Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy điẹn một chiều công suất đến 220kW

công ty TNHH nhà nớc một thành viên
chế tạo điện cơ hà nội








báo cáo tổng kết đề tài cấp nhà nớc
m số kc 06.19cn



nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy điện
một chiều công suất đến 200KW




Chủ nhiệm đề tài: ThS Hoàng Thị Lơng Hòa

5776
24/4/2006





Hà Nội 2006




1
Mục lục
Mục lục Trang
Lời mở đầu......................................................................................................................... 3
Chơng 1 Nhu cầu sử dụng máy điện một chiều công suất đến 200kW ở Việt Nam 9
1.1 Nhu cầu sử dụng máy điện một chiều công suất đến 200kW......................... 9
1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nớc và trong nớc............................ 11
1.3 Xác định thông số kỹ thuật, yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm mẫu.................. 13
Chơng 2
Thiết kế máy điện một chiều........................................................................
17
2.1 Thiết kế tính toán máy điện một chiều........................................................... 17
2.1.1 Thiết kế tính toán điện từ................................................................................ 17
2.1.2 Lập trình phần mềm thiết kế tính toán điện từ................................................ 19
2.1.3 Xác định giá trị sử dụng của phần mềm thiết kế tính toán.............................. 22

2.1.4 Thiết kế tính toán kết cấu................................................................................ 23
2.2 Thiết kế kết cấu máy điện một chiều.............................................................. 41
2.2.1 Lựa chọn kết cấu của sản phẩm mẫu..............................................................
42
2.2.2 Giới thiệu về kết cấu và vật liệu sử dụng........................................................ 42
Chơng 3 Nghiên cứu công nghệ chế tạo máy điện một chiều................................... 50
3.1 Công nghệ chế tạo cổ góp điện....................................................................... 51
3.1.1 ảnh hởng của kết cấu và chế độ làm việc đến công nghệ chế tạo cổ góp 51
3.1.2 Công nghệ chế tạo các chi tiết cổ góp điện..................................................... 52
3.1.3 Định hình cổ góp............................................................................................ 63
3.2 Công nghệ chế tạo các bộ dây........................................................................ 64
3.2.1 Công nghệ chế tạo bộ dây phần ứng............................................................... 64
3.2.2 Công nghệ chế tạo cuộn dây cực từ................................................................ 67
3.3 Công nghệ chế tạo các chi tiết cơ khí............................................................. 69
3.3.1 Công nghệ chế tạo thân.................................................................................. 69
3.3.2 Công nghệ gia công thân................................................................................ 70
3.3.3 Công nghệ chế tạo các chi tiết cơ khí khác.................................................... 71
3.4 Công nghệ chế tạo cụm giá than.................................................................... 71


2
3.4.1 Công nghệ chế tạo giá thanh gá hộp than....................................................... 71
3.4.2 Công nghệ chế tạo cụm hộp than.................................................................... 72
3.4.3 Kiểm tra cụm hộp than.................................................................................... 73
3.5 Lắp ráp máy điện một chiều............................................................................ 73
3.6 Xây dựng bộ quy trình công nghệ chế tạo máy điện một chiều......................
78
Chơng 4
Chế tạo sản phẩm của đề tài-động cơ một chiều 200kW-750vg/ph-440V..... 81
4.1 Chuẩn bị điều kiện kỹ thuật cho chế tạo sản phẩm......................................... 81

4.2 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ để chế tạo sản phẩm................................... 83
4.3 Giá trị sử dụng của bộ quy trình công nghệ.................................................... 86
Chơng 5 Thử nghiệm đánh giá chất lợng máy điện một chiều.............................. 88
5.1 Xác định các tiêu chuẩn thử nghiệm............................................................... 88
5.1.1 Xác định các tiêu chuẩn thử nghiệm máy điện một chiều.............................. 88
5.1.2 Tiêu chuẩn thử nghiệm động cơ một chiều 200kW........................................ 90
5.2 Xây dựng phơng pháp và quy trình thử nghiệm............................................ 95
5.3 Thử nghiệm sản phẩm của đề tài - ĐCMC 200kW-750vg/ph440V................ 97
5.3.1 Chuẩn bị điều kiện kỹ thuật cho thử nghiệm..................................................
97
5.3.2 Thành lập Tổ công tác nghiệm thu sản phẩm................................................. 98
5.3.3 Thử nghiệm động cơ 200kW-750vg/ph-440V................................................ 99
5.3.4 Xác định các chỉ tiêu thông số kỹ thuật, đánh giá chất lợng sản phẩm........ 108
5.3.5 Xác định giá trị sử dụng của sản phẩm........................................................... 110
Chơng 6 Đánh giá kết quả nghiên cứu của đề tài...................................................... 112
6.1 Kết quả nghiên cứu của đề tài......................................................................... 112
6.2 Khả năng ứng dụng các kết quả nghiên cứu của đề tài................................... 114
6.3 Đánh giá kết quả đào tạo nguồn nhân lực.......................................................
117
Kết luận và kiến nghị.......................................................................................................
120
Lời cảm ơn......................................................................................................................... 128
Tài liệu tham khảo........................................................................................................... 130
Phụ lục............................................................................................................................... 131



3
Lời mở đầu

Đề tài khoa học cấp nhà nớc "Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy điện một
chiều công suất đến 200kW" đợc Bộ Khoa học và Công nghệ giao cho Công ty
TNHH Nhà nớc một thành viên Chế tạo Điện cơ Hà nội chủ trì thực hiện.
Mục tiêu của đề tài là thiết kế và chế tạo đợc máy điện một chiều có công suất
đến 200kW đạt tiêu chuẩn quốc tế IEC, có giá thành 80% sản phẩm nhập ngoại, hoàn
thiện đợc công nghệ chế tạo và các phơng tiện kiểm nghiệm máy điện một chiều,
nâng cao năng lực chế tạo máy điện một chiều của ngành thiết bị điện Việt Nam và của
Công ty Chế tạo Điện cơ Hà nội.
Trong các đề tài trớc đây do Công ty CTAMAD thực hiện nh đề tài KC-04-05
"Nghiên cứu công nghệ chế tạo động cơ điện và thiết bị đồng bộ đến 500kW"; đề tài
KHCN-05-02 "Nghiên cứu thiết kế và công nghệ để chế tạo động cơ điện không đồng
bộ công suất đến 2100kW"; đề tài 119 "Nghiên cứu thiết kế và công nghệ chế tạo động
cơ điện đồng bộ công suất đến 500kW" có các nội dung nghiên cứu có thể áp dụng cho
quá trình chế tạo sản phẩm mẫu của đề tài nh: công nghệ tẩm sấy chân không, cân
bằng động, công nghệ gia công các chi tiết cơ khí. Tuy vậy nội dung nghiên cứu của đề
tài vẫn rất lớn do máy điện một chiều có kết cấu và công nghệ chế tạo rất phức tạp. ở
nớc ngoài máy điện một chiều đợc chế tạo từ vài W đến hàng chục nghìn kW. Các
hãng sản xuất máy điện-thiết bị điện lớn đều có các dây chuyền sản xuất máy điện một
chiều ở châu Âu, châu Mỹ có hãng ABB (Thụy điển), hãng VEM, hãng SIEMEN
(CHLB Đức), hãng GENERAL (Mỹ), hãng ALSTOM (pháp), hãng ALSALDO
(Italya)...ở châu á, Trung Quốc có tập đoàn máy điện Thợng Hải, nhà máy điện cơ
Tơng Đàm, Tây An..., các nớc Nhật Bản, Đài Loan có công nghệ chế tạo máy điện
quay rất tiên tiến, sản phẩm máy điện một chiều của các nớc kể trên đợc sử dụng
nhiều trên các dây chuyền sản xuất và trong các ngành kinh tế quốc dân nh ximăng,
thép, hóa chất, mía đờng, đờng sắt, giao thông vận tải...
Với sự tiến bộ không ngừng của các ngành khoa học kỹ thuật, nhiều loại vật liệu
tiên tiến đợc nghiên cứu chế tạo. Liên quan đến máy điện có các vật liệu dẫn từ, vật
liệu cách điện ngày càng đạt chất lợng cao với công nghệ chế tạo hiện đại. Trên cơ sở
nghiên cứu sử dụng các vật liệu mới, máy điện một chiều ngày càng đ
ợc thiết kế nhỏ

gọn nhằm giảm đến mức tối đa các chi phí sản xuất và tăng tuổi thọ của sản phẩm.
Các máy điện một chiều có công suất trung bình và lớn đợc chế tạo theo đơn
đặt hàng, do vậy khi cần thay thế thì thời gian chế tạo, vận chuyển từ nớc ngoài về

4
thờng kéo dài 6 đến 7 tháng. Hiện tại ở Việt nam không có cơ sở nào chế tạo đợc
máy điện một chiều mặc dù máy điện một chiều đợc sử dụng ngày càng nhiều do có
các tính năng u việt về khả năng điều chỉnh tốc độ và ổn định tốc độ khi tải thay đổi.
Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài có 6 chơng với các nội dung
chính nh sau:
Chơng 1. Nhu cầu sử dụng máy điện một chiều công suất đến 200kW ở Việt
Nam.
Qua nghiên cứu khảo sát ở các cơ sở sản xuất, các ngành kinh tế quốc dân, qua
các đơn hàng, khách hàng của Công ty, qua hội thảo đề tài đã tìm hiểu nhu cầu thực tế
các loại máy điện một chiều đợc sử dụng nhiều ở Việt Nam, các yêu cầu khi sử dụng
ở Việt Nam, nơi có môi trờng làm việc và điều kiện làm việc khắc nghiệt.
Đề tài đã chọn đối tợng nghiên cứu là động cơ một chiều 200kW-750vg/ph-
440V là sản phẩm có công suất tối đa trong phạm vi nghiên cứu, đợc sử dụng nhiều
và có điều kiện thử nghiệm thực tế.
Căn cứ vào nhu cầu sử dụng, các tiêu chuẩn cần đạt đợc nh tiêu chuẩn quốc tế
IEC, tiêu chuẩn Việt Nam, các yêu cầu kỹ thuật, các thông số kỹ thuật của động cơ đã
đợc xác định làm căn cứ cho việc triển khai thiết kế sản phẩm.
Chơng 2. Thiết kế máy điện một chiều.
Công việc thiết kế sản phẩm đợc chia thành 2 giai đoạn. Giai đoạn 1 là thiết kế
tính toán và giai đoạn 2 là thiết kế kết cấu.
Thiết kế tính toán đợc bắt đầu từ việc tiến hành lựa chọn phơng pháp thiết
kế tính toán. Qua nghiên cứu các tài liệu, sách, các giáo trình, đề tài đã lựa chọn
phơng pháp tính toán thiết kế của Liên Xô (cũ) đợc dựa trên cơ sở lý thuyết vững
chắc và Liên xô có nền công nghệ chế tạo máy điện phát triển mạnh. Phơng pháp tính
đợc sử dụng để tiến hành tính toán phần điện từ, viết các thuật toán, thiết kế giao diện,

đồ hoạ, thiết kế các môdul nhập dữ liệu cho phần mềm tính toán phần điện từ. Phần
mềm tính toán vận dụng ngôn ngữ lập trình tiên tiến, thuật toán phù hợp, kết quả
chính xác đã nhanh chóng thực hiện hàng trăm phép tính và cho ra nhiều phơng án
sản phẩm khi thay đổi các dữ liệu cho phép ngời thiết kế chọn đợc phơng án tối u
cho sản xuất (phơng án sản phẩm đạt thông số kỹ thuật với chi phí thấp nhất). Phần
mềm tính toán xác định đợc toàn bộ các kích thớc và thông số cơ bản của các bộ
phận dẫn điện và dẫn từ nh gông thân, phần ứng, các bộ dây, các cực từ.v.v..
Thiết kế tính toán kết cấu bao gồm tính toán các kích thớc cơ bản của cổ góp,
tính kiểm tra độ cứng vững của trục, tính chuỗi kích thớc.v.v.. Các kết quả nhận đợc

5
từ phần mềm tính toán và tính toán thông thờng đợc kiểm chứng bằng cách so sánh
với nhau và so sánh với kết quả của các thông số kỹ thuật của động cơ do Liên xô (cũ)
chế tạo và động cơ do đề tài chế tạo cho thấy độ tin cậy và khả năng sử dụng phần
mềm cho công tác thiết kế máy điện một chiều.
Đề tài tổ chức nghiên cứu kết cấu tổng quan của động cơ do Liên xô chế tạo và
phân tích lựa chọn kết cấu, vật liệu để chế tạo. Kết cấu của động cơ phải chắc chắn, dễ
dàng tháo lắp, phù hợp để lắp đặt lên máy xúc, có tính công nghệ. Vật liệu phải là các
vật liệu mới đang đợc sử dụng để chế tạo máy điện một chiều tại các nớc có công
nghiệp phát triển đợc lựa chọn để chế tạo sản phẩm, đề tài sử dụng cách điện cấp F để
tăng khả năng làm việc quá tải cho động cơ.
Dựa vào các kích thớc cơ bản nhận đợc từ thiết kế tính toán để thực hiện thiết
kế kết cấu trên máy tính toàn bộ các chi tiết, cụm chi tiết, tổng đồ của động cơ 200kW.
Chơng 3. Nghiên cứu công nghệ chế tạo máy điện một chiều
Nghiên cứu công nghệ là nội dung quan trọng của đề tài, trong đó bao gồm các
công việc lập phơng án công nghệ; thiết kế và chế tạo các thiết bị chuyên dùng,
khuôn, gá, dỡng, dụng cụ cho các bớc công nghệ; chế tạo thử chi tiết, cụm chi tiết để
hiệu chỉnh hoàn thiện; xây dựng quy trình công nghệ. Đề tài tập trung nghiên cứu công
nghệ để chế tạo các cụm chi tiết đặc thù của máy điện một chiều nh:
- Công nghệ chế tạo các bộ dây máy điện một chiều (cuộn dây cực chính, cực

phụ, bộ dây phần ứng);
- Công nghệ chế tạo cổ góp điện;
- Công nghệ chế tạo cực từ (cực chính, cực phụ);
- Công nghệ chế tạo cụm giá than;
- Công nghệ chế tạo các chi tiết cơ khí;
- Công nghệ băng đai;
- Công nghệ tẩm sấy và cân bằng động;
- Công nghệ lắp ráp máy điện một chiều;
Nghiên cứu chế tạo cổ góp điện là nhiệm vụ khó khăn phức tạp nhất và cũng là
quan trọng nhất của đề tài. Cổ góp đợc ghép từ nhiều chi tiết rời (cổ góp động cơ
200kW có 348 chi tiết), bề mặt lắp ghép là mặt côn hình nón. Khi làm việc cổ góp chịu
tác động của lực li tâm, lực ma sát, của nhiệt độ, tia lửa điện, bụi than nên các lam
đồng có xu hớng bung ra, bị xây xớc, đánh lõm, ăn mòn bề mặt dẫn đến làm hỏng
bộ dây phần ứng, gây h hỏng cổ góp và phá huỷ máy điện một chiều. Chế tạo một chi

6
tiết không đạt dung sai kích thớc, yêu cầu kỹ thuật, thực hiện sai hay nhầm lẫn một
bớc nguyên công, một thao tác cũng có thể làm hỏng cổ góp. Trong công nghệ chế
tạo cổ góp đề tài tập trung giới thiệu:
- Công nghệ chế tạo lam đồng;
- Công nghệ chế tạo vành góp;
- Công nghệ gia công các cốc ép;
- Công nghệ chế tạo phễu cách điện;
- Công nghệ định hình cổ góp;
Quy trình công nghệ để chế tạo các chi tiết, cụm chi tiết máy điện một chiều
200kW đợc xây dựng thành bộ quy trình và đợc sử dụng để chế tạo ra sản phẩm. Bộ
quy trình công nghệ đã đợc hoàn thiện và ban hành để sử dụng theo các quy định
trong các tiêu chuẩn quản lý chất lợng ISO 9001:2000.
Chơng 4. Chế tạo sản phẩm của đề tài-động cơ một chiều 200kW-750vg/ph-
440V.

Đề tài đã tiến hành thiết kế, chế tạo toàn bộ các thiết bị chuyên dùng, các khuôn
gá, dỡng kiểm, các dụng cụ để thực hiện các bớc công nghệ; tổ chức nghiên cứu chế
tạo thử các chi tiết, cụm chi tiết để hoàn thiện và đa các thiết bị khuôn gá vào chế tạo
sản phẩm của đề tài.
Động cơ một chiều 200kW đợc tổ chức chế tạo tại Công ty CTAMAD. Có
nhiều công nghệ phức tạp nh chế tạo phễu cách điện, chế tạo cổ góp, chế tạo cuộn
cực phụ, chế tạo bộ dây phần ứng gặp không ít lần thất bại. Trong khi chế tạo cổ góp
điện đã bị loại bỏ khi đã qua hầu hết các bớc công nghệ phức tạp chỉ vì lý do là đã
phay xẻ rãnh sau khi ghép hoàn thiện cổ góp.
Đề tài đã tổ chức đoàn khảo sát các cơ sở sản xuất máy điện một chiều ở Trung
Quốc, tổ chức hội thảo khoa học "Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy điện một chiều
công suất đến 200kW" nhằm học tập, lắng nghe, nhận đợc các ý kiến đóng góp cho
đề tài của các nhà chế tạo; các chuyên gia, các giáo s, tiến sỹ và các cơ sở sử dụng
máy điện một chiều.
Chơng 5. Thử nghiệm đánh giá chất lợng máy điện một chiều.
Nhiệm vụ thử nghiệm đánh giá chất lợng động cơ một chiều 200kW rất quan
trọng. Chất lợng của động cơ cũng là chất lợng nghiên cứu của đề tài. Dựa vào các
yêu cầu kỹ thuật, các thông số kỹ thuật, các tiêu chuẩn quốc tế (IEC), tiêu chuẩn Việt
Nam liên quan đến thử nghiệm, các sách tham khảo đề tài đã nghiên cứu để xây dựng
tiêu chuẩn thử nghiệm, phơng pháp thử nghiệm, quy trình thử nghiệm động cơ một

7
chiều và biên soạn các tiêu chuẩn cơ sở "Máy điện một chiều, tiêu chuẩn thử nghiệm,
TCCS 35-05", "Máy điện một chiều, quy trình thử nghiệm, TCCS 35-06".
Tổ chức tiến hành thử nghiệm điển hình đối với động cơ một chiều 200kW là
nhiệm vụ phức tạp do động cơ có chế độ làm việc đặc biệt mà phòng thí nghiệm của
Công ty CTAMAD không đáp ứng hết đợc.
Động cơ có chế độ làm việc danh định gián đoạn, có tốc độ quay thay đổi, có
đảo chiều quay thờng xuyên, tốc độ của động cơ có thể lên đến 1,28 lần tốc độ danh
định, tải của động cơ luôn thay đổi. Động cơ đợc thử nghiệm theo 3 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Thử nghiệm đến 45% tải tại phòng thí nghiệm máy điện quay của
Công ty.
- Giai đoạn 2: Thử nghiệm tại hiện trờng theo đúng chế độ làm việc và công
suất thiết kế (động cơ đợc lắp trên máy xúc ]7-5A của Công ty Apatit Việt
Nam)
- Giai đoạn 3: Thử khả năng làm việc lâu dài của động cơ. Động cơ tiếp tục đợc
vận hành phục vụ sản xuất. Giai đoạn này do đơn vị chủ trì đề tài đề xuất thực
hiện nhằm chứng minh tính ổn định của công nghệ, chất lợng chế tạo và giá trị
sử dụng thực tế của sản phẩm.
Tham gia thử nghiệm đề tài ngoài cơ quan chủ trì đề tài còn có Tổ công tác gồm
các chuyên gia trong lĩnh vực máy điện, các giáo s, tiến sỹ và các cán bộ kỹ thuật,
công nhân vận hành của Công ty Apatit Việt Nam.
Qua thử nghiệm đã xác định đợc toàn bộ các thông số kỹ thuật, các đờng đặc
tính của động cơ. Động cơ đợc thống nhất đánh giá có kiểu dáng, mẫu mã công
nghiệp, đạt toàn bộ các thông số kỹ thuật đề ra. Động cơ làm việc ổn định, vận hành
3ca/ngày phục vụ sản xuất đạt năng suất thiết kế từ ngày 21/11/2005 đến nay, các
thông số kỹ thuật tơng đơng động cơ do Liên xô chế tạo.
Chơng 6. Đánh giá kết quả nghiên cứu của đề tài.
Các nghiên cứu của đề tài đã đa ra các kết quả là các sản phẩm theo yêu cầu
mà Bộ KH&CN đề ra cho đề tài.
Các kết quả nghiên cứu chính của đề tài nh phần mềm thiết kế tính toán, tập
thiết kế sản phẩm, các quy trình công nghệ, các tiêu chuẩn tiếp tục đợc sử dụng nh
tài liệu kỹ thuật của Công ty.
Các thiết bị, khuôn gá, dụng cụ đã đợc thiết kế chế tạo để nghiên cứu công
nghệ và chế tạo động cơ 200kW tiếp tục đợc sử dụng để chế tạo các sản phẩm khác.

8
Động cơ một chiều 200kW-750vg/ph-440V qua thử nghiệm đã chứng minh
đợc phần mềm tính toán, tập thiết kế sản phẩm, các nghiên cứu công nghệ, quy trình
công nghệ là đạt yêu cầu; Công nghệ chế tạo ổn định; Động cơ có khả năng làm việc

lâu dài đạt công suất thiết kế.
Quá trình thực hiện đề tài, cơ quan chủ trì đề tài đã tổ chức và tạo mọi điều kiện
thuận lợi cho đông đảo các kỹ s thiết kế, công nghệ, kỹ thuật xởng, công nhân kỹ
thuật, cử nhân kinh tế tham gia nghiên cứu thực hiện các nội dung của đề tài (có trên
70 ngời tham gia). Qua đó đã nâng cao đợc trình độ chuyên môn, tay nghề, phơng
pháp nghiên cứu khoa học, tính năng động sáng tạo cho đội ngũ CBCNV còn rất trẻ
của Công ty.






9
chơng 1.
Nhu cầu sử dụng máy điện một chiều
công suất đến 200kW ở việt nam

1.1 Nhu cầu sử dụng máy điện một chiều công suất đến 200kW
Cùng với khó khăn của kinh tế đất nớc từ cuối những năm 70 nhu cầu về máy
điện một chiều không nhiều, đơn hàng lại lẻ tẻ, việc sản xuất đơn chiếc phải kéo dài
thời gian chế tạo và đẩy giá thành máy điện một chiều sản xuất trong nớc lên cao hơn
cả sản phẩm nhập ngoại nên Công ty CTAMAD - đơn vị duy nhất có khả năng chế tạo
máy điện một chiều công suất nhỏ dừng hẳn việc chế tạo máy điện một chiều.
Nh vậy là trong hơn 25 năm từ cuối những năm 1970 đến nay ở Việt Nam
không có doanh nghiệp nào sản xuất máy điện một chiều. Trớc năm 1980 máy điện
một chiều lớn nhất đợc chế tạo thử là động cơ một chiều 21kW chỉ đạt công suất
16kW, không đạt yêu cầu kỹ thuật và các chỉ tiêu thông số kỹ thuật.
Bớc vào thời kỳ đổi mới, các ngành kinh tế từng bớc vợt qua khó khăn của
thời kỳ đầu xoá bỏ bao cấp, phục hồi sản xuất. Từ những năm 1990 việc đầu t các dây

truyền đồng bộ sản xuất xi măng, thép, điện, giấy, phân bón hoá chất, khai thác mỏ,
chế biến thực phẩm mía đờng, giao thông đờng bộ, đờng sắt phát triển mạnh mẽ.
Từ cuối những năm 90 bắt đầu xuất hiện nhu cầu sửa chữa các máy điện một
chiều. Sau một thời gian sử dụng với điều kiện môi trờng làm việc khắc nghiệt: khí
hậu Việt Nam nóng ẩm, độ ẩm tại miền Bắc nhiều khi lên đến 90-100%, môi trờng
làm việc có nhiều bụi bẩn (bụi xi măng, bụi than, hoá chất, hơi nớc); Ngoài ra còn
do hạn chế về trình độ quản lý, sử dụng thiết bị, việc thực hiện các quy trình bảo dỡng
cha nghiêm túc nên nhiều máy điện một chiều bị h hỏng hoặc đến thời kỳ cần sửa
chữa và cần thay thế.
Việc sản xuất của các ngành hàng trong cơ chế thị trờng yêu cầu phải liên tục.
Các dây truyền sản xuất xi măng, thép, dây và cáp điện chỉ cần ngừng sản xuất có thể
gây thiệt hại hàng tỷ đồng mỗi ngày. Trong các thời vụ sản xuất của ngành mía đờng,
ngành sản xuất chế biến thực phẩm dừng sản xuất sẽ ảnh hởng đến cả vùng dân c.
Trong những năm qua Công ty CTAMAD đã đợc tham gia sửa chữa nhiều các
loại máy điện một chiều trong đó có các động cơ 3700kW, 1650kW, máy phát 830kW,
động cơ 400kW, động cơ 315kW, động cơ 250kW, động cơ 200kW, động cơ 118kW...
và nhiều máy điện một chiều dới 100kW.

10
Các khách hàng của Công ty là các doanh nghiệp thuộc Tổng công ty xi măng
(Xi măng Bỉm sơn, xi măng Hà tiên, xi măng Hoàng Thạch, xi măng Hải phòng),
các công ty xi măng liên doanh với nớc ngoài (Xi măng Sao mai, Chinfon, Nghi sơn),
Công ty gang thép Thái nguyên, Công ty thép Việt ý, Công ty thép Miền trung, Công
ty mía đờng Nông cống, Công ty mía đờng Lam sơn, Nhà máy nhiệt điện Ninh bình,
xí nghiệp đầu máy Hà nội, Công ty Apatít Việt nam, Nhà máy nhiệt điện Phả lại
Có nhiều sản phẩm đợc sử dụng rất rộng rãi nh các động cơ 200kW-
750vg/ph-440V đợc lắp đặt trên các máy xúc tại các cơ sở khai thác quặng, cát, sỏi,
đá các động cơ 200kW dùng trong ngành đờng sắt, trong ngành mía đờng, các
động cơ nhỏ hơn 200kW đợc sử dụng rất nhiều trên các dây truyền sản xuất.
Qua khảo sát trên thị trờng, nhóm đề tài bớc đầu xác định nhu cầu sử dụng

máy điện một chiều và lập bảng nh sau:
Bảng 1. Nhu cầu sử dụng máy điện một chiều trong một số ngành kinh tế.
Ngành sử dụng Nhu cầu
Số nhà máy, doanh
nghiệp
Ngành đờng sắt Trong 1 đầu máy diezen D18E cần:
01 máy phát một chiều 830kW; 04
động cơ một chiều 200kW
100 đầu máy
Giấy, hoá chất Động cơ một chiều đến 200kW
Trên 40 cái

Khai thác mỏ, khai
thác xi măng, cát, sỏi,
đá....

Trong một máy xúc ]7-5A: 02 máy
phát 1 chiều 250kW
02 máy phát 1 chiều 65kW
01 động cơ 1 chiều 200kW
02 động cơ 1 chiều 60kW
02 động cơ 1 chiều 54kW
Ngoài ra còn nhiều động cơ điện
loại nhỏ khác
Hàng trăm cơ sở khai thác
Ngành thép

Nhà máy cán thép:
20 động cơ 1 chiều 315kW
02 động cơ 1 chiều 1600kW

10 nhà máy
Ngành Xi măng Động cơ một chiều đến 500kW 35 doanh nghiệp
Mía đờng Động cơ một chiều đến 250kW 27 nhà máy

11

Dạng h hỏng của các máy điện một chiều (chập nổ hoặc suy giảm cách điện)
thờng liên quan đến phần dẫn điện nh bộ dây phần ứng, cuộn dây cực, cổ góp điện.
Máy điện một chiều bị sự cố phải thay mới cổ góp điện, thì khách hàng mua máy mới
vì trong nớc không chế tạo đợc cổ góp điện.
Qua nhu cầu thực tế, Công ty CTAMAD đã nhận định phải vơn lên để làm mới
đợc cổ góp điện phục vụ sửa chữa và để chế tạo đợc máy điện một chiều thay thế các
máy điện một chiều bị h hỏng cho khách hàng. Công ty CTAMAD đã khảo sát các cơ
sở dùng nhiều máy điện một chiều, tham khảo ý kiến của khách hàng, đánh giá nhu
cầu của thị trờng và đã xác định đợc nhu cầu lớn nhất đối với thị trờng Việt Nam
là các máy điện một chiều có công suất đến 200kW.
1.2 tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nớc và trong nớc
ở nớc ngoài, MĐMC đợc chế tạo từ vài W đến hàng chục nghìn kW. Các
hãng sản xuất máy điện - thiết bị điện lớn đều có các dây chuyền sản xuất MĐMC. ở
châu Âu, châu Mỹ có hãng ABB (Thụy điển); hãng VEM, hãng SIEMENS (Cộng hoà
liên bang Đức); hãng GENERAL (Mỹ); hãng ALSTOM (Pháp); hãng ANSALDO
(Italia). ở châu á, Trung Quốc có tập đoàn máy điện Thợng Hải; nhà máy điện cơ
Tơng Đàm, Tây An ...; các nớc Đài Loan, Nhật Bản có công nghệ chế tạo máy điện
quay rất tiên tiến. Sản phẩm MĐMC của các nớc kể trên đợc sử dụng nhiều trên các
dây truyền sản xuất và trong các ngành kinh tế của nớc ta nh ximăng, thép, hoá chất,
mía đờng, đờng sắt, giao thông v.v...
Với sự tiến bộ không ngừng của các ngành khoa học kỹ thuật, nhiều thiết bị
công nghệ tiên tiến, nhiều loại vật liệu mới đợc nghiên cứu chế tạo. Liên quan đến
máy điện có các vật liệu dẫn từ, vật liệu cách điện ngày càng đạt chất l
ợng cao với

công nghệ chế tạo hiện đại. Trên cơ sở nghiên cứu sử dụng các công nghệ hiện đại của
vật liệu mới, MĐMC ở nớc ngoài đợc nghiên cứu, thiết kế ngày càng nhỏ gọn nhằm
giảm đến tối đa các chi phí sản xuất và tăng tuổi thọ của sản phẩm.
Các máy điện một chiều có công suất trung bình và lớn đợc chế tạo theo đơn
đặt hàng do vậy khi cần thay thế thì thời gian chế tạo, vận chuyển từ nớc ngoài về
thờng kéo dài đến 6-7 tháng.
Trong khi đó ở Việt Nam hiện tại không có cơ sở nào chế tạo đợc MĐMC.
Trớc những năm 80 Công ty CTAMAD là cơ sở duy nhất ở Việt Nam đã chế tạo đợc
một số loại MĐMC có công suất đến 3,6kW phục vụ cho các ngành mỏ, đánh cá và đã

12
chế tạo thử động cơ một chiều 21kW nhng không thành công do cổ góp chế tạo
không đảm bảo chất lợng.
Sau gần 25 năm ngừng sản xuất máy điện một chiều, đội ngũ cán bộ kỹ thuật,
các tài liệu, các công nghệ đều không còn. Với trình độ sản xuất, công nghệ, vật t,
thiết bị nh hiện nay thì các vật t lạc hậu, công nghệ thủ công chắp vá của những năm
60,70 không còn phù hợp nữa.
Nhận thấy nhu cầu to lớn của thị trờng, Công ty CTAMAD đã đề xuất đề tài,
đợc sự ủng hộ của các nhà khoa học, các chuyên gia trong ngành và các cơ sở sử dụng
máy điện một chiều, đợc sự cho phép của bộ Khoa học và công nghệ, Công ty
CTAMAD đợc chủ trì đề tài với mục tiêu qua việc thực hiện đề tài công ty có đủ năng
lực thiết kế, chế tạo, thử nghiệm đợc máy điện một chiều phục vụ cho nhu cầu của các
ngành sản xuất, các doanh nghiệp trong nớc.
Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài đợc Bộ KH&CN giao cho Công ty
CTAMAD thực hiện gồm các nội dung sau:

TT Nội dung Sản phẩm phải đạt
1 Khảo sát tìm hiểu thực tế nhu cầu và yêu
cầu sử dụng máy điện một chiều công
suất đến 200kW trong các ngành kinh tế

quốc dân
Báo cáo "nhu cầu và yêu cầu sử dụng"
2 Chọn và xác định các thông số kỹ thuật
cơ bản, các yêu cầu kỹ thuật của động
cơ mẫu
- Bảng thông số kỹ thuật
- Bảng yêu cầu kỹ thuật
3 Xác định phơng pháp tính và lập trình
phần mềm tính toán, thiết kế phần điện
từ máy điện một chiều công suất đến
200kW
- Phần mềm chơng trình tính toán
- Kết quả tính toán động cơ điện một
chiều
4 Nghiên cứu lựa chọn các vật liệu mới sẽ
sử dụng cho máy điện một chiều
- Bản kê vật t chính
5 Thiết kế động cơ điện một chiều công
suất 200kW
Bộ bản vẽ thiết kế động cơ điện một
chiều
6 Nghiên cứu học tập công nghệ nớc
ngoài
Tổ chức khảo sát cơ sở sản xuất máy
điện một chiều ở Trung Quốc

13
7 Nghiên cứu thiết kế và chế tạo khuôn gá,
dỡng cho quy trình. Nghiên cứu xây
dựng quy trình công nghệ và thực hiện

quy trình công nghệ chế tạo.
- Tập bản vẽ thiết bị, khuôn gá
- Các thiết bị khuôn gá và các biên
bản nghiệm thu
- Tập quy trình công nghệ chế tạo
động cơ một chiều
8 Tổ chức hội thảo về thiết kế chế tạo máy
điện một chiều công suất đến 200kW
Báo cáo về kết quả và biên bản hội
thảo
9 Chế tạo 01 động cơ điện một chiều công
suất 200kW
Hoàn thành 01 sản phẩm
10 Nghiên cứu hớng dẫn sử dụng và vận
hành máy điện một chiều công suất đến
200kW
Bản hớng dẫn sử dụng và vận hành
máy điện một chiều công suất đến
200kW
11 - Xây dựng quy trình và tiêu chuẩn thử
nghiệm
- Thử nghiệm, đánh giá các thông số cơ
bản và xây dựng các đờng đặc tính của
sản phẩm
- Xác định giá trị sử dụng của sản phẩm
- Bản quy định các bớc và tiêu chuẩn
thử nghiệm
- Hồ sơ thử nghiệm sản phẩm

- Bản xác nhận giá trị sử dụng của sản
phẩm.
12 Viết báo cáo tổng kết khoa học và kỹ
thuật của đề tài
Báo cáo khoa học tổng kết đề tài

1.3 Xác định thông số kỹ thuật, yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm
Máy điện một chiều đợc chia thành hai loại máy điện thông dụng và máy điện
một chiều chuyên dùng.
Máy điện một chiều chuyên dùng có đặc tính cơ khác nhau, dải điều chỉnh tốc
độ rộng. Máy điện một chiều chuyên dùng thờng đợc sử dụng ở các lĩnh vực đặc thù
nh cầu trục, máy xúc, tàu thuỷ... Mỗi dạng máy điện đều có các đặc điểm riêng.
Căn cứ vào nhu cầu sử dụng và các tiêu chuẩn liên quan mà mỗi loại máy điện
một chiều đếu có các thông số kỹ thuật và yeeu cầu kỹ thuật khác nhau.




14
1.3.1 Xác định sản phẩm của đề tài.
Các nghiên cứu của đề tài phải đợc cụ thể hóa vào một sản phẩm. Sản phẩm sẽ
đợc thiết kế, chế tạo, thử nghiệm, do đó sản phẩm đợc lựa chọn với các tiêu chí nh
sau:
- Sản phẩm có công suất lớn nhất trong dãy sản phẩm cần nghiên cứu
- Sản phẩm phải đợc chế tạo theo các kết quả nghiên cứu
- Sản phẩm đợc đánh giá toàn diện
+ Đợc thử nghiệm trong phòng thí nghiệm
+ Đợc thử nghiệm trên dây truyền sản xuất trong một thời gian dài để xác
định đợc khả năng sử dụng.
- Sản phẩm phải có nhu cầu trên thị trờng, có các địa chỉ tiêu thụ.

Với các tiêu chí nh trên, đề tài đã lựa chọn động cơ một chiều 200kW-
750vg/ph-440V đợc lắp trên máy xúc ]7-5A.
1.3.2 Thông số kỹ thuật của sản phẩm.
Tất cả các loại máy điện đều đợc tính toán và thiết kế để trong điều kiện làm
việc danh định không có bộ phận nào trong máy điện một chiều có độ tăng nhiệt vợt
quá giá trị cho phép và không đợc phép đánh lửa ở cổ góp vợt quá cấp tia lửa quy
định.
Thông số kỹ thuật là hàng loạt các quy định về gía trị danh định của máy điện
một chiều. Thông số kỹ thuật của sản phẩm đợc đề ra ngay khi đặt vấn đề nghiên cứu
thiết kế sản phẩm. Thông số kỹ thuật có thể là do khách hàng yêu cầu khi có nhu cầu
đặt hàng hoặc do nhà chế tạo đề ra khi chế tạo các máy điện một chiều thông dụng.
Thông số kỹ thuật bao gồm:
Tên của máy điện một chiều: Tên của máy điện một chiều có thể là "động cơ điện
một chiều" hoặc "máy phát điện một chiều"
Công suất danh định: Công suất danh định P
2
của động cơ là công suất trên đầu
trục, đơn vị tính là kW. Công suất danh định phải nằm trong dãy công suất đợc
quy định trong các tiêu chuẩn quốc tế IEC và phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam
TCVN.
Điện áp danh định: Điện áp danh định U
đm
(V) phải phù hợp với tiêu chuẩn IEC và
TCVN. Đối với động cơ một chiều có các cấp điện áp danh định nh sau: 110;
220 và 440V

15
Tốc độ quay danh định: Tốc độ quay danh định n(vg/ph). Đối với máy điện một
chiều giới hạn tốc độ quay danh định phụ thuộc vào công suất danh định. Đối
với từng loại máy sẽ có giới hạn tốc độ quay riêng, bảo đảm cho hiệu quả trong

sử dụng vật t chính và giảm giá thành của sản phẩm.
Phơng pháp kích thích: Phơng pháp kích thích của máy điện một chiều có thể là
kích thích song song, kích thích nối tiếp, kích thích hỗn hợp, kích thích độc lập.
Kiểu kết cấu:
- Kết cấu ngang hoặc kết cấu trục đứng
- Cấp bảo vệ đối với môi trờng (kín, hở, nửa hở...)
Chế độ làm việc danh định của máy: Chế độ làm việc danh định của máy gồm các
chế độ từ S1 (chế độ làm việc danh định liên tục) đến S8 (chế độ làm việc danh
định gián đoạn có tốc độ quay thay đổi)
Các yêu cầu thông số kỹ thuật đặc biệt: Các yêu cầu đặc biệt nếu có nh phạm vi
điều chỉnh tốc độ, tốc độ quay, momen đà, độ ồn, độ rung...
Thông số kỹ thuật đối với động cơ một chiều 200kW-750vg/ph-440V.
Động cơ một chiều - sản phẩm của đề tài đợc Công ty CTAMAD đăng ký với
Bộ KH&CN sau khi chế tạo sẽ đạt đợc các chỉ tiêu thông số kỹ thuật tơng đơng
nh động cơ có cùng công suất, tốc độ do Liên Xô chế tạo. Động cơ 200kW-750vg/ph
- 440V đợc chế tạo trong khuôn khổ của đề tài có các thông số kỹ thuật nh sau:
Bảng 2. Thông số kỹ thuật động cơ một chiều 200kW
Mức chất lợng
Mẫu tơng tự
TT
Tên sản phẩm và chỉ
tiêu chất lợng chủ
yếu
Đơn vị
đo
Chỉ tiêu
đăng ký
Trong
nớc
Thế giới

Ghi
chú
1 Động cơ điện một chiều Không có Nga
2 Công suất kW 200 200
3 Tốc độ định mức vg/ph 750 750
4 Điện áp phần ứng V 440 440
5 Điện áp kích từ V 115 115
6 Kiểu kích từ Độc lập Độc lập
7 Hiệu suất % 88 88
8 Cấp cách điện F B
Đạt chỉ
tiêu
TSKT
tơng tự
động cơ
Nga
9 Độ rung
àm 30

30
10 Độ ồn dB (A)
85

85
Đạt IEC
11 Cấp bảo vệ IP23
12
Chế độ làm việc danh
định
Tải danh định gián đoạn, đảo chiều quay và thay đổi

tốc độ theo chu kỳ
13 Cách kết cấu: động cơ trục ngang với 2 đầu trục côn
14 Kích thớc lắp đặt: Lắp lẫn đợc với động cơ do Nga chế tạo

16

1.3.3 Yêu cầu kỹ thuật đối với sản phẩm
Các kết quả nghiên cứu của đề tài nh:
+ Thiết kế tính toán;
+ Thiết kế kết cấu;
+ Bộ quy trình công nghệ, các thiết bị gá lắp phục vụ công nghệ chế tạo;
+ Các tiêu chuẩn thử nghiệm;
đợc sử dụng để chế tạo và đánh giá chất lợng sản phẩm mẫu của đề tài. Trên cơ sở
nghiên cứu chế tạo thử các nội dung nghiên cứu đợc điều chỉnh và hoàn thiện.
Sản phẩm mẫu của đề tài đợc Công ty CTAMAD chế tạo phải đạt các yêu cầu
kỹ thuật sau:
- Sản phẩm phải đạt đợc các yêu cầu kỹ thuật tơng đơng các sản phẩm của các
nớc tiên tiến cùng loại. Động cơ 200kW-750vg/ph-440V phải đạt đợc các chỉ
tiêu kỹ thuật tơng đơng động cơ của Liên xô sản xuất và phù hợp với các tiêu
chuẩn quốc tế IEC
- Các vật liệu dùng để chế tạo sản phẩm phải là các vật liệu mới đợc các nớc
tiên tiến sử dụng trong chế tạo máy điện một chiều.
- Cấp chịu nhiệt của sản phẩm đợc nâng từ cấp B thành cấp F để tăng khả năng
làm việc quá tải, phù hợp với môi trờng và điều kiện làm việc khắc nghiệt của
Việt Nam.
- Sản phẩm chế tạo phải có tính công nghệ cao, lắp ráp, lắp đặt, vận hành sửa
chữa thuận lợi, có hình thức mẫu mã đẹp không thua kém hàng ngoại nhập,
đợc khách hàng chấp nhận.
- Sản phẩm có khả năng lắp đặt trên dây truyền sản xuất hoặc trên thiết bị đồng
bộ để thử nghiệm.

* Kết luận:
Máy điện một chiều có công suất đến 200kW đặc biệt là các động cơ đợc sử
dụng rộng rãi trong rất nhiều ngành kinh tế quan trọng ở Việt Nam.
Các cơ sở trong nớc phải nghiên cứu chế tạo đợc máy điện một chiều thay thế
hàng nhập ngoại nhằm tiết kiệm ngoại tệ, đáp ứng yêu cầu của thị trờng.
Các thông số kỹ thuật và các yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm phải tơng đơng
với sản phẩm do các nớc tiên tiến sản xuất và phải phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế
IEC, cấp cách điện đ
ợc nâng đến cấp F để phù hợp với điều kiện làm việc khắc nghiệt
ở Việt Nam.

17
Chơng 2
Thiết kế máy điện một chiều

2.1 thiết kế tính toán máy điện một chiều
Đối với một sản phẩm máy điện trớc khi thiết kế sản phẩm mới phải tiến hành
nhiều phép tính toán để xác định thông số kỹ thuật, các kích thớc của sản phẩm, kích
thớc cơ bản của mạch từ, của bộ dây điện từ, tính trục, tính thông gió tản nhiệt, tính
quạt, tính độ phát nhiệt, trong máy điện một chiều còn phải tính các kích thớc của cổ
góp .v.v.
Trong phạm vi của đề tài chúng tôi chỉ tập trung giới thiệu một số phép tính đặc
thù của máy điện một chiều, đó là:
- Tính toán thiết kế điện từ.
- Tính toán thiết kế kết cấu, gồm:
Tính các kích thớc cơ bản của cổ góp;
Tính toán trục ( tính độ võng trục, tính ứng suất, tính ổ bi);
Tính chuỗi lắp ghép của động cơ mẫu;
Đề tài đã phân tích các phơng pháp tính toán qua tài liệu tham khảo của các
nớc ngoài để lựa chọn phơng pháp phù hợp với trình độ công nghệ, có tính thực tiễn

và đảm bảo tính học thuật.
Tính toán điện từ là nội dung quan trọng nhất đợc tập trung nghiên cứu vì quá
trình tính cho ra các thông số điện từ quan trọng, các kích thớc cơ bản của phần
điện, từ cũng nh xác định các đặc tính làm việc của máy. Mỗi phơng án sản
phẩm với hàng trăm phép tính, để có phơng án tối u (sản phẩm đạt chỉ tiêu kinh
tế kỹ thuật cao nhất), ta phải thực hiện tính toán rất nhiều phơng án.
Xây dựng phần mền tính toán thiết kế để rút ngắn tối đa thời gian thực hiện tính
toán, loại trừ đợc các sai sót khi thực hiện các thao tác tính. Lập trình tính toán
thiết kế máy điện một chiều là một nhiệm vụ nghiên cứu mới ở Việt Nam. Các kết
quả tính toán do phần mềm đa ra đợc kiểm định tính chính xác và giá trị sử dụng
khi so sánh đối chứng với kết quả thử nghiệm của sản phẩm mẫu.
2.1.1 Tính toán thiết kế điện từ
a. Xác định phơng pháp tính toán
Tính toán phần điện từ của máy điện một chiều phức tạp và có nhiều phép tính
phải thực hiện để có một phơng án.

18
Phơng pháp tính đợc nghiên cứu giảng dạy ở Việt Nam là phơng pháp do
Liên Xô (cũ) xây dựng. Các phơng pháp tính của một số nớc nh Trung Quốc,
Bungari, Tiệp Khắc.v.v. cũng đợc biên soạn từ phơng pháp của Liên Xô có thêm một
số các hệ số công nghệ, tính toán đợc rút gọn hơn.
Chúng tôi lựa chọn phơng pháp tính theo các tài liệu của Liên Xô, vì đây cũng
là phơng pháp đợc các trờng Đại học tại Việt Nam lựa chọn để giảng dạy. Liên Xô
là đất nớc có nền công nghiệp chế tạo máy điện phát triển, công tác nghiên cứu lý
thuyết cơ bản rất mạnh. Các tài liệu, sách về lý thuyết cơ bản, sách tra cứu, sách giới
thiệu về công nghệ cũng phong phú.
Phơng pháp tính trong sách của Liên Xô có nhợc điểm là mang nặng tính lý
thuyết. Các hệ số trong các công thức tính phải lựa chọn theo kinh nghiệm, khả năng
công nghệ cụ thể của nơi sản xuất, vật liệu chế tạo.v.v. Khi thực hiện tính toán thiết kế
và khi chế tạo thử sản phẩm kết quả cũng có các sai số nhất định.

Trong một phơng án khi tính toán phải lặp đi lặp lại các phép tính nhiều lần để
các thông số lựa chọn giả định ban đầu phù hợp với kết quả sẽ nhận đợc.
b. Tính toán thiết kế điện từ
Các dữ liệu ban đầu của phần tính toán điện từ là một số các thông số kỹ thuật của
sản phẩm, cụ thể là:
+ Công suất định mức ( P
đm
);
+ Điện áp định mức phần ứng (U
đm
);
+ Tốc độ quay định mức (n);
+ Chế độ kích thích của máy điện một chiều;
+ Cấp bảo vệ;
+ Hiệu suất của máy theo yêu cầu của khách hàng hoặc tra theo các đồ thị
trong sách;
+ Chế độ làm việc;
Thực hiện theo phơng pháp tính toán đã lựa chọn cho động cơ 200kW-
750vg/ph 440V chúng tôi đã nhận đợc kết quả tính toán nh sau (bảng 3):







19
Bảng 3: Kết quả tính toán điện từ
Thông số điện từ Kích thớc phần điện từ
Tên gọi Số liệu Tên gọi Số liệu

Công suất 200kW Đờng kính ngoài lõi cực từ 70,5cm
Điện áp một chiều 440V Đờng kính trong lõi cực từ 42,88cm
Tốc độ 750vg/ph Số cực từ chính 4 cực
Hiệu suất
92% Số cực từ phụ 4


(Từ thông khe hở không khí)
0,9305Wb Số rãnh phần ứng 42
B

(Mật độ từ thông khe hở
không khí)
0,8788T Số phiến góp 168
B
z
(Mật độ từ thông răng phần
ứng)
1,7T Chiều dài lõi tôn phần ứng 50,3cm
B
g2
(Mật độ từ thông gông phần
ứng)
1,152T Kích thớc dây quấn phần
ứng
1,8x8,5

c
(Từ thông cực từ)
1,070Wb Kích thớc dây quấn cực từ

chính
2,24x6
B
c
(Mật độ từ thông cực từ) 1,206T Số vòng dây cực từ chính 390
B
g1
(Mật độ từ thông gông từ) 1,325T Số vòng dây cực từ phụ 23
Tải đờng A 317A/cm Kích thớc dây quấn cực từ
phụ
3,8x26,3
Điện áp kích từ 440V Đờng kính cổ góp 38cm
Dòng điện kích từ 33,9A Kích thớc viên than 50x25
Số giá than/số viên của 01
giá
4/3

Ngoài ra qua tính toán còn xác định đợc mật độ dòng điện, kích thớc chính
của các cực từ, lõi tôn phần ứng và chiều dài làm việc của cổ góp....
2.1.2 Lập trình phần mềm tính toán thiết kế điện từ
Phơng án thiết kế sản phẩm tối u phải đạt các yêu cầu nh sau:
+ Sản phẩm đạt chỉ tiêu thông số kỹ thuật;
+ Công nghệ chế tạo phù hợp với thực tế sản xuất;
+ Sử dụng vật t hợp lý;
+ Chi phí sản xuất thấp nhất có thể.

20
Để có đợc phơng án tối u khi thiết kế máy điện phải tiến hành lập nhiều
phơng án tính toán thiết kế khác nhau. Mỗi phơng án đều đa ra đợc các thông số
kỹ thuật, các kích thớc sản phẩm, vật liệu sử dụng và lợng tiêu hao vật liệu khác

nhau. Trên cơ sở phân tích hiệu quả sử dụng, nhu cầu của từng khách hàng mà lựa
chọn phơng án tối u để thiết kế ra sản phẩm.
Trớc đây khi cha có các phơng tiện máy tính hoặc cha có phần mềm tính
toán thiết kế, giai đoạn tính toán thiết kế máy điện nói chung cũng nh máy điện một
chiều nói riêng phải kéo dài hàng tháng.
Lập trình phần mềm để thiết kế tính toán phần điện từ máy điện một chiều là
một nội dung quan trọng của đề tài nhằm giải quyết các vấn đề nh sau:
+ Rút ngắn tối đa thời gian thiết kế tính toán, nhanh chóng chọn đợc phơng
án tối u để đáp ứng nhu cầu cấp bách của khách hàng;
+ Giảm công lao động của kỹ s thiết kế;
+ Tránh đợc các sai sót của con ngời trong quá trình thực hiện các phép tính;
+ Phần mềm đợc lập trình có thể sử dụng để tính toán cho các máy điện một
chiều có công suất đến 200kW;
Đây là lần đầu tiên Công ty CTAMAD tiến hành nghiên cứu để xây dựng phần
mềm tính toán thiết kế phần điện từ của máy điện một chiều, nhóm kỹ s tham gia đề
tài dựa vào phơng pháp tính toán để xây dựng phần mềm "DCS 200V1.0" theo các
bớc sau:
- Xây dựng và kiểm chứng thuật toán tính động cơ điện một chiều;
- Lựa chọn ngôn ngữ lập trình phù hợp với yêu cầu thiết kế;
- Xây dựng các form giao diện và các modul tính toán
- Liên kết và đóng gói dữ liệu.
Thuật toán của phần mềm "DCS 200V1.0" đợc viết dựa trên sách "Thiết kế
máy điện" kết hợp với kinh nghiệm về lựa chọn hệ số công nghệ trong chế tạo máy
điện theo thực tế sản xuất cũng nh
tham khảo sửa chữa các máy điện một chiều do
nớc ngoài sản xuất.
Phần mềm "DCS 200V1.0" đợc xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình Visual
Basic. Hiện nay có rất nhiều loại ngôn ngữ lập trình, trong số các ngôn ngữ lập trình
đó, Visual Basic đợc biết đến nh một loại hình ngôn ngữ lập trình mạnh, tơng thích
với môi trờng Windows là hệ điều hành sử dụng phổ biến rộng rãi nhất trên thế giới.

Visual Basic hỗ trợ nhiều công cụ lập trình mạnh với th viện hàm phong phú đã tạo
điều kiện tối đa cho ngời lập trình về t duy và thời gian. Thêm vào đó, nó còn cho

21
phép tơng tác với các môi trờng làm việc khác nh Word, Exel, Autocad..., đặc biệt
Visual Basic rất mạnh trong việc hỗ trợ đồ hoạ, các công cụ để lập trình giao diện
khiến cho ngời sử dụng dễ hiểu, trực quan hơn. Chính vì thế mà Visual Basic đợc
ứng dụng rộng rãi và đợc lập trình cho các chơng trình lớn nh Office, lập trình
Web...
"DCS 200V1.0" đợc tạo thành từ các form và các module theo nguyên tắc lập
trình hớng đối tợng tức là coi mục tiêu cần lập trình tính toán là một đối tợng và
xây dựng lên các thuộc tính cho đối tợng đó. Các module có nhiệm vụ tính toán, còn
các form giao diện có nhiệm vụ nhập các số liệu đầu vào, tạo giao diện cho ngời sử
dụng (các bảng, biểu...) và liên kết các module. Các kết quả đầu ra đồng thời đợc đa
vào form kết quả, ngời tính toán có thể quan sát một cách trực diện kết quả tính toán
và đợc lu vào file "Kết quả" để ngời thiết kế xem xét hoặc làm tài liệu tham khảo
cho các lần thiết kế sau này.
Cơ sở dữ liệu dùng cho việc tính toán thiết kế động cơ đợc thể hiện dới dạng
đồ thị hay bảng để ngời thiết kế lựa chọn. Sự lựa chọn các hệ số, các dữ liệu là theo
kinh nghiệm của ngời thiết kế hoặc từ kinh nghiệm sản xuất thực tế, hoặc theo công
nghệ hiện có của Công ty. Ngời sử dụng có thể truy cập các đồ thị và các bảng biểu
tạo các form dữ liệu để tra cứu các hệ số, số liệu cần thiết cho tính toán. Sau khi nhập
các dữ liệu đầu vào, chơng trình sẽ tự động tính toán và đa ra các thông số phù hợp
cho việc lựa chọn các thông số tiếp theo. Các thông số của máy điện nếu không phù
hợp hoặc vợt ra ngoài khoảng cho phép, chơng trình sẽ báo lỗi và lý do báo lỗi để từ
đó ngời thiết kế bằng kinh nghiệm của mình cùng với sự mềm dẻo của chơng trình
xác định nguyên nhân gây ra lỗi và quay trở về bất kỳ b
ớc tính nào trớc đó để thực
hiện việc hiệu chỉnh các số liệu đầu vào để có các số liệu đầu ra cho phù hợp với các
yêu cầu thiết kế. Đây là một u điểm của chơng trình vì nó cho phép tiết kiệm một

cách tối đa thời gian thiết kế bằng việc cho phép quay lại hiệu chỉnh bất kỳ số liệu đầu
vào nào đợc nhập ở các bớc trớc mà không cần phải quay lại từ đầu hay đợi chơng
trình thực hiện xong.
Chơng trình sau khi đợc viết xong sẽ đợc biên dịch sang file chạy (dạng đuôi
*.exe). Trong quá trình biên dịch nếu không có lỗi sẽ đợc chuyển sang công đoạn tiếp
theo là đóng gói dữ liệu. Các dữ liệu và mã chơng trình đã đợc viết ra sẽ đợc liên
kết và đóng gói thành phần mềm hoàn chỉnh làm việc độc lập với Visual Basic (tức là
chạy mà không cần cài đặt chơng trình Visual Basic).

22
Chơng trình "DCS 200V1.0" đợc cài đặt trên máy tính PC thông thờng từ
môi trờng Windows là môi trờng làm việc thông dụng hiện nay. Chơng trình "DSC
200V1.0" đợc lu trên một đĩa CD rom. Ta đa đĩa vào ổ CD, sau đó chạy file DCS
200V1.0\Setup.exe, chơng trình sẽ đợc tải tự động vào th mục Programfiles có sẵn
trong hệ điều hành Windows với tên "DCS 200V1.0". Để thực sự làm việc trong môi
trờng thiết kế động cơ điện một chiều này, ngời sử dụng phải đăng ký tên ngời sử
dụng và mật khẩu, chỉ khi nhập đúng mới có thể tiếp tục thực hiện các bớc tiếp theo.
tên và mật khẩu đã đợc định sẵn và lu trong chơng trình và đợc cung cấp bởi
ngời sở hữu phần mềm này.
Phần mềm tính toán hiện đợc lu trên đĩa và cài đặt trong ổ cứng của các máy
tính tại phòng Kỹ thuật của cơ quan chủ trì đề tài.
2.1.3 Xác định giá trị sử dụng của phần mềm thiết kế tính toán
Để xác định độ tin cậy của phơng pháp tính toán đợc đề tài lựa chọn cũng nh
của phần mềm đợc xây dựng nhóm thực hiện đề tài đã tiến hành tính toán bằng tay
(xem tập bản tính) cũng nh bằng phần mềm cho động cơ một chiều 200kW. Các kết
quả đợc so sánh với nhau cũng nh so sánh với kết quả thử nghiệm, đo đạc của sản
phẩm do nớc ngoài chế tạo và sản phẩm cùng loại do cơ quan chủ trì đề tài chế tạo
cho thấy sai số giữa các phơng pháp tính có thể chấp nhận đợc.

Bảng 4: Bảng so sánh kết quả

Tên gọi Đơn
vị
tính
Phơng pháp
tính tay
Ph
ơng pháp
tính bằng
chơng trình
Sai số
(%)
Công suất kW 200 200 0
Điện áp một chiều V 440 440 0
Tốc độ vg/ph 750 748 0.27
Hiệu suất
% 92 91.6 0.43


(Từ thông khe hở không
khí)
Wb 0,9305 0,931 0.05
B

(Mật độ từ thông khe hở
kh.khí)
T 0,8788 0,88 0.13
B
z
( Mật độ từ thông răng T 1,7 1,68 1.17

23
ph.ứng)
B
g2
( Mật độ từ thông gông
ph.ứng)
T 1,152 1,152 0

c
( Từ thông cực từ )
Wb 1,070 1,075 0.46
B
c
( Mật độ từ thông cực từ
)
T 1,206 1,207 0.08
B
g1
( Mật độ từ thông gông
từ )
T 1,325 1,324 0.07
Tải đờng A A/cm 317 315 0.63
Điện áp kích từ V 440 440 0
Dòng điện kích từ A 33,9 32 5,6

2.1.4 Thiết kế tính toán kết cấu máy điện một chiều
Trong kết cấu của máy điện một chiều cũng nh máy điện xoay chiều có các
cụm chi tiết phải tính toán để có các kích thớc, các thông số đáp ứng với yêu cầu kỹ
thuật của cụm và của tổng thể sản phẩm.
Tính toán thiết kế kết cấu đợc tiến hành ngay sau khi hoàn thành tính toán thiết

kế điện từ và lên đợc bản vẽ dự kiến về thiết kế tổng quan.
Khi thiết kế máy điện quay bao gồm cả động cơ điện, máy phát điện xoay chiều
và một chiều đều phải tiến hành tính quạt gió, thông gió tản nhiệt, tính độ tăng nhiệt,
tính độ bền trục, tính ổ bi, tính chuỗi lắp ghép của sản phẩm. Ngoài ra trong các máy
điện một chiều còn phải tính kích thớc của các chi tiết tạo thành cổ góp điện.
Trong các đề tài KHCN đã đợc công ty CTAMAD thực hiện trớc đây các
phép tính đã đợc chúng tôi nghiên cứu và trình bày trong các báo cáo. Chúng tôi chỉ
trình bày trong Chơng 2 những phần tính toán thiết kế kết cấu có đặc thù riêng của
máy điện một chiều gồm:
- Tính kích thớc cổ góp điện;
- Tính trục máy điện một chiều;
- Tính chuỗi lắp ghép của máy điện một chiều.
a. Tính kích thớc cổ góp điện
Tuỳ theo kết cấu, kích thớc, tốc độ của động cơ mà ngời thiết kế lựa chọn kết
cấu và kích thớc của cổ góp điện. Thông thờng với máy điện một chiều cỡ trung và
cỡ lớn, cổ góp điện đợc tạo thành từ hàng trăm thậm chí đến gần 1000 chi tiết rời với

24
6 đến 10 loại chi tiết đợc ghép với nhau bằng bulông, đai ốc. Các bề mặt lắp ghép và
chịu lực là các bề mặt côn của 3 cụm chi tiết. Do vậy tất cả các chi tiết của cổ góp đều
đợc tính các kích thớc với số liệu liên quan đến nhau với yêu cầu chính xác cao.
Đề tài đã thực hiện nghiên cứu phơng pháp tính toán cổ góp và áp dụng để tính
toán cho cổ góp điện động cơ 200kW - 750vg/ph - 440V.
Cổ góp điện của động cơ một chiều 200kW có 6 cụm chi tiết (hình 1) và chi tiết
phải tiến hành tính kích thớc đó là:
- Cụm vành góp;
- Lá mica cách điện;
- Lam đồng;
- Phễu cách điện;
- Cốc ép sau;

- Cốc ép trớc
Các thông số các dữ liệu để tính toán thiết kế kết cấu cổ góp điện
Trong tính toán điện từ có phần tính toán liên quan đến các thông số điện của cổ
góp nh tính số lam đồng cổ góp (G), chiều dài tác dụng của cổ góp I
G
, Ngoài ra còn
xác định đợc đờng kính làm việc của cổ góp (D
G
).
Tính toán kích thớc cổ góp điện bao gồm cả phần tính toán phôi, tính lợng d
của các chi tiết và cụm chi tiết. Các dữ liệu để tính đợc toàn bộ kích thớc của cổ góp
gồm:
- Đờng kính làm việc của cổ góp D
G
;
- Đờng kính trục (vị trí lắp cổ góp) d;
- Kích thớc của viên than b
ch
x L
ch
;
- Số viên than trên một giá than N
ch
;
- Số lam đồng của cổ góp G.
Các dữ liệu tính toán cổ góp động cơ 200kW.
Các dữ liệu tính toán nhận đợc từ phần tính toán thiết kế điện từ:
D
G
= 380 mm;

d = 140 mm;
I
G
= 126 mm;
G = 168 cái;
b
ch
x L
ch
= 25 x 50 mm;
N
ch
= 3 cái.