Bài 3: Động cơ cảm ứng ba pha

ĐẠI-HỌC BÁCH KHOA – PHÒNG THÍ NGHIỆM MÁY ĐIỆN & THỰC TẬP ĐIỆN- Trang
23






3.1. YÊU CẦU THỰC HIỆN :
 Sinh viên thực hiện phương pháp đo các kích thước cơ bản của lõi thép
stator động cơ cảm ứng 3 phase; từ đó áp dụng phương pháp tính toán theo từng
bước yêu cầu sau đây để tính toán số liệu dây quấn stator.
 Số liệu tính toán dây quấn phải đầy đủ các thông số sau: Số vòng dây
quấn (phía sơ cấp và thứ cấp); đường kính dây quấn (dây trần) và đường kính
dây tính đến lớp men (émail) cách điện bọc xung quanh . Khối lượng dây quấn.
 Khi tính toán, chúng ta cần vẽ sơ đồ khai triển dây quấn stator; dây quấn sử
dụng là loại dây quấn một lớp đồng khuôn tập trung hay đồng khuôn phân tán
đơn giản.

3.2.MỤC ĐÍCH : Bài thực tập 3 giúp sinh viên nắm vững các vấn đề sau:
 p dụng phương pháp tính toán dây quấn stator theo lý thuyết vào một lỏi
thép động cơ có sẵn.
 Giúp sinh viên hiểu rõ ý nghóa của các thông số tính toán nêu trong ly ùthuyết
như : Mật độ từ thông qua khe hở không khí, mật độ từ thông qua răng và gông
stator; ý nghóa của hệ số dây quấn, hệ số lấp đầy. . .
 Dựa vào thông số tính toán theo lý thuyết cho dây quấn, chúng ta thực hiện
phương pháp tính toán chu vu khuôn dùng quấn các bối và các nhóm bối dây.

3.3.NỘI DUNG THỰC TẬP :

Q

uá trình thực tập tiến hành theo các bước như sau:

BƯỚC 1 : Đo các kích thước tiêu chuẩn của lõi thép stator động cơ .
Các kích thước cần xácđònh bao gồm:
• Đường kính trong của lỏi thép stator (D
t
).
• Bề dầy lỏi thép stator (L) ; bề dầy lỏi thép stator đo theo phương hướng trục
và trừ đi các khoảng hở không khí thông gió bố trí ngang trục (nếu có).
• Bề dầy gông stator (b
g
) ; đây là phần bề dầy lỏi thép stator xác đònh từ đáy
của rãnh stator đến chu vi ngoài của lỏi thép stator, xác đònh tại vò trí hẹp nhất.
• Bề dầy răng stator (b
r
) : đo trên thân răng stator ở vò trí hẹp nhất.
• Tổng số rãnh stator (Z).
• Hình dạng và kích thước rãnh stator; thông thường rãnh stator có hai dạng:
rãnh hình thang hay rãnh ovalle (quả lê).
Trong hình 3.1, chúng ta mô tả các kích thước trên lỏi thép stator cần xác
đònh theo yêu cầu trên.
BÀI 03
ĐẠI-HỌC BÁCH KHOA – PHÒNG THÍ NGHIỆM MÁY ĐIỆN & THỰC TẬP ĐIỆN- Trang
24
D
t
L
r
b
g

b
r

HÌNH 3.1 :
Các kích thước lỏi thép stator cần xác đònh để tính toán dây quấn.

d1 d1
d2
d2
hr
hr
h
h

HÌNH 3.2
: Các dạng rãnh stator

BƯỚC 2 : Tính toán số liệu dây quấn stator.

Trong bước tính toán này chúng ta cần xác đònh thêm:
Sơ đồ đấu nối dây quấn stator.
Điện áp đònh mức nguồn cung cấp tương ứng với sơ đồ đấu dây.
Tốc độ quay của động cơ, hay số cực từ 2p, có thể ước lượng giá trò số
cực tối thiếu theo quan hệ.
g
t
min
b
D
).5,04,0(p2 ÷=

(3.1)

Xác lập quan hệ từ thông cực đại (
m
Φ
) qua một cực từ với một độ từ
thông (hay từ cảm) tại khoảng hở không khí ( B
δ
).

Ta có quan hệ:
δδ
τα B).L..(
m
=Φ
(3.2)

Đơn vò của các đại lượng trong (3..2) là :

[
Φ
m
]=[Wb] ; [
τ
]=[m] ; [L]=[m] ; [B
δ
]=[T].

Sau khi xác đònh các kích
thước lỏi thép stator cần dùng cho

việc tính toán, chúng ta cần xác đònh
thêm các yêu cầu về nguồn điện lưới
cung cấp cho động cơ và sơ đồ ra
dây để vận hành động cơ . Trong
trường hợp đặc biệt; chúng ta cần
xác đònh thêm yêu cầu về tốc độ
quay của động cơ
ĐẠI-HỌC BÁCH KHOA – PHÒNG THÍ NGHIỆM MÁY ĐIỆN & THỰC TẬP ĐIỆN- Trang
25
Trong đó:
•

α
δ
: hệ số cung cực từ, tính đến dạng phân bố từ trường dướng mội khoảng
cực từ, giá trò này phụ thuộc vào sự bão hòa của lỏi thép.
Khi tính toán sơ bộ ta chọn giá trò
α
δ
= 0,7 .

τ
: giá trò của bước cực từ ; được xác đònh theo quan hệ sau:
p2
D.
t
π
τ =
(3.3)
•

Tích số (
τ
.L) : diện tích của một cực từ .
Tại bước 3 này , ta chỉ cần thế các giá trò bằng số của
τ
, L và
α
δ
vào (3.2)
để xác lập độ lớn của từ thông
Φ
m
theo giá trò B
δ
.

Xác lập quan hệ của mật độ từ thông qua gông stator (B
g
) với một độ từ
thông (hay từ cảm) tại khoảng hở không khí ( B
δ
).

T
ừ hình 3.3, ta thành lập quan hệ giửa từ thông qua gông với mật độ từ
thông trên gông .
L
b
g

Từ thông qua
gông stator
Diện tích gông stator

HÌNH 3.3:
Mô hình từ thông qua gông stator.

Ngoài ra , từ thông qua gông stator chỉ bằng nửa giá trò từ thông qua mỗi
cực từ của stator, chúng ta xác đònh quan hệ sau theo lý thuyết:

δ
δ
τα
B.
b2
.
B
g
g
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
(3.5)

Với quan hệ (3.5) chúng ta chỉ cần thế các giá trò bằng số của τ , b
g
và α
δ

vào (3.5) để xác lập giữa B
g
theo giá trò B
δ
.

Xác lập quan hệ của mật độ từ thông qua răng stator (B
r
) với một độ từ
thông (hay từ cảm) tại khoảng hở không khí ( B
δ
).
T
rong hình (3.4) chúng ta trình bày phân bố từ thông qua mỗi răng stator;
giả sử không hình thành sự bảo hòa trên răng; tức không có từ thông tản trên
Theo l
ý thuyết ta có:
Từ
thông
qua
gông
=
Diện
tích
gông

stator
x
Mật độ
từ
thông
qua
gông
Gọi:
Φ
g
: Từ thông qua gông
B
g
: mật độ từ thông (từ cảm) qua
gông stator
(L.b
g
) : diện tích của gông stator.
Suy ra:
ggg
B).L.b(=Φ (3.4)
ĐẠI-HỌC BÁCH KHOA – PHÒNG THÍ NGHIỆM MÁY ĐIỆN & THỰC TẬP ĐIỆN- Trang
26
răng, từ thông qua chân răng và đầu răng có giá trò bằng nhau. Với giả thiết này
chúng ta xác đònh được quan hệ giửa mật độ từ thông trên răng với mật độ từ
thông tại khe hở không khí. Quan hệ này không phụ thuôc vào bề dầy L của lỏi
thép stator.
t
r
STATOR

ROTOR
TỪ THÔNG TẠI CHÂN RĂNG
TỪ THÔNG TẠI ĐẦU RĂNG
b
r
TỪ THÔNG
QUA
RĂNG
MẬT ĐỘ
TỪ THÔNG
TẠ
I KHE HỞ
KHÔNG KHÍ

HÌNH 3.4
: Phân bố từ thông trên một
răng của stator.
Ta suy ra:
()
δ
BLt
BLb
r
đầurăng
rr
chânrăng
..
)..(
=Φ
=Φ

(3.6)
Khi từ thông qua răng bảo toàn, ta có quan hệ:
đầurăngchânrăng
Φ=Φ (3.7)
Theo lý thuyết chúng ta suy ra:
Từ (3.6) và (3.7) suy ra:
δ
π
B.
b.Z
D,
B
r
t
r
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
(3.8)

BƯỚC 6: Lập bảng quan hệ giửa mật độ từ thông qua răng stator (B
r
) với một độ
từ thông qua gông stator ( B

g
)và một độ từ thông (hay từ cảm) tại khoảng hở
không khí ( B
δ
).

Ta có thể thực hiện bước tính này theo một trong hai phương pháp :
¾
Lập bảng trò số mô tả quan hệ giửa các giá trò : (B
r
); (B
g
); (B
δ
).
¾
Dựa theo các quan hệ xác đònh theo (3.5); (3.8) và các giá trò mật độ từ thông
tối đa cho phép tại các vò trí gông (B
g max
) và răng (B
r max
) để xác đònh giá trò mật
độ từ thông tại khe hở không khí B
δ
. Từ đó, suy ra gí trò của từ thông cực đại qua
một cực từ (Φ
m
) .

T

heo một số tài liệu thiết kế máy điện, giá trò tối đa cho phép của mật độ
từ thông phân bố trên gông và răng stator được cho trong các bảng số liệu sau:

Theo l
ý thuyết ta có:
Từ
thông
qua
chân
răn
g
=
Diện
tích
chân
răng
x
Mật độ
từ
thông
qua
răng
Ta
ïi đầu răng ta có:
Từ
thông
qua
đầu
răn
g

=
Diện
tích
tại
đầu
răng
x
Mật độ
từ thông
ở khe
hở
không
kh
í
ĐẠI-HỌC BÁCH KHOA – PHÒNG THÍ NGHIỆM MÁY ĐIỆN & THỰC TẬP ĐIỆN- Trang
27
BẢNG 1 : Giá trò tối đa cho phép B
g max
theo cấp công suất đònh mức P
đm
.

P
đm
[KW] Lớn hơn 100KW 100KW đến 10KW 10KW đến 1KW Nhỏ dưới 1KW
B
g max
[T] 1,3 đến 1,5 1,2 đến 1,5 1,1 đến 1,5 1 đến 1,4

BẢNG 2 : Giá trò tối đa cho phép B

r max
theo cấp công suất đònh mức P
đm
.

P
đm
[KW] Lớn hơn 100KW 100KW đến 10KW 10KW đến 1KW Nhỏ dưới 1KW
B
r max
[T] 1,8 đến 2 1,4 đến 1,8 1,4 đến 1,6 1,3 đến 1,5

Trong trường hợp tính toán sơ bộ, chúng ta có thể chọn giá trò B
gmax
= 1,3T và
giá trò B
r max
= 1,5T.

BƯỚC 7: Chọn kết cấu dây quấn stator, xây dựng sơ đồ dây quấn và tính hệ số
dây quấn K
dq
.

BƯỚC 8: Xác đònh tổng số vòng cho mỗi pha dây quấn (N
pha
).

G
ọi N

pha
là tổng số vòng của một pha dây quấn, chúng ta sử dụng
quan hệ sau để tính tóan:
mdqs
đmphaE
pha
.K.f.K.4
U.K
N
Φ
=
(3.9)
Trong đó:
¾
K
E
: tỉ số giửa điện áp pha của nguồn điện cung cấp vào mội pha dây quấn với
sức điện động cảm ứng trên mội pha dây quấn.
¾
U
đm pha
: điện áp đònh mức của mỗi pha nguồn cung cấp vào mội pha dây quấn
stator; [U
đm pha
]=[V].
¾
K
s
: hệ số dạng sóng từ thông phân bố tại khe hở không khí ; khoảng giá trò của
K

s
được xác đònh tương thích theo hệ số α
δ
.
Với từ thông phân bố hoàn toàn sin theo vò trí không gian giửa stator và rotor
ta có giá trò : α
δ
= 0,637 và K
s
= 1,11.
Với từ thông phân bố không hoàn toàn sin, ta có khoảng giá trò của α
δ
và K
s

như sau:
09,1đến07,1K
715,0đến7,0
s
=
=
δ
α
(3.10)
¾
Hệ số K
E
thay đổi và phụ thuộc vào cấp công suất của động cơ. Để đơn giản
cho quá trình tính toán, chúng ta có thể xác đònh giá trò K
E

theo kích thước hình
học của lòi thép stator (vì công suất đònh mức của động cơ tỉ lệ với thể tích của lỏi
thép stator). Ta có bảng số quan hệ như sau:

τ.L [cm
2
] 15 đến 50 50 đến 100 100 đến 150 150 đến 400 Trên 400
K
E
0,75 đến
0,86
0,86 đến 0,9 0,9 đến 0,93
0,93 đến
0,95
0,95 đến
0,97