Thiết kế rotor lồng sóc động cơ điện không đồng bộ

Bộ Công Thương
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN
Đề tài: Thiết kế Rotor lồng sóc động cơ điện không đồng bộ

Phần 1. Giới thiệu về phần quay của động cơ KĐB rôto lồng sóc

Phần quay (Rôto) gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn.
a) Lõi thép Rotor
- Lõi sắt rôto được làm bằng các lá thép kĩ thuật điện, dập như hình 1.
- Các lá thép sau khi ghép lại thành khối hình trụ mặt ngoài hình thành các rãnh để đặt dây quấn
rôto, ở giữa có lỗ để ghép trục.
- Trên thực tế, tổn hao sắt ở lõi thép rôto khi máy làm việc là rất nhỏ nên không cần dùng thép kĩ
thuật điện. Nhưng để lợi dụng phần thép kĩ thuật điện sau khi dập lõi sắt stato, người ta dùng để ép
lõi thép rô to luôn (hình dưới).
Phần 1. Giới thiệu về phần quay của động cơ KĐB rôto lồng sóc
Hình ảnh về lá thép của rôto
a)
b)
Hình 1. Lá thép rôto của máy điện không đồng bộ
Phần 1. Giới thiệu về phần quay của động cơ KĐB rôto lồng sóc
b) Dây quấn rôto
- Dây quấn rôto của máy điện không đồng bộ chia thành hai loại: loại rôto kiểu dây quấn và loại
rôto kiểu lồng sóc.
- Động cơ sử dụng Rotor kiểudây quấn có thể điều chỉnh tốc độ trong một chừng mực nhất định,
có thể tạo momen khởi động lớn mà dòng khởi động không lớn lắm. Nhưng chế tạo phúc tạp, nên
giá thành cao, và việc bảo quản cũng khó khăn.
- Động cơ kiểu Rotor lồng sóc có cấu tạo đơn giản, dễ sản xuất, nên chiếm một số lượng khá
lớn trong các loại động cơ công suất nhỏ và trung bình…

Phần 1. Giới thiệu về phần quay của động cơ KĐB rôto lồng sóc


Loại rôto kiểu dây quấn:
- Dây quấn được đặt trong rãnh của lõi thép rôto. Dây quấn 3 pha của rôto thường đấu hình sao (Y),
ba đầu còn lại được nối với ba vòng trượt làm bằng đồng cố định ở đầu trục (hình 2-a), tì lên ba
vòng trượt là ba chổi than (hình 2-b). Thông qua chổi than có thể ghép thêm điện trở phụ hay đưa
sức điện động phụ vào mạch rôto để cải thiện đặc tính mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện
cosϕ. Khi làm việc bình thường dây quấn rôto được nối ngắn mạch
Phần 1. Giới thiệu về phần quay của động cơ KĐB rôto lồng sóc
Hình 2. Rôto kiểu dây quấn (a) và sơ đồ mạch điện (b) tương ứng
a)
R
b)
Vòng trượt
Chổi than
Dây quấn rôto
Phần 1. Giới thiệu về phần quay của động cơ KĐB rôto lồng sóc

Loại rôto kiểu lồng sóc (còn gọi là rôto ngắn mạch)
- Trong mỗi rãnh của lõi thép rôto đặt vào thanh dẫn bằng đồng hoặc bằng nhôm, hai đầu dài ra khỏi
lõi thép. Các thanh dẫn được nối tắt lại với nhau ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch cũng bằng
đồng hoặc nhôm tạo thành một cái lồng (quen gọi là lồng sóc) như ở hình3a.
- Để cải thiện tính năng mở máy, trong các máy có công suất tương đối lớn rãnh rôto thường làm
rãnh sâu hoặc lồng sóc kép (2 rãnh lồng sóc). Trong máy điện cỡ nhỏ, rãnh rôto thường làm chéo đi
một góc so với tâm trục để cải thiện dạng sóng s.đ.đ (hình 3b).
Phần 1. Giới thiệu về phần quay của động cơ KĐB rôto lồng sóc
Hình 3. Dây quấn rôto lồng sóc (a) và rôto lồng sóc rãnh chéo (b)
a)
b)
Phần 1. Giới thiệu về phần quay của động cơ KĐB rôto lồng sóc


Ngoài ra ở phần quay của động cơ KĐB roto lồng sóc còn có các bộ phận khác như trục máy, cánh
quạt làm mát (với động cơ cỡ nhỏ).
Phần 2. Rôto kiểu lồng sóc
2.1 Đặc điểm loại động cơ rotor kiểu lồng sóc

Ưu điểm
- Cấu tạo đơn giản (nhất là loại đúc nhôm). Do đó chiếm một số lượng khá lớn trong loại động cơ điện
công suất nhỏ và trung bình.

Nhược điểm
- Điều chỉnh tốc độ khó khăn.
- Dòng khởi động lớn. Thường là gấp 6 ÷7 lần dòng điện định mức.

Để khắc phục nhược điểm này người ta đã chế tạo động cơ KĐB rotor lồng sóc với nhiều cấp tốc độ.
Và dùng rotor rãnh sâu, lồng sóc kép để hạ dòng điện khởi động, đồng thời tăng mômen khởi động.
Phần 2. Rôto kiểu lồng sóc
2.2 Thiết kế lõi sắt rotor

Hình ảnh về lõi sắt Rotor
(a)
Phần 2. Rôto kiểu lồng sóc
2.2 Thiết kế lõi sắt rotor

Chọn số rãnh rotor
- Việc chọn số rãnh rôto lồng sóc (Z2) là một vấn đề quan trọng vì khe hở không khí của máy nhỏ, khi
mở máy momen phụ do từ thông sóng bậc cao gây nên ảnh hưởng đến quá trình mở máy và ảnh
hưởng cả đến đặc tính làm việc.
- Việc chọn Z2 thích hợp sao cho có thể hạn chế các momen phụ đồng bộ, không đồng bộ. Cũng như
momen phụ gây rung và ồn ta tuân theo sự phối hợp số rãnh Stator (Z1) và số rãnh rotor (Z2)
như sau:

Phần 2. Rôto kiểu lồng sóc
2.2 Thiết kế lõi sắt rotor

Để loại trừ momen phụ đồng bộ khi mở máy, cần chọn:
+ Z2 ≠ Z1
+ Z2 ≠ 0,5 . Z1
+ Z2 ≠ 2 . Z1
+ Z2 ≠ 6 . P . g với g=1,2,3…
Phần 2. Rôto kiểu lồng sóc
2.2 Thiết kế lõi sắt rotor

Để tránh momen đồng bộ khi quay ,ta chọn:
+ Z2 ≠ (6 .p ± 2pg)
+ Z2 ≠ (Z1 ± 2p)
+ Z2 ≠ (2Z1 ± 2p)
+ Z2 ≠ (0,5 ± p)
+ Z2 ≠ (Z1 ± p)
Phần 2. Rôto kiểu lồng sóc
2.2 Thiết kế lõi sắt rotor

Để tránh lực hướng tâm do momen không đồng bộ sinh ra trong khi quay ,cần chọn:
+ Z2 - Z1 ≠ 0, 1, 2
+ Z2 – Z1 ≠ p, p+1
+ Z2 – Z1 ≠ 2p, 2p ± 1, 2p ± 2
+ Z2 – Z1 ≠ 2p
Phần 2. Rotor kiểu lồng sóc
2.2 Thiết kế lõi sắt rotor

Để giảm bớt sóng hài bậc cao hay còn gọi là lực điện từ họa tần bậc cao, giúp cho Rotor chạy
êm hơn. Người ta thường làm nghiêng rãnh ở Rotor, và nghiêng một bước răng Stator

- Khi làm nghiêng rãnh thì sự phối hợp số rãnh Z
1
và Z
2
cho phép rộng rãi hơn. Tuy vậy nó sẽ làm cho
momen cực đại và cosφ hạ thấp xuống một ít. Vì vậy không nên lấy b
n
quá lớn

1
n
D
b
Z
π
=
Phần 2. Rotor kiểu lồng sóc
2.2 Thiết kế lõi sắt rotor

Thường trong các máy KĐB công suất nhỏ ta chọn
Z
2
< Z
1
để cho răng rãnh Rotor khỏi quá nhỏ.

Trong các máy KĐB công suất lớn , để giảm điện kháng tản Rotor, ta chọn Z
2
> Z

1
Phần 2. Rotor kiểu lồng sóc
2.2 Thiết kế lõi sắt rotor

Chọn dạng rãnh cho Rotor
- Thiết kế dạng rãnh Rotor cũng là xác định diện tích rãnh (tức là diện tích thanh dẫn của lồng sóc)
- Do điện trở r
2
và điện kháng tản x
2
của Rotor có quan hệ với hình dạng rãnh Rotor nên khi Stator đã
thiết kế xong thì việc thiết kế dạng rãnh Rotor trực tiếp ảnh hưởng đến tính năng của máy
- Ngày nay, với những máy có chiều cao tâm trục
h = 50 ÷ 355 mm thường lồng sóc được đúc bằng nhôm
+ Khi h = 50 ÷ 250 mm thường sử dụng phương pháp đúc áp lực
+ Khi h > 280 mm dùng phương pháp đúc rung hay đúc trọng lực
Phần 2. Rotor kiểu lồng sóc
2.2 Thiết kế lõi sắt rotor
- Dạng rãnh như hình bên thường dùng cho máy
KĐB Rotor lồng sóc có chiều cao tâm trục h <
160 mm. Trong đó thường lấy:
b
42
= 1mm,h
42
= 0,5÷1mm
d
1
/ d
2

=(6,5÷7,5)/(4÷6)mm
h
r2
= 10÷20 mm
h
r2
h
12
d
2
d
1
b
42
h
42
Hình 4

M t vài d ng rãnh Rotor thông d ng tham kh oộ ạ ụ để ả
Phần 2. Rotor kiểu lồng sóc
2.2 Thiết kế lõi sắt rotor
- Khi h ≥ 180 mm ta dùng rãnh sâu hình ôvan
như hình bên. Với các kích thước:
b
42
= 1,5 mm,
h
42
= 0,5 ÷ 1,5 mm
d

1
= d
2
= b
r2
= 3,5 ÷ 6mm

h
1
h
r2
b
42
h
42
d
1
d
1
Phần 2. Rotor kiểu lồng sóc
2.2 Thiết kế lõi sắt rotor
- Động cơ càng lớn, tốc độ càng
cao thì chiều sâu của rãnh
Rotor h
r2
càng lớn
h
1
b
42

b
r2
h
42
h
r2
Phần 2. Rotor kiểu lồng sóc
2.2 Thiết kế lõi sắt rotor

Thiết kế rãnh Rotor phải làm sao cho mật độ từ thông ở răng và gông Rotor phải nằm trong phạm vi
thích hợp (tham khảo các bảng 10.5 trang 240 giáo trình thiết kế máy điện). Trước khi thiết kế rãnh
phải định kích thước tối thiểu của răng và gông Rotor.

Mặt khác tiết diện rãnh Rotor cũng chính là tiết diện thanh dẫn lồng sóc vậy nên phải tính toán sao
cho mật độ dòng điện trong thanh dẫn Rotor thích hợp:
- Đối với thanh dẫn đúc bằng nhôm, mật độ dòng điện trong thanh dẫn J
td
= 2,5 ÷ 3,5 A/ mm
2

- Đối với thanh dẫn đúc bằng đồng mật độ dòng điện trong thanh dẫn J
td
= 4 ÷ 8 A/ mm
2

Phần 2. Rotor kiểu lồng sóc
2.2 Thiết kế lõi sắt rotor

Mật độ dòng điện ở vòng ngắn mạch J
v

chọn thấp hơn mật độ dòng điện trong thanh dẫn 20 ÷ 25 %

Dòng điện trong thanh dẫn
- Trong đó k
I
tra theo hình 10-5 trang 244 giáo trình TKMĐ

Dòng điện trong vòng ngắn mạch

1 1 1 1 1
2 1 1
2 2 2 2
w 6
w
d d
td I I
d
m k w k
I I k I k I
m k Z
= = = =
2
2sin
td
v
I
I
p
Z
π

=
Phần 2. Rotor kiểu lồng sóc
2.2 Thiết kế lõi sắt rotor

Tiết diện sơ bộ của thanh dẫn S
td

Tiết diện sơ bộ của vành ngắn mạch S
v

Chiều cao vành ngắn mạch thường lấy cao hơn chiều cao rãnh Rotor
td
td
td
I
S
J
=
v
v
v
I
S
J
=
2
1,2
v r
b h≥
Phần 2. Rotor kiểu lồng sóc

2.2 Thiết kế lõi sắt rotor
Hình ảnh vành ngắn mạch trong Rotor lồng sóc