Thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha Roto lồng sóc.doc

Mục Lục
CáC THôNG Sẩ địNH MỉC........................................................................................3
- CấP CáCH đIệN: F ........................................................3
PHầN I:XáC địNH KíCH TH C CHẹ YếU ..............................................................4
P = ............................................................................................4
A= 420 (A/CM).................................................................................................5
21-Chiều rộng răng Stato..............................................................................................................8
22 .Chiều cao gông từ Stato..........................................................................................................9
23 .Khe hở không khí....................................................................................................................9
PHầN IV: XáC địNH ROTO.......................................................................................9
24 .Số rãnh Rôto............................................................................................................................9
25 .Đờng kính ngoài Rôto............................................................................................................9
26 .Đờng kính trục Rôto...............................................................................................................9
27 .Bớc răng Rôto.......................................................................................................................10
28 .Xác định sơ bộ chiều rộng răng Rôto...................................................................................10
29 .Dòng điện trong thanh dẫn Rôto..........................................................................................10
30 .Dòng điện trong vành ngắn mạch.........................................................................................10
31-Tiết diện thanh dẫn................................................................................................................10
32 .Tiết diện vành ngắn mạch.....................................................................................................10
33 .Kích thớc răng, rãnh Rôto....................................................................................................11
34 .Diện tích rãnh Rôto...............................................................................................................11
37 .Chiều cao gông Rôto............................................................................................................12
38 .Độ nghiêng rãnh Stato..........................................................................................................12
PHầN IV: TíNH TOáN MạCH Tế...........................................................................12
39 .Hệ số khe hở không khí k...................................................................................................12
41 .Sức từ động trên khe hở không khí.......................................................................................13
42 .Mật độ từ thông ở răng Stato ...............................................................................................13
PHầN V: THAM Sẩ CẹA đẫNG Cơ đIệN.............................................................15
60.Chiều dài phần đầu nối dây quấn Stato.................................................................................15
PHầN VI: TặN HAO TRONG THéP V TặN HAO Cơ ......................................20
1. Trọng lợng răng Stato..............................................................................................................20

PHầN VII: đặC TíNH L M VIệC ..........................................................................22
PHầN VIII: đặC TíNH Mậ MáY.............................................................................24
92.Tham số động cơ điện khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài của dòng điện (khi s=1)................24
93.Tham số của động cơ điện khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài của dòng điện và sự bão hoà của
từ trờng tản...................................................................................................................................26
96.Bội số dòng điện khởi động khi là:........................................................................................28
I-Tính toán khối lợng động cơ bằng visual Basic. 28
II-Phần vẽ CAD 3D ..............................................31
Trần Khánh Hà.............................................................................31
Trần khánh Hà...............................................................31
1
2
Thiết kế Động cơ không đồng bộ 3 pha roto
Lồng sóc .
Các thông số định mức
- Công suất định mức: P
đm
=90 KW
- Điện áp định mức: U
đm
=380/220 V
- Tổ đấu dây: Y/
- Tần số làm việc: f =50 Hz
- Số đôi cực: 2p = 2
- Kiểu máy: kín, tự làm mát bằng quạt gió
- Chế độ làm việc liên tục
- Cấp cách điện: F
- Hiệu suất: 0,92
- Hệ số công suất (cos): 0,9
- Bội số mô men cực đại: 2,2

- Bội số mômen khởi động : 1,2
- Bội số dòng điện khởi động: 7,5
3
phần I:xác định Kích thớc chủ yếu
1.Xác định tốc độ đồng bộ của máy

3000
1
50.601.60
===
p
f
n
(vòng/phút)
2 .Xác định chiều cao tâm trục và đờng kính ngoài
Từ công suất P = 90 (Kw) ,số đôi cực 2p = 2 tra đồ thị 10 1 (TKMĐ) ta có:
*Chiều cao tâm trục ta chọn là: h = 250 (mm)
*Chọn đờng kính ngoài ta tra bảng 10.3 tiêu chuẩn 4A của Nga cách điện
cấp F để lấy giá trị Dn theo h ta đợc Dn = 43,7(cm)
3- Xác định đờng kính trong stato D.
*Quan hệ giữa đờng kính trong và đờng kính ngoài của động cơ không
đồng bộ Rotor lồng sóc đợc biểu diễn theo công thức sau :
K
D
=
n
D
D
Với giá trị này của D
n

=43,7 (cm) ta có D=(0,52ữ0,57)D
n
ta chọn K
D
=0,55
D = k
D
. D
n
= 0,55.43,7 = 24 (cm)
4-Công suất tính toán đợc tính theo công thức sau .
P

=

cos
dm
E
P
K

Trong đó ta chọn K
E
theo hình 10-2 :K
E
=0,987
Thay số vào ta đợc :
P

=

9,0
90
92,0
987,0
= 107,28(Kw)
5-chiều dài tính toán lõi sắt stato
* Sơ bộ ta chọn các hằng số :



:hệ số xung cực từ


=

2
= 0,64 .
k
s
:hệ số dạng sóng của máy điện KĐB k
s
=
2.2

= 1,11 .
K
d
:hệ số dây quấn với kiểu dây quấn hai lớp ,2p=2 ta chọn k
d
=0,9

*Chọn A và B

.
Việc chọn A và B

ảnh hởng rất nhiều đến kích thớc chủ yếu D và l .Đứng về
mặt tiết kiệm vật liệu thì chọn A và B

lớn ,nhng nếu A và B


lớn quá thì tổn
hao đồng và sắt tăng lên làm máy quá nóng ,ảnh hởng đến tuổi thọ sử dụng
máy ,do đó khi chọn A và B

cần xét đến vật liệu sử dụng .
Tra đồ thị 10 3 a với chiều cao tâm trục h = 132 mm
và số đôi cực 2p = 2 ta đợc :
4
A= 420 (A/cm)
B

= 0,75 T
Chiều dài tính toán phần ứng đợc tính theo công thức sau :
l

=
dbs
nDBAka
p

.....
10'..1,6
2
7

Thay số vào ta đợc :
l

=
3000.24.75,0.420.9,0.11,1.64,0
10.28,107.1,6
2
7
= 18,8 (cm)
6-Bớc cực đợc tính theo công thức sau :
=
p
D
.2
.


Thay số vào ta đợc :
=
68,37
1.2
24.
=

(cm)

7 .Lập phơng án so sánh tính kinh tế :
*Hệ số:
=


I
=
5,0
68,37
8,18
=
Thành lập bảng so sánh phơng án với cùng một đờng kính D
n
và D, 2p
Trong đó:
P
P
'
=

là hệ số giảm công suất tra phụ lục IV-2 ta có P

=75 kW
vậy:

90
75
'
==
P

P

=0,833

75
=
90
=0,833.0,5=0,42
Ta tra hình 10-3a (TKMĐ) ta thấy cả
75
,
90
đều nằm trong vùng kinh tế
vậy phơng án đã chọn là hợp lý
8 .Dòng điện pha định mức .
I
1
=
9,0.92,0.220.3
10.90
cos...3
10.
3
1
3
=

U
P
= 164,69 (A)

5
phần II Xác định các thông số dây quấn
Stato .
I-Dây quấn Stato .
Với điện áp pha đầu vào nhỏ hơn 600 V và chiều cao tâm trục h =250 (mm)
theo kinh nghiệm ta chọn kiểu dây quấn 2 lớp ,bớc ngắn ,kiểu rãnh Stato là
nửa kín .
9.Số rãnh Stato .
Với P=90 kW ta chọn q
1
= 8
Z
1
= 2.3.p.q
1
= 48(rãnh)
10 .Bớc rãnh Stato .
t
1
=
57,1
48
24..
1
==

Z
D
(cm)

11.Số thanh dẫn tác dụng của 1 rãnh .
*Ta chọn số mạch nhánh song song là :
vì số đôi cc 2p = 2 mà a
1
phải là ớc số của 2p ta chọn a
1
= 2 .
Vậy với a
1
= 2 ta đợc
U
r1
=
69,164
2.57,1.420
..
1
11
=
I
atA
= 8 (thanh)
Ta chọn U
r1
= 8 thanh(do dây quấn là hai lớp) .
12.Số vòng dây nối tiếp của 1 pha .
W
1
= p.q
1

.
1
1
a
U
r
= 1.8.
2
8
= 32 (vòng).
13.Tiết diện và đờn kính dây dẫn .
*Theo hinhf 10-4 ta chọn trị số AJ =1920 (A
2
/cm.mm
2
)
Với A = 420(A/cm) ta có mật độ dòng điện là:
J =
420
1920
=
A
AJ
= 4,57(A/mm
2
).
*Tính sơ bộ tiết diện dây dẫn :
S
1
=

Jna
I
..
11
1
Trong đó n
1
là số sợi chập .ở đây ta chọn số sợi chập n
1
= 10 .
Thay số vào ta có :
S
1
=
57,4.10.2
69,164
= 1,80 (mm)
Theo phụ lục VI-1 chọn dây đồng tráng men PETV và PET-155 chọn dây có
các thông số ứng với diện tích tính toán sơ bộ s
1
= 1,8 mm
2
là:
d/d
cđ
= 1,56/1,645
s = 1,911 (mm
2
) .
15 .Hệ số dây quấn .

do ta chọn dây quấn hai lớp bớc ngắn có Z
1
= 48
=
24
2
48
2
==
p
Z

6
chọn y= 22 vậy hệ số bớc ngắn:
K
y
=sin
2

=sin
24
22
2

=0,99
=

y
= 0,99 .
hệ số bớc rải :

k
r
=
2
sin.
2
.sin


q
q
=
o
o
Z
p
Z
p
5,4sin.8
30sin
.2
..2
sin.8
.2
..2
.8sin
=


= 0,956 .

*Hệ số dây quấn
K
d
= k
y
.k
r
= 0,99.0,956 = 0,947
16.Từ thông khe hở không khí .
=
32.50.9.0.11,1.4
220.987,0
....4
.
1
1
=
wfkk
UK
ds
E
= 33,96.10
-3
(Wb) .
17. Mật độ từ thông của khe hở không khí .
B

=
1
4

..
10.
la



=
8,18.68,37.64,0
10.10.96,33
43
= 0,749(T)
phần iii:xác định lõi thép stato
18.Sơ bộ định chiều rộng răng .
b
z1
=
95,0.8,18.75,1
57,1.8,18.749,0
..
..
11
11
=
cz
klB
tlB

= 0,7 (cm)
Trong đó :
B

z
là giá trị trung bình của từ thông trên răng B
z
=1,75ữ1,95 (ta chọn theo
bảng 10.5-b) B
z
=1,75 T
K
c
là hệ số ép chặt lõi với h250 mm ta dùng thép cán nguội ký hiệu 2211
tra trong bảng phụ lục 2.2 chọn chiều dầy lá thép là 0,5 mm đối với loại không
phủ sơn K
c
= 0,95 (chọn).
19.Xác định sơ bộ chiều cao gông Stato .
h
g
=
95,0.8,18.5,1.2
10.03396,0
...2
`10.
4
11
4
=
cg
klB

= 6,34 (cm)

Trong đó B
g1
là mật độ từ thông trong gông stato tra bảng 10.5 a ta chọn
B
g1
= 1,5 (T) .
20 .Tính và chọn kích thớc rãnh - cách điện .
Chọn loại rãnh hình quả lê nh hình vẽ 1 .
Chọn b
41
d
cđ
+ 1,5 = 3 (mm)
Chọn chiều cao miệng rãnh h
41
= 0,5 (mm) .
*Từ hình vẽ ta xác định chiều cao răng Stato :
H
rs
=
)(5,335,6
2
247,43
'
2
1
cmh
DD
g
n

=

=


7
Hình 1
*Sơ bộ tính đờng kính của rãnh theo các công thức

d
1
=
937,0
4814,3
05,0.224(14,37,0.48
1
)41.2(1.1
=

+
=

+
Z
hDbzZ


(cm)
d
2

=
246,1
48
7,0.48)5,3.224(
1
1.1)1.2(
=
+
+
=
+
+




Z
bzZhrD
(cm)
Chọn sơ bộ: d
1
=9 mm,

d
2
=12 mm
*Diện tích thực của rãnh (trừ nêm):
3,304)
2
9

5,28.(
2
129
8
129
.)
2
(
28
'
22
1
12
21
2
2
2
1
1
=
+
+
+
=
+
+
+
=

d

h
dddd
S
r
(mm
2
)
Từ phụ lục VIII-1 cách điện cấp F,cách điện bằng màng mỏng thuỷ tinh có
thông số:
-Chiều dày cách điện rãnh 0,4 mm
-chièu dày cách điện lớp dây 0,4 mm
-chiều dày cách điện nêm 0,5 mm
*Diện tích lớp cách điện:
S
c
=
=+






+++=+

+++ 5,0
2
9.
4,0)912(5,28.2
2
12.
'.
.
)(.2
2
.
1
2112
2


C
c
d
Cddh
d
= 45,8 (mm
2
)
*Diện tích có ích của rãnh:
S
r
=S
r
- S

cđ
= 304,3-45,8 = 294,2(mm)
*Tính lại hệ số lấp đầy rãnh Stato:
k
lđ
375,0
2,294
645,1.8.10
..
2
2
1
===
r
cdr
S
dun
Vậy sơ bộ hệ số lấp đầy nằm trong khoảng 0,7 ữ0,75 thoả mãn
21-Chiều rộng răng Stato
*Chiều rộng răng Stato chỗ lớn nhất :
Theo công thức 4- 31 trang 64, Giáo trình thiết kế máy điện- Trần Khánh
Hà
8

( )
( )
( )
cmd
Z
dhD

b
Z
735,09,0
48
9,005,0.224.
.2
1
1
141
'
1
=
++
=
++
=


*Chiều rông răng Stato chỗ hẹp nhất :

( )
( )
( )
cmd
Z
hhD
b
Z
649,012
48

)05,085,2(224.
)(2
2
1
2141
''
1
=
++
=
++
=


*Chiều rộng răng Stato trung bình:

( )
mm
bb
b
ZZ
Z
692,0
2
649,0735,0
2
''
1
'
1

1
=
+
=
+
=
0,7(cm)
22 .Chiều cao gông từ Stato
Đối với động cơ có đáy rãnh Stato tròn, theo công thức 4- 46a trang 67,
Giáo trình TKMĐ- Trần Khánh Hà ta có:
)(55,62,1.
6
1
5,3
2
247,43
.
6
1
2
211
mmdh
DD
h
r
n
g
=+

=+

=
23 .Khe hở không khí
Khí chọn khe hở không khí ta cố gắng lấy nhỏ để cho dòng điện không
tải nhỏ và cos cao, Nhng khe hở không khí nhỏ sẽ khó khăn trong việc chế
tạo và quá trình làm việc của máy: Stato rất dễ chạm với Rôto (sát cốt), làm
tăng thêm tổn hao phụ, điện kháng tản tạp của động cơ cũng tăng lên,
Theo công thức 11- 27b trang 277, Giáo trình TKMĐ- Trần Khánh Hà,
đối với loại Động cơ có công suất không lớn P=90(KW)), 2p=2 ta có:
)(1,1)
2
9
1(
1200
240
)
.2
9
1.(
1200
' mm
P
D
=+=+

Theo kinh nghiệm chế tạo ta chọn dựa theo bảng 10.8(TKMĐ) ta có
= 1,2(mm)
phần iv: xác định roto
24 .Số rãnh Rôto
Thiết kế Rôto lồng sóc đúc nhôm, chọn số rãnh Rôto theo bảng 10.6 với

2p=2 để tránh đợc những tổn hao do từ trờng đập mạch tránh đợc lực tiếp
tuyến và lực hớng tâm ta chọn Z
2
>Z
1

Z
2
= 55(rãnh),
25 .Đờng kính ngoài Rôto
D= D 2. = 24 2.0,12= 23,76 (cm) .
26 .Đờng kính trục Rôto
D
t
= 0,3.D = 0,3.24 = 7,2 (cm)
ta chọn D
t
=7 (cm)
9
27 .Bớc răng Rôto

( )
cm
Z
D
t 356,1
55
76,23.'.
2
2

===

28 .Xác định sơ bộ chiều rộng răng Rôto
Theo công thức 4- 22 trang 62, Giáo trình TKMĐ- Trần Khánh Hà:

222
2
'
2
..
..
CZ
Z
klB
tlB
b

=

Trong đó:
k
C2
: hệ số ép chặt lõi sắt Rôto chọn K
C
=0,95
B
Z2
: mật độ từ cảm trong răng Rôto, theo bảng 11- 2 trang 270, Giáo
trình TKMĐ- Trần Khánh Hà, chọn B
Z2

= 1,83 (T):

( )
cm0,58
95,0.8,18.83,1
619,1.8,18.749,0
..
..
222
2
'
2
===
CZ
Z
klB
tlB
b

29 .Dòng điện trong thanh dẫn Rôto

)(7,511
55
947,0.32.6
69,164.94,0
...2
..
2
111
12

A
Z
kWm
IkII
dq
dmItd
====
Trong đó:
k
I
=f(cos): là hệ số dòng điện, đợc tra trong hình 10- 5 (TKMĐ), ứng với
cos
đm
=0,9 thì k
I
=0,94
K
dq1
và K
dq2
là hệ số dây quấn của stato và roto
30 .Dòng điện trong vành ngắn mạch
( )
A4482
55
sin.2
1
.7,511
sin.2
1

.
2
===

Z
p
II
tdV
31-Tiết diện thanh dẫn
Với thanh dẫn nhôm thì
td
=2,2 ữ 4,5 (A/mm
2
) ta chọn sơ bộ:
td
=4,4
(A/mm
2
)
Tiết diện thanh dẫn:
( )
2
mm29,116
4,4
7,511
2
'
==

=

td
td
I
S
32 .Tiết diện vành ngắn mạch
- Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong vành ngắn mạch đảm bảo

V
=
td
-(20ữ30)%
td
ta chọn
V
=3 (A/mm
2
)

( )
2
1494
3
4482
mm
I
S
V
V
V
==

=
10
33 .Kích thớc răng, rãnh Rôto
Với động cơ có chiều cao tâm trục là h=250 mm chọn loại rãnh roto có dạng
nh hình vẽ 2
Hình 2
Ta chọn các kích thớc của Rôto nh sau :
b
42
= 1,5(mm) h
r2
= 21 (mm)
h
42
= 0,5 (mm) h
12
=14,3 (mm)
d
1
= d
2
=d =6,1 (mm)
34 .Diện tích rãnh Rôto
)(43,1161,6.3,14
4
1,6.
.
4
.

2
2
12
2
2
mmdh
d
S
r
=+=+=

11
35 .Diện tích vòng ngắn mạch .
Hình 3
Chọn các thông số vòng ngắn mạch (hình 3)
chiều dài vòng ngắn mạch phải thoả mãn điều kiện a 1,2.h
r
=42 (mm) ta chọn
a= 44 mm;b=34 mm
Vởy diện tích vòng ngắn mạch là
S
v
=a x b = 44 x 34 =1496 (mm
2
)
D
v
=D-(a+1)= 24-(4,4+1)=18,6 cm
36. Bề rộng răng Rôto ở 1/3 chiều cao răng .

b
Z21/3
=
=
+
=
+
61,0
55
))61,043,1(
3
4
05,0.276,23())(
3
4
.2(
2
1242
'

d
Z
dhhD

=0,588(cm)
37 .Chiều cao gông Rôto
Đối với động cơ loại rãnh có đáy tròn, số đôi cực 2p=2 ta tính theo công thức
sau

( )

cmdh
DtD
h
rg
38,61,6
6
1
1,2
2
776,23
6
1
2
'
222
=+

=+

=
38 .Độ nghiêng rãnh Stato
Để giảm bớt biên độ của các sóng bậc cao, ta có thể làm nghiêng rãnh
Rôt với cách dùng rãnh nghiêng ta sẽ có nghiều kiểu phối hợp rãnh Stato và
Rôto hơn tuy vậy phải đảm bảo độ nghiêng b
n
để không làm giảm momen cực
đại và cos ta lấy độ nghiêng bằng một bớc rãnh stato:
b
n
t

1
= 1,57 (cm)
******************************
Phần IV: Tính toán mạch từ
39 .Hệ số khe hở không khí k

a/ k

1 Phía Stato:

07,1
12,0.833,057,1
57,1
.1
1
1
1
=

=

=


t
t
k
12