Thiết kế dây quấn động cơ không đồng bộ ba pha Roto lồng sóc

h toán tham số mạch từ và sơ đồ mạch điện thay thế I.Tính toán tham số mạch II.Tính toán sơ đồ mạch điện thay thế 1.Tính toán điện trở 2.Tính toán điện kháng a.Tính toán ở Stato b.Tính toán ở Roto 3.Tính toán tổn hao thép và tổn hao cơ 4. Đặc tính làm việc II.Kết luận Chương V:Tính toán kiểm tra chế độ khởi động I Đại cương II. Tham số của động cơ điện khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s = 1 III.Tham số của động cơ điện khi xét đến cả hiệu ứng mặt ngoài và sự bão hòa mạch từ tản IV. Các tham số ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài và sự bão hòa mạch từ tản V. Kết luận. Chương VI:Tính toán nhiệt I.Đại cương. II.Tính toán nhiệt trên sơ đồ thay thế III.Các nhiệt trở trên sơ đồ thay thế IV. Kết luận Chưong VII Kết luận chung Tài liệu tham khảo LỜI NÓI ĐẦU Kể từ khi năng lượng điện được phát hiện và đi đôi với nó là các thiết bị điện mới được ra đời. Máy điện được ra đời và phát triển từ đó, nó là một thiết bị không thể thiếu được trong mọi lĩnh vực của cuộc sống và trong nền công nghiệp.Máy điện là một hệ điện từ gồm có mạch từ và mạch điện liên quan với nhau.Mạch từ gồm các bộ phận dẫn từ và khe hở không khí.Các mạch điện gồm hai hay nhiều dây quấn có thể chuyển động tương đối với nhau cùng với các bộ phận mang chúng. Ngày nay động cơ được sử dụng rộng rãi nhất là động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc ,có thể nói nó đã thay thế gần hết các loại động cơ khác. Nguyên nhân là do động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc kết cấu đơn giản, vận hành chắc chắn, sử dụng bảo dưỡng thuận tiện và đặc biệt là giá thành hạ.Do vậy việc thiết kế dây là một phần rất quan trọng và không thể thiếu được trong mỗi động cơ.Đặc biệt dây quấn máy điện không đồng bộ Roto lồng sóc có rất nhiều kiểu như : dây quấn một lớp và dây quấn hai lớp . Trong đó dây quấn một lớp chia ra có kiểu dây quấn xép, kiểu dây quấn đồng tấm, kiểu dây quấn đồng khuôn.Còn dây quấn hai lớp có kiểu dây quấn xếp và dây quấn sóng. Tuy nhiên việc thiết kế dây quấn phải đảm bảo nhiều điều kiện khác nhau như : ● Bền về các mặt điện, cơ, nhiệt ● Tiết kiệm được kim loại màu ● Chế tạo, lắp ráp, sửa chữa dễ dàng….. Với tầm quan trọng như vậy,việc thiết kế này giúp cho sinh viên nắm được phương pháp thiết kế dây quấn cho động cơ, đồng thời cũng chính là làm quen với công việc sau này sau khi ra trường là hoàn toàn bổ ích và quan trọng. Với tấm lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc,em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn TBĐ- ĐT đã giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại trường,giúp đỡ để em hoàn thành nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp với đề tài :”Thiết kế dây quấn động cơ không đồng bộ ba pha Roto lồng sóc”. 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 . 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 : 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 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 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 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. 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. 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 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 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… 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 : 2.3 Dòng điện pha định mức : 2.4 Đường kính ngoài Roto : 2.5 Bước răng Stato : 2.6 Bước răng Roto : 2.7 Bề rộng răng Stato : vậy ta có: 2.8 Bề rộng răng Roto : 2.9 Kích thước rãnh cách điện stato : -Tiết diện thực của rãnh ☻Trong đó : * h12 = hr1-h41=17,90-0,5=17,40mm * 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 : 2.11 Chiều cao gông Roto : 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 : 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 : Với : 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 : số rãnh một pha dưới một bước cực 3.2 Hệ số dây quấn : -Hệ số bước ngắn : -Hệ số bước rải : ☻ Trong đó : Vậy ta có : kdq = ky×kr = 0,9397×0,9598 = 0,9019 SƠ ĐỒ DÂY QUẤN XẾP 3 PHA HAI LỚP VỚI Z =36; 2p= 4 ; q =3; β =7/9 ; m =3 3.3Số vòng dây nối tiếp một pha : ☻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 : Vậy ta lấy: ur1=17 Như vậy số vòng dây chính xác ứng với ur1=17 là : Trong đó : - a1 =1 số mạch nhánh song song. 3.5 Xác định lại chính xác Φδ , Bδ : Ta có : 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 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 : Trong đó : - A: tải đường - tiết diện dây sơ bộ 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 : ☻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). 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 : ● Với : ● Với : 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: ☻ 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 : ☻ Trong đó : ▪ bz2 =0,9496 cm –bề rộng răng Roto (theo 2.8). ▪ t2 =1,4054cm bước răng Roto (theo 2.5). -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 : 4.4 Tính sức từ động ở gông Stato Fg1 : -Mật độ từ thông ở gông Stato : -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 : ☻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 : -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: -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 : 4.8 Dòng điện từ hóa : -Dòng điện từ hóa phần trăm : II.Tính toán các tham số của sơ đồ mạch điện thay thế 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 : ☻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 ☻Trong đó : - - 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 : ☻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 : 4.14 Điện trở tác dụng của dây quấn Roto ; ☻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) 4.15 Điện trở vành ngắn mạch : ☻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 : ☻Trong đó : - 4.17 Hệ số qui đổi 4.18 Điện trở Roto đã qui đổi : Tính theo đơn vị tương đối : 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 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 : 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 : ☻Trong đó : - (theo 2.1) - - - b =b1 =7,10 mm - - 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 ; 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 : 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. - - 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 và ● ● Nội suy theo : - σt : xác định theo bảng 5.2a trang 135 sách TKMĐ của tác giả Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh. Vậy hệ số từ tản tạp Stato : 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 : 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 : Tính theo đơn vị tương đối : b/ Tính ở Roto : Tương tự như phần tính ở Stato ta cũng có : 4.23 Hệ số từ tản rãnh Roto : ☻Trong đó : - b =d1 =3,20mm - b42 =1,5 mm - h42 =0,75mm - Sr2 =48,3072mm2 ( theo 2.13) 4.24 Hệ số từ tản Roto : ☻Trong đó : - - 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 : 4.25 Hệ số từ tản phần đầu nối : ☻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 - 4.26 Hệ số tử tản phần rãnh nghiêng : ☻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 : 4.30 Điện kháng hỗ cảm : Tính theo đơn vị tương đối : 4.31 Kiểm tra lại kE : 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 = 17,3514 kg ● Tổn hao trong lõi sắt Stato : + Trong răng : ☻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 ; ☻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 : ☻Trong đó : -ta có 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 : ☻Trong đó : - ko = 2 hệ số kinh nghiệm Vậy : +Tổn hao đập mạch trên răng Roto : ☻Trong đó : Vậy ta có : ●Tổng tổn hao thép : PFe =P’Fe +Pbm +Pđm =0,2346 +0,0205 +0,0225 =0,2776kw ●Tổn hao cơ : ●Tổn hao không tải : 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 ● ●Sức điện động : E1 =U1- Iµ.x1 =220- 8,4627×0,7824 =213,3788V ● Hệ số qui đổi dòng điện : ●Dòng điện Roto đã qui đổi : ☻Trong đó : ●Hệ số trượt định mức : ● Hệ số trượt lớn nhất : ●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 : s Đơn vị 0,01 0,02 0,03 0,047 0,1 0,259 Ω 53,7659 27,1015 18,2134 11,7837 5,7700 2,4962 Ω 2,0549 2,0549 2,0549 2,0549 2,0549 2,0549 Ω 53,8051 27,1793 18,3289 11,9615 6,1249 3,2332 A 4,2156 8,3453 12,3749 18,9625 37,0324 70,1534 0,9993 0,9971 0,9937 0,9851 0,9420 0,7720 0,0382 0,0756 0,1121 0,1717 0,3355 0,6356 A 4,6446 8,6925 12,4858 18,6769 34,3942 53,0885 A 8,6189 9,0746 9,8082 11,6206 20,5135 51,7047 A 9,7906 12,5226 15,8775 21,9969 40,0470 74,1064 0,4744 0,6941 0,7864 0,8492 0,8588 0,7614 kw 3,0654 5,6954 8,2406 12,3268 22,7002 35,0384 kw 0,1219 0,1994 0,3206 0,6154 2,0399 6,9855 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 ._.