Thiết kế động cơ điện không đồng bộ xoay chiều 3 pha roto lồng sóc

Khoa Điện
Bộ mơn Kỷ thuật điện
ĐỒ ÁN MƠN HỌC MÁY ĐIỆN.
Họ và tên sinh viên: …………………………………Lớp: ………………………
Tên đề tài:
Thiết kế động cơ điện không đồng bộ xoay chiều 3 pha roto lồng sóc.
a/ Số liệu cho trước:
Cơng suất định mức : P2 = 15kW; vận tốc đồng bộ n1 = 1500v/ph; Điện áp định
mức 220/380V. Động cơ thuộc loại thông dụng kết cấu kín (IM1001) chịu nhiệt độ
loại Y3.
b/ Nội dung thực hiện đồ án:
1/ Tính tốn các kích thước cơ bản và dây quấn của động cơ
2/ Tính tốn kích thước vùng rãnh dây stator của động cơ.
3/ Tính tốn khe hở khơng khí
4/ Tính tốn roto
5/ Tính tốn mạch từ
6/ Tính tốn các tham số động cơ ở chế độ định mức
7/ Tính tốn tổn thất trong động cơ
8/ Tính tốn đặc tính làm việc
9/ Tính tốn q trình tỏa nhiệt cho động cơ.
c/ Yêu câu: - Thuyết minh đồ án đánh máy kiểu chữ Times New Roman 13, giãn
dòng 1,5. Các bản vẽ kết cấu động cơ, đặc tính làm việc của động cơ thực hiện trên
khổ giấy A0 theo tiêu chuẩn bản vẽ kỹ thuât.
Thời gian nhận đồ án:

25/02/2015

Thời gian hoàn thành

30/3/2015

d/ Tài liệu tham khảo:
Trần khánh Hà, Thiết kế máy điện. NXBKHKT, Hà Nội 2002
Duyệt bộ môn

Giáo viên hướng dẫn

-1-


1. TÍNH TỐN KÍCH THƯỚC CƠ BẢN VÀ DÂY QUẤN CỦA ĐỘNG CƠ

1.1. Số cực:
p=

60 f
ndm

=

60.50
2
1500

Dựa vào mối quan hệ chiều cao tâm trục h theo công suất va số đôi cực
Bảng 10.1 (Tr.602 TKMĐ) ta chọn chiều cao tâm trục h = 160 mm = 16 cm.
1.2. Đường kính ngồi stator
Theo bảng 10.3 (T230 TKMĐ) ta có đường kính ngồi stator.
Dn = 27,2 cm
1.3. Đường kính trong stator
Tra theo bảng 10.2 (trang 230 TKMĐ) trị số của kD, phụ thuộc vào số đôi cực, ta

chọn:
kD = 0,64  0,68
D = kD .Dn = (0,64 0,68).27,2= 17,408  18,496(cm)
 chọn D = 18
Trong đó: kD là tỷ số giữa đường kính trong và đường kính ngồi của stator
1.4. Cơng suất tính tốn:
P’ =

k E .P
0,975.15
=
 = 18.67 (kw)
 . cos 
0,89.0,88

Trong đó, kE = 0,975. Hình 10-2 (trang 231 TKMĐ), là tỷ số sức điện động sinh ra
trong máy và điện áp đặt vào.
1.5. Chiều dài tính tốn của lõi sắt stator:
Theo hình 10-3b (trang 233 TKMĐ), chọn A = 310A/cm; Bδ = 0,77 T
,

6,1 *18,67 *10 7
6,1*10 7 * P '
lδ=
=
 15,02
  * k s * k d * A * B * D 2 * n1 0,64 *1,11* 0,92 * 310 * 0,77 *18 2 *1500

Lấy lδ = 15
Trong đó:

-2-


  = 2  = 0,64 : hệ số tính tốn cung cực từ.

ks= 

2 2

=1,11 : hệ số sóng

kd=0,92 : hệ số dây quấn
A: tải đường
n 1 =1500 v/ph : tốc độ đồng bộ.
Bδ: cảm ứng từ trong khe hở khơng khí.
Do lõi sắt ngắn nên làm thành một khối. Chiều dài lõi sắt stator, rotor là:
l1 = l2 = lδ = 15cm
1.6.Bước cực:
τ=

 *D
 *18
=
= 14,14 cm
2* p
2*2

1.7. Lập phương án so sánh:
Hệ số hình dáng λ:



l
15

 1,06
 14,14

Trong dãy động cơ không đồng bộ 3K công suất P =15 kW, 2p = 4 có cùng
đường kính ngoài (nghĩa là cùng chiều cao tâm trục h). Theo hình 10-3b (trang 235TKMĐ) ta thấy hệ số  nằm trong phạm vi kinh tế do đó việc lựa chọn phương án
trên là hợp lý.
1.8. Dòng điện pha định mức:
I1 =

15.103
P.10 3
=
= 29 A
3.U 1 . . cos 
3.220.0,89.0,88

Trong đó: U 1 =220V : điện áp đặt vào stator
P =15 kW: công suất định mức
 = 0,89 : hiệu suất

; cos  =0,88 : hệ số công suất

-3-

2. TÍNH TỐN KÍCH THƯỚC VÙNG RÃNH DÂY STATOR CỦA ĐỘNG
CƠ
Chọn dạng rãnh stator.
Stator máy điện nhỏ có thể dùng các rãnh có dạng hình quả lê, nửa quả lê hoặc
hình thang, với các dạng rãnh này chiều rộng răng sẽ đều suốt cả chiều cao rãnh.
Rãnh hình quả lê có khn dập đơn giản nhất, từ trở ở đáy rãnh so với hai dạng rãnh
kia nhỏ hơn vì vậy giảm được sức từ động cần thiết trên răng.
Rãnh hình nửa quả lê có diện tích rãnh lớn hơn dạng rãnh hình quả lê.
Diện tích rãnh hình thang lớn nhất nhưng công nghệ kém hơn dạng rãnh nửa quả
lê.
Nếu không đặt vấn đề giảm giá thành khng dập, có thể căn cứ vào diện tích
rãnh và trị số sức từ động để tính tốn, so sánh giữa 3 dạng rãnh sau đó chọn
phương án tốt nhất. Đối với đề tài này chọn dạng rãnh hình quả lê.
2.1. Số rãnh stator Z1
Với máy công suất nhỏ thường lấy q 1=2. Máy tốc độ cao, cơng suất lớn có thể
chọn q1=6. Thường lấy q 1=3  4
Khi q1 tăng thì Z1 tăng dẫn đến diện tích rãnh tăng làm cho hệ số lợi dụng rãnh
giảm, răng sẽ yếu vì mãnh, quá trình làm lõi stator tốn hơn.
Khi q1 giảm thì Z1 giảm, dây quấn phân bố không đếu trên bề mặt lõi thép nên
sức từ động có nhiều sóng bậc cao.
Trị số q1 ngun có thể cải thiện được đặt tính làm việc và giảm tiếng ồn của
máy.
Lấy q1 = 3 .Khi đó:
 Z1 = 2.m.p.q1 = 2.3.2.3= 36 rãnh

Trong đó: m =3 là số pha.
2.2. Bước rãnh stator.
t1 =

 .D

 .18
=
= 1,57cm
36
36

2.3. Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh ur1
Chọn số mạch nhánh song song : a1= 2

-4-


u r1 =

A.t1 .a1
310.1,57.2
=
=33,56 thanh
I1
29

Chọn: ur1 = 33 thanh dẫn.
2.4. Số vòng dây nối tiếp của một pha
w1 = p.q 1.

u r1
33
= 2.3.
= 99 vòng
a1

2

Kiểm tra lại phụ tải đường A
A=

2.m.w1 .I 1 2.3.99.29
=
=304,6 A
cm.mm 2
 .D
3,14.18

Sơ bộ chọn phụ tải đường là A=310 A
304,6  310
310

cm.mm 2

.Vậy sai số thực tế và tính chọn là:

.100%=1,74%

Ta thấy : Tải đường A không lớn hay nhỏ hơn 10% so với giá trị đã chọn ban đầu
nên có thể sử dụng số liệu này để tính tốn.
2.5. Tiết diện và đường kính dây dẫn
- Tiết diện dây:
s1 =

I1
a1n1 j1'

Theo hình 10-4b (trang 237 TKMĐ) chọn tích số:
2
A.J = 1850 A

cm.mm 2

Mật độ dịng điện:
J1’ =

A.J
1850
=
=6A
mm 2
A
310

Tiết diện dây (tính sơ bộ):
S’1 =

I1
29
=
= 2,41mm2
a1 .n1 .J '1
2.1.6

Trong đó : n1 = 1 là số sợi chập song song
I 1 = 29 A

a1 = 2 là số mạch nhánh song song

-5-


Theo Phụ lục VI, bảng VI. 1 (trang 618 TKMĐ) chọn dây đồng tráng men PET155 có đường kính d/d cđ = 1,741,825 mm 2
Khi đó : s 1 = 2,38 mm2
2.6. Kiểu dây quấn
Dây quấn stator đặt vào rãnh của lõi thép stator và được cách điện với lõi thép.
Dây quấn có nhiệm vụ cảm ứng được sức điện động nhất định, đông thời cũng tham
gia vào việc chế tạo từ trường cần thiết cho sự biến đổi năng lượng điện có trong
máy.
* Các yêu cầu của dây quấn:
- Đối với dây quấn điện trở và điện kháng của các pha bằng nhau và của mạch
nhánh song song cũng bằng nhau.
- Dây quấn được thực hiện sao cho có thể đấu thành mạch nhánh song song một
cách dễ dàng. Dây quấn được chế tạo và thiết kế sao cho tiết kiệm được lượng đồng,
dễ chế tạo, sửa chữa, kết cấu chắc chắn, chịu được ứng lực khi máy bị ngắn mạch
đột ngột.
*Việc chọn dây quấn stator phải thỏa mãn tính kinh tế và kỹ thuật:
- Tính kinh tế: tiết kiệm vật liệu, vật liệu cách điện, thời gian lồng dây.
- Tính kỹ thuật: dễ thi cơng hạn chế những ảnh hưởng xấu đến đặc tính của động cơ.
Từ yêu cầu trên ta chọn dây quấn một lớp đồng khuôn bối dây bước ngắn. Tác dụng
là để làm giảm lượng đồng sử dụng, khử sóng bậc cao, giảm từ trường tản ở phần
bối dây và trong rãnh stator, lám tăng cos, và cải thiện đặc tính mở máy của động
cơ, giảm tiếng ồn điện từ lúc động cơ vận hành. Các hệ quả xấu tồn tại trong động
cơ khi sóng bậc cao khơng bị khử.
- Tính năng mở máy xấu do các trường trên đặc tuyến mơmen (do sóng bậc 5 và 7
gây ra) làm cho động cơ không đạt đến tốc độ định mức.
- Nếu số răng của statorvà rotor không phù hợp động cơ gây ra tiếng ồn khi vận

hành, có khi rotor bị hút lệch tâm (do lực hút điện từ tạo nên).
Sóng bậc cao gây tổn hao nhiệt trong lõi thép do tác dụng của dòng phucơ. Thực ra
việc chọn bước ngắn thích hợp khơng có tác dụng khử hồn tồn sóng bậc cao mà

-6-


chỉ có tác dụng giảm nhỏ chúng xuống đến một giá trị có thể chấp nhận được.
Trong thiết kế, bước bối dây có tác dụng khử sóng bậc 5 và 7, cách đấu dây hình
sao có tác dụng khử sóng bậc 3. Tiêu chuẩn xét sự tổn hao sóng bậc cao  5% xem
như sóng bậc cao khơng đáng kể, từ 5 - 10% chấp nhận được, > 10% có tồn tại sóng
bậc cao. Sóng bậc cao khơng bị khử khơng cho phép khả thi.
Để khử triệt hồn tồn sóng bậc 3 ta dùng hệ số  =
=

2
, sóng bậc 5 ta dùng hệ số 
3

4
6
, sóng bậc 7 ta dùng hệ số  = . Tuy nhiên ta không khử triệt hồn tồn sóng
5
7

bậc cao nào cả mà chọn bước bối dây để làm nhỏ các sóng bậc cao 3, 5, 7 cùng một
lúc.
Chọn dây quấn hai lớp bước ngắn với y = 7
Ta có:

=

y
7
=
= 0,78

9
1

 =

Với : Bước cực từ

1

Z1
36

9
2. p 2.2

2.7. Hệ số dây quấn
Hệ số bước ngắn ky:
ky = sin

 .
0,78.
= sin
= 0,94

2
2

Hệ số bước rãi kr:
q.
3.20
sin
2 =
2
kr =

20
q.sin
3.sin
2
2
sin

với

α=

= 0,96

p.360
2.360
=
= 20 0
Z1
36

Hệ số dây quấn kd:
kd = ky.kr = 0,94.0,96 = 0,9024

2.8. Từ thông khe hở khơng khí Ф

-7-


Ф=

k E .U 1
0,975.220
=
= 0,01 Wb
4.50.99.1,11.0,92
4.k s .k d . f .w1

2.9. Mật độ từ thơng khe hở khơng khí B δ
Bδ =

0,01.10 4
 .10 4
=
= 0,74T
0,64.15.14,14
  . .l1

Ta thấy sai số mật độ từ thông khe hở không khí so với giá trị ban đầu nhỏ
hơn 10% nên ta không cần chọn lại.

2.10. Sơ bộ định chiều rộng của răng b’z1
b’z1 =

B .l1 .t1
0,74.15.1,57
=
= 0,72cm
1,70.15.0,95
Bz1.l1 .k c

Chọn b’z1 = 0,72 cm
Trong đó : Chọn Bz1 = 1,70 T (theo bảng 10-5b, trang 241- TKMĐ)
: là mật độ từ thơng trên răng có cạnh song song

Bz1

kc = 0,95 : Hệ số ép chặt lõi sắt khi không cần phủ sơn (Bảng 2-2,
trang 23 -TKMĐ).

2.11. Sơ bộ chiều cao của gông stato hg1
h’g1 =

0,01.10 4
 .10 4

 2,19 (cm)
2.Bg1 .l1 .k c 2.1,60.15.0,95

Ở đây lấy Bg1 = 1,60T; (1,45 ÷ 1,60), (theo Bảng 10.5 Tr.240_TKM Đ)

2.12. Kích thước rãnh và cách điện
Chọn kích thước miệng rãnh như sau :
Chiều cao miệng rãnh h 41 = 0,5 ÷ 1 mm
 chọn h41 = 0,5 mm.=0,05 cm

Chiều cao rãnh stato :
hrl 

Trong đó :

1
1
( Dn  D)  hgl,  ( 27,2  18)  2,19  2,41(cm)  24,1( mm)
2
2

h’g1 =2,19(cm) chiều cao gông,

-8-


Dn =27,2(cm) đường kính ngồi Stato
D =18 (cm) đường kính trong Stato
Chiều cao thực của rãnh Stato :

hZ1 = hrl – h41 = 24,1 0,5 = 23,6 (mm)

* Bề rộng rãnh Stato:
Chọn bề rộng miệng rãnh Stato là:
Chiều rộng miệng rãnh : b41 = d cđ + ( 1,1÷ 1,5) mm

Trong đó : d cd = 1,825mm - là đường kính dây dẫn kể cả cách điện của dây quấn
stator
Vậy:

b41 =2,925 mm ÷ 3,325 mm

Lấy b41 = 3 mm
- Đường kính d2 được tính theo cơng thức:
d2 

 ( Dn  2 * hgl' )  bzl' * Z 1
Z1  



 * ( 27,2  2 * 2,19)  0,72 * 36
 1,2(cm)
36  

 d2 = 1,2cm = 12(mm)

- Đường kính d1 được tính theo cơng thức:
d1 

 * ( D  2 * h41 )  b zl' * Z1  * (18  2 * 0,05)  36 * 0,72

 0,94(cm)
Z1  
36  
 d 1 = 0,94cm= 9,4(mm)

Trong đó:

D n = 27,2cm đường kính trong stator
h’g1 = 2,19cm

b’z1 = 0,72cm chiều rộng răng

- Chiều cao rãnh Stator được tính theo cơng thức
Khi đó,chiều cao h12 là:
h 12 = h rl – 0,5 *(2*h 41 + d 1 + d 2 )
= 2,41– 0,5 *(2  0,05 + 1,2+ 0,94) = 1,3cm = 13(mm)
Theo bảng VIII.1 (T629_TKMĐ) ta có chiều dày cách điện rãnh là:
+ Chiều dày cách điện rãnh: C = 0,4 (mm))

-9-


+ Chiều dày cách điện của tấm lót: C’ = 0,5 (mm)
- Diện tích rãnh trừ nêm:
2
2
'
Sr =  (d1  d 2 )  d 1  d 2 (h12  d 1 )

8



2

2

 (9,4 2  12 2 ) 9,4  12
9,4

(13 
)  180,06(mm 2 )
8
2
2

- Diện tích lớp cách điện rãnh:
Scđ = (
(

 * d2
d
+2*h 12 +d 1 +d 2)*c+ 1  c'
2
2

 *12
 * 9,4
 2 * 13  9,4  12) * 0,4 
* 0,5  33,5(mm 2 )
2
2

- Diện tích có ích của rãnh:

S r = S 'r – S cđ = 180,06-33,5 = 146,56 mm 2
- Hệ số lấp đầy rãnh:
k ld =

u r1 * n1 * d cd2
33 * 1 * 1,825 2
=
= 0,75
146,56
sr

Ta thấy hệ số lấp đầy rãnh nằm trong khoảng tốt nhất (0,7÷0,75) nên cũng khơng
cần tính lại. Vậy, chọn k ld = 0,75

d2

h12

hr1

d1

h41

2.13. Bề rộng răng stator bz1
bz1” =
=

 * ( D  2 * h 41  d 1 )
 d1

Z1
 * (18  2 * 0,05  0,94)
 0,94  0,72(cm)
36

- 10 -


bz1’=
=
bz1 =

 * D  2 * (h41  h12 )
 d2
Z1
 * 18  2 * (0,05  1,3)
 1,2  0,6(cm)
36
bz1 "bz1 '
0,72  0,6
=
= 0,66 (cm)
2
2

2.14. Chiều cao gông stator
hg1 =

Dn  D
1

27,2  18
1
- hr1 + *d 2 =
- 2,41 + *1,2 = 2,39 (cm)
2
6
2
6

3. TÍNH TỐN KHE HỞ KHƠNG KHÍ
3.1. Khe hở khơng khí
δ =0,25+

D
180
= 0,25+
=0,43(mm)
1000
1000

Theo những máy đã chế tạo ở bảng 10-8 (trang 253 TKMĐ ta chọn :
δ = 0,5 mm =0,05cm

4. TÍNH TOÁN ROTOR
4.1 Số rãnh rotor Z2
Việc chọn số rãnh rotor lồng sóc Z2 là một vấn đề quan trọng vì khe hở khơng khí
của máy nhỏ, khi mở máy momen phụ do từ thơng sóng bậc cao gây nên ảnh hưởng
đến quá trình mở máy và ảnh hưởng cả đến đặc tính làm việc.
Để loại trừ momen phụ đồng bộ khi mở máy, cần chọn:
Z2Z1

Z20,5*Z1

Z22*Z1

Z26*p*g

với g=1,2,3…

Để tránh momen đồng bộ khi quay ,ta chọn:
Z26*p2*p*g

Z2Z12*p

Z22*Z12*p

Z20,5p

Z2Z1p

- 11 -


Để tránh lực hướng tâm do momen không đồng bộ sinh ra trong khi quay ,cần chọn:
Z 2  Z1 0,1,2
Z 2  Z1 p,p+1

Z 2  Z1 2*p,2*p1,2*p2
Z 2  Z1 2*p

Dựa vào các điều kiện trên và bảng 10-6 trang 246 TKMĐ
Chọn Z2= 28 rãnh
4.2. Đường kính ngồi rotor D’
D’ = D- 2δ = 18– 2*0,05 = 17,9 cm
4.3. Bước răng rotor t2
t2 =

 * D'
 * 17,9
=
= 2,0cm
Z2
28

4.4. Sơ bộ định chiều rộng của răng rotor b’z2
b Z2 ’ =

B * l 2 * t 2
0,74 *15 * 2,0
=
= 0,89 cm
Bz 2 * l 2 * k c
1,75 *15,*0,95

Ở đây lấy Bz2 = 1,75 T., (1,7  1,85).Theo bảng 10-5b trang 241_TKMĐ

4.5. Đường kính trục rotor Dt
Dt = 0,3*D = 0,3*18= 5,4 (cm)
Lấy Dt = 5(cm)
4.6. Dòng điện trong thanh dẫn rotor Itd

Itd = I2 = KI*I1*

6 * W1 * K d
6 * 99 * 0,9024
= 29 * 0,9 *
= 500A
Z2
28

Trong đó KI = 0,9 lấy theo hình 10-5 trang 244_TKMĐ
4.7. Dịng điện trong vịng ngắn mạch Iv
Iv = Itd*

1
1
= 500*
= 1123,5 A
*p
180 * 2
2 * sin
2 * sin
Z2
28

- 12 -


4.8. Tiết diện thanh dẫn vịng nhơm S’td
S’td =

I td
500
=
= 166,67 mm 2
J2
3

Trong đó, J 2 nằm trong khoảng 0,25 ÷0,35

 Chọn J2= 3 A/mm 2

4.9. Sơ bộ chọn mật độ dòng điện trong vòng ngắn mạch J v =2,5 A

mm 2

Tiết diện vòng ngắn mạch Sv:
Sv =

I v 1123,5
=
= 449,4 mm 2
Jv
2,5

Chọn J v =2,5 vì điều kiện J v < (20÷30)% J 2
4.10. Kích thước rãnh rotor và vòng ngắn mạch
Lấy chiều cao miệng rãnh chọn h 42 = 0,5  1 (mm),ta chọn h 42 =1
b 42 = 1÷1,5 (mm)  lấy b 42 = 1( mm)
hr2=10  20(mm)  chọn:h r 2 =20(mm) ;
a  b = 34  23 (mm)

( d1 d ) =
2

( 6,5  7,5 4  6 ) (mm), ta chọn d 1 = 7 (mm) , d 2 = 5 (mm)

ta có :
h 12 = h r2 –

d1 d 2
7 5
- h 41 = 20 - - - 0,5 = 13,5 (mm)
2
2
2 2

- Chiều cao vành ngắn mạch h v
(Chiều cao vành ngắn mạch thường lấy cao hơn chiều cao rãnh Rotor )
h v = 1,1*hr2 = 1,1*2= 2,2 (cm) = 22 (mm)

- 13 -


h42
b’Z2

b42
d r2

b Z2tb
hr2

d r2

b”Z2

D’

- Đường kính trung bình vành ngắn mạch Dv
Dv = D-(a+1) = 180-(34+1)=145 (mm)
- Bề rộng vành ngắn mạch b v : b v =

Sv
449,4
=
 20,4 (mm)
hv
22

4.11. Diện tích rãnh rơtorSr2
Sr2 =



*(d 12 +d 22 )+0,5*h12*(d 1 +d 2 )=
*(72 +5 2 )+ 0,5*13,5*(7 +5)= 139
4
4

mm2
aV

4.12. Diện tích vành ngắn mạch:

R«to

a  b = 34  23 = 782mm2

D’

DV

4.13. Bề rộng răng rôto ở 1/3 chiều cao răng
4


  D '2 h42  (h12  d 2 )
1
3
 d
bZ 2  
2
3
Z2

bV

4


17,9  2 * 0,1  3 (1,35  0,5)
  0,5

 *
28
 1,2(cm)

4.14. Chiều cao gông rôto hg2
hg2 =

D' Dt
1
18  5
1
- hr2 + *d2 =
- 2 + *0,5 = 4,58(cm)
2
6
2
6

4.15. Làm nghiên rãnh ở rôto bn

- 14 -


Độ nghiên bằng một bước rãnh stator
bn = t1 = 1,57 (cm)
5. TÍNH TỐN MẠCH TỪ
5.1. Hệ số khe hở khơng khí
- Do bề mặt phần ứng có rãnh dẫn đến từ dẫn trên khe hở của bề mặt phần ứng có
rãnh khác nhau.
- Trên răng, từ trở nhỏ hơn trên rãnh do sức từ động của khe hở không khí của phần

ứng có răng rãnh lớn hơn so với bề mặt phần ứng nhẵn.
Khi thiết kế phải dùng một khe hở khơng khí tính tốn, như vậy cần phải tính hệ số
khe hở khơng khí. Hệ số khe hở khơng khí nói lên ảnh hưởng của răng stato và rôto
tới khe hở
kδ1 =

t1
1,57
=
= 1,1
t1   1 *  1,57  3,27 * 0,05

Trong đó:
ν1 =

kδ2 =

(b41 /  ) 2
(3 0,5) 2
=
= 3,27
5  b41 / 
5  3 0,5

t2
2
=
= 1,01
2  0,57 * 0,05
t 2  2 * 

Trong đó:
2

 1 
(b42 /  )
0,5 
ν2 =
= 
 0,57
5  b42 / 
5 1
0,5
2

 kδ = kδ1* kδ2 = 1,1*1,01 = 1,11

Từ thơng chính sau khi đi qua khe hở khơng khí thì phân thành hai mạch song song
đi vào răngvà rãnh của phần ứng, nhưng từ dẫn của thép lớn hơn khơng khí nhiều
nên đại bộ phận từ thông đi vào răng.
5.2. Dùng thép kỹ thuật điện cán nguôi 2211
5.3. Sức từ động khe hở không khí Fδ
Fδ = 1,6*Bδ*kδ*δ*104 = 1,6*0,74*1,1*0,05*10 4 = 651,2 A

- 15 -


5.4. Mật độ từ thông ở răng stator BZ1
BZ1 =

B * l1 * t1
0,74 *15 *1,57
=
= 1,85 T
bz1 * l1 * k c
0,66 *15 * 0,95

5.5. Cường độ từ trường trên răng stato
Theo bảng V-6 (Phụ lục V, trang 608_TKMĐ). Đường cong từ hóa trên răng động
cơ KĐB thép 2211, ta chọn:
B Z 1 =1,85

 HZ1 =33,3 A/cm

5.6. Sức từ động trên răng stato
Fz1 = 2*h’Z1*HZ1 = 2*2,01*33,3 = 133,8 A
Trong đó h’Z1 = h r1-

d2
12
= 24,1 = 20,1 mm
3
3

5.7. Mật độ từ thômg ở răng rotor Bz2
Bz2 =

B *l 2 *t 2
0,74 * 2,0
=

= 1,3T
1,2 * 0,95
bz 2 * l 2 * k c

5.8. Cường độ từ trường trên răng rotor:
- Theo bảngV-6 (Phụ lục V, trang 608 TKMĐ), ta có:
B Z 2 =1,3  Hz2 = 7,24A/vm
5.9. Sức từ động trên răng rotor Fz2
Fz2 = 2*h’z2*Hz2 = 2*1,8*7,24 = 26,064 (A)
Trong đó: h’z2 = hr2-

d
0,6
= 2= 1,8 (cm)
3
3

5.10. Hệ số bão hòa răng kz
kz =

F  F z1 Fz 2
651,2  133,8  26,064
=
= 1,24
651,2
F

Theo TKMĐ trang 114, ta có:
Hệ số kz nằm trong khoảng thiết kế hợp lý kz thc khoảng 1,2÷1,5.(nếu k z q
lớn thì sự bão hòa quá mức trong vùng răng.Nếu k z  1,2 thì vùng được sữ dụng

q ít hoặc khe hở khơng khí lấy q lớn)
5.11. Mật độ từ thơng trên gông stator Bg1

- 16 -


Bg1 =

 * 10 4
0,01 * 10 4
=
= 1,46T
2 * h g1 * l1 * k c
2 * 2,39 * 15 * 0,95

5.12. Cường độ từ trường ở gông stator H g1
Theo bảng V-9 (Phụ lục V, trang 611 TKMĐ), ta chọn
B g1 =1,46  Hg1 = 7,89A/cm
5.13. Chiều dài mạch từ ở gông stator Lg1
Lg1 =

 * ( Dn  h g 1 )
2* p

=

 * (27,2  2,39)
= 19,48 cm
2*2

5.14. Sức từ động ở gông stator Fg1
Fg1 = Lg1*Hg1 = 19,48*7,89= 153,7 A
5.15. Mật độ từ thông trên gông rôto Bg2
Bg2 =

 * 10 4
0,01 * 10 4
=
= 0,76 T
2 * hg 2 * l 2 * k c
2 * 4,58 * 15 * 0,95

5.16. Cường độ từ trường ở gông rôto H g2:
theo Bảng V-9 (Phụ lục V, trang 608 TKMĐ), ta chọn
B g 2 = 0,76

 Hg2 = 2,72 A/cm

5.17. Chiều dài mạch từ ở gông rôto Lg2
Lg2 =

 * ( Dt  h g 2 )
2* p

=

 * (5  4,58)
= 7,5 cm
2*2

5.18. Sức từ động ở gông rôto Fg2
Fg2 = Lg2*Hg2 = 7,5*2,72 = 20,4 A
5.19. Tổng sức từ động của mạch từ F
F = Fδ+Fz1+Fz2+Fg1+Fg2 = 651,2+133,8+26,064+153,7+20,4 = 985,164 A
5.20. Hệ số bão hịa tồn mạch kμ
kμ =

985,164
F
=
= 1,5
651,2
F

5.21. Dịng điện từ hóa Iμ
Iμ =

2 * 985,164
p*F
=
= 8,16 A
0,9 * 3 * 99 * 0,9024
0,9 * m1 * w1 * k d 1

- 17 -


Dịng điện từ hóa phần trăm:
Iμ% =

I
I đm

=

8,16
*100% = 28,14 %
29

6. TÍNH TỐN CÁC THAM SỐ ĐỘNG CƠ Ở CHẾ ĐỘ ĐỊNH MỨC
6.1. Chiều dài phần đầu nối của dây quấn stator Lđ1
lđ1= Kd1*τy+2*B=1,3*12,46+2*1 = 18,2 cm
Trong đó:
τy =

 * ( D  hr1 ) * y  * (18  2,41) * 7
=
= 12,46
Z1
36

tra bảng 3.4 (trang 69_TKMĐ) các hệ số Kd1 = 1,3và K f 1 =0,4
 B=1 cm

6.2. Chiều dài trung bình nửa vịng của dây quấn stator ltb
ltb=l1+lđ1=15+18,2= 33,2 cm
6.3. Chiều dài dây quấn một pha của stator L1
L1 = 2*ltb*w1*10-2 = 2*33,2*99*10-2= 65,7(m)
6.4. Điện trở tác dụng của dây quấn stator r1
r1 = ρ75*

L1
1
65,7
= *
= 0,3 Ω
n1 * a1 * s1
46 1 * 2 * 2,38

Trong đó:
ρ75 =

1
Ώmm 2/m : điện trở suất của dây quấn ở 75˚C
46

(theo bảng 5.1 trang 117_TKMĐ)
Tính tốn theo đơn vị tương đối:
r1* = r1*

I1
29
= 0,3*
= 0,04 ( )
220
u1

6.5. Điện trở tác dụng của dây quấn rôto rtd
rtd =  Al *

l 2 * 10 2
Sr2

=

1 15 * 10 2
*
= 4,7*10-5 Ω
23
139

- 18 -


Trong đó,  Al =

1
( mm 2 / m) là điện trở của dây quấn ở nhiệt độ 75 O c
23

6.6. Điện trở vòng ngắn mạch rv
rv =  Al *

 * Dv * 10 2
1  * 14,5 * 10 2
=
*
= 0,904*10 6 Ω
23 28 * 34 * 23
Z 2 * ( a * b)

Trong đó,  Al =

1
( mm 2 / m) là điện trở của dây quấn ở nhiệt độ 75 O c
23

6.7. Điện trở rôto r2
r2= rtd +

2 * rv
2 * 0,904 *10 6
-5
=
4,7

10
+
= 5,6*10-5 Ω
2
2

0,44

Trong đó:
 = 2*Sin

*p
180 0 * 2
= 2*Sin

= 0,44
28
Z2

6.8. Hệ số quy đổi γ
.

γ=

4 * m * ( w1 * k d 1 ) 2 4 * 3 * (99 * 0,9024) 2
=
= 3420,5
28
Z2

6.9. Điện trở rôto đã quy đổi
r’2= γ*r 2 =3420,5*5,60*10-5 = 0,19Ω
Tính theo đơn vị tương đối:
r2*=r2’*

I1
29
= 0,19*
=0,025 
220
U1

6.10. Hệ số từ dẫn tản rãnh stator λr1
Hệ số từ dẫn tản rãnh λr1 phụ thuộc vào kích thước, hình dạng và kiểu dây quấn:
λr1=

=

h1
b
h
h
*kβ+(0,785- 41 + 2 + 41 )*k’β
3b
2 * b b b41

21,6
3
3,4 0,5
*0,9025 + ( 0,785 

)*0,87 = 1,4
3 * 9,4
2 * 9,4 9,4 3

Trong đó:
β=0,83

- 19 -


k’β=
kβ=

1  3 *  1  3*0,83
=

=0,87
4
4

1  3 * k '

=

4

1  3*0,87
=0,9025
4

h1= h rs - 0,1*d2 - 2*C - C’= 24,1 - 0,1*12 - 2*0,4 - 0,5 = 21,6 mm
Lấy :

hrs = hr1 = 24,1 mm
h2= - (

d1
9,4
- 2*C - C’) = - (
- 2*0,4 - 0,5)= - 3,4 mm
2
2

b= d1=9,4 mm

;

h41=0,5 mm

; b41= 3 mm

6.11. Hệ số từ dẫn tản tạp stator
λt1=

=

0,9 * t1 * (q1 * k d 1 ) 2 *  t1 * k 41 * 1
k * 
0,9 * 1,57 * (3 * 0,9024) 2 * 0,882 * 0,962 * 0,0324
= 5,17
0,05 * 1,1

Trong đó:
2

k41=1-0,033*

b41
0,3 2
=1-0,033*
= 0,962
1,57 * 0,05
t1 * 

- ρt1: xác định theo bảng 5.3 trang 137 sách TKMĐ của tác giả Trần Khánh Hà và
Nguyễn Hồng Thanh.

Nội suy ρt1 theo q 2 

Z2
q 2  2   t (10)  0,94
 10  
p
q 2  3   t (10)  0,92

●


t(

28
)
12

●

Z2
Z
28
28

 2,333 và 2 
 14
2 * m * p 12
p
2

 0,94 

0,92  0,94  28

  2   0,93
3  2  12


q 2  2   t (15)  0,87
Z2
 15  
p
q 2  3   t (15)  0,87



Nội suy theo:

28
t( )
12

 0,87 

0,87  0,87  28

  2   0,87
3  2  12


Z2
 14
p

- 20 -


ρ t 14   0,93 

0,87  0,93
14  10   0,882
15  1 0

σ1 tính theo bảng 5.2a trang 134_TKMĐ
  0   t (  0)  2,85
q2  2  
  1   t (  1)  2,35


5
t(  )
6

 2,85 

2,85  2,35  7

  0   3,24
1 0  9


6.12. Hệ số từ tản phần đầu nối λđ1
λđ1=0,34*

q1
*(lđ1-0,64*β*τ)
l

= 0,34*

3
*(18,2 - 0,64*0,83*14,14)
15

= 0,73
6.13. Hệ số từ dẫn tản của stator
Σλ1 =

λr1+λt1+λđ1=1, 4+5,17+0,73 = 7,3

6.14. Điện kháng dây quấn stator x1
x1 = 0,158*

f1
w
l
*( 1 )2*  * Σλ1
100 100
p * q1
2

= 0,158*

50  99 
15
*
*7,3 = 1,41 Ω
 *
100  100  2 * 3

Tính theo đơn vị tương đối:
x1* = x1*

I1
29
= 1,41*
= 0,185
U1
220

6.15. Hệ số từ dẫn tản rãnh rôto λr2
λr2 = [

=[

b
h1
h
 *b2 2
*(1) + 0,66 - 42 ]*k + 42

3b
8 * S r2
2*b
b42

 * 52 2
21,6
1
1
*(1) + 0,66 ]*1+ = 2,8
3* 5
8 *139
2*5
1

Trong đó:
h 1=21,6 mm

;

b = d 2 = 5mm ; S r 2 =139 mm2

- 21 -


k=1

; b42=1 mm

; h42=1 mm

6.16. Hệ số từ dẫn tản tạp rôto
λt2 =

0,9 *t 2 *(q 2 * k d 2 ) 2 *  t 2 *k t 2 * 2
k 2 * 
0,9 * 2 * (

=

28
* 1) 2 * 1 * 0,0168 * 1
2*3*3
= 2,46
1,33 * 0,05

Z2
28

 2,333
2* m * p 2*3* 2

Trong đó: q 2 

kδ2=1,33 ; k d 2 =1
ρt2=1

kt2=1

σ2=0,0168 theo bảng 5-2c (Tr.136_TKMĐ)

6.17. Hệ số từ dẫn tản phần đầu nối
λđ2 =

2,3 * Dv
4,7 *D v
2,3 *14,5
4,7 *14,5
*lg
=
* log(
2
2
a  2*b
3,4  2 * 2,3
Z 2 *l 2 *
28 *15 * 0,44

6.18. Hệ số từ tản do rãnh nghiêng
λrn=0,5*λt2*(

bn
t2

)2

=0,5*2,46*(

1,57 2
) =0,76
2

6.19. Hệ số từ tản rôto
Σλ2 = λr2 + λt2 +λđ2 + λrn=2,8 + 2,46+0,38+0,76 = 6,4
6.20. Điện kháng tản dây quấn rôto
x2 = 7,9*f1*l2* Σλ2*10 -8 = 7,9*50*15*6,4*10-8 = 3,792*10 -4 (Ω)
6.21. Điện kháng rôto đã quy đổi
x’2 = γ*x2 = 3420,5*3,792*10-4 = 1,3(Ω)
Tính theo đơn vị tương đối:
x2* = x2’*

I1
29
= 1,3*
= 0,17
220
U1

6.22. Điện kháng hổ cảm x12
x12 =

U 1  I  * x1
I

=

220  8,16 *1,41
= 25,55 Ω
8,16

- 22 -

  0,38


Tính theo đơn vị tương đối:
x12* = x12*

I1
29
= 25,55*
= 3,36
U1
220

6.23. Tính lại kE
kE=

U 1  I  *x1
U1

=

220  8,16 * 1,41
= 0,95
220

Trị số này không sai khác so với giả thiết ban đầu kE = 0,975 nên không cần tính lạ
7. TÍNH TỐN TỔN THẤT TRONG ĐỘNG CƠ
Động cơ điện khi làm việc sinh ra tổn hao làm giảm hiệu suất máy. Tổn hao là dĩ
nhiên nên người ta ln tìm cách giảm tổn hao xuống thấp nhất để nâng cao hiệu

suất và tăng công suất ra ở đầu trục.
Tổn hao trong động cơ điện gồm có:
- Tổn hao sắt: Tổn hao này sinh ra trong lõi thép stato và rơto. Nó phụ thuộc vào
vật liệu dẫn từ (mã hiệu thép, chiều dài cách điện) và mật độ từ cảm trong đó. Khi
tính ta bỏ ra tổn hao trên rơto vì khi làm việc, tốc độ quay rơto gần bằng tốc độ quay
từ trường nên tổn hao này không đáng kể.
- Tổn hao đồng: Tổn hao này sinh ra trong dây quấn stato và rôto do hiệu ứng JunLenz.
- Tổn hao cơ: Do ma sát tại các ổ đở, quạt gió.
- Tổn hao bề mặt: trên bề mặt stato và rôto gia công không nhẵn làm khe hở không
đều sinh ra tổn hao bề mặt. Nó phụ thuộc vào chất lượng gia cơng.
- Tổn hao đập mạch: nó được sinh ra do hiện tượng đập mạch từ thông từ răng sang
phần rãnh và ngược lại, nó phụ thuộc vào kích thước miệng rãnh, bước răng khe hở
khơng khí v. v…
- Tổn hao phụ: là tổn hao sinh ra trong vỏ máy và các chi tiết khác, tổn hao đập
mạch phần đầu nối v. v…
Tổn hao lớn làm máy mất công suất đồng thời cũng làm tăng nhiệt của động cơ.
7.1. Trọng lượng răng stato và răng rotor:
GZ1 = γFe*Z1*bZ1*h’Z1*l1*kc*10-3

- 23 -


= 7,8*36*0,66*2,01*15*0,95*10-3 = 5,3 (kg)
Trong đó:
γFe = 7,8 kg/dm 3 tỷ trọng của sắt
kc = 0,95 hệ số ép chặt
Z1 = 36 số rãnh stato
Z 2 =28 số rãnh rotor
l1 = 15 cm chiều dài lõi thép stato
h’Z1 = 2,01 cm chiều cao răng stato

bZ1 = 0,66 (cm)chiều rộng răng stato
7.2. Trọng lượng gông từ stato
Gg1 = γFe*l1*Lg1*h g1*2*p*kc*10-3
= 7,8*15*19,48*2,39*2*2*0,95*10-3= 20,7 ( kg)
7.3. Tổn hao sắt trong lõi sắt stato
- Trong răng:
PFeZ1 = kgc*PFeZ1 *B2Z1*GZ1*10-3
= 1,8*2,5*1,85 2*5,3*10-3
= 0,082 (kW)
Trong đó:
kgc = 1,8 đối với máy điện không đồng bộ (hệ số gia công sắt)
P FeZ1 = 2,5 (w/kg) suất tổn hao thép ở tần số từ hóa f = 50(Hz).(tra theo
bảng V.14 trang 618 sách TKMĐ của tác giả Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng
Thanh.)
- Trong gông:
PFeg1 = kgcg*P Feg1*B 2g1 *Gg1*10 -3 = 1,6*2,5*1,46 2 *20,79*10 -3 = 0,176 (kW)
kgcg = 1,6 đối với máy không đồng bộ (hệ số gia công gông)
- Trong cả lõi sắt stato:
P’Fe = PFeZ1+ PFeg1 = 0,082 + 0,176 = 0,258 (kW)
7.4. Tổn hao bề mặt trên răng rotor

- 24 -


Khi máy điện quay, đối diện với răng roto của máy không đồng bộ lần lượt xuất
hiện sự dao động của mật độ từ thông, biên độ dao động của từ thơng càng lớn thì
khe hở khơng khí càng nhỏ và miệng rãnh càng to. Tần số dao động phụ thuộc vào
số răng và tốc độ quay .
Vì tần số dao động cao nên các dịng điện xốy cảm ứng trong thép điếu tập trung
lên lớp mỏng trên bề mặt lõi thép, vì vậy tổn hao gây nên bởi các dịng điện xốy

này được gọi là tổn hao bề mặt.
Ở máy điện không đồng bộ, tổn hao bề mặt lớn vì khe hở khơng khí nhỏ. Tổn hao
chủ yếu đập trung trên bề mặt roto còn trên bề mặt stato ít hơn do miệng rãnh roto
bé
Pbm = 2*p*τ*

t 2  b42
*l 2 *p bm*10-7
t2

= 2*2*14,14*

2 1
*15*184,15*10-7 = 0,0078 (kW)
2

Trong đó:
pbm = 0,5*k0*(Z1*n 1*10 -4) 1,5 *(10*B0*t1)2
= 0,5*2*(36*1500*10-4)1,5*(10*0,244*1,57)2 = 184,15 (kW)
Với k0 = 2 là hệ số kinh nghiệm: Đối với stato (k0=1,4  1,8)
Đối với rôto (k0=1,7  2)
B0 = β0*kδ*Bδ = 0,3*1,1*0,74 = 0,244 (T)
β0 = 0,3 khi

b41
2,8
=
= 6 (tra Hình 6-1, trang 141_TKMĐ)
0,45


7.5. Tổn hao đập mạch trên răng rôto
Pđm = 0,11*(

Z 1 * n1
2
-3
* 10 * Bđm ) *GZ2*10
10000
2

 36 * 1500

-3
= 0,11* 
* 10 * 0,053  *4,98*10 = 0,0045(kW)
 10000


Trong đó:

Bđm =

1 *
3,27 * 0,05
* BZ 2 =
* 1,3 = 0,053
2 * t2
2*2

- 25 -