Luận văn Thiết kế động cơ không đồng bộ roto dây quấn

Lời nói đầu Hiện nay đất nước ta đang tiến lên thời kỳ công nghiệp hoá hiện đại hoá với mục đích tiến kịp và hội nhập vào nền kinh tế của các nước trong khu vực và trên thế giới.Như ta đã biết ngành công nghiệp năng lượng chiếm một vị trí rất quan trọng trong sự phát triển của nền kinh tế đất nước. Do đó ngành chế tạo máy điện đòi hỏi phải luôn đi trước một 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 yêu cầu của đề ra. Trong quá trình thiết kế em đã được thầy Nguyễn Trung Cư chỉ dẫn tận tình , em xin chân thành cảm ơn thầy. Trong thời gian ngắn, với kiến thức học được trên lóp trong đồ án này không tránh khỏi những sai sót, em mong sự thông cảm và ý kiến đánh giá của thầy và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn. Hà Nội, ngày 09 tháng 03 năm 2005 Phần Thiết kế động cơ điện Chương I: Tính toán kích thước chủ yếu. Xác định chiều dài đường kính D,chiều dài l( : Yêu cầu có kích thước để máy được chế tạo tinh tế nhất và tính năng phù hợp với tiêu chuẩn. Theo công thức: CA =
=
( Hằng số máy điện) + p:số đôi cực với n=1000v/p: p=

=
=5 (2p=10 Với P = 75 (Kw) và 2p = 10 ta chọn Kd = 0,74 ( 0,77 + Dn:là đường kính ngoài của lõi sắt Stato.Dn có quan hệ mật thiết với kết cấu máy, cấp cách điện và chiều cao tâm trục h đã chuẩn hoá.Vì vậy thường chọn Dn theo h và từ đó tính ngược lại D. Với công suất cho Pđm=75(kw)tra bảng IV.1(tr601)sách thiết kế máy điện .Dãy công suất chiều cao tâm trục của động cơ điện không đồng bộ Rôto dây quân kiểu IP23 theo TCVN-1987-94 cấp cách điện B ta có: h=320(mm) Với chiều cao h=320(mm) qua bảng 10.3 chọn : Dn = 60(cm) + D: đường kính trong của lõi sắt Stato, giữa hai đường kính trong và ngoài của lõi sắt Stato có một quan hệ nhất định: KD=
Tra bảng 10.2(tr230) trong sách“TKMĐ” ta có: kD = 0,74 ( 0,77 (D=kD.Dn=(0,74(0,77).60 = 44,4(46,2(cm) Chọn D=44,4(cm) + P’ công suất tính toán:P’=
Với Pđm=75(kw),từ bảng 10.1(tr228)Sách thiết kế máy điện máy điện ta có (=92(;cos(=0,8 ;theo hình 10.2 (tr 231) trong ” TKMĐ” ta có trị số kE=0,95. Vậy P’=
=96,8(kw) +Chọn A và B(:A là tải đường đặc trưng cho mạch điện; B( là mật độ từ thông ( khe hở không khí đặc trưng cho mạch từ.Việc chọn A và B( ảnh hưởng rất nhiều đến kích thước chủ yếu D và l . A, B( được chọn phụ thuộc nhiều vào vật liệu. Nếu dùng vật liệu sắt từ tốt (tổn hao thấp hay độ từ thẩm cao), thì chọn B( lớn.Trong máy điện không đồng bộ thì tỉ số
ảnh hưởng rất lớn đến kích thước máy điện, đặc tính khởi động cũng như đặc tính làm việc của máy điện. Dùng dây đồng có cấp cách điện cao cấp B nhiệt độ cho phép là 1300 có thể chọn A lớn. Với h=320(mm); Dn = 60 (cm); 2p = 10 và kiểu bảo vệ IP23 từ bảng 10.3(tr234)sách “TKMĐ” ta chọn A = 405 (A/cm) và B( = 0,85 (T) . Với a5 là hệ số cụm cực từ lấy
; k( là hệ số sóng lấy
;chọn D=44,4(cm). +Vậy chiều dài lõi sắt là: l(=
=
=21,6(cm) . Lay l’( = l1=22(cm) 2. Bước cực :( =
=
=13,9(cm) 3. Lập phương án so sánh : ( =
=
=1,65 Theo hình 10.3b (tr235)sách “TKMĐ” thì để thiết kế chế tạo máy có tính năng tốt và tính kinh tế cao thì ( nằm trong phạm vi cho phép. Với 2p = 10, h ( 250 (mm),kiểu bảo vệ IP23 ;đối chiếu với Hình 10-3b(tr235Sách TKMĐ) ta chọn phương án này là hợp lý . 4. Dòng điện định mức: I1đm =
=
=154,4(A) Chương II. Dây quấn, rãnh Stato và khe hở không khí. Theo đâu bài :máy có P=75Kw ,tốc độ n=600v/p, ta chọn số cực q =3 ; số rãnh Z1=2.m.p.q=2.3.5.3=90 rãnh. 6.Bước rãnh Stato: t1 =
=
=1,55(cm) 7. Số thanh dẫn tác dụng trong một rãnh: Chọn số mạch nhánh song song là: a = 5(do a là ươc của số cực) Ta có : ur1 =
=
=20,35 Lấy ur1=20vòng (lấy số nguyên chẵn do ta chọn dây quấn 2 lơp 8. Số vòng dây nối tiếp của 1 pha: W1 =
=
=60(vòng) 9. Kiểu dây quấn :h=320>280 nên dùng dây quân 2lớp phần tử cứng đăt vào 1/2 rãnh. chọn dây quấn hai lớp bước ngắn với y=12
( =
=
=0,86(Với ( tra bảng 10.4 tr239 sách “TKMĐ”)
10. Hệ số dây quấn:

Ta tính : ky1=sin(
=sin
=0,976
kr1=
=
=0,96
Trong đó (=
=
=20
Vậy ta có: kd1 =ky1.kr1 =0,976.0,96 =0,937 11. Từ thông khe hở không khí: ( =
=
=0,016(Wb) 12. Mật độ từ thông khe hở không khí: B( =
=0,8175(T) 13. Chiều rộng của răng Stato nơi nhỏ nhất: bz1min =
=
=0,7(cm) Trong đó theo bảng 10-5c trang 241 sách “TKMĐ” lấy Bz1max=1,9(T).Chọn loĩ săt stato làm bằng thép KTĐ dày 0,5mm, chọn tôn silic 2312 không phủ sơn ,hệ số ép chặt kc=0,95. 14.Chiều rộng rãnh hìng chữ nhật(sơ bộ): br1 =t1- bz1min =1,55 - 0,7=0,85(cm) 15. Tiết diện dây (sơ bộ): Theo hình 10-4e(tr237 sách “TKMĐ”)ta có trị số: AJ =1950(A2/cm.mm2) Ta tính được : J1=
=
=4,44(A2/mm2) Chọn bốn sợi ghép song song n1=4.Vậy tiết diện mỗi sợi dây : s’1 =
=
=1,6(mm2) s =1,6 , đường kính dây d=1,4 thoả mãn 16. Kích thước rãnh stato và sự điền đầy rãnh như hình và bảng sau: Các mục Kích thước rãnh,mm Chiều rộng Chiều cao - Dây dẫn KSDKT của Nga cỡ: 2,26.4=9,04 1,12.20=22,4
(tra bảng VI.2 trang 620 và bảng VII.b) -Cách điện rãnh(bảng VIII.5) 2,2 4,5 không kể dung sai. -Kích thước rãnh trừ nêm 11,24 31,9 Chiều cao miệng rãnh 1mm; chiều cao nêm=3mm;chiều cao cách điện lót giữa nêm và dây=1mm ta có: + tổng chiều sâu rãnh:4,5+22.4+3+1+1=31,9mm + h =26,9+0,3+3+1=31,2mm Rãnh Stato 17.Mật độ dòng điện dây quấn stato: J1 =
=
=4,75.106(A/mm2) 18. Khe hở không khí : do p=75kw >20kw nên : ( =
=
=0,703(mm) Chọn ( =0,7 mm 19.Đường kính ngoài của Rôto: D’ =D - 2( = 44,4 – 2.0,7 =44,26(cm) 20.Chiều dài lõi sắt Rôto: l2 = l1 + 0,5 =22 + 0,5 =22,5(cm) 21.Số rãnh của Rôto: Z2 =2p.m.q2 =12.3.4 =120 rãnh   để giảm điện kháng roto chọn Z2>Z1=>q2>q1lấy q2=4 22. Bước răng Rôto: t2 =
=
=1,158(cm) 23. Dùng dây quấn kiểu thanh dẫn : Số vòng dây của một pha Rôto; W2=2p.q2 =10.4 =40 24.Điện áp trên vành trược lúc không tải: U2 =
=
=254,03(V) 25. Dòng điện trong thanh dẫn roto: I2 =k1.I1.(1=0,85.154,4.1,467=192,53(A) Trong đó: + K1 là hệ số phụ thuộc vào cos( của máy, qua hình 10-5(tr244 sách “TKMĐ”) ta có K1= 0,85. + Kd1: hệ số dây quấn Stato, Kd1= 0,937 kđ2 = kr2=
=
=0,958 (Với N =4.) Vậy ta có : V1=
=
=1,467 26. Tiết diện thanh dẫn Rôto; s’2 =
=
=33,78(mm2) Trong đó ta chọn kiểu dây quấn xếp 2 lơp J2=5,7(mm2) 27.Kích thước rãnh Rôto: Sơ bộ lấy chiều rộng rãnh = (0,4~0,45)t br2 =0,4.t2 =0,4.11,58 =4,632(mm) Chọn thanh dẫn : a = 3,55(mm) , b =9,5(mm) với tiết diện s2=33,18(mm2)(tra bảng VI.2 tr622,623-“TKMĐ”) 28. Mật độ dòng điện Rôto: J2 =
=
=5,802(mm2) 29.Kích thước rãnh Rôto và sự điền đầy rãnh: Các mục Kích thước rãnh,mm Chiều rộng Chiều cao -Thanh dẫn bằng đồng : 3,55 9,5.2=19 3,55.9,5 mm2 -Cách điện rãnh :2 lớp 1,7 4,0 -Kích thước rãnh không kể nêm 5,25 23 và dung sai: 30. Đường kính trong Rôto: D2 ( 0,3.D =0,3.44,4 = 13,32(cm) Lấy D2 =14 (cm) Trong gông Rôto có một dãy lỗ thông gió dọc trục có đường kính lỗ dg2 =30(mm) Chương III: Tính toán mạch từ. 31. Mật độ từ thông trên răng stato: Bz1max=
1,9(T) Bz1min=
1,45(T) Bz1tb=
1,675(T) Trong đó bz1min=t1 – br1 =1,55 - 0,85 =0,7(cm) bz1max=
0,92(cm) 32. Mật độ từ thông trên răng Rôto: Bz2max=
(T) Bz2min=
(T) Bz2tb=
(T) ở đây :bz2min=
(cm) bz2max=
(cm) 33. Mật độ từ thông trên gông Stato: Bg1=
(T) Trongđó: h’g1=

(cm) 34.Mật độ từ thông gông Rôto: Bg2=
(T) Trongđó h’g2=

(cm) với dg2=3cm :đường kính lỗ thông gió dọc trục. 35. Sức từ động khe hở không khí: F(=1,6B(k(.(.104=1,6.0,8175.1,1856.0,07.104=1085,5(A) Trong đó : k(=k(1.k(2=1,14.1,04= 1,1856 k(1=
(1=
k(1=
(2=
36. Sức từ động trên răng Stato: Fz1=2hz1Hz1=2.3,12.20,27=126,48(A) ở đây: Hz1=
(Hz1max+Hz1min+4Hz1tb) =
(41,6+10+4.17,5)=20,27(A/cm) Với Bz1max=1,9(T);Bz1tb=1,675(T);Bz1min=1,45(T).do chọn tôn silic2312 nên: Theo phụ lục V-6(tr608 sách “TKMD”)ta có: Hz1max=41,6(A/cm);Hz1tb=17,5(A/cm);Hz1min=10(A/cm) 37. Sức từ động trên răng Rôto: Fz2=2hz2Hz2=2.2,68.3,52=18,86(A) ở đây :Hz2=
(Hz2max+Hz2min+4Hz2tb) =
(4,09+3,16+4.3,47)=3,52(A/cm) với Bz2max=0,96(T);Bz2tb=0,905(T);Bz2min=0,85(T) Theo phụ lục V-6(tr608)ta có: Hz2max=4,09(A/cm);Hz2tb=3,47(A/cm);Hz2min=3,16(A/cm 38. Hệ số bão hoà răng: kz=
39. Sức từ động trên gông Rôto: Fg1=Lg1Hg1=16,3.2,95=34,91(A) ở đây: Lg1=
(cm) với Bg1=0,82(T),theo phụ lục V-9(tr611 sách “TKMĐ”) ta có: Hg1=2,01(A/cm) 40. Sức từ động trên gông Rôto: Fg2=Lg2Hg2=7,85.0,89=6,9865(cm) ở đây : Lg2=
(cm) Với Bg2=0,4(T),theo phụ lục V-9(tr611 sách”TKMĐ”) Ta có: Hg2=0,89(A/cm) 41. Tổng sức từ động toàn mạch : F=F(+Fz1+Fz2+Fg1+Fg2 =1085,5+126,48+18,86+34,91+7,85=1273,6(A) 42. Hệ số bão hoà toàn mạch: k(=
43. Dòng điện từ hoá: I(=
I(*=
Chương IV: Tính toán tham số. 44. Chiều dài phần đầu nối của dây quấn Stato: ld1=kd1(y+2B=1,9.19,895+2.1=39,8(cm) trong đố :(y=
tra bảng (3.4) ta có :kd1=1,9;kf1 = 0,72;B=1(cm) 45.Chiều dài trung bình nửa vòng dây của dây quấn Stato: ltb=l1+ld1=22+39,8 = 61,8(cm) 46.Chiều dài dây quấn một pha của Stato: L1=2l1tbW110-2=2.61,8.60.10-2 = 74,16(m) 47. Chiều dài phần đầu nối với dây quấn phần tử mền của Stato: f1=kf1(y+B=0,72.19,895+1=15,364(cm) 48.Điện trở Stato: r1=(75

r1*=r1
.
=0,0495.
=0,035 49.Chiều dài trung bình nửa vòng dây Rôto: ltb2=l2+ld2=22,5+17,64 = 40,14(cm) trong đó : ld2=kd2.(y+2B=1,15.13,6+2.1= 17,64 (cm) với (y=
tra bảng (3.5)kd2=1,15;B=1(cm) 50. Điện trở Rôto: r2= (75
=
trong đó :L2=2ltb2w210-2=2.40,14.40.10-2 = 32,112(m) 51.Điện trở Rôto đã qui đổi : r2’=(.r2=2,154.0,0223=0,0474 trong đó hệ số qui đổi (=
r2’*=r2’.
=
52. Hệ số từ tản rãnh Stato: (r1=

trong đó theo phụ lục VIII-5 về cách điện rãnh : h5=
h3=3(mm);h2=
h1=29,9 – 2.0,4 = 29,1(mm) h41=1(mm),b41=6,28(mm) k’(=
k(=
53.Hệ số từ tản phần đầu nối Stato: (đ1=
54.Từ tản tập Stato: (t1=
trong đó kt1=
55. Điện kháng Stato: x1=
=

56.Từ tản rãnh Rôto: (r2=
=
trong đó h5=
(theo cách điện ở phụ lục VIII-10) h2=
,h3=2,5(mm) h1=23,3-2.1,2 = 20,9(mm) h4=1(mm);b4=1,5(mm);br=5,55(mm) k(=k’(=1 57. Từ tản đầu nối Rôto: (đ2=
58. Từ tản tạp Rôto: (t2=
ở đây :kt2=
59.Điện kháng tản Rôto: x2=
=
(() 60.Điện kháng tản Rôto đã qui đổi : x2’=(.x’2=2,154.0,068=0,146(() x’2*=x’2
61.Điện kháng từ hoá : x12=
x12*=x12.
62. Điện trở từ hoá: r12=
r12*=r12.
=
Chương V. Tính toán tổn hao. 63.Tổn hao sắt chính: PFe=
=
ở đây :p1/50=2,5(W/kg) ; (=1,4 ; kg=1,6 ; kz=1,8 Gg1=((Dn-hg1)hg1l1kc(Fe.10-3= =((60-4,68).4,68.22.0,95.7,8.10-3= 132,5(kg) Gz1=hz1bz1tbZ1l1kc(Fe.10-3= =3,12.1,081.90.22.0,95.7,8.10-3=37,08(kg) trong đó :bz1tb=
64. Tổn hao bề mặt : Pbm=pbm2(t2-b42)Z2l2= =244,2(1,158-0,15).120.2,25. = 66,5(W) ở đây : pbm2=0,5kz.
=
B0=(02k(B(=0,3.1,1856.0,8175=0,3 tra theo bảng 6-1 =0,3 khi b41/10=3,76/0,7=5,37 65. Tổn hao đập mạch: Pđm=
=
ở đây :bz2tb=
Bđm2=
Gz2=hz2bz2tbZ2l2kc(Fe.10-3= =2,68.1,075.120.22,5.0,95.7,8.10-3=57,64(kg) 66.Tổn hao sắt phụ: PFef=Pđm+Pbm=302,9+75,6169=578,5169(w) 67. Tổn hao cơ: đối với máy điện không đồng bộ kiểu bảo vệ IP23 khi có rãnh thông gió hướng kính ta có: Pcơ=kcơ.
vpí Kcơ= ( ng+11) chọn ng=0 68.Tổn hao ma sát trên vành trược : Pms=9,81.kms(ms(vvv= =9,81.0,16..17.57,6.6,28=96,52(w) trong đó lấy kms=0,16;(ms=0,17(kg/cm2) Lấy mật độ dòng điện trong chổi than Jt=12(A/cm2) thì tiết diện chổi than là : St’=
Theo phụ lục vẽ chổi than với lt=20(mm);bt=32(mm) thì số chổi than trên một vành trược bằng :nt=
,chọn nt=3 Mật độ dòng điện trên chổi than Jt=
Tiết diện tiễpúc trên cả 3 vành trược : St=btltntm2=2.3,2.3.3=57,6cm2) Với đường kính vành trược là Dv=20(cm) thì tốc độ đường bề mặt rãnh trược bằng : Vv=
69.Tổn hao không tải: P0=PFe+PFèf+Pcơ+Pms = 577+378,5169+347+96,52=1399(W) 70. Tổn hao phụ: Pf=
71. Dòng điện không tải : I0=
Trong đó:I0r=
I0x=I(=41,95(A) 72. Hệ số công suất lúc không tải : cos(=
Chương VI. Đặc tính làm việc. r1=0,0495( x1=0,198( x12=4,7 ( r’2=0,0474( x’2=0,146 C1=

I02=
Sm=
E1=U-I(x1=220-41,95.0,0495=217,92(V) I’2=
Sdm=
Với sm=0,14 ta có: rns=
Xns=
I2m=
mmax=
ở đây :P2=75(KW);I1đm=154,4(A);(=92%;cos(=0,8 Bảng đặc tính làm việc của động cơ Rôto dây quấn với P2=75KW,U1=220/380V,2p=10 STT  S  Đơn vị  0,005  0,01  0,02  0,03  0,035  0,04   1  rnS =
 (  10,3  5,2  2,62  1,77  1,52  1,34   2 
 (  0,36  0,36  0,36  0,36  0,36  0,36   3 
 (  10,31  5,22  2,64  1,806  1,562  1,39   4 
 A  21,3  42,14  83,3  122,22  140,85  158,3   5 
  0,999  0,992  0,98  0,98  0,973  0,964    0,041  0,081  0,16  0,23  0,26  0,3   6 
  0,03  0,069  0,136  0,199  0,23  0,26   7 
 A  22,74  42,6  81,65  117,26  133,84  148,77   8 
 A  42,56  44,74  52,82  65,3  73,03  81,45   9 
 A  48,3  61,7  97,2  134,2  152,47  169,6   10 
  0,47  0,69  0,84  0,87  0,88  0,88   11  P1=3U1.I1r .10-3  Kw  15  28,1  53,8  77,4  88,33  98,2   12  PCu1=3.r1.I21.10-3  Kw  0,346  0,565  1,403  2,67  3,45  4,27   13  PCu2=3.r’2.I2’2 .10-3  Kw  0,065  0,253  0,987  2,12  2,82  3,56   14  Po=PFe+Pcơ  Kw  0,797  0,797  0,797  0,797  0,797  0,797   15  Pf=0,005.p1  Kw  0,075  0,14  0,27  0,387  0,44  0,491   16  (P = PCu1+PCu2+Pf+P0  Kw  1,283  1,755  3,457  5,974  7,5  9,118   17  P2=P1-(P  Kw  13,717  26,345  50,343  56,423  68,5  74,403   18 
  0,9  0,93  0,93  0,92  0,89  0,87   MụC LụC tr Lời mở đầu 1 Phần Thiết kế động cơ điện 2 Chương I: Tính toán kích thước chủ yếu. 2 Chương II. Dây quấn, rãnh Stato và khe hở không khí 6 Chương III: Tính toán mạch từ 13 Chương IV. Tính toán tham số 17 Chương V. Tính toán tổn hao. 22 Chương VI. Đặc tính làm việc. 26