Báo cáo Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đổi nguồn điện 1 pha thành 3 pha kiểu quay 1,0 HP sử dụng trong nông nghiệp, ngành chế biến gỗ

Bộ Công th−ơng Tổng công ty thiết bị điện việt nam Công ty cổ phần chế tạo máy điện Việt nam – hungary ************ Báo cáo tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài : “ Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đổi nguồn điện 1 pha thành 3 pha kiểu quay 1,0 HP sử dụng trong nông nghiệp, ngành chế biến gỗ ” Mã số: 245.08RD/HĐ-KHCN 7148 25/02/2009 Hà nội - 2008 Bộ Công th−ơng Tổng công ty thiết bị điện việt nam Công ty cổ phần chế tạo máy điện Việt nam – hungary ************ Báo cáo tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài : “ Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đổi nguồn điện 1 pha thành 3 pha kiểu quay 1,0 HP sử dụng trong nông nghiệp, ngành chế biến gỗ ” Hà nội - 2008 Cơ quan chủ trì Bạch Đình Nguyên Chủ nhiệm Đề tài Hà Đình Minh 1 mục lục Lời nói đầu ........................................................................................................................................2 Phần I: Tham khảo mẫu sản phẩm và tính toán thiết kế....................................................................3 máy đổi nguồn 1pha thành 3pha........................................................................................................3 I. Tổng quan về máy đổi nguồn 1pha thành 3pha .........................................................................3 II. Tham khảo mẫu sản phẩm của n−ớc ngoài ...............................................................................4 III. Tính toán thiết kế máy đổi nguồn 1pha thành 3pha ................................................................4 Phần II: Quy trình Công nghệ chế tạo máy đổi nguồn 1pha thành 3pha.........................................17 I. Công nghệ chế tạo phần điện từ: ..............................................................................................17 II. Công nghệ chế tạo các chi tiết cơ khí và Quy trình lắp ráp ....................................................18 Phần III : Khảo nghiệm và đánh giá kết quả thử nghiệm ................................................................22 I. Kiểm tra xuất x−ởng.................................................................................................................22 II. Đặc tính kỹ thuật đạt đ−ợc và số l−ợng sản phẩm máy đổi nguồn 1pha thành 3pha chế tạo thử nghiệm.........................................................................................................................................23 Kết luận và kiến nghị.......................................................................................................................24 Phụ lục 1: Tài liệu tham khảo..........................................................................................................25 Phụ lục 2: Các bản vẽ thiết kế máy đổi nguồn 1pha thành 3pha .....................................................26 2 Lời nói đầu Ngày nay cùng với sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá của đất n−ớc, các ngành công nghiệp nói chung, ngành sản xuất máy điện nói riêng, không ngừng nghiên cứu chế tạo sản phẩm mới, nhằm đáp ứng nhu cầu trong n−ớc thay thế hàng nhập ngoại. Máy đổi nguồn 1pha thành 3pha là một trong những sản phẩm mới đ−ợc phát triển tr−ớc mắt nhằm phục vụ cho nhu cầu trong n−ớc Máy đổi nguồn 1pha thành 3pha là loại động cơ điện không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc. Nh−ng đ−ợc thiết kế để làm việc ở chế độ cảm ứng từ tr−ờng quay(cảm ứng ra pha thứ 3 dựa trên từ tr−ờng quay của bộ dây động cơ 3pha, với nguồn vào một pha). Đại l−ợng điện áp ở đầu ra phụ thuộc vào điện áp nguồn cấp, tải ở đầu ra và quan trọng hơn là việc phối hợp trở kháng của bộ đổi nguồn. Đặc điểm nổi bật của máy đổi nguồn 1pha thành 3pha là loại máy điện đ−ợc sử dụng ở những nơi có nhu cầu sử dụng nguồn điện áp 3 pha trong các máy gia công cắt gọt kim loại CNC, máy xay xát trong nông nghiệp, chế biến gỗ ở các vùng xa xôi hẻo lánh, v.v... mà không có sẵn nguồn điện 3pha Với năng lực sẵn có, Công ty VIHEM đã chủ động khảo sát, nghiên cứu thiết kế máy đổi nguồn 1pha thành 3pha và đã đ−ợc Bộ Công Th−ơng giao cho thực hiện đề tài cấp Bộ: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đổi nguồn điện 1 pha thành 3 pha kiểu quay(Rotary phase converter) 1,0 HP sử dụng trong nông nghiệp, ngành chế biến gỗ” nhằm đa dạng hoá chủng loại sản phẩm, thay thế hàng nhập ngoại. Nội dung đề tài gồm các phần sau: Phần I: Tham khảo mẫu sản phẩm và tính toán thiết kế máy đổi nguồn 1pha thành 3pha Phần II: Quy trình công nghệ chế tạo máy đổi nguồn 1pha thành 3pha Phần III: Khảo nghiệm và đánh giá kết quả thử nghiệm Kết luận Phụ lục1: Tài liệu tham khảo Phụ lục2: Các bản vẽ thiết kế máy đổi nguồn 1pha thành 3pha 3 Phần I: Tham khảo mẫu sản phẩm và tính toán thiết kế máy đổi nguồn 1pha thành 3pha I. Tổng quan về máy đổi nguồn 1pha thành 3pha Hiện nay, trên thế giới máy đổi nguồn 1pha thành 3pha đ−ợc phân làm 2loại chính: máy đổi nguồn 1pha thành 3pha kiểu quay và máy đổi nguồn 3pha kiểu tĩnh. Máy đổi nguồn 1pha thành 3pha kiểu tĩnh đ−ợc thiết kế làm việc gần giống với bộ biến tần, nó làm việc theo nguyên lý: chỉnh l−u nguồn điện xoay chiều 1pha thành nguồn điện 1 chiều rồi dùng bộ nghịch l−u bán dẫn nghịch l−u từ nguồn một chiều thành nguồn xoay chiều 3pha. Ưu điểm của bộ đổi nguồn 1pha thành 3pha kiểu tĩnh là nó làm việc đ−ợc với dải nguồn điện áp rộng từ 180Vac đến 250Vac 1pha. Nh−ng nh−ợc điểm của bộ biến đổi kiểu tĩnh là dạng điện áp đầu ra xung chữ nhật(xung điều chế PWM) dễ gây quá điện áp cục bộ trên tải, bộ biến đổi tĩnh là thiết bị điện tử nên giá thành rất cao(gần bằng giá bộ biến tần cùng công suất) Máy đổi nguồn 1pha thành 3pha kiểu quay: theo nguyên lý máy điện: khi có hệ thống dòng điện 3 pha chạy qua bộ dây đặt lệch nhau 1200 trong không gian thì tạo thành từ tr−ờng quay(nguyên lý động cơ điện 3 pha) và khi có từ tr−ờng quay có đ−ờng sức từ quét ngang các thanh dẫn của bộ dây bố trí lệch nhau 1200 trong không gian thì tạo thành hệ thống dòng điện 3 pha lệch nhau 1200 về thời gian(nguyên lý của máy phát 3pha). Với máy đổi nguồn 1pha thành 3pha kiểu quay làm nhiệm vụ “phát ra 3pha từ nguồn 1pha”, máy đổi nguồn này làm việc ở chế độ: dây quấn 2 pha nối với nguồn 1pha làm việc nh− dây quấn động cơ và dòng điện chạy qua 2 dây quấn này làm quay trục của máy đổi nguồn(trục máy đổi nguồn không mang tải cơ khí nh− dộng cơ) , dây quấn pha thứ 3 làm nhiệm vụ “phát ra pha thứ 3” tạo thành 3pha đầu ra cấp điện cho tải 3pha: tải 3pha thông th−ờng là động cơ 3pha, cũng có thể là thiết bị điện khác nh− máy hàn,v.v,... Cấu trúc chính của máy đổi nguồn 1pha thành 3pha là động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc làm nhiệm vụ “phát ra 3pha” tạm gọi là “động cơ phát” và hệ tụ điện làm nhiệm vụ kích cho “động cơ phát” quay, tạo ra sự lệch pha ở đầu ra khi động cơ phát quay và để cân bằng điện áp 3pha (xem hình 1) Sau đây ta xét nguyên lý làm việc của máy đổi nguồn 1pha thành 3pha nh− sau: Khi dây quấn của pha A và B nối với nguồn điện 1pha 220V thì có dòng điện chạy qua, nhờ có tụ điện C13 và C23 và Ckđ mà dòng điện chạy qua dây quấn pha A và dây quấn pha B có sự 4 lệch pha, kết quả là tạo ra từ tr−ờng quay ở khe hở không khí giữa Stato và Rôto làm quay rôto của động cơ phát. Từ tr−ờng quay này sinh ra trong ba pha dây quấn của stato hệ thống dòng điện cảm ứng 3pha lệch pha nhau với điều kiện lý t−ởng là 1200, nh−ng do có sự phối hợp các thành phần trở kháng giữa 3pha dây quấn nên sai lệch dòng điện và điện áp giữa các pha trên tải với sai số 10% là chấp nhận đ−ợc Hình1- Sơ đồ đấu dây của máy đổi nguồn 1pha thành 3pha II. Tham khảo mẫu sản phẩm của n−ớc ngoài Tr−ớc khi triển khai tính toán thiết kế chế tạo, chúng tôi đã tham khảo các sản phẩm của n−ớc ngoài(các hãng TEMCo; Boost Energy Systems; v.v,... ) và nghiên cứu các tài liệu, các bài viết về bộ đổi nguồn 1pha thành 3pha của các tác giả trên thế giới nh− tác giả: Rick Christopherson; Jim Hanrahan và tính toán , hiệu chỉnh thiết kế dựa trên đặc tính sản phẩm động cơ điện do VIHEM chế tạo và những kinh nghiệm quý báu của các nhà khoa học Quốc tế đã chia sẻ trên Internet. Sau khi tham khảo một vài kiểu dáng sản phẩm của một số hãng. Chúng tôi quyết định chọn thiết kế máy đổi nguồn 1pha thành 3pha dựa theo mẫu của MTxxx chế tạo vì kết cấu đơn giản, công nghệ chế tạo phù hợp với dây chuyền sản suất hiện có của Công ty III. Tính toán thiết kế máy đổi nguồn 1pha thành 3pha A. Tính toán thiết kế Phần điện từ cho động cơ phát • Yêu cầu của phần thiết kế điện từ: Tính toán thiết kế máy đổi nguồn 1pha thành 3pha phải đáp ứng đ−ợc các yêu cầu kỹ thuật d−ới đây: 5 Công suất máy đổi nguồn định mức P : 0,75 (kW) Tần số nguồn điện f : 50 (Hz). Điện áp nguồn 1 pha U1: 220 (V). Điện áp ra 3pha U2 : 220 ± 10% Cấp bảo vệ: IP44 Cấp cách điện: F Từ các yêu cầu trên, việc tính toán thiết kế điện từ máy đổi nguồn 1pha thành 3pha đ−ợc thực hiện theo các b−ớc nh− sau: 1- Kích th−ớc chủ yếu ƒ Số đôi cực: p =2 ƒ Đ−ờng kính ngoài stato Dn: Với chiều cao tâm trục h= 90 mm theo bảng 10.3 sách Thiết kế máy điện Trần Khánh Hà (STKMĐ). Sơ bộ chọn đ−ờng kính ngoài Dn = 132mm. ƒ Đ−ờng kính trong stato D: Dn= (1,55 ữ 1,66).D với 2p =4. Chọn kD=1,65 D = Dn/kD = 132/1,65 = 80 mm ƒ Công suất tính toán: kVAPKP E 36,1 74,0*72,0 75,0*97,0 cos* *' === ϕη ƒ Chiều dài tính toán của lõi sắt stato lδ: Sơ bộ chọn hệ số cung cực từ αδ=0,67; hệ số bão hòa kz=1,1; hệ số sóng ks=1,11; hệ số dây quấn kd1=0,933; D=8 (cm); tốc độ từ tr−ờng n=1500 (vg/ph).Trị số A, Bδ đ−ợc chọn theo kinh nghiệm thiết kế tải đ−ờng Ar= (240 A/cm); Bδ=0,8 (T) )(5,6 ****** *10*1,6 2 1 7 cm nDBAkk Sl ds == δδ δ α Chọn lδ =6,5 (cm), lõi sắt làm thành khối. Sử dụng tôn silíc 2212 dày δ=0,5 mm của Nga. 2- Dây quấn, r∙nh stato và khe hở không khí ƒ B−ớc cực Stato τ: 6 )(2832,6 4 8* 2 cm p D === ππτ ƒ Chọn số r∙nh của 1 pha d−ới một cực q1. Chọn q1=3 số rãnh stato Z1= 2pmq1=2*2*3*3=36 rãnh ƒ Chọn tải đ−ờng A=240 (A/cm) D IWm A dmfaS * ***2 1 π= ⇒ )(727,4562,2*3*2 8**240 **2 ** 1 vg Im DAW dm faS === ππ ƒ Kiểu dây quấn: Chọn dây quấn đồng tâm 2 lớp có b−ớc lồng y = 1ữ7 ;9 ;11(8/9) ; 1 *2 *1*1 a W qpW SfaS = ⇒ 06,382*3*2 1*727,456 2** * 11 1 === qp aW W faSS ≈ 38 (vg) tính lại WfaS : )(4561 38*2*3*2 *2 ** 1 11 vga W qpW SfaS === Với dây quấn hai lớp b−ớc ngắn y = 8 8890 9 8 ,yS ==τ=β - Hệ số dây quấn stato kdqS: + Hệ số b−ớc ngắn 985,0) 2 * 9 8sin() 2 *sin( === ππβ SSyk ; + Hệ số b−ớc rải 960 2 20 3 2 20 3 2 2 , sin sin sinq qsin k S S S S Sr ==α α = ; 0 0 1 0 1 20 36 360*2360 === z p Sα ⇒kdqS=kyS*krS = 0,985*0,96 = 0,9452 ƒ B−ớc răng stato t1: )(698,0 36 8*. 1 1 cmZ Dt === ππ ƒ Từ thông khe hở không khí Φ: )(10*2307186,2 456*50*945,0*11,1*4 220*97,0 ****4 * 3 1 1 Wb Wfkk Uk fasdqss E −===Φ ƒ Mật độ từ thông khe hở không khí Bδ : 7 )(8152,0 5,6*2832,6*67,0 10*10*2307186,2 l** 10*Φ 34 1 4 δ TB === − δταδ ƒ Sơ bộ định chiều rộng răng Stato: )(363,0 98,0*6,1 698,0*8152,0 ** 1** 1 1 cmklB tlB b cz z === δ δδ Với động cơ công suất nhỏ thì theo kinh nghiệm ta chọn Bz1=1,6 (T) ƒ Sơ bộ định chiều cao gông stato hg1: )(251,1 98,0*5,6*4,1*2 10*10*2307186,2 ***2 10* 43 1 4 1 cmklB h cg g ==Φ= − δ Chọn mật độ từ cảm trên gông Bg1=1,4 (T) ƒ Kích th−ớc r∙nh stato: Hình dạng và kích th−ớc rãnh stato (Hình bên) hr1=14,2mm ; h12=9,5 mm R1 = 1,85 mm ; b41 =2,0 mm R2 = 2,65 mm ; h41 =0,2 mm ƒ Kiểm tra hệ số lấp đầy r∙nh stato klđS: - Tổng diện tích rãnh stato: )(55,592*2,05,9* 1 65,285,1 2 *65,2 2 *85,1 ** 12 * 2 * 2 22 414112 21 2 2 2 1 mm bhhRRR R SrS =++++= ++++= ππ ππ - Chọn dây Stato: dây 1sợi φ0,6(scuS1 = 0,2826 mm2) Diện tích dây đồng trong rãnh stato: ScuS=scuS1 *urS = 0,2826*38*2 = 21,48 (mm 2) ⇒ Hệ số lấp đầy 36,0 55,59 48,21 === rS Scu Sld S S k đảm bảo lồng dây không chắt quá ƒ Bề rộng răng stato : )(635,37,3 36 )7,32,0*280()2( 1 1 141' 1 mmdZ dhDbz =−++=−++= ππ )(693,33,5 36 )3,52,14*280()2( 2 1 21'' 1 mmdZ dhDb rz =−−+=−−+= ππ 0, 2 2 9, 5 5,3 14 ,2 3,7 Rãnh Stato 8 )(644,3 2 693,3635,3 2 " 1 ' 1 1 mm bbb zztb =+=+= ƒ Chiều cao gông stato : )(268,1)(68,123,5 6 12,14 2 80132 6 1 2 211 cmmmdh DD h r n g ==+−−=+−−= ƒ Khe hở không khí δ: )(33,010*8025,010.25,0 33 mmD =+=+= −−δ ; Chọn khe hở không khí δ = 0,3 mm = 0,03 cm 3- Dây quấn, r∙nh và gông rôto ƒ Chọn số r∙nh của 1 pha d−ới một cực q2 Chọn số rãnh rôto Z2= 2pmq2 = 28 rãnh --> q2 = 2,333 Trong đó: m số pha m =3; 2p là số cực 2p=4; ƒ Đ−ờng kính ngoài rôto: D’=D - 2δ=80 - 2*0,3=79,4 mm =7,94cm ƒ B−ớc răng rôto t2: )(8904,0 28 4,79*. 2 ' 2 cmZ Dt === ππ ƒ Sơ bộ định chiều rộng răng rôto: )(463,0 98,0*6,1 8904,0*8152,0 ** ** 2 2 2 cmklB tlB b cz z === δ δδ Chọn Bz2=1,6 (T) ƒ Đ−ờng kính trục rôto: Dt=0,31*D = 0,31*80 =24,8 mm ⇒ chọn đ−ờng kính trục 25 (mm) ƒ Tính toán dòng điện trong thanh dẫn rôto: )(79,115 28 945,0*456*6*2,2*57,0 **6 ** 2 12 AZ KW IKII dqSfaSItd ==== - Chọn thanh dẫn nhôm có mật độ: JR = 3,5 (A/mm 2), tra KI = 0,57 - Tiết diện thanh dẫn )(33 5,3 79,115 2mm j IS R R R === 9 ƒ Tính toán dòng điện trong vành chập rôto: IV = )(18,260 28 2*sin*2 179,115 *sin*2 1 2 A Z p Itd == ππ chọn mật độ vành chập JV = 1,5 (A/mm 2) ta có Sv = Iv/Jv = 260,18/1,5 = 173 mm 2 Sv = avc x bvc = (18)x(13,5) = 243 (mm 2) --> Jvc = Iv/Sv = 260,18/243 = 1,07 (A/mm 2) ƒ Kích th−ớc r∙nh rôto: hr2 = 12,25 mm ; h12=9 mm d1 =3,9 mm ; b42 =1 mm d2 =1,8 mm ; h42 =0,4mm ƒ Bề rộng răng rôto: )(48,49,3 28 )4,0*29,34,79()2( 1 2 421 ' ' 2 mmdZ hdDbz =−−−=−−−= ππ )(56,48,1 28 )8,125,12*24,79()*2( 2 2 22 ' '' 2 mmdZ dhDb rz =−+−=−+−= ππ )(52,4 2 56,448,4 2 " 2 ' 2 2 mm bbb zztb =+=+= - Tổng diện tích rãnh rôto: )(29,331*4,09* 2 8,19,3 8 *8,1 8 *9,3 ** 28 * 8 * 2 22 424212 21 2 2 2 1 mm bhhddd d SrS =++++= ++++= ππ ππ ƒ Chiều cao gông rôto: mmdhDDh rtg 25,158,1*6 125,12 2 254,79 6 1 2 22 ' 2 =+−−=+−−= 4- Tính toán mạch từ ƒ Hệ số khe hở không khí: 196,1 03,0*81,3698,0 698,0 *11 1 1 =−=−= δνδ t tk 81,3 3.0/0,25 )3,0/0,2( /5 )/( 2 41 2 41 1 =+=+= δ δν b b 12 ,2 5 9 1,8 3,9 0, 4 1 Rãnh rôto 10 047,1 03,0*333,18904,0 8904,0 *22 2 2 =−=−= δνδ t tk 333,1 3.0/0,15 )3,0/0,1( /5 )/( 2 42 2 42 2 =+=+= δ δν b b kδ = kδ1*kδ2 = 1,196*1,047 =1,252 ƒ Lá tôn dùng thép kỹ thuật điện ký hiệu 2212: ƒ Sức từ động khe hở không khí: Fδ = 1,6*Bδ*kδ*δ*104 = 1,6* 0,8152*1,252*0,03*104= 489,903(A) ƒ Mật độ từ thông ở răng stato: )(593,1 98,0*3644,0 698,0*8152,0 ** ** 1 1 1 Tklb tlB B ctb Z === δ δδ ƒ C−ờng độ từ tr−ờng trên răng stato theo bảng V-6 ở phụ lục V (STKMĐ): Hz1 = 14,22(A/cm) ƒ Sức từ động trên răng stato: Fz1 = 2hz1*Hz1= 2*1,243*14,22 = 35,35(A) cmmmdhh rz 243,143,123 3,52,14 3 2 11 ==−=−= ƒ Mật độ từ thông ở răng rôto: )(639,1 98,0*452,0 8904,0*8152,0 ** ** 2 2 2 Tklb tlB B ctb z === δ δδ ƒ C−ờng độ từ tr−ờng trên răng rôto theo bảng V-6 ở phụ lục V (STKMĐ): Hz2 = 16,05 (A/cm) ƒ Sức từ động trên răng rôto: Fz2 = 2hz2*Hz2=2*1,125*16,05 = 36,11 (A) cmmmdhhh rz 125,125,113 8,14,025,12 3 2 4222 ==−−=−−= ƒ Hệ số b∙o hòa răng kz : 146,1 903,489 11,3635,35903,48921 =++=++= δ δ F FFF k Zzz Trị số này gần đúng với trị số giả thiết ban đầu nên không cần tính lại ƒ Mật độ từ thông trên gông stato: 11 )(381,1 98,0*5,6*268,1*2 10*10*2307186,2 ***2 10* 43 1 4 1 Tklh B cg g ==Φ= − δ ƒ C−ờng độ từ tr−ờng trên răng stato theo bảng V-9 ở phụ lục V (STKMĐ): Hg1 = 6,197(A/cm) ƒ Chiều dài mạch từ ở gông stato: cm p hD L gng 367,94 )268,12,13( 2 )( 1 1 =−= −= ππ ƒ Sức từ động trên gông stato: Fg1 = Lg1*Hg1=9,367*6,197= 58,04(A) ƒ Mật độ từ thông trên gông rôto: )(148,1 98,0*5,6*525,1*2 10*10*2307186,2 ***2 10* 43 2 4 2 Tklh B cg g ==Φ= − δ ƒ C−ờng độ từ tr−ờng trên răng stato theo bảng V-9 ở phụ lục V (STKMĐ): Hg2 = 3,65 (A/cm). ƒ Chiều dài mạch từ ở gông Rôto: cm p hD L gtg 16,34 )525,15,2( 2 )( 2 2 =+= += ππ ƒ Sức từ động trên gông Rôto: Fg2 = Lg2*Hg2=3,16*3,65 = 11,53 (A) ƒ Tổng sức từ động của mạch từ: F∑ = Fδ + FZ1+FZ2+Fg1+Fg2=489,903 + 35,35 + 36,11+ 58,04+ 11,53 = 630,933 (A) ƒ Hệ số b∙o hòa toàn mạch: 288,1 903,489 933,630 === ∑ δ à F F k ƒ Dòng điện từ hóa : )(09,1 945,0*456*7,2 933,630*2 **7,2 * A kw Fp I dqSfaS === ∑à 5- tham số ở chế độ định mức ƒ Chiều dài phần đầu nối của dây quấn stato: lđ1 = kđ1*τy + 2B = 1,3*6,57 + 2*1,5 = 11,54 (cm) 12 - kđ1 - hệ số kinh nghiệm - B =1,5 cm – phần thẳng bin dây kéo dài ra ngoài lõi thép Trong đó: )(57,6)(7,65 36 8*)2,1480(*)( 1 1 cmmm Z yhD r y ==+=+= ππτ ƒ Chiều dài trung bình nửa vòng dây của dây quấn stato:: ltb = lδ + lđ1 = 6,5 + 11,54 = 18,04 (cm) ƒ Chiều dài dây quấn một pha của stato: L1 = 2*ltb*W1*10 -2 = 2*18,04*456*10-2 = 164,525 (m) ƒ Điện trở tác dụng của dây quấn stato: )(66,12 0,2826*1*1 525,164* 46 1 ** 111 1 751 Ω=== san Lr ρ Điện trở của dây quấn stato tính theo đơn vị t−ơng đối: 1546,0 2*220 8,366,12 1 1 1 * 1 === U Irr ƒ Điện trở tác dụng của dây quấn rôto: )(10*4893,8 29,33 10*5,6* 23 110* 52 2 2 2 Ω=== − −− r ALtd S lr ρ ƒ Điện trở tác dụng vành chập rôto: )(10*2045,1 5,13*18*28 01,0*6** 23 1 * 10** 6 2 2 Ω=== − − ππρ v v ALv SZ Dr ƒ Điện trở rôto: )(10*706,9 44504,0 10*2045,1*210*4893,8 *2 5 2 6 5 22 Ω=+=∆+= − − −v td r rr 44504,0 28 2*sin*2*sin*2 2 ===∆ ππ Z p ƒ Hệ số quy đổi: 306,79582 28 )945,0*456(*3*4)*(**4 2 2 2 === Z kWm dqSfaSγ ƒ Điện trở rôto quy đổi về Stato: )(724,710*706,9*306,79582* 52 ' 2 Ω=== −rr γ 13 ƒ Hệ số từ dẫn tản r∙nh stato: ' 41 412411 1r k)b h b h b2 b785,0(k b3 h ββ ++−+=λ 508,192,0) 0,2 2,0 3,5 45,0 3,5*2 0,2785,0(94,0 3,5*3 35,13 1 =++−+=rλ 92,0 4 9 831 4 31k ' = + =β+=β ; h1=14,2-0,2-0,2-0,45 = 13,35; b=5,3 ; b41=2,0 94,092,0 4 3 4 1k 4 3 4 1k '' =+=+= ββ ; h2 = 0,45; h41=0,2 ƒ Hệ số từ dẫn tản tạp r∙nh stato: 3,1 252,1*03,0 10*11,1*937,0*93,0*)945,0*3(*698,09,0 * ***)*1(*1 9,0 22 112 2 1 === − δδ σρλ k kkqt tttdqS t kt1 = 0,937 ƒ Hệ số từ tản phần đầu nối: 25,1)2832,6* 9 8*64,054,11(* 5,6 3*34,0)**64,0(**34,0 111 =−=+= τβλ δ dd ll q 058,425,13,1508,1111 =++=++=∑ dtr λλλλ ƒ Điện kháng dây quấn stato : )(22,7058,4* 3*2 5,6* 100 456* 100 50*158,0*) 100 (* 100 *158,0 2 1 1 21 1 Ω=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛== ∑λδpql wfx faS ƒ Hệ số từ dẫn tản r∙nh rôto: 201,2 1 4,0 8,1*2 166,0) 29,33*8 8,1*1( 8,1*3 62,10 *2 66,0) *8 *1( *3 2 2 4 442 2 1 2 =+⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −+−= +⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −+−= π πλ b h b b S b b h r r h1=9+0,9*1,8 = 10,62 mm; b = 1,8 mm ; b42 =1,0 mm; h42=0,4 Diện tích rãnh rôto SrR = 33,29 mm 2 ƒ Hệ số từ dẫn tản tạp rôto: 952,1 252,1*03,0 10*68,1*1*1*) 4*3 28(*8904,0 9,0 * ***)*(* 9,0 22 2422 2 222 2 === − δδ σρλ k kkqt tdq t ƒ Hệ số từ dẫn tản phần đầu nối rôto : 14 3051,0 35,1*28,1 6*7,4lg 44504,0*5,6*28 6*3,2 *2 7,4 lg *3,2 22 2 2 =+=+∆= ba D lZ D vv đ δ λ Dtrv = 42; Dnv = 78 --> Dv = (42+78)/2 = 60 mm a=18 mm; b = 13,5 mm ; ƒ Hệ số từ tản r∙nh nghiêng rôto : 6,0) 8904,0 698,0(*952,1*5,0)(**5,0 22 2 2 === t bn trn λλ Hệ số từ tản phần đầu nối: 5,05816,03051,0952,1201,22222 =+++=+++=∑ rndtr λλλλλ ƒ Điện kháng rôto : )(10*298667,110*0581,5*5,6*50*9,710*)(***9,7 488212 Ω==∑= −−−λδlfx ƒ Điện kháng rôto quy đổi : )(335,1010*298667,1*306,79582 42 ' 2 Ω=== −xx γ Tính lại kE : 9642,0 220 22,7*09,1220* 1 11 =−=−= U xIU kE à Trị số này không sai khác so với trị số ban đầu 0,6% nên không cần tính lại ƒ Tính điện kháng hỗ cảm: )(615,194 09,1 22,7*09,122011 12 Ω=−= −= à à I xIU x B-Tính toán tụ điện cho bộ đổi nguồn: Theo Rick Christopherson ta lựa chọn tụ điện lần l−ợt nh− sau: C13 = 4 ữ5 lần công suất máy tính bằng mã lực(1HP = 0,75 kW) C23 = 10 ữ15 lần công suất máy tính bằng HP Ckđ = 40 ữ100 lần công suất máy tính bằng HP ở đây máy đổi nguồn có công suất 0,75 kW = 1HP do vậy sơ bộ ta chọn C13 = 4 đến 5àF, C23 = 10 đến 15àF và tụ khởi động Ckđ = 40 đến 100àF 15 Theo tác giả Jim Hanrahan chọn C13 bằng 25 đến 30 microfarads cho 1HP công suất. Với động cơ 0,75kW(1HP) do VIHEM chế tạo tính toán chọn tụ điện theo kinh nghiệm theo điện kháng t−ơng đ−ơng của động cơ phát, ở đây điện kháng t−ơng đ−ơng của mạch điện thay thế của máy điện không đồng bộ là xtđ = 0.5*(x12 + x1) = 0,5*(194,615+7,22) = 0.5*201,835 = 100,9175 (Ω), vậy để tạo ra sự lệch pha giữa các pha dây quấn ta chọn xC13 = xtd => C13 = 32 àF, tụ C23 = 40 àF 16 Bảng kết quả tính toán thiết kế điện từ máy đổi nguồn 1pha thành 3pha 1HP: Kích th−ớc cơ bản Thông số dây quấn Đ−ờng kính ngoài Stato Dn= 132 mm Đ−ờng kính trong Stato D = 80 mm Chiều dài lõi thép Lfe= 65 mm Số rãnh Stato/Rôto Z1/ Z2 = 36/28 Khe hở không khí δ = 0,3 mm Dây quấn Stato : Φ0,6 Số vòng dây 1 bin Ws =38 Vòng Dây quấn 2 lớp b−ớc lồng : y = 1 ữ 7; 9; 11; Số mạch nhánh song song a=1 Tụ điện: C13 = 32àF/400Vac; C23 = 40àF/400Vac; Ckđ = 150àF/250Vac Kích th−ớc rãnh Stato và Rôto 12 ,2 5 9 1,8 3,9 0, 4 1 Rãnh Rôto 0, 2 2 9, 5 5,3 14 ,2 3,7 Rãnh Stato 17 Phần II: Quy trình Công nghệ chế tạo máy đổi nguồn 1pha thành 3pha Quy trình chủ yếu sản xuất máy đổi nguồn 1pha thành 3pha đ−ợc thể hiện trong bảng 2-1: Bảng 2-1 Các quá trình công nghệ gia công Chi tiết hoặc nhóm chi tiết chế tạo hoặc gia công - Đúc gang có độ bền cao hoặc gang xám. - Dập nguội. - Gia công cắt gọt cơ khí. - Công nghệ chế tạo bối dây, gia công vật nối mềm và cứng. - Chế tạo các chi tiết cách điện. - Sơn chống gỉ . - Lắp ráp . - Sơn trang trí. - Thân, nắp, nắp mỡ, thân nắp hộp cực động cơ phát 3pha. - Lá tôn stato, rôto, nắp che quạt gió. - Thân, nắp, nắp mỡ, thân nắp hộp cực, thân nắp hộp bánh vít-trục vít, trục, bánh vít, trục vít, v v... - Quấn, bọc cách điện bối dây và cuộn dây, tẩm cách điện và ép bối dây, hàn đấu dây. - Cắt gọt nêm rãnh, giấy cách điện. - Các chi tiết: Thân, nắp, nắp mỡ, hộp cực, rôto, lòng trong stato v. v... - Lắp ráp cụm chi tiết và lắp ráp hoàn chỉnh máy đổi nguồn 1pha thành 3pha. I. Công nghệ chế tạo phần điện từ: Phần điện từ trong động cơ phát của máy đổi nguồn 1pha thành 3pha bao gồm: lá tôn stato, lá tôn rôto, lõi thép stato, lõi thép rôto, bối dây stato. Nói chung các b−ớc công nghệ chế tạo điện từ của máy đổi nguồn 1pha thành 3pha gồm các b−ớc: 1. Công nghệ chế tạo lá tôn: - Vật liệu: tôn silíc của Nga 2212, δ=0,5 mm - Các lá tôn đ−ợc dập nguội trên máy dập SD63 lực dập phù hợp đảm bảo tôn ít bị biến dạng, khuôn dập đ−ợc chế tạo trên máy CNC có độ chính xác cao để giảm độ ba via. 2. Công nghệ ép lõi thép: Quy trình công nghệ ép lõi thép của máy đổi nguồn 1pha thành 3pha đ−ợc ép đúng kích th−ớc thiết kế, đạt hệ số ép chặt kc= 0,98 và đ−ợc hãm giữ bằng gông ép. 3. Công nghệ chế tạo bối dây stato, rôto: 18 Bối dây stato và của rôto của máy đổi nguồn 1pha thành 3pha chế tạo đảm bảo đúng tiết diện dây, số sợi chập và số vòng: - Dây quấn stato là dây đồng cách điện cấp F, ký hiệu: PEW của Hàn Quốc. - Bin dây đ−ợc quấn trên máy quấn dây chuyên dùng có hệ thống đếm số vòng dây tự động. 4. Lồng đấu bối dây vào stato và rôto: - Lót cách điện rãnh stato và rôto bằng bìa cách điện cấp F. - Lồng bin dây vào rãnh. - Lót cách điện giữa các tổ bối dây, giữa các pha bằng bìa cách điện cấp F. - Nêm miệng rãnh bằng Téctôlít thuỷ tinh. - Hàn đấu các tổ bối dây trên máy hàn chuyên dùng. - Cách điện các mối nối bằng gen sợi thuỷ tinh tẩm sơn cách điện. - Đầu bin dây đ−ợc băng cách điện thuỷ tinh. - Kiểm tra cách điện pha-pha, pha-vỏ bằng máy H2 CPS. - Thử cao áp bằng máy thử cao áp HS 0110, điện áp thử 1500 V. 5. Sấy stato, rôto lồng dây: - Sấy mộc cụm stato, rôto lồng dây. Tẩm sơn cách điện bằng sơn (SPV128) của Hàn Quốc, sấy cụm stato, rôto lồng dây trong lò sấy tuần hoàn SZLB 112. 6. ép stato lồng dây vào thân. 7. Kiểm tra cao áp và đo điện trở một chiều của máy đổi nguồn 1pha thành 3pha. II. Công nghệ chế tạo các chi tiết cơ khí và Quy trình lắp ráp 1. Công nghệ chế tạo thân máy đổi nguồn 1pha thành 3pha (Hình 1): Thân động cơ phát và hộp chứa máy đổi nguồn là bộ phận cơ bản nhất quyết định hình dáng bên ngoài và độ bền kết cấu, bởi vậy thân máy phải đạt đ−ợc các yêu cầu: - Đối với thân đ−ợc chế tạo bằng ph−ơng pháp đúc phải có hệ thống rót đảm bảo dẫn kim loại vào khuôn êm. - Kết cấu của thân phải đảm bảo các chỗ chuyển tiếp từ thành dày sang thành mỏng không đột ngột vì khi nguội đi sẽ gây ra ứng lực bên trong ở những chỗ thành mỏng. 19 • L−u đồ chế tạo thân: Các b−ớc gia công Thiết bị gia công Yêu cầu kỹ thuật cần đạt đ−ợc Đúc trên khuôn cát - Dung sai đúc cấp chính xác II theo TCVN385-70. - Không rỗ, nứt, cong vênh. Máy phun bi SJW- 2 Các bề mặt sạch và nhẵn. - Dụng cụ đo. - Máy kiểm tra đa chức năng H2/CPS - Đúng mác vật liệu - Kích th−ơc đạt đ−ợc dung sai đúc - Không rỗ, rạn nứt. - Máy tiện CNC- SML 530 - Máy tiện CNC- SML 530 - Đạt đ−ợc các kích th−ớc và yêu cầu kỹ thuật nh− bản vẽ. - Trung tâm gia công ngang MINIMA TIC - Đạt đ−ợc các kích th−ớc nh− bản vẽ. - Trung tâm gia công ngang MINIMA TIC - Đạt đ−ợc các kích th−ớc nh− bản vẽ. - Trung tâm gia công ngang MINIMA TIC - Đạt đ−ợc các kích th−ớc nh− bản vẽ. 2. Công nghệ chế tạo thân, nắp (Hình 2 và Hình 3): Yêu cầu kỹ thuật của công nghệ chế tạo nắp : - Công nghệ đúc không nên có những chuyển tiếp đột ngột từ thành vách dày sang thành vách mỏng - Có độ cứng vững cao để không bị biến dạng do kẹp chặt khi gia công và để đảm bảo độ đồng tâm giữa gờ nắp và lỗ nắp ổ bi Đúc thân động cơ phát Làm sạch Kiểm tra công nghệ đúc Tiện b−ớc 1 Tiện b−ớc 2 Phay chân đế, hộp cực Khoan +Tarô lỗ bắt nắp Khoan lỗ chân đế và các hệ lỗ còn lại Kiểm tra gia công cơ khí Nhập kho 20 • L−u đồ chế tạo nắp: Các b−ớc gia công Thiết bị gia công Yêu cầu kỹ thuật cần đạt đ−ợc Đúc trên khuôn cát - Dung sai đúc cấp chính xác II theo TCVN385-70. - Không rỗ, nứt, cong vênh. Máy phun bi SJW- 2 Các bề mặt sạch và nhẵn. - Máy kiểm tra đa chức năng H2/CPS - Đúng mác vật liệu - Kích th−ơc đạt đ−ợc dung sai đúc - Không rỗ, rạn nứt. - Máy tiện CNC- SML 530 - Máy tiện CNC- SML 530 - Đạt đ−ợc các kích th−ớc và yêu cầu kỹ thuật nh− bản vẽ. - Máy khoan OF22 - Đạt đ−ợc các kích th−ớc nh− bản vẽ. - Đạt đ−ợc các yêu cầu nh− bản vẽ chi tiết Đúc thân và nắp máy Làm sạch Kiểm tra công nghệ đúc Tiện b−ớc 1 Tiện b−ớc 2 Khoan hệ lỗ Kiểm tra gia công cơ khí Nhập kho 21 3 .Quy trình lắp ráp máy đổi nguồn 1pha thành 3pha: Việc lắp ráp máy đổi nguồn 1pha thành 3pha đ−ợc thực hiện trên dây truyền lắp ráp hiện có của công ty. Quá trình lắp ráp máy đổi nguồn 1pha thành 3pha đ−ợc mô tả theo sơ đồ d−ới đây: Các chi tiết, cụm chi tiết điện từ Các chi tiêt, cụm chi tiết cơ khí ép lõi thép Stato lồng dây vào thân ép bi vào rôto trên trục Đ−a Rôto trên trục vào lòng trong Stato Lắp hai nắp, át- tô- mát, công tắc điều khiển, cầu chí và các tụ điện vào trong vỏ máy Lắp ráp hộp máy Sơn trang trí máy đổi nguồn 1pha thành 3pha Kiểm tra b−ớc 1 Kiểm tra b−ớc 2 Nhập kho 22 Phần III : Khảo nghiệm và đánh giá kết quả thử nghiệm I. Kiểm tra xuất x−ởng 1. Kiểm tra hình thức bên ngoài: - Các chi tiết của máy đổi nguồn 1pha thành 3pha đ−ợc lắp ráp đầy đủ. - Sơn trang trí bên ngoài phải đều, bóng, đẹp - Thân, nắp hộp máy đổi nguồn phải không vỡ, rạn và có vết nứt… 2. Kiểm tra điện trở cách điện megomh 500V - Điện trở cách điện giữa các pha của cuộn dây stato Rpha-pha ( MΩ ) ≥ 10 (MΩ). - Điện trở cách điện giữa các cuộn dây với vỏ máy Rpha-vỏ ( MΩ ) ≥ 10 (MΩ). 3. Kiểm tra độ bền cách điện (thời gian 1 phút): - Độ bền cách điện giữa các pha cuộn dây stato ở điện áp. Upha-pha ( V ) = 2Uđm ( V ) + 1000 V. - Độ bền cách điện cuộn dây stato với vỏ máy. Upha-Vỏ ( V ) = 2Uđm ( V ) + 1000 V. Trong đó: Uđm ( V ) là điện áp định mức của máy đổi nguồn Iđm ( A ) là dòng điện định mức của máy đổi nguồn 4. Kiểm tra điện trở thuần của cuộn dây stato: Với sai số ± 5% so với số liệu thiết kế 5. Kiểm tra đo điện áp và dòng điện ra tải Sai số không quá ±10% so với số liệu thiết kế Kểm tra điện áp và dòng điện 3pha trên động cơ tải 23 II. Đặc tính kỹ thuật đạt đ−ợc và số l−ợng sản phẩm máy đổi nguồn 1pha thành 3pha chế tạo thử nghiệm TT Tên gọi Đơn vị đo Kết quả đạt đ−ợc Số l−ợng sản phẩm (Máy) (1) (2) (3) (4) (5) 1. Kiểu máy 3PC90S4 2. Công suất kW 0,75 3. Điện áp vào 1pha V 220 4. Tần số nguồn điện Hz 50 5. Điện áp ra U12 V 220 6. Điện áp ra U23 V 218 7. Điện áp ra U13 V 222 8. Dòng điện ra I1 A 2,2 9. Dòng điện ra I2 A 1,8 10. Dòng điện ra I3 A 2,0 02 24 Kết luận và kiến nghị Kết luận: Đề tài nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy đổi nguồn 1pha thành 3pha đã đ−ợc Công ty cổ phần chế tạo máy điện Việt Nam-Hungary thực hiện thành công. Thành công của đề tài đã đem lại những lợi ích thiết thực cho doanh nghiệp - Đề tài nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy đổi nguồn 1pha thành 3pha tạo ra sản phẩm mới cho Công ty VIHEM nói riêng và ngành sản xuất máy điện của Việt Nam nói chung, góp phần vào việc nâng cao uy tín th−ơng hiệu và vị thế cạnh tranh cho của doanh nghiệp trong n−ớc - Đề tài đ−ợc thực hiện sẽ đáp ứng đ−ợc yêu cầu nội địa hoá, phát huy đ−ợc nội lực, tăng hiệu quả của nền kinh tế, tiết kiệm đ−ợc ngoại tệ do không phải nhập khẩu - Đề tài tạo điều kiện cho các cán bộ kỹ thuật, công nhân sản xuất tiếp cận đ−ợc sản phẩm mới, tri thức mới, là cơ sở để tiếp cận với công nghệ sản xuất hiện đại Kiến nghị: Để đề tài đi vào thực tiễn và có ích cho cuộc sống. Công ty VIHEM rất mong đ−ợc sự ủng hộ và quan tâm giúp đỡ của Nhà n−ớc cụ thể Bộ Công Th−ơng, Bộ Khoa học và Công Nghệ trong việc tiếp tục đầu t− nghiên cứu thiết kế ra các loại sản phẩm mới, sản phẩm đặc chủng có hàm l−ợng chất xám cao nhằm nâng cao giá trị sản phẩm sản xuất trong n−ớc, góp phần đa dạng hóa sản phẩm 25 Phụ lục 1: Tài liệu tham khảo 1. Trần Khánh Hà Thiết kế máy điện- Tập I, II Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, năm 1997 2. Vũ Gia Hanh - Trần Khánh Hà - Phan Tử Thụ – Nguyễn Văn Sáu Máy điện Tập I, II, III Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, Hà Nội năm 1998 3. A.V.IVANOV SMOLENSKI do các tác giả: Vũ Gia Hanh – Phan Tử Thụ biên dịch Máy điện Tập I, II, III Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật Hà nội, 1992 18. Bài viết của một số tác giả n−ớc ngoài chia sẻ trên Internet và Catalogue trên Website của một số hãng sản xuất bộ đổi nguồn 1 pha thành 3pha: +Tác giả Jim Hanrahan: www.metalwebnews.com/howto/ph-conv/ph- conv.html +Tác giả Matt Isserstedt: www.metalwebnews.com/howto/phase- converter/phase-converter.html +Tác giả Rick Cristopherson: woods/Articles/phaseconverter.htm www.isomatic.co.uk www.phase-a-matic.com www.powertransformer.us www.rotaryphaseconverters.com v,v,..... 26 Phụ lục 2: Các bản vẽ thiết kế máy đổi nguồn 1pha thành 3pha