Thiết kế động cơ không đồng bộ roto lồng sóc

Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng

Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc
1

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA
RÔTO LỒNG SÓC

PHẦN I : CÁC THÔNG SỐ ĐỊNH MỨC

- Công suất định mức: P
đm
=15 kW
- Điện áp định mức: U
đm
=380/220 V
- Tổ đấu dây: Y/Δ
- Tần số làm việc: f =50 Hz
- Số đôi cực: 2p = 2
- Hệ số cosϕ
đm
= 0,92
- Hiệu suất của động cơ
dm
η
= 0,875
- Kiểu máy: kín, tự làm mát bằng quạt gió
- Chế độ làm việc liên tục
- Cấp cách điện: cấp B
1. Tốc độ đồng bộ

Từ công thức:
fv
p
f
n
d
d
/3000
1
50.60.60
===⇒=
b
b
n
60.f
p

2. Dòng điện định mức (pha)

dmdmf
dm
Um
P
ϕη
cos
10.
11
3
=
1dm

I

Trong đó:
Hiệu suất của động cơ : η
đm
= 0,875
Hệ số công suất : cosϕ
đm
= 0,92
)(23,28
92,0.875,0.220.3
210,2
cos
10.
3
11
3
A
Um
P
dmdmf
dm
===⇒
ϕη
1dm
I



Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng

Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc
2
PHẦN II: KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU

3. Công suất tính toán
)(26,18
92,0.875,0
15.98,0
cos.
.
'
kW
Pk
P
dmdm
dmE
===
ϕη

Trong đó:
K
E
=f(p) được tra trong hình 10-2 trang TKMĐ- Trần Khánh Hà
Với p=1 ta tra được k
E
=0,98
4. Đường kính Stato
Đường kính Stato phụ thuộc vào công suất tính toán P’
Với chiều cao tâm trục h=160 mm theo bảng 10-3có đường kính ngoài

stato theo tiêu chuẩn Dn = 27,2 cm.
đối với máy có số đôi cực 2p =2 ta có:
D = (0,52 - 0,57)Dn
Ta chọn K
d
= 0,52 – 0,57
⇒D =14,14 – 15,504 cm , ta chọn D = 15 cm
5. Bước cực
)(56,23
2
15.
2
.
cm
p
D
===
π
π
τ

6. Chiều dài tính toán lõi sắt Stato(l
δ
)
- Sơ bộ chọn : α
δ
=0,64 :hệ số cung cực từ
k
s
=1,11: hệ số dạng sóng

k
dq
=0,95 : chọn dây quấn 2 lớp, bước đủ
- Theo hình 10-3a trang 234 TKMĐ- Tần Khánh Hà,
Với Dn=27,2 cm ta tra được: A=360 A/cm
Mật độ tự cảm khe hở không khí: B
δ
=0,84 T
)(58,9
3000.15.84.0.360.91,0.11,1.64,0
26,18.10.1,6

.10.1,6
2
7
2
7
'
cm
nDBAkk
P
l
dqs
===⇒
δδ
δ
α


Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng

Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc
3
lấy chuẩn l
δ
=9,6 cm
7. Chiều dài thực của Stato
l
1
= l
δ
=9,6 (cm)
Do lõi sắt ngắn nên làm thành một khối.
Chiều dài lõi sắt stato, Rôto bằng: l
1
=l
2
= l
δ
=9,6 (cm)
8. Lập phương án kinh tế
Hệ số :
41,0
56,23
6,9
===
τ
λ
δ
l

Trong dãy động cơ không đồng bộ công suất 15 kW , 2p = 2 có cùng đường
kính ngoài (nghĩa là cùng chiều cao tâm trục h =160 mm) với máy công suất
18,5 kW , 2p = 2 . Hệ số tăng công suất của máy này là:
23,1
15
5,18
==
γ

Do đó
λ
của máy 18,5 kW bằng
5043,041,0.23,1.
3037
=
=
=
λ
γ
λ

Theo hình 10-3b ,hai hệ số
37
λ
và
30
λ
đều nằm trong phạm vi kinh tế, do
đó việc chọn phương án trên là hợp lý

9. Số rãnh Stato
Z
1
= 2.m
1.
p.q
1
=2.3.1.5 =30 (rãnh)
Trong đó: m
1
=3 : là số pha của dây quấn Stato
2p = 2 : số đôi cực ⇒ p = 1
q
1
: số rãnh của mỗi pha dưới mỗi bước cực, vì tốc độ của động
là 3000 vòng/phút nên ta chọn q
1
=5,
10. Bước rãnh Stato

1,57(cm)
===
30
15
1
1
π
π
Z
D

t

11. Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh
anhdÉn)
th
I
atA
u
dm
r
(80
23,28
4.75,1.360

1
11
===

Trong đó: a
1
: số nhánh song song, chọn a
1
= 4

Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng

Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc
4
A =360 (A/cm)
I

1đm
=28,23 (A)
12. Số vòng dây nối tiếp của một pha dây quấn Stato
(vßng)
100
4
80
.5.1
1
11
===
a
u
qpW
r

13. Tiết diện và đường kính dây
111
1
1
nJa
I
S
dm
=

Trong đó: a
1
= 4 số nhánh song song
n

1
: số sợi dây ghép song song, chọn n
1
= 2
J
1
: mật độ dòng điện dây quấn Stato
Theo phụ lục IV, Bảng IV-1. Dãy công suất chiều cao tâm trục của động
cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc, kiểu kín TCVN-1987-94- cách điện cấp B
Công suất P= 15 (kW), số đôi cực 2p = 2 ⇒ h = 160 (mm)
Từ đó ta tra được trị số: AJ=1820 (A
2
/cm,mm
2
)
⇒ mật độ dòng điện:
)(A/mm
2
1,5
360
1820
1
===
A
AJ
J

⇒
)(mm
2

691,0
2.1,5.4
23,28

111
1
1
===
nJa
I
S
dm

Theo phụ lục VI ,bảng VI-1 chọn dây quấn tráng men PETV có đường
kính (d/d
cd
= 0,74/0,805 ) có tiết diện bằng S
1
= 0,430 mm
2

14. Kiểu dây quấn
Chọn dây quấn 2 lớp bước đủ, 15
2
30
2
==
Ζ
=
p

τ

Chọn y = 12, từ rãnh 1 ÷ 11, τ = 15
⇒ hệ số bước ngắn :
8,0
12
10
===
τ
β
y

- Hệ số dây quấn bước ngắn:
95,08.0.
2
.
2
1
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
⎟
⎠
⎞
⎜

⎝
⎛
=
π
β
π
SinSinKy


Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng

Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc
5
Hệ số quấn rải: kr= 956,0
)2/12sin(.5
)2/12.5sin(
)2/sin(.
)2/.sin(
==
α
α
q
q

Trong đó q= 5
α=p.360/Z
1
=1.360/30=12
- Hệ số dây quấn Stato: K
d1

= Ky
1.
Kr = 0,8.0,956 = 0,91
15. Từ thông khe hở không khí
)(01067,0
91,0.100.50.11,1.4
220.98,0
4
.
11
1
Wb
KdqWfKs
UK
dmE
===
φ

Trong đó: k
E
= 0,98
k
s
= 1,11
w
1
= 100
k
d1
= 0,91 (do P >= 15, 2p = 2)

16. Mật độ từ thông khe hở không khí
)(84,0
6,9.56,23.64,0
10.01067,0

10.
44
T
l
B
S
===
δ
δ
τα
φ

Trong đó: φ =0,01067 (T)
α
δ
= 0,64
τ = 23,56 (cm)
l
δ
= 9,6 (cm)
17. Xác định sơ bộ chiều rộng răng Stato

)(66,0
95,0.6,9.85,1
57,1.6,9.84,0

11
'
1
1
'
1
cm
KclB
tlB
Z
Z
b ===
δδ

Trong đó: l
δ
= l
1
= 9,6 (cm)
t
1
= 1,57 (cm)
B
δ
= 0,84 (T)
B’z
1
: mật độ từ thông răng Stato, theo bảng 10.5b , với răng có cạnh song

song thì Bz
1
=1,75 ÷1,95 (T), ta chọn sơ bộ B’z
1
=1,85 (T)
Kc
1
: hệ số ép chặt của lõi sắt Stato, ta chọn Kc
1
=0,95

Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng

Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc
6
18. Xác định sơ bộ chiều cao gông

()
cm
KlB
h
Cg
g
77,3
95,0.6,9.55,1.2
10.01067,0
2
10.
4
111

4
1
'
===
φ

Trong đó: Bg
1
: mật độ từ thông gông Stato, Bg
1
=1,45 - 1,6 (T)
Ta chọn Bg
1
= 1,55 (T)
19. Kích thước răng, rãnh và cách điện rãnh
- Diện tích có ích của rãnh (tính sơ bộ) là:
d
cdr
r
k
dun
S
2
1
'

=

n
1

= 2 là số sợi dây ghép song song
u
r
= 80
d
cđ
= 0,805 (mm)
- Chọn kiểu rãnh hình thang (răng có cạnh song song) như hình vẽ



Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng

Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc
7
* Chiều cao rãnh Stato:
() ()
)(3,23)(33,277,3152,27
2
1
2
1
1
'
1
mmcmghDDh
nr
==−−=−−=

h’g

S
= 3,77 (cm) chiều cao gông Stato
D
n
= 27,2 (cm) đường kính ngoài Stato
D = 15 (cm) đường kính trong Stato
∗ Chiều cao thực của răng Stato:
h
Z1
= h
r1
– h
41
= 23,3 – 0,5 = 22,8 (mm)
∗ Bề rộng rãnh Stato:
Chọn bề rộng miệng rãnh Stato là b
41
=2,5 (mm) =0,25 (cm)
h
41
=0,5 (mm) =0,05 (cm)
Chiều rộng rãnh Stato phía đáy tròn nhỏ:
)(029,1
30
30.66,0)05,0.215(
.).2(
1
1141
1
cm

Z
ZbhD
d
z
=
−
−+
=
−
−+
=
π
π
π
π

Chiều rộng rãnh Stato phía đáy tròn lớn:

)(27,1
30
30.66,0)77,3.22,27(
.).2(
1
111
2
cm
Z
ZbhDn
d
zg

=
+
−−
=
+
−
−
=
π
π
π
π

Trong đó: D = 15 (cm) đường kính trong Stato
D
n
= 27,2 (cm) đường kính ngoài Stato
h’
g1
= 3,77 (cm) chiều cao gông Stato
b’
Z1
= 0,66 (cm) chiều rộng răng Stato
Z
1
= 30 (rãnh)
Theo bảng VIII-1 ở phụ lục VIII chiều dày cách điện rãnh là c = 0,4 mm
nêm là c
’
= 0,5 mm

∗ Tính hệ số lấp đầy k
đ
:
Diện tích của rãnh (trừ nêm):
2
22
1
12
21
2
2
2
1
'
172)
2
3.10
95,10(
2
7,123,10
8
)7,123,10(
)
2
(
28
)(
mm
d
h

dddd
S
r
=−
+
+
+
=−
+
+
+
=
π
π
trong đó
)(95,105,0
2
7,12
2
3,10
3,23
22
41
21
112
mmh
dd
hh
r
=−−−=−−−=

Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng

Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc
8
Diện tích lớp cách điện:

()
()
2
'
1
2112
2
34
5,0.
2
3,10
.4,0.7,123,1095,10.2
2
7,12.
.
2
.)(.2
2
.
mm
c
d

cddh
d
S
cd
=
+
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+++=
+
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+++=
π
π
π
π

Diện tích có ích của rãnh: S
r
=S’
r

- S
cđ
= 172 – 34 = 138(mm
2
)
Hệ số lấp đầy rãnh Stato: k
đ
(
)
75,0
138
805,0.80.2

2
2
1
===
r
cdr
S
dun

20. Chiều rộng răng Stato
Chiều rông răng Stato phía đáy rãnh phẳng:

(
)
(
)
()

cmd
Z
dhD
b
Z
66,003,1
30
03,105,0.215.
.2
1
1
141
'
1
=−
++
=−
++
=
π
π

Chiều rông răng Stato phía đáy rãnh tròn:

(
)
[]
(
)
()

cmd
Z
h
b
Z
54,027,1
30
)095.105,0.(215.
h2D.
2
1
1241
''
1
=−
++
=−
++
=
π
π

Chiều rộng răng Stato trung bình:
()
cm
bb
b
ZZ
Z
6,0

2
54,006,0
2
''
1
'
1
1
=
+
=
+
=

21. Chiều cao gông từ Stato
()
cmdh
DD
h
r
n
g
98,327,1
6
1
33,2
2
152,27
6
1

2
211
=+−
−
=+−
−
=

Trong đó: D
n
= 27,2 (cm)
D = 15 (cm)
h
r1
=2,33 (cm)
d
2
= 1,27 (cm)
22. Khe hở không khí
Khí chọn khe hở không khí δ ta cố gắng lấy nhỏ để cho dòng điện không
tải nhỏ và cosϕ 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,

Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng

Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc
9
Theo công thức 10- 20 trang Giáo trình TKMĐ- Trần Khánh Hà, đối với
loại Động cơ có công suất không lớn P = 15kW < 20 kW, 2p = 2 ta có:

()
mm
D
525,0
1000
15.5,1
3,0
1000
5,1
3,0' =+=+≈
δ

Tra theo bảng 10.8 tham khảo ta có khe hở không khí
)(8.0 mm=
δ












PHẦN III : THIẾT KẾ DÂY QUẤN RÃNH VÀ GÔNG RÔTO

23. Số rãnh Rôto
Thiết kế Rôto lồng sóc đúc nhôm, chọn số rãnh Rôto theo bảng 10 - 6
trang 246, Giáo trình Động cơ không đồng bộ- phối hợp giữa số rãnh Stato và
số rãnh Rôto của máy điện không đồng bộ Rôto lồng sóc: 2p =2 rãnh Rôto
nghiêng, động cơ làm việc ở điều kiện bình thường:
Z
2
= 24 rãnh
24. Đường kính ngoài Rôto
D’= D – 2.δ = 15 - 2.0,8 = 14,84 (cm)
D = 15 (cm) đường kính trong stato
δ = 0,08 (cm) khe hở không khí

Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng

Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc
10
25. Đường kính trục Rôto
D
t
= 0,3.D = 0,3 .15 = 4,5 (cm)
26. Bước răng Rôto

()
cm
Z
D
t 94,1
24
84,14.'.

2
2
===
π
π

27. Xác định sơ bộ chiều rộng răng Rôto
Theo công thức :
222
2
'
2


CZ
Z
klB
tlB
b
δδ
=

Trong đó: B
δ
=0,74 (T)
l
2
= l
1
=9,6 (cm)

t
2
=1,94 (cm)
k
C2
: hệ số ép chặt lõi sắt Rôto
Vì lõi sắt ngắn (l
2
=9,6 cm <14 cm), ta có hệ số ép chặt k
C2
=0,95
B
Z2
: mật độ từ cảm trong răng Rôto ,ta chọn B
Z2
= 1,85 (T)

()
cm0,82
95,0.6,9.85,1
94,1.6,9.74,0


222
2
'
2
===⇒
CZ
Z

klB
tlB
b
δδ

28. Dòng điện trong thanh dẫn Rôto

()
A
Z
kWm
IkII
dq
dmItd
2,509
24
91,0.100.3.2
.56,23.95,0
2

2
111
12
====

Trong đó: k
dq1
=0,91
W
1

=100 vòng
Z
2
=40 (rãnh)
m
1
=3 số pha của dây quấn Stato
k
I
=f(cosϕ): là hệ số dòng điện, được tra trong hình 10- 5
Giáo trình TKMĐ- Trần Khánh Hà, ứng với cosϕ
đm
=0,91 thì k
I
=0,94
29. Dòng điện trong vành ngắn mạch
Theo công thức ta có: