Đồ án Tốt nghiệp Tìm hiểu thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1 Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc LỜI NÓI ĐẦU Đất nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hoá hiện đại hoá nhằm đưa đất nước tiến kịp với các nền kinh tế của các nước trong khu vực và trên thế giới. Tốc độ phát triển kinh tế của một quốc gia phụ thuộc vào tốc độ phát triển của ngành năng lượng. Thường tốc độ phát triển của ngành công nghiệp phải cao hơn tốc độ phát triển chung của nền kinh tế. Do đó ngành chế tạo máy điện đòi hỏi phải luôn đi trước 1 bước về công nghiệp và chất lượng nhằm đảm bảo tốc độ phát triển chung của toàn ngành và yêu cầu của nền kinh tế. Ngành chế tạo máy điện sản xuất ra các thiết bị điện phục vụ cho nền kinh tế như: Máy biến áp, động cơ điện dùng làm nguồn động lực cho các loại thiết bị, công suất từ vài (w) đến hàng trăm (Kw). Với các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật trong bảng số liệu qua tính toán đã đạt được các yếu cầu của đề ra. Trong quá trình thiết kế em đã được sự chỉ dẫn tận tình của thầy Bùi Đức Hùng, em xin chân thành cảm ơn thầy. Trong thời gian ngắn cùng với kiến thức và kinh nghiệm có hạn, trong đồ án này không tránh khỏi những sai sóy, em mong sự thông cảm và ý kiến của thầy cô và các bạn. Hà Nội, ngày 25 tháng 5 năm 2005 Sinh viên ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2 PHẦN I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ. I MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG. Động cơ điện không đồng bộ là máy điện xoay chiều hai dây quấn và chỉ có cuộn dây phía sơ cấp nhận điện từ lưới điện với tần số không đổi (w1) còn cuộn dây thứ hai (thứ cấp) được nối tắt lại hay được khép kín trên điện trở. Dòng điện trong dây quấn thứ cấp được sinh ra nhờ cảm ứng điện từ. Tần số w2 là một hàm của tốc độ góc Ω của rôtô mà tốc độ này phụ thuộc vào mômen quay ở trên trục. Người ta thường dùng loại dây cơ phổ biến nhất là động cơ không đồng bộ có dây quấn Stato là dây quâns 3 pha đối xứng có cực tính xen kẽ, lấy điện từ lưới điện xoay chiều và dây quấn roto 3 pha hoặc nhiều pha đối xứng có cực tính xen kẽ những máy như vậy ta gọi tắt là máy “không đồng bộ” các máy không đồng bộ kiểu khác gọi là máy không đồng bộ đặc biệt. Các náy không đồng bộ được dùng chủ yếu làm động cơ. Động cơ điện không đồng bọ là động cơ điện xoay chiều thông dụng nhất. II. PHÂN LOẠI: Căn cứ vào tố độ của roto và tốc độ từ trường quay người ta chia động cơ điện xoay chiều 3 pha ra làm 2 loại: - Động cơ điện đồng bộ. - Động cơ điện không đồng bộ. Theo phạm vi thiết kế, ta chỉ xét đến động cơ điện không đồng bộ 3 pha. Động cơ điện không đồng bộ 3 pha được nuôi bằng nguồn điện trong không gian 1 góc 1200 điện. Khi đưa nguồn 3 pha vào dây quấn Stato, sẽ tạo ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3 từ trường quay với tốc độ đồng bộ M = 60 f/p với f: là tần số lưới điện đưa vào và P là số đố cật của máy. Từ trường quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch đặt trên lõi sắt Rato và cảm ứng trên dây quấn đó là các sức điện động và dòng điện. Từ thông do dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của Stato tạo thành từ thông tổng ở khe hở. Dòng điện trong dây quấn roto tác dụng với từ thông khe hở. Dòng điện trong dây quấn roto tác dụng với từ thông khe hở này sinh ra mômen. Tác dụng đó có quan hệ mật thiết với tốc độ quay (r) của rôto. Trong những phạm vi tốc độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũngkhác nhau. Để chỉ phạm vi tốc độ người ta thường dùng hệ số trượt S: 100 1 1 . n nn %S −= Như vậy khi: n ≤ n1 Ù S ≤ 0, S ≤ 1: động cơ không đồng bộ n ≥ 0 Ù S ≤ 0 máy phát không đồng bộ n ≤ 0 Ù S ≥ 1 Hãm. Từ đó sẽ có 3 trường hợp tương ứng với các chế độ làm việc theo phạm vi hệ số trượt và tốc độ như sau; Trường hợp roto quay thuận với từ trường quay nhưng tốc độ nhỏ hơn tốc độ đồng bộ (0 S > 0) Trường hợp này tương ứng với chế độ động cơ điện. Trường hợp Roto quay thuận và nhanh hơn tốc độ đồng bộ (n > 1 và 5 < 0). Đây là chế độ máy phát điện không đồng bộ. Trường hợp Roto quay ngược với chiều từ trường quay (n 1), đây là chế độ hàm điệntừ. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4 Vì nhà điện làm việc ở những tốc độ khác tốc độ đồng bộ của từ trường quay nên ta gọi là động cơ điện không đồng bộ. Căn cứ vào kiểu Roto có thể động cơ không đồng bộ 3 pha ra làm 2 loại. - Động cơ không đồng bộ 3 pha Roto ngắn mạch (lồng sóc). - Động cơ không đồng bộ 3 pha có dây quấn Động cơ có dây quấn Roto (ngắn mạch) lồng sóc là phổ biến nhất do giá thành rẻ, vận hành đơn giản, đảm bảo. Các động cơ này có đặc tính cơ ứng (khi tải thay đổi từ thông đến định mức thì tốc độ quay của chúng giảm tất cả khoảng (2 ÷ 5%)… Các động cơ Roto lồng sóc có mômen mở máy khá lớn, tuy nhiên bên cạnh những ưu điểm trên chúng ta có những nhược điểm sau: Khó điều chỉnh tốc độ bằng phẳng trong phạm vi rộng, cần dòng điện mở máy từ lưới lớn (vượt tới 5 ÷7 lần Iđm ) và hệ số công suất của loại này thấp. Để bổ khuyết cho nhược điểm này, người ta chế tạo động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc nhiều tốc độ và dùng Roto rãnh sâu lồng sóc kép đẻe hạ dòng điện khởi động, đồng thời mômen khởi động cũng được tăng lên. Với động cơ Roto dây quấn (hay động cơ vành trượt) thì loại trừ được những nhược điểm trên nhưng làm cho kết cấu Roto phức tạp, nên khó chế tạo và đắt tiền hơn động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc (khoảng 1,5 làn). Do đó động cơ không đông bộ Roto dây quấn chỉ được sử dụng trong điều kiện mở máy nặng nề, cũng như khi cần phải điều chỉnh bằng phẳng tốc độ quay. Loại động cơ này đôi khi được dùng nối cấp với các máy khoá. Nối cấp máy không đồng bộ cho phép điều chỉnh tốc độ quay mọt cách bằng phẳng trong phạm vi rộng với hệ số công suất cao. Xong do giá thành cao nên không thông dụng. Trong động cơ không đồng bộ Roto dây quấn các pha dây quấn Roto nối hình sao và các đầu ra của chúng được nối với 3 vành trượt. Nhờ các chổi điện tiếp xúc với vành trượt nên có thể đưa điện trở phụ vào trong mạch Roto để thay đổi đặc tính làm việc của máy. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 5 Các động cơ không đồng bộ do các nhà máy chế tạo ra phải làm việc trong những điều kiện nhất định với những số liệu xác định gọi là số liệu định mức (Sổ tay kỹ thuật điện). Những số liệu định mức của động cơ không đồng bộ được ghi trên nhãn của nhà máy chế tạo và được gắn trên thân máy đó là: Công suất do động cơ sinh ra Pđm = P2đm Tần số lưới: f1 Điện áp dây quấn Stato: U1đm Dòng điện dây quấn Stato: I1đm Tốc độ quay Roto: nđm Hệ số công suất: cosϕđm Hiệu suất: ηđm Nếu dây quấn 3 pha Stato có đưa ra các đầu ra và cuối pha để có thể đấu thành hình sao cho hay tam giá thì điện áp dây và dòng điện dây với mỗi một cách đấu có thể (Y/A) được ghi dưới dạng phân số (UdY/UdΔ) và (Idy/ IdΔ). Các số liệu định mức của động cơ không đồng bộ biến đổi trong phạm vi rất rộng. Công suất định mức từ mấy phần w đến hành chục nghìn Kw. Tốc độ quay đồng bộ định mức n1đm = 60f1/p với tần số lưới Hz thì Mđm từ (300 ÷ 500 vòng/phút) trong những trường hợp đặc biệt còn lớn hơn nữa (tốc độ quay định mức của Roto thường nhỏ thì tốt hơn tốc độ quay đồng bộ 2% ÷ 5% trong các động cơ nhỏ thì tới 5% ÷ 20%. Điện áp định mức từ 24V đến 10V) (trị số lớn ứng với công suất lớn). Hiệu suất định mức của các động cơ không đồng bộ tăng theo công suất và tốc độ quay của chúng khi công suất lớn hơn 0,5Kw hiệu suất nằm trong khoảng 0,65 ÷ 0,95. Hệ số công suất của động cơ không đồng bộ bằng tỷ số giữa công suất toàn phần và công suất toàn phần nhận được từ lưới: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 6 2 1 2 1 1 QP P cos + =ϕ Hệ số công suất cũng đồng thời tăng lên với chiều tăng công suất và tốc độ quay của động cơ. Khi công suất lớn hơn 1Kw, hệ số công suất vào khoảng 0,7 ÷ 0,9 còn các động cơ nhỏ khoảng (0,3 ÷ 0,7). III. NHIỆM VỤ VÀ TRÌNH TỰ THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN. Nhiệm vụ thiết kế máy điện được xác định từ hai yếu cầu sau. - Yêu cầu từ phía Nhà nước bao gồm các tiêu chuẩn Nhà nước các yêu cầu do đó Nhà nước quy định. - Yêu cầu phải từ phía nhà máy và người tiêu dùng thông qua các hợp đồng ký kết. Nhiệm vụ của người ký kết là đảm bảo các tính năng kỹ thuật của sản phẩm đạt các chỉ tiêu chuẩn nhà nước quy định và tìm khả năng hạ giá thành để đạt hiệu quả kinh tế cao nhất. Các bước thiết kế gồm có: Thiết kế điện từ Nhiệm vụ của người thiết kế trong giai đoạn này là theo trình tự thiết kế điện từ, xác định phương án hợp lý, có thể tính bằng tay hoặc nhờ vào máy tính, phương án này phải thoả mãn yêu cầu về tính năng kỹ thuật theo tiêu chuẩn nhà nước đồng thời giá thành phải thấp nhất. Trong phương án phải xác định toàn bộ kích thước: lõi sắt, Stato, Roto, kết cấu cách điện. Ngoài ra còn phảI tính toán nhiệt để đảm bảo khi làm việc ổn định ở chế độ định mức, độ tăng nhiệt không vượt quá tiêu chuẩn quy định. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 7 Thiết kế kết cấu: Trong giai đoạn này phải xác định kết cấu cụ thể về phương thức thông gió và làm nguội, kết cấu cố định dây quấn trong rãnh là phần đầu nối, kết cấu cụ thể về cách bôi trơn ở đó, kết cấu thân máy và lắp máy…. Theo yêu cầu và nhiệm vụ của thiết kế tốt nghiệp, trình tự thiết kế được tiến hành như sau: 1. Tính toán kích thước cơ bản 2. Tính toán điện từ 3. Tính toán nhiệt 4. Tính hiệu quả kinh tế Hoàn thành các bản vẽ lắp ráp, sơ đồ dây quấn và đặc tính của động cơ. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 8 PHẦN II. THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU. 1. Các kích thước chủ yếu phụ thuộc qua thông số của công thức sau: CA : δδδα = δ B.A.K.K. 10.1,6 P n.l.D d 72 CA: Hằng số máy điện. + n: Tốc độ đồng bộ với 2p = 4 ta có: p/v1500 2 50.60 p f60 n 1 === + α5: hệ số cụm cực từ, lấy 64,025 =π=α + Ks: Hệ số sóng lấy 1,1 22 Ks = π = + Kd: hệ số dấy quấn Với P = 2,2 (Kw) và 2p = U ta chọn Kd = 0,95 ÷ 0,96 Chọn Kd = 0,955 + D: đường kính trong của Stato, có quan hệ mật thiết với đường kính ngoài Dn bởi hệ số KD: )p2(f D D K n 0 == Tra bảng 10.1 – 230: Sách thiết kế máy điện “TKMĐ” ta có: Không = 0,64 ÷ 0,68, Chọn KD = 0,65 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 9 + Dn: Có quan hệ mật thiết với kết cấu máy, cấp cách điện và chiều cao tâm trục h đã chuẩn hoá. Chiều cao tâm trục h chọn theo dãy công suất P theo bảng 1r.1 – 601 đối với động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc kiểu IP 44 theo TCVN – 1987 – 94, chọn cấp cách điện là B. Khi đó với p = 2,2 (Kw) và 2p = 4 Ta có: h = 112 (mm) Qua bảng 10.3 – 230 chọn Dn = theo h: ta có Dn = 191 (mm) + P’ công suất tính toán: η = cos. PK 'P + Suy ra D = 191 = 124 (mm). Trong đó K = 0,965. theo hình 10.2 – 231 TKMĐ Vậy )Kw(, ,., ,., 'P 2363= 80820 229650 = + A: tải đường đặc trưng cho mạch điện + Bδ: mật độ từ thông δ khe hở không khí đặc trưng cho mạch từ. Trong máy điện không đồng bộ thì tỉ số δB A ảnh hưởng rất lớn đến kích thước máy điện, đặc tính khởi động cũng như đặc tính làm việc của máy điện. Nếu A, Bδ được chọn phụ thuộc nhiều vào vạt liệu. Nếu dùng vật liệu sắt từ tốt (tổn hao thấp hay độ từ thẩm cao), thì chọn Bδ lớn. Nếu dùng dây đồng có cấp cách điện cao thì có thể chọn A lớn. Vởy A, Bδ phụ thuộc và Dn và P: Với Dn = 191 (mm) và 2p = 4 ta chọn A = 260 (A/cm) Và Bδ = 0,865 (T) ta có: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 10 )cm(, .,.,..,.,., ,.., n.D.B.A.K.K. P.., P d 6145 150041286502609550111640 23631016 1016 2 7 2 7 == α = δδδ δ Vì lδ < 25 (cm), lõi sắt ngắn nên ta chọn lõi sắt làm thành 1 khối. l1 = l2 = lδ = 5,6 (cm) 2. Bước cực )cm(, . ,. p. D. 7389 22 412 2 =π=π=τ 3. Lập phương án so sánh 5760 7389 615 , , ,l ==τ=λ δ Theo hình 10.3b – 235 (TKMĐ) thì để thiết kế chế tạo máy có tính năng tốt và tính kinh tế cao thì λ nằm trong phạm vi cho phép. Với 2p = 4 mà h < 250 (mm). Đối chiếu kết quả ta chọn phương án này là hợp lý 4. Dòng điện định mức. )A(, ,.,.. ., cos..V. .P I 085 820802203 1022 3 10 3 1 3 1 ==ϕη= CHƯƠNG II. DÂY QUẤN, RÃNH STATO VÀ KH HỞ KHÔNG KHÍ 5. Rãnh Stato Chọn q1 = 3, khi đó ta có số rãnh của Stato là: Z1 = 2m.p.q1 = 2,323 = 36 (rãnh) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 11 6. Số rãnh Stato: )cm(, ,. Z D. t 0821 36 412 1 1 =π=π= 7. Số thanh dẫn tác dụng: Chọn số mạch nhánh song song là: a = 1 Ta có 55 085 10821260 1 1 1 === , .,. I a.t.A Vr thanh 8. Số vòng dây nối tiếpcủa 1 pha: 330 1 5532 1 1 11 == .,a U .q.p.w r vòng 9. Tiết diện và đường kính dây dẫn quấn Stato: Theo hình 10.4-273 – TKMĐ với p = 2 ta có: AJ = 1850 (A2/cmmm2) Ta có mật độ dòng điện: )mm/A(, A AJ 'j 21 1157260 1850 === Tiết diện dây sơ bộ )mm(, ,.. , 'j.n.a I 'S 2 111 1 1 7140115711 085 === Với S’1 = 0,714 (mm2) theo bảng VI.1-619 TKNĐ chọn dây đồng PETV có đường kính d/dcđ = 0,96/1,025 0251 960 , , cdd d = và S1 = 0,724 (mm2) 10. Kiểu dây quấn: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 12 Với p = 2,2 Kw ta chọn kiểu dây quấn 1 lớp bước đủ vì có công nghệ chế tạo đơn giản và dễ lồng dây. Ta có 9 4 36 2 1 ===τ= p Z y 11. Từ thông khe hở không khí: )Wb(, ..,.,. ., w.f.K.K. V.KE d 0030 330509601114 2209650 4 1 1 ===φ δ 12. Mật độ từ thông khe hở không khí: )T(, ,.,., ., l.. . B 8580 6157389640 10003010 4 1 4 ==τα φ= δδ 13. Sơ bộ định chiều rộng của răng Stato: cZ z K.l.B t.l.B 'b 11 11 1 δ= Với BZ1 = 1,75 ÷ 1,95 (T) là trị số trung bình của mật độ từ thông răng được xác định qua bảng 10.5b-241 TKMĐ, chọn, BZ1 = 1,75 (T) và Kc là hệ số ép chặt lõi thép ứng với các lá thép kỹ thuật điện mã hiệu 2211 ta có Kc = 0,95 Suy ra )cm(, ,., ,., 'bZ 3580 950751 082185801 == 14. Sơ bộ định chiều cao của gông Stato: )cm(, ,.,.,. ., K.l.GBg. . hg c 7051 9506156512 100030 2 10 4 11 4 1 ==φ= Trong đó Bg1 = 1,50 ÷ 1,65 (T) là mật độ từ thông trong gông Stato được xác định qua bảng 10.5a-240 ta chọn Bg1 = 1,65 (T). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 13 15. Kích thước rãnh và cách điện: Chọn rãnh quả kê hình 1: Miệng rãnh b41 = dcđ + (1,1 ÷1,5) (mm) = 1,025 + 1,1 = 2 (mm). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 14 b41 h4 1 h1 2 hr 1 hr 1 d1 d2 Chiều cao miệng rãnh thường lấy từ 0,5 ÷ 0,8 (mm). Chọn h41 = 0,5 (mm) Đường kính d1 được tính theo công thức: )cm(, .,),.,( Z )h.D( d 490 36 36558005024122 1 41 1 =π+ −+π=π+ +π= ta chọn d1 = 5 (mm) Đường kính d2 được tính theo công thức: )cm(, .,),.,( Z )h.D( d gn 7460 36 365580705121192 1 1 2 =π+ −+π=π+ −π= ta chọn d2 = 7,5 (mm) Chiều cao rãnh Stato được tính theo công thức )cm(, ,,,)h.DD hr gn 7460 2 7051412119 2 2 1 1 =−−= −−= ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 15 chọn hr1 = 1,65 (cm) Khi đó chiều cao của h12 là: H12 = hr1 – 0,5 (2h41 + d1 + d2) = 16,5 – 0,5 (2.0,5 + 5 + 7,5) = 9,75 (mm) Theo bảng VIII.1 – 629 TKMĐ ứng với dây quấn 1 lơp p = 2 thì ta có cách điện của dây quấn là: + Chiều dày cách điện rãnh: C = 0,25 (mm) + Chiều dày cách điện của tấm lót: C’ = 0,35 (mm) - Diện tích rãnh Stato: )mm(,,.,. ,. , S. C.h d 'C. d Scd 2 12 21 568102507592 2 57350 2 2 22 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +π+π= ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +π+π= Diện tích có ích của rãnh Stato: Sr = S’r - Scđ = 92,844 – 10,568 = 82,276 (mm2) 16. Hệ số lấp đầy của rãnh. 7070 27682 0251155 2 1 , , ,.. S d.n.U K r cdr ld === ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 16 17. Bề rộng răng Stato: )cm(,, ),,.,( d Z )dhD.( "b Z 63050 36 500502412 2 1 1 141 1 =−++π= −++π= )cm(,, )],,(,[ d Z )]hh(D.[ "b Z 5550750 36 97500502412 2 2 1 1241 1 =−++π= −++π= Vậy )cm(,,, '"b"b b ZZZ 59502 55506340 2 11 1 =+=+= 18. Chiều cao gông Stato: )cm(,,., ,, dhr DDn hg 7831750 6 1651 2 4126340 6 1 2 211 =+−−= +−−= 19. Khe hở không khí: Do công suất của máy bé p = 2,2 Kw và p =2 nên khe hở không khí được tính theo công thức sau: )mm(,, D , 3740 1000 124250 1000 250 =+=+=δ Theo bảng 10.8-253 – TKMĐ, ứng với chiều cao tâm trục h = 112 (mm) và p =2 thì ta có δ = 0,3 (mm) = 0,03 (cm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 17 CHƯƠNG III. DÂY QUẤN, RÃNH VÀ GÔNG RÔTO 20. Chọn số rãnh roto Z2. Nếu khe hở không khí bé thì khi khởi động momen phụ do từ trường sóng bậc cao gây nên, do vậy chọn Z2 sẽ ảnh hưởng đến quá trình khởi động và đặc tính làm việc. Việc chọn Z2 thích hợp có thể hạn chế mômen phụ đồng bộ và không đồng bộ cũng như mômen phụ gây ra hiện tượng rung và ồn. Chọn Z2 phải dựa trên cơ sở Z1 đã chọn, theo bảng 10.6-246-TKMĐ ta chọn Z2 = 30 rãnh. 21. Đường kính ngoài roto: D’= D – 25 = 12,4 – 2. 0,03 = 12,34 (cm) 22. Bước răng roto. )cm(, ,. Z 'D t 2921 30 3412 2 2 =π=π= 23. Sơ bộ định chiều rộng răng roto. )cm(, ,., ,., K.l.B t.l.B bZ cZ 670 950741 29218580 22 22 2 === δ Trong đó BZ2 là mật độ từ thông trong răng roto, chọn BZ2 = 1,74 T. 24. Đường kính trục Roto: Dt = 0,3: D = 0,3.12,4 = 3,75 (cm). Chọn Dt = 3,8 (cm) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 18 25. Dòng điện trong thanh dẫn roto: )A(, ,.. .,., Kd. Z w .I.K.II td 0578251 30 960330608580 6 1 2 1 112 == = Trong đó: + K1 là hệ số phụ thuộc vào cosϕ của máy, qua hình 10,5- 244-TKMĐ ta có K1= 0,8 + Kd1: hệ số dây quấn Stato, Kd1= 0,96 26. Dòng điện trong vòng ngắn mạch: )A(, . sin ., Z p sin .II tdV 756597 30 21802 1058251 2 1 0 2 ==π= Suy ra: Tiết diện thanh dẫn bằng nhôm: )mm(, , , j I S tdtd 21556109 52 508251 2 === Trong đó j 2 là mật độ dòng điện trong thanh dẫn bằng nhôm j td = (2,5 ÷ 3,5)A/mm2. Chọn Jtd = 2,5 A/mm2. 27. Tiết diện vành ngắn mạch: 2878298 2 756597 mm/A, , J I S v v v == Trong đó Jv là mật độ dòng điện vòng ngắn mạch, chọn Jv = 2 (A/mm2) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 19 28. Kích thước roto và vành ngắn mạch: h1 2 h4 1 b41 hr 1 h4 1 d12 d22 Chọn rãnh roto có dạng hình quả lê (hình 2): Chọn chiều cao miệng rãnh h42 = 0,5 (mm) Chọn chiều rộng miệng rãnh hở b42 = 1 (mm) Chọn đường kính d12 = 7,5 (mm) Chọn đường kính d22 nẵm trong khoảng 4 ÷ 6 (mm). Lờy d22 = 5,5 (mm) Chiều cao rãnh chọn hr2 = 20 (mm) Chiều cao phần rãnh thẳng: H12= hr2 - 0,5 (d12 + d22 + 2.h42)= 20 – 0,5 (7,5 + 5 + 2.0,5) = 12,25 (mm) 29. Chọn kích thước vòng ngắn mạch là: a . b = 20 . 15 (mm) Đường kính vòng ngắn mạch là: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20 Dr = D – (a + 1) = 124 – (20 + 1) = 103 (mm) 30. Diện tích rãnh Roto: )mm(,,).,,(,),,( h).dd(,))dd(Sr 222 1221 2 22 2 122 2111525125557505557 8 50 8 =+++π= +++π= 31. Diện tích vành ngắn mạch: Sr = a. b = 20 . 15 = 300 (mm2) 32. Tính lại bề rộng răng Roto. )cm(,, ),.,,( d Z )hdD( z'b 670750 30 05027503412 1 2 421 2 =−−−π= −−−π= )cm(,, ),.,( d Z )dhr'D( z"b 5550550 30 05002223412 2 2 2 22 2 =−+−−π= −+−π= )cm(, ,,"b'b b ZZ Z 6202 5550670 2 22 2 = +=+= 33. Chiều cao gông Roto: )cm(,,. ,, d.hr Dt'D hg 362550 6 12 2 833412 6 1 2 2222 =+−−=+−−= 34. Làm rãnh nghiêng ở Roto: Để giảmlực ký sinh tiếp tuyến và hướng tâm thì ta làm rãnh nghiêng Roto có thể triệt tiêu sóng điều hoà, cho phép phối hợp rãnh Z1 và Z2 rộng rãi hơn, ta chọn độ nghiêng thường bằng 1 bước rãnh Stato: bn = t1 = 1,082 CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN MẠCH TỪ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 21 35. Hệ số khe hở không khí. 1181 030830821 0821 11 1 1 ,,.,, , .Vt t K =−=δ−=δ Trong đó: 331 301 301 41 41 22 1 ,),/( ),/( /b )/b( V =+δ=δ+δ δ= Suy ra Kδ = Kδ1. Kδ2 = 1,118.1,032 = 1,154 36. Ta dùng các lá thép kỹ thuật điện loại 2211. Bảng V.1-603-TKMĐ loại này có hệ số ép chặt Kc < 0,95. 37. Sức từ động khe hở không khí: Fδ = 2.Hδ.δ = 1,6.Bδ.δ.104 = 1,6.0,858.0,03.104=411,84 (A) 38. Mật độ từ thông ở rang Stato. )T(, ,., ,., H.l.b t.l.B B cZ Z 6519505950 08218580 11 11 1 === δ 39. Cường độ từ trường trên răng Stato Theo bảng V.6-608-TKMĐ ta có HZ1 = 1,65 (A/cm) 40. Sức từ động trên răng Stato: FZ1 = 2(hZ1 - 3 1 d1)HZ1 = 2 (1,65- 3 1 0,75) 1,65 = 46 (A) 41. Mật độ từ thông trên Roto. )T(, , ,., H.l.b t.l.B B cZ Z 71670 29218580 22 22 2 === δ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 22 42. Cường độ từ trường trên răng Roto. Theo bảng V.6-608-TKMĐ ta có: HZ2 = 19 (A/cm) 43. Sức từ động trên răng Roto: FZ2 = 2.h’Z2 . HZ2 = 2.1,75.19 = 66,5 (A) Trong đó h’Z2 là chiều cao răng Roto theo hướng kích: )mm(, ,d hr'h Z 5173 5720 3 12 22 =−=−= 44. Hệ số bão hoà răng. 2731 84411 566468441121 , , ,, F FFF K ZZ =++=++= δ δ δ 45. Mật độ từ thông trên gông: )T(, ,.,.,. ., K.l.hg. . Bg c 651 95061570512 100030 2 10 4 11 4 1 ==φ= 46. Cường độ từ trường trên gông Stato Theo bảng V.9-611-TKMĐ ta có Hg=1 = 12,9 (A/cm) 47.Chiều dài mạch từ ổ gông Stato: )cm(, ),,( p )hgDn( Lg 613 4 7651119 2 1 1 =−π=−π= 48.Sức từ động ổ gông Stato: Fg1 . Hg1 = 13,6.12,9 = 175 (A) 49. Mật độ từ thôngở gông Roto: )T(, ,.,.,. ., K.l.hg. . Bg c 191 9506153622 100030 2 10 4 22 4 2 ==φ= 50. Cường độ từ trường ở gông Roto: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 23 Theo bảng V.9-611-TKMĐ ta có: Hg2 = 3,9 (A/cm) 51. Chiều dài mạch từ ở gông Roto: )cm(, . ),,( p )hgDt( Lg 834 22 36283 2 2 2 =−π=+π= 52. Sức từ động trên gông Roto: Fg2 = Lg2.Hg2 = 4,83.3,9 = 19 (A) 53. Tổng sức từ động: F = Fδ + FZ1 + FZ2 + Fg1 + Fg2. = 411,84 + 49 + 66,5 + 175 + 19 = 721,34 (A) 54. Hệ số bão hoà toàn mạch: 751 84411 34721 , , , F F K ===μ δ 55. Dòng điện từ hoá: )A(, ,.., ,. Kd.w., F.P I 681 96033072 347212 72 11 ===μ Dòng điện từ hoá phần trăm. %,. , , . I I %I dm 033100 085 681100 === μμ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 24 CHƯƠNG V: THAM SỐ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Ở CHẾ ĐỘ ĐỊNH MỨC. 56. Chiều dài phần đầu nối của dây quấn Stato: lđ1 = Kđ1.τy + 2B = 1,3.11,035 + 2. 0,5 = 15,35 (cm) Trong đó: 03511 36 9651412 1 1 , ),,( Z Y)hrD( Y.t tbtby =+π=+π==τ Với ytb bước dây quấn trung bình của bối dây biểu thị bằng số rãnh. Kđ1, B là hệ số lấy theo kinh nghiệm, với p = 2 Ta chọn Kđ1 = 1,3 và B = 0,5 (cm) 57. Chiều dài trung bình của vòng dây quấn Stato. ltb = l1 + lđ1 = 5,61 + 15,35 = 20,96 (cm) 58. Chiều dài dây quấn một pha của Stato: L1 = 2.ltb.w1.10-2 = 2.20,96.330.10-2 = 138,33 (m) 59. Điện trở tác dụng của dây quấn Stato: )(, ,.. ,. . .a.n L r Ω==δδ= 1454724011116 331381 75 111 1 1 Tính theo đơn vị tương đối: 09501464 20 085 1 1 1 1 ,,. , r. V I r === 60. Điện trở tác dụng của dây quấn Roto: )(., , ., . Sr .l .r Altd Ω==δ= − −− 5 2 2 2 2 102232 21115 10615 23 110 61. Điện trở vành ngắn mạch: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 25 )(., . .,. . S.Z .D .r v v AlV Ω=π=πδ= − − α − 6 22 105631 30030 10310 23 110 62. Điện trở Roto: )(., , .,. ., r. rr vAl Ω=+=Δ += − −−α 5 6 5 2 109953 4220 1056312102232 2 Trong đó: 4220 30 218022 0 2 , . sin. Z P sin ==π=Δ 63. Hệ số quy đổi: 40145 30 950330344 2 2 2 111 ===γ ),.(. Z )klw(m 64. Điện trở Roto đã quy đổi: r2’ = γ.r2 = 40145.3,995.105 = 1,604 (Ω) Tính theo đơn vị tương đối: )(, , ., U I 'rr* Ω==== 0370 220 0856041 1 1 22 65. Hệ số từ dẫn tản ở rãnh Stato: 'KP) b h d h d b ,(K. d h r* 41 41 1 2 1 41 1 1 2 2 7850 3 ++−+= β Trong đó: Với dây quấn 1 lớp Kβ = K’p = 1 h1 = hr1- 0,1d1- 2C – C’ – h41 = 16,5 – 0,1.7,5 – 2.0,25 – 0,35 – 0,5 = 14,4 (mm) h2 = - (d1/2 – 2C – C’) = - (7,5/2 – 2.0,25 – 0,35) = -1,9 (mm). h41 = 0,5 (mm) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 26 b41 = 2 (mm) d1 = 2 (mm) d1 = 7,5 mm, d2 = 5 mm Vậy 4151 2 50 57 91 572 278501 573 414 1 , , , , ,. ,. ,. , lr =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ++−+= 66. Hệ số từ dẫn tạp Stato: 1 11111 1 90 t.K Kt.Pt).Kd.q(t ,t σδ=λ δ Trong đó:δt=1 là hệ số theo bảng 5.3-137 TKMĐ với 52 23 30 23 2 2 ,p.p. Z q === Ta có δt1 = 0,7 9590 0300821 2003301 5 03301 2 1 41 1 ,,., , ., .t b ,Kt =−=−= σt1 theo bảng 5.2a-134 TKMĐ ta có σt1 = 0,00141 Vậy 212001410 0301531 9590709603082190 2 1 ,,.,., ,.,.),.(, .,t ==λ 67. Hệ số từ tản phần đầu nối: 29273896403515 615 3470 640470 1 5 1 1 ,),.,,( , , ),ld( l q .,d =−= τ−=λ 68. Hệ số từ dẫn tản Stato: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 27 Σλ1 = λr1 + λt1 + λđ1 = 1,415 + 2,21 + 2,29 = 5,915 69. Điện kháng dây quấn Stato: )(,,. . , .., l. pq l . wf .,X Ω=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= ∑⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= δ 74349155 32 615 100 330 100 501580 100100 1580 2 1 1 2 11 1 Tính theo đơn vị tương đối: 10960 220 0857434 1 1 11 , , ., V I .XX === 70. Hệ số từ dẫn tản rãnh roto: 4 44 22 1 2 2 660 8 1 3 b h b b , S b b h r r + ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ −+⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ π−=λ Trong đó h1 = 14,4 (mm) b = d1 = 7,5 (mm). b4 = b42 = 1 (mm) h4 = h43 = 0,5 (mm) Suy ra: 541 1 501 572 1660 211158 571 573 414 22 2 , , ,. , ,. ,. ,. , r =+ ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ −+⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ π−=λ 71. Hệ số từ dẫn tạp Roto: 2 22 222 2 2 90 t.K Kt.t)Kd.q(t .,t σδ δ=λ δ Trong đó: δt2 = 1 đối với Roto lồng sóc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 28 Kt2 = 1 σt2 = 0,0102 theo bảng 5.2c-136 TKMĐ Vậy 142201021 1531030 11152292190 2 2 ,,..., ..).,(, .,t ==λ 72. Hệ số từ tản phần đầu nối. Ta xét Roto lồng sóc có vành ngắn mạch ở liền sát đầu lõi sắt Roto: 7910 5122 31074 42061530 10332 2 7432 22 2 2 ,,. ,., lg ,.,. ., ba Dv, lg .l.Z Dv., d =+=+Δ =λ δ 73. Hệ số từ dẫn do rãnh nghiêng: 7510 2921 082114225050 22 2 2 ,, , ,., t bn t,m =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛λ=λ 74. Hệ số từ tản Roto: Σλ2= λr2 + λt2 + λd2 + λm = 1,54 + 2,142 + 0,791 + 0,751 = 5,224 75. Điện kháng tản dây quấn Roto: X2 = 7,9f1.l5 Σλ2.10-8 = 7,9.50.561.5,224.10-8 = 0,000115 (Ω) 76. Điện kháng Roto đã quy đổi: X’2 = γ.X2 = 40145.0,000115 = 4,624 (Ω) Tính theo đơn vị tương đối 10670 220 0856244 1 1 22 , , ., U I .'X'*X === 77. Điện kháng hỗ cảm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 29 )(, , ,., I XI.U X Ω=−== μ μ 483126 681 743468122011 12 Tính theo đơn vị tương đối: 922 220 085483126 1 1 1212 , , ., U I .XX* === 78. Tính lại hệ số KE: )(, ,., I XI.U KE Ω=−== μ μ 9640 220 743468122011 Sai số %,. , ,, %KE 1030100 9650 96409650 =−= ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 30 CHƯƠNG VI. TỔN HAO THÉP VÀ TỔN HAO CƠ. 79. Trọng lượng răng Stato: GZ1 = γFe . Z1.bZ1 h’Z1l1Kc.10-3 = 7,8.36.0,584.14.5,61.0,95.10-3= 1,239 (Kg) 80. Trọng lượng gông từ Stato: Gg1 = γFe.l1.Lg1.2p.Kc.10-3 = 7,8 . 5,61 . 13,6 . 1,705 . 4 . 0,95 = 4,011 (kg) Tổn hao sắt trong lõi sắt Stato: Trong răng: PFe(Z1) = KgP1,0/50 21ZB .GZ1.10 -3 =1,8.2,5.1,652.1,239.10-3 = 0,0115 (Kw) Trong đó: + Kgc = 1,8 đối với máy điện không đồng bộ. + P1,0/50 = 2,5 Suất tổn hao của thép, tra bảng 6.9-611 TKMĐ: Trong gông: PFe(g1) = KgcP1,0/50 21gB .Gg1.10 -3 =1,8.2,5.1,592.4,011.10-3 = 0,0405 (Kw) Trong cả lõi sắt Stato: PFe’ = = PFe(1) + PFe(g1) = 0,0115 + 0,0405 = 0,052 (Kw) 82. Tổn hao bề mặt trêng răng Roto: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 31 )Kw(,,.,.,. , ,, ,.. .P.l. t bt pP bmbm 2200201036126615 2921 102921481612 102 7 7 2 2 422 =−= −τ= − − Với B0 = β0 .Kδ . Bδ = 0,32.1,153.0,862 = 0,318 Trong đó: β0 = 0,32 khi B41/δ = 2/0,3 = 6,66 83. Tổn hao động mạch trên răng Roto. )Kw(,.,,.. . , .G.B n.Z ,P Zdmdm 002740105761036010 10000 150036110 1010 10000 110 3 2 3 2 2 11 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= − − Trong đó: )T(,,. ,. ,., B. t .V B Zdm 0736065129212 030833 2 22 1 ==δ= GZ2 = γFe.Z2.hZ’2.bZ2’.l2.Kc.10-3 = 7,8.30.18,166.0,699.5,61.0,95.10-3 = 1,576 (Kg) 84. Tổng tổn hao thép: PFe = P’Fe + Pbm + Pdm = 0,052 + 0,00422 + 0,00484 = 0,0609 (Kw) 85. Tổn hao cơ. )Kw(,.. . D . n .KP ncoco 02994010 100 191 100 1500 20 1001000 3 42 3 42 1 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= − − Trong đó Kcơ = 1 86. Tổn hao không tải: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 32 P0 = PFe + Pcơ + 0,0609 + 0,0994 = 0,0908 (Kw) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 33 CHƯƠNG VII. ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC. 87. Các thông số đã tính. r1 = 4,146 (Ω); X1 = 4,743 Ω X12 = 126,483 (Ω) r2’ = 1,604 (Ω); X’2 = 4,624 (Ω) 03751 483126 7434111 12 1 12 1 1 ,, , X X Z Z C =+=+=+= IdbX = Iμ = 1,680 )A(, . ,.,., U. r.I.P I Fe dbr 14502203 1646811006090 3 310 23 1 1 23 =+=+= μ Suy ra: E1 = U1 - Iμ.X1 = 220 – 1,68.4,743 = 212,037 (V) 3663 30 96033066 2 11 1 , ,.. Z K.w. K dq === Suy ra: )A(, , , K I 'I 963 3663 057251 1 2 2 === Hệ số trượt định mức: 0290 307212 601963 1 22 , , ,., E 'r.'I S dm === Hệ số trượt cực đại: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 34 17440 6244 03751 7434 6041 2 1 1 2 , , , , , 'X C X 'r Sm = + = + = Bảng trang 27 STT S Đơn vị 0,01 0,027 0,032 0,1 0,12 0,1744 1 rnS = ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ + S 'r C r C 2 1 12 1 Ω 176,94 68,243 58,253 21,567 18,689 14,201 2 )'X C X (CXnS 2 1 12 1 += Ω 9,898 9,898 9,898 9,898 9,898 9,898 3 22 nSnSnS XrZ += Ω 177,22 68,958 59,088 23,73 21,149 17,31 4 nS ' Z U CI 112 = A 1,288 3,31 3,863 9,6188 10,793 13,186 5 nS nS' Z r cos =ϕ2 0,998 0,989 0,9859 0,9088 0,8837 0,8204 6 nS nS' Z r sin =ϕ2 0,0559 0,1435 0,1675 0,4171 0,468 0,5718 7 2 1 2 1 'cos.C I II ' dbr ' r ϕ+= A 1,3847 3,3026 3,8159 8,5713 9,3381 10,572 8 2 1 2 1 'sin.C I II ' dbX ' X ϕ+= A 1,7458 2,1344 2,3002 5,5437 6,5453 8,944 9 'XI'II r 2 1 2 11 += A 2,2283 3,9323 4,4556 10,208 11,404 13,848 10 1 1 I I cos r=ϕ 0,6214 0,8399 0,8564 0,8397 0,8189 0,7634 11 P1=3V1.I1r .10-3 Kw 0,9139 2,1797 2,5185 5,6571 6,1632 6,9774 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 35 12 PCu1=3 21'I .r1.10 -3 Kw 5,95 1,853 2,379 1,249 1,558 2,298 13 PCu2=3 22'I .r’2.10 -3 Kw 0,008 0,0527 0,0718 0,4452 0,5650 0,8366 14 PT = 0,005 P1 Kw 0,0046 0,019 0,0126 0,0283 0,0308 0,0349 14 P0 =PFe+Pcơ Kw 0,0909 0,0909 0,0909 0,0909 0,0909 0,0909 16 ΣP = PCu1+PCu2+PT+P0 Kw 0,1034 0,1545 0,1752 0,5643 0,6821 0,9624 17 P2=P1-ΣP Kw 0,8105 2,0252 2,3433 5,0927 5,481 6,015 18 100 1 2 . P P=η % 88,685 92,913 93,042 90,024 88,031 86,207 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 36 η co sϕ I 1 (A ) 95 0, 9 14 13 ,8 4 0, 17 44 0, 02 7 0, 5 0, 81 05 2 23, 934, 4 0, 5 0, 6 0, 76 88 5 11 ,4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 37 87. Bội số mômen cực đại: 4682 1740 0270 313 313 2 2 2 2 , , , . , , S S . I 'I M M m m dm dm m dm max max =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 38 CHƯƠNG VIII. TÍNH TOÁN ĐẶC TÍNH KHỞI ĐỘNG 88. Tham số của động cơ điện khi xét đến hiệu ứng bề mặt ngoài với δ = 1 ξ = 0,0674 Sa = 0,0674.19,5. 1 = 1,3065 Trong đó: a = hr2 – hr42 = 20 - 0,5 = 19,5 (mm) Theo bảng 10.13 – 256-TKMDD ta cos ϕ = 0,3065, ψ = 0,2881 Kr = 1 + φ = 1 + 0,3065 = 1,3065 rtdξ =Kr . rtd = 1,3065 . 2,223 . 10-5 = 2,90411 . 10-5 Điện trở của Roto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với δ = 1 r2ξ = rtdξ + 2rr /Δ= 2,90411 . 10-5 + 2 . 1,563 . 10-6 = 4,49 . 105 (Ω) Hệ số từ dẫn rảnh Roto khi δ = 1 8160 1 50288110 52 1660 2755828 1 53 414 42 42 2 42660 8 1 3 2 2 1 2 , , , , , ,. . , , b h b b , b b h r c =+⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+δπ−= +ψ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+δ π−=λ ξ Tổng hệ số từ dẫn của Roto khi δ = 1 Σλ2ξ = 4,5016 Điện kháng Roto khi δ = 1 X’2ξ = X2’λξ/Σλ2 = 4,623.4,5016/5.22507 = 3,983 (Ω) * Tổng trở ngắn mạch khi δ = 1 rnξ = r1 + r2’ξ = 4,1469 + 1,8025 = 5,94949 (Ω) Xnξ = X1 + X2’ξ = 4,743 + 3,983 = 8,726 (Ω) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 39 ( ) )(,,,XrZ nnn Ω=+=ξ+ξ=ξ 561107268949495 2222 Dòng điện ngắn mạch khi δ = 1 Inξ = U1/Znξ = 20/10,561 = 20,829 (A) Tham số của động cơ điện khi xét đến cơ hiệu ứng mặt ngoài và sự bão hoà của mạch từ tản khi δ = 1 Chọn sơ bộ: Kbh = 1,35 Dòng điện ngắn mạch. Inbhξ = 1,35 .Inξ = 1,35 . 20,829 = 28,119 (A) Sức từ động trung bình của một rãnh Stato: )A(, )(., , a ) Z Z .KKK.(U.I ,F dyrnbh zbh 7212435 1 30 3615511928 70 70 1 2 1 = + = −+ = βξ 9210 29210821 0305264052640 21 , ,, , ,, tt ,,Cbh =++=+ δ+= )T(, ,.,., ., .C., .F B bh zbh 515 030921061 107212435 61 10 44 ==δ= −− Theohình 10-15 (TKMĐ) ta có X5 = 0,42 C1 = (t1 – b41) (1 – X=5) = (1,082 = 0,2) (1 – 0,42) = 0,511 7650 20515110 5110 20 580050 51 580 411 1 41 341 , ,.,, , . , ,, b.,C C . b h.,h t bh =+ += + +=λΔ Hệ số từ dẫn tản rãnh Stato khi xét đến bão hoà mạch từ tản ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 40 λt1bh = λr1 - Δλ1bh = 0,649 Hệ số từ dẫn tản tạp Stato xét đến bão hoà mạch tưd tản: λt1bh = λt1.Xδ = 2,21.0,42 = 0,928 Tổng hệ số từ tản Stato khi xét đến bão hoà từ tản Σλ1bh = 3,88 Điện kháng Stato khi xét đến bão hoà từ tản : X1bh = X1.Σλ1bh/Σλ1 = 4,743.3,88/5,927 = 3,105 (Ω) C2 = (t2 – b42) (1 – Xδ) = (1, 292 – 0,1) (1 – 0,42) = 0,691 4360 109610 6910 10 050 422 2 42 42 2 ,,, , . , , bC C . b h bh =+=+=λΔ Hệ số từ tản rãnh Roto khi xét đến bão hoà mạch từ tản và hiệu ứng mặt ngoài: λr2ξbh = λr2ξ - Δλ2bh = 0,816 – 0,436 = 0,379 Hệ số từ tản tạp Roto khi xét đến bão hoà mạch từ tản: λt2bh = λt2.Xδ = 2,142.0,42 = 0,899 Hệ số từ tản do rãnh nghiêng Roto khi xét đến bão hoà mạch từ tản: λrnbh = λm .Xδ = 0,751 . 0,42 = 0,315 Tổng hệ số từ tản Roto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài và sự bão hoà của mạch từ tản: Σλξbh = λr2ξbh + λt2bh + λd2 + λrnbb = 2,368 Điện kháng Roto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài và sự bão hoà của mạch từ tản: X’2ξbh = X’2Σλ2ξbh/Σλ2 = 4,624.2,386/3,225 = 2,111 89. Các tham số ngắn mạch của động cơ khi xét đến bão hoà mạch từ tản và hiệu ứng mặt ngoài là: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 41 rnξbh= r1 + r’2ξ = 4,146 + 1,802 = 5,948 (Ω) Xnξbh = X1bh + X’2ξbh/Σλ2 = 3,105.2,111 = 5,216 (Ω) )(,,,XrZ bhnbhnnbh Ω=+=+= ξξ 912721659485 2222 90. Dòng điện khởi động của động cơ: )A(, ,Z U I nbh R 8279127 2201 === Trị số này so với giá trị ban đầu là Inbh = 28,119 (A). Không sai số lệch nhiều nên ta không cần tính lại. 91. Bội số dòng điện khởi động 4735 085 827 , , , I IK I dm kd === Thoả mãn điều kiện của bài toán thiết kế lkd ≤ 7,6. 92. Điện kháng hỗ cảm khi xét đến bão hoà; X12n = X12.Kμ = 126,483 . 1,503 = 190,122 (Ω) Ta có đẳng thức: 0111 122190 983311 12 2 2 ,, , X 'X C n bh bh =+=+= )A(, , , C I 'I bh K K 497270111 827 2 2 === 93. Bội số momen khởi động 09920270 6041 8021 313 497272 2 22 2 ,,. , , , , S. 'r 'r . I 'I m dm dm K K =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛=ξ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= So với đề ra mK ≥ 2,1 là không sai lệch kháng kể vậy mK = 2,099 là thoả mãn điều kiện. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 42 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 43 CHƯƠNG IX: TÍNH TOÁN NHIỆT Trong quá trính làm việc không thể tránh khỏi các tổn hao trong máy điện, các tổn hao này là nguyên nhân làm nóng cá bộ phận của máy điện. Khi trạng thái nhiệt trong máy đã ổn định thì toàn bộ nhiệt năng phát ra.từ máy điện toả ra môi trường xung quanh nhờ sự chênh lệch nhiệt độ giữa các bộ phận của máy bị đốt nóng với môi trường. Nguyên nhân chủ yếu gây ra phát nóng trong máy điện là do tổn hao trong các dây quấn và lõi sắt. Tuy nhiên một số bộ phận khác cũng gây ra sự phát nóng trong máy điện. Tính toán nhiệt và giải quyết các vấn đề về nhiệt và nhằm mục đích để cho phép máy điện làm việc oỏn định ở các chế độ khác nhau, làm cho máy không bị phát nóng quá trị số cho phép. 94. Các nguồn nhiệt trong máy điện. + Tổn hao đồng trên Stato. QCU1 = PCU1 + 0,5Pt = 180,3 + 0,5 .11 = 185,5 (W) + Tổn hao sắt trên Stato: QFe = PFe = 61 (W) + Tổn hao trên Roto. QR = Pa12 = 0,5Pt = Pcơ + Pbm = 53 + 0,5 .11 + 30 + 2,5 + 2,7 = 93,7 (W) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 44 95. Nhiệt trở trên mặt lõi sắt Stato. 050 090 1 1680 1 355 1 111 , ,, S RRR ggDn gFegFe =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ += ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ α+α=+= δδ W Trong đó + SDn = π . Dn.l = π . 19,1 . 5,61 = 335 (cm2) )C.cm/W(, , . hg Fe g 02 2 1 1680 7831 1030 ==λ=α − + αδg = (0,08 ÷ 0,1) W/cm2 → Chọn αδg = 0,09 W/cm2 Với RFeg : là nhiệt trở trên gông lõi sắt Stato 1 1 g.Fe hg RFeg δλ= Rδg là nhiệt trở được tạo ra bởi khe hở công nghệ giữa lõi sắt Stato và vỏ máy 96. Nhiệt trở phần đầu nối tiếp dây quấn Stato: )C(., ., . .., , S.S R dddc c d 02 2 10581 2058050 1 205810160 020 1 − − == α++λ δ= Trong đó: + δc = 0,02 cm là cách điện dầu nối bằng vải + λc = 0,16 . 10-2(W/0C.cm) là hệ số dẫn nhiệt ứng với cấp cách điện B và F, tra bảng 8.1-170-TKMĐ + αd = (1 + 0,56V2).10-3 = ( + 0,56 . 9,472) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 45 Với V là tốc độ gió thổi ở đầu dây quấn lấy bằng tốc độ bề mặt Roto V 479 6000 1500412 6000 , .,.n.D. =π=π= (m/s) + Sd: diện tích toả nhiệt dây quấn, đối với dây quấn 1 lớp ta có: Sd = Z1 . Cb . Ld = 3.6 .3,75 . 15,345 = 2058 (cm2) Trong đó Cb là chu vi bối dây: )mm(,,., , , h, d , d Cb 25377592250 2 57350 2 3 2250 2 350 2 12 21 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +−π+⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −π +⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −π+⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −π= 97. Nhiệt trở đặc trưng cho độ chênh nhiệt giữa không khí bên trong máy và vỡ máy. )cm.C/W(, ..,'S. R 0 3 1450 2500107652 11 ==α= −αα Trong đó: α được xác định qua thông số K0 = 0,05 ÷ 0,07, chọn K0 = 0,06 Tra bảng 8,3-170 TKMĐ ta có α0 (1 + K0.V) = 1,42.10-3 (1 + 0,06 . 9,47) = 2,22.10-3W/0C.cm S’α: là bề mặt bên trong của vỏ máy bao gồm những phần không tiếp xúc với bề mặt ngoài của lõi sắt Stato và bề mặt trong của hai nắp máy: S’α ≈ π (l0 – l1)Dn . 2 . π . Dn . l31 = 2.π. 19,1 . 0,7 + π . 19,1 (11,4 – 5,61) = 1190 (cm2) Tra bảng I1 – phụ lục I (TKMĐ) ta có l10 = 114 (mm) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 46 L31 = 70 (mm), d10 = 12 (mm) 98. Nhiệt trở bề mặt nôài vỏ máy )W/C(., )..,.,.,( "S.'S."'S.'S. R o nnnnnvv 2 3 105372 104204214202582280415 1 1 − − α = ++ α+α+α= Trong đó: αv: hệ số tản nhiệt của cách tán nhiệt. αv = Kg . α’v = 2,31 . 6,723 . 10-3 = 0,0155 (W/0C.cm2) α’r = 3,6d-0,2.V0,8.10-4 = 3,6 . 0,02-0,2 . 14,60,8.10-4 = 6,723.10-3 (W0C.cm2) d: đường kính rãnh thông gió: d = 20 (mm) = 0,02 (m) V: là tốc độ gió thổi mặt ngoài vỏ máy đã tính đến sự suy giảm 50% theo chiều dài gân tản nhiệt. Đường kính ngoài cách quạt lấy bằng Dn = 19,1 (cm) ta có: )s/m(, ),(,. , n.D. ,V n 614 6000 0270111950 6000 50 =−π=π= Kg là hệ số được tính theo công thức: 312 5150 50 107236 24 5150 51 3 , ,, , . ., , ,, , cb b . 'bC C Kg v g =+++=+α α++= − Với αg = β . λ . th (β . h) = 0,82 . 4 .10-2.th (0,82 – 2,5) = 0,032 (W/0C cm2) 820 50104 10723622 2 3 , ,.. .,. b. '. v ==λ α=β − − ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 47 + α’n: hệ số tản nhiệt ở trên nắp có gió thổi (ở nắp sau) + α’n = 3,6 . d-0,2 . V0,8. 10-4 = 3,6 . 0,02-0,2.18,940,8 .10-4 = 8,28.10- 3(W/0C cm2) do ở nắp sau tốc độ gió của cánh quạt không bị suy giảm V = 18,94 (m/s) + α”n: hệ số tản nhiệt trên nắp không có gió α”n = 1,42 . 10-3 (W/0C cm2) + Các diện tích tả nhiệt của vỏ máy (kể cả gân) Sv = 2280 (cm2) của nắp Sn=S’n = 420 (cm2), chiều cao cánh quạt h = 2,5 (cm) khoảng cách trung bình giữa các gân C = 1,5 (cm), chiều dày gân b = 0,5 (cm) được xác định khi thiết kế động cơ. 99. Độ chênh nhiệt của vỏ máy với môi trường: θα = (QCu1 + QFe + PR). Rα = (185,5 + 61 + 93,7). 2,537 . 10-2 = ,63 (0C) 100. Nhiệt trở trên lớp cách điện rãnh: )W/C(., .., , S. R cc c c 02 2 10671 7481011 250 − − ==λ δ= Với Sc = Z1.Cb.l1 = 36 . 3,725 . 5,61 = 748 (cm2) là tiết diện truyền nhiệt của cách điện. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 48 CHƯƠNG X: TRỌNG LƯỢNG VẬT LIỆU TÁC DỤNG VÀ CHỈ TIÊU SỬ DỤNG 101: Trọng lượng thép Silic cần chuẩn bị: GFe (Dn + 1) l1.Kc. γFe.10-3 = (19,1 + 0,7)2.5,61. 0,95 . 7,8 . 10-3 = 14 (Kg) 102: Trọng lượng đồng của dây quấn Stato: Khi không tính cách điện: G’Cu = Z1.Ur1.n1.S1.ltb.γCu.10-5 = 36.55.1.0,724.8,9.10-5 = 2,67 (Kg) Khi kể cả cách điện: )Kg(,, , , ,, 'G d dcd .,,G CuCu 7162672 960 025112408760 12408760 2 2 =⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛+= ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛+= 103. Trọng lượng nhôm Roto (không kể cánh quạt và vành ngắn ngắn mạch). - Trọng lượng nhôm ở thanh dẫn: Gtd = Z2.Std.l2γAl.10-5 = 30 . 109 . 5,61 . 10-5 = 0,48 (Kg) - Trọng lượng nhôm ở vành ngắn mạch: GV = 2 . π.DV.SV.γAl.10-5 = 2 π . 10,3.300.2,6.105 = 0,51 (Kg) 104. Chỉ tiêu kinh tế về vật liệu tác dụng. • Thép kỹ thuật điện: )KW/Kg(, ,P G g FeFe 36622 14 === ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 49 • Đồng: )KW/Kg(, , , P G g CuCu 234122 7162 === • Nhôm: )KW/Kg(, , , P G g AlAl 45022 990 === ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 50 1 2 3 10 11 12 13 15 14 23 22 24 5 4 6 7 8 9 17 16 18 19 20 21 25 26 27 28 36 32 30 29 31 33 34 35 A Z B C X Y S¬ ® å d © y q u Ên c ñ a s ta to ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 51 CHƯƠNG XI: KẾT CẤU ĐỘNG CƠ Kết cấu động cơ bao gồm: - Vỏ Stato - Lõi sắt Stato - Kết cấu Roto. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 52 TÀI LIỆU THIẾT KẾ Thiết kế máy điện - Trần Khánh Hà - Nguyễn Hồng Thanh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 53 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ..............................................................................................1 PHẦN I: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ. .2 I Mục đích và phạm vi sử dụng. .................................................................2 II. Phân loại: ...............................................................................................2 III. Nhiệm vụ và trình tự thiết kế máy điện. ..............................................6 PHẦN II. THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN ....................................................8 CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU. ...............................8 CHƯƠNG II. DÂY QUẤN, RÃNH STATO VÀ KH HỞ KHÔNG KHÍ ..10 CHƯƠNG III. DÂY QUẤN, RÃNH VÀ GÔNG RÔTO ...........................17 CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN MẠCH TỪ ....................................................20 CHƯƠNG V: THAM SỐ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Ở CHẾ ĐỘ ĐỊNH MỨC. ............................................................................................................24 CHƯƠNG VI. TỔN HAO THÉP VÀ TỔN HAO CƠ. ...............................30 CHƯƠNG VII. ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC. ....................................................33 CHƯƠNG VIII. TÍNH TOÁN ĐẶC TÍNH KHỞI ĐỘNG .........................38 CHƯƠNG IX: TÍNH TOÁN NHIỆT ..........................................................43 CHƯƠNG X: TRỌNG LƯỢNG VẬT LIỆU TÁC DỤNG VÀ CHỈ TIÊU SỬ DỤNG ....................................................................................................48 CHƯƠNG XI: KẾT CẤU ĐỘNG CƠ .........................................................51 TÀI LIỆU THIẾT KẾ ...............................................................................52