Đồ án tốt nghiệp thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha lồng sóc

Đồ án tốt nghiệp
sóc

Thiết kế động cơ khơng đồng bộ ba pha lồng

LỜI MỞ ĐẦU
Máy điện là một thiết bị điện tử ,nguyên lý làm việc dựa trên hiện
tượng cảm ứng điện từ .Về cấu tạo gồm có : mạch từ (lõi thép ) ,mạch điện
(các dây quấn ) .Máy điện dùng để biến đổi năng lượng như cơ năng thành
điện năng (máy phát điện ) hoặc dùng để biến đổi các thơng số điện năng như
: Điện áp ,dịng điện ,tần số ,số pha …
Máy điện là thiết bị thường gặp trong các ngành công nghiệp đặc biệt
là máy điện cơng suất nhỏ và nó chiếm ưu thế trong ngành cơng nghiệp máy
điện .Và nó đã được phát triển từ rất nhiều năm ,đặc biệt là trong những năm
gần đây song song với sự phát triển mạnh mẽ của máy điện lớn thì máy điện
cơng suất nhỏ đã được phát triển mạnh mẽ và góp phần khơng nhỏ trong cơng
nghiệp hố và hiện đại hố đất nước ,đặc biệt trong các thiết bị điện tự động
,trong máy tính ,trong các loại truyền động nhẹ và trong các thiết bị gia dụng
…
Máy điện nhỏ thường có cơng suất giới hạn từ một vài phần của Walt
đến 750W hoặc có thể hơn nữa tuỳ theo mức độ yêu cầu sử dụng .
Phần lớn máy điện công suất nhỏ thường được dùng trong lưới điện
xoay chiều 3 pha và một pha là động cơ điện rơto lồng sóc ,đặc biệt là động
cơ điện một pha dùng nguồn một pha trong lưới điện sinh hoạt cơng với
những ưu điểm của nó như sau :
- Kết cấu gọn nhẹ giá thành vừa phải
- Không gây ra can nhiễu vô tuyến
- It tiếng ồn .
- Sử dụng đơn giản và chắc chắn
Với những thuộc tính và đặc điêm trên nên động cơ điện một pha được sử
dụng rộng rãi .Từ những mục đích và yêu cầu cơ bản trên ,địi hỏi ngành cơng

nghiệp máy điện ,đặc biệt là ở nước ta cần phải quan tâm hơn nữa trong việc
cải tạo và nâng cấp .Nhằm đáp ứng yêu cầu sử dụng góp phần đưa ngành
1


Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha lồng
sóc
cơng nghiệp máy điện nước ta cũng như đất nước ta phát triển nhanh hơn nữa
.

2


Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha lồng
sóc
PHẦN 1: LÝ THUYẾT CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN NHỎ
A Đặc điểm cấu tạo
I Một số thuộc tính chung của máy điện nhỏ
Xét về cấu tạo ,hình dáng kích thước và các đại lượng cơ bản thì máy
điện nhỏ so với máy điện cỡ lớn về cơ bản là khác nhau nhưng các máy điện
đều có chung nguyên lý làm việc .Dựa vào hai định luật điện từ cơ bản .
Đinh luật thứ nhất là định luật suất điện động và cảm ứng đặt trong
một thanh dẫn có chiều dài l chuyển động với vận tốc trong một từ trường
đứng yên có từ cảm B . Chiều và giá trị của sức điện động đó được xác định
→

→

→

từ tích véc tơ e = v .l. B . Đó là đinh lụât cơ sở của máy phát điện biến đổi cơ
năng thành điện năng .
Định luật thứ hai là định luật của lực điện từ f tác dụng lên thanh dẫn
có chiều dài l khi nó có dịng điện i và nằm trong từ trường có từ cảm B
→

→

→

.Chiều và độ lớn của lực f xác định theo tích véc tơ e = v .l. B .Đó là đinh lụât
cơ bản của của động cơ biến đổi điện năng thành cơ năng .Dựa trên cơ sở
hai định luật trên dây quấn và các đại lượng liên quan đều phải duy trì được
yếu tố cơ bản của máy điện .
Cũng giống như các máy điện quay khác máy điện không động bộ bao
gồm các bộ phận chính như sau :
Phần tĩnh hay Stato
1 Trên Stato có vỏ lõi sắt hay dây quấn
a) Vỏ máy :
Vỏ máy có tác dụng cố định lõi Fe và dây quấn ,không dùng để làm
mach dẫn từ .Thường vỏ máy làm bằng gang ,với máy có công suất
tương đối lớn thường dùng thép tấm hàn lại thành vỏ tuỳ theo cách làm
nguội máy mà dạng vỏ cũng khác nhau .
b) Lõi sắt :

3

Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha lồng
sóc
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 bẵng những lá thép kỹ thuật điện dày
0,5 mm ép lại .Khi đường kính ngồi lõi sắt nhỏ hơn 900 mm thì dùng
cả tấm trịn ép lại khi đường kính ngồi lớn hơn 90 mm thì phải dùng
những tấm hình rẻ quạt ghép lại thành khối tròn
Mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt để
giảm tổn hao do dòng điện xoay chiều gây lên . Nếu lõi sắt ngắn thì có
thể ghép thành một khối .Nếu lõi sắt dài quá thì thường ghép thành
từng thép ngắn ,mỗi thép đặt cách nhau 1cm để thơng gió cho tốt .Mặt
trong của lõi thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn .
c) Dây quấn :
Dây quấn Stato được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt
với lõi sắt .Dây quấn đóng vai trị quan trọng trong máy điện vì nó trực
tiếp tham gia các q trình biến đổi năng lượng điện năng thành cơ
năng hay ngược lại đồng thời về mặt kinh tế thì giá thành của dây quấn
cũng chiếm một phần khá cao trong tồn bộ giá thành của máy
2) Phần quay Rơto : Gồm lõi sắt và dây quấn :
a) Lõi sắt : Nói chung thường dùng các lá thép kỹ thuật điện ghép ép
lại,đặc điểm khác biệt ở đay là không cần sơn cách điện giữa các lá
thép vì tần số làm việc trong ro to rất thấp chỉ vài Hz nên tổn hao do
dịng phu cơ trong roto rất thấp.Lõi sắt được ép trực tiếp lên trục máy
hoặc lên một giá rơto của máy .Phía ngồi của lá thép có xẻ rãnh để đặt
dây quấn
b) Rơto: Có hai loại
Rơto kiểu dây quấn và rơto lồng sóc :
Rơto kiểu dây quấn : Rơto có dây quấn như dây quấn Stato .Trong máy
điện cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp

.Trong máy điện cỡ nhỏ thường dùng dây đồng tâm một lớp .Dây quấn
3 pha của rôto thường đấu hình sao cịn 3 đầu kia được nối vào 3 vành
4


Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha lồng
sóc
trượt thường làm bằng đồng đặt cố định ở một đầu trục và thơng qua
chổi than có thể đấu với mạch điện bên ngồi .Đặc điểm của rơto kiểu
dây quấn là có thể thơng qua chổi than đưa R phụ hay sức điện động
phụ vào mạch điện rôto để cải thiện tính năng mở máy khi làm việc
bình thường dây quấn rôto được nối ngắn mạch .
Rôto kiểu lồng sóc : Kết cấu cảu dây quấn này khác với dây quấn Stato
.Trong mỗi rãnh của lõi sắt rôto đặt vào thanh dẫn bằng đồng hay
nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối kết lại ở hai đầu bằng hai vành
ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng gọi là lồng
sóc .
Dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt .Để cải thiện tính
năng mở máy trong máy cơng suất tương đối lớn , rãnh rơto có thể
làm thành dạng rãnh sâu hoặc làm thành hai rãnh lồng sóc .Trong máy
điện cỡ nhỏ rãnh rơto thường được làm chéo đi một góc so với tâm
trục .
*Trục:
Trục máy điện mang roto quay trong lòng stato, vì vậy nó cũng là 1 chi
tiết rất quan trọng,Trên trục của roto có lõi thép,dây quấn vành trượt và
quạt gió
3) Khe hở : Vì rơto là một lõi trịn nên khe hở đều .Khe hở trong máy điện
khơng đồng bộ rất nhỏ;(0,2 ÷ 1) mm trong máy cỡ nhỏ và vừa.Đẻ hạn chế
dịng từ hố lấy từ lưới vào nhờ đó hệ số cơng suất của máy cao hơn

4) Các đại lượng định mức :
Cũng như tất cả các máy điện khác máy điện khơng đồng bộ có các trị
số định mức đặc trưng cho điều kiện kỹ thuật của máy .Khi đóng điện
máy phải làm việc về cơ bản phải đạt được các giá trị định mức đã ghi
trên nhãn máy.
5) Nguyên lý làm việc

5


Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha lồng
sóc
Khi trong lõi Fe Stato của máy điện không đồng bộ tạo ra một từ
trường quay với tốc độ đồng bộ n1 =

60 f 1
trong đó f1 là tần số dịng
p

điện lưới đưa vào thì từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự
ngắn mạch đặt trên lõi Fe rơto và cảm ứng trong dây quấn đó sức điện
động và dịng điện từ thơng do dịng này sinh ra hợp với từ thông của
Stato tạo thành từ thơng tổng ở khe hở .Dịng điện trong dây quấn rôto
tác dụng với từ thông khe hở này sinh ra mơmen . Tác động đó có quan
hệ mật thiết với tốc độ quay n của rôto
Để chỉ phạm vi tốc độ của máy ,thường người ta dùng hệ số trượt s
.Theo
đinh nghĩa hệ số trượt bằng :
S% =

n1 − n
100
n1

Từ trường trong máy điện nhỏ :
Trong các máy điện lớn thì từ trường làm việc là từ trường trịn cịn
trong các máy điện nhỏ thì từ trường là elip ,để có được từ trường trái
đối với máy điện 3 pha thì dây quấn Stato và rơto của máy điện phải là
dây quấn 3 pha lệch nhau s120 0 về thời gian cịn ở máy điện nhỏ có
được tử trường trịn là khó khăn mà chỉ có điểm làm việc là từ trường
tròn còn lại là đường elip .
c) Quan hệ điện từ trường trong máy điện không đồng bộ
Máy điện không đồng bộ làm việc khi rôto đứng yên
Đặt một điện áp U1 có tần số f1 vào dây quấn Stato trong dây quấn
stato sẽ có dịng điện I1 tần số f1 trong dây quấn rơto có dịng điện I2 tần
số cũng là f1 I1 và I2
sinh ra sức từ động quay F1 và F2 có trị số :

6


Đồ án tốt nghiệp
sóc

Thiết kế động cơ khơng đồng bộ ba pha lồng
E1 =

m1 2 ω1 .k dq1
.

.I 1
p
π

E2 =

m2 2 ω.k dq 2
.
.I 2
π
p

m1 và m2 là số pha của dây quấn Stato và rôto
ω1 , ω2 , kdq1 , kdq2 là số vòng dây nối tiếp trên một pha và hệ số
dây quấn Stato và rôto .
Hai sức từ động này cũng quay với tốc độ đồng bộ n1=

60 f1
và tác
p

dụng với nhau để sinh ra sức từ động tổng trong khe hở F0 .
•

Phương trình cân bằng :

•

•

F1 + F2 = F0
•
•
⎛ • ⎞
hay F1 = F0 + ⎜ − F2 ⎟
⎠
⎝
0

0

ở đây có thể coi như dòng điện stato I 1 gồm hai thành phần I 0 tạo
•

F0 =

nên sức từ động :

m1 . 2 ω1. k dq1 .
I0
p
π

⎛ • ⎞ − m1 . 2 ω1 .k dq1 '
.
I2
⎜ − F2 ⎟ =
π
p
⎝

⎠

Như vậy ta có :
•

•

•

I 1 = I 0 + (− I ' 2 )
•

•

•

hay I 1 + I 2 = I 0
•

•'

•

So sánh sức từ động F2 do dịng I 2 của rơto và thành phần I 2
của dòng điện Stato sinh ra ta có :
m2 . 2 ω 2 .k dq 2 • m 2 ω1 .k dq1 • '
I2 =
.I 2
p
p

π
π

Tỷ số biến đổi dòng điện : K i =

m1 .ω1. k dq1
I2
=
'
I 2 m2 .ω 2 .k dq 2

Dòng điện quy đổi của rôto sang stato bằng :

'
I2 =

I2
ki

7


Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha lồng
sóc
Từ thơng chính φ do sức điện động F0 sinh ra trongkhe hở quét qua
hai dây quấn stato và rơto cảm ứng ở đó những sức điện động mà trị
số bằng :
E1 = 4,44. f1 .ω1 .k dq1 .φ
E 2 = 4,44. f 2 .ω 2 .k dq 2 .φ

Khi rôto đứng yên f1 =f 2 nên tỷ số biến đổi điện áp cảu máy điện
không đồng bộ :
E1 ω1 .k dq1
=
E 2 ω 2 .k dq 2

ke =

Máy điện không đồng bộ làm việc khi rôto quay
Phương trình cân bằng về sức điện động trên dây quấn Stato :
U 1 = − E1 + I 1 (r1 + j.x1 )

Từ trường khe hở sinh ra F1 quay với vận tốc đồng bộ n1 .Nếu Rôto
quay với tốc độ n theo chiều quay của từ trường quay thì tốc độ
tương đối giữa từ trường quay với dây quấn Rôto là n2= n1-n và tần
số sức điện động và dịng điện trong dây quấn rơto là :
f2 =

n2 p
60

=

n1 − n n1 . p
.
= S . f1
n1
60

S : hệ số trượt
Trị số sức điện động trên dây quấn rôto lúc đó bằng :
E 2 S = 4,44. f 2 .ω 2 .k dq 2 .φ = 4,44.s. f 1 .ω 2 .k dq 2 .φ = S .E 2

Và địên kháng x = ω .L=2.π.f.L
→ x 2 S = 2π . f 2 .L2 = 2π .s. f1 .L2 = s.x2
Do đó phương trình cân bằng về sức điện động của mạch điện rôto
là :
0 = − E 2 S + I 2 (r2 + j.x 2 S )

Sau khi quy đổi : 0 = − E2' S + I 2 (r2 ' + J .x ' 2 S )

8


Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha lồng
sóc
Khi rơto đứng n so với khi rơto quay tốc độ từ trường quét dây
quấn Rôto tăng theo tỷ lệ và sức điện động của dây quấn rôto cũng
tăng theo tỷ lệ đó và bằng :
'
1 S .E 2
'
'
E2S . =
= E2
s
S

Phương trình mạch điện của rơto lúc rôto quay sau khi quy đổi sang
tần số f1 sẽ có dạng :
'
⎞
1− S ' ⎞
'
' ⎛r
'⎛
'
0 = E 2 − I 2 ⎜ 2 + j.x ' 2 ⎟ = I 2 ⎜ r2' + j.x 2 +
.r2 ⎟
⎜S
⎟
S
⎝
⎠
⎝
⎠

Do sức điện động stato và rôto quay đồng bộ với nhau với tốc độ
ω1 nên phương trình cân bằng về sức điện động vẫn được viết :
F1 + F2 = F0
I1 + I 2 = I 0

Tóm lại các phương trình cơ bản của rơto quay như sau :
U 1 = − E1 + I 1 (r1 + s.x1 )
'
' ⎞
'
' ⎛r

0 = E 2 − I 2 ⎜ 2 + s.x 2 ⎟
⎜s
⎟
⎝
⎠
'
E 2 = E1

I1 + I ' 2 = I 0
− E1 = I 0. Z m

Công dụng :
Máy điện không đồng bộ công suất công suất nhỏ thông dụng
chủ yếu được dùng trong công nghiệp nhẹ công nghiệp thực phẩm
đặc biệt là động cơ không đồng bộ 3 pha công suất nhỏ dùng kéo
các máy tiện nhỏ máy lạnh v v…
Máy điện không đồng bộ là máy điện chủ yếu dùng làm động cơ
điện.Do kết cấu đơn giản làm việc chắc chấn, hiệu quả cao nên động
cơ không đồng bộ được sử dụng rông rãi trong các ngành kinh
tế.Trong công nghiệp thường dùng máy điẹn không đồng bộ làm
9


Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha lồng
sóc
nguồn động lực cho máy xcán thép laọi vừa và nhỏ,động lực cho
máy công cụ ở nhà máy công nghiệp nhẹ…Trong hầm mỏ dùng
làm máy tưới hay quạt gió.Trong nơng nghiệp dùng làm máy
bơm.Trong đời sống hàng ngày thì máy điện khơng đồng bộ chiếm

vị trí quan trọng như quạt gió.,đĩa quay động cơ trong tủ lạnh,máy
giặt,máy bơm..nhất là laọi roto lồng sóc.
Tóm lại sự phát triển của nền sản xuất điện khí hố, phạm vi của
máy điện không đồng bộ ngày càng được sử dụng rộng rãi
Máy điện khơng đồng bộ có thể dùng làm máy phát điện nhưng
đặc tính khơng tốt so với máy điện đồng bộ nên chỉ trong 1 trường
hợp nào đó thì nó mới có ý nghĩa quan trọng
6.Kết cấu của máy điện
Mặc dù kích thước của các bộ phận vật liệu tác dụng và đặc tính
của máy phụ thuộc phần lớn vào tính tốn điện từ và tính tốn thơng
gió nhưng cung có phần liên quan đến kết cấu của máy.Thiết kế là
kết cấu phải đảm bảo sao cho máy gọn nhẹ, thơng gió tản nhiệt tốt
mà vẫn có độ cứng vững và độ bền nhất định.Thường căn cứ vào
điều kiện làm viẹec của máy đẻ thiết kế một kết cấu thích hợp.Vì
vậy thiết kế kết cấu là 1 phần quan trọng trong tồn bộ thiết kế máy
điện
Máy điện có nhiều kiểu kết cấu khác nhau.Sở dĩ như vậy là vì
các nguyên nhân sau:
Có nhiều loại máy điện và cơng dụng khác nhau như máy điện 1
chiều,máy đồng bộ,máy không đồng bộ… cho nên yêu cầu về kết
cáu máy cũng khác nhau.Công suất của máy khác nhau nhiều.ở
những máy có cơng suất nhỏ thì giá đỡ trục đồng thời là nắp máy
Tốc độ quay khác nhau.Máy tốc độ cao thì rơ to cần phải chắc chắn
hơn,máy tốc độ chậm thì rơ to thường lớn

10


Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha lồng

sóc
Căn cứ vào tính tốn điện từ và tính tốn thơng gió có thể đưa ra
nhiều phương án khác nhau.Những phương án này vế kích thước
,trọng lượng,tính tiện lợi khi sử dụng,độ tin cậy làm việc,tính giản
đơn khi chế tạo và giá thành của máy có thể khơng giống nhau.Vì
vậy thiết kế cần chú ý tất cả các yếu tố đó
Nguyên tắc chung để thiết kế kêt cấu
Đảm bảo chế tạo đơn giản
Đảm bảo dưỡng máy thuận tiện
Đảm bảo độ tin cậy của máy khi làm việc
*Phân loại các kiểu kết cấu của máy điện đã định hình
Kết cấu của các máy điện hiện nay được định hình theo cách bảo
vệ,cách lắp ghép,đặc tính của mơi trường bên ngoài
*Phân loại theo phương pháp bảo vệ máy đối với mơi trường bên
ngồi
Cấp bảo vệ máy có ảnh hưởng rất lớn đến kết cấu của máy
Thương có thói quen chia cấp bảo vệ theo phương pháp làm nguội
máy.Theo cách này máy điện được chia thành:
Kiểu hở:
Loại này khơng có trang bị bảo vệ sự tiếp xúc tự nhiên các bộ phận
quay và các bộ phận mang điện,cũng không cố trang bị bảo vệ các
vật liệu ngoài rơi vào máy.Loại này được chế tạo theo kiểu tự làm
nguội.Loại này thường đặt trong nhà có người trơng coi
*Kiểu bảo vệ
Có trang bị 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
*Kiểu kín
là loại máy mà không gian bên trong máy và môi trường bên ngồi
máy được cách ly.Kiểu kín là tự thơng gió bằng cách thổi gió ở mặt

11


Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha lồng
sóc
ngồi vỏ máy hay thơng gió độc lập bằng cách đưa gió vào trong
máy
*Tổng quan về nghiên cứu động cơ ba pha ro to lồng sóc
1Ưu điểm
Kêt cấu đơn giảnnên giá thành rẻ
Vận hành dễ dàng bảo quản thuận tiện
Sử dụng rông rãi và phổ biến trong phạm vi công suất vừa và nhỏ
2Khuyết điểm
Hệ số công suất thấp gây tổn thất nhiều công suất phản kháng
Không sử dụng được lúc non tải hoặc khơng tải
Khó điều chỉnh tốc độ
Đặc tính mở máy khơng tốt, dịng mở máy lớn
Mômen mở máy nhỏ
3.Biện pháp khắc phục
Hạn chế vận hành non tải
Cải thiện đặc tính mở máy bằng cách điều chỉnh tốc độ(bằng cách
thay đổi điện áp, thêm điện trở phụ vào nạch ro to) hay dùng ro to
có rãnh sâu đồng thời tăng mơmen mở máy
Chế tạo roto có khe hở thật nhỏ để hạn chế dòng điện từ hố và nâng
cao hệ số cơng suất

12

Đồ án tốt nghiệp
sóc

Thiết kế động cơ khơng đồng bộ ba pha lồng

PHẦN 2 ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN QUAY
1 Tác dụng của sản xuất máy điện trong nền kinh kế quốc dân
tốc độ phát triển của xã hội ngày càng nhanh ,đời sống sinh hoạt của
nhân dân ngày càng được nâng cao nên nhu cầu về phát triển máy điện cũng
là điều tất yếu. Tốc độ phát triển của nền sản suất cơng nghiệp ngày càng
nhanh thì địi hỏi ngành cơng nghiệp điện nói chung và ngành chế tạo máy
điện cần phải có những bước tiến mạnh mẽ .
Ngành cơng nghiệp chế tạo máy điện đóng tầm quan trong đặc biệt
trong các ngành công nghiệp ,đặc biệt là các loại động cơ điện :động cơ làm
nguồn động lực ,động cơ điện có cơng suất bé .
2 Các yêu cầu và quy trình thiết kế máy điện .
- Khi thiết kế máy điện cần phải đảm bảo các tiêu chuẩn nhà nước và các
yêu cầu về kỹ thuật do nhà nước quy định .
- Đảm bảo các yêu cầu từ phía nhà máy và người tiêu dùng qua các hợp
đồng .
13


Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha lồng
sóc
Quy trình thiết kế máy điện bao gồm các bước :
1.Tìm hiểu chung về động cơ cơng suất nhỏ
1 . Tính tốn các kích thước cơ bản
2 . Tính tốn điện từ

3 . Thiết kế kết cấu
4 . Tính kiểm tra
5 . Tính các đường đặc tính

14


Đồ án tốt nghiệp
sóc

Thiết kế động cơ khơng đồng bộ ba pha lồng
PHẦN 3 TÍNH TỐN

A . TÍNH TỐN KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU .
Các kích thước chủ yếu phụ thuộc vào các thông số qua công thức :
D 2 .lδ .n
6,1.107
=
= C A Gọi là hằng số máy điện .
P
∝ δ .k s .k d . A.Bδ

1. Tốc độ đồng bộ ndb .
Với

2p = 4 ta có
P=
n1 =

60. f1

n1
60. f1 60.50
=
= 1500(vg / ph)
2
P

+ αδ : hệ số cung cực từ ,lấy αδ = 2/π = 0,64.
+ ks : hệ số sóng ,lấy ks = π/2 2 = 1,11
+ kd : hệ số cuốn dây
với P= 1,50KW và 2p = 4 ta chọn kd= 0,95÷ 0,96→ chọn kd= 0,96
+ D là đường kính trong của Stato có quan hệ mật thiết với đường
kính ngồi .
Dn bởi hệ số kD : kD = D/Dn= f(2p)
Tra bảng 10.1-230 với 2p = 4 → kD= 0,64 ÷ 0,68
Dn có quan hệ mật thiết với kết cấu máy ,cấp cách điện và chiều cao
tâm trục h đã được tiêu chuẩn hoá .Chiều cao tâm trục h chon theo dãy
cơng suất P
2 . Đường kính ngoài Stato D :
Theo bảng IV.1- 601 đối với động cơ khơng đồn bộ rơ to lồng sóc kiểu
IP44 theo TCVN- 1987 –94 chon cấp cách điện là B , khi đó với P=
1,5KW và 2p =4
Ta có h =100 (mm) .
Qua bảng 10.3 –230 sách thiết kế máy điện của Trần Khánh Hà chọn
Dn theo h : Dn =168 (mm)
15


Đồ án tốt nghiệp
sóc

Thiết kế động cơ khơng đồng bộ ba pha lồng

3 . Đường kính trong Stato D:
theo bảng 10.2 trang 230 ta có k D =0,64-:0,68
D = KD .Dn = (0,64 ÷ 0,68) .168 = 10,75 ÷ 11,42 (mm)
Chọn D =107 (mm).
4 . Cơng suất tính tốn :
P' =

k E .P
0,96.1,5
=
= 2,25(kVA)
η . cos ϕ 0,77.0,83

P ' = 2,25( KVA)

Trong đó kE là hệ số ,qua hình 10.2 – 231 với Dn= 168(mm) và 2p =
4 ta có :

kE = 0,96
A là tải đường bằng dặc trưng cho mạch điện .
Bδ là mật độ khe hở khơng khí đặc trưng cho mạch từ .

Trong máy điện không đồng bộ thì tỷ số A/Bδ ảnh hưởng đến kích
thước máy điện ảnh hưởng rất nhiều đến đặc tính khởi động và đặc tính làm
việc .
Nếu A , Bδ lớn thì tiết kiệm được vật liệu nhưng tổn hao sắt và đồng
tăng làm cho máy nóng lên ảnh hưởng đến tuổi thọ .Do vậy A, B δ được

chon phụ thuộc nhiều vào vật liệu .
Nếu dùng vật liệu sắt từ tốt (tổn hao thấp hay độ từ thẩm cao ) .
Nếu dùng dây đồng có cấp cách điện cao thì có thể chọn A lớn .Vậy
A ,Bδ phụ thuộc vào Dn và p : Dn = 168 (mm) và 2p =4 →A = 245(A/cm)
Và Bδ = 0,85 ( T )
5 . Chiều dài tính tốn của lõi sắt :

lδ
lδ =

=

6,1.10 7. p '

α δ .k s .k d . A.Bδ .D 2 .ndb

6,1.10 7 .2,25
= 5,62(cm)
0,64.1,11.0,96.245.0,85.(10,7) 2 .1500

Do lδ < 25 (cm) , lõi sắt ngắn nên chọn lõi sắt làm thành một khối .
16


Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha lồng
sóc
l1=l2= lδ = 5,62 (cm) .
6 . Bước cực :
τ=

π .D
2p

=

π .10,7
2.2

= 8,4(cm)

D=10,7(cm):đường kính trong của stato
7 . Lập phương án so sánh :
lδ

λ=

τ

=

5,62
= 0,67
8,4

Trong dãy động cơ cơng suất 1,50 kW và 2p = 4 có cùng đường kính
ngồi Dn= 168 (mm) (cùng chiều cao tâm trục h ) với cơng suất 2,2kW
và 2p =4 thì hệ số giảm công suất của động cơ này là :
γ =

1,5
= 0,68
2,2

λ0,55 = γ * .λ0,75 = 0,68.0,67 = 0,456

Theo hình 10.3b –235 thì để thiết kế chế tạo máy có tính năng tốt và tính
kinh tế cao thì λ phải nằm trong phạm vi cho phép ,với 2p =4 và h <
250 (mm)

thì 0,4 < λ < 1,2 đối chiếu kết quả ta chọn phương án này là

hợp lý
8 . Dòng điện định mức :
I1 =

Pdm .10 3
1,5.10 3
=
= 3,55( A)
η . cos ϕ .U dm 3.220.0,77.0,83

trong đó: pdm = 1,5(kw) :công suất định mức

u

dm

= 220(v) :điện áp pha

η = 0,77 : hiệu suất của động cơ

B DÂY QUẤN , RÃNH STATO VÀ KHE HỞ KHƠNG KHÍ
9 .Số rãnh Stato .
Chọn q1 =3 (chọn q là số nguyên vì cải thiện được đặc tính làm việc và
có khả Năng làm giảm tiếng kêu của máy ) .Khi đó số rãnh Stato là :
Z1 = 2mpq1 =2.3.3.2=36 (rãnh).
17


Đồ án tốt nghiệp
sóc
10. Bước rãnh Stato
t1 =

z

1

Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha lồng

π .D
Z1

=

π .10,7
36

= 0,93(cm)

= 36( rãnh):số rãnh stato

11. Số thanh dẫn tác dụng lên một rãnh :
Chọn số mạch nhánh song song là : a=1 ( 1nhánh // đầu ra đấu với
đầu ra và 1 nhánh // đầu vào đấu vào đầu vào ).
A.t1 .a 245.0,93.1
=
= 64,18
I1
3,55

Ta có : U r1 =
chọn Ur1= 65(thanh )
A=245(A/cm):tải đường

a=1:số mạch nhánh song song

I

1

= 3,55( A) :dòng điện pha

12 .Số vòng dây nối tiếp của một pha:
w1 = pq1

U đ1
65
= 2.3. = 390 (vịng )

a1
1

w1= 390 (vịng)

q

1

= 3 : số rãnh của 1 pha dưới một cực

p=2:số đôi cực

u

r1

= 65 (thanh):số thanh dẫn tác dụng lên 1 rãnh

13. Tiết diện và đường kính dây :
.

Để chọn kích thước dây dẫn ta chọn mật độ dòng điện J của dây dẫn

,việc chọn J ảnh hưởng đến hiệu suất và sự phát nóng cảu máy mà sự phát
nóng lại phụ thuộc vào AJ ,AJ phụ thuộc vào tải nhiệt của máy .
Theo hình 10.4 a –237 với 2p = 4 ta có AJ =1700(A/cm)
Ta có mật độ dịng điện :
J' =

A.J 1700
2
=
= 6,938 A/mm .
A
245

Tiết diện dây sơ bộ :
18


Đồ án tốt nghiệp
sóc

Thiết kế động cơ khơng đồng bộ ba pha lồng
'

S1 =

I1
3,55
2
=
= 0,255 (mm )
'
a1 .n1 .J 1 2.6,938

Chọn S1 = 0,255(mm)
Chọn n1 = 1 sợi :số sợi chập
Với S1’= 0,255 (mm2) đối chiếu với bảng VI.1-619 sách thiết kế máy điện của

trần khánh hà
Chọn dây đồng tráng men PETV có đường kính: d

d

= 0,57
cd

0,625

14 .Kiểu dây quấn:
Với công suất P= 1,5 kW ta chọn kiểu dây quấn một lớp bước đủ
là loại dây Quấn có cơng nghệ chế tạo đơn giản và lồng dây dễ phù hợp
với máy có cơng suất nhỏ
Ta có :

y=

z1 36
=
=9
2p 4

( rãnh )

15 . Hệ số dây quấn :
Theo công thức 2-4-TL2 với dây quấn 1lớp bước đủ 3 pha thì :
kd =

0,5

q sin

π .v
6q

=

0,5
= 0,96
180 0.1
2 sin
6 .2

16 .Từ thông khe hở khơng khí :
ke.U 1
0,96.220
=
= 0,0025( wb)
4.k s .k d . fw1 4.1,11.0,96.50.390

φ=

φ = 0,0025( wb)

trong đó: k s = 1,11 :Hệ số sóng

k

d

= 0,96 :Hệ số dây quấn

w = 390 :số vòng dây nối tiếp của 1 pha
1

k

e

= 0,96 :tỉ số giừa các sức điện động và điện áp

17 .Mật độ từ thơng khe hở khơng khí :

19


Đồ án tốt nghiệp
sóc

Thiết kế động cơ khơng đồng bộ ba pha lồng

Bδ =

0,0025.10 4
φ .10 4
=
= 0,82(T )
τ .α .l1 0,64.5,62.8,4

Bδ = 0,82(T )

Φ = 0,0025( wb ) :từ thơng khe hở khơng khí

l

1

= 5,62(cm) :chiều dài lõi sắt stato

18 . Sơ bộ định chiều rộng răng của Stato :
b z1 =

Bδ .l.t1
0,82.5,62.0,93
=
= 0,46(cm)
B z1 .l.k c 1,75.5,62.0,95

Với Bz1= 1,75 ÷ 1,95 (T) la trị số trung bình của mật độ từ thông
trên răng được

Xác đinh qua bảng 10.5 b – 241 . Chọn bz1’ = 1,75T) và

Kc là hệ số ép chặt lõi Thép ứng với các lõi thép kỹ thuật điện 2212 ta có ;
kc=0,95
19 . Sơ bộ định chiều cao răng của Stato :
'
h gl =

φ .10 4

2.B gl .l1 .kc

=

0,0025.10 4
= 1,56(cm)
2.0,95.5,62.1,5

Trong đó Bgl= 1,50÷1,65 (T) là mật độ từ thông trong gông Stato được
xác định qua bảng 10.5a –240 sách thiết kế máy điện của Trần Khánh
Hà
ta chọn

B

g1

= 1,5( T)

20 . Kích thước rãnh và cách điện
Chọn miệng rãnh sao cho dây dân vào một cách dẽ dàng nhất
→ chọn rãnh Quả lê (hình 1 )
Miệng rãnh chọn b41= dcd+ (1,1÷1,5) (mm)
trong đó dcd là đường kính kể cả
Cách điện ,ta có b41 = 0,625+(1,1÷1,5) = 1,725÷ 2,125 (mm).
Ta chọn b41 = 2 (mm)

20

Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha lồng
sóc
Chiều cao miệng rãnh thường lấy
khoảng 0,4 ÷0,8 (mm)
.Chọn h41=0 ,3(mm)
chọn d1= 0,52 (cm) = 5,2 (mm)
Chọn đường kính d2 =7(mm)
Chọn chiều cao rãnh stato hrl =15,8(mm)
Chọn hrl = 15,8(mm)
Khi đó ta có chiều cao h12
=12(mm):
Theo bảng VIII.1 –629-TL1 ứng với dây cuốn một lớp va 2p =4 thì
ta có cách điện của dây cuốn là :
+ chiều dày cách điện rãnh : c=0,25 (mm)
+ chiều dày cách điện của nêm là : c’ = 0,35( mm)
Diện tích rãnh trừ nêm là :
S r' =

π (d12 + d 22 )
8

+

(d1 + d 2 ) ⎛ h
2

⎜
⎝

12

−

d1 ⎞
⎟
2⎠

Diện tích cách điện rãnh là :
⎞ π .d1. c
⎛ πd
S cd = ⎜ 2 + 2h12 + (d1 + d 2 )⎟c +
2
⎠
⎝ 2

'

Diện tích có ích của rãnh là :
Sr= S’r- Scd = 87,19-14,65=72,54(mm2)
Diện tích rãnh trừ nêm là :
S r' =
=

π (d12 + d 22 ) d1 + d 2 ⎛
8

π (5,2 2 + 7 2 )
8

d ⎞
⎜ h12 − 1 ⎟
2 ⎝
2⎠
(5,2 + 7 ) ⎛12 − 5,2 ⎞ = 87,19(mm)
+
⎜
⎟
2
2 ⎠
⎝
+

Diện tích cách điện là :

21


Đồ án tốt nghiệp
sóc

Thiết kế động cơ khơng đồng bộ ba pha lồng
πd 2

S cd =

2

+ 2h12 + (d1 + d 2 ).C +

π .d1c '

2
π .7
π .5,2.0,35
=
+ 2.12 + (5,2 + 7)0,25 +
2
2
2
= 14,65(mm )

21 . Hệ số lấp đầy của rãnh :

k

. .d
=u n
r

ld

1

2
cd

.

sr

=

65.(0,625) 2 .2
= 0,7
72,54

→ thoả mãn điều kiện

22 . Bề rộng răng Stato :
bz''1 =

π ( D + 2 h4 s + d 1 )
Z1

− d1 =

π (10,7 + 2.0,03 + 0,52 )
36

− 0,52

= 0,46(cm)

'
bz''1 =

π (D + 2(h41 + h12 ))
Z1

− d2 =

π (10,7 + 2(0,03 + 1,2 ))
36

− 0,7

= 0,45(cm)
'
bz''1 + bz''1 0,46 + 0,45
=
= 0,455
2
2
Chon = 0,455cm)

bZ 1 =

Sai số :
Δbz1 =

bz1 − bz' 1
0,455 − 0,46
.100% =
.100% = 1,08%
'
0,46
b z1

Có thể chấp nhận được :

23 . Chiều cao gông Stato
Dn − D
1
− hr1 + d 2 =
2
6
7
16,8 − 10,7
hg1 =
− 1,58 + = 1,58(cm)
6
2
hg1 =

24 . Khe hở khơng khí
Do cơng suất của máy tương đối bé P=1,50 KW và 2p =4 nên khe hở
khơng khí được tính theo cơng thức :

22


Đồ án tốt nghiệp
sóc

Thiết kế động cơ khơng đồng bộ ba pha lồng
δ = 0,25 +

D
107
= 0,3 +

= 0,3505
1000
1000

Đối chiếu với bảng 10.8-253-TL1 ứng với chiều cao tâm trục
h =100 (mm)
và 2p = 4 thì ta chọn δ = 0,3 (mm)
C DÂY QUẤN RÃNH VÀ GÔNG RÔ TO
25 .Chọn số rãnh Rơto Z2
Nếu khe hở khơng khí bé thì khi khởi động mơmen phụ do từ trường
sóng bậc cao gây lên ,do vậy chọn Z2 sẽ ảnh hưởng đến quá trình khởi động
và đặc tính làm việc .Việc chọn Z2 thích hợp có thể hạn chế momen phụ đồng
bộ và không đồng bộ cũng như mômen phụ gây ra hiện tượng rung và ồn .
Chọn Z2 phải dựa trên cơ sở Z1, 2p đã chọn ,tra bảng 10.6 –246 với
Z1= 36(rãnh)
p = 4 làm rãnh nghiêng ta chọn Z2 =28 (rãnh ) .
26 . Đường kính ngồi Rơto:
D’ = D - 2δ = 10,7 –2.0,03=10,64 (cm).
27 . Bước răng rôto:
t2 =

π .D '

=

π .10,64

Z .2
28
t 2 = 1,19(cm)

= 1,19(cm)

28 . Sơ bộ đinh chiều rộng răng rôto :
bz' 2 =

Bδ .l 2 .t 2
0,82.5,62.1,19
=
= 0,586(cm)
B z 2 .l 2 .k c 1,75.5,62.0,95

với bZ4 = 1,75 ÷ 1,95 (T) là mật độ trị số trung bình của mật độ từ thơng
trên răng được xác định qua bảng 10.5-241 .Sơ bộ chọn BZ1 = 1,75 (T) và
kc là hệ số ép chặt lõi thép ứng với các lá thép kỹ thuật 2212 , ta có
: kc = 0,95 .
29 . Đường kính trục rôto :
Dt = 0,3.D = 0,3.10,7= 3,21 (cm) .
23


Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha lồng
sóc
D=10,7(cm)đường kính trong stato
30 . Dịng điện trong thanh dẫn rôto :
I td = I 2 = k1. .I 1
= 0,85.3,55.

6.w1 .k dl

Z2

6.390.0,96
= 242,08( A)
28

Trong đó : k1 là hệ số phụ thuộc vào cosϕ của máy ,qua hình 10.5 –244
Ta có k1 = 0,85
Kdl là hệ số dây quấn stato = 0,96
31 . Dòng điện trong vòng ngắn mạch :
I v = I td

1
2. sin

π.p

= 242,88.

Z2

1
= 543,94( A)
180.2
2 Sin
28

32 . Tiết diện thanh dẫn bằng nhôm :
'
S td =

I td 242,08
=
= 56,29(mm 2 )
J2
4,3

S 2 = 4,3( A / mm 2 )

Trong đó J2 là mật độ dịng điện trong thanh dẫn bằng nhơm :
J td = ( 4 ÷ 6) A / mm 2 . chonJ td = 4,3 A / mm 2

33 . Tiết diện vành ngắn mạch :
Sv =

I v 543,94
=
= 159,98(mm 2 )
Jv
3,4

Trong đó Jv là mật độ dịng điện trong vịng ngắn mạch ,trị số Jv chọn
thấp Hơn Jtđ khoảng 20 ÷ 30 % ta lấy Jv = 3,4 ( A/mm2) .
34 . Kích thước rơto và vành ngắn mạch :
Chọn rãnh rơto có dạng hình quả lê ( hình bên ) :
Chọn chiều cao miệng rãnh h42 = 0,5 (mm)
Chọn chiều rộng miệng rãnh hở b42 = 1(mm)
d1 = 5,5 (mm) h12 = 9,55 (mm)
24

Đồ án tốt nghiệp
sóc
d2 =3 (mm)

Thiết kế động cơ khơng đồng bộ ba pha lồng
z = 28 (rãnh)

hr2 = 14,3 (mm) a= 16,5 (cm) ,
b = 7 (cm)
SV = a.b = 16,5.7 = 115,5 (mm2)
Đường kính vịng ngắn mạch :
Dv = D –(a+1) = 107 –(16,5 +1)
=89,5(mm)
35 . Diện tích rãnh rôto :

Sr2 =
=

π
8

π

(d
8

2
12

)

2
+ d 22 + 0,5.h12 r (d12 + d 22 )

(5,5 2 + 3 2 ) + 0,5.9,55(5,5 + 3) = 56(mm)

36 . Diện tích vành ngắn mạch :
SV = a.b = 16,5.7 = 115,5(mm2)
37 . Chiều cao gông rôto :
hg 2 =

D ' − Dt
1
10,64 − 3,21
3
− hr 2 + d 2 =
− 1,43 + = 2,785(cm)
2
6
2
6

38 . Chiều rộng răng rôto :
'
bZ' 2 =

=

π (D ' − 2h42 − d12 )

Z2

π (10,64 − 0,55 − 2.0,05)
28

'
bZ'' 2 =

=

− d12

π (D − 2hr 2 + d 22 )
Z2

− d 22

π (10,64 − 2.1,43 + 0,3)

⇒ bZ 2 =

28

− 0,55 = 0,57(cm)

− 0,3 = 0,606(cm)

'
'
bZ' 2 + bZ'' 2 0,57 + 0,606

=
= 0,588(cm)
2
2

39 . Làm rãnh nghiêng ở rôto :
25