Tài liệu Nhiệm vụ thiết kế môn học máy điện pptx

éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9
Trang 1
NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ MÔN HỌC MÁY ĐIỆN
I. NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
1. Đầu đề thiết kế: Số 22
Thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc
2. Các số liệu ban đầu:
- Công suất định mức: 55 kW
- Điện áp định mức pha: 220 V
- Tần số: 50 Hz
- Số cực: 2p = 2
- Cosφ ≥ 0.92
- Hiệu suất: η ≥ 91%
- Mm/Mđm: ≥ 2,2
- Mkđ/Mđm: ≥ 1,2
- Ikđ
/Iđm: ≤ 7,5
- Kiểu máy: Kín, tự làm lạnh bằng quạt gió, cách điện cấp B
3. Nội dung tính toán:
- Xác định kích thước chủ yếu.
- Xác định thông số dây quấn Stato.
- Xác định lõi thép stato.
- Xác định ro to.
- Tính kiểm tra.
- Bản vẽ tổng hợp 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.
éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9
Trang 2
Động cơ điện KĐB roto lồng sóc cấu tạo đơn giản nhất lại 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
pha
= 220 V
- Công suất định mức: 55 kW
- Tần số f
1
= 50 Hz
- Số đôi cực 2p = 2 hay tốc độc đồng bộ n
đb
= 3000 (vòng/phút)
- Cấp cách điện cấp B
- Kiểu máy: Kiểu kín (IP.44)
- Kiểu làm mát: Tự làm lạnh bằng quạt gió
Nội dung thiết kế:

I. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU
1. Tốc độ đồng bộ của động cơ:
)(Vòng/phút 3000
1
60.50

p

60.f
n
1
đb
===

2. Xác định đường kính ngoài của Stato:
Với công suất định mức P = 55 kW theo hình10-1a trang 231 tài liệu TKMĐ
có chiều cao tâm trục h = 22 cm, theo bảng 10.3/Tr 230 – TKMĐ ta xác định được
đường kính ngoài của Stato tiêu chuẩn là D
n
= 34,9 cm (Theo tiêu chuẩn 4A của
Nga).
3. Đường kính trong của Stato:
Theo bảng 10.2/Tr 230 – TKMĐ cứng với máy có 2p = 2 thì k
D
= 0,52 ÷ 0,57.
Chọn k
D
= 0,55
=> D = k
D
.D
n
= 0,55.34,9 = 19,19 (cm) ta chọn D = 20 (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
=

éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9
Trang 3
Trong đó:
P’: Công suất tính toán. Được xác định theo công thức (10-2)/Tr 231 –
TKMĐ:
(kVA) 65
0,91.0,92
0,99.55

η.Cos
.Pk
P'
E
===
ϕ

Với : k
E
= 0,99 : Lấy theo hình 10-2/Tr 231 - TKMĐ
P = 55 kW
η = 0,91
Cos φ = 0,92

α
δ
=

π
2
= 0,64 : Hệ số xung cực từ
k
s
=
1,11
22.
π
=
: Hệ số dạng xung
k
dq
= 0,90 : Hệ số dây quấn (Chọn dây quấn 2lớp với 2P =2)
Theo hình 10-3b/ Tr 232 - TKMĐ lấy A = 390A/cm và B
δ
= 0,74 T.
D = 20 cm : Đường kính trong của Stato (tính toán ở phần 3 của
quyển thiết kế này)
n
đb
= 3000 V/ph : Tính toán ở phần 1 của quyển thiết kế này.
Vậy ta thu được chiều dài của Stato là:
cm 17,9
.3000,74.200,90.390.00,64.1,11.
6,1.65.10

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

Lấy l
S
= 18 cm.
Chọn chiều dài lõi sắt stato và roto bằng l
1
= l
2
= 18 cm
5. Bước cực:
(cm) 31,4
2
3,14.20

2p
π.D
τ ===

6. Xét hệ số chỉ từ thông tản:
7 0,5
32
18

l

S
===
τ
λ

éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9
Trang 4
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) 54,99
.0,923.220.0,91
55.10

.Cos .3.U
P.10
I
3
1
3
1
===
ϕη

II.TÍNH TOÁN STATO
1. Số rãnh của Stato:
Theo yêu cầu thiết kế có U
pha =
220V và theo phần 2 trong quyển thiết kế
này ta có chiều cao tâm trục h = 22 cm. Vậy ta dùng dây quấn 2 lớp đặt vào rãnh
nửa kín
Chọn q
1
= 4
=> Số rãnh của Stato bằng Z
1
= 2m.p.q
1
= 2.3.1.4 = 24 (Rãnh).
2. Bước rãnh của Stato:
(cm) 2,6
24
3,14.20

Z
π.D
t
1
1
===

3. Số vòng dây tác dụng của một rãnh:
20,37

99,54
390.2,6.2
I
.aA.t
u
1
11
r1
===

Trong đó:
A = 390 A/cm : Theo phần 4 của quyển thiết kế này
t
1
= 2,6 cm: Theo phần 9 của quyển thiết kế này
a
1
= 2: Số mạch nhánh song song (Chọn)
I
1
= 99,54 A : Theo phần 7 của quyển thiết kế này.
Lấy u
r1
= 22 – Do đây là dây quấn 2 lớp.
4. Số vòng dây nối tiếp của một pha:
(Vòng) 44
2
22
1.4.
a

u
.p.q w
1
r1
11
===

5. Tiết diện và đường kính dây dẫn:
Tra đồ thị 10-4b/Tr 237 - TKMĐ ta thấy AJ = 1880 (A
2
/cm.mm
2
)
=> Mật độ dòng điện là:
éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9
Trang 5
)(A/mm 4,82
390
1880

A
AJ
J
2
1
===

Tính toán thiết diện sơ bộ:
Chọn số sợi là: n
1

= 3
=> Tiết diện dây sẽ là (Sơ bộ):
)(mm 3,44
2.3.4,82
99,54

.J.na
I
s
2
111
1
1
===

=> Theo phụ lục VI bảng VI.1/Tr 618 chọn dây đồng tráng men PETV có
đường kính d/d
cđ
= 2,10/2,20 và s
1
= 3,46 mm
2

6. Kiểu dây quấn:
Chọn dây quấn bước ngắn với y = 5
Hệ số bước ngắn:
0,83
2.3.1
5
2.m.P

y

y
====
τ
β

7. Hệ số dây quấn:
+ Hệ số bước ngắn:
0,96
2
π
sinβ k
y
==

+ Hệ số bước rải:
0,96
2
α
q.Sin
2
α
Sinq
k
r
==

Trong đó:
0

0
1
0
15
24
1.360
Z
p.360
α ===

=> Hệ số dây quấn k
d1
= k
y
.k
r
= 0,96.0,96 = 0,92
8. Từ thông qua khe hở không khí:
(Wb) 0,024
25.50.444.1,11.0,9
0,98.220

.w.f.k4.k
.Uk
Φ
11dqS
1E
===

9. Mật độ từ thông qua khe hở không khí:

(T) 0,74
180,64.31,4.
0,024.10

.l.α
Φ.10
B
4
1δ
4
δ
===
τ

=> Phù hợp với B
δ
= 0,74 T đã chọn ở trên
10. Xác định sơ bộ chiều rộng của răng:
éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9
Trang 6
(cm) 0,85
951,85.18.0,
60,74.18.2,
.k.lB
.t.lB
b'
c1Z1
11δ
Z1
===

Trong đó:
B
δ
= 0,74 T – Đã xác định trong phần 9 quyển T.K này.
t
1
= 2,6 – Bước rãnh của Stato.
B
Z1
= 1,85 – Tra bảng 10.5b/Tr 241 – TKMĐ
k
C
= 0,95 – Hệ số ốp chặt lõi chọn theo bảng 2.2/Tr 23
11. Xác định sơ bộ chiều cao của gông Stato:
(cm) 4,67
0,952.1,50.18.
0,024.10

.k.l2.B
Φ.10
h'
4
C1g1
4
g1
===

Trong đó:
B

g1
= 1,45 đến 1,60 T - Theo bảng 10.5a/Tr 240 – TKMĐ
Ở đây ta chọn B
g1
= 1,50 T.
Φ = 0,024 Wb – theo phần 15 quyển thiết kế này.
l
1
= 18 cm – theo phần 4 quyển thiết kế này.
12. Kích thước rãnh và cách điện:
Chọn các kích thước của rãnh Stato như sau:
h
12
= 17 mm h
r1
= 25.6 mm
d
1
= 16 mm b
41
= 3,70 mm
d
2
= 24 mm h
41
= 0,6 mm
Theo bảng VIII-1 ở phục lục VIII/Tr 629 –TKMĐ
chiều dầy của cách điện rãnh là 0,4mm – 0,5mm
Ta có:
(mm) 4,33

24
3,14.256

Z
D π.
t
(mm) 256 2.46,7- 349 2D D'
1
'
2
'
2
'
1n2
===
==−=
g
h

Sơ bộ d
2
là:
)(255,84,33 t d
'
1
'
22
mmb
r
=−=−=

Ta chọn: d
2
= 24 (mm)
Ta có:

d
2

h
r1

h
12

d
1
h
12

éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9
Trang 7


(mm) 193 2.0,6191,9 .2D D
41
'
1
=+=+=

h

Ta chọn: h
41
= 0,6(mm)
b
41
= d
cđ
+ 1,5 = 2,2+1,5= 3,7(mm)

)(3,25
24
193.14,3
Z
.D
t
1
'
1
'
1
mm===
π

Sơ bộ có d
1
là:

)(7,165,83,25 t d

'
1
'
11
mmb
r
=−=−=

Ta chọn d
1
= 16 (mm)
Kiểm tra: từ d
1
và d
2
đã tính ta có


(mm) 279 24-2.46,7 -349 .2D D
21n
'
2
==−−= dh
g

Bề rộng của rãnh tại cung tròn D
2
là:
)(5,1224
24

279.14,3
Z
.D
b
2
1
2
*
r1
mmd
=−=−=
π

ta có:
D
1
= D + 2h
41
+D
2
= 191,9 + 2.0,6 + 24 = 217 (mm)
Bề rộng của rãnh tại cung tròn D
1
là:
)(3,1216
24
217.14,3
Z
.D
b

1
1
1
**
r1
mmd =−=−=
π

Ta thấy
b b
*
r1
**
r1
≈
nên phương án chọn trên là đúng
Ta có tiết diện rãnh Stato sơ bộ là:

)(507
63,0
20,2.3.22
63,0
.d.
S
2
2
2
cd11
sb
mm

nU
ñ
===

Vậy chiều cao sơ bộ là:
n
sb
h
dd
d
S
+
+
−
= 2
8
h
12
2
2
'
12
π

ta chọn chiều cao nêm h
n
= 3mm
éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9
Trang 8
)(1732

1624
8
24.14,3
507
h
2
'
12
mm=+
+
−
=

Vậy tiết diện rãnh thực của Stato là:

)(506)317(
2
2416
8
24.14,3
)(
28
.d
S
2
2
'
12
21
2

2
r
mmhh
dd
n
=−
+
+=−
+
+=
π

Diện tích cách điện của rãnh:

)(6,444,0).4017.2
2
24.14,3
().2
2
.d
( S
2
21
'
12
2
cd
mmCddh =++=+++=
π

với C = 0,4 chiều dầy lớp cách điện tra bảng VIII.1 trang 629
Hệ số lấp đầy :

)(7,0
6,44506
20,2.3.22
.d
k
2
2
cd11
d
mm
SS
nU
cdr
ñ
=
−
=
−
=

Chiều cao của rãnh Stato:
)(6,29
2
24
6,017
2
d

h h
2
41
'
12r1
mmh
=++=++=

Chiều cao của gông:
)(9,4024
6
1
6,29
2
200349
6
1
2
D
h
21
n
g1
mmdh
D
r
=+−
−
=+−
−

=

13. Khe hở không khí:
Theo công thức 10-21/Trang 253 – TKMĐ:
mm 0,9
2
9
1
1200
200

2p
9
1
1200
D
δ =
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜

⎝
⎛
+=

Tra bảng 10-8/Tr 253 với máy có h = 22 cm và 2p = 2 ta chọn δ = 0,09 (cm)
II.TÍNH TOÁN ROTO
1. Số rãnh của Roto:
Theo bảng 10.6/Tr 246 – TKMĐ ta có số rãnh của Roto là Z
1
= 24 rãnh và
2P=2 ta chọn Z
2
=20(rãnh)
2. Đường kính ngoài của Roto:
D
n
= D - 2δ = 20 – 2.0,09 = 19,8 cm
3.Bước răng của Roto:
éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9
Trang 9

(cm) 3,1
20
.19,814,3

Z
.D
t
2
n

2
===
π

4. Đường kính trục Roto:
D
t
= 0,3D = 0,3.20 = 6 (cm)
5. 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
= 0,96 – Tra hình 10.5/Tr 244 – TKMĐ với cosφ = 0,92
I
1
= 99,5 A
w
1
= 44 Vòng
Z
2

= 20
=> I
td
= 1134 (A)
6
. Dòng trong vành ngắn mạch:
Theo công thức 10-18/Tr 249 – TKMĐ:

(A) 3658
20
3,14.1
2.Sin
1
1134
Z
πp
2Sin
1
I I
2
tdv
===

7. Tiết diện thanh dẫn bằng Nhôm

)(mm 324
3,5
1134

J

I
S
2
2
td
td
===

Ở đây ta chọn J
2
= 3,5 A/mm
2

8.Tiết diện vòng Ngắn mạch:
Chọn sơ bộ mật độ dòng trong vành là J
v
= 3,5 A/mm
2


mm 1045
3,5
3658

J
I
S
2
v
v

v
===⇒

9. Kích thước rãnh Roto và vành ngắn mạch:
Với chiều cao tâm trục h = 220mm ta chọn rãnh roto hình
ôvan như hình vẽ bên. đường kính d
1
=d
2
=8 (mm)

h
12

b
42
h
42


a
b
D
v
éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9
Trang 10
Vậy chiều cao sơ bộ là:

(cm) 34,25
8

4
3,14.8
-324

4
h
22
12
==
−
=
d
d
S
td
π

Như vậy ta có kích thước của rôt như sau:
b
42
= 1,5 mm h
42
= 0,6 mm
d
1
= d
2
=8 mm h
r2
= 42,8 mm

h
12
= 34,25 mm
Chiều cao rãnh:

(mm) 42,8 6,0825,34hd h
4222r2
=++=++= h

Bề rộng rãnh rôto ở 1/3 chiều cao răng:

(mm)
)(
4
3
.2
b
2
2242
)
3
1
r2(
Z
ddhhD
n
−
⎟
⎠
⎞

⎜
⎝
⎛
+−−
=
π


(cm) 1,93
20
8,0)8,042,3(
4
3
06,0.28,1914,3
b
)
3
1
r2(
=
−
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+−−
=

Chiều cao gông roto:

(cm) 3,7.0,8
6
1
4,28 -
2
68,19
.d
6
1
2
h
2g2
=+
−
=+−
−
=
r
tn
h
DD

10. Kích thước vòng ngắn mạch là:
a
x
b = 30mm x14mm
Đường kính vành: D
v

= D – a = 19,8 – 3 = 16,8(cm)
11. Diện tích rãnh roto:

mm 324,3 34,25.8 .8
4
3,14
.dh d
4
π
S
22
12
2
z2
=+=+=

12. Diện tính vành ngắn mạch:
a.b = 30.14 = 420 mm
2

13. Độ nghiêng của rãnh ở Roto:
éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9
Trang 11
Để giảm lực ký 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 2,6 t
Z
D.

b
1
1
n
=≈=
π

IV. TÍNH TOÁN ĐIỆN TỪ
1. 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 :
8,1
0,9
3,7
5
0,9
3,7

δ
b
5
δ
b
γ
2
41
2
41
1
=

+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=

t
1
= 2,6 cm
δ = 0,09 cm tra bảng 10.8 trang 253 TKMĐ
1,08
1,8.0,9 - 2,6
2,6
k
1
==⇒
δ

.δγt
t
k
22
2
δ2
−
=
Với : t
2
= 3,1 cm
δ = 0,09 cm
éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9
Trang 12

42,0
0,9
1,5
5
0,9
1,5

δ
b
5
δ
b
γ
2
42

2
42
2
=
+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=

1,01
0,42.0,09 - 3,1
3,1
k
2
==⇒
δ

Vậy k

δ
= 1,08.1,01 = 1,09
2. Vật liệu dùng thép cán nguội loại 2211
3. 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
= 1,6.0,74.1,09.0,09.10
4
= 1036 (A)
4. Mật độ từ thông ở răng Stato:

T 2
950,85.18.0,
60,74.18.2,

.k.lb
.t.lB
B
C1z1
11δ
z1
===

5. Cường độ từ trường trên răng của Stato:
Theo bảng V-6 phụ lục V/Tr 608 – TKMĐ
H
z1
= 67,5 A/cm
6. Sức từ động trên răng của Stato:
Theo công thức 4-19/Tr 98 – TKMĐ
F
z1
= 2h
z1
H
z1


A 309 52.2,96.67, F
z1
==

7. Mật độ từ thông ở răng Roto:

T 1,5
952,05.18.0,
10,74.18.3,

.k.lb
.t.lB
B
C2z2
22δ

z2
===

8. Cường độ từ trường trên răng của roto:
Theo bảng V-6 phụ lục V/Tr 608 – TKMĐ
H
z2
= 11,2 A/cm
9. Sức từ động trên răng của Roto:
Theo công thức 4-19/Tr 98 – TKMĐ
F
z2
= 2h
z2
H
z2

éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9
Trang 13

A 94 2.4,2.11,2 F
z2
==

10. Hệ số điều hòa răng:
Do sự bão hoà 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

1,25
1036
943091036

F
F F F
k
z2z1
'
z
=
++
=
++
=
δ
δ

ta có:
5% 16% ,41000
1,2
2,125,1
%100
k
k
'
z
2

≤=
−
=×
−
=Δ
z
z
k
k

Vậy phương án trên ta chọn là đúng
11. Mật độ từ thông trên gông của Stato:

T 1,43
,952.4,9.18.0
0,024.10

.k.l2h
Φ.10
B
4
C1g1
4
g1
===

12. Cường độ từ trường ở gông Stato:
Theo bảng V.9 phụ lục V/ Tr 611 – TKMĐ
H
g1

= 7,17 A/cm
13. Chiều dài mạch từ ở gông Stato

cm 47
2
4,9) - (34,914,3

2p
)h - (D
L
g1n
g1
===
π

14. Sức từ động ở gông Stato:
F
g1
=
1
ξ
. L
g1
.H
g1
= 0,32.47.7,17 = 108 A
Trong đó:
32,0
1
=

ξ
tra hình 4.16 với B
g
= 1,4 trang 106
15. Mật độ từ thông trên gông của Roto:

T 1,637
,952.3,7.18.0
0,024.10

.k.l2h
Φ.10
B
4
C2g2
4
g2
===

16. Cường độ từ trường ở gông Roto:
Theo bảng V.9 phụ lục V/ Tr 611 – TKMĐ
H
g1
= 15,9 A/cm