Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

àng nghìn kilooat. Trên cơ sở các môn học về thiết kế máy điện em xin được trình bày bản thiết kế gồm có ba phần : Phần 1: Thiết kế điện từ Phần 2: Thiết kế kết cấu Phần 3: Thiết bị và công nghệ chế tạo rôto dây quấn của máy điện quay. Phần I Thiết kế điện từ Chương 1 Đại cương về máy điện không đồng bộ 1.1. Phân loại -Theo kết cấu của vỏ, máy điện không đồng bộ có thể chia thành các kiểu chính sau: kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín, kiểu phòng nổ, v.v… +Kiểu hở không có trang bị bảo vệ sự tiếp xúc ngẫu nhiên các bộ phận quay và bộ phận mang điện, cũng không có trang bị bảo vệ các vật bên ngoài rơi vào máy. Theo cấp bảo vệ thì đây là loại IP00. Loại này được chế tạo theo kiểu tự làm nguội. Loại này thường đặt trong nhà, có người trông coi và không cho người ngoài đến gần. +Kiểu bảo vệ có bảo vệ chống sự tiếp xúc ngẫu nhiên các bộ phận quay hay mang điện, bảo vệ các vật ở ngoài hoặc nước rơi vào theo các góc độ khác nhau. Loại này thường là tự thông gió. Theo cấp bảo vệ thì kiểu này thuộc các cấp bảo vệ từ IP11 đến IP33. +Kiểu kín là loại máy mà không gian bên trong máy và môi trường bên ngoài được cách ly. Tùy theo mức độ kín mà cấp bảo vệ là từ IP44 trở lên Kiểu kín thường là tự thông gió bằng cách thổi gió ở mặt ngoài vỏ hay thông gió độc lập bằng cách đưa gió vào trong máy bằng đường ống. Thường dùng loại này ở môi trường nhiều bụi, ẩm ướt, v.v… -Theo kết cấu của rôto, máy điện không đồng bộ chia làm hai loại: loại rôto kiểu dây quấn và loại rôto kiểu lồng sóc. -Theo số pha trên dây quấn stato có thể chia thành các loại: một pha, hai pha và ba pha. 1.2. Kết cấu Máy điện không đồng bộ bao gồm các bộ phận chính là phần tĩnh hay stato và phần quay hay rôto. 1. Phần tĩnh hay stato Trên stato máy điện không đồng bộ có vỏ, lõi sắt và dây quấn. a. Vỏ máy Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng để làm mạch dẫn từ. Thường vỏ máy làm bằng gang .Tuỳ theo cách làm nguội mà vỏ cũng được chế tạo ở những dạng khác nhau. Loại gang đúc được phân làm hai loại: loại có gân trong và loại không có gân trong. Loại không có gân trong thường dùng đối với máy điện cỡ nhỏ hoặc kiểu kín, lúc đó lưng lõi sắt áp sát vào mặt trong của vỏ và truyền nhiệt trực tiếp lên vỏ máy. Loại có gân trong có đặc điểm là lúc gia công, tốc độ cắt gọt chậm nhưng phôi liệu bỏ đi ít hơn loại có gân trong. Đối với máy có công suất tương đối lớn ( 1000kW ) thường dùng thép tấm hàn lại làm thành vỏ. b. Lõi sắt Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên để giảm tổn hao, lõi sắt được làm bằng những lá thép kĩ thuật điện dày 0,5 mm ép lại. Khi đường kính ngoài lõi sắt stato nhỏ hơn 990 mm thì dùng cả tấm tròn ép lại. Khi đường kính ngoài lớn hơn 1000 mm thì phải dùng những tấm hình rẻ quạt ghép lại thành khối tròn. Mỗi lá thép kĩ thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Nếu lõi sắt ngắn hơn 25 đến 30 cm thì có thể ghép lại thành một khối. Nếu lõi sắt dài hơn trị số trên thì thường ghép thành từng thếp ngắn, mỗi thếp dài 4 đến 6 cm, đặt cách nhau 1 cm để thông gió cho tốt. c. Dây quấn Dây quấn stato gồm nhiều phần tử nối với nhau theo một quy luật nào đó Phần tử ở đay cũng chính là bối dây được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõi sắt.Bối dây quấn xó thể chỉ là một vòng dây (được gọi là dây quấn kiểu thanh dẫn , bối dây thường được chếtạo dạng 1/2 phần tử và tiết diện thường lớn) , cũng có thể có nhiều vòng dây (tiết diện nhỏ và gọi là qây quấn kiểu vòng dây).Số vòng dây của mỗi bối, số bối của mỗi pha và cách nối lại phụ thuộc vào công suất, điện áp, tốc độ, điều kiện làm việc của máy và quá trình tính toán điện từ. Yêu cầu chính đối với dây quấn như sau: 1.Điện áp của ba pha bằng nhau trong dây quấn ba pha , điện áp ba pha lệch nhau 1200 góc độ điện. 2.Điện trở và điện kháng của các mạch song song và của ba pha bằng nhau 3.Có thể đấu thành các mạch song song một cách dễ dàng khi cần thiết. 4.Dùng vật liệu dây dẫn điện ít nhất.Phần đầu nối càng ngắn càng tốt để thu ngắn chiều dài của máy và đỡ tốn vật liệu . 5.Dễ chế tạo và sửa chữa . 6.cách điện giữa các vòng dây, các pha và với đất ít tốn kém và chắc chắn 7.Kết cấu chắc chắn, có thể chịu được ứng lực cơ khi máy bị ngắn mạch đột ngột hay khi khởi động. 2. Phần quay hay rôto Phần này gồm hai bộ phận chính là lõi sắt và dây quấn. a. Lõi sắt. Người ta dùng các lá thép kĩ thuật điện giống như ở stato. Lõi sắt được ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá rôto của máy. Phía ngoài của lá thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn. b. Rôto và dây quấn rôto. Rôto có hai loại chính là: rôto kiểu dây quấn và rôto kiểu lồng sóc. - Loại rôto kiểu dây quấn: Rôto có dây quấn giống như dây quấn stato Trong máy điện cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp vì bớt được những dây đầu nối, kết cấu dây quấn trên rôto chặt chẽ. Trong máy điện cỡ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp. Dây quấn ba pha của rôto thường đấu hình sao, còn ba đầu kia được nối vào ba vành trượt thường làm bằng đồng được đặt cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với mạch điện bên ngoài. Đặc điểm của loại động cơ điện rôto kiểu dây quấn là có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ hay sức điện động phụ vào mạch điện rôto để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy. Khi máy làm việc bình thường dây quấn rôto được nối ngắn mạch. - Loại rôto kiểu lồng sóc: Kết cấu của loại dây quấn rôto này rất khác với dây quấn stato. Trong mỗi rãnh của lõi sắt rôto đặt các thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối ngắn mạch ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng mà người ta quen gọi là lồng sóc. Dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt. Để cải thiện tính năng mở máy, trong máy công suất tương đối lớn, rãnh rôto có thể làm thành dạng rãnh sâu hoặc làm thành hai rãnh lồng sóc hay còn gọi là lồng sóc kép Trong máy điện cỡ nhỏ rãnh rôto thường được làm chéo đi một góc so với tâm trục. c. Khe hở Vì rôto là một khối tròn nên khe hở đều. Khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ để hạn chế dòng điện từ hoá lấy từ lưới vào và như vậy mới có thể làm cho hệ số công suất của máy cao hơn. 3. Các lượng định mức Máy điện không đồng bộ có các trị số định mức đặc trưng cho điều kiện kỹ thuật của máy. Các chỉ số này do nhà máy thiết kế, chế tạo quy định và được ghi trên nhãn máy. Vì máy điện không đồng bộ chủ yếu làm việc ở chế độ động cơ điện nên trên nhãn máy ghi các trị số định mức của động cơ điện khi tải định mức. Các trị số đó thường bao gồm: công suất định mức ở đầu trục Pđm (kW hay W), dòng điện dây định mức Idm (A), điện áp dây định mức Udm (V), cách đấu dây ( Y hay D ), tốc độ quay định mức nđm ( vg/ph ), hiệu suất định mức hđm và hệ số công suất định mức cosjđm,… 4. Công dụng của máy điện không đồng bộ Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu làm động cơ điện. Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên động cơ không đồng bộ là loại máy được dùng rộng rãi nhất trong các nghành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng nghìn kilôoat Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ, v.v…Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió. Trong nông nghiệp dùng để làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm Trong đời sống hàng ngày, máy điện không đồng bộ cũng dần dần chiếm một vị trí quan trọng: quạt gió, máy quay đĩa, động cơ trong tủ lạnh, v.v…Tóm lại theo sự phát triển của nền sản xuất điện khí hoá, tự động hoá và sinh hoạt hàng ngày, phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ ngày càng rộng rãi. Tuy vậy, máy điện không đồng bộ có những nhược điểm như sau: cosj của máy thường không cao và đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt nên ứng dụng của máy điện không đồng bộ có phần bị hạn chế. Máy điện không đồng bộ có thể dùng làm máy phát điện nhưng đặc tính không tốt so với máy phát điện đồng bộ, nên chỉ trong một số trường hợp nào đó cần nguồn điện phụ hay tạm thời thì nó cũng có một ý nghĩa quan trọng. Chuơng 2 Tính toán điện từ 2.1.Tính toán kích thước chủ yếu 2.1.1.Tìm hiểu chung Những kích thước chủ yếu trong máy điện không đồng bộ là đường kính trong stato và chiều dài lõi sắt l. Mục đích của việc tính toán lựa chọn kích thước chủ yếu này để chế tạo đựơc máy điện có tính kinh tế hợp lý nhất mà tính năng phù hớp với các tiêu chuẩn nhà nước.Tính kinh tế của máy không phải chỉ là vật liệu sử dụng chế tạo ra máy mà còn sét đến quá trình chế tạo trong nhà máy như khuôn dập, vật đúc, các kích thước được tiêu chuẩn hoá… Tra bảng P1.3 .Các thông số kĩ thuật của động cơ 4A (trang 236)sách “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí của Trịnh Chất và Lê Văn Uyển với động cơ không đồng bộ có công suất P=90kW, 2p=4, nđb=1500vg/ph ta tra được kiểu động cơ như sau: 4A250M4, cos=0,91 và ; nđm=1480 vg/ph; mmax=2,2. 2.1.2.Lựa chọn tính toán các kích thước chủ yếu a.Các số liệu định mức 1.Công suất định mức: Pđm=90 kW 2.Điện áp định mức: Uđm=220/380 V đấu 3.Tần số: f=50 Hz 4.Tốc độ đồng bộ: nđb=1500[vòng /phút] 5.Kiểu máy : kiểu bảo vệ IP23 6.Chế độ làm việc: liên tục 7.Cấp cách điện : cấp B 8.Số đôi cực : p=60f/nđb=60.50/1500=2 9.Dòng điện pha định mức: , A (2.1) Trong đó : m1 -là số pha dây quấn của stato; P - công suất định mức của động cơ(kW); I1- dòng điện pha định mức trong dây quấn stato(A); U1- điện áp pha định mức đặt vào dây quấn stato(V); - hiệu suất định mức của động cơ; cos jđm - là hệ số công suất định mức của động cơ. Thay số ta có: I1== 161,129 A b.Xác định kích thước chủ yếu 10.Công suất tính toán : P’ = kVA (2.2) Trong đó : P’ - công suất tính toán(kVA); kE= =0,98 tra hình 10-2 (trang 231) sách “Thiết Kế Máy Điện” của Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh (“TKMĐ” ); Pđm- công suất định mức của động cơ(kW); - hiệu suất của động cơ; cosjđm - hệ số công suất định mức của máy; Thay số ta được: P’== 104,22 kVA 11.Đường kính ngoài của stato: Từ công suất của động cơ không đồng bộ rôto dây quấn ta tra sách “TKMĐ” được chiều cao tâm trục của máy này là h= 250 mm .Ta tra bảng 10.3 sách(“TKMĐ”) được Dn = 43,7 cm 12.Đường kính trong của stato: D = Dn.kD cm (2.3) =(0,64 ~ 0,68).43,7=(27,968~29,716) cm Trong đó: kD = 0,64 ~ 0,68 , tra bảng 10.2 sách “TKMD” ở đây ta chọn D =29,7 cm 13.Bước cực của stato: = , cm (2.4) Trong đó : - là bước cực(cm); D – là đường kính trong stato, D=29,7 cm (đã tính ở mục 12) ; p – là số đôi cực từ , p=2 . Thay số ta có: ==23,3145 cm 14.Chiều dài lõi sắt stato: = cm (2.5) Trong đó : P’ – công suất tính toán , P’=104,22 kVA (đã tính ở mục 9 ); - hệ số xung cực từ , chọn = 0,64; k S - hệ số dạng sóng , chọn k S = 1,11; k d1 – hệ số dây quấn stato, lấy kd1 = 0,92; với máy có chiều cao tâm trục h= 180 250 mm thì thường chọn dây quấn hai lớp đặt vào rãnh nửa kín thì kd = 0,910,92 ở đây ta chọn kd1= 0,92 A - tải đường(A/cm); - từ cảm qua khe hở không khí (T); Tra hình 10-3 (trang 234) sách “TKMĐ” có: A=430 A/cm ;; D -đường kính trong stato , D=29,7 cm (đã chọn ở mục 12) ; nđb - tốc độ đồng bộ(v/ph); nđb == = 1500 , v/ph (2.6) Thay số ta được : = cm Trong máy điện không đồng bộ, khi chiều dài lõi sắt =250~300 mm thì việc tản nhiệt không khó khăn lắm nên lõi thép có thể ép thành một khối. Do lõi sắt phần ứng stato ngắn nên làm thành một khối với việc không có rãnh thông gió làm mát bằng quạt gió . Chiều dài toàn bộ lõi sắt stato được chọn bằng: l1==23 cm. 15.Lập phương án so sánh : ==0,9865 (2.7) trong dãy động cơ không đồng bộ , công suất 110 kW và 2p =4 có cùng đường kính ngoài (cùng chiều cao tâm trục h) với máy công suất 90 kW và 2p =4 .Hệ số tăng công suất của máy là : 1,2222 như vậy là 110 =.90 =1,2222.0,9865 =1,2 Theo hình 10- 3b , hai hệ số 110 , 90 đều nằm trong phần gạch chéo của hình 10-3b sách “TKMĐ” (trang 235) nên việc chọn phương án trên là có tính kinh tế cao . 2.2.Thiết kế stato và khe hở không khí 2.2.1.Tìm hiểu về dây quấn và lõi sắt stato Việc chọn kiểu dây quấn và kiểu rãnh stato được căn cứ vào một số cách sau đây: +Stato máy điện xoay chiều thường dùng loại rãnh 1/2 kín , 1/2 hở và rãnh hở .Rãnh 1/2 kín thường dùng ở stato máy công suất đến 100 kW điện áp đến 690 V.Có thể dùng dây quấn một lớp, hai lớp, dây quấn phân tán được cấu tạo từ những phần tử mền , tiết diện tròn . +Căn cứ vào điện áp và chiều cao tâm trục để chọn loại dây quấn ; với điện áp U, chiều cao tâm trục h 160 mm có thể chọn dây quấn đồng tâm đặt vào rãnh 1/2 kín.Với h=180 – 250 mm dùng dây quấn hai lớp đặt vào rãnh 1/2 kín.Với h 280 mm, dùng dây quấn hai lớp phần tử cứng đặt vào rãnh 1/2 hở. Với máy đang thiết kế có P=90 kW ,chiều cao tâm trục h=250 mm , điện áp dây quấn stato Uđm=380 V thì chọn dây quấn hai lớp đặt vào rãnh 1/2 kín Lõi sắt stato máy điện không đồng bộ thường làm bằng lá thép kỹ thuật điện .Trong máy có chiều cao tâm trục h250 mm thường dùng thép 2211 hay thép 2212 , khi h=280 355 mm dùng thép 2312 có phủ sơn bề mặt và khi h 400 mm điện áp 6000V dùng thép 2411 phủ sơn bề mặt .Với máy đang thiết kế thì ta dùng thép có mác 2212 để chế tạo lõi sắt stato. 2.2.2.Tính toán dây quấn và lõi sắt stato: 16.Chọn số rãnh một pha dưới một cực : q1=4 khi thiết kế dây quấn stato cần phải xác định số rãnh của một pha dưới một cực q1 . Nên chọn q1 trong khoảng từ 2 5 .Thường lấy q1=3 4. Với máy công suất nhỏ hoặc tốc độ thấp , lấy q1 = 2 .Máy tốc độ cao, công suất lớn có thể chọn q1=6. Chọn q1 nhiều hay ít cóảnh hưởng đến số rãnh stato Z1 Số rãnh này không nên nhiều quá, vì như vậy diện tích cách điện rãnh chiém chỗ so với số rãnh ít sẽ nhiều hơn , do đó hệ số lợi dụng rãnh sẽ kém đi . Mặt khác , về phương diện độ bền cơ mà nói , răng sẽ yếu,ít răng quá sẽ làm cho dây quấn phân bố không đều trên bề mặt lõi sắt nên sức từ động phần ứng có nhiều sóng bậc cao.Trị số q1 nên chọn số nguyên . 17.Số rãnh stato: Z1=2.m1.p.q1 = 2.3.2.4 =48 rãnh (2.8) Trong đó : Z1- số rãnh stato ; m – là số pha của động cơ, m=3; p – là số đôi cực từ của động cơ, p =2; q1- là số rãnh của một pha dưới một cực, q1=4. 18.Bước răng stato: t1= , cm (2.9) Trong đó : t1- là bước rãnh stato(cm); D – là đường kính trong của stato, D=29,7 cm; Z1 – là số rãnh của stato, Z=48 rãnh (đã tính ở mục 17). Thay số ta được : t1= 1,943cm 19.Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh: ur1 = thanh (2.10) Trong đó : A – là tải đường, A=430 A/cm (đã được xác định ở mục 14); t1 – bước rãnh stato, t1=1,943 cm (đã được xác định ở mục 18); I1 – dòng điện pha stato định mức, I1=161,129A( tính ở mục 9); a1 – là số mạch nhánh song song của một pha, a1=4; chọn số mạch nhánh song song là ước số chung của số cực từ . Thay số ta được : ur1 ==20.74 thanh với dây quấn hai lớp ta chọn ur1=20 (là số nguyên chẵn) 20.Số vòng dây nối tiếp của một pha: w1=p.q1. vòng (2.11) Trong đó : w1- là số vòng dây nối tiếp của một pha, vòng; p – là số đôi cực từ, p=2; q1 – số rãnh của một pha dưới một cực, q1=4(chọn ở mục 16); a1- là số mạch nhánh song song, a1=4 (chọn ở mục 19); ur1- là số thanh dẫn của một pha dưới một cực (đã có ở mục 19). Thay số ta được : w1=2.4. =40 vòng 21.Tiết diện dây quấn và đường kính dây quấn stato: Mật độ dòng điện : J1’ = , A/cm.mm2 (2.12) Trong đó: AJ =3060 -25%.3060 =2295 A2/cm.mm2 - là tích số được chọn theo hình 10-4d(trang 237) sách “TKMĐ”. ở hình này là ứng dụng cho động cơ không đồng bộ cấp cách điện cấp F , với cấp cách điện B hoặc E thì tích số AJ được lấy thấp hơn vào khoảng 2530%. A - tải đường, A=430 A/cm (đã biết ở mục 14) Thay số : J’ = =5,3372 A/mm2 Tiết diện dây (sơ bộ): s1’ = mm2 (2.13) Trong đó : I1 - dòng điện pha stato định mức(A) (đã tính ở mục 9) ; a1- là số mạch nhánh song song (đã chọn ở mục 20) ; n1- là số sợi dây ghép song song, chọn n1 =4 ; J1’ - là mật độ dòng điện(A/mm2 )(đã được tính ở trên). Thay số ta được : s1’ = 1.887 mm2 Theo phụ lục VI , bảng VI .1 chọn dây đồng loại PETV có đường kính d/dcđ =1,56/1,645 , s1 =1,911 mm2 22.Mật độ dòng điện trong dây quấn stato: A/cm2 23.Kiểu dây quấn stato: chọn kiểu dây quấn là dây quấn xếp hai lớp bước ngắn với bước dây quấn là y=10.và hệ số rút ngắn bước dây quấn là: β1 = = = 0,8333 (2.14) Trong đó : = =48/4 =12 , là bước cực stato theo bước rãnh. 24.Hệ số dây quấn: Hệ số bước ngắn : ky1 = sinβ. = sin=0,966 (2.15) Hệ số bước rải : kr1 = = =0,958 (2.16) Trong đó : Góc lệch liên tiếp của hai rãnh kề nhau = =150 (2.17) Hệ số dây quấn : kdq1 =kr1 . ky1 = 0,966.0,958 0,925 (2.18) 25.Từ thông khe hở không khí: , Wb (2.19) Trong đó : kE – là hệ số biến áp, kE=0,98 (xem mục 10); U1 - điện áp pha định mức đặt vào dây quấn stato, U1=220 V; ks – hệ số đã xác định ở mục 13, ks =1,11; – hệ số dây quấn stato, = 0,925(đã xác định ở mục 24); f – tần số dòng điện, f= 50 Hz; w1 – số vòng dây nối tiếp của một pha, w1 =40 vòng (mục 20). Thay số ta được: = 0,02625 Wb 26.Mật độ từ thông khe hở không khí : T (2.20) Trong đó : -từ thông khe hở không khí,=0,02625 Wb(mục 25); - hệ số xung cực từ, =0,64(chọn ở mục 14); - bước cực, =23,3145 cm (tính ở mục 13); l1 – chiều dài toàn bộ lõi sắt stato, l1 =23 cm (theo mục 14) . Thay số ta được : =0,7649 T 27.Sơ bộ định chiều rộng của răng: cm (2.21) Trong đó : - là chiều rộng sơ bộ của răng stato(cm); - mật độ từ thông khe hở không khí, =0,7649T( mục 26); - chiều dài tính toán của stato, =23 cm (tính ở mục 14); l1- chiều dài toàn bộ lõi sắt stato, l1=23 cm(tính ở mục 14); t1 - là bước rãnh stato, t1=1,943 cm (tính ở mục 18); kc1 - là hệ số ép chặt lõi sắt của stato, kc1 = 0,95; - là trị số trung bình mật độ từ thông trên răng stato; Tra bảng 10.5b (trang 241) sách “TKMĐ”, lấy =(1,8~2 )T. Thay số ta tính được: cm 28.Sơ bộ chiều cao gông stato: (2.22) Trong đó : - là chiều cao gông sơ bộ của stato, cm; - là từ thông khe hở không khí, =0,02625 Wb(tính ở mục 25); l1- là chiều dài toàn bộ lõi sắt stato, l1=23 cm (mục 14); kc1- là hệ số ép chặt lõi sắt, lấy kc1= 0,95; - là mật độ từ thông trong gông stato, T; Tra bảng 10.5a (trang 240)sách “TKMĐ’’, lấy =1,5 T. Thay số ta được : 29.Kích thước rãnh và cách điện rãnh : chọn rãnh hình quả lê như hình vẽ sau đây Hình 1.1 Kích thước rãnh stato Chiều cao rãnh stato: cm (2.23) Trong đó: Dn- là đường kính ngoài của stato, Dn=43,7 cm (theo mục 11); D - là đường kính trong stato, D=29,7cm (xác định ở mục 12); - là chiều cao sơ bộ của gông stato, =4 cm (mục 28). Thay số ta được: cm Bề rộng rãnh stato : Chọn bề rộng rãnh stao b41= 3 mm =0,3 cm - Chiều rộng rãnh stato phía đáy tròn nhỏ (d2) (2.24) Trong đó : D - là đường kính trong của lõi sắt stato, D =29,7 cm (ở mục 12); - chiều rộng sơ bộ của răng stato, b’Z1 =0,846 cm ( ở mục 27); Z1 - là số rãnh stato, Z1=48 rãnh (tính ở mục 18); h41 = 0,05 cm . Thay số ta được : Ta chọn d2= 1,18 cm=11,8 mm - Chiều rộng stato phía đáy tròn lớn(d1) : (2.25) Trong đó : D – đường kính trong lõi sắt stato, D=29,7 cm (theo mục 12). Thay số ta được : cm chọn d1=1,4 cm=14 mm - Tính chiều cao h12 h12 = hr1- h41 – d1/2 =30 - 0,5 - 14/2=22.5 mm Tính tiết diện rãnh: +Diện tích rãnh trừ nêm: (2.26) +Diện tích cách điện của rãnh: Theo bảng VIII-1 ở phụ lục VIII với chiều cao tâm trục h=250mm ta tra ra chiều dày cách điện rãnh là c= 0,4 mm và chiều dày cách điện giữa hai lớp là c’ = 0,5 mm - là tấm cách điện phía trong có chiều dày là bằng 0,4 mm - là tấm cách điện giữa hai lớp có bề dày là 0,4 mm Hình 1.2 cách điện rãnh stato - là tấm cách điện phía đáy tròn nhỏ có bề dày 0,5mm (2.27) +Diện tích có ích của rãnh stato: Sr=S’r-Scđ = 345,722- 46,375 =299,347 mm2 30.Hệ số lấp đầy: kđ = (2.28) Trong đó : n1 - là số sợi chập, lấy n1 =4 sợi (đã chọn ở mục 21); ur - là số thanh dẫn tác dụng của một nhánh, ur =20(mục 19); dcđ - là đường kính dây kể cả cách điện, dcđ=1,645 mm. Thay số ta được: Kđ = 31.Bề rộng răng stato: Hình 1.3 kích thước răng rãnh stato Bề rộng răng stato phía đáy tròn nhỏ (d2) Từ hình học ta có (2.29) biến đổi ta có Bề rộng răng stato phía đáy tròn lớn(d1) Từ hình học ta có (2.30) biến đổi ta được Bề rộng răng trung bình của stato (2.31) 32.Chiều cao gông stato: (2.32) 33.Khe hở không khí: Khi chọn khe hở không khí d ta cố gắng lấy nhỏ để cho dòng điện không tải nhỏ và cosj cao, Nhưng khe hở không khí nhỏ sẽ khó khăn trong việc chế tạo và quá trình làm việc của máy: Stato rất dễ chạm với Rôto (sát cốt), làm tăng thêm tổn thất phụ, điện kháng tản tạp của động cơ cũng tăng lên . Theo công thức 11- 27b trang 277, Giáo trình TKMĐ- Trần Khánh Hà đối với loại Động cơ có công suất lớn P=90KW) >20 (KW), 2p=2ta có: (2.33) Tra theo bảng 10.8(trang 253) sách “TKMĐ” ta chọn khe hở không khí . 2.3. Dây quấn , rãnh và gông rôto 2.3.1.Tìm hiểu về dây quấn và lõi sắt rôto Trong máy điện không đồng bộ thì sự khác nhau chủ yếu ở rôto.Tính năng máy tốt hay xấu cũng ở rôto.Đối với rôto dây quấn không có yêu cầu về khởi động mà chỉ phải thoả mãn tiêu chuẩn nhà nước về hiệu suất, cos, bội số mômen cực đại trong điều kiện làm việc định mức . Dây quấn rôto thường dùng loại dây quấn xếp hai lớp phần tử mềm với các máy có chiều cao tâm trục h=160200 mm .Khi h 225 mm dùng dây quấn sóng kiểu thanh dẫn vì nó có nhiều ưu điểm như là nó giảm khối lượng đồng ở phần đầu nối ra, nâng cao điện áp ở vành trượt để giảm nhỏ dòng điện qua chổi than tránh hiện tượng phóng điện ở chỗ tiếp xúc giữa chổi than và vành trượt gây hỏng máy. Rãnh rôto là loại rãnh nửa kín có cạnh song song dây quấn rôto dạng thanh được nhét vào rãnh rôto bằng cách đưa qua lỗ rãnh rồi được hàn lại chứ không phải lồng vào rãnh qua bề rộng miệng rãnh như dây quấn phần tử mền . 2.3.2.Tính toán dây quấn, rãnh và gông rôto: 34.Số rãnh rôto: Z2=6.p.q2 (2.34 ) Trong đó: q1 là số rãnh dây quấn rôto của một pha dưới một cực được chọn như sau q2=q1+1=5 Z2=6.2.5=60 35.Đường kính ngoài rôto: D’=D-2.=29,7-2.0,1=29,5 cm (2.35) 36.Đường kính trong rôto(hay đường kính trục): D2 = Dt=0,3.D=0,3.29,7=8,91 cm (2.36) Lấy Dt=89 mm=8,9 cm. 37.Chiều dài lõi sắt rôto: Lõi sắt rôto thường lấy bằng chiều dài lõi sắt stato hoặc là lấy l2=l1+(0,41)cm.ở đây ta chọn như sau: l2=l1+0,5 =23+0,5=23,5 cm 38.Bước răng rôto: t2 = cm (2.37) Trong đó: D’ - là đường kính ngoài của rôto(cm) ( đã tính được ở mục 35); Z2 - là số rãnh của rôto ( xem ở mục 24). t2 = 39.Kiểu dây quấn : Chọn dây quấn hai lớp dạng sóng kiểu thanh dẫn, quấn bước đủ Với hệ số rút ngắn bước dây rôto β2 = = = 1 (2.38) Trong đó : Bước cực rôto được tính như sau = =15 (2.39) 40.Hệ số dây quấn rôto: Hệ số rút ngắn bước dây quấn rôto : ky2 = sinβ1. = sin=1 (2.40) Hệ số bước rải : kr2 = = =0,9567 (2.41) Trong đó :góc lệch liên tiếp giữa hai rãnh liền kề = =120 (2.42) Hệ số dây quấn : kdq 2 =kr2 . ky2 = 0,9567.1 =0,9567 (2.43) 41.Số vòng dây một pha của rôto: vòng (2.44) 42.Dòng điện rôto: I2= , A (2.45) Trong đó: kI =0,92 tra hình 10-5 sách “TKMĐ”; m1, m2 là số pha dây quấn của stato và rôto; w1 - là số vòng dây quấn một pha của stato,w1=40(tính ỏ mục 20); w2 - là số vòng dây quấn một pha của rôto, w2= 20 (tính ỏ mục 41); kdq1=0,925 (tính ở mục 24); kdq2 = 0,9567 (tính ở mục 40). I2= A 43.Mật độ dòng điện rôto(sơ bộ): Thường đối với dây quấn sóng kiểu thanh dẫn thì J2 = 4,5 ~5,5 A/mm2 (sách “TKMĐ” trang 244 44.Tiết diện thanh dẫn rôto(sơ bộ): (2.46) 45.Kích thước rãnh rôto: Sơ bộ lấy chiều rộng rãnh rôto: b’r2= (0,4~0,45).t2 =(0,4~0,45)1,544 =(0,6176~0,6948) cm Trong đó: t2 =1,544 cm là bước răng rôto (tính ở mục 38). Chọn thanh dẫn có kích thước như sau: a= 4 mm, b=12,5 mm, s2=49,14mm2 Mật độ dòng điện rôto: Kích thước rãnh và cách điện rãnh: Hình 1.4 Kích thước và cách điện rãnh rôto vị trí Vật Liệu Chiều dày (mm) Số lớp Chiều dày2 phía cách điện Theo chiều rộng mm Theo chiểu cao Mm 1 Tấm mica tổng hợp 0,15 4,5 lớp 1,1 2,2 2 Vải thuỷ tinh tẩm sơn 0,15 1 0,3 0,3 3 Vải thuỷ tinh tẩm sơn CT 0,5 1 0,3 0,5 4 Vải thuỷ tinh tẩm sơn CT 0,5 1 0,3 0,5 5 Vải thuỷ tinh tẩm sơn CT 0,5 1 0,3 0,5 +Dung sai +Tổng chiều dày cách điện trong rãnh (không kể nêm) 0,3 1,7 0,5 4,0 Hình 1.5 kích thước rãnh rôto dung sai là 0,3 mm 46.Chiều cao gông từ rôto: cm (2.47) Trong đó: ng2 =1 là số dãy lỗ thông gió theo hướng dọc trục rôto; dg2= 1.5 cm là đường kính lỗ thông gió dọc trục rôto; 47.Chiều rộng răng rôto: Chiều rộng răng rôto phía nhỏ nhất: bz2min= (2.48) ==0,600 cm Chiều rộng răng rôto phía lớn nhất: bz2max= (2.49) = cm Chiều rộng trung bình của răng rôto: bz2tb= (2.50) 2.4.tính toán mạch từ 2.4.1.Tìm hiểu về mạch từ trong máy điện không đồng bộ Mạch từ trong máy điện không đồng bộ gồm hai phần: mạch từ phần ứng là mạch từ stato và mạch từ phần quay là mạch từ rôto .Mạch từ phần ứng dẫn từ thông xoay chiều, còn mạch từ phần cảm hay mạch từ rôto dẫn từ thông xoay chiều tần số thấp (f2= s.f1=23 Hz). Tính toán mạch từ là việc xác định sức từ động cần thiết để tạo ra ở khe hở không khí một từ thông có thể sinh ra sức điện động đã xác định ở dây quấn phần ứng. Mạch từ máy điện có thể chia làm năm đoạn sau: khe hở không khí răng của rôto, gông rôto, răng stato, gông stato. Dựa vào trị số sức điện động cần thiết ở dây quấn stato tìm được từ thông , theo kích thước của máy, tìm tiết diện Sx của từng đoạn mạch từ sau đó xác định từ cảm Bx ở mỗi đoạn: (2.51) 2.4.2.Tính toán mạch từ 48.Hệ số khe hở không khí: (2.52) Trong đó: t1= 1,943 cm (tính ở mục 18) (2.53) (2.54) Trong đó: t2=1,544 cm (tính ở mục 38) (2.55) (2.56) 49.Sức từ động khe hở không khí : (2.57) Trong đó: (tính ở mục 26); (tính ở mục 48); (tính ở mục 33). 50.Mật độ từ thông ở răng stato: (2.58) Trong đó: bZ1 = 0,8452 cm (tính ở mục 31); (tính ở mục 26); t1 = 1,943 cm (tính ở mục 18). 51.Cường độ từ trường trên răng stato: Tra phụ lục V bảng v.6 đường cong từ hoá trên răng động cơ không đồng bộ thép 2211 và thép 2312 sách “TKMĐ” ta có: BZ1 (T) 1,85 1,85083 1,86 HZ1(A/cm) 33,3 ? 34,9 52.Sức từ động trên răng stato: (2.59) Trong đó: h’Z1-là chiều cao răng tính toán theo hướng kính của stato; h’Z1=hr 1-d1/3=3 - 14/3= 25,33 mm. 53.Mật độ từ thông ở răng rôto: Mật độ từ thông trên răng rôto ở nơi có diện tích lớn nhỏ nhất (2.60) Trong đó: bZ2min=0,6 cm (tính ở mục 47); t2=1,544 cm (tính ở mục 38). Mật độ từ thông ở răng rôto ở nơi có bề rộng răng lớn nhắt (2.61) Trong đó: bz 2 max=0,907 cm (tính ở mục 47). Mật độ từ thông ở răng rôto ở nơi có diện tích trung bình: (2.62) Trong đó: bz2tb=0,754 cm (tính ở mục 47). 54.Cường độ từ trường trên răng rôto: Cường độ từ trường ở răng rôto nơi có bề rộng răng nhỏ nhất: Tra bảng V.6 phụ lụcV sách “TKMĐ” trang 608 ta có BZ2max (T) 2,02 2,025875 2,03 HZmax(A/cm) 74 ? 77,9 Cường độ từ trường ở rôto nơi có bề rộng răng lớn nhất: Tra bảng V.6 sách “TKMĐ” trang 608 có: BZ2min (T) 1,34 1,34103 1,35 HZmin(A/cm) 7,9 ? 8,04 Cường độ từ trường ở rôto nơi có tiết diện răng trung bình: Tra bảng V.6 sách “TKMĐ” trang 608 có BZ2tb(T) 1,61 1,61379 1,62 HZ2tb(A/cm) 14,9 ? 15,3 Hz 2tb = =15,0517[A/cm] Cường độ từ trường trên răng rôto: Hz2 = (2.63) Hz2 = [ A/cm] 55.Sức từ động trên răng rôto: FZ 2 = 2.h’Z 2 .HZ 2 [A] (2.64) Trong đó: h’Z 2 = hr 2 = 32,8 mm =3,28 cm (tính ở mục 46); HZ 2 = 24,0675 A/cm (tính ở mục 55). FZ 2 = 2.3,28.24,0675 = 157,883 [ A] 56.Hệ số bão hoà răng: (2.65) Trong đó: =1328,85 (tính ở mục 50); FZ1= 169,39 (tính ở mục 52); FZ2 = 157,883 A/cm (tính ở mục 56). giá trị này nằm trong khoảng (1,21,5). 57.Mật độ từ thông trên gông stato: (2.66) Trong đó: - mật độ từ thông khe hở không khí (tính ở mục 25); (tính ở mục 32). 58.Cường độ từ trường trên gông stato: Tra theo bảng V-9 ở phụ lục V sách “TKMĐ” ta có : Bg1(T) 1,41 1,41897 1,42 Hg1(A/cm) 6,75 ? 6,95 59.Chiều dài mạch từ ở gông stato: (2.67) 60.Sức từ động trên gông stato: =1.30,9813.6,92944=214,683 [A] (2.68) Trong đó: (tính ở mục 60); (tính ở mục 59); =1 là hệ số để xác định sức từ động ở gông stato và rôto. 61. Mật độ từ thông ở gông rôto: T (2.69) Trong đó: hg2=6,02 cm (tính ở mục 46); l2=23,5 cm (tính ở mục 37). 62.Cường độ từ trường trên gông rôto: Tra theo bảng V-9 phụ lục V sách “TKMĐ” ta có Bg1(T) 0,97 0,977 0,98 Hg1(A/cm) 2,6 ? 2,65 Hg2=A/cm 63.Chiều dài đường đi của từ thông ở phần gông rôto : cm (2.70) Trong đó: hg2 = 6,02 cm (tính ở mục 47); Dt = 8,9 cm là đường kính trục rôto (tính ở mục 36). 64.Sức từ động ở gông rôto: 65.Sức từ động tổng mạch từ: (2.71) Trong đó: Fd =1328,85 A (tính ở mục 50); FZ1=169,39 A (tính ở mục 52); FZ2 = 157,883 A (tính ở mục 56); Fg1=214,683 A (tính ở mục 61); Fg2=41,8424 A (tính ở mục 65). F=1328,85+169,39+157,883+214,683+30,861902 A 66.Hệ số bão hoà mạch từ: (2.72) 67.Dòng điện từ hoá lõi thép: (2.73) Trong đó: w1=40 vòng (tính ở mục 12); kdq1=0,925 (tính ở mục 15). Dòng điện từ hoá phần trăm: (2.74) 2.5.Tham số của động cơ điện ở chế độ định mức 2.5.1.Tìm hiểu về tham số của động cơ điện Những tham số chủ yếu của máy điện là điện trở và điện kháng.Điện kháng được xác định bởi trị số từ thông móc vòng (gồm từ thông móc vòng cảm ứng tương hỗ và từ thông móc vòng tản từ) trên đơn vị dòng điện và tần số. Từ điện trở để xác định được các tổn hao của dây quấn máy điện ở chế độ làm việc ổn định và quá trình quá độ .Trong thiết kế máyđiện thì việc xác định điện trở và điện kháng của ._.