Tài liệu Đồ án Tốt nghiệp Giới thiệu chung về dây quấn máy điện xoay chiều: Đồ án tốt nghiệp
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DÂY
QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU
Đồ án tốt nghiệp
1
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DÂY QUẤN
MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀUMÁY
ĐIỆN XOAY CHIỀU
I. ĐẠI CƯƠNG
Dây quấn phần ứng có nhiệm vụ cảm ứng được một sức điện động nhất
định .Khi có chuyển động tương đối với từ trường khe hở. Dây quấn phần
ứng của máy điện xoay chiều bao gồm dây quán Stato và dây quấn Roto.
Cũng giống như dây quấn của máy điện một chiều, dây quấn phần ứng
của máy điện xoay chiều gồm nhiều phần tử nối với nhau theo một quy
luật nào đó. Phần tử ở đây cũng chính là bối dây và được đặt vào trong
các rãnh phần ứng. Bối dây có thể chỉ là một vòng dây (gọi là dây quấn
kiểu thanh dẫn, bối dây thường chế tạo dạng 1/2 phần tử và tiết diện
thường lớn), cũng có thể nhiều vòng dây (tiết diện dây nhỏ và gọi là dây
quấn kiểu ống dây). Số vòng dây của mỗi bối, số bối dây của mỗi pha và
cách nối phụ thuộc vào công suất, điện áp, tốc độ, điều kiện làm việc của
máy và quá...
59 trang |
Chia sẻ: haohao | Lượt xem: 1385 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang mẫu tài liệu Đồ án Tốt nghiệp Giới thiệu chung về dây quấn máy điện xoay chiều, để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Đồ án tốt nghiệp
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DÂY
QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU
Đồ án tốt nghiệp
1
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DÂY QUẤN
MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀUMÁY
ĐIỆN XOAY CHIỀU
I. ĐẠI CƯƠNG
Dây quấn phần ứng có nhiệm vụ cảm ứng được một sức điện động nhất
định .Khi có chuyển động tương đối với từ trường khe hở. Dây quấn phần
ứng của máy điện xoay chiều bao gồm dây quán Stato và dây quấn Roto.
Cũng giống như dây quấn của máy điện một chiều, dây quấn phần ứng
của máy điện xoay chiều gồm nhiều phần tử nối với nhau theo một quy
luật nào đó. Phần tử ở đây cũng chính là bối dây và được đặt vào trong
các rãnh phần ứng. Bối dây có thể chỉ là một vòng dây (gọi là dây quấn
kiểu thanh dẫn, bối dây thường chế tạo dạng 1/2 phần tử và tiết diện
thường lớn), cũng có thể nhiều vòng dây (tiết diện dây nhỏ và gọi là dây
quấn kiểu ống dây). Số vòng dây của mỗi bối, số bối dây của mỗi pha và
cách nối 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 động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc
như sau :
1) Điện áp của ba pha bằng nhau. Trong dây quấn ba pha, điện áp ba pha
lệch nhau 120° 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 gắn chiều dài của máy và đỡ tốn vật liệu.
5) Dễ chế tạo và sửa chữa.
6) Cách điện gữa các vòng dây, các pha và với đất ít tốn kém và chắc
chắn .
Đồ án tốt nghiệp
2
7) Kết cấu chắc chắn, có thể chịu được ứng lực cơ khi máy bị ngắn mạch
đột ngột hay khi khởi động.
Dây quấn phần ứng của máy điện xoay chiều được đặc trưng bằng những
số liệu sau :
1) Số rãnh Z
2) Số cực từ 2p
3) Số mạch nhánh song song a
4) Số pha m
5) Số vòng của một pha W
6) Cách nối dây ( ∆ hay Y )
7) Số rãnh của một pha dưới một bước cực :
pm
Zq
2
=
8) Bước dây y……
Trong thực tế có nhiều kiểu dây quấn cho máy điện không đồng bộ Roto
lồng sóc, tuy nhiên theo phương pháp bố trí của các cạnh của dây quấn
trong rãnh thì dây quấn phân làm hai loại : một lớp và hai lớp.
Trong khuôn khổ của cuốn đồ án này ta chỉ đề cập tới một số kiểu dây
quấn hay dùng chủ yếu nhất.
II .DÂY QUẤN MỘT LỚP
Dây quấn một lớp thường được dùng trong các động cơ điện công suất
dưới 10kw và trong các máy phát điện tuabin nước.Trong dây quấn một
lớp, số rãnh của một pha dưới một bước cực q thường là số nguyên, cạnh
của bối dây chiếm cả rãnh nên số cạnh của bối dây của một pha dưới một
bước cực đúng bằng q và dưới mỗi đôi cực mỗi pha có một tổ bối dây
gồm q bối dây.Trước khi đi vào cụ thể từng kiểu, ta nghiên cứu sự sắp
xếp các đầu nối của bối dây trong một pha để phân loại các kiểu dây quấn
một lớp
Đồ án tốt nghiệp
3
a) a’)
b) b’)
c) c’)
Hình 1.1 Cách sắp xếp đầu nối của dây quấn 1 lớp
Hình 1.1 chỉ q là số lẻ (q=3) và số chẵn (q=4). Dây quấn sắp xếp theo
hình 1.1a và 1.1a’ có khó khăn vì các bối dây kích thước khác nhau mà
lại đè chồng lên nhau. Vì vậy trên thực tế người ta sắp xếp dây quấn theo
hai kiểu chính
Kiểu thứ nhất có đặc điểm là kích thước các bối dây không giống nhau và
xếp đồng tâm với nhau nên không đè chồng lên nhau( hình 1.1b và
1.1b’).Kiểu thứ hai có đặc điểm là kích thước các bối dây giống nhau
(hình 1.1c và 1.1c’) nhưng phần đầu nối đè chồng lên nhau nên gọi là dây
quấn đối xứng hay đồng khuôn. Mỗi kiểu dây quấn lại chia làm nhiều
loại. Sau đây sẽ phân tích từng loại một.
1.DÂY QUẤN KIỂU ĐỒNG TÂM :
Trong dây quấn một lớp, vì dưới mỗi đôi cực, một pha có một tổ bối dây
quấn có 3p tổ bối dây.Nếu p là số chẵn thì dây quấn có số tổ bối dây là số
Đồ án tốt nghiệp
4
chẵn. Trong trường hợp đó có thể chia 1/2 số tổ bối dây đặt trong một
mặt phẳng còn lại đặt lên một mặt phẳng khác (hình 1-2) và được gọi là
dây quấn đồng tâm hai mặt phẳng.
Nếu p là số lẻ thì số tổ bối dây chia chẵn cho ba do đó có thể đặt các bối
dây lên ba mặt phẳng khác nhau (hình 1.2) và gọi là dây quấn đồng tâm
ba mặt phẳng. Nếu muốn đặt vào hai mặt phẳng thì một bối dây phải uốn
lại (như hình 1-3).
Khi q là số chẵn thì có thể chia tổ bối dây ra làm hai nửa tổ và đầu dây
của các nửa tổ này bẻ ngoặt về hai phía khác nhau. Như vậy trong một
pha số nửa tổ bối dây bằng số cực nên phần đầu nối của dây quấn một
pha sẽ chiếm tất cả chu vi bề mặt phần đầu nối của Stato, do đó phần đầu
H×nh 1.2 d©y quÊn ®ång t©m 3 mÆt ph¼ng
víi p lμ sè ch½n
p= 2
q= 2
q= 4
p= 1
H×nh 1.5 d©y quÊn ®ång t©m ph©n t¸n
p= 1
Đồ án tốt nghiệp
5
nói của dây quấn mỗi pha phân bố trên một mặt phẳng và ta có loại dây
quấn ba pha đồng tâm ba mặt phẳng (hinh 1-5), loại này còn gọi là dây
quấn đồng tâm phân tán.
Đặc điểm của dây quấn đồng tâm là các bối dây có hình dáng và chiều dài
khác nhau. Khi có mạch nhánh song song thì đặc điểm này có ảnh hưởng
rất lớn. Để cho điện trở và điện kháng trong các mạch nhánh của dây
quấn hai mặt phẳng bằng nhau thì trong mỗi mạch nhánh số bối dây trong
hai mặt phẳng phải như nhau. Gọi a là số mạch nhánh song song trong
một pha thì số bối dây trong mỗi mạch nhánh của một mặt phẳng phải là
(p/2a).Vì chỉ trong trường hợp (p/2a) là số nguyên chúng ta mới có thể
thực hiện được dây quấn có trở kháng đối xứng. Khi a = 2 chỉ có p = 4, 8,
12….mới thực hiện được điều đó.
Đối với dây quấn ba mặt phẳng, vì dây quấn mỗi pha đặt trong một mặt
phẳng nên tổng trở của các mạch song song của một pha có thể bằng nhau
nhưng tổng trở của các pha lại không thể bằng nhau được.Để tránh được
điều đó, trong thực tế người ta cứ quấn các tổ bối dây hoàn toàn như nhau
và lúc đặt dây vào các mặt phẳng thì cố ép dây sao cho vừa vào các chỗ
trống.
Tóm lại dây quấn đồng tâm hai mặt phẳng và ba mặt phẳng thực chất là
dây quấn không đối xứng.
2. DÂY QUẤN ĐỒNG KHUÔN :
Ngược lại với dây quấn đồng tâm, dây quấn đồng khuôn là loại dây
quấn đối xứng vì nó do những bối dây giống nhau hợp lại. Dây quấn đồng
khuôn có thể chia làm ba loại : đơn giản, phân tán và móc xích.
Sơ đồ của một pha dây quấn đồng khuôn đơn giản như ỏ hình1-1,của loại
đồng khuôn phân tán như hình 2-1. So với loại dây quấn đồng tâm phân
tán chỉ khác nhau ở hình dáng của đầu dây nối.
Đồ án tốt nghiệp
6
Dây quấn móc xích có thể gọi là dây quấn kiểu phân tán, chỉ khác nhau là
cạnh dài và cạnh ngắn của bối dây trong tổ bối dây trong tổ bối dây xen
vào nhau như ở hình 2-3.
H×nh 1.6 D©y quÊn ®ång khu«n ph©n t¸n
q= 4
p= 2
H×nh 1.7 D©y quÊn mãc xÝch
p = 2
q = 4 q = 3
p = 2
H×nh 1.6 D©y quÊn ®ång khu«n ph©n t¸n
q= 4
p= 2
Đồ án tốt nghiệp
7
Vì mỗi bối dây do hai cạnh ngắn và dài hợp lại nên bước dây phải là số
lẻ. Dây quấn đồng tâm và đồng khuôn đơn giản, phân tán đều thuộc loại
dây quấn bước đủ còn dây quấn móc xích có thể là bước đủ hay bước
ngắn. Về quan hệ điện và từ, dây quấn móc xích có thể là bước ngắn
nhưng nhìn toàn bộ dây quấn thì giống như một dây quấn bước đủ, vì
vậy ưu điểm của dây quấn này là tiết kiệm đồng ở phần đầu nối.
II. DÂY QUẤN HAI LỚP
Cũng như ở máy điện một chiều,dây quấn hai lớp của máy điện xoay
chiều gồm nhiều bối dây độc lập hợp lại, có bao nhiêu rãnh thì có bấy
nhiêu bối dây.Dây quấn hai lớp là loại dây quấn mà trong mỗi rãnh có đặt
hai cạnh tác dụng, như vậy số bối dây bằng số rãnh S = Z, số tổ bối dây
trong một pha bằng Z/mq=2mpq/mq=2p, nghĩa là bằng số cực của máy.
Khi quấn dây, cạnh thứ nhất của mỗi bối dây được đặt ở lớp trên của một
rãnh, còn cạnh thứ hai được đặt ở lớp dưới của một rãnh khác với khoảng
cách y giữa hai cạnh bối dây hay bước dây quấn bằng hoặc gần bằng
bước cực τ. Thường thì dây quấn hai lớp có bước ngắn ( y <τ ) để làm yếu
sức điện động bậc cao do đó cải thiện được dạng sóng sức điện động, đó
là ưu điểm của nó so với dây quấn một lớp. Ngoài ra dùng dây quấn hai
lớp còn giảm nhỏ lượng tiêu hao đồng ở phần đầu nối khi máy lớn và khi
Đồ án tốt nghiệp
8
chế tạo có thể cơ giới hóa do đó giảm giá thành và có thể chọn số vòng
dây của mỗi pha tương đối dễ dàng khi muốn duy trì tỷ lệ giữa Avà Bδ.
Ngoài ra có khả năng chọn q là phân số để cải thiện dạng sóng sức điện
động.Điều này có một giá trị đặc biệt đối với máy điện đồng bộ nhỉều cực
công suất lớn.
Tuy nhiên nó cũng có nhược điểm là việc lồng dây quấn vào rãnh cũng
như việc sửa chữa gặp khó khăn hơn.
Dây quấn hai lớp của máy điện xoay chiều có thẻ chế tạo thành dây quấn
xếp hoặc dây quấn sóng.Trong đó dây quấn xếp là chủ yếu còn dây quấn
sóng chỉ dùng đối với Roto dây quấn của động cơ điện không đồng bộ và
đối với máy phát điện tuabin nước công suất lớn.
Bây giờ ta sẽ nghiên cứu việc thực hiện triển khai một sơ đồ quấn dây cụ
thể :
Hình trình bày sơ đồ triển khai của dây quấn xếp,dưới mỗi cực một
phacó hai bối dây nối tiếp nhau thành một nhóm.Vì các nhóm bối dây
được đặt liên tiếp dưới các cực S và N nên sức điện động cảm ứng của
chúng có chiều ngược nhau,đầu của các nhóm bối dây,chẳng hạn như pha
A có kí hiệu là “*”.Để các sức điện động đó cùng chiều và cộng lại với
nhau phải nối cuối của nhóm bối dây trước với đầu của nhóm bối dây tiếp
theo.Nếu muốn mỗi pha có nhiều mạch nhánh song song phải nối đầu của
các nhóm bối dây của pha đó với nhau và cuối của các nhóm bối dây đó
1
2
3
4
5
6
A
Z
B
X
C
Y
N
S
A
Z
B
C
X
Y
Đồ án tốt nghiệp
9
với nhau.Nói chung số nhánh song song của mỗi pha là k với điều kiện k
chia đúng 2p.
Hình trình bày sơ đồ quấn dây kiểu quấn sóng.Để đơn giản trên hình chỉ
trình bày cách nối dây của một pha.Vì mỗi pha vẫn gồm những phần tử
giống như của dây quấn xếp nên s.đ.đ cảm ứng của hai loại dây quấn đó
hoàn toàn bằng nhau mặc dù cách quấn dây của chúng khác nhau.Đối với
dây quấn sóng ở mỗi pha hình thành hai nhóm bối dây: các bối dây dưới
các cực N nối nồi tiếp nhau thành nhóm thứ nhất và các bối dây dưới các
cực S nối nối tiếp nhau thành nhóm thứ hai.Thí dụ như nếu bắt đầu từ A1
đến X1 thì sau khi đi quanh phần ứng q vòng (ở đây q =2) ta đặt nhóm các
bối dây 2 ,14,1,13 nằm dưới các cực N.Cũng như vậy nếu bắt đầu từ X2
đến A2 thì sau khi đi vòng quanh phần ứng hai vòng ta có nhóm các bối
dây 8, 20 ,7 ,19 nằm dưới các cực S.Sức điện động của hai nhóm bối dây
nằm dưới các cực khác tên sẽ có chiều ngược nhau, đầu của hai nhóm bối
dây đó có kí hiệu là “*”.Vì vậy nếu muốn mỗi pha có một nhánh thì phải
nối X1với A2 để s.đ.đ của hai nhóm cùng chiều nhau.
IV. KẾT LUẬN :
Do vậy với nhiều kiểu loại dây quấn như trên nhiệm vụ thiết kế dây quấn
cho động không đồng bộ ba pha lồng sóc của ta là phải làm sao chọn
được kiểu dây quấn nào phù hợp nhất với công suất của động cơ và còn
phải làm sao đảm bảo được các chỉ tiêu về mặt kĩ thuật cũng như kinh tế
được tốt nhất.
Tóm lại qua phần lý thuyết về dây quấn vừa nêu với các thông số đã cho
ở đề bài ta hoàn toàn có thể chọn kiểu dây quấn xếp hai lớp đặt vào rãnh
nửa kín và sử dụng bước dây quấn là bước ngắn.Vì nó có nhiều ưu điểm
như : có thể chọn bước dây quấn tốt nhất để cải thiện dạng sóng sức điện
động,giảm nhỏ lượng tiêu hao đồng ở phần đầu nối khi máy lớn…
Đồ án tốt nghiệp
10
CHƯƠNG II : XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ KÊT CẤU
I. ĐẠI CƯƠNG
Việc xác định thông số kết cấu nhằm chế tạo ra máy kinh tế hợp lý nhất
mà tính năng phù hợp với tiêu chuẩn nhà nước.Tính kinh tế của máy
không phải chỉ là vật liệu sử dụng để chế tạo ra máy mà còn xét đến quá
trình chế tạo trong nhà máy,như tính thông dụng của các khuôn dập, vật
đúc,các kích thước và chi tiết tiêu chuẩn hóa ….
II.XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ KẾT CẤU
2.1Chọn loại lõi sắt stato máy làm bằng thép kĩ thuật điện cán nguội dầy
0,5(mm) (do nó có ưu điểm như là suất tổn hao nhỏ ,cường độ từ cảm
cao,chất lượng bề mặt tốt,độ bằng phẳng tốt nên hệ số ép chặt lá thép
cao…)và có kí hiệu là 2212.
+Đồng thời chọn kết cấu cách điện rãnh là cấp B
2.2 Bước cực :
cm12,01664
15.3π
p2
Dπ
τ =×=×=
2.3 Dòng điện pha định mức :
A22,01960,870,873
11.10
cos.η3.
.10PII
33
đm1 =××=== ϕ
2.4 Đường kính ngoài Roto :
cm15,210,045215,3δ2DD ' =×−=−=
2.5 Bước răng Stato :
cmp
Dt 3352,1
36
3,15
21
=×=×= ππ
Đồ án tốt nghiệp
11
2.6 Bước răng Roto :
cm1,405434
15,21π
Z
Dπt
2
'
2 =×=×=
2.7 Bề rộng răng Stato :
( ) ( ) cm0,69520,71
36
0,710,05215,3πb
Z
h2bDπb 2
1
412'
Z1
=−+×+×=−++×=
( ) ( ) cm0,66760,980
36
1,790215,3πb
Z
h2Dπb 1
1
1r"
Z1
=−×+×=−+=
vậy ta có: cm0,68142
0,66760,6952
2
bb
b
"
Z
'
Z
Z
11
1
=+=+=
2.8 Bề rộng răng Roto :
( )
( )
cm1,0413
0,32
34
0,07520,3215,21π
d
Z
h2.dDπb 1
2
411
'
'
Z2
=
−×−−×=
−−−=
( )
( )
cm0,8587
0,2
34
0,21,978215,21π
d
Z
dh2Dπb 2
2
21r
'
"
2Z
'
=
−+×−×=
−+−=
cm
bbb ZZZ 9496,02
87578,00413,1
2
"
2
'
2
2 =+=+=⇒
2.9 Kích thước rãnh cách điện stato :
-Tiết diện thực của rãnh
( ) ( ) 2n1221'r mm131,8201,817,402
7,109,80hh
2
bb
S =−×+=−×+=
☻Trong đó : * h12 = hr1-h41=17,90-0,5=17,40mm
Đồ án tốt nghiệp
12
* hn = 1,8mm :chiều cao nêm trong rãnh stato.
Diện tích cách điện rãnh :
Scđ = c.(2h42+b1)+b2.c
= 0,4.(2×17,40+9,80) + 7,10×0,5=21,39mm2
Trong đó : do chọn cấp cách điện rãnh là cấp B nên tra bảng phụ lục VIII-
1 phụ lụcVIIItrang 629 sách thiết kế máy điện (TKMĐ) của tác giả Trần
khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh ta được :
- c =0,4mm :chiều dầy cách điện rãnh.
- c’=0,5mm :chiều dầy cách điện giữa hai lớp cách điện.
Vậy diện tích có ích của rãnh là :
Sr =S’r -Scđ =131,82-21,39=110,43mm2
2.10 Chiều cao gông Stato :
cmh
DDh rng 21,2790,12
3,153,23
2 11
=−−=−−=
2.11 Chiều cao gông Roto :
cmdh
DDh rtg 894,22,06
1798,1
2
4,521,15
6
1
2
'
222 =+−−=−−−=
2.12 Làm nghiêng rãnh ở Roto và nghiêng 1/16 vòng tròn nghĩa là một
bước răng Stato như vậy :
bn ≈ t1=1,3352 cm
2.13 Diện tích rãnh Roto là :
( )
( ) ( )
2
22
21
422r
21
2
2
2
1
2r
mm48,3072
2
2,03,20,7519,78
2
2,03,2
2
2,03,2π
2
ddhh
2
dd
2
ddπS
=
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ +−−×+++×=
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ +−−+++=
Đồ án tốt nghiệp
13
CHƯƠNG III: XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ DÂY QUẤN STATO
I ĐẠI CƯƠNG
Việc xác định thông só dây quấn Stato cho máy là công việc hết sức quan
trọng với nhiều yêu cầu khác nhau.Nói chung cho dây quấn phải đảm bảo
các yêu cầu như : phải tạo ra được ở khe hở không khí một từ trường
phân bố hình sin hoặc đảm bảo có được một sức điện động và một dòng
điện tương ứng với công suất điện từ của máy,tiết kiệm được vật liệu….
Những yêu cầu này có liên quan đến đặc tính làm việc của máy.
II XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ KẾT CẤU
3.1 Xác định kiểu dây quấn:
-Như ở phần kết luận chương I ta đã chọn dây quấn xếp hai lớp sử dụng
bước ngắn với y =7
-Vậy ta có : 778,09
7 === τβ
y
Với : 94
36
2
1 ===
p
Zτ
Như vậy ta có sơ đồ dây quấn như hình vẽ với các thông số :
Z1=36; m=3; y =7 ; τ=9 ; q=3
Trong đó : 3
12
36
2
1 ===
mp
Zq số rãnh một pha dưới một bước cực
3.2 Hệ số dây quấn :
-Hệ số bước ngắn : 9397,029
7sin
2
sin =×=×= ππβyk
Đồ án tốt nghiệp
14
-Hệ số bước rải : 9598,0
2
20sin3
2
203sin
2
sin
2
sin
=
×
×
=
×
×
= α
α
q
q
rk
☻ Trong đó :
°=×== 20
36
3602360
1Z
pα
Vậy ta có : kdq = ky×kr = 0,9397×0,9598 = 0,9019
Đồ án tốt nghiệp
1
SƠ ĐỒ DÂY QUẤN XẾP 3 PHA HAI LỚP VỚI Z =36; 2p= 4 ; q =3; β =7/9 ; m =3
Đồ án tốt nghiệp
1
3.3Số vòng dây nối tiếp một pha :
vòng101
01046,0509019,011,14
220962,0
.f.k.k4
UkW
dqs
1E'
1 =××××
×=Φ
×=
☻Trong đó : - chọn : α =0,64 ; ks =1,11 ; Bδ= 0,85 ; kE=0.962
-luồng từ thông khe hở không khí là :
Φδ = B’δ×αδ×lδ×τ ×10-4
= 0,85×0,64×16×12,0166×10-4
= 0,0146
3.4 Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh là :
16,8332
1011
qp
Wau'
'
11
1r =×
×=×
×=
Vậy ta lấy: ur1=17
Như vậy số vòng dây chính xác ứng với ur1=17 là :
vòng1021
1732
a
uqpW
1
1r
1 =××=××=
Trong đó : - a1 =1 số mạch nhánh song song.
3.5 Xác định lại chính xác Φδ , Bδ :
wb01036,0
501029019,011,14
220962,0
f.W.k.k.4
Uk
1dqs
1E =××××
×=×=Φ
T84,0
0166,121664,0
10.01036,0
l
10.B
44
=××=τ××α
Φ=
δδ
δ
Ta có :
%5%17,1100
85,0
84,085,0100
B
BBB
'
<=×−=×−=Δ
δ
δδ
δ
Vậy việc chọn Bδ là hoàn toàn thỏa mãn.
3.6 Tiết diện và đường kính dây dẫn :
Để chon kích thước dây trước hết ta phải xác định được mật độ dòng điện
j của dây dẫn.Việc chọn mật độ dòng điện ảnh hưởng đến hiệu suất và sự
Đồ án tốt nghiệp
2
phát nóng n của máy mà sự phát nóng của máy phụ thuộc vào tích số
AJ.Tích số này tỷ lệ với suất tải nhiệt của máy.Do đó trong máy điện
không đồng bộ thì AJ phụ thuộc vào đường kính ngoài lõi sắt Stato Dn.
Do vậy theo hình 10-4 trang 237sách TKMĐ của tac giả Trần Khánh Hà
và Nguyễn Hồng Thanh với Dn=23,3cm ta chọn được tích số AJ=-
1900A2/cm.mm2.
Vậy ta có mật độ dòng điện là :
21 /7735,6504,280
1900 mmA
A
AJJ ===
Trong đó : - A: tải đường
A/cm280,504
15,3π
10222,019632
Dπ
WIm2A 11 =×
×××=×
×××=
- tiết diện dây sơ bộ
2
111
đm'
1 mm1,6256,773511
22,0196
Jna
Is =××=××= ×
Trong đó: - chọn n1 = 2 :số sợi chập song song .
-Iđm=22,0196A : dòng điện định mức (theo 1.3).
Vậy theo tiêu chuẩn bảng VI-1 phụ lục VI ta chọn dây đồng tráng men
PETV có đường kính dây không kể cách điện là d =1.45mm ,đường kích
kể cả cách điện là dcđ =1,535mm va tiết diện dây là s=1,651mm2
3.7 Hệ số lấp đầy rãnh :
725,0
430,110
535,1217
S
dnu
k
2
1r
2
cđ11r
lđ =××=××=
☻Trong đó : + Sr=110,43mm2 :diện tích có ích của rãnh(theo 1.9).
Nhưvậy hệ số klđ =0,725 là hoàn toàn thõa mãn công nghệ cho phép
(klđ =0,70 – 0,75).
Đồ án tốt nghiệp
3
PHẦN 4 :TÍNH TOÁN THAM SỐ MẠCH TỪ
VÀ SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN THAY THẾ
I. TÍNH TOÁN THAM SỐ MẠCH TỪ
Tính toán mạch từ là xác định sức từ động cần thiết để tạo ra khe hở
không khí một từ thông có thể sinh ra sức điện động đã xác định ở dây
quấn phần ứng.Để tính toán tổng sức từ động của máy người ta chia làm
5 phần :
● Sức tử động ở khe hở không khí.
● Sức từ động ở răng Stato.
●Sức từ động ở gông Stato.
●Sức từ động ở răng Roto.
●Sức từ động ở gông Roto.
4.1 Sức từ động ở khe hở không khí :
Để tính sức từ động ở khe hở không khí người ta đưa ra hệ số khe hở
không khí (hệ số Carter) kδ.
Hệ số này thể hiện sự phân bố từ trường không đều ở khe hở không khí
do có răng rãnh của Stato và Roto.Hệ số này được tính như sau: kδ=kδ1×
kδ2
Với : -kδ1 hệ số khe hở không khí do răng rãnh của Stato.
-kδ2 hệ số khe hở không khí do răng rãnh của Roto.
Trong đó :
● 1899,1
045,07343,43352,1
3352,1
11
1
1 =×−=−= δνδ t
tk
Đồ án tốt nghiệp
4
Với : 7343,4
45,0
5,35
45,0
5,3
5
2
41
2
41
1 =
+
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
=
+
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
=
δ
δν
b
b
● 0446,1045,03333,14054,1
4054,1
22
2
2 =×−=−= δνδ t
tk
Với : 3333,1
45,0
5,15
045
5,1
5
2
42
2
42
2 =
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛+
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
=
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛+
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
=
δ
δν
b
b
Vậy kδ = kδ1 × kδ2 =1,1899 × 1,0446 =1,2429
Ta có sức từ động ở khe hở không khí là :
Fδ=1,6.Bδ.kδ.δ.104 =1,6×0,84×1,2429×0,045×104 =751,7059A
4.2 Sức từ động ở răng Stato : Fz1
Để tìm được Fz1 ta phải tìm lại chính xác mật độ từ thông trên răng Stato:
T1,73
0,95160,681
1,3352160,84
klb
tlBB
c11Z
1δδ
1Z =××
××=××
××=
☻ Trong đó : kc =0,95 hệ số ép chặt lõi sắt.
Theo bảng V-6 phụ lục V trang 608 sách TKMĐ của tác giả Trần Khánh
Hà và Nguyễn Hồng Thanh ta tra được cường độ từ trường trên răng
Stato là HZ1 =20,7 A/cm.
Như vậy sức từ động trên răng Stato là :
FZ1 =2.hz1.HZ1 =2×1,790×20,7 =74,106 A
Trong đó : hZ1 =hr1 =1,790 cm.
4.3 Sức từ động trên răng Roto là : FZ2
-Ta có mật độ từ thông ở răng Roto :
T1,310,9516,00,9496
1,405416,00,84
klb
tlBB
c22z
22δ
2Z =××
××=××
××=
☻ Trong đó : ▪ bz2 =0,9496 cm –bề rộng răng Roto (theo 2.8).
▪ t2 =1,4054cm bước răng Roto (theo 2.5).
Đồ án tốt nghiệp
5
-Từ BZ2 =1,31T tra bảng phụ lục V-6 phụ lục V trang 608 sách TKMĐ
của tác giả Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh ta được cường độ từ
trường trên răng Roto là : HZ2 = 7,38A/cm.
-Vậy sức từ động trên răng Roto :
FZ2 = 2.h’z2.HZ2 = 2×1,871×7,38 = 27,6159 A
☻Trong đó chiều cao tính toán của răng Roto bằng :
cm1,8713
0,321,978
3
dhh 11r1z =−=−=
4.4 Tính sức từ động ở gông Stato Fg1 :
-Mật độ từ thông ở gông Stato :
T1,54
0,9516,02,212
100,01036
klh2
10ΦB
4
c11g
4
1g =×××
×=××
×=
-Từ Bg1 =1,54T theo bảng V-9 phụ lục V trang 611sách TKMĐ của tác
giả Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh ta tra được cường độ từ
trường trên gông Stato là Hg1 =10,4A/cm .
-Chiều dài mạch từ ở gông Stato :
( ) ( ) cm16,5556
4
2,2123,3π
p2
hDπ
L 1gn1g =−×=
−=
☻trong đó : - Dn =23,3 cm đường kính ngoài của Stato
- hg1 =2,21 cm chiều cao gông Stato (theo 2.10).
-Vậy sức từ động ở gông Stato bằng :
Fg1 = Lg1×Hg1 =16,5556× 10,4 =172,178 A
4.5 Sức từ động ở gông Roto Fg2 :
-Mật độ từ thông ở gông Roto :
T1,180,9516,02,8942
100,01036
klh2
.10ΦB
4
c22g
4
2g =×××
×=××=
Đồ án tốt nghiệp
6
-Từ Bg1 =1,18T theo bảng V-9 phụ lục V trang 611sách TKMĐ của tác
giả Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh ta tra được cường độ từ
trường trên gông Stato là Hg1 =3,90A/cm
-Chiều dài mạch từ ở gông Roto:
( ) ( ) cm086,51
4
2,8945,4π
p2
hdπ
L 2gt2g =+×=
+=
-Vậy sức từ động ở gông Roto bằng :
Fg2 =Lg2×Hg2 =6,5108× 3,90 =25,3921 A
4.6 Tổng sức từ động của mạch từ
F = Fδ× FZ1×FZ2×Fg1×Fg2
= 751,7059+74,106+27,6159+172,178+25,3921
=1050,9979 A
4.7 Hệ só bão hòa toàn mạch :
1,3981751,7059
10500,9979
F
Fk
δ
μ ===
4.8 Dòng điện từ hóa :
A8,46270,90191022,7
1050,99792
kW2,7
FpI
dq1
μ =××
×=××
×=
-Dòng điện từ hóa phần trăm :
38,43%10022,0196
8,4627100
I
I
%I
đm
μ
μ =×=×=
II.Tính toán các tham số của sơ đồ mạch điện thay thế
Đồ án tốt nghiệp
7
Các tham số chủ yếu của động cơ không đồng bộ là điện trở và điện
kháng của dây quấn.Những điện kháng được xác định bởi trị số từ thông
móc vòng trên đơn vị dòng điện và tần số.Từ thông móc vòng của tất cả
các máy điện có thể chia làm hai loại :
● Từ thông móc vòng cảm tương hỗ .
● Từ thông móc vòng từ tản.
Mỗi loại có một tính chất riêng của mình trong việc xác định đặc tính làm
việc và các đặc tính khác của máy điện. Dựa vào các điện trở ,ta có thể
xác định được những trị số tổn hao của dây quấn máy điện ở chế độ làm
việc ổn định cũng như trong quá trình quá độ.Trong thiết kế máy điện
,tính toán điện trở và điện kháng của dây quấn là một vấn đề hết sức quan
trọng.Ở đây để tính toán ta chỉ đưa ra các công thức cuối cùng được áp
dụng .
1/Tính toán điện trở :
Điện trở mỗi pha dây quấn Stato là :
Ω;sa
L
ρkr
1
1
r1 ××=
☻Trong đó :
- L1 : chiều dài dây quấn một pha của Stato.
- a1 : số mạch nhánh song song.
- s : tiết diện tác dụng của dây dẫn
- Khi tính toán máy điện không đồng bộ thường lấy kr =1.
- ρ : điện trở suất của vật dẫn.
Theo qui định nhiệt độ làm việc tính toán của máy là 75ºC đối với cách
điện cấp B.Do vậy điện trở suất của vật liệu dây dẫn đồng ở 75ºC là ρ75
=1/46 Ωmm2/m.
4.9 Chiều dài phần đầu nối của dây quấn Stato :
lđn1 =kđ1.τy +2B =1,55×10,4397 +2×1,0 =18,1815 cm
Đồ án tốt nghiệp
8
☻Trong đó :
-
( ) ( ) cm10,4397
36
.71,79015,3π
Z
yhDπ
τ
1
1r
y =+×=+=
- kđ1=1.55 và B =1.0cm tra theo bảng 3.4 trang 69 sách TKMĐ của tac
giả Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh .
4.10 Chiều dài trung bình của 1/2 vòng dây của dây quấn Stato :
ltb =l1 +lđn1 =16,0 + 18,1815 = 34,1815 cm
4.11chiều dài dây quấn một pha của Stato :
L1=2×ltb×W1×10-2=2 × 34,1815×102×10-2 =69,7303cm
4.12 Điện trở tác dụng của dây quấn Stato :
Ω45910,
1,65121
7303,96
46
1
s.n.a
L
ρr
111
1
751 =×××=×=
☻trong đó : -a1 =1 số mạch nhánh song song.
-n1 = 2 số sợi chập song song .
-s1 =1,615mm2 tiết diện dây dẫn.
Tính theo đơn vị tưong đối :
Ω4590,0220
22,01965910,4
U
Irr
1
1
11 =×=×=∗
4.14 Điện trở tác dụng của dây quấn Roto ;
Ω1,44.1048,3072
1016,0
23
1
S
10l
ρr 4
2
2r
2
2
Altd
−
−−
=××=××=
☻Trong đó : -do Roto lồng sóc đúc bằng vật liệu nhôm nên điện trở
suất của đồng ở 75ºC là ρCu =1/23(Ωmm2/m) theo bảng 5.1trang 117 sách
TKMĐ của tác giả Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh
-Sr2 =48,3072mm2 diện tích rãnh Roto (theo2.13)
Đồ án tốt nghiệp
9
4.15 Điện trở vành ngắn mạch :
( ) ( ) Ω.1021600,13,8023,2034
1090812,π
23
1
b.a.Z
.10D.π
ρr 4
2
2
2
v
Alv
−
−−
=××
×××=×=
☻Trong đó : -Dv =12,890 cm đường kính vành ngắn mạch.
- a =23,20mm kích thước dọc trục vành ngắn mạch.
- b =13,80mm kích thước ngang trục vành ngắn mạch.
4.16 Điện trở Roto :
Ω1,6799.10100,3675
0,016221,44
Δ
r2
rr 4422
v
td2
−− =⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ ×+=+=
☻Trong đó : - 3675,034
2sin2sin2
2
=××=Δ ππ
Z
p
4.17 Hệ số qui đổi
( ) ( ) 8915,2986
34
9019,010234.4 2
2
2
1 =××==
Z
kWm dqγ
4.18 Điện trở Roto đã qui đổi :
Ω0,50171,6799.102986,8915rγr 42
'
2 =×=×= −
Tính theo đơn vị tương đối :
0,0502
220
22,09160,5017
U
Irr
1
1'
2
'
2 =×=×=∗
2/ Tính toán điện kháng :
Trong lý thuyết máy điện, chúng ta đã biết tổng từ thông của dây quấn
gồm có từ thông móc vòng chính(từ thông đi qua khe hở không khí và
móc vòng với cả hai dây quấn Stato và Roto)và từ thông móc vòng tản(từ
thông chỉ móc vòng với chính dây quấn sinh ra nó).Từ khái niệm đó,đối
với dây quấn Stato máy điện không đồng bộ,ta có:
x11 =x1c +x1
Đồ án tốt nghiệp
10
trong đó : - x11 và x1c :điện kháng toàn phần và điện kháng chính.
-x1 :điện kháng tản.
Để xác định chính xác từ thông móc vòng của từ tản và từ đó tính các
điện kháng là một vấn đề rất khó nên trong tính toán thực tế người ta
dùng phương pháp tính gần đúng.Nếu cần phải tính thật chính xác thì
người ta dùng phương pháp thực nghiệm.Chúng ta chia từ trường tản làm
3 phần ;
●Từ tản ở rãnh : λr.
● Từ tản ở phần đầu nối : λđn
● Từ tản tạp : λt
Từ đó người ta đưa ra công thức tính điện kháng tản như sau :
ΩΣ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛= ;
100100
158,0
2
λδ
pq
lWfx
Trong đó Σλ = λr + λđn + λt
Như vậy để tính x thì trước hết phải xác định các hệ số từ dẫn λ.
a/ Tính ở Stato :
4.19 Hệ số từ tản rãnh λr :
Đối với dây quấn hai lớp sử dụng bước ngắn, hệ số λr còn phụ thuộc vào
hệ số β.
Đối với rãnh hình thang λr được tính như sau :
'
β
41
41
41
22
β
1
r kb
h
h2b
h3
b
hk
b3
h
λ ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ ++++=
☻Trong đó :
- 9
7=β (theo 2.1)
Đồ án tốt nghiệp
11
- 833,04
9
731
4
31' =
×+
=+= ββk
- 875,0833,04
3
4
1
4
3
4
1 ' =×+=+= ββ kk
- b =b1 =7,10 mm
- mm871,0,53
7,10hb
3
1hb
3
1hh 41131413 =−=−=⇒≈+
- h2 =h3 -hn =1,87 -1,80 =0,07mm
- h1 = h12- hn = (hr1 – b41) – hn =(17,90 -0,5) –1,80=15,60mm
Vậy ta có ;
1,34490,8333,5
0,5
0,527,10
1,873
7,10
0,070,875
7,103
15,60
λr =×⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ +×+
×++××=
4.20 Hệ số từ tản tạp λt :
Chúng ta đã biết điện kháng chính x1c của dây quấn Stato là do sóng bậc
nhất của từ trường Stato sinh ra. Có thể nói rằng sự truyền tải năng lượng
từ Stato tới Roto tiến hành được là do sóng bậc nhất của từ trường.Sóng
bậc cao của từ trường Stato sinh ra ở dây quấn Stato những sức điện động
có tần số bằng tần số sóng bậc cao, đồng thời chúng cũng tạo ra ở dây
quấn Roto khi đang quay những sức điện động có tần số cao.Do đó trong
thực tế những sóng này không tham ra vào việc truyền tải năng lượng từ
Stato tới Roto những sức điện động sóng bậc cao tạo ra được gọi là sức
điện động tản hay sức điện động tạp.
Từ đó ta có công thức tính hệ số từ dẫn tản tạp λt :
( )
1t
δ
1t1t
2
dq11
t σk.δ
k.ρ.kq.t
0,9λ =
Đồ án tốt nghiệp
12
Để tính được λt người ta đưa ra hệ số σt ,đó là tỷ số tổng các sức điện
động của sóng bậc cao với sức điện động của sóng bậc nhất trong cùng
một từ trường ấy.
Ta có kt1 hệ số dây quấn Stato phụ thuộc vào b41 và δ.
- 0,93270,0451,3352
0,350,0331
δ.t
b0,0331k
2
1
2
41
1t =××−=×−=
- 3232
36
2
1
1 =××== mp
Zq số rãnh một pha dưới một bước cực.
- kδ =1,2429 hệ số khe hở không khí (theo 4.1)
- kdq =0,9019 hệ số dây quấn (theo 3.2)
- ρt1: xác định theo bảng 5.3 trang 137 sách TKMĐ của tác
giả Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh.
Nội suy ρt1 theo 2,833312
34
mp2
Zq 22 === và 172
34
p
Z2 ==
●
( )
( )⎪⎩
⎪⎨⎧ =⇒=
=⇒=⇒=
0,93ρ3q
0,94ρ2q
15
p
Z
15t2
15t22
0,932212
34
23
0,940,930,94ρ
12
34t
=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
−−
−+=⇒
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
●
( )
( )⎜
⎜
⎝
⎛
=⇒=
=⇒=⇒=
0,88ρ3q
0,87ρ2q
20
p
Z
20t3
20t22
0.878212
34
23
0,870,880,87ρ
12
34t
=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −−
−+=⇒
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
Nội suy theo 172 =p
Z
:
( ) ( ) 0,901415171520
0,9320,8780,932ρ 17t =−−
−+=
Đồ án tốt nghiệp
13
- σt : xác định theo bảng 5.2a trang 135 sách TKMĐ của tác giả
Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh.
( )
( )⎜
⎜
⎝
⎛
=⇒=
=⇒=⇒=
=
=
1,15σ1β
1,41σ0β
3q
1βt
0βt
1,20809
7
01
1,411,151,41σ
9
7
βt
=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −−
−+=⇒
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ =
Vậy hệ số từ tản tạp Stato :
( ) 59741,0,01208
0,0451,2429
0,93270,90140,901931,33520,9λ
2
1t =××
×××××=
4.21 Hệ số từ tản phần đầu nối của dây quấn Stato :
Tùy theo loại dây quấn mà người ta đưa ra công thức phù hợp.Do ta chọn
loại dây quấn xếp hai lớp nên :
( )
0,6114
12,0166
9
70,6415,5716
16,0
30,34
βτ0,64l
l
q0,34λ đn
δ
1
1đ
=
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ ××−×=
−=
Trong đó : -τ = 12,0166 cm bước cực (theo 2.2)
-lđn =15,5716 cm (theo 4.8)
4.22 Hệ số từ tản Stato :
Σλ1 = λr1 + λ t1 + λđ1 = 1,3449 +1,5974+0,6114 =3,5537
4.23 Điện kháng dây quấn Stato :
Đồ án tốt nghiệp
14
Ω78240,
5373,5
32
16,0
100
102
100
500,158
Σλ
pq
l
100
W
100
f0,158x
2
1
δ
2
1
1
=
×××⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛××=
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛=
Tính theo đơn vị tương đối :
830,07220
22,01968240,7
U
Ixx
1
1
11 =×==∗
b/ Tính ở Roto :
Tương tự như phần tính ở Stato ta cũng có :
4.23 Hệ số từ tản rãnh Roto :
2,7565
1,5
0,75
3,202
1,50,66
48,30728
3,20π1
3,203
17,11
b
h
b2
b0,66
S8
πb1
b3
h
λ
22
42
4242
2
2r
2
1
2r
=
+⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
×−+⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
×
×−×=
+⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡ −+⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ −=
☻Trong đó : - b =d1 =3,20mm
mm17,11
3,200,1
2
3,200,7519,78
d0,1
2
dhhh 11412r1
=
×−−−=
−−−=
- b42 =1,5 mm
- h42 =0,75mm
- Sr2 =48,3072mm2 ( theo 2.13)
Đồ án tốt nghiệp
15
4.24 Hệ số từ tản Roto :
( )
2t
δ
2t2t
2
2d22
2t σk.δ
k.ρ.kq.t0,9λ =
☻Trong đó : - 12
34
232
34
mp2
Z
q 22 =××==
- ρt2 =1 , kt2 = 1 . kd2 =1
- kδ =1,2429 (theo 4.1)
- σt2 = 0,0115 tra theo bảng 5.2c trang 136 sáchTKMĐ
của tác giả Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh.
Vậy ta có :
( )
82,087
0,0115
1,24290,045
111
12
341,4054
0,9
σ
k.δ
k.ρkqt0,9λ
2
2t
δ
2t2t
2
2d22
2t
=
××
××⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ ××
×=
=
4.25 Hệ số từ tản phần đầu nối :
0,4344
1,38022,320
12,8904,7log
0,367516,034
12,8902,3
b2a
D4,7.
log
Δ.l.Z
D2,3.
λ
2
v
2
22
v
2đ
=
×+
××××
×=
+×=
☻Trong đó :- Dv =12,890cm đường kính vành ngắn mạch .
- a= 23,20cm kích thước dọc trục vành ngắn mạch .
- b=13,80 mm kích thước ngang vành ngắn mạch
Đồ án tốt nghiệp
16
- 3675,034
2sin2sin2
2
=××=Δ ππ
Z
p
4.26 Hệ số tử tản phần rãnh nghiêng :
0,94221,4054
1,33522,08770,5
t
b
λ0,5λ
22
2
n
2trn =⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛××=⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛=
☻Trong đó : - bn =1,3352cm (theo 2.12)
- t2 =1,4054cm bước răng Roto (theo 2.6)
4.27 Hê số từ tản Roto :
Σλ2= λr2 +λt2 +λđ2 +λrn =2,7565+2,0878+0,4344+0,9422=6,2209
4.28 Điện kháng tản Roto :
x2= 7,9.f1.l2 .Σλ2.10-8 =7,9×50×16,0×6,2208.10-8 =3,9315.10-4 Ω
4.29 Điên kháng Roto đã qui đổi :
x’2 = γ×x2 =2986,8915×3,9315.10-4 =1,1743 Ω
tính theo đơn vị tương đối :
0,1775220
22,019631,174
U
Ixx
1
1'
22 =×==∗
4.30 Điện kháng hỗ cảm :
Ω=×−=−= 2140,254627,8
7789,04627,8220. 11
12
μ
μ
I
xIU
x
Tính theo đơn vị tương đối :
2,5239220
22,019622,2175
U
I
xx
1
1
1212 =×==∗
4.31 Kiểm tra lại kE :
Đồ án tốt nghiệp
17
6990,9220
8240,78,4627220
U
xIU
k
1
1μ1
E =×−=
−=
Trị số này không sai khác nhiều so với giả thiết ban đầu chọn là
kE = 0,962.Do vậy ta không cần phải tính lại.
3/Tính toán tổn hao thép và tổn hao cơ :
Tổn hao sinh ra trong quá trình làm việc của máy điện về bản chất nó gắn
liền với quá trình điện từ trong máy và chuyển động cơ của Roto.
Tổn hao trong máy điện có thể chia làm những loại sau :
-Tổn hao trong thép ở Stato và Roto do từ trễ và dòng điện xoáy khi từ
thông chính biến thiên.
-Tổn hao bề mặt và tổn hao đập mạch do sự thay đổi của từ trễ và sự thay
đổi tương đối của răng rãnh Stato
-Tổn hao đồng
-Tổn hao cơ, phụ
4.32 Tổn hao thép và tổn hao cơ :
● Trọng lượng răng Stato :
GZ1 = γFe.Z1.bz1.hz1l1kc.10-3
= 7,8×36×0,681×1,790×16,0×0,95.10-3
=5,2028 kg
●Trọng lượng răng Roto :
GZ2 = γFe.Z2.bz2.h’z2.l2.kc.10-3
= 7,8×34×0,9496×1,871×16,0×0,95×10-3
= 7,1619 kg
●Trọng lượng gông từ Stato :
Gg1 = γFe.l1.hg1.Lg1.2p.kc.10-3
= 7,8×16,0×16,5556×2,210×4×095×10-3
Đồ án tốt nghiệp
18
= 17,3514 kg
● Tổn hao trong lõi sắt Stato :
+ Trong răng :
kw10,070105,20281,732,51,8.10G.B.p.kP 3231Z
2
1Z1FeZgcz1FeZ =××××== −−
☻Trong đó - pFeZ1=2,5(w/kg) tra theo bảng V.14 trang 618 sách TKMĐ
của tác giả Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh.
-kgcz =1,8 hệ số gia công răng
+Trong gông ;
kw0,16461017,35141,542,51,6.10G.B.p.kP 3231g
2
1g1FeggcgFeg =××××== −−
☻Trong đó : -kgcg =1,6 hệ số gia công gông
-pFeg1 =2,5 (w/kg) tra theo bảng V.14 trang 618 sách TKMĐ
của tác giả Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh
+Trong cả lõi sắt Stato :
P’Fe = PFeZ1 +PFeg1 = 0,0701 +0,1646 =0,2347 kw
● Tổn hao bề mặt trên răng Roto :
7
bm2
2
422
bm 10plt
btpτ2P −−=
☻Trong đó : -ta có 7,7780,45
3,5
δ
b41 == tra theo hình 6.1 trang 141 sách
TKMĐ của tac giả Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh ta được βo =
0,35
Vậy ta có: Bo =βo×kδ ×Bδ =0,35×1,2429×0,84 =0,3654T
Mặt khác ta có :
Đồ án tốt nghiệp
19
( )
( )
2
2
1,5
2
1o
1,5
11
obm
kw/cm6897,298
3352,13654,010
1000
15003620,5
tB10
1000
n.Zk0,5p
=
×××⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ ×××=
×⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛=
☻Trong đó : - ko = 2 hệ số kinh nghiệm
Vậy :
kw050,02106897,29816,01,4054
0,151,405412,016622P 7bm =×××−×××= −
+Tổn hao đập mạch trên răng Roto :
32Z
2
đm
11
đm .10GB101000
nZ0,11P −×⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛×=
☻Trong đó : 0,0991,311,40542
0,0454,7343B
t2
δυB 2Z
2
1
đm =××
×=××=
Vậy ta có :
kw0,0225107,16190,099101000
1500360,11P 3
2
đm =××⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ ××××= −
●Tổng tổn hao thép :
PFe =P’Fe +Pbm +Pđm =0,2346 +0,0205 +0,0225 =0,2776kw
●Tổn hao cơ :
kw0,0663
10
10
23,3
1000
15001
10
10
D
1000
nkP
3
42
3
4
n
2
1
coco
=
×⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛×⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛×=
×⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛×⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛=
−
−
●Tổn hao không tải :
Đồ án tốt nghiệp
20
Po =PFe + Pcơ = 0,2776 + 0 0663 =0 3439 kw
4/Đặc tính làm việc :
● r1 =0,4591 Ω ● x1 =0,7824 Ω ● x12 =25,2140 Ω
● r’2=0,5017 Ω ● x’2 =1,1743 Ω
● 1,03125,2140
0,78241
x
x1C
12
1
1 =+=+=
●Sức điện động : E1 =U1- Iµ.x1 =220- 8,4627×0,7824 =213,3788V
● Hệ số qui đổi dòng điện :
16,234234
0,90191026
Z
kW
6k
2
dq1
I =××=
×=
●Dòng điện Roto đã qui đổi :
A20,037816,3242
325,2982
k
I
I
I
2'
2 ===
☻Trong đó :
A325,298234
0,9019102622,01960,91
Z
kW6
IkI
2
dq1
1I2 =××××==
●Hệ số trượt định mức :
0,047213,3788
0,501720,0378
E
rIs
1
'
2
'
2
đm =×==
● Hệ số trượt lớn nhất :
0,259
1,1743
1,031
0,7824
0,5017
x
C
x
rs
'
2
1
1
'
2
m =
+
=
+
=
●Các số liệu và đồ thị đặc tính làm việc của động cơ được thể hiện trong
bảng và hình vẽ .
●Bội số mômen cực đại :
Đồ án tốt nghiệp
21
2,480,259
0,047
18,9625
70,1534
s
s
I
I
M
M
m
2
m
đm
2
'
đm2
'
m2
đm
max
max =×⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛=×⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛==
Đồ án tốt nghiệp
1
s Đơn vị 0,01 0,02 0,03 0,047 0,1 0,259
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ +=
s
r
C
xCr
'
2
1
12
1ns
Ω 53,7659 27,1015 18,2134 11,7837 5,7700 2,4962
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ += '2
1
12
1 xC
xCxns
Ω 2,0549 2,0549 2,0549 2,0549 2,0549 2,0549
22
nsnsns xrZ += Ω 53,8051 27,1793 18,3289 11,9615 6,1249 3,2332
nsZ
UCI 11
'
2 = A 4,2156 8,3453 12,3749 18,9625 37,0324 70,1534
ns
ns
Z
r='2cosϕ 0,9993 0,9971 0,9937 0,9851 0,9420 0,7720
ns
ns
Z
x='2sinϕ 0,0382 0,0756 0,1121 0,1717 0,3355 0,6356
'
2
1
'
2
đbrr1 cosC
I
II ϕ+= A 4,6446 8,6925 12,4858 18,6769 34,3942 53,0885
'
2
1
'
2
đbxx1 sinC
I
II ϕ+= A 8,6189 9,0746 9,8082 11,6206 20,5135 51,7047
2
x1
2
r11 III += A 9,7906 12,5226 15,8775 21,9969 40,0470 74,1064
Đồ án tốt nghiệp
2
1
r1
I
Icos =ϕ 0,4744 0,6941 0,7864 0,8492 0,8588 0,7614
3
r111 10IU3P
−= kw 3,0654 5,6954 8,2406 12,3268 22,7002 35,0384
3
1
2
11Cu 10rI3P
−= kw 0,1219 0,1994 0,3206 0,6154 2,0399 6,9855
3'
2
'2
22Cu 10rI3P
−= kw 0,0267 0,1048 0,2305 0,5411 2,0641 7,4073
Pf = 0,005P1 kw 0,0153 0,0284 0,0412 0,0616 0,1135 0,1751
Po kw 0,3439 0,3439 0,3439 0,3439 0,3439 0,3439
of2Cu1Cu PPPPΣP +++= Kw 0,5078 0,6765 0,9362 1,5620 4,5614 14,9118
ΣPPP 12 −= kw 2,5576 5,0189 7,3044 10,7648 18,1388 20,1266
100
1
2
P
P=η % 83,4345 88,1219 88,6392 87,3284 79,9059 57,4415
s 0,1 0,259 0,4 0,6 0,8 1
M 131,40 182,072 174,56 142,77 117,56 99,03
Đồ án tốt nghiệp
1
PHẦN 5 : TÍNH TOÁN KIỂM TRA CHẾ ĐỘ KHỞI ĐỘNG
I. ĐẠI CƯƠNG
Đối với các máy điện thông dụng ta có thể cho rằng những tham số
r1,r’2,x1 x’2 của máy là hằng số khi máy làm việc từ không tải đến định
mức.Khi hệ số trượt lớn hơn trị số sm ứng với mômen cực đại do dòng
điện bây giờ đã lớn hơn dòng điện định mức.Lúc đó bắt đầu có hiện
tượng bão hòa răng do từ thông tản.Vì vậy x1,x’2 giảm.Mặt khác do hiện
tượng do hiệu ứng mặt ngoài trong thanh dẫn Roto nên những tham số r’2
,x’2 cũng thay đổi.Đối với động cơ Roto lồng sóc, khi khởi động dòng
điện sẽ lớn hơn dòng điện định mức làm cho điện kháng x1,x’2 và r’2 thay
đổi rõ rệt. Do vậy ở đây trong phần này ta sẽ xét đến các hiện tượng đó có
ảnh hưởng như thế nào đặc biệt đó là lúc khởi động.
Các đại lượng đặc trưng cho đặc tính khởi động là mômen khởi động và
dòng điện khởi động.Việc tính toán xác định đặc tính khởi động một cách
chính xác có khó khăn lớn.Vì khi tính toán ta gặp phải quan hệ phức tạp
giữa dòng điện và hệ số trượt và các tham số động cơ điện ,do dó thường
chỉ xét đặc tính khởi động lúc s =1.
II THAM SỐ CỦA ĐỘNG CƠ KHI XÉT ĐẾN HIỆU
ỨNG MẶT NGOÀI VỚI S =1
Đồ án tốt nghiệp
2
Để cải thiện đặc tính khởi động bằng cách lợi dụng hiện tượng hiệu ứng
mặt ngoài của dòng điện,thường người ta dùng rãnh sâu.Vì lúc khởi động
điện kháng tản phía dưới lớn và tần số Roto cao nên do hiện tượng hiệu
ứng mặt ngoài dòng điện tập trung phía trên thanh dẫn gần miệng
rãnh.Do sự phân bố dòng điện tập trung nhiều ở phía miệng rãnh,tiết diện
dẫn điện của thanh coi như bị nhỏ đi,điện trở Roto R2 tăng lên sẽ làm tăng
momen mở máy.Khi mở máy xong tần số dòng điện Roto nhỏ đi, tác
dụng trên bị yếu đi, diện trở Roto giảm xuống như bình thường.Do vậy
cần phải xác định độ sâu qui đổi hr của trong đó qui ước dòng điện phân
bố đều và từ đó xác định điện trở thanh dẫn trong rãnh.
Để xác định hr người ta đưa ra khái niệm chiều cao tương đối rãnh ξ .
Với thanh dẫn bằng nhôm (ρ =1/23) ta có :
sa0,067ξ ××=
☻Trong đó :
- a = hr2 – h42 =19,78 - 0,75 = 19,03mm :chiều cao nhôm trong rãnh
- s= 1 : hệ số trượt
Vậy ta có : 2750,1103,19067,0 =××=ξ
Theo hình 10.13 tranh 256 sách TKMĐ của tác giả Trần Khánh Hà và
Nguyễn Hồng Thanh với ξ =1,2750 ta tra được : φ =0,37 và ψ =0,95
Để tính được được điện trở thanh dẫn ta phải xác định được :
hr
td
R S
Sk =
☻Trong đó : - Std =48,3072mm2 ( theo 1.13).
- Shr : tiết diện của thanh dẫn.
Mặt khác ta có :
Đồ án tốt nghiệp
3
- mm13,89050371
19,03
1
ah r =+=+= ϕ
- mm16,432
2,03,2019,03
2
ddah 211 =+−=+−=
mm2,3023
2
3,2013,8905
16,43
2,03,202,0
2
dhh
h
dddb 1r1
1
21
2r
=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ −−+=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −−−+=−
Ta có :
2
2
1
r
r1
2
1
hr
mm37,8201
2
3,213,8905
2
2,30233,20
8
3,20π
3
dh
2
bd
8
πdS
=
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −×++×=
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −++=
1,277337,8201
48,3072
S
S
k
hr
td
R ===⇒
5.1 Điện trở thanh dẫn khi tính đến hiệu ứng mặt ngoài s = 1:
Ω1,8393.101,44.101,2773rkr 44tdRtd
−− =×=×=
5.2 Điên trở Roto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s= 1 :
Ω2,0555.1010
0,3675
0,014621,8393
Δ
r2
rr 4422
v
tdξξ2
−− =×⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ ×+=+=
Đồ án tốt nghiệp
4
5.3 Điện trở Roto qui đổi :
Ω0,61392,0555.102986,8915rγr 4ξ2
'
ξ2 =×=×= −
5.4 Điện kháng tản của Roto :
42
4242
2
r
2
1
ξ2r b
h
ψ
b2
b0,66
S8
πb1
b3
h
λ +⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡ −+⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ −=
☻Trong đó : + b =d1 =3,2 mm
+ Sr2 =48,3072 mm2
+ h42 =0,75 mm
+ b42 =1,5 mm
Vậy ta có :
2,32751,5
0,750,95
3,202
1,50,66
48,30728
3,20π1
3,203
17,11
λ
22
ξ2r =+×⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
×−+⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
×
×−×=
5.5Tổng hệ số từ dẫn Roto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s=1 :
∑λ2ξ =λr2ξ + λt2 +λđ2+ λrn =2,3275 +2,0873 +2,7565 +0,492 =8,1133
5.6 Điện kháng Roto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s =1 :
1,53156,2209
8,11331,1743
λ
λ
xx
2
ξ2'
2
'
ξ2 =×== ∑
∑
Đồ án tốt nghiệp
5
5.7 Tổng trở ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng măt ngoài với s =1 :
rnξ =r1 + r’2ξ = 0,4240+0,6139 =1,0379 Ω
xnξ =x1 + x’2ξ = 0,7824 +1,5315 =2,3139 Ω
Ω2,53602,31391,0379xrz 222nξ
2
nξnξ =+=+=
5.8 Dòng điện ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s =1:
A7508,865360,2
220
z
UI
n
1
n ===
ξ
ξ
Đồ án tốt nghiệp
6
III THAM SỐ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHI XÉT ĐẾN CẢ HIỆU
ỨNG MẶT NGOÀI VÀ SỰ BÃO HÒA MẠCH TỪ TẢN
Khi dòng điện trong dây quấn lớn sẽ sinh ra hiện tượng bão hòa mạch từ,
chủ yếu ở phần đầu răng do từ trường tản rãnh và từ trường tản tạp làm
cho x1; x2 thay đổi.
Sự thay đổi của và do bão hòa của từ trường cũng có thể tính gần đúng
theo phương pháp sau :
Sơ bộ chọn hệ số bão hòa kbh = 1,40
5.9 Trị số dòng điện ngắn mạch khi xét đến cả hiệu ứng mặt ngoài và sự
bão hòa mạch từ tản khi s =1 :
A4511,1217508,8640,1IkI nbhnbh =×=×= ξξ
5.10 Sức từ động trung bình của một rãnh Stato :
A9644,2510
34
369019,09397,084,0
1
174511,1217,0
Z
Zkkk
a
uI
7,0F
2
1
dqy
1
1rnbh
ztb
=
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ ××+××=
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ +×= βξ
☻Trong đó: + kβ =084 hệ số tính đến sức từ động nhỏ do bước ngắn tra
theo hình 10.14 trang 259 sách TKMĐ của tác giả Trần Khánh
HàvàNguyễn Hồng Thanh ,kβ phụ thuộc vào β = y/τ.
+ a1 = 1 số mạch nhánh song song .
+ ur1 =17 số thanh dẫn tác dụng trong rãnh Stato (theo
3.4).
+ ky= 0,9397 hệ số bước ngắn (theo 3.2).
+ kdq =0,9019 hệ số dây quấn (theo 3.2).
+ Z1 =36; Z2 =34 số rãnh Stato và Roto.
Đồ án tốt nghiệp
7
5.11Mật độ từ thông qui đổi trong khe hở không khí :
T6316,39603,0045,06,1
10.9644,2510
C..6,1
10.FB
4
bh
4
ztb =××=δ=
−−
φδ
☻Trong đó :
9603,04054,13352,1
045,05,264,0
tt
5,264,0C
21
bh =++=+
δ+=
Theo mật độ từ thông qui đổi BΦδ =0,9603T tra theo đường cong trong
hình 10.15 sách TKMĐ của tác giả Trần khánh Hà và Nguyễn Hồng
Thanh ta tìm được hệ số χδ = 0,59,Hệ số này đặc trưng cho tỉ số giữa từ
thông tản khi xét đến bão hòa và không bão hòa.
Do bão hòa phần trên của răng,hệ số từ dẫn của từ trường tản rãnh giảm
xuống.Căn cứ vào đó tìm ra sự biến đổi tương đương của rãnh hở tính
toán từ thông tản khi bão hòa.
a) Đối với Stato, sự biến đổi tương đương đó bằng :
C1 = (t1 –b41)(1-χδ) =(1,3352-0,35)(1-0,59)=0,4039
Sự giảm nhỏ của hệ số từ dẫn của từ thông tản do bão hòa có thể xác định
với rãnh 1/2 kín ta có :
1968,0
35,05,19603,0
9603,0
35,0
187,058,005,0
b5,1C
C
b
h58,0h
411
1
41
341
rbh
=
×+×
×+=
+×
+=λΔ
☻Trong đó : + h3 = 1,87 mm (theo 3.19).
5.12 Hệ số từ dẫn tản rãnh Stato khi xét đến bão hòa mạch từ tản :
λr1bh = λr1 -∆λrbh = 1,3449 - 0,1968 =1,1481
Đồ án tốt nghiệp
8
5.13 Hệ số từ dẫn tản tạp Stato khi xét đến bão hòa mạch từ tản :
λt1bh = λt1 × χδ =1,6134×0,59 =0,9519
5.14Tổng hệ số từ tản tạp Stato khi xét đến bão hòa mạch từ tản :
∑λ1bh= λr1bh+ λt1bh+ λđn = 1,1481 +0,9519 + 0,6114 = 2,7114
5.15 Điện kháng Stato khi xét đến bão hòa mạch từ tản :
Ω=×=λΣ
λΣ= 5943,0
5697,3
7114,27824,0xx
1
bh1
1bh1
b) Đối với Roto :
Tương tự ở Roto ta cũng có :
Với Roto lồng sóc,sự biến đổi tương đương của miệng rãnh lấy bằng :
C2 = (t2 –b42)(1-χδ) = (1,4054-0,15)(1-0,59) = 0,5147
Sự giảm nhỏ hệ số từ dẫn tản rãnh do bão hòa với rãnh 1/2 kín :
3872,015,05147,0
5147,0
15,0
075,0
bC
C
b
h
422
2
42
42
bh2r =+×=+×=λΔ
5.16 Rãnh Roto chịu ảnh hưởng của cả hiệu ứng mặt ngoài lẫn bão hòa
mạch từ tản do đó hệ số từ tản rãnh Roto khi xét đến cả hai yếu tố đó
bằng :
λr2ξbh = λr2ξ - ∆λr2bh = 2,3275 – 1,3872 = 1,9403
5.17 Hệ số từ dẫn tản tạp Roto khi xét đến bão hòa mạch từ tản :
λt2bh =λt2 × χδ =2,0873 × 0,59 = 1,2315
5.18 Hệ số từ tản do rãnh nghiêng Roto khi xét đến bão hòa mạch từ tản :
λrnbh = λrn × χδ =0,9420 × 0,59 = 0,5558
Đồ án tốt nghiệp
9
5.19 Tổng hệ số từ dẫn Roto khi xét đến hiệu ứng dòng điện mặt ngoài
và độ bão hòa mạch từ tản răng bằng :
∑λ2ξbh = λr2ξbh + λt2bh + λrnbh +λđ2
= 1,9403+1,2315+0,5558+0,4344
= 4,1620
5.20 Điện kháng Roto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài và sự bão hòa của
mạch từ tản bằng :
Ω==λΣ
λΣ= ξξ 7856,02209,6
1620,41743,1xx
2
bh2'
2
'
bh2
IV) Các tham số ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài và sự bão hòa
của mạch từ tản :
rnξ = r1 + r’2ξ = 0,4240 + 0,6139 = 1,0379 Ω
xnξ = x1bh + x’2ξbh = 0,5493 + 0,7856 = 1,3799 Ω
Ω=+=+= ξξξ 7266,13799,10379,1xrz 222n2nbhn
5.21 Dòng điện khởi động là :
A4180,1277266,1
220
z
UI
bhn
1
k ===
ξ
Ta thấy trị số này không sai khác nhiều so với dòng điện ngắn mạch giả
thiết ban đầu đã chọn ở mục 4.9, nên không cần giả thiết tính lại.
5.22 Bội số dòng điện khởi động :
Đồ án tốt nghiệp
10
79,5
0196,22
4180,127
I
Ii
đm
k
k ===
-Điện kháng hỗ cảm khi xét đến bão hòa :
x12n = x12 × kμ = 25,214 × 1,3891 =35,2517
0223,1
2517,35
7856,01
x
x
1C
n12
'
bh2
bh2 =+=+= ξξ
A6385,124
0223,1
4180,127
C
II
bh2
k'
k2 ===
ξ
5.23 Bội số mômen khởi động :
52,2047,0
4947,0
6139,0
9625,18
6385,124s
r
r
I
I
m
2
đm'
2
'
2
2
'
đm2
'
k2
k =××⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛=××⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛= ξ
IV) Kết luận :
Tóm lại với kết quả tính toán trên các chỉ tiêu kỹ thuật đều đạt yêu cầu so
với đầu bài ra .
ik = 5,79 (< 7 = ik giả thiết )
mk = 2,5 ( > 2,2 = mk giả thiết )
Vậy kết quả này hoàn toàn chấp nhận được.
Đồ án tốt nghiệp
11
CHƯƠNG VI :TÍNH TOÁN NHIỆT
I. ĐẠI CƯƠNG
Khi máy điện làm việc thì trong máy điện phát sinh các tổn hao, năng
lượng tiêu hao đó biến thành nhiệt năng và làm nóng các bộ phận của
máy. Khi trạng thái nhiệt trong máu đã ổn định thì toàn bộ nhiệt lượng
phát ra từ máy đều tỏa ra môi trường xung quanh nhờ sự chênh nhiệt giữa
bộ phận máy với môi trường.Tính toán nhiệt là giải quyết vấn đề tản nhiệt
cho máy điện là công việc hết sức quan trọng.Việc tính toán nhiệt liên
quan chặt chẽ đến làm nguội máy và cuối cùng là xác định nhiệt độ cho
phép giữa dây quấn với môi trường.
Độ tăng nhiệt này phụ thuộc vào tính chất của vật liệu cách điện,chế độ
làm việc của máy, môi trường làm việc và công nghệ chế tạo ….
Các chế độ làm việc có ba loại : + dài hạn
+ ngắn hạn
+ ngắn hạn lặp lại
Trong khuôn khổ cuốn đồ án tốt nghiệp này ta chỉ tính toán cho chế độ
làm việc dài hạn.
Để tính toán ta áp dụng phương pháp dùng sơ đồ thay thế, phương pháp
này người ta dùng khái niệm về nhiệt nguồn nhiệt để lập sơ đồ thay thế
theo như các định luật về mạch điện.
Các nguồn nhiệt do các tổn hao sinh ra gồm :
+Tổn hao đồng dây quấn Stato PCu
+Tổn hao sắt PFe
+Tổn hao trên Roto RR
Các nhiệt trở gồm có :
+Nhiệt trở cách điện rãnh Rc
Đồ án tốt nghiệp
12
+Nhiệt trở ở phần đầu nối Rđ
+Nhiệt trở chỗ tiếp giáp giữa lõi sắt Stato và trên gông Stato RFe
+Nhiệt trở đặc trưng cho độ chênh nhiệt độ giữa không khí nóng bên
trong máy với vỏ máy R’α
+Nhiệt trở tản nhiệt bề mặt giữa vỏ và nắp máy với môi trường Rα
II. TÍNH TOÁN CÁC NGUỒN NHIỆT TRONG SƠ ĐỒ THAY THẾ :
6.1Tổn hao đồng trên Stato :
Qcu1 =Pcu1 + 0,5Pf =615,40 + 0,5×61,6 =646,20 W
6.2Tổn hao trên Roto :
Q Fe = PFe = 277,60 W
6.3Tổn hao sắt trên Roto :
QR = Pcu2 + 0,5Pf +Pcơ +Pbm +Pđm
= 541,10 + 0,5×61,60 + 66,30 + 20,50 + 22,50
= 681,20 W
III. CÁC NHIỆT TRỞ TRÊN SƠ ĐỒ THAY THẾ
6.4 Nhiệt trở trên bề mặt lõi sắt Stato :
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
α+α=+= δδ gg1ggFegFe
11
S
1RRR
☻Trong đó : - RFeg : nhiệt trở trên gông Stato
-Rδg : nhiệt trở phụ do khe hở công nghệ giữa lõi sắt và
vỏ máy. Nhiệt trở này rất khó tính chính xác nên người ta đưa ra hệ số
αδg.
Ta có : + )Ccm/W(3157,0
21,2
10.30
h
2
2
1g
Fe
g
o==λ=α
−
+ αδg = 0,09 (W/cm2 oC)
Đồ án tốt nghiệp
13
+ Sg1 = π.Dn.l1 = π× 23,3× 16 =1171,1857 cm2 -diện tích bề
mặt truyền nhiệt của gông lấy bằng diện tích bề mặt trụ ngoài lõi thép .
Vậy ta có :
C/Wo2
gg1g
gFegFe
10.58,1
09,0
1
3157,0
1
1857,1171
1
11
S
1RRR
−
δ
δ
=
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ +=
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
α+α=+=
6.5Nhiệt trở phần đầu nối dây quấn Stato :
Bao gồm nhiệt trở đặc trưng của lớp cách điện phần đầu nối và nhiệt tở
đặc trưng cho độ chênh nhiệt giữa bề mặt phần đầu nối và phần không khí
bên trong vỏ máy.
đđđc
c
đ S.
1
S.
R α+λ
δ=
☻Trong đó :
+ δc = 0,025 cm - cách điện đầu nối bằng băng vải.
+ λc =0,16.10-2 (W/oC)- hệ số dẫn nhiệt đối với cách điện dây quấn
Stato cách cấp điện B tra theo bảng 8.2 trang 170 sách TKMĐ của tác giả
Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh .
+ αđ = (1 + 0,56v2)10-3(W/cm2 oC) : hệ số tản nhiệt đầu dây quấn
-Ta có : tốc độ đồng bộ của động cơ là ph/vg1500
2
5060
p
f.60n1 =×==
=> tốc độ định mức của động cơ là :
n = n1(1- sđm) = 1500(1-0,047) = 1429,5 vg/ph
+ v : tốc độ gió thổi ở đầu dây quấn lấy bằng tốc độ bề mặt Roto
( )s/m4518,11
6000
5,14293,15
6000
n.D.v =××π=π=
Đồ án tốt nghiệp
14
=>αđ = (1 + 0,56v2)10-3 = (1+0,56.11,45182)10-3 =7,44.10-2 (W/cm2 oC)
+ Sđ - diện tích tản nhiệt phần đầu nối.Diện tích này được tính như sau :
Đối với dây quấn hai lớp ta có : Sđ = 2Z1Cblđ
Ở đây : - Z1 = 36 : số rãnh Stato
-Cb chu vi của bối dây; (cm) và bằng :
Cb = ( b1 + b2 –2λc)+ 2h12 = (0,98 + 0,71 – 2×0,025) + 2×1,740 =5,165cm
- lđ =15,5716 cm chiều dài phần đầu nối của dây quấn Stato.
Vậy Sđ = 2× 36× 5,165×15,5716 = 5790,7666 cm2
Ta có :
C/Wo2
22
đđđc
c
đ
10.5019,0
7666,5790
1
10.44,7
1
10.16,0
025,0
S.
1
S.
R
−
−−
=
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ +=
α+λ
δ=
6.6 Nhiệt trở đặc trưng cho độ chênh nhiệt giữa khí nóng bên trong máy
và vỏ máy :
'
'
S
1R
α
α ×α=
☻Trong đó :
+ α =αo(1+kovR) =1,42.10-3(1+ 0,06×11,4518) =0,2397.10-2 (W/cm2 oC).
Ở đây :
- αo = 1,42.10-3(W/cm2 oC) hệ số tản nhiệt bề mặt trong môi trường tra
theo bảng 8.3 trang 171 sách TKMĐ của tác giả Trần Khánh Hà và
Nguyễn Hồng Thanh.
- ko =0,06 hệ số tính đến sự hoàn hảo của sự chuyển dịch dòng không
khí.
- vR =11,4518 (m/s) tốc độ bề mặt của Roto
+ Sα’: diện tích bề mặt truyền nhiệt bên trong vỏ máy bao gồm những
phần không tiếp xúc với lõi sắt Stato và bề mặt bên trong của hai nắp
máy.
Đồ án tốt nghiệp
15
* Tính Sα’:
-Ta có chiều dài phần đầu dây thò ra khỏi lõi sắt là :
f = kfτy + B= 0,50×10,4397 + 1,0 =6,2198 cm
Ở đây - kđ1=0,50 và B =1.0cm tra theo bảng 3.4 trang 69 sách TKMĐ
của tac giả Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh .
-τy = 10,4397 chiều rộng trung bình của phần tử (theo 4.9).
2
22
n
tn
' cm1337,2056
4
3,2324396,163,23
4
D.2lD.S =×π+××π=π+π=⇒ α
Ở đây : - lt = 2(f + a) =2(6,2198 + 2) = 16,4396 cm
- với a =2 cm khoảng cách từ bối dây nắp máy.
Vậy ta có :
C/Wο2029,0
1337,205610.2397,0
1
S
1R 2'
' =×=×α= −αα
6.7 Nhiệt trở bề mặt tỏa nhiệt ngoài vỏ máy :
Bề mặt này bao gồm có diện tích tỏa nhiệt của các cánh tản nhiệt và các
bề mặt ngoài của hai nắp máy .
"
n
"
n
'
nnvv SSS
1R α+α+α=α
Hệ số tản nhiệt của cánh tản nhiệt được xác định bằng cách đưa thêm hệ
số kg : αv= kg×αv’
Có thể xác định :
αv’ = 3,6.d-0,2v0,8 .10-4 hệ số tản nhiệt trên phần phẳng của máy.
☻ Trong đó : + d;(m) - đường kính rãnh thông gió
m1875,0
025,0015,0
025,0015,02
hc
ch2
ba
ab2d =×
××=+=+=
Ở đây chọn kích thước cánh tản nhiệt như sau :
+ b = 0,3cm
Đồ án tốt nghiệp
16
+ c =1,5cm
+ h =2,5cm
+ v là vận tốc gió thổi mặt ngoài vỏ máy tính đến sự suy giảm 50%
theo chiều dài gân tản nhiệt và đường kính ngoài cánh quạt lấy bằng Dn
m/s7154,8
6000
5,14293,235,0
6000
nD5,0v n =××π=××π=⇒
Vậy ta có : αv’ = 3,6×(0,01785)-0,2×(8,7514)0,8.10-4 =4,5074.10-3 W/oC
+ Ta có : αg = β×λ×th(β.h) : hệ số tản nhiệt trên gân có chiều dầy b
8667,0
3,010.4
10.5074,42
b.
2
2
3'
v =×
×=λ
α=β −
−
=>αg =β×λ×th(β.h) =0,8667×4.10-2×th(0,8667.2,5) =3,377.10-2 (W/cm2 oC)
Vậy ta có :
0820,25,13,0
3,0
10.5047,4
10.377,3
3,05,1
5,1
cb
b
bc
ck 3
2
'
v
g
g =+×++=+×α
α++= −
−
Vậy : αv= kg×αv’ = 2,0820×4,5074.10-3 =9,384.10-3 (W/cm2 oC)
+Ở nắp sau tốc độ gió cánh quạt không bị suy giảm cho nên hệ số tản
nhiệt trên nắp gió thổi bằng :
αn’ = 3,6.d-0,2.v0,8 10-4
= 3,6.(0,01875)-0,2(2×8,7154)0,810-4
=7,848.10-3 (W/cm2 oC)
+Hệ số tản nhiệt trên nắp không có gió thổi :
αn” = αo =1,42.10-3(W/cm2 oC)
+Diện tích nắp máy :
2
22
n
n
'
n
"
n cm1686,4264
3,23
4
D.SSS =×π=π===
+ ta có số gân của máy là :
gân443,05,1
3,25
bc
.
n vog =+
×π=+
π= D
Đồ án tốt nghiệp
17
Trong đó: + Dvỏ =Dn +2bvỏ = 23,3 +2× 1 =25,3 cm
+ ở đây : bvỏ =1cm bề dầy của vỏ máy.
+ Diện tích mỗi gân là :
Sg = lvỏ (c+b+2h) = 32,4396×(1,5+0,3+2×2,5) =220,5893 cm2
☻ Trong đó : lvỏ = lδ + lt = 16,0 + 16,4396 =32,4396 cm
+Vậy diện tích của vỏ máy là :
Sv’ =ng×Sg + 2Sn = 44×220,5893 + 2×426,1686 = 10558,2655cm2
Tuy nhiên ta phải trừ đi khoảng 30% Sv do có hộp cực và chân máy :
Sv = 0,7×Sv’ = 0,7 × 10558,2655 =7390,785 cm2
+Vậy ta có nhiệt trở tỏa nhiệt bề mặt ngoài vỏ máy là :
C/W)o(10.364,1
1686,42610.42,11686,42610.848,7785,739010.384,9
1
SSS
1R
2
233
"
n
"
n
'
nnvv
−
−−−
α
=
×+×+×=
α+α+α=
6.8 Nhiệt trở lớp cách điện rãnh :
C/W)o(10.5252,0
04,297510.16,0
025,0
S.
R 22
cc
c
c
−
− =×=λ
δ=
Trong đó : + Sc = Z1.Cb.l1 =36×5,165×16,0 = 2975,04cm2
+ λc = 0,16.10-2 (W/oC)
6.9 Độ chênh nhiệt của vỏ máy với môi trường xung quanh :
θα =(PCu + PFe +PR )Rα = (646,2 +277,6 +681,2)1,364.10-2 = 21,8922 oC
6.10 Độ tăng nhiệt của dây quấn Stato :
Đồ án tốt nghiệp
18
( )
C9357,50
8922,2110
79,20
1052,21
79,20
1052,229,202,68158,16,2771052,22,646
RR
RR
1
RR
RR
RPRPRRP
o
2
'
đ
cFe
'
đ
cFe'
RFeFecFe1Cu
1
=
+⋅
+
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛××+×+×
=
θ+
+
++
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
+
++++
=θ
−
α
α
α
α
6.11 Độ tăng nhiệt độ của lõi sắt là :
( )
( )
Co9870,46
9822,21
10.58,1
10.5252,01
9822,219357,5010.58,16,277
1
.
2
2
2
21
=
+
+
−+×=
+
+
−+=
−
−
−
αθθθθ
Fe
c
FeFe
Fe
R
R
RP
6.12 Độ tăng nhiệt độ của dây quấn so với môi trường :
θdq = θ1 + θmt = 50,9357 + 40 = 90,9357 oC
Ở đây θmt = +40 oC : nhiệt độ môi trường làm việc tiêu chuẩn theo qui
định của Việt Nam,.
Vậy ta thấy độ tăng nhiệt độ của dây quấn Stato là 90,9357 oC so với độ
tăng nhiệt độ cho phép của dây quấn theo cấp chịu nhiệt B là 105oC là
hoàn toàn thõa mãn yêu cầu.
IV. HỆ THỐNG THÔNG GIÓ :
Động cơ có một quạt gió nắp ở trên một đầu trục nhằm thông gió trên vỏ
máy.Quạt tạo ra một chu trình lưu thông khí,không khí nguội được thổi
Đồ án tốt nghiệp
19
vào máy qua bề mặt bộ phận nóng và mang nhiệt đi nhạnh hơn ra môi
trường xung quanh .
V.KẾT LUẬN :
Như vậy các thông số sau khi tính toán được ta thấy với chế độ làm việc
liên tục động cơ có thể chạy trong thời gian vô hạn định mà nhiệt độ
trong các bộ phận của máy không vượt quá nhiệt độ cho phép.
Đồ án tốt nghiệp
20
CHƯƠNG VII: KẾT LUẬN CHUNG
Như vậy sau khi tính toán các chỉ tiêu kinh tế và kĩ thuật mà máy đạt
được là :
● Pđm = 10,7648 kw ● mmax = 2,48
● nđm =1429,5 vg/ph ● mk = 2,52
● cosφ =0,8492 ● ik = 5,78
● η = 87,32%
Tóm lại các kết quả này hoàn toàn chấp nhận được so với yêu cầu đề
ra.Tuy nhiên do trình độ,thời gian có hạn và tài liệu tham khảo không có
nhiều nên việc tính toán và trình bày không khỏi thíếu sót .Do vậy em rất
mong được các thầy cô đóng góp ý kiến để đồ án này hoàn thiện hơn và
có thể áp dụng trong thực tế.
Một lần nữa em xin tất cả các thầy cô trong bộ môn Thiết bị điện –điện tử
và đặc biệt là cô Nguyễn Hồng Thanh.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- Đồ án tốt nghiệp- GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU.pdf