Công nghệ chế tạo lõi sắt stato trình tự công nghệ chế tạo lõi sắt phần ứng của máy điện quay gồm các bước sau

Lời nói đầu
Ngày nay, điện năng đà đi vào hầu hết trong các ngành kinh tế quốc
dân. Trong hầu hết các nhà máy, xí nghiệp đều sử dụng động cơ để truyền
động, hay dùng trong các thiết bị dân dụng. Do đó, việc thiết kế động cơ là
một công việc hết sức quan trọng.nhằm đáp ứng đòi hỏi của nền kinh tế .tạo
sự phù hợp với nền kinh tế của nớc nhà.Đặc biệt nó vô cùng cùng quan
trọng với sinh viên ngành điện.Qua việc thiết kế này sẽ làm phong phú hơn
kho tri thức và tích luỹ thêm nhiều kinh nghiệm thực tiễn.
Với mục đích hệ thống lại những kiến thức đà học, cộng với sự rèn
luyện cho sinh viên làm quen với cách thiết kế khí cụ điện nói riêng và
động cơ điện nói chung. Bộ môn Thiết bị §iƯn - §iƯn tư ®· giao cho em
nhiƯm vơ: “ThiÕt kế động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc
Quá trình tìm hiểu và học hỏi dới sự hớng dẫn nhiệt tình của thầy Vũ
GIA HANH, em đà hoàn thành đồ án tốt nghiệp gồm: 3 phần
- Phần I: Tổng quan về động cơ không đồng bộ
- Phần II: Chọn phơng án và tính toán thiết kế
+ Chơng I: Tính toán kích thớc chủ yếu
+ Chơng II: Dây quấn, rÃnh stato và khe hở không khí
+ Chơng III: Dây quấn, rÃnh và gông rôto
+ Chơng IV: Tính toán mạch từ
+ Chơng V: Tham số của động cơ ở chế độ định mức
+ Chơng VI: Tổn hao thép và tổn hao cơ
+ Chơng VII: Đặc tính làm việc
+ Chơng VIII: Tính toán đặc tính khởi động
- Phần III: Tính toán nhiệt, trọng lợng vật liệu tác dụng và chỉ tiêu sử dụng
- Trong quá trình tính toán thiết kế, do còn ít kinh nghiệm nên chắc
chắn em không tránh khỏi những sai sót. Rất mong các thầy cô bỏ qua cho
em.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn
Thiêt bị điện_điện tử.đặc biệt là thầy Vũ gia Hanh đà giúp đỡ em trong thời
gian làm đồ án cũng nh trong thời gian em đợc häc t¹i Trêng.

1


PHần I: Tổng quan về động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc
Chơng I: Khái quát về động cơ không đồng bộ
I. Cấu tạo và đặc điểm.
I.1. Cấu tạo.
Cấu tạo của máy điện không đồng bộ gồm 2 bộ phận chủ yếu stato và
rôto. Ngoài ra còn vỏ máy và nắp máy.
1. Cấu tạo phần tĩnh (stato):
Stato là phần tính gồm 2 bộ phận chính là lõi sắt và dây quấn, ngoài
ra có vỏ máy và nắp máy.
a. Vỏ máy:
Thờng làm bằng nhôm hoặc bằng gang. Đối với máy có công suất
lớn (1000kW), thờng dùng thép tấm hàn lại thành vỏ. Vỏ máy có tác dụng
cố định và không dùng để dẫn từ.
b. Lõi sắt :
Đợc làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,35mm đến 0,5mm ghép
lại.
Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ trờng đi qua lõi sắt là từ trờng xoay chiều,
nhằm giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có
phủ lớp cách điện. Mặt trong của lõi thép có dập rÃnh để đặt dây quấn.

Hình: Lá thép kỹ thuật điện
hình rẻ quạt dùng để ghép lõi
sắt stato của máy điện không
đồng bộ cỡ vừa và lớn.

c. Dây quấn

Dây quấn đợc đặt vào các rÃnh của lõi sắt và cách điện tốt với lõi sắt.
Dây quấn stato gồm có ba cuộn dây đặt lệch nhau 1200 điện.
2. Cấu tạo phần quay (rôto)
a. Trục:
Làm bằng thép, dùng để đỡ lõi sắt rôto
b. Lõi sắt

2


Gồm các lá thép kỹ thuật điện giống nh ở phần stato. Lõi sắt đợc ép
trực tiếp lên trục. Bên ngoài lõi sắt có xẻ rÃnh để đặt dây quấn.
c. Dây quấn rôto
Gồm hai loai: Loại rôto dây quấn và loại rôto kiểu lồng sóc
Loại rôto kiểu dây quấn: Dây quấn rôto giống dây quấn ở stato và
có số cực bằng số cực stato. Các động cơ công suất trung trở lên thờng dùng
dây quấn kiểu sóng hai lớp để giảm đợc những đầu nối dây và kết cấu dây
quấn rôto chặt chẽ hơn. Các động cơ công suất nhỏ thờng dùng dây quấn
đồng tâm một lớn. Dây quấn ba phan của rôto thờng đấu hình sao (Y). Ba
đầu kia nối vào ba vòng trợt bằng động đặt cố định ở đầu trục. Thông qua
chổi than và vòng trợt, đa điện trở phụ vào mạch rôto nhằm cải thiện tính
năng mở máy và điều chỉnh tốc độ.

Hình: Dây quấn rôto kiểu lồng sóc
làm bằng đồng.

Loại rôto kiểu lồng sóc:Loại dây quấn này khác với dây quấn Stato.
Mỗi rÃnh của lõi sắt đợc đặt một thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm và đợc
nối tắt lại ở hai đầu bàng hai vòng ngắn mạch đồng hoặc nhôm, làm thành
một cái lồng, ngời ta gọi đó là lồng sóc.

Dây quấn rôto kiểu lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt.
3. Khe hở:
Khe hở trong động cơ không đồng bộ rất nhỏ (0,2 mm 1mm). Do
đó rôto là một khối tròn nên rôto rất đều.
I.2. Đặc điểm của động cơ không đồng bộ.
- Cấu tạo đơn giản. .
- Đấu trực tiếp vào lới điện xoay chiều ba pha.
- Tốc độ quay của rôto nhỏ hơn tốc độ từ trờng quay cöa stato n < n 1.

3


Trong đó :
n : tốc độ quay của rôto .
n1: tèc ®é quay tõ trêng quay cđa stato (tèc ®é đồng bộ của động
cơ )
Máy điện không đồng bộ là máy điện xoay chiều 2 dây quấn mà chỉ
có một dây quấn (sơ cấp) nhận điện từ lới có tần số không đổi, còn dây
quấn thứ 2 (thứ cấp) đợc nối tắt lại hay khép kín trên điện trở.
Phổ biến nhất là máy điện không đồng bộ dây quấn stato 3 pha ®èi
xøng cã cùc tÝnh xen kÏ lÊy ®iƯn từ lới xoay chiều và dây quấn rôto 3 pha
hoặc nhiều pha đối xứng có cực tính xen kẽ. Các máy không đồng bộ đợc
dùng chủ yếu làm động cơ, còn làm máy phát thì rất hạn hữu. Động cơ
không đồng bộ là động cơ xoay chiều thông dụng nhất.
Động cơ không đồng bộ đợc chia thành 2 loại: động cơ không đồng
bộ rôto lồng sóc và động cơ không đồng bộ rôto dây quấn.Trong đó động
cơ không đồng bộ rôto lồng sóc đợc sử dụng phổ biến nhất vì giá thành rẻ
và vận hành bảo đảm,các động cơ này có đặc tính cơ cứng ( khi tải thay đổi
từ không tải đến định mức thì tốc độ quay của chúng giảm khoảng 2
5v). Động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc có mômen mở máy khá lớn, tuy

nhiên dòng mở máy lớn, hệ số công suất thấp.
I.3. Dây quấn:
Dây quấn phần ứng của máy điện xoay chiều bao gồm dây quấn stato
của máy điện đồng bộ và dây quấn stato, rôto ctỉa máy điện không đồng bộ.
Dây quấn phần ứng của máy điện xoay chiều gồm nhiều phần tử nối với
nhau theo một quy luật nào đó.Phần tử ớ đây cũng chính là bối dây và đợc
đặt vào trong các rÃnh của phần ứng.Bối dây có thể chỉ là một vòng dây
(gọi là dây quấn kiểu thanh dẫn,bối dây thờng chế tạo 1/2 phần tử và tiết
diện thởng lớn),cũng có thể có nhiều vòng dây (tiết diện dây nhỏ và gọi là
dây quấn kiểu vòng dây) .Số vòng dây cúa mỗi bối dây, số bối dây của mỗi
pha và cách nối phụ thuộc vào công suất, điện áp, tốc độ, điều kiện làm việc
của máy và quá trình tính toán điện từ. Theo phơng pháp bố trí các cạnh của
dây quấn trong rÃnh, dây quấn phân làm loaị một lớp và hai lớp.
a. Dây quấn một lớp:trong dây qn mét líp, sè r·nh cđa mét pha díi
mét cùc q thờng là số nguyên, cạnh của bối dây chiếm cả rÃnh nên số cạnh
của bối dây của một pha dới một cực đúng bằng q và dới mỗi đôi cực mỗi
pha có một tổ bối dây gồm q bối dây. Dây quấn 1 lớp thờng đợc sắp xếp

4


theo 2 kiểu chính: kiểu thứ nhất có đặc điểm là kích thớc các bối dây không
giống nhau và xếp đồng tâm với nhau nên không chồng đè lên nhau và đợc
gọi là kiểu đồng tâm. Kiểu thứ 2 có đặc điểm là kích thớc các bối dây giống
nhau nhag phần đầu nối chồng đè lên nhau nên gọi là dây quấn đối xứng
hay đồng khuôn. Mỗi kiểu dây quấn lại chia làm nhiều loại.
+ Dây quấn kiểu đồng tâm: trong dây quấn 1 lớp, vì dới mỗi đôi cực
một pha có một tổ bối dây nên cả dây quấn có 3p tổ bối dây. Nếu p là số
chẵn thì dây quấn có số tổ bối dây là số chẵn. Trong trờng hợp đó có thể
chia 1/2 số tổ bối dây đặt trong một mặt phẳng còn l/2 số tổ còn lại đặt lên

một mặt phẳng khác và đợc gọi là dây quấn đồng tâm hai mặt phẳng.
Nếu p là số lẻ thì số tổ bối dây chia chẵn cho 3 do đó có thể đặt các
bối dây lên 3 mặt phẳng khác nhau và gọi là dây quấn đồng tâm 3 mặt
phẳng.
Khi q là số chẵn thì có thể chia tổ bối dây ra làm 2 nữa tổ và đầu dây
của các nữa tổ này bẻ ngoặt về hai phía khác nhau. Nh vậy trong một pha số
nữa tổ bối dây bằng số cực nên phần đầu nối của dây quấn một pha sẽ
chiếm tất cả chu vi bề mặt phần đầu nối của stato, do đó phần đầu nối của
dây quấn mỗi pha phân bổ trên một mặt phẵng và ta có loại dây quấn 3 pha
đồng tâm ba mặt phẳng, loại này còn đựơc gọi là dây quấn đồng tâm phân
tán.
Đối với dây quấn 3 mặt phẳng, vì dây quấn mỗi pha đặt trong một
mặt phẳng nên tổng trở của các mạch song song của một pha có thể bằng
nhau nhng tổng trở của các pha không thể bằng nhau đợc. Để tránh điều đó,
trong thực tế ngời ta cứ quấn các tổ bối dây hoàn toàn nh nhau và lúc đặt
dây vào các mặt phẳng thì cô ép dây sao cho vừa vào các chỗ trống. Tóm lại
dây quấn đồng tâm hai và ba mặt phẳng thực chất là dây quấn không đối
xứng.
+ Dây quấn đồng khuôn :ngợc lại với dây quấn đồng tâm, dây quấn
đồng khuôn là loại dây quấn đối xứng vì nó do những bối dây giống nhau
hợp lại. Dây quấn đồng khuôn có thể chia làm 3 loại: đơn giản, phân tán,
móc xích.
b. Dây quấn hai lớp:
Máy điện xoay chiều ngày nay thờng dùng loại dây quấn hai lớp .
Ưu điểm: có thể chọn bớc của dây quấn tết nhất để cải thiện dạng
sóng sức điện động.Giảm nhỏ lợng tiêu hao đồng ở phần đầu nối khi máy

5

lớn và khi chế tạo có thể cơ giới hoá do đó giảm đợc giá thành. Chọn số
vòng dây của mỗi pha tơng đối dễ dàng khi muốn duy trì tỷ lệ giữa A và B .
Ngoài ra có khả năng chọn q là phân số để cải thiện dạng sóng sức điện
động. Dây quấn hai lớp của máy điện xoay chiều có hai loại: loại xếp và
loại sóng. Dây quấn hai lớp của máy điện xoay chiều gồm nhiều bối dây
độc lập hợp lại, có bao nhiêu rÃnh thì có bấy nhiêu bối dây.Trên thực tế một
cạnh cha bối dây đặt ở phía trên còn cạnh kia đặt ở phía dới rÃnh, do đó số
bối dây bằng số rÃnh Z, sè tỉ bèi d©y trong mét pha b»ng Z/mq =2p, nghĩa
là bằng số cực của máy.
Các phần đầu nối của dây quấn đợc bố trí trên các vành ép, đồng thời
đóng vài trò của vành giữ dây quấn mà mặt ngoài đợc quấn chặt bằng
những vòng dây đai.
Việc nối điện của dây quấn rôto quay với mạch điện ngoài đợc thực
hiện nhờ các vành trợt nối với đầu ra của dây quấn và cơ cấu chổi nối với
mạch điện đứng yên. Các vành trợt đợc chế tạo bằng thép đặc cách điện với
nhau và cách điện với trục bằng đệm cách điện .Tất cả các chi tiết đó đợc
xiết chặt bằng các bulông có bọc cách điện và ép thành mặt bích lên đầu
trục. Các chổi than nối điện với các thanh cái dẫn điện cúa xà đớ chổi đợc
đè chặt lên vành trợt.Tiếp xúc điện của chổi với các vành trợt đợc bảo đầm
nhờ bộ giữ chổi.
Với những cấu tạo nh trên nên động cơ không đồng bộ rôto dây quấn
đà khắc phục đợc những nhợc điểm của động cơ rôto lồng sóc, nhng do có
kết cấu phức tạp hơn làm cho giá thành của động cơ không đồng bộ rôto
dây quấn có giá thành cao. Do đó động cơ không đồng bộ rôto dây quấn chỉ
đợc sử dụng khi điều kiện mở máy nặng nề cũng nh khi cần phải điều chỉnh
bằng phẳng tốc độ quay.
Máy điện không đồng bộ cũng có những dạng đặc biệt khác nh máy
phát không đồng bộ, máy biến đổi tần số không đồng bộ, động cơ không
đồng bộ rôto khối, động cơ không đồng bộ rôto rỗng không từ tính, máy
bơm cảm ứng điện từ, động cơ không đồng bộ thẳng và cánh cung. Ngoài ra

còn có một số máy không đồng bộ công suất nhỏ dùng trong các thiết bị tự
động: động cơ điều khiển không đồng bộ và máy ph¸t tèc, m¸y biÕn ¸p
xoay, sensin mét pha.
C¸c m¸y ph¸t không đồng bộ thờng đợc chế tạo kiểu dây quấn ngắn
mạch ở rôto và đợc sử dụng rất hạn chế, chủ yếu ở các trạm thuỷ điện nhỏ,

6


làm việc không cần nhân viên phục vụ bởi vì chúng có thể đợc vận hành
không có hệ thống điều chỉnh tần số và điện áp. Các máy biến đổi tần số,
không đồng bộ đợc sử dụng chó yếu để có điện áp xoay chiều với lần số
100 200Hz cần dùng để cấp cho cơ cấu truyền động có tốc độ quay cao
hơn 3000vg/ph.
Động cơ không đồng bộ rôto khối có rôto là một khối sắt từ hình trụ,
rôto nh vậy giữ vai trò vừa là mạch dẫn từ vừa là mạch dẫn điện.Từ trờng
quay thâm nhập một độ sâu nhất định trong rôto gây cảm ứng trong nó
những dòng điện xoáy. Những dòng điện này tơng tác với từ trờng tạo nên
mômen điện từ. Các động cơ rôto khối đà đợc sử dụng rất tốt làm các động
cơ chấp hành trong các hệ thống điều khiển tự động. Việc sử dụng rôto khối
có độ bền cơ cao cho phép chế tạo những động cơ không đồng bộ có tốc độ
quay lớn (10000 100000 vg/ph và lớn hơn). Những động cơ nh vậy đợc
cung cấp từ nguồn có tần số cao (400 1500 Hz và cao hơn) và đợc sử
dụng trong các truyền động đặc biệt ví dụ trong thiết bị con quay.Tuy kết
cấu có tính công nghệ đơn giản nhng động cơ rô to khối vẫn không đợc
dùng trong truyền động thông thờng. Chủ yếu đó là do các động cơ này
không có các chi tiêu năng lợng cao ở các chế độ làm việc.
Động cơ không đồng bộ rôto rỗng không từ tính có rôto là một ống
rỗng có thành ống móng đợc chế tạo bằng vật liệu không từ tính, thờng là
hợp kim nhôm. Rôto rỗng quay trong khe hở giữa các stato làm mạch dẫn

từ phía ngoài và phía trong mà trên các stato đó có dây quấn một pha hay 3
pha. Mômen điện từ tác dụng lên rôto tạo nên do tơng tác của từ trờng quay
với các dòng điện xoáy cẩm ứng trong rôto. Động cơ này đợc sử dụng chủ
yếu làm động cơ chấp hành trong các thiết bị tự động. Một đặc tính rất quý
làm cho các động cơ đó đợc sử dụng phổ biến là mômen quán tính của rôto
rất bé.
Máy bơm cảm ứng điện từ dùng cho các kim loại lỏng là mộ t biến
thể của máy từ thuỷ động xoay chiều. Trong các máy bơm này, kim loại
lỏng là phần chuyển động. Để làm cho nó chun ®éng ngêi ta dïng tõ trêng quay hay tõ trờng chạy đợc tạo nên nhờ dây quấn xoay chiều 3 pha.
Tuỳ thuộc vào hình dáng của kênh trong đó kim loại dịch chuyển dới
tác dụng của từ trờng, ngời ta phân máy bơm cảm ứng điện từ ra kiểu xoắn
hay kiểu thẳng.

7


Động cơ không đồng bộ thẳng và cánh cung:mạch dẫn từ stato của
động cơ thẳng có dạng hình hộp, còn của động cơ cánh cung có dạng một
cung rẽ quạt. Dây quấn sơ cấp 3 pha kiểu cực từ xen kẽ trong động cơ thẳng
đợc đặt trong các rÃnh ở trên một trong hai bờ cúa hình hộp còn trong động
cơ cánh cung thì đợc đặt trong các rÃnh phía mặt trục trong (hay ngoài) của
cung rẽ quạt. Các máy không đồng bộ thẳng có thể dùng để tạo chuyển
động tịnh tiến - lặp lại nhờ sự biến đổi luân phiên pha của dây quấn stato ví
dụ trong các máy gia công kim loại. Máy không đồng bộ cánh cung đợc sử
dụng trong những trờng hợp khi rôto có yêu cầu quay với tốc độ góc khá
nhỏ.Việc áp dụng động cơ cánh cung đặc biệt tiện lợi khi sử dụng khối trụ
sắt từ để làm rôto chính là một bộ phận của máy cần nhận cơ năng.
Động cơ không đồng bộ đợc sản xuất theo kiểu bảo vệ IP23 và kiểu
kín IP44. Những động cơ điện theo cấp bảo vệ IP23 dùng quạt gió hớng tâm
đặt ở 2 đầu rôto của động cơ, trong các rôto lồng sóc đúc nhôm thì cánh

quạt nhôm đợc đúc trực tiếp lên vành ngắn mạch. Loại động cơ theo cấp
bảo vệ IP44 thờng nhờ vào cánh quạt đặt ở ngoài vỏ máy để thổi gió ngoài
vỏ máy, do đó tản nhiệt kém hơn so với loại IP23 nhng bảo dỡng dễ dàng
hơn.
I.4. Kết cấu và hoạt động của động cở điện không đồng bộ ba pha
rôto lồng sóc:
A. Kết cấu của động cơ điện không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc:
Bao gồm hai kết cấu chính là mạch từ và dây quấn, ở đó diễn ra sự
biến đổi năng lợng điện cơ và các bộ phận kết cấu khác.
Mạch từ của động cơ là hai khối thép đồng trục cách nhau bởi một
khe hở không khí đảm bảo cho một trong hai khối thép có thể chuyển động
quay tơng đối so với khối kia. Khối đứng yên gọi là phần tĩnh hay stato còn
khối quay đợc gọi là phần quay hay rôto. Do từ thông trong khối thép là
xoay chiều nên các lá thép đợc ghép bằng các lá thép kỹ thuật điện (tôn
silíc) dày 0,35 0,5 mm để giảm tổn hao do dòng xoáy. Các dây quấn của
động cơ đợc đặt hai phía khe hớ trong các rÃnh cúa stato và rôto. Các bộ
phận kết cấu khác bao gồm: Vỏ máy, nắp máy, trục, ổ bi và quạ
1. Vỏ stato:
Có nhiệm vụ truyền nhiệt,làm mát và lắp đặt các chi tiết phụ vỏ phải
đảm bảo về độ cứng và độ bền sau khi lắp lỏi thép và gia công vỏ.

8


Vỏ có hai loaị, loại gang đúc và loại thép tấm hàn lại. Loại gang đúc
đợc chia làm hai loại: Loại có gân trong và loại không có gân trong: Loại có
gân trong có đặc điểm là khi gia công tốc độ cắt gọt chậm. Phơng pháp cố
định lỏi sắt trong máy điện cỡ nhỏ và vừa thờng là đai lõi thép lại rồi ép vào
vỏ hoặc xếp trực tiếp các lá thép váo rồi chốt hai đầu lại. ở máy điện lớn thì
xếp các lá tôn silíc vào vỏ rồi dùng bulông ép lại. Loại vỏ bằng thép tấm

hàn gồm ít nhất là hai vòng thép tấm trở lên và những gân ngang làm
khung.
2. Lõi sắt stato:
Khi đuờng kính ngoài lõi sắt nhỏ hơn một mét thì dùng tấm nguyên
để làm lõi sắt,lõi sắt sau khi ép vào vổ sẽ có một chết cố định với vỏ để khỏi
bị quay dới tác dụng của mômen điện từ. Nếu đờng kính ngoài lớn hơn một
mét thì dùng các tấm hình rẻ quạt ghép lại,khi ấy để ghép chặt lõi sắt thờng
dùng hai hai tấm thép dày ép hai đầu. Để tránh lực hớng tâm và lực hút các
tấm thờng làm những cánh đuôi nhạn hình rẽ quạt trên các tấm để ghép các
tấm vào các gân trên vỏ máy.
3. Rôto:
Nếu đờng kính rôto nhỏ hơn 350 mm thì lõi sắt rôto thờng đợc ép
trực tiếp lên trục hoặc ống lồng trục, đó là vì đờng kính rôto không lớn,
phần trong của lá thép cắt ra không dùng đợc vào việc gì có giá trị kinh tế
lớn mà kết cấu clia rôto lại đợc đơn giản hóa.Việc dùng ống lồng cũng rất
hạn chế, chỉ dùng khi cần thiết nh động cơ điện trên tàu điện để thay trục đợc dễ dàng. Khi đờng kính rôto lớn hơn 350 mm đờng kính trong ôto cố
gắng lấy ra lớn hơn để dùng lõi thép lấy ra sử dụng vào việc khác, do đó
cần có giá đỡ rôto. Khi đờng kính rôto lớn hơn 1000 mm thì dùng các tấm
tôn silíc hình rẻ quạt ghép lại.Khi đó dùng giá đớ rôto hình sao giá đỡ rôto
trong các máy lớn thờng làm bằng thép tấm ghép lại. Lõi sắt thờng đợc ép
chặt với áp suất tõ 5 Kg/cm2 ®èi víi câ trung, ®Õn 10 Kg/cm2 với máy cỡ
nhỏ và phải có vòng ép để giữ chặt áp suất đó, để tránh lõi sắt ở hai đầu bị
tán ra thì trong các máy nhỏ thờng dùng những tấm thép dày 1,5 mm ép lại.
Trong máy lớn thờng dùng những tấm ép có răng, răng phái tán hay hàn vào
lá thép ép để khi quay không văng ra. Rôto động cơ điện không đồng bộ
rôto lồng sóc thờng có rÃnh nửa kín và đợc đúc đầy trong rÃnh rôto là các
thanh dẫn bằng nhôm hoặc đồng, các thanh dẫn này dài ra khỏi lõi sắt và đợc nối tắt hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng nhôm hoặc đồng làm

9

thành một cái lồng mà ngời ta quen gọi là lồng sóc.Trong máy điện cỡ nhỏ
rÃnh rôto thờng đợc làm chéo đi một góc so với tâm trục.
4. Quạt gió:
Nhiệm vụ của quạt gió là tạo ra một áp suất đủ lớn để đa dòng khí
cần thiết qua hệ thống thông gió cúa máy để làm mát máy. Quạt đợc gắn
trên trục động cơ, tốc độ của quạt là tốc độ của động cơ, kích thớc của quạt
bị giới hạn bởi kết cấu của động cơ, trong máy điện thờng có ba loại quạt
thờng dùng: Quạt ly tâm, quạt hớng trụ và quạt hỗn hợp ly tâm và hớng
trục, nhng thông dụng nhất vẫn là quạt ly tâm. ở quạt ly tâm khi cánh quạt
quay không khí ở giửa khe các cánh quạt bị đẩy ra ngoài dới tác dụng của
lực ly tâm, do đó ở vùng vòng trong của cánh quạt nơi lỗ gió vào tạo thành
vùng không khí loÃng còn vùng ngoài của vòng ngoài cánh quạt nơi thoáng
gió ra có áp suất cao,quạt ly tâm đợc dùng nhiều trong máy điện vì tạo đợc
áp suất khí cao phù hợp với đặc tính của hệ thống thông gió trong máy điện
nhng nhợc điểm của nó là hiệu suất thấp.
5. Dây quấn:
Dây quấn cha động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc gồm
nhiều phần tử nối với nhau theo một quy luật nào đó. Phần tử ở đây chính là
bối dây và đợc đặt vào trong các rÃnh phần ứng. Bối dây có thể chỉ là một
vòng dây (gọi là dây quấn kiểu thanh dẫn, bối dây thờng chế tạo dạng 1/2
phần t và tiết diện thờng lớn), cũng có thể có nhiều vòng dây (tiết diện dây
nhỏ và gọi là dây quấn kiểu vòng dây). Số vòng dây của mỗi bối dây số bối
dây của mỗi pha và cách nối phụ thuộc vào công suất, điện áp, tốc độ điều
kiện làm việc của máy và quá trình tính toán điện từ. Dây quấn có các yêu
cầu sau:
a. Điện áp ba pha phải bằng nhau,trong dây quấn ba pha điện áp ba
pha lệch nhau 1200 góc độ điện.
b. Điện trở và điện kháng của các mạch song song của ba pha bằng
nhau.

c. Có thể đấu thành các mạch song song khi cần thiết.
d. Dùng vật liệu dây dẫn điện ít nhất, phần đầu nói càng ngắn càng
tốt để thu ngắn chiều dài của máy và đỡ tốn vật liệu.
e. Dễ chế tạo và sửa chữa.
f. Cách điện gilra các vòng dây, các pha và với đất ít tốn kém và chắc
chắn.

10


g. Kết cấu chắc chắn, có thể chịu đợc ứng lực cơ khi máy bị ngắn
mạch đột ngột hay khi khởi động.
- Dây quấn động cơ có nhiều kiểu: Dây quấn một lớp, hai lớp, dây
quấn đồng khuôn, dây quấn đồng tâm...
6. Trục động cơ:
Ngoài việc phải chịu toàn bộ trọng lợng của rôto ra, trục còn chịu mô
men xoắn và mômen uốn trong quá trình truyền động tải, trục còn chịu lực
hớng trục thờng là lực kéo nh ở các máy kiểu trục đứng. Ngoài những
tải trên, trục còn phải chịu lực từ một phía do khe hở không khí không đều
gây ra. Trục có các yêu cầu sau:
a. Phải có đủ độ bền ở tất cả các tiết diện của trục khi máy làm việc
kể cả khi có sự cố ngắn mạch.
b. Phải có đủ độ cứng để tránh sinh ra độ võng lớn làm rôto chạm
stato.
c. Tốc độ giới hạn của trục phải khác nhiều với tốc độ khi máy làm
việc bình thờng. Kích thớc đầu trục của động cơ đợc tiêu chuẩn hóa các
kích thớc lựa chọn ở bảng VIII sách thiết kế máy điện (TKH - NHT) .
7. Gối trục:
Máy điện có thể dùng gối trục là ổ bi hay ổ trợt. Máy điện nhỏ vµ võa
hiƯn nay dïng ỉ bi lµ chđ u, chØ trong những máy nhỏ yêu cầu không có

tiếng ồn mới dùng bạc. Máy lớn phải dùng ổ bi, ổ bi có các u điểm sau là
kích thớc nhỏ, kết cấu gọn, độ mài mòn không lớn, bảo dỡng đơn giản, tổn
hao ma sát nhỏ, điều này rất quan trọng đối với những máy thờng khởi
động.
B. Hoạt động của động cở không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc:
Động cơ làm việc dựa vào định luật về luật điện từ f tác dụng lên
thanh dẫn có chiều dài l khi nó có dòng điện I và nằm trong từ trờng có từ
cảm B. Chiều và độ lớn của lực f đợc xác định theo tích véc tơ f = i.l.B. Đó
chính là định luật cơ bản của động cơ biến đổi điện năng thành cơ năng,
Khi đông cơ đợc cấp điện, dòng điện trong dây quấn stato sinh ra trong lõi
sắt stato mét tê trêng quay víi tèc ®é ®ång bé nl = 60 .fl / p, trong đó f1 là
tần số dòng điện lới đa vào, p là số đôi cực của máy, thì từ trờng này quét
qua thanh dẫn nhiều pha tự ngắn mạch đặt trên lõi sắt rôtovà cảm ứng trong
thanh dẫn đó sức điện động và dòng điện .Từ thông do dòng điện này sinh
ra hợp với từ thông của stato tạo thành từ thông tổng ở khe hở. Dòng điện

11


trong thanh dẫn rôto tác dụng với từ thông khe hở này sinh ra mômen. Tác
dụng đó làm cho rôto quay với vận tốc không đồng bộ n (n < n1). Để chỉ
phạm vi tốc độ của động cơ ngời ta dùng hệ số trợt S, theo định nghĩa hệ số
trợt bằng :
Sv =

n1 n
. 100
n1

Tóm lại:

Máy điện không đồng bộ là máy điện xoay chiều chủ yếu dùng 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 một loại máy đựơc sử dụng rộng rÃi
nhất trong các ngành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng
nghìn kilôoat.Trong công nghiệp thờng dùng động cơ 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 nh,... 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 hằng ngày,máy điện không đồng bộ cũng
dần chiếm một vị trí quan trọng: quạt gió, động cơ trong tủ lạnh, máy
giặt,... Tóm lại theo sự phát triển của nền sản xuất điện khí hoá, tự động hoá
và sinh hoạt hằng ngày, phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ
ngày càng rộng rÃi.Tuy vặy máy điệ n không đồng bộ có những nhợc điểm:
cos của máy thờng không cao và đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt nên
ứng dụng của máy điện không đồng bộ có phần bị hạn chế.
Cùng với sự phát triển của xà hội, ngành công nghiệp điện lực sản
xuất các loại động cơ trong nớc cũng đà có những tiến bộ nh đà sản xuất đợc những động cơ có công suất đến 2500kW với cấp điện áp 6kV. Tình
hình sản xuất động cơ trên thế giới đà có những bớc phát triển vợt bậc so
với chúng ta, với những công nghệ hiện đại cùng những chuyên gia thiết kế
giàu kinh nghiệm họ đà sản xuất đợc những động cơ có công suất lớn hơn
chúng ta rất nhiều.

12


Phần II: Tính toán thiết kế động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc
Chơng I: Tính toán kích thớc chủ yếu
Các kích thớc chủ yếu bao gồm đờng kính D và chiều dài 1 của phần
ứng. Các kích thớc D,1 và các tỷ lệ giữa chúng quyết định trọng, giá thành
các đặc tính kinh tế kỹ thuật và độ tin cậy lúc làm việc của máy. Vì vậy xác

định các kích thớc chủ yếu là giai đoạn rất cơ bản và không kém phần quan
trọng của công việc thiết kế máy điện. Mặt khác, các kích thớc chủ yếu phụ
thuộc vào công suất P, tốc độ quay n, tải điện tõ A, B  cđa vËt liƯu t¸c dơng
cđa m¸y. Sau đây là trình tự tính toán và xác định kích thớc chủ yếu của
máy điện.
1. Tốc độ đồng bộ :
n1 =

60.f 1
60.50

p
2

= 1500 (vg/ph)

2. ChiỊu cao t©m trơc :
Víi động cơ rôto lồng sóc kiểu IP44 theo TCVN 1987 19914 cách
điện cấp F.
Theo hình 10.1a trong 231 sách TKM§ cđa (TKH – NHT) øng víi
P = 17kW, 2p = 4 ta chọn đợc h = 180mm
3. Đờng kính ngoài stato:
ứng với chiều cao tâm trục h = 200 (mm). Động cơ rôto lồng sóc kiểu
IP44 cách điện cấp B (theo TCVN 1984 - 1994).
Theo b¶ng 10.3 trang 230 sách TKMĐ (TKH NHT). Ta có đờng
kính ngoài stato tiªu chuÈn.
Dn = 31,3cm

13

Việc chọn đờng kính ngoài Dn có liên quan mật thiết với chiều rộng cuộn
tôn kỹ thuật điện và chiều cao tâm trục máy h đà đợc tiêu chuẩn hoá. Vì
vậy thờng chọn Dn theo h.
4. Đờng kính trong stato:
Theo bảng 10.2 trang 230 TKMĐ của (TKH - NHT) lấy
KD = 0,64  0,68.
D = KD . Dn = (0,64  0,680 . 31,3 = 20,032  21,284
LÊy D = 20,5cm
5. Công suất tính toán :
p =

k E .p
0,975.17

. cos
0,9.0,88

= 20,98 KVA

Trong đó:
kE = 0,975 lấy theo hình 10 - 2 trang 231 TKM§ cđa (TKH – NHT)
Cos  = 0,88
 = 91v = 0,90 tra b¶ng 10.1 theo công suất và tốc độ của động cơ
P = 17 kW là công suất định mức
6. Chiều dài tính toán lâi s¾t stato :
l =

6,1.10 7 .p'
6,1.10 7 .21


= 12,16cm
  .k s .k d .A.B  .D 2 .n 0,64.1,11.0,91.340.0,76.20,5 2.1500

Trong đó
P = 21 kW là công suất tính toán của động cơ (mục 5)
=

2


= 0,64 là hệ số cung cực từ

kd = 0,91 là hệ số dây quấn đợc chọn theo hình 10 3a trang 233
sách TKMĐ của (TKH NHT)
ứng với cách điện cấp B kiểu kín ta chọn:
Tải đờng: A = 340 A/cm
Tải cảm: B = 0,76T
D = 20,5 cm
(mơc 4)
n1 = 1500 vßng/phót
(mơc 1)
Do lõi sắt ngắn nên làm thành một khối
Chiều dài lõi sắt Stato, Rôto bằng:
l1 = l2 = l = 12,16 cm
7. Bíc cùc :
=

.D
.20,5


2.p
4

= 16,09 cm

14


Trong đó:
D = 20,5 cm
(mục 4)
2p = 4 cực là số đôi cực từ
8. Lập phơng án so sánh :
Hệ số =

l
12,16

=

16,09

0,75

Trong dÃy động cơ điện 3 pha Rôto lång sãc P = 17 kW, 2p = 4 cã đờng
kính ngoài cùng chiều cao tâm trục. Với máy công suất 18,5 kW, 2P = 4
+ Hệ số tăng công suất của máy này là:
=

P' 18,5

=
P
17

1,08

+ Do đó hệ số tăng công suất của máy 37 kW bằng
18,5 = . 17 = 1,08 . 0,78 = 0,84
Theo h×nh 10 3b, trang 235 sách TKMĐ ta thấy hệ số = 0,78 và
18,5 = 0,84 đều nằm trong phạm vi kinh tế. Do đó việc chọn phơng án trên
là hợp lý.
9. Dòng điện pha định mức :
II =

p.10 3
17.10 3

=
3.U 1 .. cos  3.220.0,9.0,88

32,5 (A)

Trong ®ã :
P = 17kW là công suất định mức của động cơ.
U1 = 220V Điện áp định mức pha
= 0,9 Hiệu suất động cơ cos = 0,8 Hệ số công suất
Chơng II: Dây quấn, rÃnh stato & khe hở không khí
Dạng rÃnh stato phụ thuộc vào thiết kế điện tử và dây dẫn, rÃnh phải

đợc thiết kế sao cho vừa số dây dẫn thiết kế kể cả phần cách điện và công
nghệ chế tạo dễ dàng. Mật độ từ thông trên gông và răng không đợc vợt quá
một trị số nhất định nào đó để đảm bảo tính năng của máy.
10. Sè r·nh stato :
Sè r·nh Stato díi mét cùc tõ là q1, thông thờng chọn q1 trong khoảng
từ 3 5. Vì ở đây máy có công suất nhỏ nên lÊy q 1 = 4. ViƯc chän q1 cã
¶nh hëng trực tiếp đến số rÃnh Stato Z1. Số rÃnh này không nên quá nhiều vì
nh vậy diện tích cách điện rÃnh chiếm chỗ so với số rÃnh ít sẽ nhiều hơn.
Do đó hệ số lợi dụng rÃnh sẽ kém đi. Mặt khác về phơng diện độ bền cơ của
răng yếu đi. ít răng quá sẽ làm cho dây quấn không đều trên bề mặt lõi sắt
nên sức từ động phần øng cã nhiÒu sãng bËc cao.
Chän: q1 = 4
Z1 = 2 . m . p . q1 = 2 .3 .2 .4 = 48 (r·nh)
15


Trong đó:
m = 3 là số pha của dây quấn stato
p = 2 số đôi cực từ
q1 = 4 số r·nh cđa mét pha díi mét cùc tõ
11. Bíc r·nh stato:
t1 =

.D
.20,5

=
Z1
48

1,341 (cm)

Trong ®ã:
D = 20,5
(mơc 4)
Z1 = 48 r·nh
(mơc 10)
12. Sè thanh dÉn t¸c dơng cđa mét r·nh :
Chän số mạch nhánh song song a1 = 4
ur1 =

A.t.a 1
340.1,341.4

= 56,1 (thanh)
I1
32,5

Trong ®ã:
A = 340 A/cm
(mơc 6)
t1 = 1,341 cm
(mơc 11)
I1 = 32,5 A
(mục 9)
a1 = 4 là số mạch nhánh song song của dây quấn
Ta chọn số thanh dẫn tác dụng của một rÃnh là 40 thanh
13. Số vòng d©y nèi tiÕp cđa mét pha :
w1 =

q 1 .p.u r1
2.4.56

= 112
a1
4

Trong đó:
p = 2 số đôi cực từ
q1 = 4 sè r·nh cđa mét pha díi mét cùc
Ur1 = 56 thanh
(mục 12)
a1 = 4 số mạch nhánh song song của dây quấn
14. Tiết diện và đờng kính dây dẫn :
Theo hình 10 4b trang 237 TKMĐ của ((TKH – NHT), chän tÝch
sè AJ = 1880 A2/cm . mm2
+ Tính lại tải đờng
A=

2.m.W1
2.3.112
I1
32,5 =
3,14.D
3,14.20,5

16

339,28 A/cm

Tải đờng không sai khác nhiều so với tính chọn nên không cần tính
lại
+ Mật độ dòng điện
J1 =

AJ 1850

=
A
340

5,44 (A/mm2)

+ Tiết diện dây (sơ bộ)
S1 =

I1
32,5

= 0,746 (mm2)
a 1 .n 1 .J 1
4.2.5,44

Trong đó:
n1 = 2 là số sợi chập song song
a1 = 4 là số mạch nhánh song song
I®m = 32,5 cm
(mơc 9)
J1 = 5,44 A/mm2

(mơc 14)
Theo phơ lục VI, bảng VI.1 trang 618 TKMĐ của (TKH - NHT)
chọn dây đồng tráng men PETV có đờng kính d/dcđ = 1 /1,08s = 0,785 mm2.
15. Kiểu dây quấn :
Để cải thiện dạng sóng sức điện động ta chọn dây qn 2 líp bíc
ng¾n víi y = 10
=

Z1
48
= 12

2.P
4

=

y 10
 =
12

0,833

16. Hệ số dây quấn :
Hệ số bớc ngắn ky = sin . /2 = sin 0,833 . /2 = 0966
HƯ sè bíc r·i

15
sin 4.
2 

2

15
q. sin
4. sin
2
2
sin

kr =

Trong ®ã  =

= 0,958

p.360 2.360

=
Z1
48

150

HƯ sè d©y qn: kd = ky . kr = 0,966 . 0,958 = 0,925

17


18

17. Tõ th«ng khe hë kh«ng khÝ :
=

k e .U 1
0,975.220

= 0,0093 (wb)
4.k s .k d .w 1 .f
4.1,11.0.925.50.112

Trong ®ã:
Ke = 0,975 lÊy theo h×nh 10 – 2 trang 231 sách TKMĐ của (TKH
NHT)
U1 = 220 điện áp pha ®Þnh møc
ks = 1,11
kdq = 0,925
(mơc 16)
f = 50 Hz là tần số của lới điện
W1 = 112 vòng
18. Mật ®é tõ th«ng khe hë kh«ng khÝ :
B =

.10 4
0,0093.10 4

=
..l1
0,6416,09.12,16

0,74 (T)

Trong đó:
= 0,0093 (Wb): từ thông khe hë kh«ng khÝ
 = 0,64: hƯ sè cung cùc tõ
 = 16,09 (cm): bíc cùc
l1 = 12,16 (cm): chiỊu dài lõi sắt stato
19. Sơ bộ chiều bộ rộng răng:
bz1 =

(môc 17)
(môc 6)
(môc 7)
(môc 6)

B  .l1 .t 1
0,74.12,16.1,341

= 0,712 (cm)
B z1 .l1 .k c
1,7.12,16.0,95

Trong ®ã:
B = 0,74T
l1 = 12,46 cm
(Mơc 6)
t1 = 1,341 cm
(mơc 11)
kc = 0,95 lµ hƯ số ép chặt lõi sắt tra theo bảng 2.2 trang 23 sách
TKMĐ - (TKH NHT)

Động cơ kiểu kín IP44,2p = 4,h = 180 mm
Theo bảng 10.5b trang 241 TKMĐ cđa (TKH - NHT)
Ta chän Bz1 = 1,7T
20. S¬ bé chiỊu cao g«ng stato :
hg1 =

.104
0,0093.10 4

=
2.B g1 .l1 .k c
2.1,5.12,16.0,95

Trong ®ã:

19

2,68 (cm)


 = 0,0093 wb
(môc 17)
l1 = 12,16 cm
(môc 6)
kc = 0,95 là hệ số ép chặt lõi sắt
Bg1 = 1,5 là mật độ từ thông trong gông stato (tra theo bảng 10.5a
trang 240 TKMĐ của (TKH - NHT)
21. Kích thứoc rÃnh và cách điện :
Chọn rÃnh hình quả lê có các cạnh song song
a. Đờng kính đáy rÃnh stato d2:

ChiỊu réng miƯng r·nhL b41  dc® + 1,5
= 1,08 + 1,5 = 2,58 (mm)
chän b41 = 2,8 (mm)
Trong ®ã: dc® = 1,08
(mơc 14)
 ChiỊu cao miƯng r·nh
Trong thùc tÕ chiều dài miện rÃnh h41 = 0,5 mm chứ không thể nhỏ
hơn vì công nghệ cắt dập không thể cắt dập đợc.
h41 = 0,05 (cm)
d2 =

. D n 2h g1 
Z1

. D n  2h g1 

=

Z1
1



.d 2
 b z1
Z1

 b z1



Z1

 31,3  2.2,68
 0,610
48
= 1,01 (cm)


1
48

b. §êng kính đầu rÃnh stato d1:
D 2.h 41
b z1  20,5  2.0,05  0,616
Z1
48
d1 =
= 0,76 (cm)



1
1
Z1
48

c. ChiÒu cao r·nh hr1
hr1 =

Dn  D

31,3  20,5
 h g1 
 2,68 = 2,72 (cm)
2
2

trong ®ã
Dn = 31,3 (cm) đờng kính ngoài stato
D = 20,5 (cm) đờng kính trong cđa stato
hg1 = 2,68 (cm) chiỊu cao g«ng stato
d. ChiÒu cao h12

20