NHIỆM VỤ THIẾT KẾ MÔN HỌC MÁY ĐIỆN.doc

Đồ án Thiết kế Máy Điện SV: Nguyễn Tiến Minh CH9 TBĐ – ĐT
NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ MÔN HỌC MÁY ĐIỆN
I. Nhiệm vụ thiết kế.
1. Đầu đề thiết kế:
Thiết kế động cơ không đồng bộ roto lồng sóc
2. Các số liệu ban đầu:
- Công suất đinh mức: 3 kW
- Điện áp định mức: 380/220 V đấu Y/∆
- Tần số: 50 Hz
- Số cực: 2p = 6
- Cosφ = 0.76
- Hiệu suất: η = 79,5%
- Kiểu máy: Kín, tự làm lạnh bằng quạt gió, cách điện cấp B
3. Nội dung tính toán:
- Tính toán kích thước chủ yếu.
- Tính toán điện từ.
- Tính toán nhiệt.
- Bản vẽ tổng lắp ráp A
0
.
II. Bài làm
Máy điện KĐB do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, sử dụng bảo quản
thuận tiện, giá thành rẻ nên được sử dụng rộng rãi trong nền kinh tế quốc dân. Nhất
là loại công suất dưới 100 kW.
Động cơ điện KĐB roto lồng sóc cấu tạo đơn giản nhất lên chiếm một số
lượng khá lớn trong loại động cơ điện công suất nhỏ và trung bình. Vì thế trong
nhiệm vụ tính toán và thiết kế môn học máy điện này em tính toán và thiết kế với
động cơ điện KĐB roto lồng sóc. Với các thông số định mức như sau:
- U
đm

= 380/220 V đấu Y/∆
- Công suất định mức: 3 kW
Trang 1
Đồ án Thiết kế Máy Điện SV: Nguyễn Tiến Minh CH9 TBĐ – ĐT
- Tần số f
1
= 50 Hz
- Số đôi cực 2p = 6 hay tốc độc đồng bộ n
đb
= 1000 (Vòng/phút)
- Cấp cách điện cấp B
- Kiểu máy: Kiểu kín
- Kiểu làm mát: Tự làm lạnh bằng quạt gió
Nội dung thiết kế:
A – Xác định kích thước chủ yếu.
1. Tốc độ đồng bộ của động cơ:
)(Vòng/phút 1000
2
60.50

p
60.f
n
1
đb
===
2. Xác định đường kính ngoài của Stato:
Với công suất định mức 3 kW theo phụ lục IV.1/Tr 601 – TKMĐ ta có chiều
cao tâm trục h = 112 mm, theo bảng 10.3/Tr 230 – TKMĐ ta xác định được đường
kính ngoài của Stato tiêu chuẩn là D

n
= 19,1 cm (Theo tiêu chuẩn 4A của Nga).
3. Đường kính trong của Stato:
Theo bảng 10.2/Tr 230 – TKMĐ có với 2p = 6 thì k
D
= 0,7 ÷ 0,72.
Chọn k
D
= 0,7
=> D = k
D
.D
n
= 0,7.19,1 = 13,4 (cm)
4. Chiều dài Stato:
Chiều dài của Stato được tính theo công thức (10-2)/Tr 230 – TKMĐ

.n.D.A.B.k.kα
6,1.P'.10
l
đb
2
δdsδ
7
S
=
Trong đó:
P’: Công suất tính toán. Được xác định theo công thức (10-3)/Tr 230
– TKMĐ:
(kVA) 4,6

0,795.0,76
0,93.3

η.Cos
.Pk
P'
E
===
ϕ
Với : k
E
= 0,93 : Lấy theo hình 10-2/Tr 231 - TKMĐ
P = 3 kW
Trang 2
Đồ án Thiết kế Máy Điện SV: Nguyễn Tiến Minh CH9 TBĐ – ĐT
η = 0,795
Cos φ = 0,76
α
δ
=

π
2
= 0,64 : Hệ số xung cực từ
k
s
=
1,11
22.
π

=
: Hệ số dạng sóng
k
dq
= 0,925 : Hệ số dây quấn (Chọn)
Theo hình 10-3a-b/ Tr 232 - TKMĐ lấy A = 210A/cm và B
δ
= 0,85 T.
D = 13,4 cm : Đường kính trong của Stato (tính toán ở phần 3 của
quyển thiết kế này)
n
đb
= 1000 V/ph : Tính toán ở phần 1 của quyển thiết kế này.
Vậy ta thu được chiều dài của Stato là:
cm 13,32
.10000,85.13,40,925.210.0,64.1,11.
6,1.4,6.10

.n.D.A.B.k.kα
6,1.P'.10
l
2
7
đb
2
δdsδ
7
S
===
Lấy l

S
= 13,3 cm.
Chọn chiều dài lõi sắt stato và roto bằng l
1
= l
2
= 13,3 cm
5. Bức cực:
(cm) 7,02
6
π.13,4

2p
π.D
τ ===
6. Xét hệ số chỉ từ thông tản:
1,89
7,02
13,3

l

S
===
τ
λ
Theo hình 10-3b/Tr 235 -TKMĐ thì λ nằm trong phạm vi kinh tế cho phép
do đó chọn phương án trên là hợp lý.
7. Dòng điện pha định mức:
(A) 7,52

5.0,763.220.0,79
3.10

Cos.3.U
P.10
I
3
1
3
1
===
ϕη
Tính toán Stato
8. Số rãnh của Stato:
Trang 3
Đồ án Thiết kế Máy Điện SV: Nguyễn Tiến Minh CH9 TBĐ – ĐT
Ta có theo yêu cầu thiết kế có U
đm
: 380/220V đấu Y/∆ và theo phần 2 trong
quyển thiết kế này ta đã có h = 112 mm. Vậy ta dùng dây quấn 1 lớp đồng tâm đặt
vào ½ kín
Chọn q
1
= 2
=> Số rãnh của Stato bằng Z
1
= 2m.p.q
1
= 2.3.3.2 = 36 (Rãnh).
9. Bước rãnh của Stato:

(cm) 1,17
36
π.13,4

Z
π.D
t
1
1
===
10. Số vòng dây tác dụng của một rãnh:
65,35
7,52
210.1,17.2
I
.aA.t
u
1
11
r1
===
Trong đó:
A = 210 A/cm : Theo phần 4 của quyển thiết kế này
t
1
= 1,17 cm: Theo phần 9 của quyển thiết kế này
a
1
= 2: Số mạch nhánh song song (Chọn)
I

1
= 7,52 A : Theo phần 7 của quyển thiết kế này.
Lấy u
r1
= 65 – Do đây là dây quấn 1 lớp đồng tâm.
11. Số vòng dây nối tiếp của một pha:
(Vòng) 390
2
65
3.4.
a
u
.p.q w
1
r1
11
===
12. Tiết diện và đường kính dây dẫn:
Tra đồ thị 10-4b/Tr 237 - TKMĐ ta thấy AJ = 1690 (A
2
/cm.mm
2
)
=> Mật độ dòng điện là:
)(A/mm 8,04
210
1690

A
AJ

J
2
1
===
Tính toán thiết diện sơ bộ:
Chọn số sợi là: n
1
= 2
=> Tiết diện dây sẽ là (Sơ bộ):
)(mm 0,23
2.2.8,04
7,52

.J.na
I
s
2
111
1
1
===
Trang 4
Đồ án Thiết kế Máy Điện SV: Nguyễn Tiến Minh CH9 TBĐ – ĐT
=> Theo phụ lục VI bảng VI.1/Tr 619 chọn dây đồng tráng men PETV có
đường kính d/d
cđ
= 0,55/0,605 và s
1
= 0,238 mm
2

13. Kiểu dây quấn:
Chọn dây quấn bước ngắn có β = 5/6 = 0,833 Hay có y = 10. Do τ = 12
14. Hệ số dây quấn:
+ Hệ số bước ngắn:
0,966
2
π
sinβ k
y
==
+ Hệ số bước rải:
0,958
2
α
q.Sin
2
α
Sinq
k
r
==
Trong đó:
12
π
48
4π
Z
2ππ.
α

1
===
=> Hệ số dây quấn k
d1
= k
y
.k
r
= 0,966.0,958 = 0,925
15. Từ thông qua khe hở không khí:
(Wb) 0,00255
25.50.3904.1,11.0,9
0,93.220

.w.f.k4.k
.Uk
Φ
11dqS
1E
===
16. Mật độ từ thông qua khe hở không khí:
(T) 0,85
13,320,64.7,02.
0,00255.10

.ττ.α
Φ.10
B
4
Sδ

4
δ
===
=> Phù hợp với B
δ
= 0,85 T đã chọn ở trên
17. Xác định sơ bộ chiều rộng của răng:
(cm) 0,6244
1,75.0,91
0,85.1,17
.k.lB
.t.lB
b'
c1Z1
11δ
Z1
===
Trong đó:
B
δ
= 0,85 T – Đã xác định trong phần 16 quyển t.k này.
t
1
= 1,17 – Bước rãnh của Stato.
B
Z1
= 1,75 – Tra bảng 10.5b/Tr 241 – TKMĐ
k
C
= 0,91 – Hệ số ép chặt lõi chọn theo bảng 2.2/Tr 23

18. Xác định sơ bộ chiều cao của gông Stato:
Trang 5
Đồ án Thiết kế Máy Điện SV: Nguyễn Tiến Minh CH9 TBĐ – ĐT
(cm) 0,72
3.0,912.1,45.13,
0,00255.10

.k.l2.B
Φ.10
h'
4
C1g1
4
g1
===
Trong đó
B
g1
= 1,45 ÷ 1,60 T - Theo bảng 10.5a/Tr 240 – TKMĐ
Ở đây ta chọn B
g1
= 1,45 T.
Φ = 0,00255 Wb – theo phần 15 quyển thiết kế này.
l
1
= 13,3 cm – theo phần 4 quyển thiết kế này.
19. Kích thước rãnh và cách điện:
Chọn các kích thước của rãnh Stato như sau:
h
12

= 8.5 mm h
r1
= 18.5 mm
d
1
= 6 mm b
41
= 3,0 mm
d
2
= 9 mm h
41
= 0,5 mm
Theo bảng VIII-1 ở phục lục VIII/Tr 629 –TKMĐ
chiều dày của cách điện rãnh là 0,25mm – 0,25mm –
0,55mm
Diện tích rãnh trừ nêm:
mm 219 )
2
9
- (18.5
2
9 11

8
)11 π(9

)
2
d

-(h
2
dd

8
)dπ(d
S'
2
22
1
12
21
2
2
2
1
r
=
+
+
+
=
=
+
+
+
=
Chiều rộng của miếng cát tông nêm là
2
π.d

1
; của tấp cách điện giữa 2 lớp là
d
1
+ d
2
Diện tích cách điện của rãnh là:
mm 37
.0,5
2
.9
.0,49) (11 2.18.5
2
.11

.0,5
2
.d
.0,4)d(d 2.h
2
.d
S
2
1
2112
2
cđ
=
=+







+++=
=+






+++=
ππ
ππ
Diện tích có ích của rãnh là:
Trang 6
d
2
h
r1
h
12
d
1
h
12
b
41

Đồ án Thiết kế Máy Điện SV: Nguyễn Tiến Minh CH9 TBĐ – ĐT
S
r
= S’
r
- S
cđ
= 219 – 37 = 183 mm
2
Hệ số lấp đầy của rãnh theo công thức 3-27/Tr 66 – TKMĐ:

S
.d.nu
k
r
2
cđ1r
đ
=
Trong đó:
u
r
: Số dây dẫn trong 1 nhánh u
r
= 65 theo phần 10 trong
quyển thiết kế này
n
1
= 2
d

cđ
= 0,605 mm theo phần 12 trong quyển thiết kế này.
0,43
183
605,0.2.65
k
đ
==⇒
20. Bề rộng răng của Stato:
Đối với rãnh hình quả lê như đã chọn theo công thức 4-32/Tr 101 – TKMĐ
ta có thể tính đc:
cm 0,435
0,9 -
36
2.0,05) 0,9 3,14.(13,4
d-
Z
)2.hdπ.(D
b'
1
1
411
Z1
=
++
=
++
=
[ ]
[ ]

cm 0,47
1,1 -
36
1,85) 2(0,05 13,4
d -
Z
)h 2.(h D.
b"
2
1
1241
Z1
=
=
++
=
++
=
π
π
cm 0,90
2
b"b'
b
z1z1
z1
=
+
=⇒
21. Chiều cao gông Stato:

cm 3,08 .1,1
6
1
28,5 -
2
13,4 - 19,1
d
6
1
h-
2
DD
h
2r1
n
g1
=+=+
−
=
22. Khe hở không khí:
Theo công thức 10-21/Tr 253 – TKMĐ:
mm 0,279
6
9
1
1200
134

2p
9

1
1200
D
δ =






+=








+=
Theo máy đã chế tạo bảng 10-8/Tr 253 chọn δ = 0,3 mm = 0,03cm
Tính toán Roto
Trang 7
Đồ án Thiết kế Máy Điện SV: Nguyễn Tiến Minh CH9 TBĐ – ĐT
23. Số rãnh của Roto:
Theo bảng 10.6/Tr 246 – TKMĐ ta có số rãnh của Roto là Z
2
= 26 rãnh
24. Đường kính ngoài của Roto:
D

R
= D - 2δ = 13,4 – 2.0,03 = 13,34 cm
25.Bước răng của Roto:
(cm) 1,611
26
.13,34

Z
.D
t
2
R
2
===
π
π
26. Xác định sơ bộ chiều rộng của răng Roto:
cm 0,88
1,70.0,91
0,85.1,611

.k.lB
.t.lB
b'
C2Z2
22δ
Z2
===
27. Đường kính trục Roto:
D

tr
= 0,3D = 0,3.13,4 = 4,02 (cm) Lấy D
tr
= 4cm
28. Dòng điện qua thanh dẫn Roto:
Theo công thức 10-17/Tr 149 – TKMĐ:

Z
.k6.w
..Ik I I
2
d11
112td
==
Trong đó:
k
1
= 0,83 – Tra hình 10.5/Tr 244 – TKMĐ với cosφ = 0,76
I
1
= 7,52 A
w
1
= 390 Vòng
Z
2
= 38
=> I
2
= 241,5 (A)

29. Dòng trong vành ngắn mạch:
Theo công thức 10-18/Tr 249 – TKMĐ:
(A) 1916,67
26
3π
2.Sin
1
241,5
Z
πp
2Sin
1
I I
2
tdv
===
30. Tiết diện thanh dẫn bằng Nhôm
)(mm 80,5
3
241,5

J
I
S
2
2
td
td
===
Trang 8

Đồ án Thiết kế Máy Điện SV: Nguyễn Tiến Minh CH9 TBĐ – ĐT
Ở đây ta chọn J
2
= 3 A/mm
2
31.Tiết diện vòng Ngắn mạch:
Chọn sơ bộ mật độ dòng trong vành là J
v
= 2,5 A/mm
2
mm 766,0
2,5
1916,67

J
I
S
2
v
v
v
===⇒
32. Kích thước rãnh Roto và vành ngắn mạch:
Với chiều cao tâm trục h = 112mm ta chọn rãnh roto hình
ôvan như hình vẽ bên. Trong đó các thông số như sau:
b
42
= 1,5 mm h
42
= 0,5 mm

d
1
= d
2
= 7 mm h
r2
= 31 mm
h
12
= 24 mm
axb = 32x24
Đường kính vành: D
v
= D – (a + 1) = 134 – (32 + 1) = 101 mm
33. Diện tích rãnh roto:
mm 206,5 24.7 .7
4
π
.dh d
4
π
S
22
12
2
z2
=+=+=
34. Diện tính vành ngắn mạch:
a.b = 32.24 = 768 mm
2

35. Bề rộng của răng Roto ở 1/3 chiều cao răng:
( )
( )
cm 0,87 6
38
7 24
3
4
- 2.0,5 - 23,26π

d -
Z
dh
3
4
- 2h - Dπ
b
2
1242R
3
1
z2
=−






+

=
=






+
=
36.Chiều cao gông của Roto:
cm 5,26.0,7
6
1
3,1
2
723,26
d
6
1
h
2
DD
h
2r2
trR
g2
=+−
−
=+−

−
=
37. Độ nghiêng của rãnh ở Roto:
Trang 9
h
12
b
41
b
42
h
42
a
b
D
v
Đồ án Thiết kế Máy Điện SV: Nguyễn Tiến Minh CH9 TBĐ – ĐT
Để giảm lực kí sinh tiếp tuyến và hướng tâm và triệt tiêu sóng điều hòa răng
người ta thường làm rãnh nghiêng ở Roto hoặc Stato. Trong quyển thiết kế này ta
làm rãnh nghiêng trên Roto.
Theo công thức 10-16b/Tr 245 – TKMĐ:
cm 1,53 t
Z
D
b
1
1
n
=≈=
π

B – Tính toán điện từ.
38. Hệ số khe hở không khí:
Thực tế do mặt Stato và Roto đều có răng nên đường sức từ phân bố không
đều ở khe hở không khí , chúng tập chung nhiều ở răng còn ở rãnh thì thưa. Vì vậy
có thể coi khe hở không khí thực tế bằng δ’ = k
δ
.δ
Trong đó k
δ
> 1 là hệ số khe hở không khí. Trị số của nó được tính theo công
thức 4-17/Tr 97 – TKMĐ k
δ
= k
δ1
.k
δ2
Với k
δ1
và k
δ2
lần lượt là khe hở do răng rãnh của Stato và Roto gây nên:
Theo công thức 4-16a/ Tr 96 – TKMĐ

.δγt
t
k
11
1
δ1
−

=
Với :
98,1
0,7
3
5
0,7
3

δ
b
5
δ
b
γ
2
41
2
41
1
=
+






=
+







=
t
1
= 1,531 cm
δ = 0,07 cm
1,10
1,98.0,7 - 1,531
1,531
k
1
==⇒
δ

.δγt
t
k
22
2
δ2
−
=
Với : t
2
= 1,923 cm

δ = 0,07 cm
Trang 10
Đồ án Thiết kế Máy Điện SV: Nguyễn Tiến Minh CH9 TBĐ – ĐT
64,0
0,7
1,5
5
0,7
1,5

δ
b
5
δ
b
γ
2
42
2
42
2
=
+






=

+






=
1,02
0,643.0,07 - 1,923
1,923
k
2
==⇒
δ
Vậy k
δ
= 1,10.1,02 = 1,13
39. Vật liệu dùng thép cán nguội loại 2211
40. Sức từ động qua khe hở không khí:
Theo công thức 4-18/Tr 97 – TKMĐ
F
δ
= 1,6.B
δ
k
δ
δ.10
4
= 1,6.0,75.1,13.0,07.10

4
= 945,66 A
41. Mật độ từ thông ở răng Stato:
T 1,72
0,70.0,95
0,75.1,531

.k.lb
.t.lB
B
C1z1
11δ
z1
===
42. Cường độ từ trường trên răng của Stato:
Theo bảng V-6 phụ lục V/Tr 608 – TKMĐ
H
z1
= 19 A/cm
43. Sức từ động trên răng của Stato:
Theo công thức 4-19/Tr 98 – TKMĐ
F
z1
= 2h
z1
H
z1
Trong đó: h
z1
= h

r1
-
3
1
d
2
= 28,5 – 11/3 = 24,83 cm
A 94,37 2.2,483.19 F
z1
==⇒
44. Mật độ từ thông ở răng Roto:
T 1,74
0,87.0,95
0,75.1,923

.k.lb
.t.lB
B
C2z2
22δ
z2
===
45. Cường độ từ trường trên răng của roto:
Theo bảng V-6 phụ lục V/Tr 608 – TKMĐ
H
z2
= 19 A/cm
Trang 11
Đồ án Thiết kế Máy Điện SV: Nguyễn Tiến Minh CH9 TBĐ – ĐT
46. Sức từ động trên răng của Rôto:

Theo công thức 4-19/Tr 98 – TKMĐ
F
z2
= 2h
z2
H
z2
Trong đó: h
z2
= h
r2
-
3
1
d
2
= 31 – 7/3 = 28,67 mm
A 108,93 2.2,967.19 F
z2
==⇒
47. Hệ số điều hòa răng:
Do sự bão hòa thép ở mạch từ nên đường cong từ trường ở khe hở không khí
khác dạng hình sin và có dạng bằng đầu, thường dùng hệ số bão hòa răng để biểu
thị (k
z
).
Theo công thức 4-10/Tr 93 – TKMĐ
1,2
945,66
93,10837,9466,945

F
F F F
k
z2z1
z
=
++
=
++
=
δ
δ
48. Mật độ từ thông trên gông của Stato:
T 1,48
8.0,952.3,08.17,
0,0154.10

.k.l2h
Φ.10
B
4
C1g1
4
g1
===
49. Cường độ từ trường ở gông Stato:
Theo bảng V.9 phụ lục V/ Tr 611 – TKMĐ
H
g1

= 7,40 A/cm
50. Chiều dài mạch từ ở gông Stato
cm 25
4
3,08) - (34,9

2p
)h - (D
L
g1n
g1
===
π
π
51. Sức từ động ở gông Stato:
F
g1
= L
g1
.H
g1
= 25.7,40 = 184,82 A
52. Mật độ từ thông trên gông của Rôto:
T 0,87
8.0,952.5,26.17,
0,0154.10

.k.l2h
Φ.10
B

4
C2g2
4
g2
===
53. Cường độ từ trường ở gông Rôto:
Theo bảng V.9 phụ lục V/ Tr 611 – TKMĐ
Trang 12