đồ án kỹ thuật điện điện tử Thiết kế ĐCKĐB roto dây quấn

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn

Lời nói đầu
Ngày nay, ngành điện - điện tử đã có những bước tiến nhanh chóng
và được ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của cuộc sống. Đặc biệt là ứng
dụng của máy điện nói chung và động cơ không đồng bộ nói riêng trong các
nhà máy xí nghiệp cho tới các thiết bị gia dụng. Với những tính năng riêng
của mình, động cơ không đồng bộ rôto dây quÂn vẫn được sử dụng làm
nguồn động lực trong các máy sản xuất.
Sau một thời gian học tập và tìm hiểu, với sự hướng dẫn tận tình của
thầy Phạm Hùng Phi, cùng sự nỗ lực của bản thân, em đã hoàn thành đề tài
thiết kế động cơ không đồng bộ r«to dây quÂn. Bài thiết kế gồm có ba
chương :
Chương 1: Đại cương về động cơ không đồng bộ
Chương 2: Tính toán thiết kế động cơ không đồng bộ
Chương 3: Điều chỉnh công suất trượt của động cơ không đồng bộ.
Bài thiết kế không thể tránh khỏi những thiếu xót nhất định, em rất mong
nhận được ý kiến đóng góp của các thầy, các cô, các bạn để bài thiết kế của
em có thể được hoàn thiện hơn.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất cả các thầy các cô trong bộ
môn và các thầy cô trong trường đại học Bách khoa Hà nội đã nhiệt tình giảng
dạy em trong những năm vừa qua.

Hà Nội ngày 23 tháng 5 năm 2008
Sinh viên:
NguyÔn §øc Th¸i S¬n


Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 1
-

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
Chương I
đại cương về động cơ không đồng bộ

I cấu tạo động cơ không đồng bộ
1.1. Phân loại
-Theo kết cấu của vỏ, máy điện không đồng bộ có thể chia thành các
kiểu chính sau: kiểu hở, kiểu bảo vÔ, kiểu kín, kiểu phòng nổ, v.v
+Kiểu hở không có trang bị bảo vệ sự tiếp xúc ngẫu nhiên các bộ phận
quay và bộ phận mang điện, cũng không có trang bị bảo vệ các vật bên ngoài
rơi vào máy. Theo cấp bảo vệ thì đây là loại IP00. Loại này được chế tạo theo
kiểu tự làm nguội. Loại này thường đặt trong nhà, có người trông coi và
không cho người ngoài đến gần.
+Kiểu bảo vệ có bảo vệ chống sự tiếp xúc ngẫu nhiên các bộ phận quay
hay mang điện, bảo vệ các vật ở ngoài hoặc nước rơi vào theo các góc độ
khác nhau. Loại này thường là tự thông gió. Theo cấp bảo vệ thì kiểu này
thuộc các cấp bảo vệ từ IP11 đến IP33.
+Kiểu kín là loại máy mà không gian bên trong máy và môi trường bên
ngoài được cách ly. Tùy theo mức độ kín mà cấp bảo vệ là từ IP44 trở lên
Kiểu kín thường là tự thông gió bằng cách thổi gió ở mặt ngoài vỏ hay thông
gió độc lập bằng cách đưa gió vào trong máy bằng đường ống. Thường dùng
loại này ở môi trường nhiều bôi, ẩm ướt, v.v
-Theo kết cấu của r«to, máy điện không đồng bộ chia làm hai loại: loại
r«to kiểu dây quÂn và loại r«to kiểu lồng sóc.
-Theo số pha trên dây quÂn stato có thể chia thành các loại: một pha, hai
pha và ba pha.
1.2. Kết cấu
Máy điện không đồng bộ bao gồm các bộ phận chính là phần tĩnh hay
stato và phần quay hay r«to.
1.2.1/. Phần tĩnh hay stato

Trªn stato m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé cã vá, lâi s¾t vµ d©y quÊn.
a/. Vỏ máy
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 2
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quÂn, không dùng để làm
mạch dẫn từ. Thường vỏ máy làm bằng gang. Tuỳ theo cách làm nguội mà vỏ
cũng được chế tạo ở những dạng khác nhau. Loại gang đúc được phân làm hai
loại: loại có gân trong và loại không có gân trong. Loại không có gân trong
thường dùng đối với máy điện cỡ nhỏ hoặc kiểu kín, lúc đó lưng lõi sắt áp sát
vào mặt trong của vỏ và truyền nhiệt trực tiếp lên vỏ máy. Loại có gân trong
có đặc điểm là lúc gia công, tốc độ cắt gọt chậm nhưng phôi liệu bỏ đi ít hơn
loại có gân trong. Đối với máy có công suất tương đối lớn ( 1000kW ) thường
dùng thép tÂm hàn lại làm thành vỏ.
b/. Lõi sắt
Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên
để giảm tổn hao, lõi sắt được làm bằng những lá thép kĩ thuật điện dày 0,5
mm ép lại. Khi đường kính ngoài lõi sắt stato nhỏ hơn 990 mm thì dùng cả
tÂm tròn ép lại. Khi đường kính ngoài lớn hơn trị số trên thì phải dùng những
tấm hình rẻ quạt ghép lại thành khối tròn.
Mỗi lá thép kĩ thuật điện đều có phí sơn cách điện trên bề mặt để giảm
tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Nếu lõi sắt ngắn hơn 25 đến 30 cm thì có
thể ghép lại thành một khối. Nếu lõi sắt dài hơn trị số trên thì thường ghép
thành từng thỊp ngắn, mỗi thếp dài 6 đến 8 cm, đặt cách nhau 1 cm để thông
gió cho tốt.
c./ Dây quÂn
Dây quÂn stato gồm nhiều phần tử nối với nhau theo một quy luật nào
đó Phần tử ở đây cũng chính là bối dây được đặt vào các rãnh của lõi sắt và
được cách điện tốt với lõi sắt. Bối dây quÂn có thể chỉ là một vòng dây (được

gọi là dây quÂn kiểu thanh dẫn, bối dây thường được chế tạo dạng 1/2 phần
tư và tiết diện thường lớn), cũng có thể có nhiều vòng dây (tiết diện nhỏ và
gọi là dây quÂn kiểu vòng dây). Số vòng dây của mỗi bối, số bối của mỗi pha
và cách nối lại phụ thuộc vào công suất, điện áp, tốc độ, điều kiện làm việc
của máy và quá trình tính toán điện từ.
Yêu cầu chính đối với dây quÂn nh sau:
1.Điện áp của ba pha bằng nhau trong dây quÂn ba pha, điện áp ba pha
lệch nhau 120
0
góc độ điện.
2.Điện trở và điện kháng của các mạch song song và của ba pha bằng
nhau
3.Có thể đấu thành các mạch song song một cách dễ dàng khi cần thiết.
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 3
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
4.Dùng vật liệu dây dẫn điện ít nhất. Phần đầu nối càng ngắn càng tốt để
thu ngắn chiều dài của máy và đỡ tốn vật liệu .
5.Dễ chế tạo và sửa chữa .
6.Cách điện giữa các vòng dây, các pha và với đất ít tốn kém và chắc
chắn
7.Kết cấu chắc chắn, có thể chịu được ứng lực cơ khi máy bị ngắn mạch
đột ngột hay khi khởi động.
1.2.2/. Phần quay hay r«to
Phần này gồm hai bộ phận chính là lõi sắt và dây quÂn.
a/. Lõi sắt.
Người ta dùng các lá thép kĩ thuật điện giống nh ở stato. Lõi sắt được ép
trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá r«to của máy. Phía ngoài của lá thép
có xẻ rãnh để đặt dây quÂn.

b/. R«to và dây quÂn r«to.
R«to có hai loại chính là: r«to kiểu dây quÂn và r«to kiểu lồng sóc.
- Loại r«to kiểu dây quÂn: R«to có dây quÂn giống nh dây quÂn stato.
Trong máy điện cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quÂn kiểu sóng hai
lớp vì bớt được những dây đầu nối, kết cấu dây quÂn trên r«to chặt chẽ.
Trong máy điện cỡ nhỏ thường dùng dây quÂn đồng tâm một lớp. Dây quÂn
ba pha của r«to thường đấu hình sao, còn ba đầu kia được nối vào ba vành
trượt thường làm bằng đồng được đặt cố định ở một đầu trục và thông qua
chổi than có thể đấu với mạch điện bên ngoài. Đặc điểm của loại động cơ điện
r«to kiểu dây quÂn là có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ hay sức
điện động phụ vào mạch điện r«to để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh
tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy. Khi máy làm việc bình thường
dây quÂn r«to được nối ngắn mạch.
- Loại r«to kiểu lồng sóc: Kết cÂu của loại dây quÂn r«to này rất khác
với dây quÂn stato. Trong mỗi rãnh của lõi sắt r«to đặt các thanh dẫn bằng
đồng hay nhôm dài ra khái lõi sắt và được nối ngắn mạch ở hai đầu bằng hai
vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng mà người ta
quen gọi là lồng sóc.
Dây quÂn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt. Để cải thiện tính
năng mở máy, trong máy công suất tương đối lớn, rãnh r«to có thể làm thành
dạng rãnh sâu hoặc làm thành hai rãnh lồng sóc hay còn gọi là lồng sóc kép
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 4
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
Trong máy điện cỡ nhỏ rãnh r«to thường được làm chéo đi một góc so với
tâm trục.
c/. Khe hở
Vì r«to là một khối tròn nên khe hở đều. Khe hở trong máy điện không
đồng bộ rất nhỏ để hạn chế dòng điện từ hoá lấy từ lưới vào và nh vậy mới có

thể làm cho hệ số công suất của máy cao hơn.
II/ nguyên lý làm việc
Máy điện không đồng bộ làm việc dựa vào 2 định luật điện từ cơ bản :
Định luật thứ nhất là định luật sức điện động e cảm ứng được trong một
thanh dẫn có chiều dài l chuyển động với tốc độ v trong một từ trường đứng
yên có mật độ từ cảm B. Chiều và giá trị của sức điện động đó được xác định
từ tích véc tơ . Đó là định luật cơ sở của máy phát điện biến đổi cơ
năng thành điện năng
Định luật thứ hai là định luật về lực điện từ f tác dụng lên thanh dẫn có
chiều dài l khi có dòng điện i và nằm trong từ trường có từ cảm B. Chiều và
độ lớn c a lực f được xác định theo tích véc tơ . Đó là định luật cơ bản
của động cơ biến đổi điện năng thành cơ năn . Vì hai định luật điện từ cơ bản
trên làm việc thuận nghịch nên động cơ không đồng bộ có thể làm việc thuận
nghịch nghĩa là có thể làm việc đượcnh máy phát điện hoặcnh động cơ điện
Khi trong lõi sắt stato của máy điện không đồng bộ tạo ra một tị trường
quay với tốc độ đồng bộ = 60f/p. Trong đó f là tần số dòng điện lưới đưa vào,
p là số đi cực của máy thì từ trường này quét qua dây quÂn nhiều pha tự ngắn
mạch đặt trên lõi sắt r«to và cảm ứng trong dây quÂn 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 trong dây quÂn roto tác dụng với từ
thông khe hở này sinh ra momen. Tác dụng đó có quan hệ mật thiết với tốc độ
quay n của roto. Theo định nghĩa hệ số trượt
Trường hợp 0<S<1.Máy điện làm việc ở chế độ động cơ điện
Trường hợp S<0. Máy làm việc ở chế độ máy phát điện
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 5
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
Trường hợp S>1. Máy làm việc ở chế độ hãm điện từ.
III/ Sơ đồ thay thế và các chế độ làm việc

3.1/ Sơ đồ thay thế
x
1
x'
2
r
1
r
m
x
m
r'
2
r'
2
(1-S)/S
u
1
I
1
I'
2
I
0

(1
(2
(3
(4
(5

3.2/ Các chế độ làm việ
3.2.1/ áy làm việc ở chế độ động cơ điện ( 0<S<1
Động cơ lấy điện năng từ lưới vào 1 = . . .co
Tổng tổn hao trong động cơ
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 6
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
Trong đó
cu
1 = 1 là tổn hao dây quÂn stato

fe
=
1 m
là tổn hao trong lõi sắt stato

cu
2 =
1
r
2
là tổn hao đồng trong roto
cơ
, f là tổn hao cơ và tổn hao phụ
Công suất đưa ra đầu trục
2 = 1 -
Hiệu suất của động cơ điện
Công suất phản kháng tiêu thụ
1 = . . si

3.2. / Máy làm việc ở chế độ máy phát
c
ơ <0 nghĩa là máy lấy công suất cơ vào.
1 <0 nên máy phát công suất tác dụng vào lưới
1 >0 do đó máy vẫn nhận công suất phản kháng từ lưới vào
3.2. / Máy làm vÞªc ở chế độ hãm
ở chế độ này t ả công st cơ và điện lấy ở ngoài vào đều biến thành tổn hao
đồng trên mạch roto
3.3/ Mô men của động cơ
ô men điện từ
M = =
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 7
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
Trong đó
1
= 1 +
«men cực đại
ma
x =
M«men khởi động
k =
3.4/ Các lượng định mứ
Máy điện không đồng bộ có các trị số định mức đặc trưng cho điều kiện kỹ
thuật của máy. Các chỉ số này do nhà máy thiết kế, chế tạo quy định và được
ghi trên nhãn máy. Vì máy điện không đồng bộ chủ yếu làm việc ở chế độ
động cơ điện nên trên nhãn máy ghi các trị số định mức của động cơ điện khi
tải định mức. Các trị số đó thường bao gồm: công suất định mức ở đầu trục
®

m (kW hay W), dòng điện dây định mức
d
m (A), điện áp dây định mức
d
m
(V), cách đấu dây ( Y hay∆ ), tốc độ quay định mức
®
m ( vg/ph ), hiệu suất
định mứcη
®
m và hệ số công suất định mức coϕ
®
I/ Công dụng của máy điện không đồng b
Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu 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 loại máy được dùng rộng rãi nhất trong các n ành
kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng nghìn kil«oat Trong công
nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực cho máy
cán thép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máy công cụ c ác nhà máy công
nghiệp nhẹ, v.v 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 hàng ngày, máy điện không đồng bộ cũng dần dần chiếm một vị trí quan
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 8
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
trọng: quạt gió, máy quay đĩa, động cơ trong tủ lạnh, . … Tóm lại theo sự phát
triển của nền sản xuất điện khí hoá, tự động hoá và sinh hoạt hàng ngày, phạm
vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ ngày càng rộng r
.

Tuy vậy, máy điện không đồng bộ có những nhược đinhểm sau: ϕcos của
máy thường không cao và đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt nên ứng dụng
của máy điện không đồng bộ có phần bị hạn c
.
Máy điện không đồng bộ có thể dùng làm máy phát điện nhưng đặc tính
không tốt so với máy phát điện đồng bộ, nên chỉ trong một số trường hợp nào
đó cần nguồn điện phụ hay tạm thời thì nó cũng có một ý nghĩa quan
g.
V/ nhiệm vụ thiết kế tốt n
ip:
1 / Đầu đề thiết kế tốt ng
ệp :
Thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha roto dây
un.
2 / Các số liệu ba
đầu:
Công
uấ
t P ®m = 22 kw, dây quÂn stat o nối - 380/220 V; 2p=4.
Hiệu suất 0.90 ; cos = 0.87 ; hệ số trượt 2.5%. Điện áp
«
to U 2 = 3
;

I 2 = 45 A. Cách điện cấp B ; kiểu kín ; làm việc liê
tc.
3 / Nội dung phần thuyết minh tính
- án :
Đại cương về động cơ không đn
- bộ .

Tính toán các kích thước ch
- yếu.
Tính toán đi
- từ.
Tính toán các đặc tính làm việc và tính toán khởi
- ộng.
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 9
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
Tính toán
iệt.
4/ Phần chuyê
đề :
Điều chỉnh công suất trượt của động cơ không đồ
bộ.
5/ Các bản vẽ và đồ thị : 4 – 5 bảvẽ A 0
o
c
Chu¬
2
Tính toán thiết kế động cơ không đồn
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 10
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
bộ
.1. Tính toán kích thước chủ
ếu
2.1.1.Tìm hiểu c

ng
Những kích thước chủ yếu trong máy điện không đồng bộ là đường kính
trong stato và chiều dài lõi sắt l. Mục đích của việc tính toán lựa chọn kích
thước chủ yếu này để chế tạo ®ù¬c máy điện có tính kinh tế hợp lý nhất mà
tính năng phù hợp với các tiêu chuẩn nhà nước. Tính kinh tế của máy không
phải chỉ là vật liệu sử dụng chế tạo ra máy à x ét đến quá trình chế tạo trong
nhà nhmáy khuôn dập, vật đúc, các kích thước được tiêu chuẩnh
.
2.1.2.Lựa chọn tính toán các kích thước chủ
uA/ .Các số liệu định mứ
1.Công suất định mức: P
®m
=22 kW
2.Điện áp định mức: U
®m
=380/220 V đấu
3.Tần số: f=50 Hz
4.Tốc độ đồng bộ: n
®b
=1500[vòng /phút]
5.Kiểu máy : kiểu bảo vệ IP44
6.Chế độ làm việc: liên tục
7.Cấp cách điện : cấp B
8.Số đôi cực : p = 2
9.Dòng điện pha định mức:
, A (2.1)
Trong đó :
m
1
-là số pha dây quÂn của stato;

P - công suất định mức của động cơ(kW);
I
1
- dòng điện pha định mức trong dây quÂn stato(A);
U
1
- điện áp pha định mức đặt vào dây quÂn stato(V);
- hiệu suất định mức của động cơ;
cos ϕ
®m
- là hệ số công suất định mức của động cơ.
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 11
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
Thay số ta có: I
1
= = 42.57 A
B/.Xác định kích thước chủ yếu
10.Công suất tính toán :
P’ = kVA (2.2)
Trong đó :
P’ - công suất tính toán(kVA);
k
E
= =0,977 tra hình 10-2 (trang 231) sách “Thiết Kế Máy Điện”
của Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh (“TKM§” );
P
®m
- công suất định mức của động cơ(kW);

- hiệu suất của động cơ;
cosϕ
®m
- hệ số công suất định mức của máy;
Thay số ta được:
P’= = 27,45 kVA
11.Đường kính ngoài của stato:
Từ công suất của động cơ không đồng bộ r«to dây quÂn ta tra
hình10.1(trang 231) sách “TKM§” được chiều cao tâm trục của máy này là
h = 180 mm .Ta tra bảng 10.3 sách(“TKM§”) được
D
n
= 31,3 cm
12.Đường kính trong của stato:
D = D
n
.k
D
cm (2.3)
=(0,64 ~ 0,68).31,3 cm
Trong đó:
k
D
= 0,64 ~ 0,68 , tra bảng 10.2 sách “TKMD”
ở đây ta chọn k
D
= 0.65 nên ta có D = 20.3 cm.
13.Bước cực của stato:
= , cm (2.4)
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN

- 12
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
Trong đó :
- là bước cực(cm);
D – là đường kính trong stato, D = 20.3 cm (đã tính ở mục 12) ;
p – là số đôi cực từ , p = 2 .
Thay số ta có:
= = 16 cm
14.Chiều dài lõi sắt stato:
= cm (2.5)
Trong đó :
P’ – công suất tính toán , P
’
= 27.45 kVA (đã tính ở mục 10 );
- hệ số cung cực từ , chọn = 0,64;
k
S
- hệ số dạng sóng , chọn k
S
= 1,11;
k
d1
– hệ số dây quÂn stato, lấy k
d1
= 0,92;
với máy có chiều cao tâm trục h = 180 250 mm thì thường chọn dây quÂn
hai lớp đặt vào rãnh nửa kín thì k
d
= 0,91 0,92 ở đây ta chọn k

d1
= 0,92
A - tải đường(A/cm);
- từ cảm qua khe hở không khí (T);
Tra hình 10-3a (trang 233) sách “TKM§” có: A=350 A/cm ;
D -đường kính trong stato, D = 20,3 cm (đã chọn ở mục 12) ;
n
®b
- tốc độ đồng bộ(v/ph);
n
®b
= = = 1500 , v/ph (2.6)
Thay số ta được :
= cm
Trong máy điện không đồng bộ, khi chiều dài lõi sắt =160 mm thì việc
tản nhiệt không khó khăn lắm nên lõi thép có thể ép thành một khối. Do lõi
sắt phần ứng stato ngắn nên làm thành một khối với việc không có rãnh thông
gió làm mát bằng quạt gió .
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 13
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
Chiều dài toàn bộ lõi sắt stato được chọn bằng:
l
1
= =16 cm.
15.Lập phương án so sánh :
= = = 1 (2.7)
Trong dãy động cơ không đồng bộ, công suất 30 kW và 2p = 4 có cùng đường
kính ngoài (cùng chiều cao tâm trục h) với máy công suất 22 kW và 2p = 4.

Hệ số tăng công suất của máy là :
1,364
nh vậy là
30
= .
22
=1,364.1 =1,364
Theo hình 10- 3b, hai hệ số
30
,
22
đều nằm trong phần gạch chéo của hình
10-3b sách “TKM§” (trang 235) nên việc chọn phương án trên là có tính kinh
tế cao .
2.1.3.Thiết kế stato và khe hở không khí
A/.Tìm hiểu về dây quÂn và lõi sắt stato
Việc chọn kiểu dây quÂn và kiểu rãnh stato được căn cứ vào một số
cách sau đây:
+Stato máy điện xoay chiều thường dùng loại rãnh 1/2 kín, 1/2 hở và
rãnh hở. Rãnh 1/2 kín thường dùng ở stato máy công suất đến 100 kW điện áp
đến 690 V. Có thể dùng dây quÂn một lớp, hai lớp, dây quÂn phân tán được
cÂu tạo từ những phần tư mÒn, tiết diện tròn .
+Căn cứ vào điện áp và chiều cao tâm trục để chọn loại dây quÂn; với
điện áp U , chiều cao tâm trục h 160 mm có thể chọn dây quÂn
đồng tâm đặt vào rãnh 1/2 kín.Với h = 180 – 250 mm dùng dây quÂn hai lớp
đặt vào rãnh 1/2 kín. Với h 280 mm, dùng dây quÂn hai lớp phần tử cứng
đặt vào rãnh 1/2 hở.
Với máy đang thiết kế có P = 22 kW, chiều cao tâm trục h = 180 mm,
điện áp dây quÂn stato U
®m

= 220 V thì chọn dây quÂn xếp hai lớp đặt vào
rãnh 1/2 kín
Lõi sắt stato máy điện không đồng bộ thường làm bằng lá thép kỹ thuật
điện. Trong máy có chiều cao tâm trục h 250 mm thường dùng thép 2211
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 14
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
hay thép 2212, khi h = 280 355 mm dùng thép 2312 có phí sơn bề mặt và
khi h 400 mm điện áp 6000V dùng thép 2411 phí sơn bề mặt. Với máy
đang thiết kế thì ta dùng thép có mác 2211 để chế tạo lõi sắt stato.
B/.Tính toán dây quÂn và lõi sắt stato:
16.Chọn số rãnh một pha dưới một cực :
q
1
= 4
Khi thiết kế dây quÂn stato cần phải xác định số rãnh của một pha dưới
một cực q
1
. Nên chọn q
1
trong khoảng từ 2 5. Thường lấy q
1
= 3 4. Với
máy công suất nhỏ hoặc tốc độ thấp, lấy q
1
= 2. Máy tốc độ cao, công suất lớn
có thể chọn q
1
=6. Chọn q

1
nhiều hay ít có ảnh hưởng đến số rãnh stato Z
1
Số
rãnh này không nên nhiều quá, vì như 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 phương diện độ bền cơ mà nói, răng sẽ yếu, ít răng quá sẽ làm cho dây
quÂn phân bố không đều trên bề mặt lõi sắt nên sức từ động phần ứng có
nhiều sóng bậc cao.Trị số q
1
nên chọn số nguyên .
17.Số rãnh stato:
Z
1
=2.m
1
.p.q
1
= 2.3.2.4 =48 rãnh (2.8)
Trong đó :
Z
1
- số rãnh stato ;
m – là số pha của động cơ, m=3;
p – là số đôi cực từ của động cơ, p =2;
q
1
- là số rãnh của một pha dưới một cực, q
1
= 4.

18.Bước răng stato:
t
1
= , cm (2.9)
Trong đó :
t
1
- là bước rãnh stato(cm);
D – là đường kính trong của stato, D=20,3 cm;
Z
1
– là số rãnh của stato, Z=48 rãnh (đã tính ở mục 17).
Thay số ta được :
t
1
= 1,33 cm
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 15
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
19.Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh:
u
r1
= thanh (2.10)
Trong đó :
A – là tải đường, A=350 A/cm (đã được xác định ở mục 14);
t
1
– bước rãnh stato, t
1

=1,33 cm (đã được xác định ở mục 18);
I
1
– dòng điện pha stato định mức, I
1
=42.57A( tính ở mục 9);
a
1
– là số mạch nhánh song song của một pha, a
1
=2;
chọn số mạch nhánh song song là ước số chung của số cực từ .
Thay số ta được :
u
r1
= = 21.8 thanh
với dây quÂn hai lớp ta chọn u
r1
= 22 (là số nguyên chẵn)
20.Số vòng dây nối tiếp của một pha:
w
1
= p.q
1
. vòng (2.11)
Trong đó :
w
1
- là số vòng dây nối tiếp của một pha, vòng;
p – là số đôi cực từ, p = 2;

q
1
– số rãnh của một pha dưới một cực, q
1
= 4(chọn ở mục 16);
a
1
- là số mạch nhánh song song, a
1
= 2 (chọn ở mục 19);
u
r1
- là số thanh dẫn của một pha dưới một cực (đã có ở mục 19).
Thay số ta được :
w
1
= 2.4. = 88 vòng
21.Tiết diện dây quÂn và đường kính dây quÂn stato:
Mật độ dòng điện :
J
1
’ = , A/cm.mm
2
(2.12)
Trong đó:
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 16
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
AJ = 1850 - là tích số được chọn theo hình 10-4d(trang 237) sách

“TKM§”.
A - tải đường, A = 350 A/cm (đã biết ở mục 14)
Thay số :
J’ = =5,28 A/mm
2
Tiết diện dây (sơ bộ):
s
1
’ = mm
2
(2.13)
Trong đó :
I
1
- dòng điện pha stato định mức(A) (đã tính ở mục 9) ;
a
1
- là số mạch nhánh song song (đã chọn ở mục 20) ;
n
1
- là số sợi dây ghép song song, chọn n
1
=3 ;
J
1
’
- là mật độ dòng điện(A/mm
2
)(đã được tính ở trên).
Thay số ta được :

s
1
’
= 1.34 mm
2
Theo phụ lục VI , bảng VI .1 chọn dây đồng loại PETV có đường kính
d/d
c®
=1,32/1,405 , s
1
=1,368 mm
2
22.Mật độ dòng điện trong dây quÂn stato:
A/cm
2
23.Kiểu dây quÂn stato:
chọn kiểu dây quÂn là dây quÂn xếp hai lớp bước ngắn với bước dây
quÂn là y=10.và hệ số rút ngắn bước dây quÂn là:
β
1
= = = 0,8333 (2.14)
Trong đó :
= =48/4 =12 , là bưíc cực stato theo bước rãnh.
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 17
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
24.Hệ số dây quÂn:
Hệ số bước ngắn :
k

y1
= sinβ. = sin =0,966 (2.15)
Hệ số bước rải :
k
r1
= = =0,958 (2.16)
Trong đó :
Góc lệch liên tiếp của hai rãnh kề nhau
= =15
0
(2.17)
Hệ số dây quÂn :
k
dq1
=k
r1
. k
y1
= 0,966.0,958 0,925 (2.18)
25.Từ thông khe hở không khí:
, Wb (2.19)
Trong đó :
k
E
– là hệ số biến áp, k
E
= 0,977 (xem mục 10);
U
1
- điện áp pha định mức đặt vào dây quÂn stato, U

1
= 220 V;
k
s
– hệ số đã xác định ở mục 13, k
s
= 1,11;

– hệ số dây quÂn stato, = 0,925(đã xác định ở mục 24);
f – tần số dòng điện, f = 50 Hz;
w
1
– số vòng dây nối tiếp của một pha, w
1
= 88 vòng (mục 20).
Thay số ta được:
= 0,0119 Wb
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 18
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
26.Mật độ từ thông khe hở không khí :
T (2.20)
Trong đó :
-từ thông khe hở không khí, = 0,0119 Wb(mục 25);
- hệ số xung cực từ, = 0,64(chọn ở mục 14);
- bước cực, =16 cm (tính ở mục 13);
l
1
– chiều dài toàn bộ lõi sắt stato, l

1
=16 cm (theo mục 14) .
Thay số ta được :
= 0,72 T
27.Sơ bộ định chiều rộng của răng:
cm (2.21)
Trong đó :
- là chiều rộng sơ bộ của răng stato(cm);
- mật độ từ thông khe hở không khí, = 0,72T( mục 26);
- chiều dài tính toán của stato, = 16 cm (tính ở mục 14);
l
1
- chiều dài toàn bộ lõi sắt stato, l
1
= 16 cm(tính ở mục 14);
t
1
- là bước rãnh stato, t
1
= 1,33 cm (tính ở mục 18);
k
c1
- là hệ số ép chặt lõi sắt của stato, k
c1
= 0,95;
- là trị số trung bình mật độ từ thông trên răng stato;
Tra bảng 10.5b (trang 241) sách “TKM§”, lấy =(1,75~1,95 )T.
Thay số ta tính được:
cm
28.Sơ bộ chiều cao gông stato:

(2.22)
Trong đó :
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 19
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
- là chiều cao gông sơ bộ của stato, cm;
- là từ thông khe hở không khí, = 0,0119 Wb(tính ở mục 25);
l
1
- là chiều dài toàn bộ lõi sắt stato, l
1
=16 cm (mục 14);
k
c1
- là hệ số ép chặt lõi sắt, lấy k
c1
= 0,95;
- là mật độ từ thông trong gông stato, T;
Tra bảng 10.5a (trang 240)sách “TKM§’’, lấy =1,45 T.
Thay số ta được :


29.Kích thước rãnh và cách điện rãnh :
chọn rãnh hình quả lê như hình vẽ sau đây

Hình 1.1 Kích thước rãnh stato
• Chiều cao rãnh stato:
cm (2.23)
Trong đó:

D
n
- là đường kính ngoài của stato, D
n
= 31,3 cm (theo mục 11);
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 20
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
D - là đường kính trong stato, D = 20,3cm (xác định ở mục 12);
- là chiều cao sơ bộ của gông stato, = 2,7 cm (mục 28).
Thay số ta được:
cm
• Bề rộng rãnh stato :
Chọn bề rộng rãnh stao b
41
= 3 mm = 0,3 cm
- Chiều rộng rãnh stato phía đáy tròn nhỏ (d
1
)
(2.24)
Trong đó :
D - là đường kính trong của lõi sắt stato, D = 20.3cm (ở mục 12);
- chiều rộng sơ bộ của răng stato, b
’
Z1
= 0,57 cm ( ở mục 27);
Z
1
- là số rãnh stato, Z

1
= 48 rãnh (tính ở mục 18);
h
41
= 0,05 cm .
Thay số ta được :
Ta chọn d
1
= 0.7 cm =7 mm
- Chiều rộng stato phía đáy tròn lớn(d
2
) :
(2.25)
Trong đó :
D
n
– đường kính trong lõi sắt stato, D
n
= 31.3 cm (theo mục 11).
Thay số ta được :
cm
chọn d
1
=1 cm =10 mm
- Tính chiều cao h
12
h
12
= h
r1

- h
41
– d
1
/2

=28 - 0,5 - 10/2= 22.5 mm
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 21
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
• Tính tiết diện rãnh:
+Diện tích rãnh trị nêm:
(2.26)
+Diện tích cách điện của rãnh:
Theo bảng VIII-1 ở phụ lục VIII với chiều cao tâm trục h = 180mm ta tra
ra chiều dày cách điện rãnh là c= 0,4 mm và chiều dày cách điện giữa hai lớp
là c
’
= 0,5 mm
1 - là tÂm cách điện phía trong có
chiều dày là bằng 0,4 mm
2 - là tÂm cách điện giữa hai lớp
có bề dày là 0,4 mm

Hình 1.2 cách điện rãnh stato
3 - là tÂm cách điện phía đáy tròn
nhỏ có bề dày 0,5mm
(2.27)
+Diện tích có ích của rãnh stato:

S
r
=S
’
r
- S
c®
= 215 - 36 =179 mm
2
30.Hệ số lấp đầy:
k
®
= (2.28)
Trong đó :
n
1
- là số sợi chập, lấy n
1
= 3 sợi (đã chọn ở mục 21);
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 22
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
u
r
- là số thanh dẫn tác dụng của một nhánh, u
r
= 22(mục 19);
d
c®

- là đường kính dây kể cả cách điện, d
c®
= 1,385 mm.
Thay số ta được:
K
®
=
31.Bề rộng răng stato:


Hình 1.3 kích thước răng rãnh stato
• Bề rộng răng stato phía đáy tròn nhỏ (d
2
)
Từ hình học ta có
(2.29)
biến đổi ta có

• Bề rộng răng stato phía đáy tròn lớn(d
1
)
Từ hình học ta có
(2.30)
biến đổi ta được
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 23
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
• Bề rộng răng trung bình của stato
(2.31)

32.Chiều cao gông stato:
(2.32)
33.Khe hở không khí:
Khi 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 R«to (sát cốt), làm
tăng thêm tổn thất phụ, điện kháng tản tạp của động cơ cũng tăng lên .
Theo công thức 11- 27b trang 277, Giáo trình TKM§- Trần Khánh Hà
đối với loại Động cơ có công suất lớn P=22(KW) >20 ( KW), 2p=4 ta có:
(2.33)
Tra theo bảng 10.8(trang 253) sách “TKM§” ta chọn khe hở không khí
.
2.1.4. Dây quÂn , rãnh và gông r«to
A/.Tìm hiểu về dây quÂn và lõi sắt r«to
Trong máy điện không đồng bộ thì sự khác nhau chủ yếu ở r«to. Tính
năng máy tốt hay xấu cũng ở r«to. Đối với r«to dây quÂn không có yêu cầu
về khởi động mà chỉ phải thoả mãn tiêu chuẩn nhà nước về hiệu suất, cos ,
bội số m«men cực đại trong điều kiện làm việc định mức .
Dây quÂn r«to thường dùng loại dây quÂn xếp hai lớp phần tư mềm với
các máy có chiều cao tâm trục h=160 200 mm .Khi h 225 mm dùng dây
quÂn sóng kiểu thanh dẫn vì nó có nhiều ưu điểm như là nó giảm khối lượng
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 24
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
đồng ở phần đầu nối ra, nâng cao điện áp ở vành trượt để giảm nhỏ dòng điện
qua chổi than tránh hiện tượng phóng điện ở chỗ tiếp xúc giữa chổi than và
vành trượt gây hỏng máy. Rãnh r«to là loại rãnh nửa kín có cạnh song song
dây quÂn r«to dạng thanh được nhét vào rãnh r«to bằng cách đưa qua lỗ rãnh
rồi được hàn lại chứ không phải lồng vào rãnh qua bỊ rộng miệng rãnh như

dây quÂn phần tư mÒn .
B/.Tính toán dây quÂn, rãnh và gông r«to:
34.Số rãnh r«to:
Z
2
= 6.p.q
2
(2.34 )
Trong đó:
q
1
là số rãnh dây quÂn r«to của một pha dưới một cực được chọn như
sau:
q
2
= q
1
– 1 = 3
Z
2
= 6.2.3 = 36
35.Đường kính ngoài r«to:
D’= D-2. = 20,3-2.0,06 = 20,2 cm (2.35)
36.Đường kính trong r«to(hay đường kính trục):
D
2
= D
t
= 0,3.D = 0,3.20,2 = 6,09 cm (2.36)
Lấy D

t
= 60 mm = 6 cm.
37.Chiều dài lõi sắt r«to:
Lõi sắt r«to thường lấy bằng chiều dài lõi sắt stato hoặc là lấy:
l
2
= l
1
+(0,4 1)cm.
ở đây ta chọn nh sau:
l
2
= l
1
= 16 cm
38.Bước răng r«to:
t
2
= cm (2.37)
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 25
-