Đồ án Thiết kế động cơ không đồng bộ roto dây quấn

Đồ án Thiết kế động cơ không đồng bộ roto dây quấn 1 Đồ án : Thiết kế động cơ không đồng bộ roto dây quấn LỜI NÓI ĐẦU Trong sản xuất hiện nay của nền kinh tế quốc dân hiện nay thì ứng dụng động điện vào việc truyền động cơ cấu để tạo ra các nguyên công nhằm tạo ra các sản phẩm phục vụ cho đời sống con người là rất phổ biến. Động cơ điện không đồng bộ rôto dây quấn nói riêng và động cơ không đồng bộ nói chung có kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ đây là loại động cơ được sử dụng rộng rãi nhất trong các nghành kinh tế quốc dân với dải công suất rộng từ vài chục tới hàng nghìn kilooat. Trên cơ sở các môn học về thiết kế máy điện em xin được trình bày bản thiết kế gồm có ba phần : Phần 1: Thiết kế điện từ Phần 2: Thiết kế kết cấu Phần 3: Thiết bị và công nghệ chế tạo rôto dây quấn của máy điện quay. Sau thời gian làm việc dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Trung Cư em đã hoàn thành bản thiết kế của mình. Tuy nhiên, do sự hiểu biết và kiến thức còn hạn chế nên bản thiết kế chắc chắn còn nhiều sai sót. Em rất mong được sự thông cảm và sự chỉ bảo của các thày các cô để em có thể hoàn thiện hơn nữa. Em xin gửi lời chân thành cảm ơn đến tất cả các thầy các cô trong bộ môn và các thầy cô trong trường đại học Bách khoa Hà nội đã nhiệt tình dạy em trong những năm qua. 2 PHẦN I THIẾT KẾ ĐIỆN TỪ CHƯƠNG 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.1. Phân loại -Theo kết cấu của vỏ, máy điện không đồng bộ có thể chia thành các kiểu chính sau: kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín, kiểu phòng nổ, v.v… +Kiểu hở không có trang bị bảo vệ sự tiếp xúc ngẫu nhiên các bộ phận quay và bộ phận mang điện, cũng không có trang bị bảo vệ các vật bên ngoài rơi vào máy. Theo cấp bảo vệ thì đây là loại IP00. Loại này được chế tạo theo kiểu tự làm nguội. Loại này thường đặt trong nhà, có người trông coi và không cho người ngoài đến gần. +Kiểu bảo vệ có bảo vệ chống sự tiếp xúc ngẫu nhiên các bộ phận quay hay mang điện, bảo vệ các vật ở ngoài hoặc nước rơi vào theo các góc độ khác nhau. Loại này thường là tự thông gió. Theo cấp bảo vệ thì kiểu này thuộc các cấp bảo vệ từ IP11 đến IP33. +Kiểu kín là loại máy mà không gian bên trong máy và môi trường bên ngoài được cách ly. Tùy theo mức độ kín mà cấp bảo vệ là từ IP44 trở lên Kiểu kín thường là tự thông gió bằng cách thổi gió ở mặt ngoài vỏ hay thông gió độc lập bằng cách đưa gió vào trong máy bằng đường ống. Thường dùng loại này ở môi trường nhiều bụi, ẩm ướt, v.v… -Theo kết cấu của rôto, máy điện không đồng bộ chia làm hai loại: loại rôto kiểu dây quấn và loại rôto kiểu lồng sóc. -Theo số pha trên dây quấn stato có thể chia thành các loại: một pha, hai pha và ba pha. 1.2. Kết cấu 3 Máy điện không đồng bộ bao gồm các bộ phận chính là phần tĩnh hay stato và phần quay hay rôto. 1. Phần tĩnh hay stato Trên stato máy điện không đồng bộ có vỏ, lõi sắt và dây quấn. a. Vỏ máy Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng để làm mạch dẫn từ. Thường vỏ máy làm bằng gang .Tuỳ theo cách làm nguội mà vỏ cũng được chế tạo ở những dạng khác nhau. Loại gang đúc được phân làm hai loại: loại có gân trong và loại không có gân trong. Loại không có gân trong thường dùng đối với máy điện cỡ nhỏ hoặc kiểu kín, lúc đó lưng lõi sắt áp sát vào mặt trong của vỏ và truyền nhiệt trực tiếp lên vỏ máy. Loại có gân trong có đặc điểm là lúc gia công, tốc độ cắt gọt chậm nhưng phôi liệu bỏ đi ít hơn loại có gân trong. Đối với máy có công suất tương đối lớn ( 1000kW ) thường dùng thép tấm hàn lại làm thành vỏ. b. Lõi sắt Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên để giảm tổn hao, lõi sắt được làm bằng những lá thép kĩ thuật điện dày 0,5 mm ép lại. Khi đường kính ngoài lõi sắt stato nhỏ hơn 990 mm thì dùng cả tấm tròn ép lại. Khi đường kính ngoài lớn hơn 1000 mm thì phải dùng những tấm hình rẻ quạt ghép lại thành khối tròn. Mỗi lá thép kĩ thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Nếu lõi sắt ngắn hơn 25 đến 30 cm thì có thể ghép lại thành một khối. Nếu lõi sắt dài hơn trị số trên thì thường ghép thành từng thếp ngắn, mỗi thếp dài 4 đến 6 cm, đặt cách nhau 1 cm để thông gió cho tốt. c. Dây quấn Dây quấn stato gồm nhiều phần tử nối với nhau theo một quy luật nào đó Phần tử ở đay cũng chính là bối dây được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõi sắt.Bối dây quấn xó thể chỉ là một vòng dây (được gọi là 4 dây quấn kiểu thanh dẫn , bối dây thường được chếtạo dạng 1/2 phần tử và tiết diện thường lớn) , cũng có thể có nhiều vòng dây (tiết diện nhỏ và gọi là qây quấn kiểu vòng dây).Số vòng dây của mỗi bối, số bối của mỗi pha và cách nối lại phụ thuộc vào công suất, điện áp, tốc độ, điều kiện làm việc của máy và quá trình tính toán điện từ. Yêu cầu chính đối với dây quấn như sau: 1.Điện áp của ba pha bằng nhau trong dây quấn ba pha , điện áp ba pha lệch nhau 1200 góc độ điện. 2.Điện trở và điện kháng của các mạch song song và của ba pha bằng nhau 3.Có thể đấu thành các mạch song song một cách dễ dàng khi cần thiết. 4.Dùng vật liệu dây dẫn điện ít nhất.Phần đầu nối càng ngắn càng tốt để thu ngắn chiều dài của máy và đỡ tốn vật liệu . 5.Dễ chế tạo và sửa chữa . 6.cách điện giữa các vòng dây, các pha và với đất ít tốn kém và chắc chắn 7.Kết cấu chắc chắn, có thể chịu được ứng lực cơ khi máy bị ngắn mạch đột ngột hay khi khởi động. 2. Phần quay hay rôto Phần này gồm hai bộ phận chính là lõi sắt và dây quấn. a. Lõi sắt. Người ta dùng các lá thép kĩ thuật điện giống như ở stato. Lõi sắt được ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá rôto của máy. Phía ngoài của lá thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn. b. Rôto và dây quấn rôto. Rôto có hai loại chính là: rôto kiểu dây quấn và rôto kiểu lồng sóc. - Loại rôto kiểu dây quấn: Rôto có dây quấn giống như dây quấn stato Trong máy điện cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp vì bớt được những dây đầu nối, kết cấu dây quấn trên rôto chặt chẽ. Trong 5 máy điện cỡ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp. Dây quấn ba pha của rôto thường đấu hình sao, còn ba đầu kia được nối vào ba vành trượt thường làm bằng đồng được đặt cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với mạch điện bên ngoài. Đặc điểm của loại động cơ điện rôto kiểu dây quấn là có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ hay sức điện động phụ vào mạch điện rôto để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy. Khi máy làm việc bình thường dây quấn rôto được nối ngắn mạch. - Loại rôto kiểu lồng sóc: Kết cấu của loại dây quấn rôto này rất khác với dây quấn stato. Trong mỗi rãnh của lõi sắt rôto đặt các thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối ngắn mạch ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng mà người ta quen gọi là lồng sóc. Dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt. Để cải thiện tính năng mở máy, trong máy công suất tương đối lớn, rãnh rôto có thể làm thành dạng rãnh sâu hoặc làm thành hai rãnh lồng sóc hay còn gọi là lồng sóc kép Trong máy điện cỡ nhỏ rãnh rôto thường được làm chéo đi một góc so với tâm trục. c. Khe hở Vì rôto là một khối tròn nên khe hở đều. Khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ để hạn chế dòng điện từ hoá lấy từ lưới vào và như vậy mới có thể làm cho hệ số công suất của máy cao hơn. 3. Các lượng định mức Máy điện không đồng bộ có các trị số định mức đặc trưng cho điều kiện kỹ thuật của máy. Các chỉ số này do nhà máy thiết kế, chế tạo quy định và được ghi trên nhãn máy. Vì máy điện không đồng bộ chủ yếu làm việc ở chế độ động cơ điện nên trên nhãn máy ghi các trị số định mức của động cơ điện khi tải định mức. Các trị số đó thường bao gồm: công suất định mức ở đầu trục Pđm (kW hay W), dòng điện dây định mức Idm (A), điện áp dây định mức 6 Udm (V), cách đấu dây ( Y hay Δ ), tốc độ quay định mức nđm ( vg/ph ), hiệu suất định mức ηđm và hệ số công suất định mức cosϕđm,… 4. Công dụng của máy điện không đồng bộ Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu làm động cơ điện. Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên động cơ không đồng bộ là loại máy được dùng rộng rãi nhất trong các nghành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng nghìn kilôoat Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ, v.v…Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió. Trong nông nghiệp dùng để làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm Trong đời sống hàng ngày, máy điện không đồng bộ cũng dần dần chiếm một vị trí quan trọng: quạt gió, máy quay đĩa, động cơ trong tủ lạnh, v.v…Tóm lại theo sự phát triển của nền sản xuất điện khí hoá, tự động hoá và sinh hoạt hàng ngày, phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ ngày càng rộng rãi. Tuy vậy, máy điện không đồng bộ có những nhược điểm như sau: cosϕ của máy thường không cao và đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt nên ứng dụng của máy điện không đồng bộ có phần bị hạn chế. Máy điện không đồng bộ có thể dùng làm máy phát điện nhưng đặc tính không tốt so với máy phát điện đồng bộ, nên chỉ trong một số trường hợp nào đó cần nguồn điện phụ hay tạm thời thì nó cũng có một ý nghĩa quan trọng. 7 CHUƠNG 2 TÍNH TOÁN ĐIỆN TỪ 2.1.Tính toán kích thước chủ yếu 2.1.1.Tìm hiểu chung Những kích thước chủ yếu trong máy điện không đồng bộ là đường kính trong stato và chiều dài lõi sắt l. Mục đích của việc tính toán lựa chọn kích thước chủ yếu này để chế tạo đựơc máy điện có tính kinh tế hợp lý nhất mà tính năng phù hớp với các tiêu chuẩn nhà nước.Tính kinh tế của máy không phải chỉ là vật liệu sử dụng chế tạo ra máy mà còn sét đến quá trình chế tạo trong nhà máy như khuôn dập, vật đúc, các kích thước được tiêu chuẩn hoá… Tra bảng P1.3 .Các thông số kĩ thuật của động cơ 4A (trang 236)sách “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí của Trịnh Chất và Lê Văn Uyển với động cơ không đồng bộ có công suất P=90kW, 2p=4, nđb=1500vg/ph ta tra được kiểu động cơ như sau: 4A250M4, cosϕ =0,91 và 93,0=η ; nđm=1480 vg/ph; mmax=2,2. 2.1.2.Lựa chọn tính toán các kích thước chủ yếu a.Các số liệu định mức 1.Công suất định mức: Pđm=90 kW 2.Điện áp định mức: Uđm=220/380 V đấu ΥΔ / 3.Tần số: f=50 Hz 4.Tốc độ đồng bộ: nđb=1500[vòng /phút] 5.Kiểu máy : kiểu bảo vệ IP23 6.Chế độ làm việc: liên tục 7.Cấp cách điện : cấp B 8.Số đôi cực : p=60f/nđb=60.50/1500=2 9.Dòng điện pha định mức: m®m®11 3 1 cos..U.m 10.P = φη Ι , A (2.1) 8 Trong đó : m1 -là số pha dây quấn của stato; P - công suất định mức của động cơ(kW); I1- dòng điện pha định mức trong dây quấn stato(A); U1- điện áp pha định mức đặt vào dây quấn stato(V); m®η - hiệu suất định mức của động cơ; cos ϕđm - là hệ số công suất định mức của động cơ. Thay số ta có: I1= 91,0.93.0.220.3 10.90 3 = 161,129 A b.Xác định kích thước chủ yếu 10.Công suất tính toán : P’ = dmdm dmE .cos P.k ϕη kVA (2.2) Trong đó : P’ - công suất tính toán(kVA); kE= U E =0,98 tra hình 10-2 (trang 231) sách “Thiết Kế Máy Điện” của Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh (“TKMĐ” ); Pđm- công suất định mức của động cơ(kW); m®η - hiệu suất của động cơ; cosϕđm - hệ số công suất định mức của máy; Thay số ta được: P’= 91,0.93,0 90.98,0 = 104,22 kVA 11.Đường kính ngoài của stato: Từ công suất của động cơ không đồng bộ rôto dây quấn ta tra sách “TKMĐ” được chiều cao tâm trục của máy này là h= 250 mm .Ta tra bảng 10.3 sách(“TKMĐ”) được 9 Dn = 43,7 cm 12.Đường kính trong của stato: D = Dn.kD cm (2.3) =(0,64 ~ 0,68).43,7=(27,968~29,716) cm Trong đó: kD = 0,64 ~ 0,68 , tra bảng 10.2 sách “TKMD” ở đây ta chọn D =29,7 cm 13.Bước cực của stato: τ = p2 D.π , cm (2.4) Trong đó : τ - là bước cực(cm); D – là đường kính trong stato, D=29,7 cm (đã tính ở mục 12) ; p – là số đôi cực từ , p=2 . Thay số ta có: τ = 4 7,29.π =23,3145 cm 14.Chiều dài lõi sắt stato: δl = db 2 ds 7 n.D...k.k. 10'.P.1,6 δδ ΒΑα cm (2.5) Trong đó : P’ – công suất tính toán , P’=104,22 kVA (đã tính ở mục 9 ); δα - hệ số xung cực từ , chọn δα = 0,64; k S - hệ số dạng sóng , chọn k S = 1,11; k d1 – hệ số dây quấn stato, lấy kd1 = 0,92; với máy có chiều cao tâm trục h= 180 ÷250 mm thì thường chọn dây quấn hai lớp đặt vào rãnh nửa kín thì kd = 0,91÷0,92 ở đây ta chọn kd1= 0,92 A - tải đường(A/cm); δB - từ cảm qua khe hở không khí (T); 10 Tra hình 10-3 (trang 234) sách “TKMĐ” có: A=430 A/cm ; T74.0=Βδ ; D -đường kính trong stato , D=29,7 cm (đã chọn ở mục 12) ; nđb - tốc độ đồng bộ(v/ph); nđb = p f60 1 = 2 50.60 = 1500 , v/ph (2.6) Thay số ta được : δl = 1,231500.7,29.74,0.430.92,0.11,1.64,0 10.22,104.1,6 2 7 ≈ cm Trong máy điện không đồng bộ, khi chiều dài lõi sắt δl =250~300 mm thì việc tản nhiệt không khó khăn lắm nên lõi thép có thể ép thành một khối. Do lõi sắt phần ứng stato ngắn nên làm thành một khối với việc không có rãnh thông gió làm mát bằng quạt gió . Chiều dài toàn bộ lõi sắt stato được chọn bằng: l1= δl =23 cm. 15.Lập phương án so sánh : λ = τ δl = 3145,23 23 ≈0,9865 (2.7) trong dãy động cơ không đồng bộ , công suất 110 kW và 2p =4 có cùng đường kính ngoài (cùng chiều cao tâm trục h) với máy công suất 90 kW và 2p =4 .Hệ số tăng công suất của máy là : γ === 90 110 P P 90 110 1,2222 như vậy là λ 110 = γ .λ 90 =1,2222.0,9865 =1,2 Theo hình 10- 3b , hai hệ số λ 110 , λ 90 đều nằm trong phần gạch chéo của hình 10-3b sách “TKMĐ” (trang 235) nên việc chọn phương án trên là có tính kinh tế cao . 11 2.2.Thiết kế stato và khe hở không khí 2.2.1.Tìm hiểu về dây quấn và lõi sắt stato Việc chọn kiểu dây quấn và kiểu rãnh stato được căn cứ vào một số cách sau đây: +Stato máy điện xoay chiều thường dùng loại rãnh 1/2 kín , 1/2 hở và rãnh hở .Rãnh 1/2 kín thường dùng ở stato máy công suất đến 100 kW điện áp đến 690 V.Có thể dùng dây quấn một lớp, hai lớp, dây quấn phân tán được cấu tạo từ những phần tử mền , tiết diện tròn . +Căn cứ vào điện áp và chiều cao tâm trục để chọn loại dây quấn ; với điện áp U V660≤ , chiều cao tâm trục h ≤ 160 mm có thể chọn dây quấn đồng tâm đặt vào rãnh 1/2 kín.Với h=180 – 250 mm dùng dây quấn hai lớp đặt vào rãnh 1/2 kín.Với h ≥ 280 mm, dùng dây quấn hai lớp phần tử cứng đặt vào rãnh 1/2 hở. Với máy đang thiết kế có P=90 kW ,chiều cao tâm trục h=250 mm , điện áp dây quấn stato Uđm=380 V thì chọn dây quấn hai lớp đặt vào rãnh 1/2 kín Lõi sắt stato máy điện không đồng bộ thường làm bằng lá thép kỹ thuật điện .Trong máy có chiều cao tâm trục h≤ 250 mm thường dùng thép 2211 hay thép 2212 , khi h=280 ÷355 mm dùng thép 2312 có phủ sơn bề mặt và khi h ≥ 400 mm điện áp 6000V dùng thép 2411 phủ sơn bề mặt .Với máy đang thiết kế thì ta dùng thép có mác 2212 để chế tạo lõi sắt stato. 2.2.2.Tính toán dây quấn và lõi sắt stato: 16.Chọn số rãnh một pha dưới một cực : q1=4 khi thiết kế dây quấn stato cần phải xác định số rãnh của một pha dưới một cực q1 . Nên chọn q1 trong khoảng từ 2 ÷ 5 .Thường lấy q1=3 ÷4. Với máy công suất nhỏ hoặc tốc độ thấp , lấy q1 = 2 .Máy tốc độ cao, công suất lớn có thể chọn q1=6. Chọn q1 nhiều hay ít cóảnh hưởng đến số rãnh stato Z1 Số rãnh này không nên nhiều quá, vì như vậy diện tích cách điện rãnh chiém chỗ so với số rãnh ít sẽ nhiều hơn , do đó hệ số lợi dụng rãnh sẽ kém đi . Mặt 12 khác , về phương diện độ bền cơ mà nói , răng sẽ yếu,ít răng quá sẽ làm cho dây quấn phân bố không đều trên bề mặt lõi sắt nên sức từ động phần ứng có nhiều sóng bậc cao.Trị số q1 nên chọn số nguyên . 17.Số rãnh stato: Z1=2.m1.p.q1 = 2.3.2.4 =48 rãnh (2.8) Trong đó : Z1- số rãnh stato ; m – là số pha của động cơ, m=3; p – là số đôi cực từ của động cơ, p =2; q1- là số rãnh của một pha dưới một cực, q1=4. 18.Bước răng stato: t1= 1Z D.π , cm (2.9) Trong đó : t1- là bước rãnh stato(cm); D – là đường kính trong của stato, D=29,7 cm; Z1 – là số rãnh của stato, Z=48 rãnh (đã tính ở mục 17). Thay số ta được : t1= 48 7,29.π ≈ 1,943cm 19.Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh: ur1 = 1 11 a.t. Ι Α thanh (2.10) Trong đó : A – là tải đường, A=430 A/cm (đã được xác định ở mục 14); t1 – bước rãnh stato, t1=1,943 cm (đã được xác định ở mục 18); I1 – dòng điện pha stato định mức, I1=161,129A( tính ở mục 9); a1 – là số mạch nhánh song song của một pha, a1=4; chọn số mạch nhánh song song là ước số chung của số cực từ . Thay số ta được : 13 ur1 = 129,161 4.943,1.430 =20.74 thanh với dây quấn hai lớp ta chọn ur1=20 (là số nguyên chẵn) 20.Số vòng dây nối tiếp của một pha: w1=p.q1. 1 1r a u vòng (2.11) Trong đó : w1- là số vòng dây nối tiếp của một pha, vòng; p – là số đôi cực từ, p=2; q1 – số rãnh của một pha dưới một cực, q1=4(chọn ở mục 16); a1- là số mạch nhánh song song, a1=4 (chọn ở mục 19); ur1- là số thanh dẫn của một pha dưới một cực (đã có ở mục 19). Thay số ta được : w1=2.4. 4 20 =40 vòng 21.Tiết diện dây quấn và đường kính dây quấn stato: Mật độ dòng điện : J1’ = A J.Α , A/cm.mm2 (2.12) Trong đó: AJ =3060 -25%.3060 =2295 A2/cm.mm2 - là tích số được chọn theo hình 10-4d(trang 237) sách “TKMĐ”. Ở hình này là ứng dụng cho động cơ không đồng bộ cấp cách điện cấp F , với cấp cách điện B hoặc E thì tích số AJ được lấy thấp hơn vào khoảng 25÷30%. A - tải đường, A=430 A/cm (đã biết ở mục 14) Thay số : J’ = 430 2295 =5,3372 A/mm2 Tiết diện dây (sơ bộ): 14 s1’ = ' 111 1 J.n.a Ι mm2 (2.13) Trong đó : I1 - dòng điện pha stato định mức(A) (đã tính ở mục 9) ; a1- là số mạch nhánh song song (đã chọn ở mục 20) ; n1- là số sợi dây ghép song song, chọn n1 =4 ; J1’ - là mật độ dòng điện(A/mm2 )(đã được tính ở trên). Thay số ta được : s1’ = 337,5.4.4 129,161 ≈ 1.887 mm2 Theo phụ lục VI , bảng VI .1 chọn dây đồng loại PETV có đường kính d/dcđ =1,56/1,645 , s1 =1,911 mm2 22.Mật độ dòng điện trong dây quấn stato: 27,5 4.4.911,1 129,161 n.a.s I J 111 1 1 === A/cm2 23.Kiểu dây quấn stato: chọn kiểu dây quấn là dây quấn xếp hai lớp bước ngắn với bước dây quấn là y=10.và hệ số rút ngắn bước dây quấn là: β1 = τ y = 12 10 = 0,8333 (2.14) Trong đó : τ = p Z 2 1 =48/4 =12 , là bước cực stato theo bước rãnh. 24.Hệ số dây quấn: Hệ số bước ngắn : ky1 = sinβ. 2 π = sin 2 . 12 10 π =0,966 (2.15) Hệ số bước rải : 15 kr1 = 2 sin.q 2 .qsin 1 1 α α = 2 15 sin.4 2 15 .4sin 0 0 =0,958 (2.16) Trong đó : Góc lệch liên tiếp của hai rãnh kề nhau 1 0 z 360.p=α = 48 360.2 0 =150 (2.17) Hệ số dây quấn : kdq1 =kr1 . ky1 = 0,966.0,958 ≈0,925 (2.18) 25.Từ thông khe hở không khí: 11dqs 1E w.f.k.k.4 U.k=Φ , Wb (2.19) Trong đó : kE – là hệ số biến áp, kE=0,98 (xem mục 10); U1 - điện áp pha định mức đặt vào dây quấn stato, U1=220 V; ks – hệ số đã xác định ở mục 13, ks =1,11; 1dqk – hệ số dây quấn stato, 1dqk = 0,925(đã xác định ở mục 24); f – tần số dòng điện, f= 50 Hz; w1 – số vòng dây nối tiếp của một pha, w1 =40 vòng (mục 20). Thay số ta được: 40.50.925,0.11,1.4 220.98,0=Φ = 0,02625 Wb 26.Mật độ từ thông khe hở không khí : 1 4 l.. 10. τα Φ=Β δ δ T (2.20) Trong đó : Φ -từ thông khe hở không khí,Φ =0,02625 Wb(mục 25); 16 δα - hệ số xung cực từ, δα =0,64(chọn ở mục 14); τ - bước cực, τ=23,3145 cm (tính ở mục 13); l1 – chiều dài toàn bộ lõi sắt stato, l1 =23 cm (theo mục 14) . Thay số ta được : 23.3145,23.64,0 10.02625,0 4=Βδ =0,7649 T 27.Sơ bộ định chiều rộng của răng: 1c11z 1 1z ' k.l.B t.l.B b δδ= cm (2.21) Trong đó : 1z'b - là chiều rộng sơ bộ của răng stato(cm); δΒ - mật độ từ thông khe hở không khí, δΒ =0,7649T( mục 26); δl - chiều dài tính toán của stato, δl =23 cm (tính ở mục 14); l1- chiều dài toàn bộ lõi sắt stato, l1=23 cm(tính ở mục 14); t1 - là bước rãnh stato, t1=1,943 cm (tính ở mục 18); kc1 - là hệ số ép chặt lõi sắt của stato, kc1 = 0,95; 1zΒ - là trị số trung bình mật độ từ thông trên răng stato; Tra bảng 10.5b (trang 241) sách “TKMĐ”, lấy 1zΒ =(1,8~2 )T. Thay số ta tính được: 846,0 95,0.23.85,1 943,1.23.7649,0 b 1z' ≈= cm 28.Sơ bộ chiều cao gông stato: cm k.l..2 10. h c11g 4 1g ' Β Φ= (2.22) Trong đó : 1g 'h - là chiều cao gông sơ bộ của stato, cm; Φ - là từ thông khe hở không khí, Φ =0,02625 Wb(tính ở mục 25); 17 l1- là chiều dài toàn bộ lõi sắt stato, l1=23 cm (mục 14); kc1- là hệ số ép chặt lõi sắt, lấy kc1= 0,95; 1gΒ - là mật độ từ thông trong gông stato, T; Tra bảng 10.5a (trang 240)sách “TKMĐ’’, lấy 1gΒ =1,5 T. Thay số ta được : cm4 95,0.23.5,1.2 10.02625,0 h 4 1g ' == 29.Kích thước rãnh và cách điện rãnh : chọn rãnh hình quả lê như hình vẽ sau đây Hình 1.1 Kích thước rãnh stato • Chiều cao rãnh stato: b4 h41 h12 hr2 d1 d2 18 1g'n1r h2 DD h −−= cm (2.23) Trong đó: Dn- là đường kính ngoài của stato, Dn=43,7 cm (theo mục 11); D - là đường kính trong stato, D=29,7cm (xác định ở mục 12); 1g'h - là chiều cao sơ bộ của gông stato, 1g'h =4 cm (mục 28). Thay số ta được: 34 2 7,297,43 h 1r =−−= cm • Bề rộng rãnh stato : Chọn bề rộng rãnh stao b41= 3 mm =0,3 cm - Chiều rộng rãnh stato phía đáy tròn nhỏ (d2) cm Z Z.b)h.2D( d 1 11z ' 41 2 π− −+π= (2.24) Trong đó : D - là đường kính trong của lõi sắt stato, D =29,7 cm (ở mục 12); 1Z'b - chiều rộng sơ bộ của răng stato, b’Z1 =0,846 cm ( ở mục 27); Z1 - là số rãnh stato, Z1=48 rãnh (tính ở mục 18); h41 = 0,05 cm . Thay số ta được : cm1811,1 48 48.846,0)05,0.27,29( d2 ≈π− −+π= Ta chọn d2= 1,18 cm=11,8 mm - Chiều rộng stato phía đáy tròn lớn(d1) : cm Z Z.b)h.2D( d 1 11z ' 1r 1 π+ −+π= (2.25) Trong đó : D – đường kính trong lõi sắt stato, D=29,7 cm (theo mục 12). Thay số ta được : 19 39832,1 48 48.846,0)3.27,29( d1 ≈π+ −+π= cm chọn d1=1,4 cm=14 mm - Tính chiều cao h12 h12 = hr1- h41 – d1/2 =30 - 0,5 - 14/2=22.5 mm • Tính tiết diện rãnh: +Diện tích rãnh trừ nêm: 221221 2 1 2 2 r ' mm) 2 d h( 2 dd 8 )dd.( S −+++π= (2.26) 2 22 r ' mm722,345)2/8,115,22( 2 8,1114 8 )148,11.( S =−+++π= +Diện tích cách điện của rãnh: Theo bảng VIII-1 ở phụ lục VIII với chiều cao tâm trục h=250mm ta tra ra chiều dày cách điện rãnh là c= 0,4 mm và chiều dày cách điện giữa hai lớp là c’ = 0,5 mm 1 - là tấm cách điện phía trong có chiều dày là bằng 0,4 mm 2 - là tấm cách điện giữa hai lớp có bề dày là 0,4 mm Hình 1.2 cách điện rãnh stato 3 - là tấm cách điện phía đáy tròn nhỏ có bề dày 0,5mm 2'22112 1 cd mmc.2 d. c)]dd(h2 2 d. [S π++++π= (2.27) 20 2cd mm375,465,0.2 8,11. 4,0)]8,1114(5,22.2 2 14. [S =π++++π= +Diện tích có ích của rãnh stato: Sr=S’r-Scđ = 345,722- 46,375 =299,347 mm2 30.Hệ số lấp đầy: kđ = r 2 cdr1 S d.u.n (2.28) Trong đó : n1 - là số sợi chập, lấy n1 =4 sợi (đã chọn ở mục 21); ur - là số thanh dẫn tác dụng của một nhánh, ur =20(mục 19); dcđ - là đường kính dây kể cả cách điện, dcđ=1,645 mm. Thay số ta được: Kđ = 72318,0 347,299 645,1.20.4 2 = 31.Bề rộng răng stato: Hình 1.3 kích thước răng rãnh stato • Bề rộng răng stato phía đáy tròn nhỏ (d2) 21 Từ hình học ta có 12 ' 1z241 Z)db()dh.2D( +≈++π (2.29) biến đổi ta có cm8466,018,1 48 )18,105,0.27,29( d Z )dh.2D( b 2 1 241' 1Z =−++π=−++π= • Bề rộng răng stato phía đáy tròn lớn(d1) Từ hình học ta có )]hh(2D.[Z).db( 411211 " 1Z ++π≈+ (2.30) biến đổi ta được cm844,04,1 48 )]05,025,2.(27,29.[ d Z )]hh(2D.[ b 2 1 4112" 1Z ≈−++π=−++π= • Bề rộng răng trung bình của stato cm8452,0 2 844,08466,0 2 bb b " 1Z ' 1Z 1Z =+=+= (2.31) 32.Chiều cao gông stato: 11rn1g d.6 1 h 2 DD h +−−= (2.32) cm23,44,1. 6 1 3 2 7,297,43 h 1g =+−−= 33.Khe hở không khí: Khi chọn khe hở không khí δ ta cố gắng lấy nhỏ để cho dòng điện không tải nhỏ và cosϕ cao, Nhưng 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 thất 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 lớn P=90KW) >20 (KW), 2p=2ta có: 22 ( )mm8,0) 4 9 1( 1200 297 ) p.2 9 1( 1200 D =+=+≈δ (2.33) Tra theo bảng 10.8(trang 253) sách “TKMĐ” ta chọn khe hở không khí )mm(1=δ . 2.3. Dây quấn , rãnh và gông rôto 2.3.1.Tìm hiểu về dây quấn và lõi sắt rôto Trong máy điện không đồng bộ thì sự khác nhau chủ yếu ở rôto.Tính năng máy tốt hay xấu cũng ở rôto.Đối với rôto dây quấn không có yêu cầu về khởi động mà chỉ phải thoả mãn tiêu chuẩn nhà nước về hiệu suất, cosϕ , bội số mômen cực đại trong điều kiện làm việc định mức . Dây quấn rôto thường dùng loại dây quấn xếp hai lớp phần tử mềm với các máy có chiều cao tâm trục h=160÷200 mm .Khi h ≥ 225 mm dùng dây quấn sóng kiểu thanh dẫn vì nó có nhiều ưu điểm như là nó giảm khối lượng đồng ở phần đầu nối ra, nâng cao điện áp ở vành trượt để giảm nhỏ dòng điện qua chổi than tránh hiện tượng phóng điện ở chỗ tiếp xúc giữa chổi than và vành trượt gây hỏng máy. Rãnh rôto là loại rãnh nửa kín có cạnh song song dây quấn rôto dạng thanh được nhét vào rãnh rôto bằng cách đưa qua lỗ rãnh rồi được hàn lại chứ không phải lồng vào rãnh qua bề rộng miệng rãnh như dây quấn phần tử mền . 2.3.2.Tính toán dây quấn, rãnh và gông rôto: 34.Số rãnh rôto: Z2=6.p.q2 (2.34 ) Trong đó: q1 là số rãnh dây quấn rôto của một pha dưới một cực được chọn như sau q2=q1+1=5 Z2=6.2.5=60 35.Đường kính ngoài rôto: D’=D-2.δ =29,7-2.0,1=29,5 cm (2.35) 23 36.Đường kính trong rôto(hay đường kính trục): D2 = Dt=0,3.D=0,3.29,7=8,91 cm (2.36) Lấy Dt=89 mm=8,9 cm. 37.Chiều dài lõi sắt rôto: Lõi sắt rôto thường lấy bằng chiều dài lõi sắt stato hoặc là lấy l2=l1+(0,4 ÷1)cm.Ở đây ta chọn như sau: l2=l1+0,5 =23+0,5=23,5 cm 38.Bước răng rôto: t2 = 2 ' Z D.π cm (2.37) Trong đó: D’ - là đường kính ngoài của rôto(cm) ( đã tính được ở mục 35); Z2 - là số rãnh của rôto ( xem ở mục 24). t2 = cm544,1 60 5,29. =π 39.Kiểu dây quấn : Chọn dây quấn hai lớp dạng sóng kiểu thanh dẫn, quấn bước đủ Với hệ số rút ngắn bước dây rôto β2 = 2 2y τ =15 15 = 1 (2.38) Trong đó : Bước cực rôto được tính như sau 2τ = 4 60 p2 Z2 = =15 (2.39) 40.Hệ số dây quấn rôto: Hệ số rút ngắn bước dây quấn rôto : ky2 = sinβ1. 2 π = sin 2 . 15 15 π =1 (2.40) Hệ số bước rải : 24 kr2 = 2 sin.q 2 .qsin 2 2 α α = 2 12 sin.5 2 12 .5sin 0 0 =0,9567 (2.41) Trong đó :góc lệch liên tiếp giữa hai rãnh liền kề 2 0 z 360.p=α = 60 360.2 0 =120 (2.42) Hệ số dây quấn : kdq 2 =kr2 . ky2 = 0,9567.1 =0,9567 (2.43) 41.Số vòng dây một pha của rôto: 205.4pq2w 22 === vòng (2.44) 42.Dòng điện rôto: I2= 2dq22 1dq11 1I k.w.m k.w.m .I.k , A (2.45) Trong đó: kI =0,92 tra hình 10-5 sách “TKMĐ”; m1, m2 là số pha dây quấn của stato và rôto; w1 - là số vòng dây quấn một pha của stato,w1=40(tính ỏ mục 20); w2 - là số vòng dây quấn một pha của rôto, w2= 20 (tính ỏ mục 41); kdq1=0,925 (tính ở mục 24); kdq2 = 0,9567 (tính ở mục 40). I2= 619,286 9567,0.20.3 925,0.40.3 .129,161.92,0 = A 43.Mật độ dòng điện rôto(sơ bộ): Thường đối với dây quấn sóng kiểu thanh dẫn thì J2 = 4,5 ~5,5 A/mm2 (sách “TKMĐ” trang 244 44.Tiết diện thanh dẫn rôto(sơ bộ): 2 2 2 2 mm1125,525,5 619,286 J I 's === (2.46) 45.Kích thước rãnh rôto: 25 • Sơ bộ lấy chiều rộng rãnh rôto: b’r2= (0,4~0,45).t2 =(0,4~0,45)1,544 =(0,6176~0,6948) cm Trong đó: t2 =1,544 cm là bước răng rôto (tính ở mục 38). • Chọn thanh dẫn có kích thước như sau: a= 4 mm, b=12,5 mm, s2=49,14mm2 • Mật độ dòng điện rôto: 2 2 2 2 mm/A8327,514,49 619,286 s I J === • Kích thước rãnh và cách điện rãnh: Hình 1.4 Kích thước và cách điện rãnh rôto vị trí Vật Liệu Chiều dày (mm) Số lớp Chiều dày2 phía cách điện Theo chiều rộng mm Theo chiểu cao Mm 26 1 Tấm mica tổng hợp 0,15 4,5 lớp 1,1 2,2 2 Vải thuỷ tinh tẩm sơn 0,15 1 0,3 0,3 3 Vải thuỷ tinh tẩm sơn CT 0,5 1 0,3 0,5 4 Vải thuỷ tinh tẩm sơn CT 0,5 1 0,3 0,5 5 Vải thuỷ tinh tẩm sơn CT 0,5 1 0,3 0,5 +Dung sai +Tổng chiều dày cách điện trong rãnh (không kể nêm) 0,3 1,7 0,5 4,0 Hình 1.5 kích thước rãnh rôto dung sai là 0,3 mm 46.Chiều cao gông từ rôto: 2g2g2r t ' 2g ' d.n 3 2 h 2 DD h −−−= cm (2.47) Trong đó: ng2 =1 là số dãy lỗ thông gió theo hướng dọc trục rôto; 27 dg2= 1.5 cm là đường kính lỗ thông gió dọc trục rôto; cm02,65.1. 3 2 28,3 2 9,85,29 h 2g' =−−−= 47.Chiều rộng răng rôto: • Chiều rộng răng rôto phía nhỏ nhất: bz2min= 2r 2 2r ' b Z )h2D( −π− (2.48) = 6,0 60 )28,3.25,29( −π− =0,600 cm • Chiều rộng răng rôto phía lớn nhất: bz2max= 2r 2 n42 ' b Z )]hh(2D[ −π++ (2.49) = 907,06,0 60 )]25,01,0(25,29[ =−+− cm • Chiều rộng trung bình của răng rôto: bz2tb= cm754,0 2 907,06,0 2 bb max2zmin2z ≈+=+ (2.50) 2.4.tính toán mạch từ 2.4.1.Tìm hiểu về mạch từ trong máy điện không đồng bộ Mạch từ trong máy điện không đồng bộ gồm hai phần: mạch từ phần ứng là mạch từ stato và mạch từ phần quay là mạch từ rôto .Mạch từ phần ứng dẫn từ thông xoay chiều, còn mạch từ phần cảm hay mạch từ rôto dẫn từ thông xoay chiều tần số thấp (f2= s.f1=2÷3 Hz). Tính toán mạch từ là việc xác định sức từ động cần thiết để tạo ra ở khe hở không khí một từ thông có thể sinh ra sức điện động đã xác định ở dây quấn phần ứng. Mạch từ máy điện có thể chia làm năm đoạn sau: khe hở không khí răng của rôto, gông rôto, răng stato, gông stato. 28 Dựa vào trị số sức điện động cần thiết ở dây quấn stato tìm được từ thông Φ , theo kích thước của máy, tìm tiết diện Sx của từng đoạn mạch từ sau đó xác định từ cảm Bx ở mỗi đoạn: x x S Φ=Β (2.51) 2.4.2.Tính toán mạch từ 48.Hệ số khe hở không khí: • 06146,1 1,0.125,1943,1 943,1 .t t k 11 1 1 ≈−=δν−=δ (2.52) Trong đó: t1= 1,943 cm (tính ở mục 18) 125,1 1/35 )1/3( /b5 )/b( 2 41 2 41 1 =+=δ+ δ=ν (2.53) • 022923,1 1,0.346,0544,1 544,1 .t t k 22 2 2 ≈−=δν−=δ (2.54) Trong đó: t2=1,544 cm (tính ở mục 38) 346,0 1/5,15 )1/5,1( /b5 )/b( 2 42 2 42 2 =+=δ+ δ=ν (2.55) • 0858,1022923,1.06146,1k.kk 21 === δδδ (2.56) 49.Sức từ động khe hở không khí : 410..k.B.6,1F δ= δδδ (2.57) Trong đó: T7649,0B =δ (tính ở mục 26); 0858,1k =δ (tính ở mục 48); cm1,0=δ (tính ở mục 33). A85,132810.1,0.0858,1.7649,0.6,1F 4 ==δ 50.Mật độ từ thông ở răng stato: 29 T85083,1 95,0.23.8452,0 943,1.23.7649,0 k.l.b t.l.B B 1c11Z 1 1Z === δδ (2.58) Trong đó: bZ1 = 0,8452 cm (tính ở mục 31); T7649,0B =δ (tính ở mục 26); t1 = 1,943 cm (tính ở mục 18). 51.Cường độ từ trường trên răng stato: Tra phụ lục V bảng v.6 đường cong từ hoá trên răng động cơ không đồng bộ thép 2211 và thép 2312 sách “TKMĐ” ta có: BZ1 (T) 1,85 1,85083 1,86 HZ1(A/cm) 33,3 ? 34,9 cm/A4322,333,33)85,185083,1( 85,186,1 )3,339,34( H 1Z =+−− −= 52.Sức từ động trên răng stato: 1Z1Z ' 1Z H.h.2F = (2.59) Trong đó: h’Z1-là chiều cao răng tính toán theo hướng kính của stato; h’Z1=hr 1-d1/3=3 - 14/3= 25,33 mm. A39,1694322,33.533,2.2F 1Z == 53.Mật độ từ thông ở răng rôto: • Mật độ từ thông trên răng rôto ở nơi có diện tích lớn nhỏ nhất T0285,2 95,0.5,23.6,0 544,1.23.7649,0 k.l.b t.l.B B 2c2min2Z 2 max2Z === δδ (2.60) Trong đó: bZ2min=0,6 cm (tính ở mục 47); t2=1,544 cm (tính ở mục 38). • Mật độ từ thông ở răng rôto ở nơi có bề rộng răng lớn nhắt 30 T341,1 95,0.5,23.907,0 544,1.23.7649,0 k.l.b t.l.B B 2c2max2Z 2 min2Z === δδ (2.61) Trong đó: bz 2 max=0,907 cm (tính ở mục 47). • Mật độ từ thông ở răng rôto ở nơi có diện tích trung bình: T61379,1 95,0.5,23.754,0 544,1.23.7649,0 k.l.b t.l.B B 2c2tb2Z 2 tb2Z === δδ (2.62) Trong đó: bz2tb=0,754 cm (tính ở mục 47). 54.Cường độ từ trường trên răng rôto: • Cường độ từ trường ở răng rôto nơi có bề rộng răng nhỏ nhất: Tra bảng V.6 phụ lụcV sách “TKMĐ” trang 608 ta có BZ2max (T) 2,02 2,025875 2,03 HZmax(A/cm) 74 ? 77,9 cm/A2834,7674)02,2025875,2( 02,203,2 )749,77( H max2Z =+−− −= • Cường độ từ trường ở rôto nơi có bề rộng răng lớn nhất: Tra bảng V.6 sách “TKMĐ” trang 608 có: BZ2min (T) 1,34 1,34103 1,35 HZmin(A/cm) 7,9 ? 8,04 cm/A91438,79,7)34,134103,1( 34,135,1 )9,704,8( H min2Z =+−− −= • Cường độ từ trường ở rôto nơi có tiết diện răng trung bình: Tra bảng V.6 sách “TKMĐ” trang 608 có BZ2tb(T) 1,61 1,61379 1,62 31 HZ2tb(A/cm) 14,9 ? 15,3 Hz 2tb = 9,14)61,161379,1(61,162,1 9,143,15 +−− − =15,0517[A/cm] • Cường độ từ trường trên răng rôto: Hz2 = )H.4HH.( 6 1 tb2Zmax2Zmin2Z ++ (2.63) Hz2 = 0675,24)0517,5.42834,7691438,7.( 6 1 =++ [ A/cm] 55.Sức từ động trên răng rôto: FZ 2 = 2.h’Z 2 .HZ 2 [A] (2.64) Trong đó: h’Z 2 = hr 2 = 32,8 mm =3,28 cm (tính ở mục 46); HZ 2 = 24,0675 A/cm (tính ở mục 55). FZ 2 = 2.3,28.24,0675 = 157,883 [ A] 56.Hệ số bão hoà răng: δ δ ++= F FFF k 2Z1ZZ (2.65) Trong đó: δF =1328,85 (tính ở mục 50); FZ1= 169,39 (tính ở mục 52); FZ2 = 157,883 A/cm (tính ở mục 56). 24628,1 85,1328 883,15739,16985,1328 k Z =++= giá trị này nằm trong khoảng (1,2÷1,5). 57.Mật độ từ thông trên gông stato: T41897,1 95,0.23.233,4.2 10.02625,0 k.l.h.2 10. B 4 1c11g 4 1g ==Φ= (2.66) Trong đó: Wb02625,0=Φ - mật độ từ thông khe hở không khí (tính ở mục 25); 32 cm233,4h 1g = (tính ở mục 32). 58.Cường độ từ trường trên gông stato: Tra theo bảng V-9 ở phụ lục V sách “TKMĐ” ta có : Bg1(T) 1,41 1,41897 1,42 Hg1(A/cm) 6,75 ? 6,95 cm/A92944,675,6)410,141897,1( 41,142,1 75,695,6 H 1g =+−− −= 59.Chiều dài mạch từ ở gông stato: cm9813,30 4 )233,47,43.( p2 )hD.( L 1gn1g ≈−π= −π= (2.67) 60.Sức từ động trên gông stato: 1g1g1g H.LF ξ= =1.30,9813.6,92944=214,683 [A] (2.68) Trong đó: cm9813,30L 1g = (tính ở mục 60); cm/A92944,6H 1g = (tính ở mục 59); ξ =1 là hệ số để xác định sức từ động ở gông stato và rôto. 61. Mật độ từ thông ở gông rôto: 977,0 95,0.5,23.02,6.2 10.02625,0 k.l.h.2 10. B 4 2c22g 4 2g ≈=Φ= T (2.69) Trong đó: hg2=6,02 cm (tính ở mục 46); l2=23,5 cm (tính ở mục 37). 62.Cường độ từ trường trên gông rôto: Tra theo bảng V-9 phụ lục V sách “TKMĐ” ta có 33 Bg1(T) 0,97 0,977 0,98 Hg1(A/cm) 2,6 ? 2,65 Hg2= 635,26,2)97,0977,0( 97,098,0 6,265,2 =+−− − A/cm 63.Chiều dài đường đi của từ thông ở phần gông rôto : p2 )hD( L 2gt2g +π= cm (2.70) Trong đó: hg2 = 6,02 cm (tính ở mục 47); Dt = 8,9 cm là đường kính trục rôto (tính ở mục 36). cm71,11 4 )02,69,8( L 2g =+π= 64.Sức từ động ở gông rôto: A86,30635,2.71,11H.LF 2g2g2g === 65.Sức từ động tổng mạch từ: 2g1g2Z1Z FFFFFF ++++= δ (2.71) Trong đó: Fδ =1328,85 A (tính ở mục 50); FZ1=169,39 A (tính ở mục 52); FZ2 = 157,883 A (tính ở mục 56); Fg1=214,683 A (tính ở mục 61); Fg2=41,8424 A (tính ở mục 65). F=1328,85+169,39+157,883+214,683+30,86≈1902 A 66.Hệ số bão hoà mạch từ: 431,1 85,1328 1902 F F k === δ μ (2.72) 67.Dòng điện từ hoá lõi thép: 34 A078,38 925,0.40.7,2 1902.2 k.w.7,2 F.p I 1dq1 ===μ (2.73) Trong đó: w1=40 vòng (tính ở mục 12); kdq1=0,925 (tính ở mục 15). Dòng điện từ hoá phần trăm: (%)63,23100. 129,161 078,38 =100. I I =%I dm ≈μμ (2.74) 2.5.Tham số của động cơ điện ở chế độ định mức 2.5.1.Tìm hiểu về tham số của động cơ điện Những tham số chủ yếu của máy điện là điện trở và điện kháng.Điện kháng được xác định bởi trị số từ thông móc vòng (gồm từ thông móc vòng cảm ứng tương hỗ và từ thông móc vòng tản từ) trên đơn vị dòng điện và tần số. Từ điện trở để xác định được các tổn hao của dây quấn máy điện ở chế độ làm việc ổn định và quá trình quá độ .Trong thiết kế máyđiện thì việc xác định điện trở và điện kháng của dây quấn là một việc rất quan trọng.Đây là những giá trị ảnh hưởng lớn đến đặc tính làm việc, đặc tính cơ và các đặc tính khác trong máy điện. 2.5.2.Tính toán tham số của động cơ điện 68.Chiều dài phấn đầu nối của dây quấn stato: B.2.kl 1y1dd1 +τ= (2.75) Trong đó: kđ1=1,3 với phần đầu nối không băng cách điện; B=1 với phần đầu nối không băng cách điện tra bảng 3.4 (trang 69) sách “TKMĐ” của Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh; hr1=3 cm –là chiều cao rãnh stato(tính ở mục 29); cm39,21 48 10)37,29.( Z y)hD.( 1 11r 1y =+π=+π=τ (2.76) lđ1=1,3.21,39 +2.1=29,81 cm 35 69.Chiều dài phần đầu nối stato nhô ra khỏi lõi sắt: B+.k=f 1yf1 τ cm (2.77) Trong đó: kf = 0,4 là hệ số tra bảng 3.4 sách “TKMĐ”; 1yτ =21,39 cm (tính ở mục 69); cm56,9=1+39,21.4,0=f1 . 70. Chiều dài trung bình nửa vòng dây của dây quấn stato: ltb1=l1 +lđ1 = 23+ 29,81 =52,81cm (2.78) 71. .Chiều dài dây quấn một pha stato: L1= 2 . ltb1 .w1 . 10-2 =2.52,81.40 .10-2=42,25 m (2.79) 72. .Điện trở tác dụng của dây quấn stato: 111 1 )115(cu1 s.a.n L .r 0ρ= (2.80) Trong đó: 41 1 )115(cu 0 =ρ - là điện trở suất của đồng ở 1150 c tra bảng 5.1(trang 117) sách “TKMĐ” của Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh; L1=42,25 m (tính ở mục 71); s1 = 2,011 mm2 (tính ở mục 21). )(0337,0= 911,1.4.4 25,42 . 41 1 =r1 Ω Tính theo đơn vị tương đối: 02468,0 220 129,161 .0337,0= U I .r=r dm 1 1 * 1 ≈ (2.81) Với động cơ không đồng bộ thì trị số này nằm trong khoảng như sau: =rr 2*1* ≈ (0,01 ÷0,08) 73.Chiều dài phần đầu nối của dây quấn rôto: lđ2= A+(10~15) cm (2.82) • Tính A: 36 A= 2 c c 2y ) t f (1 τ cm (2.83) Với cm5827,20= 4 )28,35,29(14,3 = p2 )hD( = 2r ' 2y π τ (6.10) cm2,1= 60 )28,35,29(14,3 = Z )h2D.( =t 2 2r ' c π (2.84) fc=br2-0,3=6-0,3= 5,7 mm =0,57 cm A= cm3868,23= ) 2,1 57,0 (1 5827,20 2 lđ2=23,3868+10=33,3868 cm ≈33,4 cm 74.Chiều dài phần đầu nối nhô ra khỏi lõi sắt rôto: N+M+ t f .A.5,0=f c c 2 (2.85) Trong đó: fc=0,57 cm (tính ở mục 74); tc=1,2 cm (tính ở mục 74); A=23,4 cm (tính ở mục 74); M=2,5÷6 cm ; N=2,5÷4 cm (trị số lớn ứng với điện áp dây quấn và công suất lớn). N M f 37 Hình 1.6 Để xác định f cm11=5,2+3+ 2,1 57,0 .4,23.5,0=f2 75.Chiều dài trung bình nửa vòng dây của dây quấn rôto: ltb2=l2+lđ2 =23,5+33,4=56,9 cm (2.86) 76.Chiều dài của một pha dây quấn rôto: L2=2.W2.ltb2.10-2 , [m] (2.87) Trong đó: w2=20 vòng (tính ở mục 41); ltb2=56,9 cm (tính ở mục 75). L2=2.20.56,9.10-2=22,7547 m 77.Điện trở tác dụng của dây quấn rôto: r2= Ωρ , s.a.n L . 222 2 )115( 0 (2.88) Trong đó: m/mm. 41 1 = 2 )115( 0 Ωρ -điện trở suất của đồng ở 1150c (tra bảng 5.1 sách “TKMĐ”); n2=1- số sợi chập của dây quấn rôto; a2 = 1 - số mạch nhánh song song của dây quấn rôto; s2 = 49,14 mm2 - tiết diện thanh dẫn của rôto (chọn ở mục 45). r2= Ω01129,0= 14,49.1.1 7547,22 . 41 1 78.Hệ số quy đổi: 2 2dq2 1dq1 2 1 ) k.w k.w .( m m =γ (2.89) Trong đó: 38 w1 = 40 vòng (tính được ở mục 20); w2 = 20 vòng (tính được ỏ mục 40); kdq1=0,925 (tính ở mục 24); kdq2=0,9567 (tính ỏ mục 40). 7384,3=) 9567,0.20 925,0.40 .( 3 3 = 2γ 79.Điện trở rôto quy đổi: r’2=r2. γ=0,01129.3,7384=0,04222Ω (2.90) Trị số tương đối của điện trở rôto quy đổi: 03092,0= 220 129,161 .04222,0= U I .r=r 1 1 2 ''* 2 (2.91) 80.Từ tản rãnh stato: ββλ ' 41 42411 1r k)b h + b h + b.2 b 785,0(+k. b.3 h = (2.92) Trong đó: b41=3 mm; h41 = 0,5 mm; b= d2 =11,8 mm; với 2/3< β =0,833<1 ta có công thức tính sau • 875,0= 4 12 10 .3+1 = 4 .3+1 =k' β β (2.93) • 90625,0875,0.75,025,0k. 4 3 4 1 k ' =+=+= ββ (2.94) • h1 = hr1 - 0,1.d1 -2.c- c’ = 30 - 0,1.14 - 2.0,4 - 0,5=27,3 mm • h2=-(d2/2 -2.c - c,) = - (11,8 /2 -2.0,4 - 0,5) = - 4,6 mm 07927,1875,0) 3 5,0 8,11 6,4 8,11.2 3 785,0(90625,0. 8,11.3 3,27 1r =+−−+=λ 39 Hình 1.7 .Kích thước rãnh stato để tính từ rãnh tản 81.Hệ số từ tản tạp stato: 1t 1t1t 2 1d11 1t ..k k..)k.q(t .9,0 σδ ρ=λ δ (2.95) Trong đó: t1 = 1,943 cm (tính ở mục 18); kd1 = 0,925 (tính ở mục 24); δk = 1,0858 (tính ở mục 48); 0062,0=1tσ theo bảng 5-2a (trang 134) với q=4, bước ngắn theo rãnh là 12-10 =2 ; 11t =ρ với rôto dây quấn theo sách “TKMĐ” trang ‘130’; 6,01544,0 43,19 3 t b 203 1 3b 1 41 41 <== <==δ ta sử dụng công thức sau để tính kt1 9847,0 1,0.943,1 3,0 .033,01 .t b .033,01k 2 1 41 2 1t =−=δ−= 40 34571,10062,0. 1,0.0858,1 9847,0.1.)925,0.4(943,1 .9,0 2 1t ≈=λ 82.Từ tản đầu nối stato: )..64,0l( l q .34,0 1d 1 1 1d τβ−=λ (2.96) Trong đó: lđ1 = 29,81 cm (tính ở mục 69); cm3145,23=τ (tính ở mục 13); 12 10=β (tính ở mục 14). 02735,1)3145,23.8333,0.64,081,29( 23 4 .34,01d ≈−=λ 83. Hệ số từ dẫn tản stato: 1d1t1r1 λλλλ ++=∑ (2.97) =1,07927+1,34571 +1,02735 =3,45232 Trong đó: 07927,11r =λ (tính ở mục 80); 34571,11t =λ (tính ở mục 81); 02735,11d =λ (tính ở mục 82). 84.Điện kháng tản dây quấn stato: ∑λ= δ 1 1 ' 21 1 .q.p l .) 100 w .( 100 1f .158,0x (2.98) =0,158. Ω= 2546,145232,3. 4.2 23 .) 100 40 .( 100 50 2 Trong đó: cm23lb.n.5,0ll 11g1g1 ' ==−=δ (2.100) Với ng1 và bg1 là số dẫy lỗ thông gió và đường kính lỗ thông gió hướng kính stato , ng1=0 , bg1=0 . 41 85.Hệ số từ tản rôto: 1.Từ tản rãnh rôto: r 5' 4 4 4r 3 r 2 r 51 2r b.4 h k). b h b2b h.3 b h (k. b3 hh +++++ −=λ ββ (2.101) Trong đó: br=br2=6 mm; b4=b42=1,5 mm; h4=h42=1 mm h2=0,5+2,2/4+0,15=1,2 mm; h3= 2,5 mm (tính theo chiều cao cách điện); h1=29,3-2.1,2=26,9 mm; h5=0,5+2,2/2=1,6 mm (phần cách điện giữa hai lớp); 1 4 1.31 4 .31 k 2' =+=β+=β ; 11.75,025,0k. 4 3 4 1 k ' =+=+= ββ . 17222,3 6.4 6,1 1). 5,1 1 5,1.26 5,2.3 6 2,1 (1. 6.3 6,19,26 2r =+++++ −=λ Hình 1.8.Kích thước rãnh rôto để xác định từ tản rãnh rôto 2.Từ tản tạp rôto: 42 2t 2t2t 2 2d22 2t ..k k..)k.q(t .9,0 σδ ρ=λ δ (2.102) Trong đó: 1=2tρ ; 0065,02t =σ ; 995191,0 1,0.544,1 15,0 .033,01 .t b .033,01k 2 2 42 2 2t =−=δ−= ; (2.103) t2=1,544 cm(tính ở mục 38). ,10065,0. 1,0.0858,1 995191,0.1.)9567,0.5(544,1 .9,0 2 2t ==λ 89417 3.Từ tản phần đầu nối rôto: )..64,0l( l q .34.0 22d 2 2 2d τβ−=λ (2.104) = 33581,1)3145,23.1.64,04,33.( 5,23 5 .34,0 =− Trong đó: lđ2=33,4 cm (tính ở mục 74) 4.Tổng hệ số từ dẫn của rôto: 33581,1+89417,1+17222,3=++= 2d2t2r2 λλλλ∑ (2.105) =6,4022 86.Điện kháng tản rôto: ∑λ= 2 22 222 2 .q.p l .) 100 w .( 100 1f .158,0x (2.106) Ω== 04754,04022,6. 5.2 5,23 .) 100 20 .( 100 50 .158,0x 22 87.Điện kháng rôto quy đổi: x’2= Ωγ 17773,004754,0.7384,3x. 2 == (2.107) Tính theo đơn vị tương đối: 1 1 2 '* 2 ' U I .xx = =0,17773.161,129/220=0,13 (2.108) 43 88.Điện kháng từ hoá: Ω μ μ 653,5= 078,38 12546,0.078,38220 = I x.IU =x 1112 (2.109) Trong đó: A078,38=Ιμ - là dòng điện từ hoá lõi sắt(tính ở mục 68). Tính theo đơn vị tương đối: x12*= 14,4 220 129,161 .653,5x. U I 12 1 1 == (2.110) 89.Tính lại kE: Ω=−=−= μ 9783,0 220 12546,0.078,38220 U x.IU k 1 11 E (2.111) 2.6.Các loại tổn hao trong động cơ và đặc tính làm việc 2.6.1.Tìm hiểu các loại tổn hao trong động cơ điện Tổn hao trong máy điện gồm có những tổn hao chính sau: +Tổn hao trong thép ở stato và rôto do từ trễ và dòng điện xoáy khi từ thông chính biến thiên .Trong tổ hao thép còn có cả tổn hao phụ đó là tổn hao bề mặt và tổn hao đập mạch do sự thay đổi từ trở (sự thay đổi của khe hở không khí )và sự thay đổi lần lượt vị trí tương đối của răng rãnh stato và rôto khi máy điện làm việc. +Tổn hao đồng do hiệu ứng Jun gây nên ở dây quấn và ở nơi tiếp xúc giữa chổi than với vành trượt. +Tổn hao phụ khi có tải do dự đập mạch của từ thông tản ở máy điện xoay chiều. +Tổn hao cơ do ma sát giữa chổi than với vành trượt và giữa không khí với các bộ phận quay.Tổn hao quạt gió cũng phải kể vào tổn hao cơ. Ở những động cơ điện làm việc với điện áp và tốc độ quay không đổi, khi chuyển từ chế độ làm việc không tải đến chế độ làm việc tải định mức, tổn hao thép và cơ thay đổi ít, cho nên các tổn hao này được gọi là tổn hao không tải nó được xác định bằng thí nghiệm không tải. 44 Tổn hao chính thép trong thép chính là vì từ trễ và dòng điện xoáy xuất hiện đồng thời.Nguyên nhân là do hiện tượng từ hoá lõi thép bởi dòng điện xoay chiều gây nên. Tổn hao phụ trong thép sinh ra bởi dòng điện xoáy và hiện tượng từ trễ trong thép ở phần răng và trên bề mặt stato và rôto tạo nên bởi các sóng điều hoà bậc cao và sóng điều hoà răng (do công nghệ chế tạo không thể làm khe hở không khí giữa bề mặt stato và bề mặt rôto một cách đều tuyệt đối do phải làm răng rãnh ở stato và rôto để lồng dây quấn cho nên khi động cơ làm việc thì có sự tiếp xúc răng rãnh lẫn nhau làm cho khe hở không khí không đều nghĩa là từ trở khe hở không khí biến thiên làm cho từ trường khe hở không khí biến thiên liên tục không phải là hình sin mà sinh ra các sóng điều hoà bậc cao và sóng điều hoà răng). Động cơ điện lấy năng lượng điện từ lưới vào với công suất điện từ P1=m1.U1.I1.cos 1ϕ .Một phần nhỏ của công suất này biến thành tổn hao đồng của dây quấn stato Pcu1=m1.I12.r1 và tổn hao trong lõi sắt stato PFe=m1.I02.rm còn lại phần lớn công suất đưa vào chuyển thành công suất điện từ Pđt truyền qua rôto(Pđt=P1-Pcu1-PFe=m1.I’22. s r '2 ).Công suất này bị tiêu hao một phần rơi trên dây quấn rôto đó chính là tổn hao đồng trong rôto Pcu2=m1.I’22.r’2 , Phần lớn công suất còn lại chyển thành công suất cơ của động cơ điện Pcơ=Pđt-Pcu2 =m1. '2 2' 2 r)s s1 .( −Ι .Công suất cơ này một phần sẽ bị chuyển thành tổn hao cơ và tổn hao phụ khi máy làm việc , còn phần lớn còn lại trở thành công suất đưa ra đầu trục của động cơ điện P2 = Pcơ-(pcơ+pf).Như vậy tổng tổn hao trong động cơ điện là bằng: ∑ ++Ρ= 2cuFe1cu PPP +pcơ+pf 45 Hình 1.9 .giản đồ năng lượng của động cơ không đồng bộ 2.6.2.Tính tổn hao thép và tổn hao cơ 90.Tính tổn hao thép ở stato: a.Trọng lượng thép ở stato: • Trọng lượng răng stato: GZ1= Feγ .Z1.bZ1.h’z1.l1.kc1.10-3 (2.112) Trong đó: 3Fe cm/g8,7=γ ; bZ1=0,8452 cm (mục 31); Z1 =48 h’Z1=25,33 mm (tính ở mục 53); GZ1=7,8.48.0,8452.2,533.23.0,95.10-3=17,52 kg • Trọng lượng gông từ stato: Gg1= Feγ .l1.Lg1.hg1.2p.kc1.10-3 kg (2.113) Trong đó: Lg1 =30,9813 cm (tính ở mục 60) hg1 =4,233 cm (tính ở mục 32) Gg1=7,8.23.30,9813.4,233.4.0,95.10-3 =89,4105 kg b.Trọng lượng răng rôto: 32c2 ' 2Ztb2z2Fe2Z 10.k.l.h.b.Z.G −γ= kg (2.114) Trong đó: bz2tb=0,754 cm(tính ở mục 47) kc2=0,95 là hệ số ép chặt lõi sắt rôto h’z2=hr2 =3,28 cm P®t Pc¬ Pcu1 Pfe Pcu2 pc¬ pf 46 kg8347,2510.95,0.5,23.28,3.754,0.60.8,7G 32Z == − c.Tổn hao trong răng stato: 31Z 2 1Z50/1gcZ1FeZ 10.G.)50 f .(B.P.k −β=Ρ (2.115) Trong đó: kgcZ = 1,8 (theo kinh nghiệm) - là hệ số gia công răng; P1/50 - là suất tỏn hao thép ở tần số từ hoá f=50 Hz và mật độ từ thông B = 1 T .Ta tra phụ lục V bảng V.14 với loại thép 2211 sách thiết kế máy điện của Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh(trang 618) ta có: P1/50 = 2,5 W/kg; 4,1=β - là hệ số phụ thuộc vào loại thép(với thép cán nguội 2212); BZ1=1,85083T(đã tính ở mục 51); GZ1=17,52 kg. kW27001,0=10.52,17.) 50 50 .(85083,1.5,2.8,1= 321FeZ βΡ d.Tổn hao trong gông stato: PFeg1 = kgc.P1/50.Bg12. β) 50 f ( .Gg1.10-3 , kW (2.116) Trong đó: kgc = 1,6 (theo kinh nghiệm) là hệ số gia công gông; Bg1 = 1,41897 T(tính ỏ mục 58). PFeg1 = 1,6.2,5.1,418972. β) 50 50 ( .89,4105.10-3 =0,72011 kW e.Tổn hao thép rơi trên lõi sắt stato: PFe=PFeZ1 + PFeg1 (2.117) = 0,27001+0,72011=0,99012 kW 91.Tổn hao phụ rơi trên stato: a.Tổn hao bề mặt rơi trên răng stato: kW10.l.Z)bt(pP 7114111bm1bmz −−= (2.118) Trong đó: 47 t1 =1,943 cm – là bước răng stato (tính ở mục 18); b41=3 mm – là bề rộng miệng rãnh stato; l1 = 23 cm – là chiều dài lõi sắt stato; Z1=48 rãnh – là số rãnh stato; pbm1- là suất tổn hao bề mặt trung bình trên một đơn vị bề mặt stato(1m2); pbm1= 2 20 5,12 0 )t.B.10()000.10 n.Z .(k.5,0 (2.119) Với : k0=1,4 ~1,8 là hệ số kinh nghiệm; 0858,1k =δ là hệ số khe hở không khí (tính ở mục 48); T7649,0=δΒ - là mật độ từ thông khe hở không khí; t2=1,544 cm – là bước răng rôto(tính ở mục 38); 13,0=0β tra hình 6-1 trang 141 sách “TKMĐ” với 5,1 b42 = δ ; B0 = δδβ B.k.0 = 0,13.1,0858.0,7649=0,10797 - là biên độ dao động của mật độ tử thông tại khe hở không khí. pbm1= 5126,52)544,1.10797,0.10() 000.10 1500.60 .(8,1.5,0 25,1 = W/m2 kW00953,010.23.48)3,0943,1(5126,52P 71bmz =−= − b.Tổn hao đập mạch trên stato: 31Z 2 1dm 2 dmZ1 10.G.B.1000 n.Z .11,0P −⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= (2.120) Trong đó: Z2 = 60 rãnh , là số rãnh của rôto; n =1500 v/ph là tốc độ quay của rôto; 0207,085083,1. 544,1.2 1,0.3462,0 B. t2 . B 1Z 2 2 1dm ==δν= T (2.121) 48 3462,0 1 5,1 5 ) 1 5,1 ( b 5 ) b ( 2 42 242 2 = + = δ+ δ=ν ; BZ1 =1,85083T (tính ở mục 50); GZ1 =17,52 kg (tính ở mục 90). kW00672,010.52,17.02075,0. 1000 1500.60 .11,0P 3 2 dmZ1 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= − 92.Tổn hao phụ trên rôto: a.Tổn hao bề mặt trên răng rôto: kW10.l.Z)bt(p=P 7224222bm2bmz (2.122) Trong đó: t2 =1,544 cm – là bước răng stato (tính ở mục 37); b42=1,5 mm – là bề rộng miệng rãnh stato; l2 = 23,5 cm – là chiều dài lõi sắt rôto; Z2=60 rãnh – là số rãnh rôto; Pbm2- suất tổn hao bề mặt trung bình trên một đơn vị bề mặt rôto( 1m2); pbm2= 2 10 5,11 0 )t.B.10()000.10 n.Z .(k.5,0 (2.123) Với : k0=1,7 ~2 là hệ số kinh nghiệm; 0858,1k =δ là hệ số khe hỏ không khí (tính ở mục 48); T7649,0=Βδ - là mật độ từ thông khe hở không khí; t1=1,943 cm – là bước răng rôto(tính ở mục 18); 19,00 =β tra hình 6-1 trang 141 sách “TKMĐ” với 3b41 =δ ; B0 = δδβ B.k.0 = 0,19.1,0858.0,7649=0,1578 - là biên độ dao động của mật độ tử thông tại khe hở không khí. 49 pbm2= 597,181)943,1.1578,0.10()000.10 1500.48.(2.5,0 25,1 = W/m2 kW03569,010.5,23.60]15,0544,1[597,181P 72bmz =−= − b.Tổn hao đập mạch trên răng rôto: 32Z 2 2dm 1 dmZ2 10.G.B.1000 n.Z .11,0P −⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= (2.124) Trong đó: Z1 = 48 - là số rãnh của stato; n =1500 v/ph là tốc độ quay của rôto; 04672,061379,1. 943,1.2 1,0.125,1 B. t2 . B 2Ztb 1 1 2dm ==δν= (2.125) 125,1 1 3 5 ) 1 3 ( b 5 ) b ( 2 41 241 2 = + = δ+ δ=ν ; BZtb2 =1,61379 T; GZ2 =25,8347 kg (tính ở mục 90); kW03216,010.8347,25.04672,0. 1000 1500.48.11,0 3 2 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= −dmz2P 93.Tổn hao sắt phụ: PFef=Pbm1+Pbm2+Pđm1+Pđm2 (2.126) PFef=0,00953+0,03569+0,006721+0,03216=0,0841 kW 94.Tổn hao cơ: Pcơ=kcơ.(n/1000)2(D/100)3.10-3 kW (2.127) Trong đó: kcơ = 7 tra trang 145 sách “TKMĐ” . Pcơ = 7.(1500/1000)2(297/100)3.10-3=0,41262 kW 95.Tổn hao tiếp xúc của chổi than lên vành trượt: )W(10.v.s..k.81,9 3vVVmsms −ρ=Ρ (2.128) Trong đó: kms=0,15~0,17 – hệ số ma sát; 50 2V cm/kg25,0~15,0=ρ là áp suất chổi than; sv – là tổng diện tích tiếp xúc của chổi than, cm2; vv - là tốc độ của bề mặt vành trượt, m/s; • Lấy mật độ dòng điện trong chổi than Jt=12 A/cm2 thì tiết diện chổi than được tính như sau: 2 t 2' t cm8849,2312 619,286 J s === Ι theo phụ lục vẽ chổi than (phụ lục X trang 645) ta chọn các kích thước sau: lt = 16 mm là kích thước theo phương tiếp tuyến; bt = 25 mm là kích thước hướng trục; • Số chổi than trên một vành trượt: 97123,5 5,2.6,1 8849,23 l.b S n tt ' t t === ta chọn nt=6 • Mật độ dòng điện trên chổi: 2 ttt 2 t cm/A9425,115,2.6,1.6 54,283 l.b.n J === Ι • Tiết diện tiếp xúc trên cả ba vành trượt: St=bt.lt.nt.m2=1,6.2,5.6.3=72 cm2 (2.129) • Với đường kính ngoài vành trượt là Dv=20 cm thì tốc độ đường bề mặt vành trượt bằng: s/m7,15 6000 1500.20. 6000 n.D. v vv === ππ (2.130) )(28278,010.7,15.72.17,0.16,0.81,9 3 kWms ==Ρ − 96.Tổn hao không tải: P0=PFe+PFef+Pms+Pcơ ,kW (2.131) P0=0,99012+0,0841+0,28278+0,41262 P0=1,76961 kW. 97.Tổn hao phụ: 51 Pf=0,005. η Ρ2 = 48387,0 93,0 90.005,0 = kW (2.132) 98.Điện trở từ hoá: r12= Ω==Ι Ρ μ 228,0 078,38.3 12,990 .m 22 Fe (2.133) Tính theo đơn vị tương đối: 167,0 220 129,161 .228,0 U .rr 1 1 12 * 12 ≈=Ι= (giá trị này nên ở khoảng 0,05÷0,35 ). 99.Dòng điện không tải: • Thành phần điện trở : A903,2 220.3 0337,0.078,38.361,1769 U.3 r..3 2 1 1 2 0 r0 =+=Ι+Ρ=Ι μ Trong đó: A078,38=Ιμ là dòng từ hoá lõi thép (tính ở mục 67); r1=0,0304 Ω (tính ở mục 72); • Thành phần điện kháng: A78,38x0 == μΙΙ • Dòng điện không tải: 19,38078,38903,2 222x0 2 r00 =+=+= ΙΙΙ A 100.Hệ số công suất lúc không tải: cosϕ0 076,0 078,38 9036,2 x0 r0 === Ι Ι (2.134) 2.7.Đặc tính làm việc 102.đặc tính làm việc: 1.Các thông số : r1=0,0337Ω (tính ở mục 72); ='2r 0,04222Ω (tính ở mục 79); 52 Ω12546,0=x1 (tính ở mục 84); Ω17773,0=x'2 (tính ở mục 87); Ω653,5=x12 (tính ở mục 88). 2.các thông số cần tính : • 0222,1= 653,5 12546,0 +1= x x +1=C 12 1 1 , 045,1=C 2 1 • Iđbx= A078,38=μΙ • Iđbr= 1 1 2 FefFe U.3 r..3++ μΙΡΡ (2.135) = A85,1= 220.3 0337,0.078,38.3+1,84+12,990 2 • E1=U1- V2,215=12546,0.078,38220=x. 1Ιμ (2.136) • 93373,1= 9567,0.20.3 925,0.40.3 = k.w.m k.w.m = 2dq22 1dq11ν (2.137) • I’2=I2/ ν = A22,148 93373,1 619,286 ≈ (2.138) • Sđm≈ 029,0= 196,215 04222,0.22,148 = E r. 1 ' 2 ' 2Ι (2.139) • Sm= 14,0= 17773,0+ 02233,1 12546,0 04222,0 = x+ C x r ' 2 1 1 ' 2 (2.140) 3.Bảng đặc tính : số TT s đơn vị 0.005 0.01 0.025 0.029 0.031 0.05 0.14 1 Ω 8.86 4.447 1.8 1.552 1.467 0.917 0.35 2 Ω 0.314 0.314 0.314 0.314 0.314 0.314 0.31 )( ' 2 1 12 1 s r c rcrns += )( '2 1 12 1 xc xcxns += 53 3 Ω 8.866 4.458 1.827 1.583 1.5 0.969 0.47 4 A 25.37 50.45 123.1 142.1 149.9 232 479 5 0.999 0.998 0.985 0.98 0.978 0.946 0.74 6 0.035 0.07 0.172 0.198 0.209 0.324 0.67 7 A 26.65 51.08 120.5 138.1 145.2 216.6 350 8 A 39.17 41.77 59 65.86 68.98 111.8 352 9 A 47.38 65.98 134.2 153 160.8 243.7 497 10 0.562 0.774 0.898 0.903 0.904 0.889 0.71 11 KW 17.59 33.71 79.52 91.12 95.85 142.9 231 12 KW 0.227 0.44 1.82 2.365 2.613 6.007 24.9 13 KW 0.082 0.322 1.92 2.557 2.846 6.82 29.1 14 KW 0.088 0.176 0.428 0.494 0.522 0.808 1.67 15 KW 0.088 0.169 0.398 0.456 0.479 0.715 1.16 16 P0 KW 1.77 1.77 1.77 1.77 1.77 1.77 1.77 17 KW 2.027 2.436 4.516 5.276 5.617 10.11 33.7 18 KW 15.56 31.27 75.01 85.84 90.24 132.8 197 19 0.885 0.928 0.943 0.942 0.941 0.929 0.85 22 nsnsns xrZ += nsZ Uc 11 ' 2 .=Ι ns ns Z r='cosϕ ns ns Z x='sinϕ 'cos. 1 ' 2 1 ϕcdbrr Ι+Ι=Ι 'sin. 1 ' 2 1 ϕcdbxx Ι+Ι=Ι 2 1 2 11 xrZ Ι+Ι=Ι Z1 r1cos Ι Ι=ϕ 3 111 10...3 −=Ρ rIU 32 111 10..3 −Ι=Ρ rcu 32' 2 ' 22 10..3 −Ι=Ρ rcu 3 1 ' 2 10....3 −ΙΔ=Ρ vUchtx 1.005,0 Ρ=Ρf 0ftx2cu1cu ++++= ΡΡΡΡΡΡ∑ ∑Ρ−Ρ=Ρ 12 1 1 Ρ Ρ−= ∑η 54 Hình 1.10 Đặc tính làm việc của động cơ điện rôto dây quấn P=90 kW 4.Các thông số định mức: Pđm=90,24 kW; 941,0=m®η ; cosϕđm; I1đm=160,8 A; Sđm=0,031; Sm=0,14; I2’đm=149,9 A; I2m’=479 A. 5.Bội số mô men cực đại: 261,2= 14,0 031,0 .) 9,149 479 (= s s .)(=m 2 m dm2 ' dm2 ' m2 max Ι Ι (2.141) 2.8.Tính toán nhiệt 2.8.1.Tìm hiểu về phát nóng máy điện Khi làm việc , trong máy điện sinh ra các tổn hao, năng lượng tiêu tốn đó biến thành nhiệt năng và làm nóng các bộ phận của máy. Khi trạng thái nhiệt trong máy đã ổn định thì toàn bộ nhiệt lượng phát ra từ máy đền toả ra môi trường xung quanh nhờ sự chênh lệch nhiệt độ giữa các bộ phận của máybị đốt nóng với môi trường .Khi thiết kế một máy mới thì việc tính toán nhiệt và giải quyết vấn đề tản nhiệt cho máy điện là một việc tối quan trọng.Ta cần xác định được độ tăng nhiệt độ cho phép giữa dây quấn với môi trường. Độ tăng nhiệt này phụ thuộc chủ yếu vào tính chất vật liệu cách điện , chế độ làm việc 55 của máy, môi trường làm việc và công nghệ chế tạo. Nguồn nhiệt chủ yếu trong máy điện là tổn hao trong dây quấn và lõi sắt. Một số bộ phận khác cũng phát nóng (mặt cực từ máy điện đồng bộ , vành ép lõi sắt ..) Động cơ thiết kế sử dụng hệ thống thông gió dọc trục, dùng quạt gió hướng tâm đặt ở hai đầu của động cơ điện, gió thổi trực tiếp trên bề mặt lõi sắt và phần đầu nối của dây quấn. 2.8.2.Tính toán nhiệt theo phương pháp đơn giản 103.Tính toán độ tăng nhiệt độ ở chế độ nhiệt độ ổn định(chế độ định mức): *.Độ tăng nhiệt của dây quấn stato: a.Độ tăng nhiệt theo chiều dày lớp cách điện rãnh: 1c c11 c C. .t.J.A. λ δρ=θ θ , 0c (2.142) Trong đó: cδ -là chiều dày lớp cách điện rãnh của một phía , 0,04 cm A - tải điện từ (A/cm) , tính lại như sau D mw2 A dm11π Ι= = cm/A415 7,29.14,3 129,161.40.3.2 = (2.143) J=5,27 A/mm2 - là mật độ dòng điện trong dây quấn stato (mục 22); t1=1,943 cm –là bước răng stato C1 – là chu vi rãnh stato (cm) , với rãnh quả lê thì C2 được tính như sau: C1= 221221221 )2 dd () 2 d h(.2) 2 dd ( −+−++π cm (2.144) C1= 22 ) 2 18,14,1 () 2 18,1 25,2(.2 2 )18,14,1 .( −+−++π C1=7,38 cm θρ - là điện trở suất của dây dẫn ở nhiệt độ cho phép , với cấp cách điện B thì )cm/mm( 4020 1 = 2Ωρθ 56 c/W10.16,0= 02cλ là hệ số dẫn nhiệt của cách điện c58,3 38,7.10.16,0 04,0.943,1.27,5.415 4020 1 0 2c ==θ − b.Độ tăng nhiệt của mặt ngoài lõi sắt stato so với môi trường: b.1.Dòng nhiệt qua đơn vị diện tích bề mặt : 1n f1Fe n l.D. P.5,0 D D .J.A.q π +Ρ+ρ= θα (2.145) Trong đó: PFe1=0,99012 kW – là tổn hao sắt của stato lúc không tải ( mục 91); Pf – là tổn hao phụ khi có tải , Pf=479 W (tính ở bảng đặc tính làm việc ở chế độ định mức); Dn=43,7 cm – là đường kính ngoài stato; D=29,7 cm – là đường kính trong stato; l1= 23 cm là chiều dài lõi sắt stato. 69865,0 23.7,43. )479.5,012,990( 7,43 7,29 .27,5.415. 4020 1 q =π ++=α b.2.Hệ số tản nhiệt bề mặt : )v1,01(0v +α=α (2.146) Trong đó: 30 10.3,3 −=α với thông gió hướng trục; v-tốc độ dài ở bề mặt rôto hay vành ngoài của quạt khi thông gió hướng trục(tính ở mục cánh quạt); v= s/m44,22= 6000 5,1453.5,29.14,3 = 6000 n'.D. m®π (2.147) nđm=(1-sđm).nđb=(1-0,031).1500=1453,5 vg/ph (2.148) 33v 10.7052,10)44,22.1,01(10.3,3 −− =+=α b.3.Độ tăng nhiệt của mặt ngoài lõi sắt stato: c26,65 10.7052,10 69865,0q 0 3 v 1 ==α=θ − α α (2.149) 57 c.Độ tăng nhiệt độ của mặt ngoài phần đầu nối dây quấn stato: c, )v05,01(10.33,1 q 0 3 d d +=θ − (2.150) Trong đó: 143235,0 38,7 943,1 .27,5.415. 4020 1 C t .J.A.q 1 1 d ==ρ= θ (2.151) t1=1,943 cm là bước răng stato; C1=7,38 cm là chu vi phần rãnh stato (tính ở mục trên); v=22,44 m/s – là tốc độ dài ở bề mặt rôto hay vành ngoài của quạt khi thông gió hướng trục (tính ở mục trên). c75,50= )44,22.05,0+1(10.33,1 143235,0 = 0 3d θ d.Độ tăng nhiệt của dây quấn stato: d1 ddc11c 1cu l+l l)+(+l)+( = θθθθ θ α , 0c (2.152) Trong đó: c58,3= 0cθ (tính ở mục a); c26,65= 01αθ (tính ở mục b); c75,50= 0dθ (tính ở mục c); lđ = lđ1 là chiều dài đầu nối của dây dẫn stato , lđ1=29,81 cm (mục 81); l1=29,7 cm là chiều dài lõi sắt stato (tính ở mục 14); c65,60= 81,29+23 81,29)75,50+58,3(+23)26,65+58,3( = 01cuθ *.Độ tăng nhiệt của dây quấn rôto: a.Độ tăng nhiệt theo chiều dày lớp cách điện rãnh rôto: 2c c22 c C. .t.J.A. λ δρ=θ θ , 0c (2.153) Trong đó: 58 A- là tải đường của dây quấn rôto; cm/A3,371 5,29.14.3 619,286.20.3.2 'D mw2 A dm22 ==π Ι= (2.154) cδ =0,085 cm - là chiều dày lớp cách điện rãnh của một phía; J2=5,8327 A/mm2 - là mật độ dòng điện trong dây quấn rôto ( đã tính ở mục 45) t2=1,544 cm –là bước răng rôto C2 – là chu vi rãnh stato (cm) , với rãnh rôto thì C2 được tính như sau: 2n 2422r 2r2 h)2 bb (.2b93,2.2C +−++= (2.155) C2=2.2,93+0,6+2. 22 25,0) 2 15,06,0 ( +− C2= 7,2 cm (dựa vào hình 1.4) c14,6 2,7.10.16,0 085,0.544,1.8327,5.3,371 4020 1 0 2c ==θ − b.Độ tăng nhiệt mặt ngoài lõi sắt rôto so với nhiệt độ môi trường: v 2 2 q α=θ α α , 0c (2.156) b1. Tính dòng nhiệt qua đơn vị diện tích bề mặt: ) D d.n 1(l.D. P5,0P D d.n 1 J.A. q gg 2 f2Fe gg 22 2 +π ++ + ρ= θα (2.157) -Tổn hao sắt của rôto: ở rôto thì tần số của rôto f2=sf1=0,031.50=1,55 Hz rất nhỏ nên có thể coi tổn hao sắt trong răng và gông rôto là không có , như vậy thì tổn hao sắt ở rôto chỉ còn hai tổn hao phụ là tổn hao bề mặt và tổn hao đập mạch. W85,67=16,32+69,35=P+P= 2m®2bm2FeΡ Trong đó: Pbm2=35,69 W – là tổn hao bề mặt trên răng stato(mục 93); Pđm2=32,16 W – là tổn hao đập mạch trong răng stato(mục 93). 59 -Tổn hao phụ lúc có tải Pf=479 W tính ở bảng đặc tính làm việc ứng với sđm 647,0 ) 5,29 5,1.1 1(5,23.5,29. 479.5,085,67 5,29 5,1.1 1 8327,5.3,371 . 4020 1 q 2 = +π ++ + =α b2.Hệ số tản nhiệt bề mặt: )v1,01(0v +α=α (2.158) Trong đó: 30 10).3,34( −÷=α ; v=22,44 m/s- là vận tốc bề mặt rôto hay quạt ( tính ở mục trên). 33v 10.354,1110).44,22.1,01.(5,3 −− =+=α b3.Độ tăng nhiệt mặt ngoài lõi sắt rôto so với môi trường: c57 10.354,11 647,0 0 32 ==θ −α c.Độ tăng nhiệt mặt ngoài phần đầu nối dây quấn rôto so vớí nhiệt độ môi trường : v ® ® α q =θ (2.159) c1.Dòng nhiệt qua đơn vị diện tích bề mặt của phần đầu nối dây quấn rôto: 222® J.A..4,1=q θρ (2.160) Trong đó: 4020/1=θρ - là điện trở suất của dây dẫn ở nhiệt độ cho phép A2=371,3 A/cm – là tải đường (được tính ở phần trên) J2=5,8327 A/mm2 – mật độ dòng điện trong dây quấn rôto (mục 45) 754,0=8327,5.3,371. 4020 1 .4,1=q 2® c2.Hệ số tản nhiệt bề mặt : 60 )v1,01(0v +α=α (2.161) Trong đó: 30 10.3 −=α ; v=22,44 m/s- là vận tốc bề mặt rôto hay quạt ( tính ở mục trên) 33v 10.732,9)44,22.1,01(10.3 −− =+=α c3.Độ tăng nhiệt của phần đầu nối dây quấn rôto: c5,77= 10.732,9 754,0 = q = 0 3 v ® ® α θ d.Độ tăng nhiệt dây quấn rôto: 2®2 2®d22c 2cu l+l )l.+l.+( = θθθ θ α Trong đó: lđ2=33,4 cm – là chiều dài phần đầu nối dây quấn rôto(mục 74) c68 4,335,23 )4,33.5,775,23.3,5414,6( 0 2cu =+ ++=θ 61 PHẦN HAI KẾT CẤU VÀ TÍNH TOÁN CƠ CÁC BỘ PHẬN CHỦ YẾU CỦA MÁY ĐIỆN CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN KẾT CẤU CƠ BẢN 3.1.Đại cương về kết cấu của máy điện Thiết kế kết cấu phải bảo đảm sao cho máy gọn nhẹ ,đảm bảo độ tin cậy của máy lúc làm việc , đảm bảo bảo dưỡng máy thuận tiện đảm bảo chế tạo đơn giản , đảm bảo bảo chế tạo đơn giản ,giá thành hạ , thông gió tản nhiệt tốt mà vẫn có độ cứng và độ bền nhất định.Thường căn cứ vào điều kiện làm việc của máy để thiết kế ra một kết cấu thích hợp , sau đó tính toán cơ các bộ phận để xác định độ cứng và độ bền của các chi tiết máy.Vì vậy thiết kế kết cấu là một phần quan trọng trong toàn bộ thiết kế máy điện. 1.Kết cấu stato của máy điện a.Vỏ máy Khi thiết kế kết cấu vỏ máy stato phải phối hợp yêu cầu về truyền nhiệt và thông gió , đồng thời phải có đủ độ cứng và độ bền , không những sau khi lắp đặt lõi sắt mà cả khi gia công vỏ.Với máy điện không đồng bộ rôto dây quấn công suất đầu trục P2=90 KW ta sử dụng vỏ máy có gân trong có đặc điểm là lúc gia công , tốc độ cắt gọt chậm nhưng phôi liệu bỏ đi ít hơn là vỏ không có gân trong. 62 Hình 1.11 Vỏ máy đúc bằng gang gân trong. b.lõi sắt stato Với đường kính ngoài của lõi sắt máy đang tính toán Dn=43,7 cm thì ta dùng tấm nguyên để làm lõi sắt.Lõi sắt sau khi ép vào vỏ có một chốt cố định với vỏ máy để khỏi bị quay dưới tác dụng của mômen điện từ. 2.Kết cấu rôto máy điện xoay chiều Với đường kính rôto nhở hơn 350 mm thì lõi sắt rôto thường được ép trực tiếp lên trục Khi đường kính rôto không lớn, phần trong lõi thép cắt ra không được dùng vào mục đích gì có giá trị kính tế lớn mà kết cấu rôto của lại được đơn giản hoá.như vậy thì với động cơ không đồng bộ rôto dây quấn H×nh 1.12. Cè ®Þnh lâi s¾t lªn vá b»ng gê vμ chèt 63 đang thiết kế thì ta dùng phương pháp này.Ta dùng vành ép để ép chặt lõi thép và dùng để làm giá đỡ đầu dây quấn rôto.Với dạng rãnh rôto dạng nửa kín thì ta dùng nêm để cố định dây trong rãnh. Hình 1.13 Dùng chốt cố định lõi sắt rôto 3.2.Tính toán trục Trục của động cơ điện ngoài chịu toàn bộ trọng lượng của rôto ra ,thì nó còn chịu mômen xoắn và mômen uốn trong quá trình truyền động tải .Trục của máy còn chịu lực hướng trục với máy trục đứng .Ngoài ra trục còn chịu lực từ một phía do khe hở không khí không đều sinh ra , lực do cân bằng động không tốt gây nên , nhất là khi quá tốc độ giới hạn. Yêu cầu cơ bản đối với một trục khi thiết kế : -Phải có đủ độ bền ở tất cả các tiết diện của trục khi máy làm việc , kể cả lúc có sự cố ngắn mạch. -phải có đủ độ cứng để tránh sinh ra độ võng quá lớn làm chạm rôto với stato. - tốc độ giới hạn của trục phải khác nhiều cới tốc độ lúc máy làm việc bình thường. Với máy đang thiết kế ở đây ta chọn phôi liệu là thép cán để gia công trục máy. 1.Tính độ võng của trục 64 *Xác định mômen quay định mức ở đầu trục: Mđm= dm dm ω Ρ , Nm (3.1) Trong đó: Pđm=P2 =90 kW là công suất cơ ở đầu trục dmω là tốc độ góc định mức của rôto , rad/s nđm-tốc độ của rôto ở chế độ dịnh mức nđm=(1-sđm).nđb=(1-0,031).1500=1453,5 vg/ph 60 n..2 dm dm π=ω = 60 n).s1.(.2 dbdm−π ,rad/s (3.2) = 133,152 60 1500).031,01.(.2 =−π rad/s Mđm= 6,591 133,152 10.90 3 = Nm Hoặc tính mômen ở đầu trục theo đơn vị sau Mđm=0,975. dm dm n P ,kGm (3.3) Mđm=0,975. 37,60 5,1453 10.90 3 = kGm = 6037 kG.cm d1 d10 b10 h l10l1 l31 H×nh 1.14. ChiÒu cao t©m trôc vμ kÝch thuíc l¾p ®Æt l30 h3 1 65 * Dựa vào phụ lục I và III sách “TKMĐ” để xác định các kích thước lắp đặt Với máy có kí hiệu 4A250M4 ( động cơ không đồng bộ có h=250 mm kích thước lắp đặt loại M , có 4 cực , được chỉnh sửa đến lần thứ 4 ). -l30=955 mm; -h31=640mm; -h=250mm; -Khoảng cách giữa các lỗ bu lông chân máy là b10=406 mm; -Đường kính lỗ chân máy d10=24 mm; -Khoảng cách giữa hai lỗ chân máy theo chiều dọc trục l10=349 mm; -Khoảng cách từ lỗ chân máy tới bậc cuối của trục l31=168 mm; -Đường kính đầu trục d1=65 mm; -Chiều dài của đầu trục l1=140 mm; - khối lượng, 510 kg. *Lựa chọn ổ bi: Dựa vào phụ lục XII sách ‘TKMĐ”của Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh ta chọn loại ổ bi loại trung bình với các kích thước sau + Kí hiệu ổ bi : 214 + đường kính trong ổ bi : d=70 mm + Đường kính ngoài ổ bi : D=150 mm + Bề rộng ổ bi : B=35 mm + Bán kính góc lượn : r=3,5 mm + Tốc độ quay của ổ bi : nbi=5000 vg/ph *Lựa chọn vành trượt : Ta có thể dựa vào kích thước của chổi than theo tiêu chuẩn ở phụ lục X sách “TKMĐ” để xác định kích thước vành trượt.Với kích thước chổi than đã được chọn ở mục 97 là 16x25 cm thì ta chọn kích thước vành trượt có chiều rộng lớn hơn chiều kích thước hướng trục của chổi than mà cụ thể như sau 66 Hình 1.15 kích thước chổi và vành trượt Với kích thước chổi than là l=16mm , b= 25 mm ta chọn bề rộng vành trượt là bv=30 mm.Đường kính ngoài vành trượt là Dv=20 cm (đã chọn ở mục 97). *Lựa chọn nối trục bằng khớp nối mềm Mômen lớn nhất sinh ra ở trục động cơ: Mmax=mmax.Mđm=2,261.6037=13649,657 kG.cm (3.4) Theo phụ lục XI bảng XI.2 khớp nối đàn hồi ta chọn được loại khớp nối sau Loại MYBII8 có mômen lớn nhất Mmax=28200 kG.cm - Đường kính ngoài của khớp nối D=295 mm , - Đường kính tính ở tâm các vấu là D1=210 mm - Chiều dài thò ra của các vấu là l=56 mm - Số vấu hay số chốt là 8 - Đường kính lỗ d mm(nhỏ nhất dmin=60mm , lớn nhất dmax=75 mm) - chiều dài khớp nối không kể đầu thò vấu L=142 mm *Lựa chọn rãnh then: 67 Hình 1.16 kích thước then đầu trục Tra bảng 9.1a các thông số của then bằng ( sách tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập một của Trịnh Chất và Lê Văn Uyển) (trang173) ta chọn được các kích thước sau đây ứng với đường kính đầu trục d = 65 mm - bề rộng then b = 18 mm - chiều cao then h = 11 mm - Chiều cao rãnh then trên trục t2=4.4 mm - chiều sâu rãnh then trên trục t1= 7 mm - chiều dài then l = 120 mm - bán kính góc lượn của rãnh r , rmin=0,25 mm ; rmax= 0,4 mm • Chọn then chỗ lắp lõi sắt rôto(d = 89 mm): b=25 mm; h=14 mm; t1=9mm; t2=5,4 mm; rmim=0,4 mm; rmax=0,6 mm • Chọn then chỗ lắp thanh giữ vành trượt(d = 60 mm): b=11 mm; h=11mm; t1=7 mm; t2=4,4 mm; rmin=0,25mm; rmax=0,4mm *Thông qua các kích thước cơ bản ở trên ta có thể chọn hình dáng và các kích thước của các bậc trục rôto như hình vẽ sau: 68 Hình 1.17 .Tính toán trục +Trọng lượng phần ứng: G=6,3.(D2.l+lv.Dv).10-3 , kg (3.5) Trong đó: D -là đường kính ngoài của rôto, D=29,5 cm (tính ở mục 35); l-là chiều dài lõi sắt rôto, l=l2=23,5 cm (đã tính ở mục 37); lv-tổng chiều dài vành trượt, lấy lv=3bv=3.3=9 cm; Dv- là đường kính vành trượt, Dv=20 cm (đã biết ở mục trên). G = 6,3.(29,52.23,5+202.9).10-3=151,52 kg +Mômen xoắn đầu trục định mức: dm 2 x n P .97500=Μ , kg.cm (3.6) Trong đó: P2-là công suất định mức ở đầu trục , kW; nđm – là tốc độ quay định mức của rôto. 15,6037 5,1453 90 .97500x ==Μ kg.cm +Lực kéo đầu trục: 1a 2a 3a 3b 2b 1b4b A B P ®o¹n a(a) ®o¹n b(b) ®o¹n c(c) G Q0 1 1' l 1c4a 5b5a 2c 69 0 x 2 R M .k=Ρ , kg (3.7) Trong đó: k2- là hệ số quá tải khi máy làm việc ở điều kiện bình thường ; R0-là bán kính của khớp nối mền tính ở tâm các vấu 49,172 )2/21( 15,6037 .3,0 ==Ρ kg +Tính sa , sb , s0 theo bảng sau đây: -tính sb : ∑ −−= i 3 1i 3 i b J yy s (3.8) Trong đó: yi – là các khoảng cách thứ i trong đoạn b; Ji –là mômen quán tính của tiết diện ở các bậc thang; 64 d. J 4 i i π= (3.9) di – là đường kính ở các bậc thang; - tính sa: ∑ −−= i 3 1i 3 i b J xx s (3.10) Trong đó: xi – là khoảng cách thứ i trong đoạn a - tính s0: ∑ −−= i 2 1i 2 i 0 J yy s (3.11) Ta lập một bảng tính sau Tiết diện di(cm) Ji(cm4) yi(cm) yi3 (cm3) yi3-yi-13(cm3) (yi3-yi-13)/Ji yi2 (yi2-yi-12) (yi2-yi-12)/ji Phần bên phải trục 70 1b 7 117.8 1.75 5.3594 5.3594 0.0455 3.063 3.063 0.026 2b 7.5 155.24 7.75 465.48 460.13 2.964 60.06 57 0.3672 3b 8 200.96 14.75 3209 2743.6 13.652 217.6 157.5 0.7837 4b 9.5 399.62 17.25 5133 1923.9 4.8144 297.6 80 0.2002 5b 8.9 307.83 30.5 28373 23240 75.495 930.3 632.7 2.0553 96.972 3.4324 Phần bên trái trục Tiết diện di(cm) Ji(cm4) Xi(cm) Xi3(cm3) Xi3-Xi- 1 3 (Xi3-Xi-13)/Ji 1a 7 117.8 1.75 5.3594 5.359 0.045 2a 7.5 155.24 7.75 465.48 460.1 2.964 3a 8.9 307.83 16.75 4699.4 4234 13.75 4a 8.4 244.27 17.25 5133 433.5 1.775 5a 8.9 307.83 30.5 28373 23240 75.5 94.03 +Độ võng fG do trọng lượng rôto gây nên ở tiết diện 1-1’ giữa lõi sắt rôto: )b.Sa.S.( l.E3 G f 2a 2 b2G += (3.12) Trong đó : E- là môdun đàn tính của thép . E=2,1.106 kg/cm2; l - tổng chiều dài của hai đoạn a và đoạn b. 00115,0=)5,30.03,94+5,30.972,96.( 61.10.1,2.3 52,151 =f 22 26G cm +Độ võng trục fP do lực đầu trục P gây nên ở tiết diện 1-1’ ]S.ba).SS.l.5,1[( l.E.3 P f ab02P +−= , cm (3.13) cm10.98,6=]03,94.5,30+5,30).972,964324,3.61.5,1[( 61.10.1,2.3 49,172 =f 5 26P - +Độ lệch tâm ban đầu e0: e0=0,1.δ+fG+fP , cm (3.14) e0= 0,1.0,1+0,00115+6,98.10-5 ≈0,01122 cm +Lực từ một phía ban đầu: 71 δ= 0 0 e .l.D.3Q , kg (3.15) Trong đó: D – là đường kính ngoài lõi sắt rôto; l – chiều dài lõi sắt rôto. kg34,233= 1,0 01122,0 .5,23.5,29.3=Q0 +Độ võng fM do lực từ một phía gây nên ở tiết diện 1-1’: fM = m1 f0 − , cm (3.16) Trong đó: f0- là độ võng do tác dụng của lực từ một phía được tính với mật độ từ thông khe hở không khí T7,0=Βδ f0= G Q .f 0G = 52,151 34,233 .00115.0 =0,00177 cm (3.17) m= 158,0= 01122,0 00177,0 = e f 0 0 (3.18) fM = 0021,0= 158,01 00177,0 - cm +Độ võng tổng ở tiết diện 1-1’: f= fG+fP+fM = 0,00115+6,98.10-5+0,0021=0,00332 cm (3.19) độ võng này nhỏ hơn 10%δ=0,1.0,1=0,01 cm nên cho phép b.Tốc độ giới hạn: G gh f m1 .300n −= vòng /phút. (3.20) ph/vg6,8117= 00115,0 158,01 .300=ngh - Tốc độ này cao hơn hẳn tốc độ định mức nên độ cứng của trục coi như đạt yêu cầu. 72 c.Tính độ bền của trục: c1.Kiểm nghiệm ở tiết diện 1-c: *Mômen uốn: M=k.P.l1c=2.172,49.19,6 =6761,6 kg.cm (3.21) Trong đó: l1c-là khoảng cách từ điểm đặt lực P đến tiết diện 1c k=2 là hệ số quá tải *Mômen kháng uốn: W=0,1.d30 = 0,1.5,83=19,5112 cm3 (3.22) Trong đó: d0 là kích thước đầu trục trừ đi phần ăn sâu của rãnh then vào trục ; d0=65-t1=65-7 =58 mm =5,8 cm . *Ứng suất kéo của trục ở tiết diện 1-c: W ).k.(M 2x 2 Μα+=σ , kg/cm2 (3.23) Trong đó α - là hệ số tỷ lệ giữa ứng suất uốn và ứng suất xoắn cho phép.Với máy điện quay thuận nghịch thì chọn α =0,8; k=2 –là hệ số quá tải . 3,604 5112,19 )15,6037.2.8,0(6,6761 22 =+=σ kg/cm2 Tra công thức 10.30 mục 10.4 tính toán kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh (trang 200) chương 10 sách “tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí “ .Trị số ứng suất cho phép của vật liệu ][σ sách “tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí “tập một (trang 195) ta có: ][σ =0,8. chσ = 0,8 .3600=2880 kg/cm2, Ở đây chσ = 3600 kg/cm2 – là giới hạn chảy của thép để làm trục. Như vậy ta thấy rằng ][σ<σ do đó mà đoạn trục được thiết kế này đủ điều kiện cho phép. c2.kiểm nghiệm các tiết diện trong đoạn b của trục: 73 *Tính phản lực B trên ổ trục B : Dựa vào hình vẽ tính toán trục ở trên ta có thể tính B như sau Tổng mômen dây ra ở ổ bi A là bằng không ∑ = 0)A(M Hay B.l- (G+Q).a – k.P.(l+c) =0 B = l )cl.(P.k a. l )QG( +++ (3.24) Trong đó: P –là lực kéo ở đầu trục Q là lực một phía có tính đến độ võng Q= m1 Q0 − = 13,277=158,01 34,233 - kg (3.25) B= 36,691= 61 )35,23+61.(49,172.2 +5,30. 61 )13,277+52,151( kg *Mômen uốn ở tiết diện 1-b : M = kP.lP - B .lb (3.26) Trong đó : lb và lp lần lượt là chiều dài từ các điểm tác dụng của lực P và lực B đến các tiết diện cần tính mà cụ thể ở đây là tiết diện 1-b M =2.172,49.25,1- 691,36.1,75 = 7449,12 kg.cm *Mômen kháng uốn ở tiết diện 1-b: W = 0,1.d31-b = 0,1.73=34,3 cm3 *ứng suất uốn ở tiết diện 1-b: W ).k.(M 2x 2 Μα+=σ = 63,356= 3,34 )15,6037.2.8,0(+12,7449 22 kg/cm2 Như vậy ta thấy là ở tiết diện trục này thì ứng suất uốn tính được nhỏ hơn ứng suất uốn cho phép ở đường kính tiết diện d= 70 mm là 2cm/kg2880][ =σ *Mômen uốn ở tiết diện 2-b: M = kP.lP -B .lb=2.172,49.31,1 -691,36.7,75 =5370,84 kg 74 *Mômen uốn ở tiết diện 2-b: W=0,1.d32-b = 0,1.7,53=42,1875 cm3 *ứng suất uốn ở tiết diện 2-b: W ).k.(M 2x 2 Μα+=σ = 262= 1875,42 )15,6037.2.8,0(+84,5370 22 kg/cm2 2cm/kg2880][ =< σσ *Mômen uốn ở tiết diện 3-b: M = kP.lP +B .lb=2.172,49.38,1 – 691,36.14,75 =2946,2 kg *Mômen kháng uốn ở tiết diện 3-b: W=0,1.d33-b = 0,1.83=51,2 cm3 * ứng suất uốn ở tiết diện 3-b: W ).k.(M 2x 2 Μα+=σ = 24,197= 2,51 )15,6037.2.8,0(+2,2946 22 kg/cm2 *Mômen uốn ở tiết diện 4-b: M = kP.lP - B .lb=2.172,49.40,6 – 691,36.17,25 =2080,228 kg *Mômen kháng uốn ở tiết diện 4-b: W=0,1.d34-b=0,1.9,53=85,7375 cm3 * Ứng suất uốn ở tiết diện 4-b: W ).k.(M 2x 2 Μα+=σ = 24,115= 7375,85 )15,6037.2.8,0(+228,2080 22 kg/cm2 C3.kiểm nghiệm các tiết diện trong đoạn a của trục: *xác dịnh phản lực A trên ổ trục A : Từ hình vẽ tính toán trục ở trên ta có thể xác đinh A thông qua việc tìm tổng các mômen do các lực tác động lên gối trục là ở ổ bi B ∑ =Μ 0)B( Hay A.l - (G+Q).b – k.P.c =0 Rút ra được A= l c .P.kb. l QG ++ (3.27) 75 Thay số A= 38,346= 61 35,23 .49,172.2+5,30. 61 13,277+52,151 kg *Mômen uốn ở tiết diện 1-a: M=A.l1-a = 346,38.1,75 =606,165 kg.cm (3.28) Trong đó : l1-a – là chiều dài từ điểm tác dụng của lực A đến tiết diện 1-a *Mômen kháng uốn ở tiết diện 1-a: W=0,1.d3=0,1.73 = 34,3 cm3 *Ứng suất uốn ở tiết diện 1-a: 2cm/kg67,17= 3,34 165,606 = W M =σ (3.29) *Mômen uốn ở tiết diện 2-a: M=A.l2-a = 346,38.7,75=2684,445 kg.cm *Mômen kháng uốn ở tiết diện 2-a: W = 0,1.d2-a3=0,1.7,53=42,1875 cm3 *Ứng suất uốn ở tíêt diện 2-a: 2cm/kg63,63= 1875,42 445,2648 = W M =σ *Mômen uốn ở tiết diện 3-a: M=A.l3-a = 346,38.16,75=5801,865 kg.cm *Mômen kháng uốn ở tiết diện 3-a: W = 0,1.d3-a3=0,1.8,93=70,4969 cm3 * Ứng suất uốn ở tíêt diện 3-a: 2cm/kg3,82= 4969,70 865,5801 = W M =σ *Mômen uốn ở tiết diện 4-a: M=A.l4-a = 346,38.17,25=5975 kg.cm *Mômen kháng uốn ở tiết diện 4-a: W = 0,1.d4-a3=0,1.8,43=59,27 cm3 *Ứng suất uốn ở tiết diện 4-a: 76 2cm/kg81,100= 27,59 5975 = W M =σ 3.3.Tính trọng lượng vật liệu tác dụng và chỉ tiêu sử dụng a.Trọng lượng thép silic cần chuẩn bị: kg,10..k.l.)+D(=G 3Fec1 2 nFe -γΔ (2.31) Trong đó: Dn = 43,7 cm – là đường kính ngoài lõi sắt stato; l1 =23 cm – là chiều dài lõi sắt stato; kc là hệ số ép chặt lõi thép stato; Feγ = 7,8 g/cm 3 – là trọng lượng riêng của thép. kg336=10..95,0.23.)+7,43(=G 32Fe -7,80,7 b.Trọng lượng đồng dây quấn stato: +Khi không tính cách điện: kg,10..l.s.n.u.Z=G 5cutb111r11cu γ (2.32) Trong đó: Z1=48 – là số rãnh stato; ur1 =20 – là số thanh dẫn tác dụng của một rãnh; n1= 4 là số sợi chập khi quấn dây thành các bối dây; s1=1,911 mm2 – là tiết diện dây quấn stato; ltb=52,81 cm – là chiều dài trung bình nửa vòng dây của dây quấn stato(tính ở mục 71); 3cu cm/g9,8=γ - là trọng lượng riêng của đồng. kg5,34=10.9,8.81,52.911,1.4.20.48='G 51cu - +Khi kể cả cách điện: kg,'G].) d d (124,0+876,0[=G cu 2dc 1cu (3.33) Trong đó: dcđ = 1,645 mm – là đường kính kể cả cách điện của dây quấn stato; d=1,56 mm – là đường kính không kể cách điện của dây quấn stato. 77 kg35=5,34].) 56,1 645,1 (124,0+876,0[=G 21cu c.Trọng lượng đồng ở dây quấn rôto: kg,10..l.s.Z=G 5cu2tb222cu γ (3.34) Trong đó: Z2 = 60 – là số rãnh của rôto; s2 =49,14 mm2 – là tiết diện thanh dẫn rôto(tính ở mục 45); ltb2=56,9 cm – là chiều dài trung bình nửa vòng dây của dây quấn rôto(tính ở mục 76). kg15=10.9,8.9,56.14,49.60=G 52cu d.Chỉ tiêu kinh tế về vật liệu tác dụng: *Thép kĩ thuật điện: gFe= kW/kg73,3= 90 336 = P G Fe (3.35) *Đồng: gcu= kW/kg55,0= 90 15+35 = P G+G = P G 2cu1cucu (3.36) 78 PHẦN 3 THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO RÔTO DÂY QUẤN CỦA MÁY ĐIỆN QUAY Chương 4 THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO RÔTO DÂY QUẤN CỦA MÁY ĐIỆN QUAY 4.1.Tìm hiểu chung về rôto dây quấn của máy điện quay Rôto dây quấn của máy điện xoay chiều bao gồm hai bộ phận chính đó là lõi sắt rôto và dây quấn rôto. Mạch từ của máy điện quay gồm hai phần : mạch từ phần tĩnh và mạch từ phần quay(rôto).Đối với máy điện một chiều và một số máy phát điện đồng bộ phần quay là phần ứng.Đối với máy điện không đồng bộ và một số máy đồng bộ khác, mạch từ phần tĩnh là mạch từ phần ứng.Trong máy điện không đồng bộ thì rôto là phần cảm và lõi thép của nó được chế tạo như đối với lõi sắt của phần ứng, chỉ có điều là không cần cách điện giữa các lá, vì tần số của từ thông trong nó rất bé f2=s.f1=2÷ 3Hz.Mạch từ phần ứng phần ứng dẫn từ thông xoay chiều. 1.Rôto của máy điện một chiều a.Lõi sắt phần ứng Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ. Thường dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện (thép hợp kim silíc)dày 0,5 mm phủ cách điện mỏng ở hai mép rồi ép chặt lại đêr giảm hao tổn do dòng điện xoáy gây nên.Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để khi ép lại thì đặt dây quấn vào.Với máy cỡ trung trở lên người ta còn dập các lỗ thông gió dọc trục.Với các máy nhỏ thì lõi được ép trực tiếp lên trục. b.Dây quấn phần ứng Dây quấn phần ứng là để sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng thường làm bằng đồng có bọc cách điện có dạng tiết diện tròn hoặc tiết diện chữ nhật.Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép. Để tránh khi quay bị văng ra ngoài thì ở miệng các rãnh người ta dùng nêm hoặc đai làm bằng tre, gỗ hoạc bakelít. c.Cổ góp điện Cổ góp điện dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều.Kết cấu của cổ góp gồm nhiều phiến góp bằng đồng có đuôi nhạn cách điện với nhau vằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một hình trụ tròn. 2.Rôto của máy điện đồng bộ Rôto của máy điện đồng bộ cực ẩn làm bằng thép hợp kim chất lượng cao, được rèn thành khối hình trụ, sau đó gia công và phay rãnh để đặt dây 79 quấn kích từ. Phần không phay rãnh của rôto hình thành mặt cực từ. Dây quấn kích từ được chế tạo từ dây đồng trần tiết diện chữ nhật quấn theo chiều mỏm cực thành các bối dây đồng tâm và chúng được cách điện với nhau bằng lớp mica mỏng. Rôto máy điện đồng bộ cực lồi công suất nhỏ và trung bình có lõi thép được chế tạo bằng thép đức và gia công thành khối lăng trụ hoặc khối hình trụ trên mặt có đặt các cực từ. Ở các máy lớn thì lõi thép được hình thành bởi các tấm thép dày 1 đến 6 mm, được dập hoặc đúc định hình sẵn để ghép thành các khối lăng trụ và lõi thép này thường không trực tiếp lồng vào trục máy mà được đặt trên giá đỡ của rôto. Các cực từ đặt trên lõi thép roto được ghép bằng những lá thép dày 1 đến 1,5 mm. Dây quấn kích từ được chế tạo từ dây đồng trần tiết diện chữ nhật quấn uốn theo chiều mỏng thành từng cuộn dây. Cách điện giữa các vòng dây là các lớp mica hoặc amiăng. Dây quấn cản hoặc dây quấn mở máy được đặt trên các đầu cực. 3.Rôto máy điện không đồng bộ rôto dây quấn a.Lõi sắt Vật liệu để chế tạo lõi sắt là các lá thép kĩ thuật điện. Lõi thép được ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá đỡ rôto của máy. Phía ngoài có xẻ rãnh để đặt dây quấn. b.Dây quấn của rôto dây quấn Thường dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp để giảm bớt phần đầu nối ở trong các máy điện có công suất cỡ trung bình trở lên. Với máy cỡ nhỏ thì dây quấn dùng loại dây quấn đồng tâm một lớp. Dây quấn ba pha được đấu sao ở ba đầu, còn ba đầu kia được nối vào vành trượt thường làm bằng đồng đặt cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với mạch điện bên ngoài như là đấu với điện trở phụ hoặc sức điện động phụ vào mạch điện rôto để nâng cao tính năng mở máy điện, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy. Khi làm việc bình thường thì dây quấn rôto được đấu ngắn mạch. Vật liệu chế tạo lõi thép rôto máy điện quay người ta dùng những vật liệu sắt từ khác nhau như các loại thép kĩ thuật điện, thép đúc, thép rèn, các loại thép lá, thép hợp kim. 4.2.Công nghệ và thiết bị chế tạo mạch từ rôto dây quấn máy điện quay Các bước công nghệ chế tạo lõi sắt phần ứng của máy điện quay gồm có: - Chọn kích thước tấm tôn và thiết kế quy trình cắt, dập. - Dập các lá tôn theo bản vẽ thiết kế. - Cán bavia và sơn, tẩm cách điện các lá tôn. - Ghép các lá tôn thành lõi sắt theo kích thước thiết kế. - Gia công lại (tiện) để đạt được khe hở không khí cần thiết nếu có yêu cầu. 1.Chọn kích thước tấm tôn và thiết kế quy trình cắt, dập 80 Tôn kĩ thuật được chế tạo ra với nhiều kích thước khác nhau. Căn cứ vào kích thước lá tôn thiết kế và kích thước tấm tôn có được, ta phải chọn được phương án dập thế nào để cho phần tôn thừa là ít nhất. Khi dập tôn thì người ta phải làm sao cho hệ số sử dụng k của tôn đạt được giá trị cực đại k=Q1/Q2 =kmax Q1 – là diện tích tấm tôn được sử dụng Q2 – là diện tích tấm tôn Qui trình dập cần căn cứ vào số lượng thiết bị sẵn có và sản lượng sản phẩm : +Số lượng máy dập. +Công suất máy dập. +Kích thước máy dập(khoảng cách từ tâm bàn máy đến thân máy). +Sản suất đơn chiếc hay hàng loạt lớn. +Dập bình thường hay tự động. Đối với các máy điện có công suất lớn (có đường kính >1m) người ta chia tôn ra thành nhiều mảnh gọi là secmăng để dập, sau đó ghép chúng lại với nhau. 2.Dập các lá tôn theo bản vẽ Để dập các lá tôn theo bản vẽ người ta dùng các máy dập với khuôn dập là gồm chày dập và cối dập. Chày là phần lồi có kích thước tương ứng với các lỗ trên lá tôn , chày được bắt trên phần động của máy dập. Cối là phần lỗ, thông thường được bắt chặt với bàn máy dập. Lực dập và công suất của máy dập được tính toán theo chiều dài vết cắt, chiều dầy lá tôn, loại tôn và quy trình dập lá tôn. Nếu máy dập không đủ công suất dập một lần thì thực hiện việc dập nhiều lần để ra được một lá tôn. Các máy dập hiện nay có máy dập thông thường, máy bán tự động và máy dập tự động hoá hoàn toàn. Lỗ cối dập gồm hai phần, một phần có thành song song gọi là phần làm việc. Phần dưới có côn để thoát phoi cho dễ dàng.Tuy nhiên sau một thời gian dập thì phoi sẽ mài mòn khuôn dập. Phần làm việc của khuôn dập sẽ bị ít dần H×nh 10-1.Cèi dËp 81 đến một lúc nào đó thì nó sẽ hết. Nếu chiều cao h của phần làm việc lớn, thì tuổi thọ của khuôn cao nhưng thoát phoi chậm, phoi sẽ mài mon khuôn và độ chính xác kém dần đi. Nếu h bé, thoát phoi nhanh dễ dàng nhưng thời gian sử dụng hạn chế. Vật liệu để chế tạo khuôn cũng như để chế tạo dao cắt thưồng dùng thép chữ Y hoặc X. Khe hở giữa chày và cối phải đủ nhỏ để độ bavia của sản phẩm nằm trong phạm vi qui định. Nếu khe hở lớn độ bavia lớn nhưng thời gian giữa hai lần mài cũng lớn theo(khuôn cùn chậm hơn). Nếu dập để độ bavia đủ nhỏ (không cần qua khâu mài bavia )khuôn phải có khe hở nhỏ, phải mài khuôn sớm hơn, thì sẽ hạn chế năng suất sản suất. Nếu khuôn không đủ sắc thì sẽ tạo lòng mo trên sản phẩm làm giảm hệ số ép chặt lõi sắt, phạm vi mà tính dẫn từ của lá tôn sẽ giảm đi sẽ tăng lên làm cho chất lượng mạch từ giảm đi. Các bước công nghệ dập: - Bước 1:dập để cắt đường kính ngoài và lỗ trục. - Bước 2:dập để cắt tách hai lá tôn stato và rôto - Bước 3 và 4 :dập các rãnh đặt dây, lỗ thông gió dọc trục, lỗ công nghệ, lỗ để đặt đai ép cho riêng từng lá tôn stato và rôto. Trong sản suất loạt lớn và sản lượng ổn định việc dập các lá tôn máy điện được thực hiện trên các dây truyền tự động, khâu dập là khâu đầu tiên.Trong nghiên cứu, chế tạo đơn chiếc thì người ta còn áp dụng kiểu dập xoay, tức là dập từng rãnh một. Khuôn dập xoay có cơ cấu xoay khuôn đi một góc Z 360=α và như thế cần phải cố định chặt lá tôn trên khuôn. Tẩy bavia cho các lá tôn sau khi đã được dập. Do khả năng công nghệ mà khi chế tạo khuôn dập người ta không thể nào chế tạo được khe hở giữa cối và chày của khuôn dập đủ nhỏ và đều để khi dập không có ba via. Mặt khác thì sau một thời gian dập thì chày cối sẽ bị cùn hoặc sứt mẻ. Nếu mài khuôn luôn thì sẽ ảnh hưởng tới năng suất dập và tốn kém trong việc đầu tư thiết bị mài khuôn dập. Chính vì thế người ta chấp nhận có bavia và thêm vào qui trình công nghệ một thiết bị mài bavia.Trong qui trình mài bavia nguời ta áp dụng hai phương pháp mài đó là mài bavia bằng đá mài và mài bavia bằng băng nhám. Lực ép vừa đủ để tẩy hết bavia đồng thời không làm biến dạng lá tôn, cong vênh hoặc biến dạng răng. Trục đá mài là trục chủ động 82 Ủ các lá tôn để phục hồi tính dẫn từ. Khi dập do tác dụng cơ khí mạnh, kết cấu các phần tử thép bị thay đổi, do đó làm giảm khả năng dẫn từ của thép ở gần các gờ mép. Ảnh hưởng này có thể sâu tới 0,5 ÷1 mm tính từ mép. Đối với những của động cơ nhỏ hoặc quá nhiều rãnh, kích thước răng còn lại bé, hiện tượng này ảnh hưởng khá rõ. Để phục hồi lại tính dẫn từ người ta tiến hành ủ lá tôn. Sơn cách điện các lá tôn (riêng với lá tôn rôto của động cơ không đồng bộ thì không cần phải làm việc này) để tăng cách điện trở đối với dòng điện Fucô trong lõi sắt. Lớp này phải có khả năng chịu nhiệt tương đối cao. Thông thường thì người ta kết hợp các nguyên công mài bavia sơn và sấy lá tôn tên một dây truyền công nghệ thống nhất. 3.Ghép các lá tôn rôto dây quấn máy điện quay thành lõi sắt theo kích thước thiết kế Nhìn chung thì việc ghép lá tôn rôto của máy điện không đồng bộ cũng giống như ghép lá tôn trên lõi sắt phần ứng. Các lá tôn sau khi được sắp xếp trên đồ gá thì được ép chặt lại với áp suất từ 5 kg/cm2 đối với máy cỡ trung, đến 10 kg/cm2 đối với máy cỡ nhỏ và phải có những vòng ép để đảm bảo giữ áp suất đó. Để tránh lõi sắt ở hai đầu bị tản ra thì trong máy điện nhỏ dùng những tấm thép dày 1,5 mm ép lại. Trong những máy lớn thì thường dùng thép tấm hàn lại. Dùng giá đỡ liền vành ép sẽ dễ dàng cho việc đai đầu dây cho khỏi văng ra khi quay dưới tác dụng của lực li tâm. Ở mép rãnh chỗ dây đi ra là chỗ thường xảy ra sự cố cách điện, do dây đi ngoặt gấp tì vào gờ mép rãnh. Để khắc phục điều này một số hãng đặt ở 2 đầu lõi thép 2 bìa cách điện được dập rãnh như lá tôn và ép chặt hoặc dán vào lõi. Sau khi ghép các lá tôn thành lõi sắt thì tuỳ theo đường kính rôto mà người ta có thể ép lõi lên trục rôto bằng các phương pháp khác nhau. Nếu đường kính rôto nhỏ hơn 350 mm thì lõi sắt rôto thường được ép trực tiếp lên H×nh 10.2 mμi bavia b»ng ®¸ mμi 1.Trôc mμi(®¸) 2.trôc ®ì 3.L¸ t«n. 3 1 2 4 3 2 6 5 O300 06 00 H×nh 10-3.Mμi bavia b»ng l¨n nh¸m 1-con l¨n 2- L¸ t«n 3-Trôc t× 4- Con l¨n 5- B¨ng mμi 6-Trôc dÉn. 1 83 trục. Khi đường kính rôto lớn hơn 350 mm, đường kính cố gắng lấy lớn để dùng lõi lấy ra làm việc khác, do đó cần giá đỡ rôto. Khi đường kính rôto lớn hơn 1000 mm thì dùng các tấm tôn silíc hình rẻ quạt ép lại. Rôto của máy điện đồng bộ cực lồi gồm gông từ, cực từ, dây quấn kích từ. Cực từ thường được ghép bằng nhiều tấm ép và tán chặt với lực ép đến 20 ÷ 25 kg/cm2 và hai đầu dùng tấm thép dày ép lại. Các cực từ này được bắt chặt vào trục thông qua gông từ rôto. Với máy nhỏ thì gông từ rôto và trục rôto làm thành một khối, gông từ có dạng trụ tròn hoặc trụ có số cạnh bằng số cực từ. Cực từ cùng dây quấn kích từ được bắt vào gông từ bằng bu lông. Với máy lớn gông từ được chế tạo riêng và lồng nóng vào trục. 4.3.Công nghệ chế tạo và thiết bị chế tạo dây quấn rôto máy điện quay Dây quấn của máy điện phải đảm bảo được các yêu cầu chính sau: - Cảm ứng được một sức điện động cho trước. - Cho phép một dòng điện nhất định đi qua mà không nóng quá nhiệt độ cho trước . - Chịu được những lực điện động cho trước (khi mở máy hoặc mang tải đột ngột, ngắn mạch đột nhiên). - Có độ tin cậy cao trong vận hành và có tuổi thọ theo thiết kế. 1.Cách điện của dây quấn a.Các loại vật liệu cách điện dùng trong máy điện và phương pháp gia công Tuổi thọ của máy điện làm việc ở chế độ định mức phụ thuốc chủ yếu vào chất lượng của vật liệu cách điện. Chế độ nhiệt cùng với thời gian quyết định tốc độ già hoá, xuống cấp của vật liệu cách điện. Người ta phân vật liệu vật liệu cách điện theo cấp chịu nhiệt. Cấp chịu nhiệt đó là khả năng duy trì đặc tính cách điện của vật liệu cách điện ứng với một cấp nhiệt nào đó. b.Kết cấu cách điện của máy điện và các biện pháp thực hiện Trong máy điện có các loại cách điện dây quấn sau: Cách điện giữa các vòng dây, cách điện giữa các bối dây, cách điện giữa các pha, cách điện giữa dây quấn với lõi sắt. Kết cấu cách điện ở phần trong rãnh cũng khác với các điện ở phần đầu nối. Cách điện vòng dây thường là cách điện của chính sợi dây dùng làm dây quấn. Đối với máy có điện áp cao người ta bọc thêm lên sợi dây một lớp cách điện tăng cường. Cách điện phần đầu nối chủ yếu dùng cách điện giữa các bối dây, các nhóm bối dây(các pha) với nhau. - Đối với dây quấn phần tử mền được cấu tạo bằng dây dẫn tròn. Cách điện giữa dây quấn và lõi sắt là cách điện rãnh được đặt trong rãnh trước khi đặt bối dây vào. Sau khi đặt dây, người ta gấp mép cách điện ở miệng rãnh rồi dùng nêm đóng để nén chặt dây trong rãnh - Đối với dây quấn phần tử cứng các bối dây phần tử cứng được đặt trong các rãnh hở, nửa hở hoặc nửa kín. Đối với rãnh nửa hở, các bối dây phải chia làm hai phần theo chiều ngang rãnh. Ngoài cách điện của bản thân bối dây còn phải đặt thêm cách điện rãnh. Đối với dây quấn đặt trong rãnh hở thì không đặt thêm cách điện rãnh nữa. Các bối dây trong trường hợp này được 84 bọc bằng nhiều lớp cách điện, tẩm sấy kĩ rồi đặt vào các rãnh, đóng nêm xong. Cách điện bối dây phần tử cứng bằng phương pháp quán băng cách điện bằng vật liệu khác nhau. Lớp trong cùng là lớp băng quấn thưa, mục đích để giữ các vòng dây. Lớp giữa là lớp cách điện chủ yếu. Lớp ngoài cùng vừa cách điện vừa là lớp bảo vệ được quấn chồng 1/2 hoặc 2/3. Lớp giữa thường được quấn bằng cách điện băng rộng, số lớp theo thiết kế. - Cách điện đầu dây ra và các chỗ nối dây. Đầu dây ra và chỗ nối dây cần bọc cách điện thật tốt vì đó là những chỗ cộm hoặc vượt đè từ pha này qua pha khác. Điện áp giữa các dây ra chính là điện áp dây của máy. Đầu ra của mỗi bối dây được bọc tăng cường tối thiểu 3 đến 6 lớp băng cách điện(chất liệu băng tuỳ theo cấp cách điện)hoặc đút ống ghen cách điện đến sát miệng rãnh. Các chỗ nối có thể bọc băng cách điện hoặc ống cách điện. Đoạn dây nối từ hộp đấu dây vào dây quấn thường dùng nhiều sợi vỏ bằng nhựa chịu nhiệt hoặc sợi thuỷ tinh. Đối với động cơ lớn, đầu ra thường phải dùng cáp cao su bọc thuỷ tinh. c.Cơ khí hoá việc cắt vật liệu cách điện Cách điện được cắt chính xác theo kích thước thiết kế thì việc lồng dây quấn sẽ rất tiện lợi. Nếu kích thước cách điện của các miếng cách điện không chính xác thì người lồng dây thường phải mất thời gian cắt lại hoặc bị hụt rất khó lồng. Với những lí do đó mà việc cơ khí hoá khâu cắt cách điện là bắt buộc. 2.Công nghệ chế tạo các cuộn dây quấn rôto ở máy điện quay Nhìn chung thì ở rôto của máy điện quay người ta sử dụng hai kiểu loại dây để chế tạo dây quấn rôto là loại dây dẫn tròn và dây dẫn tiết diện chữ nhật.Với dây dẫn tròn thì thường áp dụng cho những máy công suất nhỏ. Còn với dây dẫn có tiết diện chữ nhật người ta thường dùng cho những máy có công suất trung bình trở lên, rãnh có dạng hở hoặc nửa hở,hoặc dạng nửa kín. a.Quấn cuộn dây phần ứng máy điện một chiều bằng dây dẫn tròn Các máy điện một chiều công suất nhỏ 1kW đến 15 kW có dây dẫn tròn quấn hai lớp đặt trong rãnh hở. Các bối dây sau khi quấn xong được keos để tạo hình, sao cho đúng như trạng thái nó được nằm trên phần ứng. Các cuộn dây thường gồm một số phần tử vì số phiến góp bao giờ cũng lớn hơn gấp một số lần rãnh thực. Để thuận lợi trong việc quấn, kéo và sau này trong khi quấn dây người ta sắp xếp các phần tử theo chiều rộng rãnh còn các vòng dây theo chiều coa rãnh. b. Dây quấn kiểu thanh dẫn trên phần ứng máy điện một chiều Với loại dây quấn này thì mỗi bối dây chỉ có một vòng dây. Nếu tiết diện thanh dẫn nhỏ hơn 30 mm2 có thể dùng dây dẫn đã có cách điện để chế tạo còn nếu tiết diện lớn thì việc cách điện được tiến hành sau khi uốn thanh dẫn Có hai kiểu dây quấn kiểu thanh: Có thể để cả vòng hoặc hai nửa vòng. Loại nửa vòng chỉ được dùng khi công suất máy lớn. c.Dây quấn kiểu thanh dẫn ở rôto máy điện không đồng bộ 85 Trong các động cơ rôto dây quấn công suất lớn dây quấn rôto được làm từ thanh dẫn . Thanh dẫn của dây quấn rôto được làm từ các thanh đồng trần rồi bọc cách điện sau. Dây quấn loại này có thể là dây quấn sóng cà cũng có thể là dây quấn xếp. ưu điểm của dây quấn sóng là số mối nối giữa các cuộn dây ít. 3.Đặt các bối dây vào rãnh, đấu và đai giữ phần đầu nối dây quấn a.Với dây quấn phần tử mềm Dây phần tử mền được đặt vào rãnh chủ yếu thực hiện bằng tay. Việc cơ khí hoá và tự động hoá khây này rất khó và chỉ nghiện cứu áp dụng cho matý điện công suất nhỏ như quạt mát, các loại động cơ xoay chiều cổ góp(vạn năng), các động cơ công suát nhỏ khác. Tự động hoá việc lồng dây đòi hỏi hệ số lấp đầy thấp, máy ngắn, miệng rãnh rộng và chỉ có ý nghĩa kinh tế khi sản lượng lớn. Khi lồng dây bằng tay thông thường phải giữ một số bối chờ. Lồng chờ cho ta phần đầu nối đẹp, kết cấu chắc chắn nhưng vướng khó lồng. Phần đầu nối được bọc kín lại bằng băng cách điện sau khi lồng dây. Việc hàn dây sau khi lồng được thực hiện bằng hai phương pháp là hàn thiếc và hàn hồ quang cực than. b.Với dây quấn phần tử cứng các bối dây phần tử cứng có hai loại : Một loại đặt vào rãnh nửa hở, một loại đặt vào rãnh hở. Nói chung việc đặt các bối dây phần tử cứng vào rãnh khá đơn giản vì chúng đã được tạo hình chính xác và cách điện rất cẩn thận. Việc đặt dây ở đây không ảnh hưởng lớn đến chất lượng cũng như độ tin cậy của máy. c.Dây quấn kiểu thanh dẫn Dây quấn kiểu thanh dẫn rất đơn giản trong khâu đặt dây. Sau khi đặt các thanh dẫn vào rãnh người ta đóng nêm rồi hàn các đầu dây với nhau là xong. Khe hở giữa thanh dẫn và thành rãnh đủ lớn để việc đặt dây không gây xây xát cách điện. Nếu rãnh kín việc đặt thanh dẫn phức tạp hơn chút ít là người ta đút thanh dẫn vào từ một đầu, dùng đồ gá như khuôn uốn để uốn đầu thanh dẫn theo kích thước cho trước rồi hàn. 4.Cố định dây quấn Dây quấn trên rôto có dây quấn phần ứng của máy một chiều, dây quấn của động cơ rôto dây quấn, máy phát đồng bộ, động cơ xoay chiều có cổ góp. Khi rôto quay, dây quấn chịu một lực ly tâm tỷ lệ với khối lượng của nó và tỷ lệ với bình phương tốc độ quay. Để giữ dây quấn người ta dùng nêm và đai. Nêm được đóng vào gờ miệng rãnh để giữ dây quấn phần rãnh trong các rôto cỡ nhỏ không có đai. Trong các máy lớn nhất thiết phải vừa nêm vừa đai phần rãnh. Để giữ dây phần đầu nối nhất thiết phải quấn đai. Đai thép được quấn từ dây thép đặc biệt tráng thiếc, có độ bền cơ khí cao đường kính 0,2 đến 2,5 mm. Khi quấn đai kim loại phải kéo căng đến lực quy định , được đo bằng cân lực. Lực này nén dây quấn xuống phía đáy rãnh và với trị số phải lớn hơn lực ly tâm khi rôto quay để dây quấn không bị xê dịch trong rãnh. Tuy nhiên việc dùng đai thép có nhược điểm tạo ra một vùng có dòng xoáy khá lớn, gây 86 tổn hao năng lượng, công nghệ phức tạp, nếu dây đai bị đứt hoặc tuột sẽ gây hỏng cả phần stato, dùng vật liệu đắt tiền giá thành cao. 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Trần Khánh Hà, Nguyễn Hồng Thanh Thiết kế máy điện, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. 2.Thiết kế máy điện không đồng bộ Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Bộ môn máy điện. 3.Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu. Máy điện (tập I) 4.Trịnh Chất, Lê Văn Uyển Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí (tập một), Nhà xuất bản Giáo Dục. 88 MỤC LỤC Lời nói đầu 1 PHẦN I THIẾT KẾ ĐI