Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng roto dây quấn

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
Lời nói đầu
Trên thực tế sản xuất (trong công nghiệp cũng nh trong nông nghiệp) các nhà máy
điện xoay chiều, đặc biệt là các nhà máy điện xoay chiều ba pha, đợc sử dụng. Đối với loại
máy điện không đồng bộ có quá trìh chế tạo sản xuất đơn giản, tính năng làm việc rất hiệu
quả và chính xác lại thêm giá thành hạ khiến loại máy này luôn là đề tài nghiên cứu để
phát huy.
Máy điều chỉnh cảm ứng ba pha là một ứng dụng phổ biến của máy điện không
đồng bộ. Với điện áp đa vào là một giá trị nhất định thì ở đầu ra cho điện áp có thể thay đổi
đợc trong một khoảng tơng đối rộng từ 0(V) ữgiá trị nào đó theo thết kế. Tất nhiên có
nhiều phơng pháp làm thay đổi điện áp nh phơng pháp dùng Tiristor, dùng biến áp tự ngẫu
nhng những phơng pháp đó không cho phép điều chỉnh ngay trong khi máy mang tải,
không đa ra điện áp hình sin(dùng Tiristor) hay phơng pháp sinh ra nhiệt và tia lửa điện
(máy biến áp tự ngẫu dùng chổi than).
Trong khoá luận thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha này, chắc rằng có các số
liệu tính toán và các phơng pháp chọn không thể không tránh khỏi những sai sót, vì đây là
lần đầu tiên em đợc tiếp xúc với một đề tài khoa học tuy nhỏ nhng cũng đòi hỏi phải có sự
tổng kết về kiến thức. Do vậy em kính mong các thầy cô hết lòng chỉ dẫn để bài khoá luận
của em mang tính chính xác, xác thực cao phù hợp với tiêu chuẩn đã đặt ra.
Bài khoá luận đợc hoàn thành mà không thể thiếu sự hớng dẫn hết lòng của thầy
giáo Vũ Gia Hanh Ngời thầy u tú của nhiều thế hệ và các thầy cô trong khoa TBĐ - ĐT
những ngời đã truyền cho em những kiến thức quý báu trong suốt hơn ba năm qua.
A/- Giới thiệu về động cơ không đồng bộ roto dây quấn
I/- Máy điều chỉnh cảm ứng :
Máy điều chỉnh cảm ứng là một máy biến áp có hai dây quấn đợc đặt trên hai phần
riêng biệt của lõi thép, hai phần này có thể quay hoặc dịch chuyển vị trí tơng đối với nhau.
Máy điều chỉnh cảm ứng thờng đợc cấu tạo nh động cơ không đồng bộ một dây quấn đợc
đặt ở phần Stato, phần Roto đợc đặt dây quấn thứ hai, chuyển động tơng đối của Rôto và
Stato thực hiện qua bộ truyền trục vít. Máy điều chỉnh cảm ứng ba pha có dây quấn ba pha
tơng tự nh dây quấn Stato và dây quấn Roto của động cơ điện không đồng bộ ba pha Roto
dây quấn.

Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
1
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
Dây quấn này cũng tạo nên từ trờng quay, sức điện động cảm ứng từ ở Roto không
thay đổi ứng với mọi vị trí của Roto. Sức điện động sơ cấp và thứ cấp lệch pha nhau nh mô
tả ở hình (22-19) ( Sách thiết kế MBA ). Vì điện áp thứ cấp là tổng điện áp Stato U
1
và điện
áp Roto U
2
, nó sẽ biến đổi từ trị số cực đại U
1
+ U
2
đến giá trị cực tiểu U
1
U
2
; đồng thời
cũng biến đổi góc pha.
Để điện áp không thay đổi pha, ngời ta ghép hai máy điều chỉnh pha ngợc nhau ở
hình (22-20) ( Sách thiết kế MBA), ở hai máy có từ trờng quay ngợc chiều nhau ( Một vợt
pha, một chậm pha ), vì vậy điện áp thứ cấp chỉ thay đổi trị số mà không thay đổi về pha.
H22-20 : điều chỉnh điện áp của máy điều chỉnh cảm ứng kép
Điều chỉnh cảm ứng kép có hình dáng nh hình (22-22) ( Sách thiết kế MBA). Các
vật liệu kết cấu đều đúc bằng gang hoặc gia công bằng cách hàn các tấm gang, cấu tạo theo
kiểu trục đứng. Phía Stato có 36 rãnh mỗi rãnh có 4 thanh dẫn. Dây quấn có dạng thanh và
ghép thành hai nhánh nối song song. Roto có 48 rãnh đặt thanh dẫn có kích thớc 3ì10 mm
(Trong khi thanh dẫn Stato có kích thớc 2.6ì8 mm ). Mỗi phần đều có đầu nối của Stato và
Roto, phần dây quấn Stato nối ra ngoài ở đầu cuối phần nối ra ngoài của dây quấn Roto đ-

ợc nối bằng cáp mềm và nối qua các thanh dẫn P, giữa các thanh dẫn có tờng cách điện M.
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
2
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
Trục quay Roto có hai ổ theo hớng kính và một ổ bi hớng trục. Phía trên có gắn bánh
vít, trục vít với ổ trợt bằng đồng. Trục vít quay bằng tay hoặc nhờ một động cơ phụ trợ, có
quạt hút gió để thông gió.
Bình thờng khi làm việc, dây quấn Roto của máy điện không đồng bộ đợc nối ngắn
mạch và máy quay với một tốc độ nào đó ( n 0 ). Nhng có một số quan hệ mà khi Roto
đứng yên ( n = 0 ) vẫn tồn tại và qua trạng thái đó có thể hiểu một cách dễ dàng hơn
nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ. Vì thế trớc hết ta sẽ nghiên cứu trờng
hợp Roto đứng yên. Thực ra có thể coi động cơ điện lúc mở máy nằm trong trờng hợp này.
Đặt một điện áp U
1
có tần số f
1
vào dây quấn Stato, trong dây quấn Stato sẽ có dòng
điện I
1
, tần số f
1
; trong dây quấn Roto có dòng điện I
2
, tần số cũng là f
1
. I
1
và I
2
sinh ra

s.t.đ. quay F
1
và F
2
có trị số (nh đã biết trong phần thứ nhất, Chơng 3, sách Máy Điện I ) :
F
1
=

2
1
m

p
kw
dq11
I
1
F
2
=

2
2
m

p
kw
dq22
I

2
Trong đó :
m
1
, m
2
- Số pha của dây quấn Stato và Roto;
p - Số đôi cực;
w
2
, w
1
, k
dq1
, k
dq2
- Số vòng dây nối tiếp trên một pha và hệ số dây quấn Stato, Roto.
Hai s.t.đ. này cũng quay với tốc độ đồng bộ n
1
= 60 f
1
/p và tác dụng với nhau để sinh
ra s.t.đ. tổng trong khe hở F
0
. Vì vậy phơng trình cân bằng về s.t.đ. có thể viết :
F
FF
o

=+

21

hay
F
F
F
o
2
(
1



+=
)
Giống nh cách phân tích MBA, ở đây có thể coi nh dòng điện Stato I
1
gồm hai thành
phần : Một thành phần là I
o
tạo nên s.t.đ.
F
o


=

2

1
m

p
kw
dq11

I
o

Và Một thành phần là (-
I


2
) tạo nên s.t.đ
( -
F


2
) =

2
1
m

p
kw
dq11

I


2
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
3
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
Bù lại s.t.đ. F
2
của dòng điện thứ cấp
I
2

. Nh vậy ta có :
I
1

=
I
o

+ (-
I


2
)
hay
I

1

+
I


2
=
I
o

So sánh s.t.đ. F
2
do dòng điện I
2
của Roto và thành phần I
2


của dòng điện Stato sinh
ra, ta có :
I
kw
m
p
dq
2
22
2
2

ì
ì
ì
ì

=
I
kw
m
p
dq

ì
ì
ì
ì
2
11
1
2

Từ đó tìm ra đợc tỷ số biến đổi dòng điện :
k
i
=
I
I
2
1
=

kwm
kwm
dq
dq
222
111
ìì
ìì

Dòng điện quy đổi của Roto sang Stato bằng :
I

2
=
k
I
i

2
Từ thông chính do s.t.đ. F
o
sinh ra trong khe hở quét qua hai dây quấn Stato và
Roto và cảm ứng ở đó những s.đ.đ. mà trị số bằng :
E
1
= 4.44ìf
1
ìw
1
ìk

dq1

E
1
= 4.44ìf
2
ìw
1
ìk
dq2

Khi Roto đứng yên, f
1
= f
2
nên tỷ số biến đổi điện áp của máy điện không đồng bộ
bằng :
K
e
=
E
E
2
1
=
kw
kw
dq
dq
22

11
ì
ì
Quy đổi E
2
sang bên sơ cấp ta đợc:
E
2
= E
1
= k
e
ì E
2
Do từ thông tản của Stato

1
nên trong dây quấn Stato sẽ cảm ứng nên s.đ.đ. tản E

1
= - jìI
1
ìx
1
, trong đó x
1
là điện kháng tản của dây quấn Stato. Nếu xét cả điện áp rơi trên
điện trở r
1
của dây quấn Stato I

1
r
1
thì phơng trình cân bằng về s.đ.đ. trong mạch điện Stato
bằng :
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
4
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
U
1

= -(
E
E
01
1


+
) +
r
I 1
1
ì

= -
E
i

+

ì

I
1
( r
1
+ j x
1
)
U
1

= -
zI
E 11
1
ì+

Trong đó z
1
= r
1
+ j x
1
là tổng trở của dây quấn Stato.
Trên dây quấn Roto cũng vậy. Do dây quấn Roto ngắn mạch nên phơng trình cân
bằng về s.đ.đ. trong mạch điện Roto nh sau :
0 = -
E
2

+
I
2

( r
2
+ j x
2
) = -
E
2

+
I
2

ìz
2

Trong đó :
r
2
= - Điện trở Roto bao gồm cả điện trở phụ mắc vào nếu có;
x
2
= - Điện kháng tản trên dây quấn Roto;
z
2
= r

2
+ jìx
2
Tổng trở của dây quấn Roto.
Cũng giống nh ở m.b.a. ta có thể viết :
=

E
1
z
I
m
o
ì

=
I
o

ì (r
m
+ j x
m
)
Trong đó :
I
o
- Dòng điện từ hoá sinh ra sức từ động F
o
;

r
m
- Điện trở từ hoá đặc trng cho tổn hao sắt;
x
m
- Điện kháng từ hoá biểu thị sự hỗ cảm giữa Stato và Roto.
Muốn quy đổi điện trở và điện kháng Roto sang bên Stato phải áp dụng nguyên tắc
tổn hao không đổi và góc pha giữa E
q
và I
2
không đổi. Khi quy đổi r
2
ta có :
m
u
ìI
2
2
ìr
2
= m
1
ìI
2

2
ìr
2
Từ đó ta đợc :

r
2
=
m
m
1
2
ì (
I
I

2
2
)
2
ìr
2
=
m
m
1
2
ì (
kwm
kwm
dq
dq
222
111
ìì

ìì
)
2
ì r
2
r
2
= k
e
ì k
i
ì r
2
= k ì r
2
Trong đó k = k
e
ì k
i
là hệ số quy đổi của tổng trở.
Khi quy đổi x
2
ta có :
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
5
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
tg
2
=
r

x
2
2
=
r
x


2
2
và đợc x
2

=
r
r
2
2

ì x
2
= k ì x
2
Khi viết phơng trình trên ta coi nh trục dây quấn Stato và Roto cùng pha trùng nhau (
hình 16-1a ).
Trong trờng hợp chung, giả sử dây quấn Roto lệch với dây quấn Stato một góc
không gian theo chiều của từ trờng quay (hình 16-1b), thì khi từ trờng quay quét qua các
dây quấn ta có :
E

2
=
k
e
1
ì
E

1
ì e
-j


ìì==
z
E
k
z
E
I
e
2
1
2
2
2
1


e

-j

stato
rô to
stato
rô to
h16-1 : sơ đồ máy điện không đồng bộ có trục dây quấn stato và roto
Ta thấy khi dây quấn Roto dịch phía trớc dây quấn Stato một góc không gian thì
s.đ.đ. và dòng điện của nó chậm sau một góc pha về thời gian so vớ khi hai dây quấn
cùng pha có trục trùng nhau. Trong trờng hợp đó, biên độ của s.t.đ. quay F
2
do dòng điện
của Roto (thí dụ pha ) chậm một khoảng thời gian ứng với thời gian cần thiết để F
2
quay
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
6
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
đi một góc . Vì ở đây(hình 16-1b) trục pha a của Roto đã có vị trí vợt trớc trục pha A của
Stato một góc nên s.t.đ F
2
có vị trí tơng đối so với s.t.đ F
1
hoàn toàn nh khi trục hai dây
quấn Stato và Roto trùng nhau nh đã xét ở trờng hợp của hình 16-1a. Kết quả là s.t.đ. tổng
F
0
và từ thông tổng tơng ứng sẽ không đổi, do đó trị số của s.đ.đ. điện áp, dòng điện đều
không thay đổi.
Từ phân tích trên ta rút ra kết luận là ở một thời điểm nhất định, trục s.t.đ. của Roto

so với vị trí của dây quấn Stato vẫn không vì vị trí dây quấn của Roto mà thay đổi. Do đó
phơng trình cân bằng về s.t.đ. vẫn đúng. Khi trục dây quấn Roto lệch với trục dây quấn
Sato cùng pha thì chỉ có s.đ.đ. và dòng điện lệch đi một góc pha thôi. Nhng vì chúng ta chỉ
cần dải ra dòng điện và s.đ.đ. của Stato còn Roto chỉ tác dụng lên Stato thông qua s.t.đ. của
nó, cho nên khi = 0 hay 0 ta coi nh ở bên Stato không có gì thay đổi, vì vậy là dùng
trờng hợp = 0 để lập quan hệ giữa Stato và Roto. Nh vậy có thể tránh sự phức tạp khi xét
thêm góc .
Tóm lại các phơng trình cơ bản đặc trng cho tình trạng làm việc ngắn mạch của máy
điện không đồng bộ khi quy đổi sang Stato bao gồm :
U

1
= -
z
IE
1
11
ì+

0 = -
z
IE


ì+
2
22

EE

12
=

(A)
III

021
=+

-
z
IE
m
ì=

01
Khi Roto đứng yên mà dây quấn Roto ngắn mạch, nếu muốn giới hạn các dòng điện
I
1
và I
2
trong dây quấn Stato và Roto đến các trị số định mức của chúng thì cũng nh ở máy
biến áp lúc ngắn mạch cần phải giảm thấp điện áp đặt vào. Điện áp ấy (gọi là điện áp ngắn
mạch) vào khoảng 15 ữ 25% U
đm
. Cũng do đó mà s.đ.đ. E
1
trong máy nhỏ đi rất nhiều và từ
công thức :
E

1
= 4.44 ì f
1
ì w
1
ì k
dq1
ì
E
2
= 4.44 ì f
2
ì w
2
ì k
dq2
ì
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
7
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
Ta thấy từ thông chính trong máy rất ít, nghĩa là s.t.đ từ hoá F
o
rất nhỏ so với F
1
và F
2
do đó trong phơng trình :
FFF

021

=+
hay
)(
201
FFF

+=
Có thể bỏ qua F
o
. Lúc đó ta có :
=+
FFF

021
0
hay
+

II

21
0
Thay phơng trình này vào phơng trình thứ t của (A) ta có thể tính đợc dòng điện Stato I
1
:
zz
U
I

+

21
1
1


=
z
U
n

1
Trong đó :
z
n
= z
1
+ z
2

= ( r
1
+ r
2

) + jì( x
1
+x
2

)
z
n
= r
n
+ j x
n
- là tổng trở ngắn mạch của máy điện không đồng bộ.
Khi U
1
= U
đm
thì I
1
đó chính là dòng điện mở máy.
Đồ thị véctơ và mạch điện thay thế nh hình 16-2 và 16-3 :
h16-2 : đồ thị véc tơ của máy điện không đồng bộ khi roto đứng yên
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
8
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
h16-3 : mạch điện thay thế của máy điện không đồng bộ khi ngắn mạch
II/-Các phơng pháp điều chỉnh điện áp ba pha:
Có nhiều phơng pháp điều chỉnh điện áp ba pha nh phơng pháp dùng Tiristor, dùng
biến áp tự ngẫu hay là bằng máy điều chỉnh cảm ứng.
1/- Bộ điều chỉnh xoay chiều ba pha bằng Tiristor.
Phơng pháp này sử dụng các Tiristor mắc song song ngợc để điều chỉnh đợc điện áp,
(hoặc dùng Triac).
Vì Anôt của Tiristor này nối với Catôt của Tiristor kia và ngợc lại. Nên trong mạch
điều khiển cho cặp Tiristor nhất thiết phải dùng một biến áp xung có hai cuộn dây thứ cấp

cách ly với nhau. Các Điốt đợc dùng để khoá chặn các xung âm.
Nói tóm lại, phơng pháp điều chỉnh dòng ba pha bằng Tiristor cho thiết bị nhỏ gọn,
việc thay đổi góc mở có thể đợc điều khiển tự động một cách chính xác. Với loại tải nhỏ
phơng pháp này có thể đạt đợc hiệu suất cao.
Nhợc điểm là điện áp và dòng điện ra không liên tục, không hình sin. Điều này
không có lợi cho máy điện quay với yêu cầu từ trờng trong máy điện quay phải là hình sin.
Hơn nữa điện áp ra luôn luôn nhỏ hơn điện áp vào. Có nghĩa là không chế tạo bộ tăng áp đ-
ợc.
2/- Điều chỉnh dòng xoay chiều ba pha dùng biến áp tự ngẫu :
Trong trờng hợp điện áp của các lới điện sơ và thứ cấp khác nhau không nhiều nghĩa
là tỷ số biến đổi điện áp nhỏ, để đợc kinh tế hơn về chế tạo và vận hành ngời ta dùng máy
biến áp tự ngẫu.
Máy biến áp tự ngẫu và máy biến áp hai dây quấn hoạt động theo nguyên tắc cảm
ứng điện từ. Đặt điện áp U
1
vào cuộn W
1
phía sơ cấp xuất hiện dòng I
1
chạy qua. Dòng
điện này tạo nên từ thông đi trong máy. từ thông biến thiên theo định luật cảm ứng điện từ.
ở các cuộn dây W
1
và W
2
xuất hiện các s.đ.đ cảm ứng e
1
và e
2
.

Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
9
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
Với loại máy biến áp này cho điện áp ra có tính chất giống nh điện áp vào. Tuy
nhiên loại máy này có dung lợng không lớn và hệ số biến áp nhỏ nên chỉ đợc dùng trong
phòng thí nghiệm, chẳng hạn nh kiểm tra không tải và ngắn mạch của máy điện.
3/- Một vài cách điều chỉnh điện áp ba pha khác :
Ngời ta có thể điều chỉnh điện áp (điều thế) phía dây quấn cao áp hoặc hạ áp, điều
chỉnh có thể nhảy cấp hay liên tục, có thể điều thế dới tải (dòng điện và điện áp) hoặc điều
thế không điện, trờng hợp này điều chỉnh lúc ngắt điện cả phía sơ cấp và phía thứ cấp.
Điều chỉnh nhảy cấp bằng cách thay đổi số vòng dây, mức điện áp điều chỉnh nhỏ
nhất là điện áp trên một vòng dây. Thờng điều chỉnh số vòng dây, giữ từ thông trong lõi
thép không đổi. Ngời ta cũng điều chỉnh bằng cách giữ vòng dây không đổi và thay đổi từ
thông trong lõi thép. Trong thực tế, việc thay đổi vòng dây bao giờ cũng kèm theo thay đổi
từ thông.
Điều chỉnh liên tục bằng cách thay đổi từ thông móc vòng giữa dây quấn sơ cấp và
dây quấn thứ cấp, liên quan đến máy biến áp có phần tịnh tiến hoặc chuyển động quay. Tr-
ờng hợp riêng, nối tiếp cuộn kháng bão hoà phía đầu ra của máy biến áp. Thay đổi điện áp
bằng cách thay đổi điện kháng bão hoà (thay đổi kìch từ).
Điều chỉnh điện áp nhảy cấp không điện đòi hỏi máy biến áp ngắt điện cả hai phía
cao áp và hạ áp. Máy biến áp ba pha còn phải luôn giữ số vòng dây ở các pha bằng nhau.
Chuyển mạch phải chắc chắn để dòng điện không phá hỏng mặt tiếp xúc. Cấu tạo phần dây
quấn điều chỉnh sao cho ở mọi vị trí của đầu phân áp hai dây quấn đối xứng nhau, để
không có từ trờng tản không đối xứng, nguyên nhân sinh ra lực điện động lớn ở dây quấn.
Điều chỉnh liên tục:
Điều chỉnh điện áp liên tục có thể dùng điều chỉnh cảm ứng (hình 17-10 Sách thiết kế
MBA). Bản chất máy điều chỉnh là động cơ không đồng bộ Roto dây quấn, Roto không
quay mà đợc chỉnh quay tới vị trí lệch đi góc . Dây quấn Roto nối bằng dây cáp ngoài.
Nhợc điểm là làm lệch góc pha với lới.
Để khắc phục ngời ta có thể dùng hai máy cảm ứng, mỗi máy cảm ứng sẽ chịu điện

áp bằng một nửa (hình 17-11- Sách thiết kế MBA), tiện lợi là Mômen quay của hai phần
cân bằng và lực ngắn mạch không có tác dụng làm quay Roto vì cũng bị triệt tiêu. Máy đợc
chế tạo hai trục.
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
10
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.

h17-10 : nguyên lý điều chỉnh liên tục nhờ máy điều chỉnh cảm ứng
h17-11 : phơng pháp điều chỉnh kép
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
11
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
B/- thiết kế máy điều chỉnh điện áp ba pha
1/- Các số liệu ban đầu :
S
đm
= 30 (KVA) U
1
= 380 (V) U
2
= 0 ữ 500 (V)
Cho trớc lõi thép Stato và Roto của động cơ không đồng bộ ba pha Roto dây quấn đợc cải
tạo.
Kiểu bảo vệ, cách điện cấp E, làm việc liên tục.
2/- Nội dung phần thuyết minh và tính toán.
Các phơng pháp điều chỉnh điện áp ba pha.
Tính điện từ : Dây quấn Stato, Roto, mạch từ tham số U và . Tính nhiệt ?
3/- Các bản vẽ và đồ thị : 3 bản Ao
Đối với Stato đã cho theo số liệu động cơ không đồng bộ Roto dây quấn : D
n

=
368 (mm)
D = 230 (mm).
Z
1
= 36 (rãnh).
Z
2
= 48 (rãnh).
Chiều dài lõi thép Stato = 135 ữ 140 (mm).
Chiều cao tâm trục = 22.5 (cm).
Ta có dòng điện pha định mức : I
1
=
U
S
dm
1
3
3
10
ì
ì
=
3803
30
10
3
ì
ì

= 45.63 (A).
I/- Dây quấn, rãnh Stato và khe hở không khí :
1/- Số rãnh Stato : lấy q
1
= 3
Z
1
= m ì 2p ì q
1
= 3 ì 4ì 3 = 36 (rãnh).
2/- Bớc rãnh Stato :
t
1
=
Z
D
1
ì

=
36
2314.3 ì
= 2.006 (cm).
3/- Số thanh dẫn tác dụng trong một rãnh :
Chọn số mạch nhánh // a
1
= 3.
U
r1
=

I
at
dm
A
1
11
ìì
=
63.45
4006.2510 ìì
= 67 (vòng).
Lấy U
r1
= 68 (vòng).
Chọn theo bảng 10.3 ( Sách Thiết kế máy điện ), ta có :
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
12
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
A = 510 ( A/cm) , B

= 0.84 (T).
4/- Số vòng dây nối tiếp một pha :
W
1
=
ma
Z
U
r
11

1
1
2 ì
ì
=
332
6836
ìì
ì
= 136 (vòng).
5/- Kiểu dây quấn :
Chọn dây hai lớp bớc ngắn : y = 5.
=

y
=
12
5
= 0.42
6/- Hệ số dây quấn đợc chọn theo số rãnh của một pha dới một cực :
k
đq1
= 0.934
k
đq2
= 0.945
7/- Từ thông khe hở không khí :
=
kW
f

k
U
K
dS
E
11
1
1
4 ììì
ì
=
95.0136501.14
38097.0
ìììì
ì
= 0.012967 (Wb).
8/- Mật độ từ thông trong khe hở không khí :
B

=
l
1
4
10
ìì
ì

=
1405.1864.0
0130.0
10
4
ìì
ì
= 0.8 (T)
9/- Chiều rộng răng nơi nhỏ nhất :
b
Z1 min
=
kl
B
lt
B
C
Z
ìì
ìì
1
max
1


=
95.0148.1
14006.28.0
ìì
ìì

= 0.938 (cm)
Trong đó theo bảng 10.5c ( Sách Thiết kế máy điện ) lấy B
Z1 max
= 1.8 (T).
Chọn tôn Silic 2312, hệ số ép chặt k
c
= 0.95.
10/- Chiều rộng rãnh hình chữ nhật : (Sơ bộ)
b
r1
= t
1
b
Z1 min
= 2.006 0.938 = 1.068 (cm).
11/- Tiết diện dây (Sơ bộ) :
Theo hình 10.4d (Sách thiết kế máy điện) ta có : AJ = 280 A
2
/ mm
2
.
Tính ra : J
1
=
A
AJ
=
510
280
= 5.49 (A/ mm

2
)
Chọn hai sợi ghép song song n= 2. Tiết diện mỗi sợi dây.
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
13
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
S
1
=
Jan
I
111
1
ìì
=
49.532
63.45
ìì
= 1.385 (mm
2
)
Tra phụ lục IV Sách thiết kế máy điện ta chọn S
1
= 1.32 (mm
2
)
d/d
cđ
= 1.3/ 1.41 (mm)
12/- Kích thớc rãnh Stato và sự điền đầy rãnh :

8,4
Rãnh stato
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
14
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
13/- Tổng chiều dày cách cách điện rãnh :
C = 0.2 + 0.2 = 0.4 (mm)
Hình 11
14/- Diện tích thực của rãnh trừ nêm :
S
2

= 35.2 3.3ì8.5 = 271.15 (mm
2
)
15/- Diện tích lớp cách điện :
S
cđ
= 8.5 ì 0.5 + 2[( 35.2 3.3) + 8.5] = 80.05 (mm
2
)
16/- Diện tích có ích của rãnh :
S
2
= S
2

S
cđ
= 271.15 80.05 =191.11 (mm

2
)
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
15
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
17/- Hệ số lấp đầy rãnh :
k
đ
=
11.191
682
41.1
2
2
1
ìì
=
ìì
S
dU
r
r
n
= 1
18/- Mật độ dòng điện dây quấn Stato :
J
1
=
san
I

111
1
ìì
=
385.132
63.45
ìì
= 5.5ì10
6
(A/mm
2
)
19/- khe hở không khí :
=
1200
D
( 1 +
p2
9
) =
1200
230
( 1 +
4
9
) = 0.479 (cm)
Lấy = 0.5 (cm).
20/- Đờng kính ngoài Roto :
D = D - 2 = 230 2 ì 0.5 = 229 (cm).
21/- Chiều dài lõi sắt Roto :

l
2
= l
1
+ 0.5 = 14 + 0.5 = 14.5 (cm)
22/- Số rãnh Roto bằng 48 rãnh :
Z
2
= 2p ì m
2
ì q
2
= 4ì3ì4 = 48 (rãnh).
Lấy q
2
= 4.
23/- Bớc răng Roto :
t
2
=
48
9.22ì

= 1.5 (cm)
24/- Điện áp E
2
:
Theo yêu cầu của đồ án thiết kế điện áp ra U
20
= 0 ứng với góc = 0 độ. Chiếu theo đồ thị

véctơ ta có:

+= E
UU

120
= 0

)(
22
1
EE
U
E




+==
Do
EE
U



22
1
,,
cùng phơng trong đó q
EE

22
,
bằng nhau do đó ta có thể viết :
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
16
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
E
U



=
2
1
2
220 = 2
E

2

E

2
= 110 (V)
Ta có số vòng dây nối tiếp một pha dựa vào sự quan hệ biến áp
E
2
=

kwUk
kw
dqE
dq
111
22
ììì
ì
W
2
=
kUk
kw
E
dqE
dq
21
11
2
ìì
ìì
=
945.022097.0
934.0136110
ìì
ìì
= 69.51 (vòng)
Lấy W
2
= 70 (vòng).

25/- Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh :
U
r2
=
42
270
2
22
ì
ì
=
ì
ì
q
aw
p
= 17.5
Do dùnh dây quấn hai lớp nên số thanh dẫn tác dụng trong một rãnh phải là số chẵn nên
lấy U
r2
= 18.
26/- Dòng điện Stato :
I
2
= K
1
ì I
1
ì V
1

= 0.91 ì 45.63 ì 1.93 = 80.13 (A).
Trong đó theo hình 10.5c ( Sách Thiết kế máy điện ) ta có : K
I
= 0.91.
V
1
=
kwm
kwm
d
d
222
111
ìì
ìì
=
945.0703
934.01363
ìì
ìì
= 1.93
U
2
=
w
w
U
2
1
1

3 ìì
=
136
70
3803 ìì
= 338.37 (V)
27/- Tiết diện thanh dẫn Roto :
S
2
=
naJ
I
222
2
ìì
=
427.5
80
ìì
= 1.75 (mm
2
)
Theo phụ lục IV chọn S
2
= 1.22
d/ d
cđ
= 1.25/ 1.33
28/- Kích thớc rãnh Roto :
Sơ bộ lấy chiều rộng rãnh :

Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
17
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
B
r2
= 0.4 ì 15 = 6 (mm).
Chọn thanh dẫn a = 36 , b = 10 (mm).
Tiết diện dây S
2
= 23.45 (mm
2
).
29/- Mật độ dòng điện Roto :
J
2
=
S
I
'
2
2
=
08.14
80
= 5.68 (A/ mm
2
)
30/- Diện tích của rãnh trừ nêm :
S
r

=
=
+
2
11
bd
( h
r

2
1
d
h
n
) +
2
)
2
(14.3
2
1
d
ì
S

r
=
2
)

2
8.9
(14.3
)3.3
2
8.9
7.26(
2
7.78.9
2
ì
+ì
+
= 199.5 (mm
2
)
31/- Diện tích cách điện rãnh với dây quấn hai lớp :
S
cđ
= C ì (2h
1
+ r
1
) + (2r
1
+ b
1
)C
S
cđ

= 0.54ì [2(26.7
2
8.9
) + 3.14
2
8.9
] + (9.8 + 7.7) = 40.6 (mm
2
)
32/- Diện tích có ích của rãnh :
S
r
= S
r

S
cđ
= 199.5 40.6 = 158.9 (mm
2
)
33/- Hệ số lấp đầy rãnh:
k
đ
=
S
d
Un
r
cd
r

2
22
ìì
=
9.158
33.1184
2
ìì
= 0.6
Theo đồ án thiết kế phải tận dụng lõi thép Roto và Stato của máy điện không đồng bộ Roto
dây quấn, do đó khi thứ cấp.
34/- Đờng kính trong Roto :
D
2
= 0.3 D = 0.3 ì 23 = 6.9 (cm).
Lấy D
2
= 7 (cm).
( Trong gông Roto có một dãy lỗ thông gió dọc trục có đờng kính lỗ d
g2
= 15 (mm)).
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
18
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
II/-Tính toán mạch từ
35/- Mật độ từ thông trên răng Stato :
B
Z1 max
=
klb

lt
B
CZ
ìì
ìì
1min1
1


=
95.01494.0
14006.281.0
ìì
ìì
= 1.8 (T)
Trong đó :
b
Z1 min
= t
1
b
r1
= 2.006 1.068 = 0.938 (cm).
b
Z1 max
= t
1
ì ( 1 +
D
h

r1
2
) b
r1

b
Z1 max
= 2.006 ì ( 1 +
23
92.32 ì
) 1.068 = 1.6 (cm)
B
Z1 min
=
klb
lt
B
CZ
ìì
ìì
1max1
1


=
95.014622.1
14006.28.0
ìì
ìì
= 1.0 (T)

B
Z1 tb
=
2
min1max1
BB
ZZ
+
=
2
0.18.1 +
= 1.4 (T)
36/- Mật độ từ thông trên răng Roto :
B
Z2 max
=
klb
lt
B
CZ
ìì
ìì
2min2
2


=
Trong đó :
b
Z2 min

=
Z
h
D
r
2
2
)2( ì


b
r2
b
Z2 min
=
48
)67.29.22(14.3 ì
0.6 = 0.7 (cm)
b
Z2 max
=
Z
hh
n
D
2
42
)(2( +ì

ì

b
r2
=
48
))250.01.0(29.22(14.3 +ì
0.6
b
Z2 max
= 0.852 (cm)
Vậy : B
Z2 max
=
95.05.147.0
145.18.0
ìì
ìì
= 1.74 (T)
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
19
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
B
Z2 min
=
klb
lt
B
CZ
ìì
ìì

2max2
2


=
95.05.14852.0
145.18.0
ìì
ìì
= 1.43 (T)
B
Z2tb
=
2
min2max2
BB
ZZ
+
=
2
43.174.1 +
= 1.58(T)
37/- Mật độ từ thông trên gông Stato :
B
g1
=
klh
Cg
ìì
ì

11
4
2
10

=
95.01498.22
01296.0
10
4
ììì
ì
= 1.63 (T)
Trong đó :
h
g1
=
2
D
D
n

h
r1

3
2
d
g1

ì m
g1

h

g1
=
2
238.36
3.92 = 2.98 (cm)
38/- Mật độ từ thông gông Roto :
B
g2
=
klh
Cg
ììì
ì

22
4
2
10

=
95.05.1444.52
1296.0
10
4
ììì

ì
= 0.86 (T)
Trong đó :
h
g2
=
2
DD

h
r2
+
6
1
d
2
=
98.0
6
1
67.2
2
79.22
ì+

= 5.44 (cm)
39/- Sức từ động khe hở không khí :
F

= 1.6 B

ì K

ì = 1.6 ì 0.81 ì 1.326 ì 0.05 = 859 (A).
Trong đó : K


= K

1
ì K

2
=1.02 ì 1.3 = 1.326
K

1
=


ì
1
1
1
t
t
=
52.95.006.20
06.20
ì

= 1.3
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
20
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.

1
= (

b
41
)
2
=
)
5.0
3
(
)
5.0
5
(
2
+

= 9.52
K

2
=
5.0125.115

15
ì
= 1.038

2
=
)
5.0
7.3
(
)
5.0
7.3
(
2
+

=
)
5.0
7.3
(5
)
5.0
7.3
(
2
+
= 0.6
40/- Sức từ động trên răng Stato :

F
Z1
= 2h
Z1
ì H
Z1
Trong đó :
H
Z1
=
6
1
( H
Z1 max
+ H
Z1 min
+ 4H
Ztb
)
Với B
Z1 max
= 1.8 (T), B
Z1tb
= 1.4 (T), B
Z1 min
= 1 (T)
Theo phụ lục V.6 ( Sách thiết kế Máy Điện ) Ta có :
H
Z1 max
= 27 (A/cm) ; H

Z1tb
= 8.97(A/cm); H
Z1 min
= 4.03 (T)
H
Z1
=
6
1

( 27 + 4.03 + 4ì8.97 ) = 11.15 (A/cm)
F
Z1
= 2 ì 3.92 ì 11.15 = 87.4 (A)
41/- Sức từ động trên răng Roto :
F
Z2
= 2h
Z2
ì H
Z2
Trong đó :
H
Z2
=
6
1
( H
Z2 max
+ H

Z2 min
+ 4H
Z2tb
)
Với: B
Z2 max
= 1.74 (T); B
Z2tb
= 1.58 (T); B
Z2 min
= 1.43 (T)
Theo phụ lục ta có :
H
Z2 max
= 21.4 (T); H
z2tb
= 13.7 (T); H
Z2 min
= 9.55 (T)
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
21
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
H
Z2
=
6
1
( 21.4 + 9.55 + 4ì13.7 ) = 14.29 (A/cm)
F
Z2

= 2 ì 2.67 ì 14.29 = 76.3 (A)
42/- Hệ số bão hoà răng :
k
Z
=
F
FFF
ZZ


21
++
=
859
3.764.87859 ++
= 1.2
43/- Sức từ động trên gông Stato :
F
g1
= L
g1
ì H
g1
Trong đó :
Lg1 =
p
h
D
g
n

2
)(
1
ì

=
4
)98.28.36(14.3 ì
= 8.46 (cm)
Theo phụ lục V.9 ( Sách thiết kế máy điện )
Với B
g1
= 1.63 (T) ta có H
g1
= 15.9 (A/cm)
Với B
g2
= 0.86 (T) ta có H
g2
= 2.16 (A/cm)
F
g1
= 8.46 ì 15.9 = 134.5 (A)
44/- Sức từ động gông Roto :
F
g2
= L
g2
ì H
g2

Trong đó :
L
g2
=
p
h
D
g
2
)(
2
2
+ì

=
4
)44.57(14.3 +ì
= 9.76 (cm)
F
g2
= 9.76 ì 5.44 = 21(A)
45/- Tổng sức từ động toàn mạch :
F = F

+ F
Z1
+ F
Z2
+ F
g1

+ F
g2

F = 859 + 87.4 +76.3 + 134.5 + 21 = 1178.2 (A)
46/- Hệ số bão hoà toàn mạch :
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
22
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
K
à
=
F
F

=
859
2.1178
= 1.37
47/- Dòng điện từ hoá :
I
à
=
kwm
d
Fp
111
9.0 ììì
ì
=
934.013639.0

2.11782
ììì
ì
= 6.9 (A)
I

à
=
I
I
1
à
=
63.45
9.6
= 0.15
III/- Tính toán tham số :
48/- Chiều dài trung bình nửa vòng dây quấn Stato :
l
tb1
= l
1
+ l
đ1
Trong đó : l
đ1
= A + 1.57H + 2M + N
A =
)
(

1
1
1
5.0
2
t
f
c
c
HR
y



=
49.0
2
1
52.15.02.18.26

ì
= 28.5
Theo 3.31 ( Sách thiết kế Máy Điện ) :

y
=
p
HD
a
2

)2(
3

ì++ì
=
4
833.0)2.152.128.36(14.3 ì+ì+ì

y
= 26.8
Theo 3.31 ( Sách thiết kế Máy Điện ) :
f
C1
= B
C
+ C
C1
= B
C
+ ( x
1
+ x
2
)
Trong đó :
x
1
= 0; x
2
= 0.3 (cm)

f
C1
= 0.734 + 0.3 = 1.034 (cm)
Trong đó : a
2
= a
3
2h
2
= 1.2 (2ì0.2) = 0.8 (cm)
t
f
C
C
1
1
= 0.49
Theo bảng 3.7 và 3.8 ( Sách thiết kế Máy Điện ):
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
23
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.
R = 1.2 (cm), H = 2.5 (cm), lấy N = 6.
l
đ1
= 28.5 + ( 1.57 ì 1.52 ) + (2 ì 2.5) + 6 = 41.8 (cm)
l
tb1
= 14 + 41.88 = 55.8 (cm)
49/- Chiều dài dây quấn một pha của Stato :
L

1
= 2l
tb
ì w
1
ì 10
-2
= 2 x 55.88 x 136 x 10
-2
= 152 (m)
50/- Chiều dài theo chiều trục của dây quấn Stato :
f
1
= 0.5 ì A
t
f
C
C
+ M + N = 0.5 ì 28.5 ì 0.49 + 2.5 + 6
f
1
= 15.48 (cm).
51/- Điện trở Stato :
r
1
=

115
ì
cs

L
11
1
ì
=
351.9
152
41
1
ì
ì
= 0.13 ()
r
1

= r
1
ì
U
I
1
1
= 0.13 ì
380
63.45
= 0.0156
52/- Chiều dài trung bình nửa vòng dây Roto:
l
2tb
= l

2
+ l
đ2
= 14.5 + 38.39 = 52.89 (cm)
Trong đó :
l
đ2
= A + (10 ữ 15) = 28.39 +10 = 38.39 (cm)
A =
)
2
(1
t
f
C
C
y


=
84.0
2
1
9.15

= 28.39 (cm)


y
=

p
D
h
r
2
)2(
2


ì

=
4
)6.29.22(14.3 ì
= 15.9 (cm)
t
C
=
Z
h
r
D
2
2
)2(

ì

= 11.9 (cm)
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.

24
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.

t
f
C
C
=
9.11
10
= 0.84
53/- Điện trở Roto :
r
2
=

115
=
as
L
22
2
ì
=
77.31
85.33
41
1
ì
= 0.032 ()

Trong đó :
L
2
= 2 ì l
2tb
ì w
2
ì 10
-2
= 2 x 52.89 ì 40 ì10
-2
= 42.31 (m)
54/- Điện trở Roto đã quy đổi :
r
2

= ì r
2
= 17.76 ì 0.032 = 0.56 ()
Trong đó hệ số quy đổi :
=
)(
)(
kw
m
kw
m
d
d
22

11
2
2
2
1
ì
ì
ì
ì
=
)(
)955.032(
947.0136
2
2
3
3
ì
ì
ì
ì
= 17.76
r

2
= r
2

x
U

I
1
1
= 0.56 ì
380
63.45
= 0.67
55/- Từ tản rãnh Stato :

r1
=
b
hh
r
3
51

ìk

+ (
b
h
bb
h
h
h
r 4
4
4
3

2
2
2
3
+
+
+
)ìk


+
b
h
r
4
5
.
Trong đó theo phụ lục VIII.5 ( Sách thiết kế Máy Điện ) về cách điện rãnh :
h
5
= 1 +
2
2.06.0 +
= 1.4 (mm)
h
1
= 3 (mm)
h
2
= 0.5 +

4
6.02.0 +
= 0.7 (mm)
h
1
= 35.2 (2ì0.4) = 33.8 (mm)
h
41
= 1 (m)
b
41
= 5 (mm)
Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT.
25