Đồ án tốt nghiệp Nguyên lý hoạt động của động cơ Đồ án tốt ngiệp Trường ĐHBK Hà Nội Trang: 1 CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG A. Phân loại và kết cấu và nguyên lý hoạt động của động cơ: I. Phân loại: Theo kết cấu của động cơ không đồng bộ có thể chia ra làm các kiểu chính: kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín, kiểu phong nổ . Theo kết cấu của Rotor, máy điện không đồng bộ chia làm 2 loại: loại Rotor kiểu dây quấn và loại Rotor kiểu lồng sóc. Theo số pha trên dây quấn Stator có thể chia làm các loại: Một pha, hai pha và ba pha. II.Kế t cấu: Giống như các máy điện quay khác, máy điện không đồng bộ gồm các bộ phận chính sau: 1.Phần tĩnh hay Stator: Trên Stator 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. Đối với máy có công suất lớn (1000 Kw) thường dùng thép tấm hàn lại làm thành vỏ. Tuỳ theo cách làm nguội máy mà dạng vỏ cũng khác nhau. 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 kỹ thuật điện dày 0,5mm ghép lại. Khi đường kính ngoài lõi sắt nhỏ hơn 990mm thì dùng cả tấm tròn ép lại. Khi đường kính ngoài lớn hơn trị số trên thì phải dùng những tấm hình rẻ quạt ghép lại thành khối tròn. Mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ s ơn cách điện trên bề mặt để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Nếu lõi sắt ngắn thì có thể ghép thành một khối. Nếu lõi sắt dài quá thì thường ghép thành từng thếp ngắn, mỗi thếp dài 6 đến 8 cm,đặt cách nhau 1cm để thông gió cho tốt. Mặt trong của lá thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn. c. dây quấn: Dây quấn Stator được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõi sắt. Bối dây có th ể là một vòng (gọi là dây quấn kiểu thanh dẫn) bối dây thường được chế tạo dạng phần tử và tiết diện dây thường lớn, hay cũng có thể: bối dây gồm nhiều vòng dây (tiết diện dây nhỏ gọi là dây quấn kiểu vòng dây). Số vòng dây mỗi bối, số bối dây mỗi pha và cách nối dây là tuỳ Đồ án tốt ngiệp Trường ĐHBK Hà Nội Trang: 2 thuộc vào công suất, điện áp, tốc dộ, điều kiện làm việc của máy và quá trình tính toán mạch từ. 2. Phần quay hay Rotor: phần này có hai bộ phận chính là lõi sắt và dây quấn. a. Lõi sắt: Lõi sắt là các lá thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau. Lõi sắt được ghép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá Rotor của máy. Phía ngoài của lá thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn. a. Rotor và dây quấn Rotor: Rotor có hai loại chính: Rotor kiểu dây quấn và Roto kiểu lồ ng sóc. - Loại Rotor kiểu dây quấn : Rotor có dây quấn giống như dây quấn Stator. Trong máy điện cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp vì bóp được những đầu dây nối, kết cấu dây quấn trên Rotor chặt chẽ. Trong máy điện cỡ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp. Dây quấn ba pha của Rotor thường đấu hình sao, còn ba đầu kia được nối vào ba 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 loại động cơ điện Rotor dây quấn là có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch điện Rotor để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiệ n hệ số công suất của máy. Khi máy làm việc bình thường dây quấn Rotor được nối ngắn mạch. - Loại Rotor kiểu lồng sóc: kết cấu của loại dây quấn này rất khác với dây quấn Stator. Trong mỗi rãnh của lõi sắt Rotor đặt vào thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối tắt lại 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 Roto 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 Roto thường được làm chéo đi một góc so với tâm trục. 3. Khe hở: Vì Rotor là một khối tròn nên khe hở đều. Khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ (từ 0,2 đến 1mm trong máy đ iện cỡ nhỏ và vừa) để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới vào và như vậy mới có thể làm cho hệ số công suất của máy cao hơn * Nguyên lý hoạt động của máy điện không đồng bộ nói chung và động cơ không đồng bộ 3 pha rôtor lồng sóc nói riêng là làm việc dựa theo nguyên lý cảm ứng điện từ. Đồ án tốt ngiệp Trường ĐHBK Hà Nội Trang: 3 * Khi cho dòng điện 3 pha đi vào dây quấn 3 pha đặt trong lõi sắt Stator, trong lõi sắt Stator của máy tạo ra một từ trường quay với tốc độ đồng bộ n 1 = 60.f/p với p là số đôi cực, f là tần số lưới. Từ trường quay cắt các thanh dẫn của dây quấy Stator, cảm ứng các sư6t1 điện động. Vì dây quấn rôtor nối ngắn mạch, nen sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện trong các thanh dẫn của rôtor. Lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường quay của máy với thanh dẫn mang dòng điện rôtor, kéo rôtor quay cùng chiều quay từ trường với tốc độ n Hình : Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ Để minh hoạ vẽ từ trường quay tốc độ n 1 , chiều sức điện động và dòng điện cảm ứng trong thanh dẫn rôtor, chiều lực điện từ F đt . Khi xác định chiều sức điện động cảm ứng theo qui tắc bàn tay phải ta căn cứ vào chuyển động tương đối của thanh dẫn rôtor với từ trường. Nếu coi từ truờng đứng yên thì chiều chuyển động tương đối của thanh giược với chiều chuyển dộng của n 1 . từ đó áp dụng qui tắc bàn tay phải xác định được chiều chuyển động của sức điện động như hình vẽ. Chiều lực điện từ xác địng theo qui tắc bàn tay trái trùng với chiều quay n 1 . Tốc độ n của máy nhỏ hơn tốc độ từ trường quay n 1 , vì nếu tốc độ bằng nhau thì khơng có sự chuyển động tương đối, trong dây quấn không có sức điện động và dòng điện cảm ứng, lực điện từ bằng 0. Độ chênh lệch giữa tốc độ từ trường quay và tốc độ máy gọi là tốc dộ trượt n 2 . n 2 = n 1 – n Hệ số trượt của tốc độ là : s = 21 11 nn-n = nn F dt s N N s F dt F dt F dt F dt n 1 n 1 n n s s F dt n F dt n 1 F dt n 1 1 n Đồ án tốt ngiệp Trường ĐHBK Hà Nội Trang: 4 Khi rôtor đứng yên (n = 0), hệ số trượt s = 1. Khi rôtor quay định mức s = 0,02÷ 0,06 tốc độ động cơ : 1 60. (1 ) (1 ) f nn s s p = −= − vòng/phút Đồ án tốt ngiệp Trường ĐHBK Hà Nội Trang: 5 CHƯƠNG II : KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU 1. Tốc độ đồng bộ : 1 1 60.f 60.50 p 2(vøong / phùut) n1500 == = trong đó : n 1 =1500 là tốc độ của động cơ f 1 =50 hz là tần số của lưới điện 2. Đường kính ngoài Stator : Với P đm = 90 kw và p =2 tra phụ lục 10-6 tài liệu thiết kế máy điện . Ta có chiều cao tâm trục của động cơ điện không đồng bộ Rotor lồng sóc kiểu IP23 theo tiêu chuẩn Việt Nam 1987-1994 cách điện cấp B với h=250 mm. Tra bảng 10.3 trang 230 ta được đường kính ngoài Stator theo tiêu chuẩn trong dãy 4A của nga D n = 43,7cm. 3. Đường kính trong Stator : Theo bảng 10.2 trang 230 có K D =(0,64 ÷ 0,68) ứng với động cơ có 2p =4 Trong đó : + K D : tỉ số giữa đường kính trong và ngoài Stator + D : Đường kính trong Stator + D n =43,7mm D = K D .D n =(0,64 ÷ 0,68) . 43,7 = 29,7 mm 4. Công suất tính toán : η ' E K.P 0,98.90 P 104,2kw .cos 0,93.0,91 == = ϕ Trong đó : + K E = 0,98 :Tỉ số giữa sức điện động và điện áp.Tra hình 10.2 trang 231 sách TKMĐ theo D n = 43,7cm. + P = 90 kw 91,0cos 93,0η =+ =+ ϕ Theo bảng 10.1 trang 228 sách TKMĐ Đồ án tốt ngiệp Trường ĐHBK Hà Nội Trang: 6 5. Chiều dài tính toán của lõi sắt Stator : δ δδ α 7' 2 sd 7 2 6,1.10 .P l .k .k .A.B .D .n 6,1.10 .104,2 21,87cm 0,64.1,11.0,92.420.0,8.29,7 .1500 = == Lấy l δ = 21,8 cm trong đó : + δ α = 0,64 là hệ số cực từ + k s = 1,11 là hệ số sóng hình sin + k d =0,92 là hệ số dây quấn + A = 420 A/cm là tải đường + B δ = 0,806 là mật độ từ thông khe hở không khí Do lõi sắt ngắn nên được làm thành một khối. Chiều dài của lõi sắt Stator, Rotor : l 1 = l 2 =l δ = 21,8 cm 6. Bước cực : cm3323 4 729143 p2 D ,= ,., = . = π τ Trong đó : 2p = 4 số đôi cực D = 29,7 cm 7. Lập phương án so sánh : Hệ số : 930 3323 821 l ,= , , == τ λ δ Trong dãy máy động cơ khôngđồng bộ K, công suất 90 KW, 2p = 4 có cùng đường kính ngoài (nghĩa là cùng chiều cao tâm trục h). với máy 100 KW 2p = 4 . + Hệ số tăng công suất của máy này là : 100 ==1,11 90 γ ủửụùc choùn theo kieồu daõy quaỏn ụỷ maựy nhieàu cửùc trang 231 saựch TKMẹ Đồ án tốt ngiệp Trường ĐHBK Hà Nội Trang: 7 Do đó λ của máy 100 kw bằng : λ 100 =λ 90 .γ =1,11.0,93=1,032 Theo hình 10.3b trang 233 ta thấy hệ số λ 90 và λ 100 nằm trong vùng gạch chéo cho phép tức là thỏa mãn điều kiện kinh tế và kỹ thuật. Do đó việc chọn phương án trên là hợp lý. 8. Dòng điện pha định mức : A13161 910930220 1090 U 10P I 3 1 3 1 , ,.,. . cos . === η Trongđó : +U 1 = 220 là điện áp đặt vào Stator + P = 90 KW là công suất định mức +=0,93 η là hiệu suất +cos ϕ = 0,91 là hệ số công suất Đồ án tốt ngiệp Trường ĐHBK Hà Nội Trang: 8 CHƯƠNG III : THIẾT KẾ DÂY QUẤN, RÃNH STATOR VÀ KHE HỞ KHÔNG KHÍ Dây quấn phần ứng (Stator) máy điện xoay chiều không đồng bộ rotor lồng sóc gồm nhiều phần tử nối với nhau theo qui luật nhất định. Các phần tử ở đây cũng chính là số bối dây và được đặt trong các rãnh phần ứng. Mỗi bối dây có nhiều vòng dây. Số vòng dây của mỗi bối, số bối 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 Dạng rãnh Stator phụ thuộc vào thíêt kế điện từ và loại dây dẫn. Rãnh được thiết kế sao cho có thể cho vừa số dây dẫn kể cả cách điện và công nghệ chế tạo (dập, cắt) dễ dàng. Mật độ từ thông trên gông và răng không lớn hơn một trị số nhất định, để đảm bảo tính nă ng của máy. Đối với khe hở không khí ta cố gắn lấy nhỏ để cho dòng điện không tải nhỏ và hệ số công suất cao. Nhưng nếu khe hở không khí quá nhỏ thì công nghệ chế tạo khó và đễ sát cốt làm tăng tổn hao phụ. 9. Số rãnh Stator : Số rãnh của một pha dưới một cực là q 1 , thông thường chọn q 1 trong khoảng từ 2 đến 5. ở đây vì máy có công suất vừa nên lấy q 1 = 4. Việc chọn q 1 ảnh hưởng trực tiếp đến số rãnh Stator Z 1 . số rãnh này không nên nhìêu quá vì như vậy diện tích cách điện chiếm 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 thì số rãnh lớn làm cho độ bền cơ của răng yếu đi. Nếu số rãnh ít sẽ làm cho dây quấn phân bố không đều trên bề mặt lõi sắt nên suất từ độ ng phần ứng có nhiều số bậc cao. Z 1 =6.p.q 1 = 6 . 2. 4 =48 rãnh 10. Bước rãnh Stator : cm Z D t 944,1 48 7,29.14,3 π 1 1 === Đồ án tốt ngiệp Trường ĐHBK Hà Nội Trang: 9 11. Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh : Chọn số mạch nhánh song song a =1 1 r1 1 A.t .a 420.1,944.4 U = = =20,26 I 161,13 Nhưng số thanh dẫn tác dụng của một rãnh U r1 phải dược qui về số nguyên. Vì dây là dùng dây quấn hai lớp nên nó phải là số nguyên chẵn do đó lấy U r1 = 20 thanh. 12. Số vòng dây nối tiếp của một pha : r1 11 U20 W =p.q . =2.4. =40 a4 (vòng) Trong đó : Chọn số mạch nhánh song song a 1 = 4 13. Tiết diện và đường kính dây dẫn : Theo hình 10.4a tri số AJ của máy điện không đồng bộ kiểu bảo vệ IP23 với h = 250 mm, trang 237 sách TKMĐ ta lấy giá trị AJ = 2370 A 2 /cm.mm 2 Mật độ dòng điện 2 AJ 2370 J= = =5,7A mm A415 Trong đó : 11ñm 2.m.W .I 2.3.40.161,13 A= = =415A/cm p.D 2.29,7 - Tiết diện dây sơ bộ: '2 1 1 ' 111 I 161,13 S = = =2,356mm a .n .J 4.3.5,7 Trong đó: n 1 = 3 là số sợi chập song song a 1 = 4 là số mạch nhánh song song I đm = 161,13 cm ' 1 5, 7 J = 2 A mm Ta chọn n 1 =3 là số sợi chập song song [...]... D n -D ' -h g1 2 43, 7 29, 7 = 4, 05 = 2, 95 cm 2 h r1 = Trong ú: Dn = 43,7 cm D = 29,7 cm h 'g1 =4,05cm + ng kớnh trong rónh: ( D+2.h 41 ) -Z1 b'z1 ( 29,7+2.0,05) -4 8.0,911 d1 = = =1,112cm Z1 - 4 8- ly d1 = 1,1 cm =11 mm b'z1 = ( D+2.h r1 -d 2 ) Z1 -d 2 ] ( D+2.h r1 ) -b'z1 Z1 ( 29,7+2.2,97 ) -4 8.0,911 d2 = = =1,33cm +Z1 +48 + Chiu rng ming rónh: + Chiu cao: h12 =h r1 - d1 +d 2 1,3+1,1 -h 41... khỏng rụtor ó qui i: x '2 = x 2 =411.4,895.10 -4 =0,2012 Trong ú : x2 = 4,895.1 0-4 = 411 + Tớnh theo n v tng i: x'* =x'2 2 I1 161,13 =0,2012 =0,147 U1 220 81 in khỏng h cm : x12 = U1 -I x1 22 0-3 6,2.0,119 = =5,96 I 36,2 Trong ú : U1 = 220 in ỏp pha nh mc I =36,2A x1 = 0,119 Trng HBK H Ni Trang: 30 ỏn tt ngip 82 Tớnh li KE : KE= U 1 -I x 1 U1 = 2 2 0 -3 6 ,2 0 ,1 1 9 = 0 ,9 8 0 4 220 Tr s ny khụng... 1,944 cm 38 Chiu cao gụng rụtor: D ' -D t 1 29,5 4-9 1 -h r2 + d 2 = -3 .73+ 0,78=6,67cm hg2 = 2 6 2 6 Trng HBK H Ni Trang: 18 ỏn tt ngip CHNGV :TNH TON MCH T: 39.H s khe h khụng khớ: k = k 1 k 2 k1 = Trong ú: b41 t1 t1 1 = 1,944 = 1, 088 1,944 1,953.0, 08 ( 3,4 )2 0,8 d = =1,953 Vi 1 = b 41 5+ 3,4 5+ 0,8 d ( kd2 = 2 = )2 t2 2.32 = =1,018 t 2 -2 d 2.3 2-0 ,511.0,08 ( b42 d)2 (1.5 0,8)2 = =0,511 b42... dõy qun rụtor : l2 1 0-2 1 21,8.1 0-2 rtd =rAl = =0,3459.1 0-4 W Sr2 23 274 Trong ú : l2 = 21,8 cm Sr2 = 274 mm2 Al = 1 2 .mm / m l in tr ca nhụm nhit o tớnh 23 toỏn l 75oC 65 in tr vnh ngn mch : .Dv.103 1 .25,1.102 rv = Al = = 0,00797.104 Z2 Sv 23 40.1075,5 Trong ú : Dv = 25,1 cm Z2 = 40 rónh Sv = 1075,5 mm2 66 in tr rụtor : r2 =rtd + 2.rv 2.0,00797 -4 = 0,3459+ 10 =0,509.10 -4 W 2 2 D 0,313 ... ' 2 b b b 41 26, 9 3, 4 4, 2 0, 5 + + 0, 9063 + (0, 785 ).0,875 = 1, 085 3.11 2.11 11 3, 4 Trong ú : ' = 0,833; k = 1 + 3.0,833 = 0,875 4 k = 1 + 3.0,875 = 0,9063 4 h1 = hr1 - 2c - 2.c 0,1 d =29,5 - 0,1 13 - 2 0,4 - 0,5 = 26,9 mm h2 = ( d1 11 2.c c' ) = ( 2.0,4 0,5) = 4,2mm 2 2 Vỡ phn trờn ca dõy ng vt quỏ tõm ca vũng trũn nờn tr s h2 phi ly tr s õm Trng HBK H Ni Trang: 26 ỏn tt ngip b41... cm 21.B rng rónh Stator: b 'z1 = = bz''1 = = ( D+2h 41 +d 1 ) Z1 -d 1 ( 29, 7 + 2.0, 05 + 1,1) 48 [ D + 2.hr 1 d 2 )] Z1 d2 [ 29, 7 + 2.2, 95 1,3 ] 48 1,1 = 0, 922 cm 1,3 = 0, 945cm b'z1 +b''z1 0,922+0,945 bz1 = = =0,933cm 2 2 22 Chiu cao gụng Stator: Trng HBK H Ni Trang: 13 ỏn tt ngip hg1 = Dn -D 1 43, 7-2 9,7 1 -hr1 + d2 = -2 ,95+ 1,3=4,27cm 2 6 2 6 23 Khe h khụng khớ: = D 1200 (1 + 9 297... Kgz1.pFez1.B2z1.Gz1.1 0-3 = 1,8.2,5.(1,806)2 17,8.1 0-3 = 0,261 kw Trong ú : Kgz1 = 1,8 h s gia cụng Bz1 = 1806 T PFez1 = 2,5kg/w tra ph lc vn bn V/14 trang 618 sỏch TKM GGz = 17,8kg * Tn hao trong gụng : Trng HBK H Ni Trang: 32 ỏn tt ngip PFeg1= kgc pFeg1 B2g1.Gg1.1 0-3 = 1,6.2,5.1,5162.83,6.1 0-3 =0,768kw Trong ú: kgc=1,6 l h s gia cụng gụng Bg1 = 1,5196T PFeg1 = 2,5 kg/w tra ph lc vn bn V-14 trang 618 sỏch... D' -2 .h42 - (h12 +d) 3 -d b'z2 = Z2 4 29, 5 2.0, 05 (2, 9 + 0, 78) 3 0, 78 = 1,147 mm = 40 37 Lm rónh nghiờng Rụtor vi nghiờng bng mt bc rónh Stator gim lc ký sinh tip tuyn v hng tõm ngi ta thng lm nghiờng rónh Stator hay rụtor Vỡ nh vy cú th trit tiờu súng iu ho rng ỷ õy ta lm nghiờng rónh rụtor v lm nghiờng bng 1 bc rng Stator bn = t1 = 1,944 cm 38 Chiu cao gụng rụtor: D ' -D t... = ( D n -h g1 ) 2.p = p ( 43, 7-4 ,27 ) 4 =30,97cm Trong ú: Dn = 43,7 cm hg1 = 4,27 cm 2p = 4 S ụi cc t 52 Sc t ng gụng Stator: Fg1 = Lg1.Hg1 = 30,97 10,9 = 338 cm Trong ú : Lg1 = 30,97 cm Hg1 = 10,9 A/cm 53 Mt t thụng trờn gụng rụtor : .10 4 0, 02625.10 4 Bg 2 = = = 0, 97T 2.hg 2 l2 kc 2.6,67.21,8.0, 93 Trong ú : =0,02625W b h g2 =6,67cm l 2 =21,8cm 54 Cng t trng gụng rụtor : Theobng V-9 ca ph... ỏn tt ngip - Theo ph lc VI bng VI-1 trang 619 sỏch TKM chn dõy ng trỏng men FET-155 cú ng kớnh d d = 1,741,825 vi S1 = 2,38 mm2 cd 14 Kiu dõy qun: Chn dõy qun 2 lp súng bc ngn vi y = 10 = = Z1 48 = = 12 2.P 4 y 10 = 12 = 0,833 15 H s dõy qun: 2 . Đồ án tốt nghiệp Nguyên lý hoạt động của động cơ Đồ án tốt ngiệp Trường ĐHBK Hà Nội Trang: 1 CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG A. Phân loại và kết cấu và nguyên. CHUNG A. Phân loại và kết cấu và nguyên lý hoạt động của động cơ: I. Phân loại: Theo kết cấu của động cơ không đồng bộ có thể chia ra làm các kiểu chính: