tăng. Nhưng hệ số
lấp đầy nếu lớ
n quá sẽ khó khăn cho khâu lồng dây. Do vậy, tùy thuộc vào điều kiện
thực tế đối với từng loại công suất, tốc độ cụ thể trải qua thực nghiệm ta chọn hệ số

16
lấp đầy cho hợp lý đảm bảo hiệu quả sản xuất. Ngoài ra, sau khi chọn hệ số lấp đầy ta
còn phải kiểm tra lại mật độ từ cảm ở răng stato (B
Z1
); gông stato (B
g1
) theo mật độ từ
cảm khe hở không khí đã chọn, các trị số này phải nằm trong phạm vi cho phép.
3, Yếu tố công nghệ
Yếu tố công nghệ định hình một phần sự lựa chọn trong thiết kế, công nghệ quyết
định phẩm chất sản phẩm và sự đồng đều trong chế tạo, công nghệ chế tạo tốt đem lại
năng suất cao, sự ổn
định về chất lượng sản phẩm và góp phần giảm tiêu hao nguyên
vật liệu chế tạo. Trong sản xuất động cơ điện, công nghệ điện quyết định nhất định
đến tính năng của máy như : trong quấn dây nếu quấn trên máy quấn có cơ cấu đếm
vòng sẽ tránh được sai số vòng dây, máy quấn tự động có tốc độ quấn dây đều sẽ giảm
được hiệ
n tượng xước dây, đứt dây ảnh hưởng tới tuổi thọ bin dây. Khuôn dây chuẩn
góp phần hạn chế phần đầu nối làm giảm tiêu hao dây đồng và giảm điện trở dây quấn
dẫn đến giảm tổn hao đồng.
Công nghệ dập và ép lá tôn: nếu sử dụng máy dập tiên tiến sẽ tạo ra lõi thép ít bị
biến tính phần mép cắt, không ba via, góp phần giảm tổn hao thép do ít bị biến tính,
nâng cao độ ép chặt, lõi thép không ba via làm nguy cơ
rách lót cách điện rãnh được

giảm thiểu.
Công nghệ đúc thanh dẫn rotor tốt sẽ loại bớt hiện tượng co ngót, rỗ khí và xốp
trong thanh dẫn rotor đảm bảo đúng tiết diện thiết kế của thanh dẫn, góp phần giảm
tổn hao trên thanh dẫn rotor và đảm bảo tuổi thọ của rotor nói riêng và động cơ nói
chung
4,Các giải pháp nâng hiệu suất
Về việc tính toán dây quấn, sự lựa chọn vậ
t liệu dẫn điện trên Stator và Rotor có
liên quan trực tiếp đến tổn hao chính trên động cơ điện là tổn hao đồng trên Stator và
Rotor
Tổn hao thép ngoài yếu tố vật liệu còn phụ thuộc vào khâu tính toán thiết kế, công
nghệ chế tạo máy điện vì tổn hao thép tỷ lệ với mật độ từ cảm và tần số từ trường,
công thức sau biểu thị mối tương quan này:
P
Fe
= P
h
+ P
e
= K
h
* f * B
n
+ K
e
*f
2
* B
2

Trong đó : f (Hz) là tần số nguồn điện, B(T) là mật độ từ cảm
+P
Fe
(W) là tổn hao thép

17
+P
h
(W) là tổn hao từ trễ trong lõi thép
+P
e
(W) là tổn hao dòng xoáy trong lõi thép
+Các hệ số K
h
, K
e
và n phụ thuộc vào vật liệu lõi thép
Do vậy để nâng cao hiệu suất động cơ điện ta phải thực hiện đồng thời 3 phương pháp
chính :
+Lựa chọn vật liệu tối ưu: dây dẫn có điện trở suất thấp, tôn silíc tổn hao thấp nhưng
trong giới hạn cho phép về chi phí kinh tế và công nghệ
+Tính toán thiết kế tối ưu hiệu suất động cơ điện: l
ựa chọn các tham số đầu vào hợp lý
nhằm nâng cao hiệu suất động cơ điện
+Công nghệ chế tạo : đảm bảo gia công chính xác, giảm thiểu các yếu tố gây ra tổn
hao cho động cơ điện như biến tính thép, rỗ thanh dẫn, v.v,… như đã nêu ở trên.


18
PHẦN V: THIẾT KẾ ĐIỆN TỪ ĐỘNG CƠ HIỆU SUẤT CAO

I. CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN
• TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ HIỆU SUẤT CAO:
Từ các yêu cầu trên, việc tính toán thiết kế động cơ điện tiết kiệm năng lượng cũng
tương tự như trình tự thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc thông
thường, tuy nhiên để động cơ điện đạt được hiệu suất cao ta phải thiế
t kế theo hướng
ưu tiên một số yếu tố quyết định đến hiệu suất của động cơ như thông số dây quấn,
chọn thép kỹ thuật điện, chọn kích thước răng rãnh, chọn tải cảm B
δ
(T), tải đường A
(A/cm). Số liệu đầu vào thiết kế gồm các thông số sau :
- Công suất định mức của động cơ P
2
(kW)
- Điện áp định mức U
2
(V)
- Tần số f (Hz)
- Tốc độ quay n (r/min)
- Hiệu suất η%
- Hệ số công suất cosϕ
- Chế độ làm việc S1
- Bội số mômen mở máy
dm
k
M
M

- Bội số mômen cực đại
dm

max
M
M

- Bội số dòng điện mở máy
dm
k
I
I

- Cấp bảo vệ động cơ (IP23, IP44 hoặc IP55)
- Cấp cách điện: cấp F hoặc H
- Điều kiện môi trường: độ ẩm, nhiệt độ, áp suất khí quyển
- Kiểu làm mát thông gió (IC)
- Kiểu lắp đặt, kích thước lắp đặt: Chiều cao tâm trục, toạ độ chân đế, kích thước bao
II .TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH LÕI THÉP ĐỘNG CƠ
1- Vật liệu lõi thép:

19
Để chế tạo các phần tử của hệ thống mạch từ của máy điện hoặc khí cụ điện, người
ta dùng những vật liệu sắt từ khác nhau như các loại thép lá kỹ thuật điện, thép đúc,
thép rèn, thép lá, hợp kim thép, các loại nam châm vĩnh cửu.
Trong máy điện xoay chiều như biến áp, động cơ điện, máy phát điện, thì thường
dùng thép lá kỹ thuật
điện nhằm giảm tổn hao sắt từ. Các nhà máy sản xuất máy điện
thường sử dụng tôn silic 2211, 2212 của Nga hoặc loại M470-50A, M600-50A, M800-
50A để chế tạo lõi thép động cơ điện và máy phát điện xoay chiều.
2- Các kích thước chính của lõi thép:
Kích thước chính của lõi thép gồm: Đường kính trong lõi thép D, chiều dài lõi thép
l

d
. Các kích thước này phụ thuộc vào công suất tính toán của động cơ P'(kVA); tốc độ
quay của từ trường
p
f π2.
= ω
1
(rad/s) (tốc độ đồng bộ); mật độ tự cảm ở khe hở không
khí B
δ
(T); phụ tải đường A(A/cm).
3- Thể tích động cơ xác định theo công thức sau:
D
2
l
δ

=
δδ
α
BAkkn
P
dqs

'.10.1,6
1
7

Trong đó: Công suất tính toán của động cơ được tính theo công thức:
P’=

)(
cos.
.
2
kVA
Pk
E
ϕη

4- Xác định đường kính ngoài của lõi thép stato:
Từ chiều cao tâm trục H của động cơ xác định sơ bộ đường kính ngoài lõi thép stato:
D
n
= (0,73÷0.76) 2H
Đường kính ngoài lá tôn có liên quan trực tiếp đến hiệu suất động cơ, khi D
n
↓ thì L
Fe
↑
hay máy thon dài khi giảm D
n
dẫn đến chiều dài đầu nối giảm, khối lượng đồng giảm,
điện trở dây quấn giảm, tổn hao đồng Stato giảm góp phần tăng hiệu suất. Tuy nhiên
nếu D
n
quá nhỏ sẽ làm việc chọn răng rãnh trên rôto trở lên khó khăn do giới hạn về
mật độ thanh dẫn rôto, mật độ từ cảm giới hạn trên răng và gông rôto nên trong thiết
kế phải hiệu chỉnh các kích thước sao cho tối ưu nhất.
5- Xác định đường kính trong của lõi thép stato:

20
Đường kính trong của lõi thép stato D tính theo đường kính ngoài và tốc độ đồng bộ
của động cơ:
D
n
= (1,75 ÷ 1,85).D với 2p =2
D
n
= (1,55 ÷ 1,65).D với 2p =4
D
n
= (1,4 ÷ 1,5 ).D với 2p =6 ÷ 8
6- Chiều dài tính toán của lõi thép:
Chiều dài tính toán của lõi thép được tính theo công thức:

);(
α
'.10.1,6
δ
2
δ
7
δ
cm
BADnkk
P
l
dqs
=

Trong đó :
- k
s
hệ số sóng, khi sóng hình sin k
s
=1,11;
- Khi hệ số cung cực từ α
δ
=2/π=0,64;
- k
dq
hệ số dây quấn stato k
dq
=(0,95÷0,96) đối với dây quấn 1lớp;
k
dq
=(0,91÷0,92)đối với dây quấn 2 lớp;
- n là tốc độ đồng bộ của động cơ tính theo vòng/phút
p
f
n
1
60
=
;
- p là số đôi cực, f
1
tần số lưới điện;
- A là phụ tải đường(A/cm);
- B

δ
là từ cảm khe hở không khí (T). Trị số A, B
δ
được chọn theo kinh
nghiệm thiết kế.
Tải đường A(A/cm) và tải cảm B
δ
là hai tham số chính quyết định đến thể tích và tính
năng của động cơ, do vậy việc chọn các tham số này rất quan trọng: nếu chọn A lớn
thì tổn hao đồng tăng, chọn B
δ
lớn thì mật độ từ cảm trong lõi thép tăng làm tăng tổn
hao thép.Với thép kỹ thuật điện có từ thẩm cao, tổn hao thép ít ta có thể chọn B
δ
lớn
và A nhỏ để giảm tổn hao đồng (chiếm tới 35% công suất tổn hao) nhằm tăng hiệu
suất động cơ điện. Tuy nhiên, khi tỷ lệ B
δ
/A tăng nghĩa là B
δ
tăng, A giảm sẽ làm tăng
dòng điện từ hóa I
µ
(%) tăng làm giảm cosϕ. Do vậy, ta phải căn cứ vào yêu cầu đầu
vào như η, cosϕ để lựa chọn và tính toán lại cho đến khi có kết quả hợp lý nhất.