DONG CO DANG LAM 123233131111111111111111111111111

1

PHầN I: THIếT Kế Động cơ không đồng bộ roto
lồng sóc
CHƯƠNG 1 : XáC ĐịNH KíCH THƯớC CHủ YếU
Đối với động cơ điện không đồng bộ thì đờng kính trong (D)
và chiều dài lõi thép (l ) của stato là những kích thớc
chủ yếu. Những kích thớc này đợc tính chọn trên cơ
sở đảm bảo cho động cơ khi đợc chế tạo có tính
kinh tế cao, đồng thời có tính năng phù hợp thoả mãn
các chỉ tiêu về kỹ thuật mà nhà nớc qui định. Tính
kinh tế của động cơ không chỉ là vật liệu sử dụng
để chế tạo ra nó mà còn xét đến quá trình chế tạo
trong nhà máy. Chọn kích thớc chủ yếu còn phải phù
hợp với điều kiện công nghệ nh khuôn dập, vật đúc,
các chi tiết gia công cơ khí, chi tiết tiêu chuẩn hoá ...
Tuy nhiên trong phạm vi thiết kế tốt nghiệp, công việc tính
chọn các kích thớc chủ yếu của động cơ dựa trên cơ
sở đảm bảo thoả mãn những tiêu chuẩn kỹ thuật mà
nhà nớc qui định.
Khi tính toán D và l phải dựa vào một hằng số đợc gọi là hằng
số máy điện (hằng số Arnold) đợc biểu diễn bởi công thức sau:
CA =

D 2 .l .n
6,1.10 7
=
.k S .k d . A.B
p

D và l cùng tỉ lệ sẽ quyết định trọng lợng giá thành, các đặc

tính kinh tế kỹ thuật cũng nh độ tin cậy làm việc của động cơ.
Vì vậy việc xác định kích thớc chủ yếu D và l là khâu cơ bản
của việc thiết kế . Từ hằng số máy điện ta thấy D và l phụ
thuộc vào nhiều yếu tố nh: tốc độ đồng bộ, công suất điện từ,
tải điện từ của vật liệu tác dụng. Để xác định D và l trớc tiên ta
cần xác định các yếu tố trên.
1.1. Số đôi cực từ (p)
- Ta có hệ số kD phụ thuộc vào số đôi cực. Vì vậy để
chọn kD ta phải tính số đôi cực.
- Số đôi cực từ:


2
p=
=

60.f1
n1

60.50
= 2
1500

Trong đó:
f1: Tần số định mức
n1: Tốc độ đồng bộ
- Số cực của máy : 2p = 2 x 2 = 4 (cực)
1.2. Xác định đờng kính ngoài của lõi thép stato (Dn):
-Khi xác định kết cấu của động cơ không đồng bộ giữa
đờng kính trong D và ngoài D n của stato có một mối quan hệ

nhất định theo hệ số K D =

D
. Quan hệ này phụ thuộc vào số
Dn

đôi cực. Mặt khác, đờng kính ngoài Dn có liên quan đến chiều
rộng cuộn tôn kỹ thuật điện và chiều cao tâm trục máy h đã đợc tiêu chuẩn hóa.
- Trớc hết ta xác định đờng kính ngoài Dn theo chiều cao
h.
- Theo bảng IV.1 của phụ lục IV dãy công suất, chiều cao
tâm trục của động cơ roto lồng sóc kiểu IP44 theo tiêu chuẩn
TCVN - 1987- 1994 TL[1],
Với P = 3kW, 2p = 4 ta chọn h = 112 (mm).
- Với h = 112 (mm) theo bảng 10.3 TL[1], ta chọn đờng
kính ngoài stato tiêu chuẩn Dn = 19,1 (cm).
1.3. Đờng kính trong stato (D)
Đờng kính trong stato xác định theo công thức :
D = kD.Dn
Theo bảng 10.2 TL[1] , với 2p = 4, chọn kD = 0,64 ữ 0,68
+Với Dn = 19,1 (cm)
D = kD ì Dn
= ( 0,64 ữ 0,68 )x 191
= ( 122,24 ữ 129,98 ) (mm)


3
Chọn D = 12,3 (mm)
1.4. Công suất điện từ tính toán (P)
P' =

k E .Põm
. cos

kE là hệ số chỉ quan hệ giữa điện áp đặt vào và sức
điện động sinh ra trong động cơ, ứng với D n = 19,1cm và 2p =
4 theo hình 10 -2 TL[1] tra đợc kE = 0,965.
,cos ,n là hiệu suất,hệ số công suất và tốc độ đồng bộ
Với Dn =19,1 Tra bảng 10.1,TL [1] ta đợc :
= 82% , cos = 0,83.
Suy ra:
P/ =

0,965 ì 3
k E .P
=
= 4,2536 (KVA)
0,82 ì 0,83
. cos

1.5. Chiều dài tính toán của lỏi sắt ( l ):
6,1.10 7.P /
l =
.k s .k d . A.B .D 2 .n

Với :

: hệ số cung cực từ.
k s : hệ số sóng.

kd : Hệ số dây quấn.
A: Tải đờng.
B : Mật độ từ thông tại khe hở không khí.
+ Mà và ks phụ thuộc vào mức độ bão hoà răng k Z của
mạch từ.
+ Sơ bộ chọn :
hình 4.7 TL[1].)

= 0,71 và kS = 1,12, kZ =1,24. (Theo

+ Vì dây quấn một lớp có kết cấu đơn giản nên thờng
dùng cho động cơ có công suất nhở hơn 10kw.Với dây quấn 1 lớp
ta có k d = 0,95 ữ 0,96 ta chọn kd = 0,95
+ A và B phụ thuộc vào Dn , 2p.
Việc chọn A , B có ảnh hởng rất lớn đến kích thớc chủ
yếu D , l của máy điện. Đứng về mặt tiết kiệm vật liệu nên cho


4
A và B lớn, nếu A và B quá lớn thì tổn hao đồng và thép tăng
lên làm động cơ nóng, ảnh hởng đến tuổi thọ của máy.Do đó
khi chọn A và B cần xét đến chất liệu của vật liệu sử dụng,
nếu sử dụng vật liệu sắt từ tốt ( có tổn hao ít hay độ từ thẩm
cao ) thì có thể chọn A lớn. Ngoài ra, tỉ số A và B cũng ảnh hởng đặc tính làm việc và khởi động của động cơ vì A đặc
trng cho mạch điện còn B đặc trng cho mạch từ.
Với 2p=4, Dn =19,1 theo hình 10.2b TL[1] tra đợc:
B = 0,87 (T)
A = 250 (A/cm)
n : Tốc độ đồng bộ .
n =1500 (vòng / phút): tốc độ đồng bộ của động cơ

- Do đó chiều dài lõi sắt stato là:
l =

6,1 ì 10 7 ì 4,2536
= 6,9586 (cm)
0,71 ì 1,12 ì 0,95 ì 250 ì 0,87 ì 12,3 2 ì 1500

Lấy l = 7 (cm).
1.6. Bớc cực ( )
Bớc cực đợc xác định theo công thức :
=

.D
3,14 ì 12,3
=
= 9,65 (cm)
2p
4

Vì l = 7 (cm) chiều dài lõi sắt ngắn, việc tản nhiệt
không khó khăn nên lõi sắt có thể ép thành một khối, do đó
chiều dài tính toán của lõi sắt phần ứng trên khe hở không khí
bằng chiều dài lõi sắt. Vậy chiều dài lõi sắt stato và rôto là:
l1 = l2 = l = 7 (cm)
Cũng giống nh các động cơ khác, nên việc chọn kích thớc
chủ yếu D và l cho một động cơ không chỉ có một nhóm trị
số. Vì vậy khi thiết kế phảI căn cứ vào tình trạng sản xuất mà
tiến hành so sánh các phơng án một cách toàn diện để đợc một
phơng án kinh tế và hợp lý nhất. Quan hệ D và l đợc biểu thị
trong quan hệ:

=

l



5
- Hệ số kinh tế: 3 =

7
l
=
= 0,725
9,65


Trong dãy động cơ không đồng bộ roto lồng sóc kiểu IP44
cấp cách điện B, với động cơ P = 3kW, 2p = 4 có cùng đờng
kính ngoài Dn (nghĩa là cùng chiều cao tâm trục h) có động cơ
P = 4 kW, 2p = 4.
Ta có hệ số tăng công suất của máy này là =
Do đó 4 =

4
= 1,33
3

l
của máy có công suất P = 4kw, 2p = 4 là:

4 = .3 = 1,33.0,725 = 0,96

Theo hình 10. 3a TL[1] thì 3 và 4 đều nằm trong phạm
vi kinh tế nên ta chọn các thông số trên là hợp lý .
1.7. Dòng điện pha định mức (I1)
Dòng điện pha định mức của máy đợc xác định theo
công thức sau:
I1 =

P.10 3
3.U 1. cos

U1: điện áp pha của lới .

máy .

U1= 220 (V)
P, , cos : công suất , hiệu suất và hệ số công suất của
P = 3 (kW).
= 82 %.
Cos = 0,83.
Thay vào:
I1 =

3.10 3
= 6,68 (A)
3.220.0,82.0,83

6

CHƯƠNG 2 : XáC ĐịNH DÂY Quấn, RãNH STATO Và
KHE Hở KHÔNG KHí
*Chọn rãnh stato
khi thiết kế dây quấn stato cần phải xác định số rãnh của
một pha dới một cực từ (q1), thờng ta lấy q1 = 3 ữ 4 đối với những
động cơ có công suất nhỏ. Chọn q 1 nhiều hay ít đều ảnh hởng
đến số rãnh stato (Z1). Số rãnh này không nên quá nhiều, vì nh
vậy diện tích cách điện chiếm chỗ so với rãnh ít sẽ nhiều hơn,
do đó hệ số lợi dụng rãnh sẽ kém đi, mặc khác về phơng diện
độ bền cơ năng sẽ yếu đi. ít răng quá sẽ làm dây quấn phân
bố không đều trên bề mặt lõi thép, nên sức từ động phần ứng
có nhiều sóng bậc cao, do đó khó chọn hệ số dây quấn thích
hợp để triệt tiêu sóng bậc cao đó. Trị số q1 nói chung nên chọn
số nguyên vì nh vậy có thể cải thiện đặc tính làm việc và có
khả năng giảm đợc tiếng kêu của động cơ.
Trong thiết kế dãy động cơ điện, thờng ta muốn lợi dụng
một số khuôn dập rãnh để dập lá tôn dùng đợc cho nhiều máy
khác nhau. Vì vậy muốn có trị số q 1 phù hợp với những động cơ
khác nhau, ta không thể chọn q1 tuỳ ý đợc.
2.1. số rãnh stato(Z1):
- số rãnh của 1 pha dới mỗi bớc cực q1. Chọn q1 = 3.
- m là số pha, m = 3.
- Số rãnh stato:
Z1 = 2m.p.q1
= 2.3.2.3 = 36(rãnh)
2.2. Bớc rãnh stato (t1)
t1 =

=

.D
Z1

3,14 ì 12,3
= 1,07( cm )
36

2.3. Số thanh dẫn tác dụng của 1 rãnh (ur1)
Số thanh dẫn một rãnh xác định theo công thức:
u r1 =

A.t1 .a1
I1


7
=

250 ì 1,07 ì 1
= 40
6.68

Chọn a1 = 1: số mạch nhánh song song
Lấy ur1 = 40 (vòng).
2.4. Số vòng dây nối tiếp của một pha (w1)
Số vòng dây nối tiếp một pha xác định nh sau:
W1 =

p.q1 .u r1 2 ì 3 ì 40
=
= 240 (vòng)
a1
1

2.5. Chọn kích thớc dây dẫn:
- Muốn chọn kích thớc dây dẫn trớc hết ta phải chọn mật
độ dòng điện J của dây dẫn, rồi căn cứ vào dòng định mức để
ta tính ra tiết diện cần thiết. Dựa vào h = 112 (mm), Dn =19,1
(cm), 2p = 4 ta chọn tỉ lệ suất tải nhiệt của máy
AJ = 1850 A2/cm, theo hình 10.4 TL[1]
- Mật độ dòng điện:
J1 =

AJ 1850
=
= 7,4( A / mm 2 )
A
250

- Tiết diện dây sơ bộ:
S1/ =

I1
6,68
=
= 0,9027(mm 2 )
a1 .n1 .J 1 1 ì 1 ì 7,4

n1 : số sợi ghép song song, chọn n1 = 1
Theo phụ lục VI, bảng VI.1 TL[1]. Chọn dây đồng tráng
men PETV có các kích thớc sau đây:
+ Tiết diện dây: 0,9027 (mm2)
+ Đờng kính dây cha kể cách điện: d = 1,08 (mm)
+ Đờng kính dây kể cả cách điện: dcđ = 1,16 (mm)
Động cơ có h = 112cm, do đó ta chọn dây quấn một lớp bớc
đủ đặt vào rãnh nữa kín
- Bớc cực : khoảng cách giữa hai cực kế tiếp, tính bằng số
rãnh.
y1 = =
- Hệ số bớc rãi:

Z 1 36
=
=9
2p 4


8

30
sin 3
2 =
2 = 0,96
kr =

30
q1 . sin
3 sin

2
2
- góc độ điện giữa hai rãnh kề nhau:
p.360 2.360
=
=
= 20 0
Z1
36
- Hệ số dây quấn:
kd =kr = 0,96
sin q1

2.6. Từ thông qua khe hở không khí ( )
- Từ thông khe hở không khí xác định theo công thức sau:
=

k E .U 1
0,965 ì 220
=
= 0,00411(Wb)
4.k s .k d . f 1 .W1 4 ì 1,12 ì 0,96 ì 50 ì 240

2.7. Mật độ từ thông khe hở không khí ( B )
thức:

- Mật độ từ thông khe hở không khí xác định theo công
.104
0,00411 .10 4
B =

=
= 0,85(T )
..l 1
0,71.9,65.7

2.8. Sơ bộ định chiều rộng của răng (bZ1)
- Sơ bộ chiều rộng của răng stato xác định theo công thức
sau:
bZ/ 1 =

B .l .t1
0,85 ì 7 ì 1,07
=
= 0,54(cm)
B z1 .l1 .k c 1,77 ì 7 ì 0,95

Do lõi thép ngắn nên việc tản nhiệt không khó khăn, vì
vậy giữa lõi thép không có rãnh thông gió hớng kính, do đó
chiều dài tính toán lõi thép l bằng chiều dài thực của lõi thép
stato l1
Bz1: mật độ từ thông trong răng stato, ứng với động cơ có
chiều cao tâm trục h = ( 50 ữ 132) mm và số cực 2p = 4 thì
B Z 1 = (1,75 ữ 1,95)T , ta chọn BZ1 = 1,77T


9
kC: Hệ số ép chặt. Hệ số ép chặt lõi cực từ chỉ quan hệ
giữa chiều dài phần thép với chiều dài thực của lõi thép. Hệ số
này phụ thuộc vào áp suất ép chặt lõi thép, độ không đồng
đều của bề dày lá thép, chiều dày lớp sơn cách điện và chiều

dày lõi thép. Khi chiều dày lõi thép không quá (14 ữ 15) cm thì
không cần phủ sơn. Lõi thép stato của động cơ không đồng bộ
đợc làm bằng thép kỹ thuật điện dày 0,5mm. Ta chọn kC = 0,95.
2.9. Sơ bộ định chiều cao của gông stato (h g1)
- Sơ bộ chiều cao của gông xác định nh sau:
hg/ 1 =

.10 4
0,00411 .10 4
=
= 1,93(cm)
2.B g1 .l1 .k c 2 ì 1,6 ì 7 ì 0,95

Bg1: mật độ từ thông trong gông stato, với chiều cao tâm
trục h = ( 50 ữ 132) mm , 2p = 4, kiểu máyIP44, Bg1 = (1,45 ữ 1,6 )T , ta chọn
Bg1 = 1,6T
2.10. Chọn kích thớc rãnh và cách điện:
Kích thớc rãnh và cách điện của rôto xác đinh nh sau:
+ b41 = dcđ + 1,5 = 1,16 + 1,5 = 2,66 (mm)
+ h41 = ( 0,4 ữ 0,8) ; chọn h41 = 0,6 (mm)
d2
7,26
h41 = 14,7
0,6 = 10,47( mm )
2
2
D D
19,1 12,3
h' g1 =
1,93 = 14,7(mm)

+ hr 1 = n
2
2

h12 = hr1

+ d1 =

+ d2 =

( Dn + 2.h g1 ) b z' 1 .Z 1
Z1

=

3,14(123 2 ì 0,6 ) 5,4.36
= 6( mm )
36 3,14

( D + 2.h41 ) b z1 .Z 1 3,14(191 + 2 ì 19,3) 5,4 ì 36
=
= 7,26( mm )
Z1 +
36 + 3,14


10
Hình 2.1: Kích thớc rãnh stato.
Theo bảng VIII.1 phụ lục VIII chọn chiều dày cách điện rãnh là: c
= 0,25 mm , Chiều dày cách điện phía miệng rãnh cm = 0,35

mm
- Diện tích rãnh trừ nêm:(chọn hn = 2,5 mm)
S =
'
r

d 22 d 1 + b2
d 12
+
(h12 hn ) +
8
2
8

=

3,14.7,26 2 6 + 7,26
3,14.6 2
+
(10,47 2,5) +
= 87,65 mm 2
8
2
8

(

-

)

Diện tích cách điện rãnh :
d
d

S cd = 2 + 2h12 + 2h41 .c + 1 .c m
2
2

3,14.6
3,14.7,26

=
+ 2.10,47 + 2.0,6 .0,25 +
.0,35
2
2


= 11,68 mm 2

(

-

)

Diện tích có ích của rãnh :
S r = S r/ Sc = 87,65-11,68= 75,97 (mm2)

- Hệ số lấp đầy rãnh:
u r1 .n1 .d cd2
40.1.1,16 2
=
= 0,708
kđ =
Sr
75,97

Trị số của hệ số lấp đầy k đ nên lấy trong khoảng ( 0,7 ữ 0,75)
là hợp lý, kđ không nên lấy quá 0,8 và nh vậy khi đặt dây quấn
vào rất khó khăn và dễ làm cho dây bị xây xát, k đ nhỏ quá nhỏ
quá thì không lợi dụng triệt để đợc rãnh và khi động cơ làm
việc do lực điện từ dây sẽ bung và sẽ làm h hỏng cách điện của
dây.
2.11. Bề rộng răng stato (bZ1)
- Bề rộng răng rôto xác định nh sau:
( D + 2h41 + d 1 )
d1
Z1
3,14(123 + 2.0,6 + 6 )
=
6 = 5,35( mm)
36

bZ/ 1 =
bZ/ 1


11

( D + 2( h12 + h41 ) )
d2
Z1
3,14(123 + 2(10,47 + 0,6 ) )
=
7,26 = 5,39(mm)
36

bZ//1 =
bZ//1

b z/1 + b z//2 5,35 + 5,39
b z1 =
=
= 5,37(mm)
2
2

2.12. Chiều cao gông stato (hg1)
Dn D
d
hr 2
2
6
191 123
7,26
h g1 =
14,7
= 18,1(mm)
2

6
h g1 =

2.13. khe hở không khí ( )
Khi chọn khe hở không khí ta cố gắng lấy nhỏ để
dòng không tải nhỏ và cos cao. Nhng khe hở nhỏ làm cho
việc chế tạo và lắp ráp thêm khó khăn, stato dễ chạm với
roto làm tăng thêm tổn hao phụ và điện kháng tản tạp của
động cơ tăng lên.
Việc chọn khe hở không khí chủ yếu dựa vào công thức
kinh nghiệm:
D
1000
123
= 0,25 +
= 0,35(mm)
1000

= 0,25 +

Với động cơ có 2p = 4, h = 112mm. Theo bảng 10.8
TL[1] ta chọn =0,3 (mm).
Tóm lại: Sau khi thiết kế lá thép stato ta nhận thấy mật
độ từ thông trong răng, gông stato nằm trong phạm vi
cho phép, lõi thép stato có đủ độ bền cơ khí, không
bị biến dạng khi gia công cũng nh lắp ráp. Số rãnh cũng
nh kích thớc rãnh đựoc chọn là hợp lý.
Công nghệ chế tạo lõi thép stato:
Để chế tạo lõi thép stato từ thép kỹ thuật điện ta dùng
phuơng pháp dập phức hợp. Đây là phơng pháp mà mỗi lần

dập có thể cắt đợc nhiều hình. u điểm của phơng pháp


12
này là cho năng suất và độ chính xác cao, tuy nhiên việc
chế tạo khuôn dập phức hợp rất khó khăn và đắt tiền.
Phơng pháp dập 3 đờng kính: Đây là phơng pháp thông
dụng của các nhà máy.
+ Bớc 1: Dập rãnh stato
+ Bớc 2: Dập rãnh roto, lỗ thông gió
+ Bớc 3: Dập đờng kính ngoài lá thép stato, đờng
kính trong và lỗ trục . u điểm của phơng pháp này là lực dập
của các bớc tơng đối đồng đều, bởi vì 3 đờng kính: đờng
kính trục, đờng kính ngoài, đờng kính trong của lá thép stato
đều dập một lần nên độ đồng tâm rất cao.
Việc cách điện các lá thép stato và roto đợc thực hiện
bằng phơng pháp oxi hoá trên bề mặt lá thép. Xử lý độ bavia
bằng phơng pháp dũa.
Với dây quấn 3 pha đồng tâm một lớp bớc đủ 2 mặt
phẳng có Z1 = 36, 2p = 4, q1 = 3 . Ta có góc lệch pha giữa 2
cạnh liên tiếp:
=

p.360 2.360
=
= 20 0
Z1
36

y = = m.q1 = 3.3 = 9

* Pha A gồm:
3 phần tử tạo thành bởi các cạnh tác dụng (1-12), (2-11) và
(3-10) dới đôi cực thứ nhất
3 phần tử tạo thành bởi các cạnh tác dụng (19-30), (20-29)
và (21-28) dới đôi cực thứ hai
* Pha B:
3 phần tử tạo thành bởi các cạnh tác dụng (7-18), (8-17) và
(9-16) dới đôi cực thứ nhất
3 phần tử tạo thành bởi các cạnh tác dụng (25-36), (26-35)
và (27-34) dới đôi cực thứ hai
* Pha C:
3 phần tử tạo thành bởi các cạnh tác dụng (13-24), (14-23)
và (15-22) dới đôi cực thứ nhất
3 phần tử tạo thành bởi các cạnh tác dụng (31-6), (32-5) và
(33-4) dới đôi cực thứ hai


13
Đem nối tiếp các phần tử thuộc cùng 1 pha ta đợc dây quấn 3
pha
T

T

T

T

Hình 2.2. Dây quấn stato

2.14

. Quá trình tẩm sấy dây quấn stato.

Dây quấn động cơ sau khi chế tạo xong đợc chuyển dến
phân xởng tẩm sấy. ở phân xởng này, dây quấn đợc sấy khô rồi
đem nhúng vào một loại sơn cách điện nào đó, sau đó lại đem
sấy khô. Mục đích của công đoạn này là nâng cao tuổi thọ
cách điện của dây quấn (Tăng cao tuổi thọ cho động cơ).
Quá trình tẩm sấy: vật liệu cách điện trớc khi tẩm bao giờ
cũng nhiễm ẩm kể cả vật liệu cao cấp. Do đó trớc khi tẩm cần
phải sấy khô toàn bộ dây quấn. Hơi ẩm trong cách điện sẽ hổn
hợp với nớc trong sơn và đợc loại trừ khi sấy khô.
Nhiệt độ sấy càng cao thì quá trình bay hơi nớc càng
nhanh nhng không đợc cao quá cấp chịu nhiệt tơng ứng với vật
liệu cách điện đó. Có thể đẩy nhanh quá trình sấy khô dới áp


14
suất thấp, nhng chú ý trớc khi hút chân không phải sấy nóng dây
quấn đến nhiệt độ định mức.
Phơng pháp tẩm cơ bản là nhúng toàn bộ dây quấn đã sấy
khô (còn nóng) vào sơn cách điện. Sơn đợc thấm sâu vào lớp
cách điện. Sơn đợc thấm sâu vào lớp cách điện nhờ mao dẫn
và áp suất do khối lợng bên trên tạo ra. Số lần tẩm sơn phụ thuộc
vào điều kiện làm việc của động cơ và loại cách điện dợc dùng.
Khi tẩm trong bình chân không và áp lực phải tuân theo
một qui trình định trớc, đảm bảo thời gian và áp lực qui
định(từ 3 đến 5 phút dới áp lực từ 7 đến 8kg/cm2).
Sau khi tẩm để ráo sơn, tiếp tục sấy khô sơn. Giai đoạn

sấy khô có thể chia thành 2 công đoạn: loại trừ dung môi của sơn
và thiêu kết lớp màn sơn. Thời gian sấy và nhiệt độ sấy tuỳ
thuộc vào điện trở của cách điện vật liệu.

CHƯƠNG 3 : XáC ĐịNH dây quấn , RãNH Và GÔNG
RÔTO
3.1. Chọn số rãnh roto (Z2)


15
Việc chọn số rãnh roto lồng sóc (Z 2) là một vấn đề quan
trọng vì khe hở không khí nhỏ. Khi mở máy momen phụ do từ trờng sóng bậc cao gây nên ảnh hởng rất lớn đến quá trình mở
máy và ảnh hởng đến dặc tính làm việc. Vì vậy để có tính
năng tốt, khi chọn Z2 phải tuân theo một sự hạn chế nhất định
để giảm mômen phụ. Kết quả của việc nghiên cứu lý thuyết và
thực nghiệm cho phép chọn Z2 thích hợp có thể hạn chế đợc các
mômen phụ, cũng nh mômen gây rung và tiếng ồn.
Trong những động cơ công suất nhỏ, ta chọn Z2cho răng rãnh roto khỏi quá nhỏ.
Thiết kế dạng rãnh cũng là xác định diện tích rãnh(tức
diện tích thanh dẫn lồng sóc). Ngày nay, với những động cơ có
chiều cao tâm trục h = ( 50 ữ 355) mm lồng sóc đợc đúc bằng nhôm,
trong đó khi h = ( 50 ữ 250) mm đợc đúc bằng áp lực.
Số rãnh rôto chọn theo số rãnh statovà số đôi cực
Theo bảng 10.6 TL[1] với Z1= 36, chọn Z2 = 28 rãnh
3.2. Đờng kính ngoài rôto (D )
Đờng kính ngoài rôto đợc xác định nh sau:

D / = D 2
= 12,3 2.0,03 = 12,24(cm)

3.3. Bớc răng rôto (t2)
Khoảng cách giữa các cạnh cùng một phía của hai răng kề
nhau:
t2 =

.D /
Z2
=

3,14.12,24
= 1,372(cm)
28

3.4. Sơ bộ định chiều rộng răng roto (bZ2)
Chiều rộng răng rôto xác định theo công thức nh sau:
bz/ 2 =

B .l 2 .t 2
B z 2 .l 2 .k c


16
=

0,85 ì 1,372
= 0,7(cm)
1,75 ì 0,95

Theo bảng 10.5b TL[1] với h =112mm, 2p = 4, chọn B Z2 =

1,75 (T): Mật độ từ thông răng rôto.
3.5. Đờng kính trục roto (Dt)
Dt = 0,3.D
= 0,3 ì 12,24 = 3,672 (cm). .

Chọn : Dt = 3,7 (cm)
3. 6. Dòng điện trong thanh dẫn roto (Itd)
I td = I 2 = k I .I1

6.W1.kd
Z2

I td = 0,87 ì 6,68 ì

6 ì 240 ì 0,96
= 286,5( A)
28

Với cos = 0,83 theo hình 10.5 TL[1] chọn kI = 0,87.
3.7. Dòng điện trong vành ngắn mạch (Iv)
Dòng điện vành ngắn mạch xác định theo dòng điện
trong thanh dẫn
IV =

Iv =

I td
.p
2 sin
Z2

286,5
= 3,82( A)
2.180
2 sin
28

3.8. Tiết diện thanh dẫn bằng nhôm (Std)
Với động cơ không đồng bộ roto lồng sóc , do diện tích
rãnh roto đồng thời là tiết diện thanh dẫn, vì vậy phải thiết kế
tiết diện rãnh roto sao cho nằm trong phạm vi cho phép. Mật độ
dòng điện trong thanh dẫn nằm trong phạm vi ( 2,5 ữ 3,5) A / mm 2
S td =

I td
J2

S td =

286,5
= 81,85(mm 2 )
3,5

J2 : là mật độ dòng điện trong thanh dẫn


17
Do thanh dẫn đúc nhôm nên J2 = (2,5 ữ 3,5),
3,5(A/mm2)

chọn J2 =

3.9. Tiết diện vành ngắn mạch (Sv)
Theo trang 234, TL[1] thì mật độ trong vành ngắn mạch
thấp hơn mật độ dòng điện trong thanh dẫn từ ( 20 ữ 30 ) % , vì
vậy ta chọn Jv = 80% J2
Jv = 0,8.3,5 = 2,8 ( A / mm 2 )
SV =

I V 643,82
=
= 230(mm 2 )
JV
2,8

3.10. Kích thớc rãnh roto và vành ngắn mạch
+sơ bộ định chiều cao gông roto
h g' 2 =

.10 4
0,00411 .10 4
=
= 2,57( cm )
2.B g 2 l 2 k c 2.1,2.7.0,95

Bg2: mật độ từ thông trong gông roto, theo bảng 3.3 TL[2]
chọn Bg2 = 1,2 T
Với động cơ không đồng bộ roto lồng sóc có h < 160
mm ta chọn
+ b42 = 1 (mm)
+ h42 = 1 (mm)

( D ' 2h42 ) b z' 2 .Z 2 3,14(122,4 2.1) 28.7
d1 =
=
= 5,84( mm )
Z2 +
28 + 3,14
d2 =

( Dt + 2.h g' 2 ) b z' 2 .Z 2
Z2

=

(

3,14( 37 + 2.25,7 ) 28.7
= 3,28( mm )
28 3,14

)

1 '
Z 2 bz' 2 + d 2
D

2
h

d

42
1


2


1
28( 7 + 3,28)
h12 = 122,4 2.1 5,84
= 11,45( mm )
2
3,14

d1 + d 2
5,84 + 3,28
hr 2 =
+ h12 + h42 =
+ 11,45 + 1 = 17( mm )
2
2
h12 =

+Bề rộng răng roto
( Dt + d 2 + 2h g' 2 )
'
bz 2 =

Z2

d2 =

3,14( 37 + 3,28 + 2.25,7 )
3,28 = 7( mm )
28

( D ' d 1 2h42 )
3,14(122,4 2.1 5,84 )
b =
d1 =
5,84 = 7( mm )
Z2
28
''
z2


18
b z' 2 + b z''2 7 + 7
bz 2 =
=
= 7( mm )
2
2

+ChiÒu cao g«ng r«to
hg 2

D ' − Dt
d

122,4 − 37
3,28
=
− hr 2 − 2 =
− 17 −
= 25,15( mm )
2
6
2
6

H×nh 3.1. kÝch thíc r·nh roto
+ DiÖn tÝch r·nh r«to :
π 2
 d + d2 
(
d 1 + d 22 ) + h12  1

8
 2 
3,14
 5,84 + 3,28 
2
=
(
5,84 2 + 3,28 2 ) + 11,45
 = 69,82(mm )
8
2




Sr2 =
Sr2

+ KÝch thíc vµnh ng¾n m¹ch :
a

Dv

H×nh 3.2. KÝch thíc vµnh ng¾n m¹ch
Theo trang 234,TL[1], chiÒu cao vµnh ng¾n m¹ch


19
b 1,2hr 2

ta chọn
a=

b = 1,294hr 2 = 1,294.17 = 22( mm )

S v 230
=
= 10,45( mm )
b
22

+Diện tích vành ngắn mạch:
SVNM = a.b = 10,45 ì 22= 230 (mm2)

Đờng kính trung bình của vành ngắn mạch
Dv = D '' b = 121,4 22 = 99,4( mm )

D '' = D ' 1 = 122,4 1 = 121,4( mm )

+ Kích thớc và số cánh quạt đầu vành ngắn mạch:
ở 2 đầu vành ngắn mạch đúc liền cánh giải nhiệt, số cánh
và kích thớc nh sau:
Theo bảng 10.7,TL[1] với h = 112 (mm), 2p = 4, chọn số cánh
Nc = 11(cánh)
Theo hình 10.9a, TL[1] với h = 112mm, chọn cánh quạt có L d =
30,45mm
hd = 20mm, b1c = 6mm, b2c = 4mm
Hình 3.3. Kích thớc cánh tản nhiệt đầu vành ngắn mạch

b1c

b2c

3.11. làm nghiêng rãnh roto (bn)


20
Để giảm lực ký sinh tiếp tuyến và hớng tâm, ta làm nghiêng
rãnh ở roto hay stato, vì làm nh thế có thể triệt tiêu sóng điều
hoà răng.Thông thờng ta làm nghiêng rãnh ở roto
Độ nghiêng bằng một bớc rãnh stato:
bn t1= 1,07cm

21

CHƯƠNG 4 :TíNH TOáN MạCH Từ
Mục đích của việc tính toán mạch từ là xác định sức từ động
cần thiết để tạo ra ở khe hở không khí một từ thông có thể sinh
ra sức điện động đã xác định ở phần dây quấn phần ứng. Do
tính chất đối xứng của máy điện, từ thông sinh ra ở mỗi cực từ
đợc phân bố thành hai phần bằng nhau bởi trục cực từ, các phần
này cùng với các phần khác của cực từ kế cận tạo thành những
mạch từ khép kín. Số cực từ này bằng đúng số cực từ của máy
điện. Vì vậy khi tính toán ta chỉ cần tính mạch từ ở một đôi
cực. Nếu ký hiệu sức từ động của mạch từ là F thì vì mạch từ
gồm nhiều đoạn nối tiếp nhau nên theo định luật toàn dòng
điện ta có:
F = H .dl = H x .l x = Fx = I .W

Hx: Cờng độ từ trờng (A/cm)
Lx: Chiều dài đoạn mạch từ bất kỳ của mạch từ
Fx; Sức từ động ở đoạn mạch từ lx
Mạch từ của động cơ gồm 5 đoạn nối tiếp: khe hở không khí,
răng roto, răng stato, gông stato và gông roto. Súc từ động của
mỗi đôi cự từ bằng tổng sức từ động của các đoạn mạch từ
F = F + FZ1 + FZ2 + Fg1 + Fg2
Trong đó các ký hiệu , Z, g chỉ khe hở không khí, răng và
gông lõi thép, ký hiệu 1, 2 chỉ stato và roto. Căn cứ vào sức
điện động cần thiết ở dây quấn phần ứng tịm đợc từ thông ,
theo kích thớc của động cơ tìm tiết diện sx của từng đoạn mạch
từ, sau đó xác định từ cảm Bx của mỗi đoạn mạch từ
Bx =

Sx

Theo trị số Bx , sử dụng đờng cong từ hoá tơng ứng với loại vật
5

liệu sắt từ tìm Hx và tính đợc Hx.lx. Sau đó lấy tổng

H
1

đợc sức từ động F của toàn mạch từ
4.1. Hệ số khe hở không khí ( k )
Hệ số khe hở không khí đợc tính theo công thức :

x

.l x để


22
+ k 1 =

Với

1 =

(b41/ )2
(2,66 / 0,3) 2
= 5,67

=
5+ b41/ 5 + 2,66 / 0,3
t2
1,372
=
= 1,33
+ k 2 =
t 2 2 . 1,372 1,33 ì 0,03
2

2

Với

t1
1,07
=
= 1,19
t1 1 . 1,07 5,67 ì 0,03

1
b42




0,3

2 =
=
= 1,33
b42
1
5+
5+
0,3

k = k 1 .k 2 = 1,19 ì 1,33 = 1,22

Ta chọn loại thép kỹ thuật điện cán nguội loại
2211
4.2. Sức từ động khe hở không khí ( F )
F = 1,6.B .k .10 4 = 1,6 ì 0,85 ì 1,22 ì 0,03.10 4 = 497,76( A)

4.3. Sức từ động ở răng stato (BZ1)
- Mật độ từ thông ở răng stato
BZ 1 =

B .l1 .t1 0,85 ì 1,07
=
= 1,8(T )
bZ 1 .l1 .k c 0,53 ì 0,95

- Cờng độ từ trờng trên răng stato:
ứng với loại thép 2211 và Bz1 = 1,8T Theo bảng V.6 phụ lục
V TL[1] chọn HZ1 = 27 (A/cm)
- Sức từ động trên răng stato:
FZ 1 = 2hZ/ 1 .H Z 1 = 2 ì 1,288 ì 27 = 66,312( A)

Với : hZ/ 1 = hr

d1
0,726
= 1,47
= 1,288(cm)
3
3

4.4. Sức từ động ở răng roto (BZ2)
- Mật độ từ thông ở răng roto:
BZ 2 =

B .l 2 .t 2 0,85 ì 1,372
=
= 1,75(T )
bZ 2 .l 2 .k c
0,7 ì 0,95

- Cờng độ từ trờng trên roto:


23
ứng với loại thép 2211 và Bz2 = 1,75T Theo bảng V.6
TL[1].ta chọn
HZ2 =22,2 (A/cm)
- Sức từ động trên răng roto:
FZ 2 = 2hZ/ 2 .H Z 2 = 2 ì 1,59 ì 22,2 = 70,596( A)

Với : hZ/ 2 = h z

d2
0,328
= 1,7
= 1,59(cm)
3
3

- Hệ số bão hoà răng:
kZ =

F + FZ 1 + FZ 2 497,76 + 66,312 + 70,596
=
= 1,27
F
497,76

*Nhận xét: giá trị này gần đúng với trị số giả thiết ban đầu nên
không cần tính lại.
4.5. Sức từ động ở gông stato (Fg1)
- Mật độ từ thông trên gông stato:
B g1 =

.10 4
0,00411.10 4
=
= 1,7(T )
2h g1 .l1 .k c 2 ì 1,81 ì 7 ì 0,95

- Cờng độ từ trờng trên gông stato.
ứng với loại thép 2211 và Bg1 = 1,7T Theo bảng V.9 phụ lục V
TL[1] chọn Hg1 = 21,8 (A/cm).
- Chiều dài mạch từ ở gông stato:
L g1 =

.( Dn h g1 )
2p

=

3,14(19,1 1,81)
= 13,57(cm)
4

- Sức từ động ở gông stato:
Fg1 = L g1 .H g1 = 0,25.13,57.21,8 = 73,956( A)

hệ số đợc đa vào công thức trên là do sự phân bố mật
độ từ thông không đồng đều dọc the chiều dài mạch từ.
Theo hình 4.16TL [1] ứng với Bg1 = 1,7T ta chọn = 0,25
4.6. Sức từ động trên gông roto (Fg2)
- Mật độ từ thông trên gông roto:
Bg 2 =

.10 4
0,00411 .10 4
=
= 1,53(T )
2.h g 2 .l 2 .k c 2 ì 2,015 ì 7 ì 0,95

- Cờng độ từ trờng trên gông roto.


24
- Theo bảng V.9 phụ lục V Tl[1], ứng với B g2 = 1,53T và loại
thép 2211, chọn Hg2 = 10 (A/cm).
- Chiều dài mạch từ ở gông roto:
Lg 2 =

.( Dt + h g 2 )
2p

=

3,14.(3,7 + 2,015)
= 4,48(cm)
4

- Sức từ động ở gông roto:
Fg2 = Lg2.Hg2 = 0,3.4,48.10 =13,44
(A)
Theo hình 4.16, TL[1] ứng với Bg2 = 1,53T, ta chọn = 0,3
4.7. Tổng sức từ động của mạch từ (F)
F = F + FZ1 + FZ2 + Fg1 + Fg2
F = 497,76 + 66,312 + 70,596 +
73,956 + 13,44
= 722 (A)
- Hệ số bão toàn mạch từ :
kà =

F
722
=
= 1,45
F 497,76

- Dòng điện từ hoá:
Ià =

p.F
2 ì 722
=
= 2,32( A)
2,7.W1 .k d 2,7 ì 240 ì 0,96

- Dòng điện từ hoá phần trăm:
Ià

0

0

=

Ià
I dm

.100 =

2,32
.100 = 34,43 0 0
6,68


25

CHƯƠNG 5: THAM Số CủA ĐộNG CƠ ĐIệN ở CHế Độ
ĐịNH MứC
Điện trở và điện kháng là những tham số của động cơ điện
không đồng bộ roto lồng sóc. Điện kháng đợc xác định bởi từ
thông móc vòng với đơn vị dòng điện và tần số. Từ thông móc
vòng của động cơ trên có thể chia làm hai loại: Từ thông móc
vòng cảm ứng tơng hỗ(từ thông chính) và từ thông móc vòng tản
từ. Mỗi loại có tính chất riêng của mình trong việc xác định các
đặc tính làm việc và các đặc tính khác của động cơ.
Dựa vào các điện trở ta có thể xác định các trị số tổn hao
của dây quấn của động cơ điện ở chế độ làm việc ổn định
cũng nh trong quá trình quá độ. Trong thiết kế động cơ điện
không đồng bộ roto lồng sóc, việc tính toán điện trở và điện
kháng của dây quấn là một vấn đề khó khăn và là một vấn đề
quan trọng.
5.1. Xác định điện trở của dây quấn
5.1.1. Chiều dài phần đầu nối của dây quấn stato (lđ1)
lđ1 = kđ1. y + 2B = 1,3.10,8 + 2.1 = 16,04 (cm)
Trong đó: y =

.( D + hr1 )
3,14.(12,3 + 1,47)
.y =

ì 9 = 10,8(cm)
Z1
36

Với 2p = 4 theo bảng 3.4 TL[1] = 4, chọn k đ1 = 1,3; B =
1.
5.1.2. Chiều dài trung bình nửa vòng dây của dây
quấn stato (ltb)
ltb = l1 + lđ1 = 7 + 16,04 = 23,04 (cm)
5.1.3. Chiều dài dây quấn một pha của stato (L1)
L1 = 2.ltb.W1.10-2 = 2 ì 23,04 ì 240.10-2 = 10,6
(cm)
+Chiều dài phần đầu nối dây quấn stato ra khỏi lõi sắt (f)
f = kf1. y +B = 0,4.10,8 +1 = 5,32(cm)
Với 2p = 4, theo bảng 3.4, TL[1] chọn kf1= 0,4
5.1.4. Điện trở tác dụng của dây quấn stato (r1)