Đồ án thiết kế máy điện: Thiết kế động KĐB pha roto lồng sóc Lời mở đầu Trong xã hội ngày , lượng điện ngày phát triển sử dụng rộng rãi Tốc độ phát triển sản xuất công nông nghiệp đòi hỏi tốc độ tương ứng ngành công nghiệp điện lực Thường tốc độ phát triển cao khoảng 20% tốc độ phát triển sản xuất , đòi hỏi ngành chế tạo máy điện cần phải có yêu cầu cao Trong loại máy điện , máy điện không đồng kết cấu đơn giản , làm việc chắn , sử dụng bảo quản thuận tiện , giá thành rẻ nên sử dụng rộng rãi kinh tế quốc dân Máy điện không đồng chủ yếu sử dụng chế độ động , bao gồm động điện không đồng rôto dây quấn động điện không đồng roto lồng sóc Động điện rôto lồng sóc có cấu tạo đơn giản , chắn ,rẻ tiền nên chiếm tỉ lệ lớn loại động điện công suất nhỏ trung bình Tuy nhiên có nhược điểm điều chỉnh tốc độ khó khăn chế tạo thành loại nhiều tốc độ Thiết kế động điện không đồng rôto lồng sóc cần thiết nhằm đáp ứng đòi hỏi kinh tế , tạo phù hợp với điều kiện cụ thể nước ta Đăc biệt vô quan trọng sinh viên ngành điện Qua việc thiết kế làm phong phú kho tri thức vả tích luỹ thêm nhiều kinh nghiệm thực tiễn Với hướng dẫn tận tình thầy cô môn nguồn động viên vô to lớn giúp em hoàn thành đồ án môn học Đồ án môn học Thiết kế động điện không đồng rôto lồng sóc gồm 10 phần Phần : Xác định kích thước chủ yếu Phần : Tính toán dây quấn,lõi sắt stato khe hở không khí Phần : Tính toán dây quấn lõi sắt rôto Phần : Tính toán mạch từ Phần : Tính toán tham số động chế độ định mức Phần : Tổn hao Sinh viên thực : Mã Quang Hữu SHSV:20091413 Đồ án thiết kế máy điện: Thiết kế động KĐB pha roto lồng sóc Phần : Tính toán đặc tính làm việc Phần : Tính toán đặc tính mở máy Phần : Tính toán nhiệt Phần 10: Tính tiêu trọng lượng Trong trình tính toán thiết kế , kinh nghiệm nên chắn em không tránh khỏi sai sót , mong thầy bỏ qua cho em Em xin chân thành cảm ơn thầy Triệu Việt Linh tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án môn học Sinh viên : Mã Quang Hữu Sinh viên thực : Mã Quang Hữu SHSV:20091413 Đồ án thiết kế máy điện: Thiết kế động KĐB pha roto lồng sóc Phần 1: Xác định kích thước chủ yếu I Những trị số định mức Khi thiết kế máy điện không đồng cần phải biết trị số định mức phương thức làm việc máy Những số liệu gồm có: - Công suất định mức đầu trục Pđm= 1,5 kw - Điện áp định mức Uđm= 380/220 V Nối Y/ - Tần số định mức f1 = 50 Hz -Số đôi cực 2p=6 -Máy kiểu kín , làm việc liên tục -Hiệu suất định mức  = 0,77 -Hệ số cos  = 0,73 -Cách điện cấp E -Tỉ số momen mở máy momen định mức: / =2,2 -Tỉ số momen khởi động momen định mức: / =1,0 -Tỉ số dòng khởi động dòng định mức: / =5,5 Ngoài tham số ta cần biết thêm: Tốc độ đồng bộ: n1 = = 1000 (vòng/phút) = Dòng điện pha định mức I1 =   = = 4,04 (A) Đường kính stato Theo TCVN 1987-1994 với động điện không đồng rô to lồng sóc có công suất 1,5kW, tốc độ 1000vòng/phút chiều cao tâm trục h = 90mm Theo bảng 10.3 (trang 230) ta chọn đường kính stato: Sinh viên thực : Mã Quang Hữu SHSV:20091413 Đồ án thiết kế máy điện: Thiết kế động KĐB pha roto lồng sóc Dn = 14,9 cm Đường kính stato Với 2p=4, theo bảng 10.2 (trang 230) ta có: D = (0,7 ÷ 0,72).Dn = (0,7 ÷ 0,72).14,9 = 10,43 ÷ 10,73 (cm) Chọn D=10,5 cm Công suất tính toán = đ đ = đ = 2,5 (kVA) với kE tỉ số E U,tra hình 10-2 (trang 231) Bước cực = = = 5,5 (cm) Chiều dài tính toán lõi sắt stato Từ hình 10-3a (trang 233),với Dn = 14,9 cm 2p = ta chọn: tải đường: A = 240 (A/cm) mật độ từ thông khe hở không khí: B = 0,85 (T) Sơ chọn hệ số: Hệ số cung từ:  = 0,64 Hệ số sóng: ks = 1,11 Hệ số dây quấn: kd = 0,96 Chiều dài tính toán lõi sắt stato: l =   = = 9,94 (cm) lấy l = 10 cm chiều dài lõi sắt stato roto: l1 = l2 = l = 10 cm Lập phương án so sánh Hệ số  =  = = 1,81  Trong dãy động không đồng công suất 1,5kW, 2p=6 có đường kính với máy có công suất 1,1kW, 2p=6 Hệ số tăng công suất máy: = = 0,73 Sinh viên thực : Mã Quang Hữu SHSV:20091413 Đồ án thiết kế máy điện: Thiết kế động KĐB pha roto lồng sóc Do  máy 1,1kW là: 1,1 = .1,5 = 0,73.1.81 = 1,32 Theo hình 10-3b (trang 235) hệ số 1,1 1,5 nằm phạm vi kinh tế → Việc lựa chọn phương án hợp lý Sinh viên thực : Mã Quang Hữu SHSV:20091413 Đồ án thiết kế máy điện: Thiết kế động KĐB pha roto lồng sóc Phần : Dây quấn, lõi sắt stato khe hở không khí  Dây quấn stato Số rãnh stato Z1 = 2.m.p.q1 = 2.3.3.2 = 36 (rãnh) đó: m = số pha chọn q1 = số rãnh pha cực 10 Bước rãnh stato t1 = = = 0,92 (cm) 11 Số mạch nhánh song song: chọn a1 = 12 Số dẫn tác dụng rãnh ur1 =  55 = 13 Số vòng dây nối tiếp pha w1 = = 330 (vòng) = 14 Tiết diện đường kính dây dẫn Theo hình 10-4 (trang 237), tích số A.J = 1750 (A2/cm.mm2) Mật độ dòng điện sơ bộ: = = 7,3 (A/mm2) = Tiết diện dây sơ = = = 0,553 (mm2) n1=1 số sợi ghép song song Theo phụ lục VI (trang 618): S1 = 0,567 mm2 Dây dẫn Nga PETV: d/dcd = 0,85/0,915 mm Tính lại mật độ dòng điện với dây dẫn có S1 = 0,567 mm2 J1 = sai số J1 = %J1 = = 7,13 (A/mm2) = 2,32% < 5% (chấp nhận được) 15 Kiểu dây quấn Chọn dây quấn lớp bước đủ, đồng tâm Sinh viên thực : Mã Quang Hữu SHSV:20091413 Đồ án thiết kế máy điện: Thiết kế động KĐB pha roto lồng sóc kdq1= 0,96 16 Từ thông khe hở không khí = = 2,925.10-3 (Wb) = 17 Mật độ từ thông khe hở không khí B =     = = 0,83 (T) 18.Tải đường A= = sai số A %A = = 242,62 (A/cm) = 1,1% 2,2 SHSV:20091413 24 Đồ án thiết kế máy điện: Thiết kế động KĐB pha roto lồng sóc Phần : Đặc tính khởi động  Tham số động xét đến hiệu ứng mặt với s = 84 Chiều cao tương đối rãnh:  = 0,067.a.√ = 0,067.14,5.1 = 0,97 đó: a = - h42 = 15 – 0,5 = 14,5 (mm) Theo hình 10-13 (trang 256) ta có hệ số:  = 0,96  = 0,15 kR = +  = + 0,15 = 1,15 85 Điện trở dẫn xét đến hiệu ứng mặt rtd = kR.rtd = 1,15 0,64 = 0,736.10-4 () 86 Điện trở rôto xét đến hiệu ứng mặt với s = r2 = rtd +  = 0,736.10-4 + = 0,782.10-4 ()  quy đổi:  = .r2 = 43012.0,782.10-4 = 3,36 () 87 Hệ số từ rãnh rôto xét đến hiệu ứng mặt với s =  =[ (1 - =[ (1 -  )2 + 0,66 – )2 + 0,66 - ]. + ].0,96 + = 1,418 88 Tổng hệ số từ dẫn rôto xét đến hiệu ứng mặt với s = 2 =   +  +  +  = 1,418 + 3,474 + 0,176 + 1,074 = 6,142 89 Điện kháng rôto xét đến hiệu ứng mặt   =    = 8,688  = 10,45 () 90 Tổng trở ngắn mạch xét đến hiệu ứng mặt với s = rn = r1 +   = 5,5 + 3,36 = 8,86 ()  xn = x1 + Zn = √   = 4,44 + 10,45 = 14,89 ()  = 17,33 () 91 Dòng điện ngắn mạch xét đến hiệu ứng mặt In =  = = 12,69 (A)  Tham số động xét hiệu ứng mặt bão hòa mạch từ tản Sinh viên thực : Mã Quang Hữu SHSV:20091413 25 Đồ án thiết kế máy điện: Thiết kế động KĐB pha roto lồng sóc Sơ chọn hệ số bão hòa: kbh = 1,2 92 Sơ xác định dòng điện ngắn mạch xét đến hiệu ứng mặt bão hòa mạch từ tản Inbh = kbh.In = 1,2.12,69 = 15,23 (A) 93 Sức từ động trung bình rãnh ` Fztb = 0,7  = 0,7 .(k + ky.kd ) (1 +1 0,96 ) = 1310,1 (A) 94 Mật độ từ thông quy đổi khe hở không khí B =  = = 2,437 (T) đó: Cbh = 0,64 + 2,5.√  = 0,64 + 2,5.√ = 0,96 95 Hệ số đặc trưng cho tỉ số từ thông tản xét đến bão hòa không bão hòa Với B = 4,898 (T), theo hình 10-15 (trang 260) ta có:  = 0,8 96 Sự biến đổi tương đương rãnh hở tính toán từ thông tản bão hòa stato C1 = (t1 – b41).(1 - ) = (0,92 – 0,25).(1 – 0,8) =0,134 97 Hệ số từ dẫn rãnh stato xét đến bão hòa rbh = = đó: h3 = = 0,205 = = 2,5 (mm) = 0,25 (cm) 98 Hệ số từ dẫn rãnh stato r1bh =  - rbh = 1,054 – 0,205 = 0,849 99 Do bão hòa vùng nên hệ số từ dẫn tạp giảm xuống t1bh =   = 1,87.0,8 = 1,496 100 Tổng hệ số từ tản stato xét đến bão hòa mạch từ tản là: 1bh = r1bh + t1bh +  = 0,849 + 1,496 + 0,175 = 2,52 101 Điện kháng stato xét đến bão hòa mạch từ tản Sinh viên thực : Mã Quang Hữu SHSV:20091413 26 Đồ án thiết kế máy điện: Thiết kế động KĐB pha roto lồng sóc  x1bh = x1 = 4,44  = 3,61 () 102 Sự biến đổi tương đương miệng rãnh rôto xét đến bão hòa mạch từ tản hiệu ứng mặt C2 = (t2 – b42).(1 - ) = (1,17 – 0,1).(1 – 0,8) = 0,214 103 Hệ số từ dẫn rãnh rôto xét đến bão hòa mạch từ tản hiệu ứng mặt 2bh = = = 0,088 104 Hệ số từ dẫn tản rãnh rôto xét đến hiệu ứng mặt bão hòa mạch từ tản  =   - 2bh = 1,418 – 0,088 = 1,33 105 Hệ số từ dẫn tản tạp rãnh rôto xét đến hiệu ứng mặt bão hòa mạch từ tản  =   = 3,474.0,8 = 2,779 106 Hệ số từ tản rãnh nghiêng rôto xét đến hiệu ứng mặt bão hòa mạch từ tản  =   = 1,074.0,8 = 0,859 107 Tổng hệ số từ tản rôto xét đến hiệu ứng mặt bão hòa mạch từ tản 2bh =  + + + = 1,33 + 2,779 + 0,176 + 0,859 = 5,144 108 Điện kháng rôto xét đến hiệu ứng mặt bão hòa mạch từ tản   =     = 8,688 = 8,753() 109 Các tham số ngắn mạch xét đến hiệu ứng dòng điện mặt bão hòa mạch từ tản rn = r1 +   = 5,5 + 3,36 = 8,86 () xn = x1bh +  Zn = √  = 3,61 + 8,735 = 12,345 ()    =√ = 15,195 () 110 Dòng điện khởi động (dòng điện ngắn mạch) Ik = Inbh =  = = 14,48 (A) Sinh viên thực : Mã Quang Hữu SHSV:20091413 27 Đồ án thiết kế máy điện: Thiết kế động KĐB pha roto lồng sóc Sai số Inbh: %Inbh = = 5,2% < 10% (trang 263)  không cần phải giả thiết lại Inbh 111 Bội số dòng điện khởi động ik = = = 3,58 < 5,5 Điện kháng hỗ cảm xét đến bão hòa: x12n = x12.k = 78,27.1,6 = 125,23 ()  C2bh = + =   =1+ = = 1,070 = 13,53 (A) 112 Bội số momen khởi động  mk = ( ) (   ).sđm =( )2.( Sinh viên thực : Mã Quang Hữu ).0,046 = 1,09 > SHSV:20091413 28 Đồ án thiết kế máy điện: Thiết kế động KĐB pha roto lồng sóc Phần : Tính toán nhiệt 113 Các nguồn nhiệt sơ đồ thay nhiệt bao gồm Tổn hao đồng stato: QCu1 = PCu1 + 0,5.Pf = 0,247 + 0,5.0,010 = 0,297 (kW) = 297 (W) Tổn hao sắt stato: QFe = = 0,050 (kW) = 50 (W) Tổn hao rôto: QR = PCu2 + 0,5.Pf + Pcơ + Pbm + Pđm = 0,076 + 0,5.0,010 + 0,049 + 2,1.10-3 + 2.10-4 = 0,132 (kW) = 132 (W) 114 Nhiệt trở mặt lõi sắt stato RFe = +  = (  +  )= ( + ) = 0,042 (oC/W) Trong đó: SDn: Diện tích bề mặt truyền nhiệt gông, lấy diện tích bề mặt hình trụ lõi sắt stato: Sg1 = SDn = Dn.l1 = 14,9.10 = 467,86 (cm2) g: Hệ số tản nhiệt g =  = 0,306 (W/cm2.oC) = Với Fe: Hệ số dẫn nhiệt thép kỹ thuật điện, với lượng silic trung bình tra bảng 8.2 (trang 170) Fe = 30.10-2 (W/cm.oC)  : Hệ số truyền nhiệt kinh nghiệm  = 0,08  0,1 (W/cm2.oC)  chọn  = 0,1 (W/cm2.oC) 115 Nhiệt trở phần đầu nối dây quấn stato Rđ =   +  = + = 0,035 Trong đó: c: Chiều dày lớp cách điện vải: c = 0,02 (cm) c: Hệ số dẫn nhiệt lớp cách điện Cách điện cấp B  c = 0,16.10-2 (W/cm.oC) c tra bảng 8.2 (trang 170) đ: Hế số tản nhiệt dây quấn: đ = (1 + 0,56.v2).10-3 = (1 + 0,56.7,442).10-3 = 0,032 (W/cm2.oC) Sinh viên thực : Mã Quang Hữu SHSV:20091413 29 Đồ án thiết kế máy điện: Thiết kế động KĐB pha roto lồng sóc v: vận tốc gió thổi đầu dây quấn lấy tốc độ bề mặt rôto: Với v = = = 7,44 (m/s) n = nđm.(1 – sđm) = 1000.(1 – 0,046) = 954 (vòng/phút) Sđ: Diện tích tản nhiệt đầu dây quấn Sđ = Z1.Cb.lđ =36.4,85.11,74= 2049,8 ( ) Trong đo: Cb = 4,85.Chu vi bối dây Cb = 1,4.√ = 1,4.√ = 48,5 (mm) = 4,85 (cm) 116 Nhiệt trở đặc trưng cho độ chênh nhiệt không khí nóng bên máy vỏ máy  =   = 0,312 (oC/W) = Trong đó: : Hệ số tản nhiệt bề mặt  = o.(1 + ko.v) = 1,42.10-3.(1 + 0,05.7,44) = 1,95.10-3 o: Hệ số tản nhiệt bề mặt môi trường tĩnh o = 1,42.10-3 W/cm2.oC (bảng 8.3 trang 171) ko: Hế số tính đến hoàn hảo di chuyển dòng không khí bề mặt phần đầu nối dây quấn stato ko = 0,05  0,07  chọn ko = 0,05  : Bề mặt bên vỏ máy bao gồm phần bề mặt lõi sắt stato tiếp xúc với không khí bề mặt hai nắp máy  = Dn.l + = 816,42 (cm2) = 14,9.10 + 117 Nhiệt trở bề mặt vỏ máy Hệ số tản nhiệt cánh tản nhiệt v = Kg. = 2,727.2,2.10-3 = 0,006 (W/cm2.oC) Trong đó: Kg = +  = + = 2,727 Với: b: Kích thước gân theo hướng trục dài b = 0,2  cm  Chọn b = 0,3 cm c: Khoảng cách hai gân c = 1,5  cm  Chọn c = 1,5 cm Sinh viên thực : Mã Quang Hữu SHSV:20091413 30 Đồ án thiết kế máy điện: Thiết kế động KĐB pha roto lồng sóc g: Hệ số tản nhiệt gân có chiều dày b g = ..th(.h) = 0,606.4.10-2.th(0,606.2,5) = 0,025 (W/cm2.oC)  = √ =√  = 0,606 : Hệ số dẫn nhiệt vật liệu gân h: Chiều cao gân, chọn h = 2,5 cm = 0,025 m -0,2  = 3,6.d vv0,8.10-4 = 3,6.0,025-0,2.3,720,8.10-4 = 2,2.10-3 (W/cm2.oC) vv: Tốc độ gió thổi mặt vỏ máy tính đến suy giảm 50% vv = 0,5.v = 0,5.7,44 = 3,72 (m/s) d: Đường kính thủy lực rãnh tạo gân tản nhiệt Bề mặt tản nhiệt hở: d = h = 0,025 (m) Hệ số tản nhiệt nắp có gió thổi:  = 3,6.d-0,2.v0,8.10-4 = 3,6.0,025-0,2.7,440,8.10-4 = 3,75.10-3 (W/cm2.oC) Hệ số tản nhiệt nắp gió thổi:  = o = 1,42.10-3 (W/cm2.oC) Diện tích tỏa nhiệt vỏ máy kể gân: Sv = 3( Dn ) = 3( 14,9.10) = 1404 (cm2) Diện tích nắp: = =1,5( = 523 (cm2) )= Nhiệt trở bề mặt vỏ máy: R =    = 0,09 (oC/W) = 118 Nhiệt trở lớp cách điện rãnh Rc =   = = 7,16.10-3 (oC/W) Sc: Tiết diện truyền nhiệt lớp cách điện Sc = Z1.Cb.l1 = 36.4,85.10 = 1746 (cm2) 119 Độ chênh nhiệt vỏ máy với môi trường  = (QCu1 + QFe + QR).R = (297 + 50 + 132).0,09 = 43 (oC) 120 Độ tăng nhiệt dây quấn stato Sinh viên thực : Mã Quang Hữu SHSV:20091413 31 Đồ án thiết kế máy điện: Thiết kế động KĐB pha roto lồng sóc  1 =  +   ( ) = + 43 = 62 (oC) 121 Độ tăng nhiệt lõi sắt stato Fe = =  +  + 43 = 61 (oC) Sinh viên thực : Mã Quang Hữu SHSV:20091413 32 Đồ án thiết kế máy điện: Thiết kế động KĐB pha roto lồng sóc Phần 10 : Tính toán tiêu trọng lượng 122.Trọng lượng tôn silic GFe = (Dn+ΔFe )2.l1.kc.γFe.10-3 = (14,9+0,7)2.10.0,95.7,8.10-3 = 18 (kg) Trong ΔFe=0,7 cm lượng dư để dập tôn 123.Trọng lượng dây đồng stato kể cách điện GCu1= Z1.ur1.n1.S1.ltb.γCu.1,05.10-5= 36.55.1.0,658.21,74.8,9.1,05.10-5 = 2,65 (kg) Với 1,05 hệ số xét đến cách điện 124.Trọng lượng lồng sóc nhôm Trọng lượng dẫn GAltd = Z2.Std.l2.γAl.10-5 = 28.67,91.10.2,6.10-5 = 0,5 (kg) Trọng lượng vành ngắn mạch GAlvn = 2π.Dvn.Svn.γAl 10-5= 2π.8,6.135.2,6.10-5 = 0,2 (kg) Tổng trọng lượng nhôm rôto GAl = GAltd + GAlvn = 0,5 + 0,2 =0,7 (kg) 125.Trọng lượng đơn vị kW vật liệu tác dụng với 2p = a Sắt 12(kg/kW) b Đồng 1,77(kg/kW) c Nhôm 0,47(kg/kW) Sinh viên thực : Mã Quang Hữu SHSV:20091413 33