Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha lồng sóc

đã được phát triển từ rất nhiều năm ,đặc biệt là trong những năm gần đây song song với sự phát triển mạnh mẽ của máy điện lớn thì máy điện công suất nhỏ đã được phát triển mạnh mẽ và góp phần không nhỏ trong công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước ,đặc biệt trong các thiết bị điện tự động ,trong máy tính ,trong các loại truyền động nhẹ và trong các thiết bị gia dụng … Máy điện nhỏ thường có công suất giới hạn từ một vài phần của Walt đến 750W hoặc có thể hơn nữa tuỳ theo mức độ yêu cầu sử dụng . Phần lớn máy điện công suất nhỏ thường được dùng trong lưới điện xoay chiều 3 pha và một pha là động cơ điện rôto lồng sóc ,đặc biệt là động cơ điện một pha dùng nguồn một pha trong lưới điện sinh hoạt công với những ưu điểm của nó như sau : - Kết cấu gọn nhẹ giá thành vừa phải - Không gây ra can nhiễu vô tuyến - It tiếng ồn . - Sử dụng đơn giản và chắc chắn Với những thuộc tính và đặc điêm trên nên động cơ điện một pha được sử dụng rộng rãi .Từ những mục đích và yêu cầu cơ bản trên ,đòi hỏi ngành công nghiệp máy điện ,đặc biệt là ở nước ta cần phải quan tâm hơn nữa trong việc cải tạo và nâng cấp .Nhằm đáp ứng yêu cầu sử dụng góp phần đưa ngành công nghiệp máy điện nước ta cũng như đất nước ta phát triển nhanh hơn nữa . Phần 1: Lý thuyết chung về máy điện nhỏ A Đặc điểm cấu tạo I Một số thuộc tính chung của máy điện nhỏ Xét về cấu tạo ,hình dáng kích thước và các đại lượng cơ bản thì máy điện nhỏ so với máy điện cỡ lớn về cơ bản là khác nhau nhưng các máy điện đều có chung nguyên lý làm việc .Dựa vào hai định luật điện từ cơ bản . Đinh luật thứ nhất là định luật suất điện động và cảm ứng đặt trong một thanh dẫn có chiều dài l chuyển động với vận tốc trong một từ trường đứng yên có từ cảm B . Chiều và giá trị của sức điện động đó được xác định từ tích véc tơ . Đó là đinh lụât cơ sở của máy phát điện biến đổi cơ năng thành điện năng . Định luật thứ hai là định luật của lực điện từ f tác dụng lên thanh dẫn có chiều dài l khi nó có dòng điện i và nằm trong từ trường có từ cảm B .Chiều và độ lớn của lực f xác định theo tích véc tơ .Đó là đinh lụât cơ bản của của động cơ biến đổi điện năng thành cơ năng .Dựa trên cơ sở hai định luật trên dây quấn và các đại lượng liên quan đều phải duy trì được yếu tố cơ bản của máy điện . Cũng giống như các máy điện quay khác máy điện không động bộ bao gồm các bộ phận chính như sau : Phần tĩnh hay Stato 1 Trên Stato có vỏ lõi sắt hay dây quấn Vỏ máy : Vỏ máy có tác dụng cố định lõi Fe và dây quấn ,không dùng để làm mach dẫn từ .Thường vỏ máy làm bằng gang ,với máy có công suất tương đối lớn thường dùng thép tấm hàn lại thành vỏ tuỳ theo cách làm nguội máy mà dạng vỏ cũng khác nhau . Lõi sắt : Lõi sắt là phần dẫn từ vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên để giảm tổn hao ,lõi sắt được làm bẵng những lá thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm ép lại .Khi đường kính ngoài lõi sắt nhỏ hơn 900 mm thì dùng cả tấm tròn ép lại khi đường kính ngoài lớn hơn 90 mm thì phải dùng những tấm hình rẻ quạt ghép lại thành khối tròn Mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm tổn hao do dòng điện xoay chiều gây lên . Nếu lõi sắt ngắn thì có thể ghép thành một khối .Nếu lõi sắt dài quá thì thường ghép thành từng thép ngắn ,mỗi thép đặt cách nhau 1cm để thông gió cho tốt .Mặt trong của lõi thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn . Dây quấn : Dây quấn Stato được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõi sắt .Dây quấn đóng vai trò quan trọng trong máy điện vì nó trực tiếp tham gia các quá trình biến đổi năng lượng điện năng thành cơ năng hay ngược lại đồng thời về mặt kinh tế thì giá thành của dây quấn cũng chiếm một phần khá cao trong toàn bộ giá thành của máy 2) Phần quay Rôto : Gồm lõi sắt và dây quấn : Lõi sắt : Nói chung thường dùng các lá thép kỹ thuật điện ghép ép lại,đặc điểm khác biệt ở đay là không cần sơn cách điện giữa các lá thép vì tần số làm việc trong ro to rất thấp chỉ vài Hz nên tổn hao do dòng phu cô trong roto rất thấp.Lõi sắt được ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá rôto của máy .Phía ngoài của lá thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn Rôto: Có hai loại Rôto kiểu dây quấn và rôto lồng sóc : Rôto kiểu dây quấn : Rôto có dây quấn như dây quấn Stato .Trong máy điện cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp .Trong máy điện cỡ nhỏ thường dùng dây đồng tâm một lớp .Dây quấn 3 pha của rôto thường đấu hình sao còn 3 đầu kia được nối vào 3 vành trượt thường làm bằng đồng đặt cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với mạch điện bên ngoài .Đặc điểm của rôto kiểu dây quấn là có thể thông qua chổi than đưa R phụ hay sức điện động phụ vào mạch điện rôto để cải thiện tính năng mở máy khi làm việc bình thường dây quấn rôto được nối ngắn mạch . Rôto kiểu lồng sóc : Kết cấu cảu dây quấn này khác với dây quấn Stato .Trong mỗi rãnh của lõi sắt rôto đặt vào thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối kết lại ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng gọi là lồng sóc . Dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt .Để cải thiện tính năng mở máy trong máy công suất tương đối lớn , rãnh rôto có thể làm thành dạng rãnh sâu hoặc làm thành hai rãnh lồng sóc .Trong máy điện cỡ nhỏ rãnh rôto thường được làm chéo đi một góc so với tâm trục . *Trục: Trục máy điện mang roto quay trong lòng stato, vì vậy nó cũng là 1 chi tiết rất quan trọng,Trên trục của roto có lõi thép,dây quấn vành trượt và quạt gió 3) Khe hở : Vì rôto là một lõi tròn nên khe hở đều .Khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ;(0,21) mm trong máy cỡ nhỏ và vừa.Đẻ hạn chế dòng từ hoá lấy từ lưới vào nhờ đó hệ số công suất của máy cao hơn Các đại lượng định mức : Cũng như tất cả các máy điện khác máy điện không đồng bộ có các trị số định mức đặc trưng cho điều kiện kỹ thuật của máy .Khi đóng điện máy phải làm việc về cơ bản phải đạt được các giá trị định mức đã ghi trên nhãn máy. Nguyên lý làm việc Khi trong lõi Fe Stato của máy điện không đồng bộ tạo ra một từ trường quay với tốc độ đồng bộ trong đó f1 là tần số dòng điện lưới đưa vào thì từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch đặt trên lõi Fe rôto và cảm ứng trong dây quấn đó sức điện động và dòng điện từ thông do dòng này sinh ra hợp với từ thông của Stato tạo thành từ thông tổng ở khe hở .Dòng điện trong dây quấn rôto tác dụng với từ thông khe hở này sinh ra mômen . Tác động đó có quan hệ mật thiết với tốc độ quay n của rôto Để chỉ phạm vi tốc độ của máy ,thường người ta dùng hệ số trượt s .Theo đinh nghĩa hệ số trượt bằng : Từ trường trong máy điện nhỏ : Trong các máy điện lớn thì từ trường làm việc là từ trường tròn còn trong các máy điện nhỏ thì từ trường là elip ,để có được từ trường trái đối với máy điện 3 pha thì dây quấn Stato và rôto của máy điện phải là dây quấn 3 pha lệch nhau s120 0 về thời gian còn ở máy điện nhỏ có được tử trường tròn là khó khăn mà chỉ có điểm làm việc là từ trường tròn còn lại là đường elip . Quan hệ điện từ trường trong máy điện không đồng bộ Máy điện không đồng bộ làm việc khi rôto đứng yên Đặt một điện áp U1 có tần số f1 vào dây quấn Stato trong dây quấn stato sẽ có dòng điện I1 tần số f1 trong dây quấn rôto có dòng điện I2 tần số cũng là f1 I1 và I2 sinh ra sức từ động quay F1 và F2 có trị số : m1 và m2 là số pha của dây quấn Stato và rôto w1 , w2 , kdq1 , kdq2 là số vòng dây nối tiếp trên một pha và hệ số dây quấn Stato và rôto . Hai sức từ động này cũng quay với tốc độ đồng bộ n1= và tác dụng với nhau để sinh ra sức từ động tổng trong khe hở F0 . Phương trình cân bằng : ở đây có thể coi như dòng điện stato gồm hai thành phần tạo nên sức từ động : Như vậy ta có : So sánh sức từ động do dòng của rôto và thành phần của dòng điện Stato sinh ra ta có : Tỷ số biến đổi dòng điện : Dòng điện quy đổi của rôto sang stato bằng : Từ thông chính f do sức điện động F0 sinh ra trongkhe hở quét qua hai dây quấn stato và rôto cảm ứng ở đó những sức điện động mà trị số bằng : Khi rôto đứng yên f1 =f 2 nên tỷ số biến đổi điện áp cảu máy điện không đồng bộ : Máy điện không đồng bộ làm việc khi rôto quay Phương trình cân bằng về sức điện động trên dây quấn Stato : Từ trường khe hở sinh ra F1 quay với vận tốc đồng bộ n1 .Nếu Rôto quay với tốc độ n theo chiều quay của từ trường quay thì tốc độ tương đối giữa từ trường quay với dây quấn Rôto là n2= n1-n và tần số sức điện động và dòng điện trong dây quấn rôto là : S : hệ số trượt Trị số sức điện động trên dây quấn rôto lúc đó bằng : Và địên kháng x = w .L=2.p.f.L đ Do đó phương trình cân bằng về sức điện động của mạch điện rôto là : Sau khi quy đổi : Khi rôto đứng yên so với khi rôto quay tốc độ từ trường quét dây quấn Rôto tăng theo tỷ lệ và sức điện động của dây quấn rôto cũng tăng theo tỷ lệ đó và bằng : Phương trình mạch điện của rôto lúc rôto quay sau khi quy đổi sang tần số f1 sẽ có dạng : Do sức điện động stato và rôto quay đồng bộ với nhau với tốc độ w1 nên phương trình cân bằng về sức điện động vẫn được viết : Tóm lại các phương trình cơ bản của rôto quay như sau : Công dụng : Máy điện không đồng bộ công suất công suất nhỏ thông dụng chủ yếu được dùng trong công nghiệp nhẹ công nghiệp thực phẩm đặc biệt là động cơ không đồng bộ 3 pha công suất nhỏ dùng kéo các máy tiện nhỏ máy lạnh v v… Máy điện không đồng bộ là máy điện chủ yếu dùng làm động cơ điện.Do kết cấu đơn giản làm việc chắc chấn, hiệu quả cao nên động cơ không đồng bộ được sử dụng rông rãi trong các ngành kinh tế.Trong công nghiệp thường dùng máy điẹn không đồng bộ làm nguồn động lực cho máy xcán thép laọi vừa và nhỏ,động lực cho máy công cụ ở nhà máy công nghiệp nhẹ…Trong hầm mỏ dùng làm máy tưới hay quạt gió.Trong nông nghiệp dùng làm máy bơm.Trong đời sống hàng ngày thì máy điện không đồng bộ chiếm vị trí quan trọng như quạt gió.,đĩa quay động cơ trong tủ lạnh,máy giặt,máy bơm..nhất là laọi roto lồng sóc. Tóm lại sự phát triển của nền sản xuất điện khí hoá, phạm vi của máy điện không đồng bộ ngày càng được sử dụng rộng rãi Máy điện không đồng bộ có thể dùng làm máy phát điện nhưng đặc tính không tốt so với máy điện đồng bộ nên chỉ trong 1 trường hợp nào đó thì nó mới có ý nghĩa quan trọng 6.Kết cấu của máy điện Mặc dù kích thước của các bộ phận vật liệu tác dụng và đặc tính của máy phụ thuộc phần lớn vào tính toán điện từ và tính toán thông gió nhưng cung có phần liên quan đến kết cấu của máy.Thiết kế là kết cấu phải đảm bảo sao cho máy gọn nhẹ, thông gió tản nhiệt tốt mà vẫn có độ cứng vững và độ bền nhất định.Thường căn cứ vào điều kiện làm viẹec của máy đẻ thiết kế một kết cấu thích hợp.Vì vậy thiết kế kết cấu là 1 phần quan trọng trong toàn bộ thiết kế máy điện Máy điện có nhiều kiểu kết cấu khác nhau.Sở dĩ như vậy là vì các nguyên nhân sau: Có nhiều loại máy điện và công dụng khác nhau như máy điện 1 chiều,máy đồng bộ,máy không đồng bộ… cho nên yêu cầu về kết cáu máy cũng khác nhau.Công suất của máy khác nhau nhiều.ở những máy có công suất nhỏ thì giá đỡ trục đồng thời là nắp máy Tốc độ quay khác nhau.Máy tốc độ cao thì rô to cần phải chắc chắn hơn,máy tốc độ chậm thì rô to thường lớn Căn cứ vào tính toán điện từ và tính toán thông gió có thể đưa ra nhiều phương án khác nhau.Những phương án này vế kích thước ,trọng lượng,tính tiện lợi khi sử dụng,độ tin cậy làm việc,tính giản đơn khi chế tạo và giá thành của máy có thể không giống nhau.Vì vậy thiết kế cần chú ý tất cả các yếu tố đó Nguyên tắc chung để thiết kế kêt cấu Đảm bảo chế tạo đơn giản Đảm bảo dưỡng máy thuận tiện Đảm bảo độ tin cậy của máy khi làm việc *Phân loại các kiểu kết cấu của máy điện đã định hình Kết cấu của các máy điện hiện nay được định hình theo cách bảo vệ,cách lắp ghép,đặc tính của môi trường bên ngoài *Phân loại theo phương pháp bảo vệ máy đối với môi trường bên ngoài Cấp bảo vệ máy có ảnh hưởng rất lớn đến kết cấu của máy Thương có thói quen chia cấp bảo vệ theo phương pháp làm nguội máy.Theo cách này máy điện được chia thành: Kiểu hở: Loại này không có trang bị bảo vệ sự tiếp xúc tự nhiên các bộ phận quay và các bộ phận mang điện,cũng không cố trang bị bảo vệ các vật liệu ngoài rơi vào máy.Loại này được chế tạo theo kiểu tự làm nguội.Loại này thường đặt trong nhà có người trông coi *Kiểu bảo vệ Có trang bị bảo vệ chống sự tiếp xúc ngẫu nhiên các bộ phận quay hay mang điện,bảo vệ các vật ở ngoài hoặc nước rơi vào theo các góc độ khác nhau *Kiểu kín là loại máy mà không gian bên trong máy và môi trường bên ngoài máy được cách ly.Kiểu kín là tự thông gió bằng cách thổi gió ở mặt ngoài vỏ máy hay thông gió độc lập bằng cách đưa gió vào trong máy *Tổng quan về nghiên cứu động cơ ba pha ro to lồng sóc 1Ưu điểm Kêt cấu đơn giảnnên giá thành rẻ Vận hành dễ dàng bảo quản thuận tiện Sử dụng rông rãi và phổ biến trong phạm vi công suất vừa và nhỏ 2Khuyết điểm Hệ số công suất thấp gây tổn thất nhiều công suất phản kháng Không sử dụng được lúc non tải hoặc không tải Khó điều chỉnh tốc độ Đặc tính mở máy không tốt, dòng mở máy lớn Mômen mở máy nhỏ 3.Biện pháp khắc phục Hạn chế vận hành non tải Cải thiện đặc tính mở máy bằng cách điều chỉnh tốc độ(bằng cách thay đổi điện áp, thêm điện trở phụ vào nạch ro to) hay dùng ro to có rãnh sâu đồng thời tăng mômen mở máy Chế tạo roto có khe hở thật nhỏ để hạn chế dòng điện từ hoá và nâng cao hệ số công suất Phần 2 Đại cương về thiết kế máy điện quay 1 Tác dụng của sản xuất máy điện trong nền kinh kế quốc dân tốc độ phát triển của xã hội ngày càng nhanh ,đời sống sinh hoạt của nhân dân ngày càng được nâng cao nên nhu cầu về phát triển máy điện cũng là điều tất yếu. Tốc độ phát triển của nền sản suất công nghiệp ngày càng nhanh thì đòi hỏi ngành công nghiệp điện nói chung và ngành chế tạo máy điện cần phải có những bước tiến mạnh mẽ . Ngành công nghiệp chế tạo máy điện đóng tầm quan trong đặc biệt trong các ngành công nghiệp ,đặc biệt là các loại động cơ điện :động cơ làm nguồn động lực ,động cơ điện có công suất bé . 2 Các yêu cầu và quy trình thiết kế máy điện . Khi thiết kế máy điện cần phải đảm bảo các tiêu chuẩn nhà nước và các yêu cầu về kỹ thuật do nhà nước quy định . Đảm bảo các yêu cầu từ phía nhà máy và người tiêu dùng qua các hợp đồng . Quy trình thiết kế máy điện bao gồm các bước : 1.Tìm hiểu chung về động cơ công suất nhỏ 1 . Tính toán các kích thước cơ bản 2 . Tính toán điện từ 3 . Thiết kế kết cấu 4 . Tính kiểm tra 5 . Tính các đường đặc tính  Phần 3 Tính toán A . TíNH TOáN KíCH THƯớc chủ yếu . Các kích thước chủ yếu phụ thuộc vào các thông số qua công thức : Gọi là hằng số máy điện . Tốc độ đồng bộ ndb . Với 2p = 4 ta có + ad : hệ số cung cực từ ,lấy ad = 2/p = 0,64. + ks : hệ số sóng ,lấy ks = p/2 = 1,11 + kd : hệ số cuốn dây với P= 1,50KW và 2p = 4 ta chọn kd= 0,95á 0,96đ chọn kd= 0,96 + D là đường kính trong của Stato có quan hệ mật thiết với đường kính ngoài . Dn bởi hệ số kD : kD = D/Dn= f(2p) Tra bảng 10.1-230 với 2p = 4 đ kD= 0,64 á 0,68 Dn có quan hệ mật thiết với kết cấu máy ,cấp cách điện và chiều cao tâm trục h đã được tiêu chuẩn hoá .Chiều cao tâm trục h chon theo dãy công suất P 2 . Đường kính ngoài Stato D : Theo bảng IV.1- 601 đối với động cơ không đồn bộ rô to lồng sóc kiểu IP44 theo TCVN- 1987 –94 chon cấp cách điện là B , khi đó với P= 1,5KW và 2p =4 Ta có h =100 (mm) . Qua bảng 10.3 –230 sách thiết kế máy điện của Trần Khánh Hà chọn Dn theo h : Dn =168 (mm) 3 . Đường kính trong Stato D: theo bảng 10.2 trang 230 ta có =0,64-:0,68 D = KD .Dn = (0,64 á 0,68) .168 = 10,75 á 11,42 (mm) Chọn D =107 (mm). 4 . Công suất tính toán :  Trong đó kE là hệ số ,qua hình 10.2 – 231 với Dn= 168(mm) và 2p = 4 ta có : kE = 0,96 A là tải đường bằng dặc trưng cho mạch điện . Bd là mật độ khe hở không khí đặc trưng cho mạch từ . Trong máy điện không đồng bộ thì tỷ số A/Bd ảnh hưởng đến kích thước máy điện ảnh hưởng rất nhiều đến đặc tính khởi động và đặc tính làm việc . Nếu A , Bd lớn thì tiết kiệm được vật liệu nhưng tổn hao sắt và đồng tăng làm cho máy nóng lên ảnh hưởng đến tuổi thọ .Do vậy A, B d được chon phụ thuộc nhiều vào vật liệu . Nếu dùng vật liệu sắt từ tốt (tổn hao thấp hay độ từ thẩm cao ) . Nếu dùng dây đồng có cấp cách điện cao thì có thể chọn A lớn .Vậy A ,Bd phụ thuộc vào Dn và p : Dn = 168 (mm) và 2p =4 đA = 245(A/cm) Và Bd = 0,85 ( T ) 5 . Chiều dài tính toán của lõi sắt : Do ld < 25 (cm) , lõi sắt ngắn nên chọn lõi sắt làm thành một khối . l1=l2= ld = 5,62 (cm) . 6 . Bước cực : D=10,7(cm):đường kính trong của stato 7 . Lập phương án so sánh : Trong dãy động cơ công suất 1,50 kW và 2p = 4 có cùng đường kính ngoài Dn= 168 (mm) (cùng chiều cao tâm trục h ) với công suất 2,2kW và 2p =4 thì hệ số giảm công suất của động cơ này là : Theo hình 10.3b –235 thì để thiết kế chế tạo máy có tính năng tốt và tính kinh tế cao thì l phải nằm trong phạm vi cho phép ,với 2p =4 và h < 250 (mm) thì 0,4 < l < 1,2 đối chiếu kết quả ta chọn phương án này là hợp lý 8 . Dòng điện định mức : trong đó::công suất định mức :điện áp pha hiệu suất của động cơ B dây quấn , rãnh stato và khe hở không khí 9 .Số rãnh Stato . Chọn q1 =3 (chọn q là số nguyên vì cải thiện được đặc tính làm việc và có khả Năng làm giảm tiếng kêu của máy ) .Khi đó số rãnh Stato là : Z1 = 2mpq1 =2.3.3.2=36 (rãnh). 10. Bước rãnh Stato rãnh):số rãnh stato 11. Số thanh dẫn tác dụng lên một rãnh : Chọn số mạch nhánh song song là : a=1 ( 1nhánh // đầu ra đấu với đầu ra và 1 nhánh // đầu vào đấu vào đầu vào ). Ta có : chọn Ur1= 65(thanh ) A=245(A/cm):tải đường a=1:số mạch nhánh song song :dòng điện pha 12 .Số vòng dây nối tiếp của một pha: (vòng ) w1= 390 (vòng) số rãnh của 1 pha dưới một cực p=2:số đôi cực (thanh):số thanh dẫn tác dụng lên 1 rãnh 13. Tiết diện và đường kính dây : . Để chọn kích thước dây dẫn ta chọn mật độ dòng điện J của dây dẫn ,việc chọn J ảnh hưởng đến hiệu suất và sự phát nóng cảu máy mà sự phát nóng lại phụ thuộc vào AJ ,AJ phụ thuộc vào tải nhiệt của máy . Theo hình 10.4 a –237 với 2p = 4 ta có AJ =1700(A/cm) Ta có mật độ dòng điện : A/mm2. Tiết diện dây sơ bộ : (mm2) Chọn S1 = 0,255(mm) Chọn n1 = 1 sợi :số sợi chập Với S1’= 0,255 (mm2) đối chiếu với bảng VI.1-619 sách thiết kế máy điện của trần khánh hà Chọn dây đồng tráng men PETV có đường kính: 14 .Kiểu dây quấn: Với công suất P= 1,5 kW ta chọn kiểu dây quấn một lớp bước đủ là loại dây Quấn có công nghệ chế tạo đơn giản và lồng dây dễ phù hợp với máy có công suất nhỏ Ta có : ( rãnh ) 15 . Hệ số dây quấn : Theo công thức 2-4-TL2 với dây quấn 1lớp bước đủ 3 pha thì : 16 .Từ thông khe hở không khí : trong đó::Hệ số sóng :Hệ số dây quấn :số vòng dây nối tiếp của 1 pha :tỉ số giừa các sức điện động và điện áp 17 .Mật độ từ thông khe hở không khí : :từ thông khe hở không khí :chiều dài lõi sắt stato 18 . Sơ bộ định chiều rộng răng của Stato : Với Bz1= 1,75 á 1,95 (T) la trị số trung bình của mật độ từ thông trên răng được Xác đinh qua bảng 10.5 b – 241 . Chọn bz1’ = 1,75T) và Kc là hệ số ép chặt lõi Thép ứng với các lõi thép kỹ thuật điện 2212 ta có ; kc=0,95 19 . Sơ bộ định chiều cao răng của Stato : Trong đó Bgl= 1,50á1,65 (T) là mật độ từ thông trong gông Stato được xác định qua bảng 10.5a –240 sách thiết kế máy điện của Trần Khánh Hà ta chọn T) 20 . Kích thước rãnh và cách điện Chọn miệng rãnh sao cho dây dân vào một cách dẽ dàng nhất đ chọn rãnh Quả lê (hình 1 ) Miệng rãnh chọn b41= dcd+ (1,1á1,5) (mm) trong đó dcd là đường kính kể cả Cách điện ,ta có b41 = 0,625+(1,1á1,5) = 1,725á 2,125 (mm). Ta chọn b41 = 2 (mm) Chiều cao miệng rãnh thường lấy khoảng 0,4 á0,8 (mm) .Chọn h41=0 ,3(mm) chọn d1= 0,52 (cm) = 5,2 (mm) Chọn đường kính d2 =7(mm) Chọn chiều cao rãnh stato hrl =15,8(mm) Chọn hrl = 15,8(mm) Khi đó ta có chiều cao h12 =12(mm): Theo bảng VIII.1 –629-TL1 ứng với dây cuốn một lớp va 2p =4 thì ta có cách điện của dây cuốn là : + chiều dày cách điện rãnh : c=0,25 (mm) + chiều dày cách điện của nêm là : c’ = 0,35( mm) Diện tích rãnh trừ nêm là : Diện tích cách điện rãnh là : Diện tích có ích của rãnh là : Sr= S’r- Scd = 87,19-14,65=72,54(mm2) Diện tích rãnh trừ nêm là : Diện tích cách điện là : 21 . Hệ số lấp đầy của rãnh : thoả mãn điều kiện 22 . Bề rộng răng Stato : Sai số : Có thể chấp nhận được : 23 . Chiều cao gông Stato 24 . Khe hở không khí Do công suất của máy tương đối bé P=1,50 KW và 2p =4 nên khe hở không khí được tính theo công thức : Đối chiếu với bảng 10.8-253-TL1 ứng với chiều cao tâm trục h =100 (mm) và 2p = 4 thì ta chọn d = 0,3 (mm) C Dây quấn rãnh và gông Rô to 25 .Chọn số rãnh Rôto Z2 Nếu khe hở không khí bé thì khi khởi động mômen phụ do từ trường sóng bậc cao gây lên ,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 momen 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, 2p đã chọn ,tra bảng 10.6 –246 với Z1= 36(rãnh) p = 4 làm rãnh nghiêng ta chọn Z2 =28 (rãnh ) . 26 . Đường kính ngoài Rôto: D’ = D - 2d = 10,7 –2.0,03=10,64 (cm). 27 . Bước răng rôto: 28 . Sơ bộ đinh chiều rộng răng rôto : với bZ4 = 1,75 á 1,95 (T) là mật độ trị số trung bình của mật độ từ thông trên răng được xác định qua bảng 10.5-241 .Sơ bộ chọn BZ1 = 1,75 (T) và kc là hệ số ép chặt lõi thép ứng với các lá thép kỹ thuật 2212 , ta có : kc = 0,95 . 29 . Đường kính trục rôto : Dt = 0,3.D = 0,3.10,7= 3,21 (cm) . D=10,7(cm)đường kính trong stato 30 . Dòng điện trong thanh dẫn rôto : Trong đó : k1 là hệ số phụ thuộc vào cosj của máy ,qua hình 10.5 –244 Ta có k1 = 0,85 Kdl là hệ số dây quấn stato = 0,96 31 . Dòng điện trong vòng ngắn mạch : 32 . Tiết diện thanh dẫn bằng nhôm : Trong đó J2 là mật độ dòng điện trong thanh dẫn bằng nhôm : 33 . Tiết diện vành ngắn mạch : Trong đó Jv là mật độ dòng điện trong vòng ngắn mạch ,trị số Jv chọn thấp Hơn Jtđ khoảng 20 á 30 % ta lấy Jv = 3,4 ( A/mm2) . 34 . Kích thước rôto và vành ngắn mạch : Chọn rãnh rôto có dạng hình quả lê ( hình bên ) : Chọn chiều cao miệng rãnh h42 = 0,5 (mm) Chọn chiều rộng miệng rãnh hở b42 = 1(mm) d1 = 5,5 (mm) h12 = 9,55 (mm) d2 =3 (mm) z = 28 (rãnh) hr2 = 14,3 (mm) a= 16,5 (cm) , b = 7 (cm) SV = a.b = 16,5.7 = 115,5 (mm2) Đường kính vòng ngắn mạch : Dv = D –(a+1) = 107 –(16,5 +1) =89,5(mm) 35 . Diện tích rãnh rôto : 36 . Diện tích vành ngắn mạch : SV = a.b = 16,5.7 = 115,5(mm2) 37 . Chiều cao gông rôto : 38 . Chiều rộng răng rôto : 39 . Làm rãnh nghiêng ở rôto : Để giảm lực ký sinh tiếp tuyến và hướng tâm thì ta làm rãnh nghiêng rôto có thể triệt tiêu sóng điều hoà ,cho phép phối hợp rãnh Z va Z2 rộng rãi hơn nhưng làm mômen max giảm ,cosj giảm .Do đó ta phải chọn độ nghiêng bn thích hợp ,chọn độ nghiêng bn bằng một bước rãnh stato : bn =t1= 0,93 (cm). D . Tính Toán mạch từ : 40 . Hệ số khe hở không khí : Trong đó : Trong đó : 41 . Chọn vật liệu : Dùng các lá thép kỹ thuật điện loại 2212 ( Bảng VI – 603) loại thép này có hệ số ép chặt kc = 0,95 42 . Sức từ động khe hở không khí : 43 . Mật độ từ thông ở răng stato : 44 . Cường độ từ trường trên răng stato : Theo bảng V.6 – 608- TL1 ta có : HZ1 = 23,25 (A/cm). 45 . Sức từ động trên răng stato : Trong đó h’Z1 là chiều cao răng theo hướng kính : 46 . Mật độ từ thông trên rôto : 47 . Cường độ từ trường trên răng rôto : Tra bảng V.6- 608- TL ta có : HZ2 = 22,2 (A/cm) 48 . Sức từ động trên răng rôto : Trong đó h’Z2 là chiều cao răng rôto theo hướng kính : 49 . Hệ số bão hoà răng : đ thoả mãn 50 . Mật độ từ thông trên gông : 51 . Cường độ từ trường trên gông Stato : Theo bảng V.9 – 611 – TL1 ta có : Hg1 = 8,44 ( A/cm). 52 . Chiều dài mạch từ gông stato : 53 . Sức từ động ở gông stato : 54 . Mật độ từ thông ở gông stato 55 . Cường độ từ trường ở gông Rôto Theo bảng V.9- 611-TL ta có : Hg2= 2,08 (A/cm). 56 . Chiều dài mạch từ ở gông rôto: 57 . Sức từ động trên gông rôto: 58 . Tổng sức từ động : F = Fd + Fz1+ Fz2 + Fg1+ Fg2 = 464,0544 + 62,63 + 55,32 + 9,788 + 100,77 = 692,562(A) 59 . Hệ số bão hoà toàn mạch : 60 . Dòng điện từ hoá: 61 . Dòng điện từ hoá phần trăm : E . Tham số của động cơ điện ở chế độ định mức : 62 . Chiều dài phần đầu nối của dây quấn Stato : Trong đó : ty bước dây quấn trung bình của dây biểu thị bằng số rãnh Với dây quấn đồng khuôn thì ty = 9,64 (cm) b : Bước dây quấn của bối dây tính theo phần trăm của bước cực , với dây quấn bước đủ : Ta có b = 1 Ld1 = Kd1.ty + 2B Ld1 = 1,3.9,64 + 2.0,5 = 13,53 (cm) . Kd1 ,B là hệ số kinh nghiệm ,với 2p = 4 nên lấy Kd1 = 1,3 và chọn B = = 0,5 (cm) 63 . Chiều dài trung bình của nửa vòng dây quấn stato : 64 . Chiều dài dây quấn một pha của stato : 65 . Điên trở tác dụng của dây quấn stato : Trong đó : r75 điện trở suất cảu vật liệu ở 750C với cách điện cấp B,E r75 = Tính theo đơn vị tương đối : 66 . Điên trở tác dụng của dây quấn rôto: 67 . Điện trở vành ngắn mạch : 68 . Điện trở rôto: 69 . Hệ số quy đổi : 70 . Điện trở rôto đã quy đổi : Tính theo đơn vị tương đối : . 72.Hệ số từ dẫn tản rãnh stato Với rãnh hình qủa lê thì : Trong đó : Dây quấn một 1ớp kb = kb’ = 1 Chọn lr1= 1,32 73 . Hệ số từ dẫn tạp stato : Trong đó : rt1 là hệ số ,tra bảng 5.3-137-TL1 ứng với kt1 là hệ số : st1là hệ số qua bảng 5.2a – 134-TL1 với dây quấn bước đủ : t1= 0,93 , q1 = 3 , kd1 = 0,96 s = 0,0115. 74 . Hệ số từ tản phần đầu nối : 75 . Hệ số từ dẫn tản stato : 76 . Điện kháng dây quấn stato : Tính theo đơn vị tương đối : 77 . Hệ số từ dẫn tản rãnh stato : b = d1 = 5,5 ( mm) , k = 1 , Sr = 56 (mm2) b42 = 1 (mm) , h42= 0,5 (mm) 78 . Hệ số từ dẫn tạp rôto : :hệ số lồng sóc là hệ số qua bảng 5-2c-tL1 trong đó: 79 . Hệ số từ tản phần đầu nối : 80 . Hệ số từ tản do rãng nghiêng : Trong đó:b 81 . Hệ số từ tản rôto : 82 . Điện kháng tản dây quấn rôto : 83 . Điện kháng rôto đã quy đổi : Tính theo đơn vị tương đối : 84 . Điện kháng hỗ cảm : Tính theo đơn vị tương đối : 85 . Tính lại hệ số kE : Không sai khác so với ban đầu nên không tính lại F Tổn hao thép và tổn hao cơ : 86 . Trọng lượng răng stato : Trong đó:+:Trọng lượng sắt 87 . Trong lượng gông từ stato : Trong đó: 88 . Tổn hao lõi sắt trong lõi sắt stato : Trong răng : kge= 1,8 :Đối với máy điện không đồng bộ ; P1,0/50 = 2,5 (w/kg)suất tổn hao của thep,tra bảng V.14-618-tL1 với thép kỹ thuật điện2211 Trong gông : = Trong đó: Trong cả lõi sắt Stato : 89 . Tổn hao bề mặt trên răng rôto : k0 = 2 Hệ số kinh nghiệm B0 = b0. kd .Bd = 0,33.0,82.1,179 = 0,319 . b0 = 0,33 Tra theo hình 6-1-TL1 sách thiết kế máy điện của Trần Khánh Hà Tra b0 theo hình 6-1-TL1 90 . Tổn hao đập mạch trên răng rôto : Trong đó:Trọng lượng của sắt Hệ số ép chặt Rãnh:Số rãnh rôto 91 . Tổng tổn hao thép : 92 . Tổn hao cơ : Trong đó với động cơ không đồng bộ kiểu kín 93 . Tổn hao không tải : P0 = PFe + PCơ = 0,0179 + 0,0485 = 0,0664(kw) G . Đặc tính làm việc : Ta có các thông số : 94 . Bội số mômen cực đại : Bảng đặc tính làm việc của động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc S ôĐơn vị 0,01 0,03 0,05 0,0702 544,408 185,904 114,203 83.255 14,531 14,531 14,531 14,531 544,602 186,471 115,123 84,513 0,4221 1,2329 1,997 2,72 0,9996 0,9969 0,992 0,9851 0,0267 0,0779 0,1262 0,1719 0,5307 1,303 2,0227 2,691 1,3809 1,4621 1,6114 1,8176 1,4793 1,9584 2,5861 3,2473 0,3587 0,6653 0,7821 0,83 0,3502 0,8599 1,3349 1,776 0,0417 0,0732 0,1276 0,2012 0,00262 0,0224 0,0588 0,1092 0,00175 0,0042 0,0067 0,00888 P0 0,0664 0,0664 0,0664 0,0664 0,11247 0,1663 0,2595 0,73857 0,2378 0,6936 1,0755 1,3903 67,9% 80,66% 80,56% 78,28% S ôĐơn vị 0,1 0,2 0,3406 60,428 33,54 22,44 14,531 14,531 14,531 62,15 36,552 26,734 3,699 6,2897 8,599 0,9723 0,9176 0,839 0,2338 0,3975 0,543 3,5686 5,6499 7,03 2,1978 3,7627 5,838 4,191 6,7881 9,138 0,8515 0,832 0,769 2,3553 3,7289 4,639 0,3351 0,8791 1,593 0,2019 0,5839 1,091 0,01177 0,0186 0,0231 P0 0,0664 0,0664 0,0664 0,6152 1,548 2,773 1,7401 2,1809 1,886 73,88% 58,46% 40,22% Từ bảng đặc tính làm việc ta thấy ứng với P2 = 1,5 kW ta có các điểm làm việc I1 = 3,2473(A) S = 7,02% Cosj = 0,83 h = 78,28% = 0,78 Từ đó ta có các thông số : I’2 = 2,72 (A) Ir = 3,2473 (A) H. Tính toán đặc tính khởi động 95 . Tham số của động cơ điện khi xét đến hiệu ứng bề mặt ngoài với s=1 : Trong đó : Theo hình 10 – 13 khi x = 0,924 thì j = 0,15 y = 0,95 Trong đó : D = 0,198 rV = 0,0378.10-4 . 95 . Điện trở rôto đã quy đổi : Tổng hệ số từ dẫn Rôto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với S =1 . Điện kháng Rôto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài : Dòng điện ngắn mạch khi chỉ xét hiệu ứng mặt ngoài : 96 . Tham số của động cơ điện khi xét đến sự bảo hoà cảu mạch từ tản :Khi dòng điện chạy trong dây quấn lớn,sẽ sinh ra hiện tượng bão hoà mạch từ, chủ yếu ở phần đầu răng do từ trường tản rãnh và từ trường tản tạp làm cho và thay đổi.Do vậy đặc tính làm việc,mômen max,mômen khởi động, dòng điện khởi động thay đổi theo Sơ bộ chọn hệ số bão hoà mạch từ là Dòng điện ngắn mạch khi xét đến sự bão hòa mạch từ : Sức từ động trung bình của một rãnh Stato : Trong đố:Hệ số tính đến sức từ động nhỏ,tra theo hình 10-14,với dây quấn bước đủ một lớp thì ta có Hệ số dây quấn =0,96:Hệ số dây quấn =1:Số mạch nhánh sông song Mật độ từ thông qui đổi khe hở không khí giảm nhỏ của hệ số từ dẫn của thông tản do bão hoà được xác định: Tra theo hình10-15 tìm ra hệ sốlà hệ số đặc trưng cho tỉ số giữa từ thông tản khi xét đến bão hoà và không bão hoà Đối với stato,sự biến đổi tương đương của rãnh hở tính toán từ thông tản khi bão hoà là Sự giảm nhỏ của hệ số từ dẫn của từ thông tản do bão hoà được xác định là ._.