đồ án mấy điện một chiều

ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN

Tính toán động cơ 1 chiều có công suất định mức P= 50
kW , điện áp lưới định mức U=110V , tốc độ quay định
mức n = 1000 vòng/phút , kiểu bảo vệ IP44 , chế độ làm
việc liên tục , cách điện cấp B , hiệu suất η = 0.94.

1


NỘI DUNG:
Xác định các kích thước chủ yếu
Chọn số đôi cực
Tính toán phần ứng
Xây dựng sơ đồ dây quấn phần ứng
Tính toán cổ góp và chổi than
Tính toán khe hở không khí và kích từ
Tính toán dây quấn kích từ
Tính toán tổn hao, hiệu suất máy; mô men
BẢN VẼ:
Sơ đồ khai triển dây quấn phần ứng
Bản vẽ kết cấu máy điện thiết kế

2


A.Chọn kích thước chủ yếu:
1.Hiệu suất của máy : η = 94(%)
2.Sơ bộ xác định dòng điện của động cơ điện

P

50.103
I

 483,56( A)
.U 0,84.220
3.Dòng điện phần ứng : theo bảng 12.1 lấy kt = 0,02
I2 ≈ (1 – kt ) I = (1– 0,2).483,56 = 386,85(A)
4.Công suất điện từ theo (12.1) :

P '  kD

P



 0,96.

50
 51,06(kW )
0,94

5.Đường kính ngoài phần ứng. Theo bảng 12.2 với h =
31,5 cm, lấy D = 32,6(cm)
6.Hệ số cung cực từ αδ . Lấy α𝛿 = 0,68
7.Tải điện từ A và B𝛿 . Lấy
A’ = 180(A/cm) và B𝛿 = 0,82(T).
8.Chiều dài tính toán của phần ứng:

3

6,1.P '.107
6,1.51, 06.107
l 

 29,19(cm)
2
2
 AB D n 0, 68.180.0,82.32, 6 .1000
'

Vì chiều dài lõi sắt ngắn nên không đặt rãnh thong gió
'
ngang trục và chiều dài lõi sắt bằng : l2 = l = 29,19(cm).
9. Hệ số:



l ' 29,19

 0, 69
D 32, 6

Theo hình 12-4 trị số này nằm trong vùng kinh tế.
10. Số cực từ lấy : 2p = 4
11. Bước cực :



D

2p



 .32,6
4

 25,6cm

12. Chiều dài tính toán của mặt cực từ:
bδ = αδ .τ = 0,68.25,6 = 17,4 (cm).
13. Chiều dài mặt cực từ (khe hở không khí không đều) :
bm = bδ = 17,4 (cm).
B. Dây quấn và kích thước rãnh phần ứng
4


14. Chọn dây quấn : Dây quấn sóng đơn.
15. Dòng điện của một mạch nhánh song song:

i2 

I 2 386,85

 193, 42( A)
2a
2

16. Số thanh dẫn của dây quấn :

N

 DA '
i2



 .32, 6.180
193, 42

 95,3

17. Số rãnh phần ứng theo (12-10) :
Với tầm cao h = 16 cm; bước răng t2min = 1,5 cm; t2max =
3,5 cm, do đó:
Z min 

Z max 

D
t2min

D
tmax





 .32, 6

3,5

 .32, 6
1,5

 29, 26

 68, 28

Chọn : Z = 50

t2 

D
29



 .32,6
50

 2,05(cm)

18. Số thanh dẫn tác dụng trong 1 rãnh:
5


Nr 

N 95,3


 1,9
Z
50

Lấy Nr = 2, lúc đó :
N = Nr.Z = 18.29 = 100
19. Chọn rãnh hình Ovan với răng có cạnh song song.
G
20. Số phiến góp G theo số rãnh nguyên tố u = Z với các

phương án sau :
Số
u
G = uZ WP = n/2G
uGtb
phương
án
1
1
50
1
8,8
2
2
100
0,5
4,4
3
3

150
0,33
2,9
Ta chọn số vòng dây của một phần tử WP = 3, số phiến
góp G = 50.
21. Tải đường:
N .i2 100.193, 42
A =  .D =  .32,6 = 188,86

22. Hiệu chỉnh lại chiều dài lõi sắt phần ứng:

A'
180
l 
 29,19.
 27,82(cm)
A
188,86
6


23. Chiều dài phần sắt của phần ứng:
lFe = l = 27,82.0,95 = 26,43(cm).
24. Đường kính ngoài cổ góp :
DG = (0,65 ~ 0,8).D = 21,19 ~ 26,3 (cm)

Lấy đường kính ngoài cổ góp theo tiêu chuẩn DG =
20 (cm)
25. Tốc độ bề mặt của cổ góp:

vG 

 .n.DG
6000



 .1000.20
6000

 10, 47(cm)

26. Bước phiến góp :

tG 

 .DG
G



 .20
50

 1, 26(cm)

27. Dòng điện rãnh :
I r = i2 . N r = 193,42 .2 = 386,84 (A)
28. Mật độ dòng điện trong dây dẫn phần ứng (sơ bộ):

J2 

A.J 2
3800

 20,12( A / mm 2 )
A
188,86
7


Trong đó AJ2 = 3800 được lấy trong hình 12-3 ứng với
cách điện cấp B.
29. Tiết diện dây dẫn:
i
193, 42
s '2  2 
 9, 61(mm2 )
J '2 20,12
Ghép 2 dây loại PETV đường kính d/dcd = 2,5/2,6 (mm)
2

Tiết diện dây dẫn bằng : s2 = 2.4,91=9,82 ( mm )
Mật độ dòng điện :
193, 42
J2 
 19,69(mm2 )
9,82
30. Sơ bộ định tiết diện rãnh phần ứng:
2.N r .d 2 cd 2.2.2, 62

S 'r 

 37,55(mm2 )
kd
0, 72
Lấy hệ số lấp đầy rãnh kđ = 0,72
31.Sơ bộ chiều rộng răng phần ứng:
B .t
0,82.2, 05
bz 2   2 
 1, 04(cm)
Bz 2 .kc 1, 7.0,95
Trong đó với thép kỹ thuật điện 2312 dày 0,5(mm) lấy:
Bz  1, 7(T ) và kc  0,95

8


32. Kích thước rãnh phần ứng :
 ( D  2h42 )  Zhz 2  (326  1,5.2)  50.10, 4
d1 

 9,3(mm)
Z 
50  
d2 

 ( D  2hr )  Zhz 2  (326  2.30)  50.10, 4

 7, 4(mm)

Z 
50  

d1  d2
9,3  7, 4
 30  1,5 
 15,15(mm)
2
2
33. Hệ số lấp đầy rãnh :
Diện tích rãnh trừ nêm:
hl  hr  h42 

d1
d1  d 2  d 2 2
S 'r  (hl   hn )(
)
2
2
8
9,3
9,3  7, 4  7, 42
 (15,15 
 3)(
)
 92, 06( mm 2 )
2
2
8

Diện tích cách điện rãnh:
d
d
Scd  [(hr  2 )2  2  (d1  d 2 )]c
2
2
7, 4
 7, 4
 [(30 
)2 
 (9,3  7, 4)]0,5  35, 46( mm2 )
2
2
Trong đó chiều dày cách điện rãnh c = 0,5 mm và
chiều cao nêm hn = 3 mm.
9


Diện tích có ích của rãnh:
2
Sr = S’2 – Scd = 92,06 – 35,46 = 56,59 (mm )

Hệ số lấp đầy rãnh :
2.N r .d 2 cd 2.2.2, 62
kd 

 0, 48
kd S r
56,59
34. Các bước dây quấn :

.Bước tổng hợp và bước cổ góp:
G  1 50
y  yG 

 25
Sr
2
.Bước thứ nhất:
S
50 1
y1 
     12
2p
4 2
Trong đó S là số phần tử.
.Bước thứ hai:
y2 = y – y1 =25 – 12 = 13
35. Chiều dài phần đầu nối dây quấn:
lđ = kđ2.τy2 + 2B =1,15.24,2+2=29,8 (cm) ;
Trong đó lấy B = 1cm.
 ( D  lz 2 ) y1  (32,6  3).12
 y2 

 24, 2  cm 
uZ
50
36. Chiều dài trung bình 1 vòng dây:
10

l2tb = 2.(l2 + lđ) = 2(29,19 + 29,8) = 98 (cm).
37. Chiều dài toàn bộ dây quấn :
N
100
L2  l2tb .102 
.98.102  49  m 
2
2
38. Điện trở của dây quấn phần ứng ở 75oC :
L2
49
R2 

 0, 027   
46s2 (2a) 2 46.9,82.22
39. Trọng lượng đồng của dây quấn phần ứng :
GCu2 = 8,9.L2s2.10-3 =8,9.49.9,82. 10-3 = 4,28(kg).
40. Đường kính trong phần ứng (đồng thời là đường
kính trục) :
Do =0,3.D=0,3.32,6=9,78 (cm)
Lấy Do = 9,6(cm).
41. Chiều cao lưng phần ứng :
D  Do
32,6  9,6
hg 2 
 hr 
 3  8,5  cm 
2
2
42. Chiều dài tính toán của rãnh phần ứng:

hr’ = hr – 0,1.d1 =3-0,1.0,93 = 2,91(cm).

11


43. Chiều dài lưng phần ứng:
 ( D0  hg 2 )
 (9, 6  8,5)
Lg 2 
 hg 2 
 8,5  22, 7  cm 
2p
4
C. Khe hở không khí , cực từ và gông từ:
44. Khe hở không khí:
A
188,86.25,6
  (0,37  0, 4)

0,38
 0, 224  cm 
4
4
B .10
0, 82.10
Lấy δ = 0,225(cm).
Như vậy khe hở ở giữa cực từ

 '
 0,15  cm 

1,5

và ở hai đầu mõm cực từ δ’’ = 2 .δ’ =0,3 ( cm).
45. Hệ số khe hở không khí:
t2  10
2, 05  10.0, 225
k 

 1, 075
(t2  b42 )  10 (2, 05  0,3)  10.0, 225
46. Sơ bộ xác định sức điện động:
E= UkD =110.0,945= 104 (V)
47. Từ thông dưới mỗi đôi cực:
60E
60.104
Ф

 0,0312(Wb)
pNn 2.100.1000
48. Kích thước cực từ chính:
12


Cực từ chính làm bằng thép kỹ thuật điện 3411 dày
0,5 mm của Nga. Chiều dài cực từ lc = lδ = 27,82
cm. Hệ số ép chặt cực từ kcl=0,95. Chiều rộng ra
của 1 bên cực từ
b b
bn  m c  0,1bm  0,1.17, 4  1,740(cm)
2

Lấy bn = 1,8 cm.
Hệ số tản từ trên cực từ lấy σ1 = 1,2.
49. Chiều rộng thân cực từ :
bc = bm – 2bn = 17,4 – 1,8.2=13,8( cm).
50. Tiết diện gông từ:
 tФ.104 1, 2.0, 0312.104
S g1 

 291,1(cm2 )
2.Bg1
2.0.645
ở đây lấy Bg1 = 0,645(T)
51. Chiều dài thân máy:
l1 = lc + 0,4.D = 27,82+0,4.32,6=40,86( cm).
52. Chiều dày thân máy (đồng thời là gông từ):
S g1 291,1
hg1 

 7,12(cm)
l1
40,86
53. Đường kính ngoài thân máy :
Dn1 = 2h – (8 ÷ 10) =2.31,5–10 = 620(mm ) = 62 (cm).
13


ở đây chiều cao tâm trục h = 31,5mm.
54. Đường kính trong thân cực từ:
D1 = Dn1 – 2hgl = 62 – 2.7,12=47,76 (cm).
55. Chiều cao thân cực từ:

D D
47,76  32,6
hc  1
 3 
 3.0, 225  6,9(cm)
2
2
56. Tiết diện ở khe hở không khí:
Sδ = bm’.lδ = 17,4.27,82=484,1 (cm2)
57. Tiết diện nhỏ nhất của răng phần ứng :
Z
50
S z   bz lz kc  .0,68.1.04.27,82.0,95  467(cm2 )
p
2
58. Tiết diện lưng phần ứng:
Sg2 = lFe.hg2 = 8,5.26,43= 224,7(cm2)
59. Tiết diện thân cực từ chính :
Sc = lc.bc.kc =27,82.13,8.0,95 = 393(cm2)
60. Khe hở không khí giữa cực từ chính với thân máy:

𝛿cf = 2.lc.10-4 + 1.10-2.27,82. 10-4.10-2 = 0,016 (cm)
61. Chiều dài gông từ trên thân máy :
 ( Dn1  hg1 )
 (62  7,12)
Lg1 
 hg1 
 7,12  95, 26  cm 
2p
4

14


D. Tính toán mạch từ :
62. Mật độ từ thông khe hở không khí :
Ф104
3E
B 

 0, 65
S
484,1
63. Mật độ từ thông ở răng phần ứng:
Ф104 3E
B2 

 0, 67
Sz
467

64. Mật độ từ thông ở lưng phần ứng :
Ф104
3E
Bg 2 

 6, 6.103 E  0, 69
Sg 2
224, 7
65. Mật độ từ thông trên cực từ :
 tФ104 1, 2.3E

Bc 

 9,1.103 E  0,95
Sc
393
66. Mật độ từ thông ở khe hở giữa cực từ và gông từ :
Lấy Bcl = Bc = 0,95(T).
67. Mật độ từ thông ở gông cực từ :
 tФ104 1, 2.3E
Bg1 

 6,18.103 E  0, 65
S g1
291,1
68. Sức từ động trên khe hở không khí :
15


Fδ = 1,6.kδ.δ.Bδ.104 = 1,6.1,075.0,225.6,1.10E =23,6 E
=2467(A)
69. Sức từ động trên răng :
Fz = 2hz.H2 = 2.2,91.Hz = 5,82.Hz = 5,82.0,93 = 5,4 A ở
đây lấy Hz = 0,93A/cm với Bz = 0,67 T theo phụ lục về
sức từ hóa của thép 2312 với hệ số từ thông tản rãnh :
krx 

t2 .l
2, 05.27,82

 2, 07

bz 2 .lFe 1, 04.26, 43

70. Sức từ động trên lưng phần ứng :
Fg2 = Hg2Lg2 = 22,7Hg = 22,7. 0,95 = 21,6 (A).
71. Sức từ động trên thân cực từ :
Fc = 2hc .Hc = 2.6,9.Hc = 13,8. Hc = 11,4.1,7 =23,46
(A).
72. Sức từ động khe hở phụ giữa cực từ và gông từ :
Fδc = 1,6.δδc.Bc.104 = 1,6.0,016.9,1.10E = 2,3E = 243
(A).
73. Sức từ động ở gông cực từ (dùng thép cácbon
CT3) :
Fg1 = Lg1.Hg1= 95,26. Hg1 = 95,26. 5,35 = 510 A.
16


74. Tổng sức từ động dưới 1 đôi cực (khi E =208 V) :
F=Fδ +Fz +Fg2 +Fc +Fδc +Fgl
=2467+5,4+21,6+23,46+243+510=3270A
75. Sức từ động quá độ (Khi E = 104 V) :
Fδzg = 0,5.(Fδ + Fz + Fg2) = 0,5. (2467+5,4+21,6)
=1247A
76. Tính toán với nhiều giá trị của E(Ф) và ghi trong
bảng 12.8 .Đặc tính không tải và quá độ Ф = f(F) và Ф =
f(Fδzg) được vẽ trong hình 12-15.

17


Đặc tính quá độ Ф = f(F∂/g)

18


Đặc tính không tải Ф = f(F)

19


Bảng 12.8: Bảng tính toán đặc tính không tải của động cơ
điện một chiều.
E

  3.10 E

V
Wb

104
0,0312

157
0,047

188
0,056

198,2
0,06

208
0,0624

220
0,066

240
0,072

2

B  6,1.103 E

T

0,634

0,96

1,15

1,21

1,27

1,34

1,46

3

F  23, 6 E

A

2454

3705

4437

4677

4909

5192

5664

4

Bz  6, 4103 E

T

0,66

1

1,2

1,27

1,33

1,41

1,54

A/cm

0,92

2,4

4

4,8

6,5

10,6

22

1

4

5

Hz

6

Fz  5,82 H z

A

5,35

14

23,3

28

38

61,7

128

7

Bg 2  6, 6103 E

T

0,68

1,04

1,24

1,31

1,37

1,45

1,58

8

Hg2

A/cm

0,94

2,64

4,4

5,8

8,3

13

29

9

Fg 2  22,7 H g 2

A

21,3

60

100

131,6

188,4

295

658

10

c  1, 2

Wb

0,037

0,056

0,067

0,072

0,075

0,08

0,0864

11

Bc  9,1.103 E

T

0,95

1,43

1,71

1,8

1,89

2

2,18

A/cm

1,6

5,6

21

40

85

400

600

12

Hc

13

Fc  13,8H c

A

22,1

77,3

290

552

1172

5520

8280

14

B c  Bc

T

0,95

1,43

1,71

1,8

1,89

2

2,18

15

F c  2,3E

A

239

361

432,4

456

478

506

552

16

Bg1  6,18.103 E

T

0,643

0,97

1,16

1,225

1,285

1,36

1,48

17

H g1

A/cm

5,25

8,85

12,1

13,5

15,3

18,6

27,1

18

Fg1  95, 26 H g1

A

500

843

1152

1286

1457

1772

2581

19

F  F  Fz  Fg 2

A

3242

5060

6435

7131

8284

13347

17863

 Fc  F c  Fg1
20

F0  2 F

A

6484

10120

12870

14262

16568

26694

35726

21

0,5( F  Fz  Fg 2 )

A

1240

1889,5

2280

2418

2568

2774,4

3225

22

lt 

A

1,79

2,79

3,55

3,94

4,57

7,37

9,85

F0
3624

20


E. Tính toán dây quấn kích thích song song.
77. Từ đặc tính quá độ xác định sức từ động ngang trục
khử từ bằng:
Fqd = 300(A)
78. Sức từ động từ hóa (ở E = 104V):
Fo= 6484(A).
79. Lấy chiều dày của cuộn dây kích từ bt =4 cm thì chiều
dài trung bình 1 vòng cuộn dây kích từ theo (12-34):
lttb = 2.(lc + bc + 4.∆cd) + π. bt = 2.(27,82+13,8+4.0,2) +
π.4 =97,4(cm) =0,974(m)

trong đó lấy cách điện sát cực từ ∆c = 0,2 cm.
80. Tiết diện dây dẫn của cuộn dây kích từ ở 75 oC:
F l
1,1.6484.0,974
st  tdm ttb 
 1,373(mm2 )
46U t
46.110
ở đây các cuộn dây kích thích song song đều nối nối tiếp
(a= 1) ; k = 1,1 là hệ số dự trữ; điện áp kích từ Ut = 110V.
Theo phụ lục chọn dây men tiết diện tròn ký hiệu PETV
có đường kính d/dcd = 1,35/1,435 mm. tiết diện st = 1,431
mm2.
21


81. Mật độ dòng điện ( với máy kiểu bảo vệ IP44) chọn
bằng:
Jt = 2 (A/mm2)
82. Dòng điện kích từ theo (12-35):
It = Jt.st = 2.1,373 = 2,746 (A)
83. Số vòng dây kích từ dưới 1 cực từ :
Ftdm
6784
wt 

 590(vong )
2 pI t max 4.4,12
84. Chiều dài của dây dẫn dây quấn kích từ :
Lt = 2.p.lttb.wt = 4.0,974.590=2298,6 (m)

85. Điện trở của dây quấn kích từ ở 75oC :
L
2298, 6
rt  t 
 36, 4()
46st 46.1,373
86. Trọng lượng đồng của dây quấn kích thích song song:
GCt = 8,9. Lt. st. 10-3 = 8,9 .2298,6.1,373. 10-3 = 28,1 kg.
G. Cổ góp, chổi than và tham số đối chiếu:
87. Chiều rộng vùng trung tính hình học:
bdc = τ – bm = 25,6 -17,4 =8,2 (cm).
88. Với chiều rộng chổi than :

22


bch=(2 ÷ 4).tG = (2 ÷ 4).1,26 =2,52÷5,04
Chọn kích thước chổi than bch x lch = 3,2 x 4 cm2 ký hiệu
C-4.

89. Tiết diện chổi than :
Sch = bch.lch = 3,2.4 = 12,8 (cm2)
90. Lấy mật độ dòng điện trên chổi than Jch’ = 11A/cm2
Số chổi than trên một giá chổi than:

N ch' 

I
pSch .J ch'



386,85
 1,373
2.12,8.11

Lấy số chổi Nch = 2
91. Mật độ dòng điện thực của chổi than :
N ch'
1,373
J ch  J
 11
 7,55( A / cm 2 )
N ch
2
'
ch

92. Chiều dài tác dụng của cổ góp :
lG = Nch.(lch + 0,8) + 1 =2(4+0,8)+1 =10,6( cm)
93. Bề rộng vùng đổi chiều theo (12-48) :

23


bch
a
D
bdc  (  u    G )tG .
tG

p
DG
3, 2
1 1
32, 6
(
 3   )1, 26.
 9,3(cm)
1, 26
2 2
20
ở đây :
G
50
1
G 
 y   12 
2p
4
2
94. Nghiệm lại quan hệ bđc(τ – bm) :

bdc
9,3

 1.13
  bm 8, 2
95. Hệ số từ dẫn rãnh:
hr h4 ld 2,5.105 a
  0,6    

d 2 b4 l2 Alwp v2 p
30 1,5 29,8
2,5.105
1
 0,6 
 

 7,15
7, 4 3 27,82 188,86.27,82.1.25,6 2

96. Sức điện động phản kháng:
e p  2.wp .l . A.v2 ..106 
 2.1.27,82..188,86.25, 6.7,15.106  1,92(V )

97. Khe hở không khí dưới cực từ phụ :
24


Lấy  f  1,5  2 .  2 .0, 225  0, 45 cm
98. Chiều dài tính toán của khe hở không khí dưới cực từ
phụ:

 'f  k f . f  1,84.0, 45  0,83cm
ở đây hệ số khe hở không khí:
k f 

t1  10 f
t1  b4  10 f



2, 05  10.0, 45
 1,84
2, 05  3  10.0, 45

99. Mật độ từ thông khe hở không khí dưới cực từ phụ :
B f

1,1.1,92.102


 0,15(T )
2l v2 2.27,82.25, 6
1,1e p

100. Chiều rộng tính toán của bề mặt cực từ phụ theo (1250) :
b’mf < (0,55 ÷ 0,75 )bđc < (0,55 ÷ 0,75).9,3 = 5,1 ÷ 7.
Lấy bmf = 2,5 cm.
101. Bề rộng thân cực từ phụ :

bcf  bmf  2 f  2,5  2.0, 45  1,6
102. Từ thông dưới cực từ phụ:

 f  B f .l f .bmf .104  0,15.27,82.2,5.10 4  10 3 Wb.
25