éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9 NHIỆM VỤ THIẾT KẾ MÔN HỌC MÁY ĐIỆN I NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Đầu đề thiết kế: Số 22 Thiết kế động không đồng pha roto lồng sóc Các số liệu ban đầu: - Công suất định mức: 55 kW - Điện áp định mức pha: 220 V - Tần số: 50 Hz - Số cực: 2p = - Cosφ ≥ 0.92 - Hiệu suất: η ≥ 91% - Mm/Mđm: ≥ 2,2 - Mkđ/Mđm: ≥ 1,2 - Ikđ/Iđm: ≤ 7,5 - Kiểu máy: Kín, tự làm lạnh quạt gió, cách điện cấp B Nội dung tính tốn: - Xác định kích thước chủ yếu - Xác định thông số dây quấn Stato - Xác định lõi thép stato - Xác định ro to - Tính kiểm tra - Bản vẽ tổng hợp lắp ráp A0 II BÀI LÀM Máy điện KĐB 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 Nhất loại công suất 100 kW Trang éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9 Động điện KĐB roto lồng sóc cấu tạo đơn giản lại chiếm số lượng lớn loại động điện cơng suất nhỏ trung bình Vì nhiệm vụ tính tốn thiết kế mơn học máy điện em tính tốn thiết kế với động điện KĐB roto lồng sóc Với thông số định mức sau: - Upha = 220 V - Công suất định mức: 55 kW - Tần số f1 = 50 Hz - Số đôi cực 2p = hay tốc độc đồng nđb = 3000 (vòng/phút) - Cấp cách điện cấp B - Kiểu máy: Kiểu kín (IP.44) - Kiểu làm mát: Tự làm lạnh quạt gió Nội dung thiết kế: I XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU Tốc độ đồng động cơ: n đb = 60.f 60.50 = = 3000 (Vịng/phút) p Xác định đường kính ngồi Stato: Với công suất định mức P = 55 kW theo hình10-1a trang 231 tài liệu TKMĐ có chiều cao tâm trục h = 22 cm, theo bảng 10.3/Tr 230 – TKMĐ ta xác định đường kính ngồi Stato tiêu chuẩn Dn = 34,9 cm (Theo tiêu chuẩn 4A Nga) Đường kính Stato: Theo bảng 10.2/Tr 230 – TKMĐ cứng với máy có 2p = kD = 0,52 ÷ 0,57 Chọn kD = 0,55 => D = kD.Dn = 0,55.34,9 = 19,19 (cm) ta chọn D = 20 (cm) Chiều dài Stato: Chiều dài Stato tính theo công thức (10-2)/Tr 230 – TKMĐ 6,1.P'.107 lS = α δ k s k d A.Bδ D n đb Trang éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9 Trong đó: P’: Cơng suất tính tốn Được xác định theo cơng thức (10-2)/Tr 231 – TKMĐ: P' = Với : k E P 0,99.55 = = 65 (kVA) η.Cosϕ 0,91.0,92 kE = 0,99 : Lấy theo hình 10-2/Tr 231 - TKMĐ P = 55 kW η = 0,91 Cos φ = 0,92 αδ = = 0,64 : Hệ số xung cực từ π ks = π = 1,11 : Hệ số dạng xung 2 kdq = 0,90 : Hệ số dây quấn (Chọn dây quấn 2lớp với 2P =2) Theo hình 10-3b/ Tr 232 - TKMĐ lấy A = 390A/cm Bδ = 0,74 T D = 20 cm : Đường kính Stato (tính tốn phần thiết kế này) nđb = 3000 V/ph : Tính tốn phần thiết kế Vậy ta thu chiều dài Stato là: lS = 6,1.65.10 6,1.P'.10 = = 17,9 cm α δ k s k d A.B δ D n đb 0,64.1,11.0,90.390.0,74.20 2.3000 Lấy lS = 18 cm Chọn chiều dài lõi sắt stato roto l1 = l2 = 18 cm Bước cực: τ= π.D 3,14.20 = = 31,4 (cm) 2p Xét hệ số từ thông tản: λ= lS τ = 18 = 0,5 32 Trang éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9 Theo hình 10-3b/Tr 235 -TKMĐ λ nằm phạm vi kinh tế cho phép chọn phương án hợp lý Dòng điện pha định mức: I1 = P.10 55.10 = = 99,54 (A) 3.U η Cosϕ 3.220.0,91.0,92 II.TÍNH TỐN STATO Số rãnh Stato: Theo yêu cầu thiết kế có Upha = 220V theo phần thiết kế ta có chiều cao tâm trục h = 22 cm Vậy ta dùng dây quấn lớp đặt vào rãnh nửa kín Chọn q1 = => Số rãnh Stato Z1 = 2m.p.q1 = 2.3.1.4 = 24 (Rãnh) Bước rãnh Stato: t1 = π.D 3,14.20 = = 2,6 (cm) Z1 24 Số vòng dây tác dụng rãnh: u r1 = A.t a 390.2,6.2 = = 20,37 I1 99,54 Trong đó: A = 390 A/cm : Theo phần thiết kế t1 = 2,6 cm: Theo phần thiết kế a1 = 2: Số mạch nhánh song song (Chọn) I1 = 99,54 A : Theo phần thiết kế Lấy ur1 = 22 – Do dây quấn lớp Số vòng dây nối tiếp pha: w = p.q1 u r1 22 = 1.4 = 44 (Vòng) a1 Tiết diện đường kính dây dẫn: Tra đồ thị 10-4b/Tr 237 - TKMĐ ta thấy AJ = 1880 (A2/cm.mm2) => Mật độ dòng điện là: Trang éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9 J1 = AJ 1880 = = 4,82 (A/mm ) A 390 Tính tốn thiết diện sơ bộ: Chọn số sợi là: n1 = => Tiết diện dây (Sơ bộ): s1 = I1 99,54 = = 3,44 (mm ) a n J 2.3.4,82 => Theo phụ lục VI bảng VI.1/Tr 618 chọn dây đồng tráng men PETV có đường kính d/dcđ = 2,10/2,20 s1 = 3,46 mm2 Kiểu dây quấn: Chọn dây quấn bước ngắn với y = y Hệ số bước ngắn: β = = τ y = = 0,83 2.m.P 2.3.1 Hệ số dây quấn: π + Hệ số bước ngắn: k y = sinβ = 0,96 α = 0,96 + Hệ số bước rải: k r = α q.Sin Sinq Trong đó: α = p.360 1.360 = = 15 Z1 24 => Hệ số dây quấn kd1 = ky.kr = 0,96.0,96 = 0,92 Từ thơng qua khe hở khơng khí: Φ= k E U 0,98.220 = = 0,024 (Wb) 4.k S k dq f w 4.1,11.0,925.50.44 Mật độ từ thơng qua khe hở khơng khí: Bδ = Φ.10 0,024.10 = = 0,74 (T) α δ τ l1 0,64.31,4.18 => Phù hợp với Bδ = 0,74 T chọn 10 Xác định sơ chiều rộng răng: Trang éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9 b' Z1 = B δ l1 t 0,74.18.2,6 = = 0,85 (cm) B Z1 l1 k c 1,85.18.0,95 Trong đó: Bδ = 0,74 T – Đã xác định phần T.K t1 = 2,6 – Bước rãnh Stato BZ1 = 1,85 – Tra bảng 10.5b/Tr 241 – TKMĐ kC = 0,95 – Hệ số ốp chặt lõi chọn theo bảng 2.2/Tr 23 11 Xác định sơ chiều cao gông Stato: h' g1 = Φ.10 0,024.10 = = 4,67 (cm) 2.B g1 l1 k C 2.1,50.18.0,95 Trong đó: Bg1 = 1,45 đến 1,60 T - Theo bảng 10.5a/Tr 240 – TKMĐ Ở ta chọn Bg1 = 1,50 T Φ = 0,024 Wb – theo phần 15 thiết kế l1 = 18 cm – theo phần thiết kế 12 Kích thước rãnh cách điện: Chọn kích thước rãnh Stato sau: h12 = 17 mm hr1 = 25.6 mm d1 = 16 mm b41 = 3,70 mm d2 = 24 mm d2 h41 = 0,6 mm d1 h12 hr1 Theo bảng VIII-1 phục lục VIII/Tr 629 –TKMĐ chiều dầy cách điện rãnh 0,4mm – 0,5mm h12 Ta có: ' D' = D n − 2hg1 = 349 - 2.46,7 = 256 (mm) t '2 = Sơ d2 là: π D '2 3,14.256 = = 33,4 (mm) 24 Z1 d = t '2 − br' = 33,4 − 8,5 = 25(mm) Ta chọn: d2 = 24 (mm) Ta có: Trang éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9 ' D1 = D + 2.h41 = 191,9 + 2.0,6 = 193 (mm) Ta chọn: h41= 0,6(mm) b41 = dcđ + 1,5 = 2,2+1,5= 3,7(mm) t = ' ' π D1 Z1 = 3,14.193 = 25,3(mm) 24 Sơ có d1 là: ' d = t − br' = 25,3 − 8,5 = 16,7(mm) Ta chọn d1 = 16 (mm) Kiểm tra: từ d1 d2 tính ta có D '2 = D n − 2.hg1 − d = 349 - 2.46,7 - 24 = 279 (mm) Bề rộng rãnh cung tròn D là: b* = r1 π D Z1 − d2 = 3,14.279 − 24 = 12,5(mm) 24 ta có: D1 = D + 2h41 +D2 = 191,9 + 2.0,6 + 24 = 217 (mm) Bề rộng rãnh cung tròn D là: b ** = r1 π D1 Z1 − d1 = 3,14.217 − 16 = 12,3(mm) 24 Ta thấy b ** ≈ b * nên phương án chọn r1 r1 Ta có tiết diện rãnh Stato sơ là: Ssb = U ñ1 n1 d cd 22.3.2,20 = = 507(mm ) 0,63 0,63 Vậy chiều cao sơ là: ' h 12 = S sb − πd 22 2+h n d + d1 ta chọn chiều cao nêm hn = 3mm Trang éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9 ' h 12 = 507 − 3,14.24 24 + 16 + = 17( mm) Vậy tiết diện rãnh thực Stato là: Sr = π d 2 + d1 + d ' 3,14.24 16 + 24 (h12 − hn ) = + (17 − 3) = 506(mm ) Diện tích cách điện rãnh: S cd = ( π d 2 ' + 2h12 + d1 + d ).C = ( 3,14.24 + 2.17 + 40).0,4 = 44,6(mm ) với C = 0,4 chiều dầy lớp cách điện tra bảng VIII.1 trang 629 Hệ số lấp đầy : kd = U ñ1 n1 d cd 22.3.2,20 = = 0,7(mm ) S r − S cd 506 − 44,6 Chiều cao rãnh Stato: ' h r1 = h12 + h 41 + d2 24 = 17 + 0,6 + = 29,6(mm) 2 Chiều cao gông: h g1 = Dn − D 349 − 200 − hr1 + d = − 29,6 + 24 = 40,9(mm) 6 13 Khe hở khơng khí: Theo cơng thức 10-21/Trang 253 – TKMĐ: δ= D ⎛ ⎞ 200 ⎛ ⎞ ⎜1 + ⎟ = ⎜ 2p ⎟ 1200 ⎜1 + ⎟ = 0,9 mm 1200 ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ Tra bảng 10-8/Tr 253 với máy có h = 22 cm 2p = ta chọn δ = 0,09 (cm) II.TÍNH TỐN ROTO Số rãnh Roto: Theo bảng 10.6/Tr 246 – TKMĐ ta có số rãnh Roto Z1 = 24 rãnh 2P=2 ta chọn Z2 =20(rãnh) Đường kính ngồi Roto: Dn = D - 2δ = 20 – 2.0,09 = 19,8 cm 3.Bước Roto: Trang éồ án thiết kế Máy điện t2 = π D n Z2 SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9 = 3,14.19,8 = 3,1 20 (cm) Đường kính trục Roto: Dt = 0,3D = 0,3.20 = (cm) Dòng điện qua dẫn Roto: Theo công thức 10-17/Tr 149 – TKMĐ: I td = I = k I1 6.w k d1 Z2 Trong đó: k1 = 0,96 – Tra hình 10.5/Tr 244 – TKMĐ với cosφ = 0,92 I1 = 99,5 A w1 = 44 Vòng Z2 = 20 => Itd = 1134 (A) Dịng vành ngắn mạch: Theo cơng thức 10-18/Tr 249 – TKMĐ: I v = I td 2Sin πp Z2 = 1134 = 3658 (A) 3,14.1 2.Sin 20 Tiết diện dẫn Nhôm S td = I td 1134 = = 324 (mm ) J2 3,5 Ở ta chọn J2 = 3,5 A/mm2 8.Tiết diện vòng Ngắn mạch: Chọn sơ mật độ dòng vành Jv = 3,5 A/mm2 ⇒ Sv = I v 3658 = = 1045 mm Jv 3,5 b42 h42 Kích thước rãnh Roto vành ngắn mạch: Với chiều cao tâm trục h = 220mm ta chọn rãnh roto hình h12 ơvan hình vẽ bên đường kính d1=d2=8 (mm) b Trang a Dv éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9 Vậy chiều cao sơ là: h 12 = S td − d πd = 324 - 3,14.8 = 34,25 (cm) Như ta có kích thước rơt sau: b42 = 1,5 mm h42 = 0,6 mm d1 = d2 =8 mm hr2 = 42,8 mm h12 = 34,25 mm Chiều cao rãnh: h r2 = h22 + d + h 42 = 34,25 + + 0,6 = 42,8 (mm) Bề rộng rãnh rôto 1/3 chiều cao răng: ⎛ = ⎝ Z2 ⎞ ⎠ π ⎜ Dn − 2.h42 − (h22 + d ) ⎟ − d b r2( ) b r2( ) (mm) ⎛ ⎞ 3,14⎜19,8 − 2.0,06 − (3,42 + 0,8) ⎟ − 0,8 ⎝ ⎠ = = 1,93 (cm) 20 Chiều cao gông roto: h g2 = Dn − Dt 19,8 − - 4,28 + 0,8 = 3,7 (cm) − hr + d = 6 10 Kích thước vịng ngắn mạch là: axb = 30mm x14mm Đường kính vành: Dv = D – a = 19,8 – = 16,8(cm) 11 Diện tích rãnh roto: S z2 = π 3,14 d + h 12 d = + 34,25.8 = 324,3 mm 4 12 Diện tính vành ngắn mạch: a.b = 30.14 = 420 mm2 13 Độ nghiêng rãnh Roto: Trang 10 éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9 => PFeg1 = 1,8.2,5.1,43 2.51,27.10 −3 = 0,47(kW ) Tổn hao thép lõi sắt Stato: P’Fe = PFer1 + PFeg1 = 0,17 + 0,47 = 0,64 kW Tổn hao bề mặt ro to: Ở máy điện không đồng bộ, tổn hao bề mặt lớn khe hở khơng khí nhỏ Tổn hao tập chung chủ yếu bề mặt roto bề mặt Stato miệng rãnh roto bé Theo công thức 6-7/Tr 142 – TKMĐ: Pbm = 2p.τ t - b 42 l p bm 10 -7 t2 Trong đó: pbm: Suất tổn hao bề mặt tính theo CT6-5/Tr 141 – TKMĐ 1,5 p bm ⎛ Zn ⎞ = 0,5.k ⎜ ⎟ (10B0 t ) ⎝ 10000 ⎠ B0: Biên độ dao động mật độ từ thông khe hở kk B0 = β0.kδ.Bδ = 0,24.1,09.0,74 = 0,17 T Theo đường cong 6-1/Tr 141 – TKMĐ với b 41 = = 4,1 δ 0,7 β0 =0,24 kδ = 1,09 Bδ = 0,74 T k0 : Hệ số kinh nghiệm với máy điện KĐB k0 = 1,8 n = 3000 Vòng/phút Z1 = 24 rãnh t1 = 2,6 cm 1,5 ⎛ 24.3000 ⎞ ⇒ p bm = 0,5.1,8.⎜ ⎟ (10.0,17.2,6) = 376,7 10000 ⎠ ⎝ 3,1 - 0,15 ⇒ Pbm = 2.31,4 .18.376,7.10 -7 = 0,041 kW 3,1 Tổn hao đập mạch Roto: Trang 20 éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9 Sự đập mạch dao động từ trường vùng liên thông răng(rãnh) stato roto theo vị trí tương đối từ rãnh Stato roto - Biên độ dao động mật độ từ thông Roto tính theo cơng thức 6-10/Tr 142 –TKMĐ: B đmh = γ1 δ 1,8.0,09 B r2 = 1,5 = 0,039 T 2.t 2.3,1 Trong đó: γ1 = 1,8 – Theo phần IV thiết kế - Trọng lượng roto: Gr2 = γFe.Z2.hr2.l2.kC.10-3 = 7,8.20.4,28.18.0,95.10-3 = 11,42 kg Tổn hao đập mạch Roto theo công thức 6-13/Tr 143 – TKMĐ: ⎛ Z n ⎞ Pđmh2 = 0,11.⎜ 10.B đmh ⎟ G r2 10 -3 = 10000 ⎝ ⎠ ⎛ 24.3000 ⎞ = 0,11.⎜ 10.0,039 ⎟ 11,42.10 -3 = 0,0099 kW ⎠ ⎝ 10000 Tổng tổn hao thép: PFe = P’Fe + Pbm + Pđmh = 0,64 + 0,041 + 0,0099 = 0,69 kW Tổn hao cơ: Đối với động KĐB kiểm kín theo cơng thức 6-19/tr 145 – TKMĐ: 4 ⎛ n ⎞ ⎛D ⎞ ⎛ 3000 ⎞ ⎛ 34,9 ⎞ -3 PC = k.⎜ ⎟ ⎜ n ⎟ 10 -3 = 1,2.⎜ ⎟ 10 = 0,16 kW ⎟ ⎜ ⎝ 1000 ⎠ ⎝ 100 ⎠ ⎝ 1000 ⎠ ⎝ 100 ⎠ Tổn hao không tải: P0 = PFe + Pc = 0,69 + 0,16 = 0,85 kW VII ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC 1.Các số liệu tính tốn r1 = 0,046 Ω x1 = 0,24 Ω r’2 = 0,035 Ω x12 = 7,6 Ω x’2 = 0,414 Ω 2.Xét hệ số: Trang 21 éồ án thiết kế Máy điện C1 = + SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9 x1 0,24 = 1+ = 1,03 ⇒ C1 = 1,061 x 12 7,6 I đbx = I μ = 28(A) ; I đbr = ' PFe 10 + 3.I μ r1 3.U = 640 + 3.18 2.0,046 = 1,13 A 3.220 E = U - I μ x = 220 - 28.0,24 = 213 V kI = 6.w k d1 6.44.0,90 = = 11,9 20 Z2 I'2 = I 1134 = = 95,29 A k I 11,9 s đm = sm = I'2 r' 95,29.0,035 = = 0,011 213 E1 r' x1 + x' C1 = 0,035 = 0,054 0,24 + 0,054 1,03 Xây dựng đặc tính làm việc bảng Trang 22 éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9 STT Công thức Đ.vị ⎛r r' ⎞ rns = C12 ⎜ + ⎟ ⎜C ⎟ ⎝ s ⎠ 0,0033 0,0066 0,0086 0,011 0,0129 0,054 Ω 11,30 5,67 4,36 3,42 2,93 2,69 ⎛x ⎞ x ns = C12 ⎜ + x' ⎟ ⎜C ⎟ ⎝ ⎠ Ω 0,68 0,68 0,68 0,68 0,68 0,68 Z ns = rns + x ns Ω 13,5 6,8 5,29 4,13 2,3 1,7 A 11,54 27,87 36,82 48,12 56,38 156,7 U1 Z ns I'2 = C1 Cos ϕ '2 = s rns Z ns 0,998 0,992 0,988 0,982 0,976 0,974 Sinφ’2 0,060 0,119 0,154 0,195 0,226 0,247 I1r = I đbr + I'2 cosϕ '2 C1 A 28,12 53,90 69,07 86,59 99,59 110,3 I1x = I đbx + I'2 sinϕ '2 C1 A 29,16 32,58 35,68 40,32 44,57 48,12 A 40,50 58,13 69,99 95,64 1`07,3 117,9 2 I1 = I1r + I1x 10 Cosφ 11 P1 12 pCu1 13 pCu2 14 pf 15 p0 16 17 18 0,626 0,837 0,890 0,924 0,928 0,935 kW 18,56 35,58 45,58 57,15 65,73 72,77 kW 0,175 0,362 0,524 0,775 1,003 1,213 kW 0,042 0,165 0,277 0,445 0,599 0,739 kW 0,067 0,129 0,161 0,208 0,239 0,265 kW 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 Σp = pCu1+ Cu2+pf+p0 kW 1,134 1,506 1,812 2,238 2,691 3,067 P2 kW 17,43 34,07 43,77 54,88 63,04 69,70 η % 81,65 88,30 90,17 91,39 91,58 91,67 Trang 23 éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9 Các thông số chế độ định mức: Từ điểm làm việc định mức: P2 = 55kW S đm = 0,011 I 1đm = 99,54 A Cosφ = 0,92 η = 0,91 Bội số mô men cực đại m max = M max ⎛ I' 2M =⎜ M đm ⎜ I'2đđ ⎝ 2 ⎞ s đm ⎛ 156,7 ⎞ 0,011 ⎟ ⎟ s = ⎜ 48,12 ⎟ 0,054 = 2,24 ⎠ ⎠ m ⎝ VIII.TÍNH TỐN ĐẶC TÍNH KHỞI ĐỘNG Tham số động điện xét đến hiệu ứng mặt với s=1: - Chiều cao tương đối rãnh Theo công thức 10 – 25/Tr 255 – TKMĐ: ξ = 0,067.a s = 0,067.42,8.1 = 2,86 Trong đó: a = hr2 = 42,8 mm - Với ζ = 2,86 tra hình 10-13/Tr 256 ta được: φ =2,1 ψ = 0,53 Vậy kR = 1+ φ = 1+2,1 = 3,1 rtdζ = rtd.kR = 3,1.0,000015 = 0,0000465 Ω - Điện trở roto xét tới hiệu ứng mặt với s = 1: r2ξ = rtdξ 2rV 2.1,09.10-7 -5 + = 5.10 + = 0,23.10-4 Δ 0,31 Ω - Quy đổi phía Stato: r'2ζ = γ.r2γ = 941.0,23.10-4 = 0,0213 Ω - Hệ số từ dẫn rãnh roto xét đến hiệu ứng mặt với s =1 λ r2ξ ⎡h = ⎢ r2 ⎢ 3b ⎣ ⎛ πb ⎜1 ⎜ 8S c ⎝ ⎞ b ⎟ + 0,66 - 42 ⎟ 2b ⎠ ⎡ 42,8 ⎛ 3,14.8 ⎜1 =⎢ ⎜ 8.324 ⎢ 3.8 ⎝ ⎣ ⎤ h ⎥ ψ + 42 = b 42 ⎥ ⎦ ⎞ 1,5 ⎤ 0,6 ⎟ + 0,66 ⎥.0,53 + = 1,57 ⎟ 2.8 ⎥ 1,5 ⎠ ⎦ - Tổng hệ số từ dẫn Roto xét tới hiệu ứng mặt với s =1 Trang 24 éồ án thiết kế Máy điện ∑λ 2ξ SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9 = λ r2ξ + λ t2 + λ d2 + λ rn = 1,57 + 3,09 + 2,73 + 0,098 = 7,48 - Điện kháng Roto xét tới hiệu ứng mặt ngoài: x' 2ξ = x' ∑λ ∑λ 2ξ = 0,414 7,48 = 0,50 6,19 Ω - Tổng trở ngắn mạch xét tới hiệu ứng mặt s =1 rnξ = r1 + r' 2ξ = 0,046 + 0,0213 = 0,067 x nξ = x + x' 2ξ = 0,24 + 0,5 = 0,70 Ω Ω z nξ = rnξ + x = 0,067 + 0,70 = 0,54 nξ Ω - Dòng điện ngắn mạch xét tới hiệu ứng mặt ngoài: I nξ = U 220 = = 417,5 z nξ 0,54 A Tham số động điện xét đến hiệu ứng mặt ngồi bão hịa mạch từ tản s = 1: - Với rãnh Stato 1/2 kín ta chọn sơ kbh = 1,23 Theo cơng thức 10-35 ta có: Inbh ξ = kbh.Inξ = 1,23.417,5 = 573,5 A - Sức từ động trung bình rãnh Stato: Theo công thức 10-36/Tr 259 – TKMĐ I nbhξ ⎛ Z ⎞ ⎜ k β + k y k d ⎟ U r1 = ⎜ a1 ⎝ Z2 ⎟ ⎠ 573,5 ⎛ 24 ⎞ = 0,7 .⎜ 0,88 + 0,96.0,9 ⎟.22 = 5755 ⎝ 20 ⎠ Fztb = 0,7 A Trong đó: ur: Số dẫn tác dụng rãnh Stato a1: Số mạch nhánh song song kβ: Tra đường cong 10-14/Tr 259 – TKMĐ với β = 0,83 ta kβ = 0,88 ky: Hệ số bước ngắn Theo phần II thiết kế kd: Hệ số dây quấn -Mật độ từ thông quy đổi khe hở khơng khí : Trang 25 éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9 Theo công thức 10-37/Tr 259 – TKMĐ BΦδ = Fztb 10−4 5755.10-4 = = 4,2 1,6Cbh δ 1,6.0,95.0,09 T Với: C bh = 0,64 + 2,5 δ 0,09 = 0,64 + 2,5 = 0,95 t1 + t 2,6 + 3,1 Theo mật độ từ thông quy đổi BΦδ, vào đường cong hình 10-15 trang 260 giáo trình TKMĐ tìm hệ số χδ đặc trưng cho tỷ số từ thông tản xét tới bão hịa khơng bão hồ: χδ = 0,58 Do bão hòa phần răng, hệ số từ dẫn từ trường tản rãnh giảm xuống Căn vào tìm biến đổi tương đương rãnh hở Đối với Stato biến đổi tương đương Theo cơng thức 10-39/Tr 260 – TKMĐ: C1 = (t1 – b41)(1- χδ) = (2,6 – 0,4)(1 – 0,58) = 0,92 Với rãnh 1/2 kín thiết kế chọn: Δλ1bh = = h 41 + 0,58.h C1 = b 41 C1 + 1,5.b 41 0,06 + 0,58.0,8 0,58 = 0,64 0,4 0,58 + 1,5.0,4 Trong đó: h3= d2/2 = 16/2 = 8(mm) - Hệ số từ tản rãnh stato xét tới đến bão hòa mạch từ tản: λr1bh = λr1 – Δλ1bh = 0,92 – 0,64 = 0,28 - Hệ số từ tản tạp Stato xét tới bão hoà mạch từ tản λt1bh = λt1.χδ = 0,34.0,58 = 0,19 - Tổng hệ số từ tản Stato xét tới bão hòa mạch từ tản: ∑λ 1bh = λ r1bh + λ t1bh + λ đl = 0,28 + 0,19 + 0,53 = - Điện kháng Stato xét tới bão hòa mạch từ tản: x 1bh = x ∑λ ∑λ 1bh = 0,24 = 0,103 1,78 Ω Với roto lồng sóc biến đổi tương đương bằng: C2 = (t2 – b42)(1 - χδ) = (3,1 – 0,15)(1 – 0,58) = 1,23 Trang 26 éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9 Với rãnh 1/2 kín theo công thức 10-47/Tr 261 – TKMĐ: Δλ 2bh = h 42 C2 0,06 1,23 = = 0,35 b 42 C + b 42 0,15 1,23 + 0,15 - Hệ số từ tản rãnh roto xét tới bão hịa mạch từ tản hiệu ứng mặt ngồi: λ r2ξbh = λ r2ξ - Δλ 2bh = 1,57 - 0,37 = 1,2 - Hệ số từ tản tạp Rơto xét tới bão hồ mạch từ tản: λt2bh = λt2.χδ = 0,28.0,5 = 0,14 - Hệ số từ tản rãnh nghiêng Rơto xét tới bão hịa mạch từ tản: λrnbh = λrn.χδ = 0,098.0,58 = 0,056 - Tổng hệ số từ tản Rôto xét tới bão hịa mạch từ tản hiệu ứng mặt ngồi: ∑λ ξ bh = λ 2ξbh + λ t2bh + λ đ2 + λ rnbh = = 1,2 + 0,14 + 2,73 + 0,056 = 4,14 - Điện kháng Rơto lúc là: x' 2ξbh = x' ∑λ ξ ∑λ bh = 0,414 4,14 = 0,243 Ω 6,19 Các tham số ngắn mạch xét tới hiệu ứng mặt ngồi bão hịa mạch từ tản: rnξ = r1 + r2' ξ = 0,046 + 0,0213 = 0,067 Ω x nξbh = x 1bh + x' 2ξbh = 0,103 + 0,24 = 0,34 Ω z nξbh = rn2ξ + x 2ξbh = 0,067 + 0,34 = 0,31 Ω n Dòng điện khởi động: Ik = U1 220 = = 709,6 A z nξbh 0,31 Bội số dòng điện khởi động: ik = I k 709,6 = = 7,3 (A) I đm 99,54 Điện kháng hỗ cảm xét đến bão hoà: Trang 27 éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9 x12n = x12.kμ = 7,6.1,55 = 11,78 Ω C 2ξbh = + I'2k = x' 2ξbh x 12n =1+ 0,273 = 1,02 11,78 Ik 709,6 = = 695,6 A C 2ξbh 1,02 Bội số mômen khởi động: ⎛ I' ⎞ r'2ξ mk = ⎜ 2k ⎟ ⎜ I' ⎟ r' sđm = m ⎝ 2đđ ⎠ 2 ⎛ 695,6⎞ 0,0213 0,011= 1,39 ⎜ ⎟ ⎝ 48,12⎠ 0,035 So sánh với bảng 10-13 trang 272 TKMĐ ta nhận thấy mkđ nằm khoảng (1,2- 1,4) Vậy giá trị Mkđ = 1,24 chấp nhận Bảng thống kê số liệu sau: STT ĐỀ BÀI YÊU CẦU = 55 kW KẾT QUẢ THIẾT KẾ P Cos φ η Mm/Mđm ≥ 2,2 Mm/Mđm = 2,3 Mkđ/đm ≥ 1,2 Mkđ/đm = 1,39 Ikđ/Iđm ≤ 7,5 Ikđ/Iđm = 7,3 ≥ 0,92 ≥ 91% P = 54,88 kW Cos φ = 0,918 η = 91,3% Kết luận: Ta nhận thấy bảng thống kê số liệu đề yêu cầu thiết kế kết tính tốn thiết kế tương đối Kết thiết kế hợp lý, mang tính khả thi cao Đồ án thiết kế đạt yêu cầu Trang 28 éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9 θCu θFe Rcđ pCu pFe Qcđ RCu QCu RFe pR Rd’ QFe Qd’ θα Rα C - Tính tốn nhiệt Động điện khơng đồng kiểu kín tính tốn nhiệt theo sơ đồ thay bên: Trang 29 éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9 Trong máy điện kiểu kín, để tăng cường bề mặt tản bv nhiệt Ngoài vỏ máy người ta chế tạo thêm nhiều gân dọc trục Như nhiện lượng tỏa phần vỏ cv hv gân bề mặt gân: Chọn cv = 1,5 cm; bv = 0,3 cm; h = 2,5 cm 94 Các nguồn nhiệt sơ đồ thay bao gồm: - Tổn hao đồng Stato: QCu1 = PCu1 + 0,5Pf = 1252 + 0,5.201 = 1352,36 W - Tổn hao sắt Stato QFe = PFe = 558,83 W - Tổn hao Roto: QR = PCu2 + 0,5Pf + PC + Pbm + Pđmh = = 806 + 0,5.201 + 334 + 28,1 + 28,5 = 1297,58 W 95 Nhiệt trở mặt lõi Stato: Theo công thức 8-28/Tr 179 – TKMĐ: RFe = R Feg + R δg = ⎞ ⎛1 ⎜ + ⎟ SD1 ⎜ α g α δg ⎟ ⎝ ⎠ Trong đó: SD1 = π.Dn.l1 = π.34,9.17,8 = 1951 cm2 λ Fe 30.10-2 αg = = = 0,097 h g1 3,08 W/cm2 0C αδg = 0,09 (Chọn) W/cm2 0C => RFe = 1,096.10-2 96 Nhiệt trở phần đầu nối dây quấn Stato: Theo công thức 8-29/Tr 179 – TKMĐ: Rđ = δC + λ cSđ α đ Sđ Trong δC: Cách điện đầu nối vải δC = 0,04 cm Trang 30 éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9 λC: Đối với cách điện cấp B Theo bảng 8-2/Tr 170 –TKMĐ: λC = 0,16.10-2 W/0C αđ: Hệ số tản nhiện đầu dây quấn: αđ = (1+0,56.v2)10-3 = (1 + 0,56.18,002).10-3 = 0,182 v: Tốc độ gió thổi đầu dây quấn lấy tốc độ bề mặt roto: π.D.n R = 60 π.0,234.(1 - 0,0203).1500 = = 17,98 (m/s) 60 v = vR = Sđ: Diện tích tản nhiệt đầu dây quấn: Sđ = 2.Z1.Cb.lđ = 2.48.5,4.24,3 = 12609 cm2 ⇒ Rđ = 0,04 + = 0,242.10-2 0C/W -2 0,16.10 12609 0,182.12609 97 Nhiệt trở đặc trưng cho độ chênh nhiệt khơng khí nóng bên máy vỏ máy: R'α = α.S'α Trong đó: α = α0(1+k0.VR) = 1,42.(1+0,06.17,98).10-3 = 0,295 W/cm2 0C S’α = 4000 cm2 Chọn gần theo kết cấu máy ⇒ R'α = = 8,47.10-2 0,295.4000 C/W 98 Nhiệt trở bề mặt ngồi vỏ máy: Theo cơng thức 8-34/Tr 181 – TKMĐ: Rα = α V SV + α' n Sn + α"n S"n Trong đó: αV = Kg.α’V α’V = 3,6.d-0,2v0,8.10-4 Trang 31 éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9 v – Tốc độ gió thổi bề mặt ngồi vỏ máy tính tới suy giảm 50% theo chiều dài gân tản nhiệt Đường kính ngồi cánh quạt lấy Dn π.D n n π.34,9.1500.(1 - 0,02095) = 0,5 = 13,4 m/s 6000 6000 v = 0,5 d – Đường kính rãnh thơng gió tương đương d = 0,024 m => α’v = 6,06.10-3 W/cm2 0C Kg = α c b + gân b + c α' V b + c Với αgõn = βλth(βh) = 1.4.10-2.th(1.2,5) = 3,95.10-2 W/cm2 0C 2.α.V 2.6,06.10 -3 Ở β = = =1 4.10 −2.0,3 λ.b => Kg = 1,92 => αV = 11,6.10-3 W/cm2 0C Ở nắp sau, tốc độ gió cánh tỏa nhiệt khơng bị suy giảm nên hệ số tỏa nhiệt nắp có gió thổi bằng: α’n = 20,8.α’v = 10,5.10-3 W/cm2 0C Hệ số tản nhiệt nắp khơng có gió thổi: α"n = 1,42.10-3 W/cm2 0C Các diện tích tản nhiệt Sv = 6000 cm2 S’n = S”n = 1000 cm2 => Rα = 1,226.10-2 C/W 99 Nhiệt trở lớp cách điện rãnh: RC = δC 0,04 = = 0,38.10 -2 λ CSC 0,16.6480 C/W Trong đó: δC – Chiều dày lớp cách điện: δC = 0,04 cm Sc – Tiết diện truyền nhiệt lớp cách điện Sc = Z1.l1.Cb = 48.25.5,4 = 6480 cm2 λC – Hệ số dẫn nhiệt vật liệu cách điện λC = 0,16.10-2 Trang 32 éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9 100 Độ chênh nhiệt vỏ máy với môi trường: θ = (Q Cu1 + PFe + PR ).R α = (1352,36 + 558,83 + 1297,58).1,226.10 −2 = 39,3 C 101 Độ tăng nhiệt dây quấn Stato: Theo công thức 8-36/Tr 181 TKMĐ Q Cu1 (R Fe + R C ) + PFe R Fe + PR R'α θ1 = R + RC + Fe R đ + R'α R Fe + R C R đ + R'α + θα 1352,36.(1,097 + 0,38) + 558,83.1,097 + 1297,58.8,47 = 1,097 + 0,38 1+ 0,24 + 8,47 1,097 + 0,38 0,24 + 8,47 10 −2 + + 39,3 = 77,680 C Trọng lượng vật liệu tác dụng tiêu sử dụng 102 Trọng lượng thép Silic cần chuẩn bị G Fe = (D n + Δ) l1 k C γ Fe 10 -3 = (34,9 + 0,7) 17,8.0,95.7,8.10-3 = 167,16 kg 103 Trọng lượng đồng dây quấn Stato: - Khi khơng tính tới cách điện: G'Cu = Z1 u r1 n.s1 l tb γ Cu 10 -5 = 48.34.3.1,131.42,12.8,9.10 -5 = 20,76 kg - Khi kể cách điện: G Cu ⎡ ⎛ d cđ ⎞ ⎤ = ⎢0,876 + 0,124.⎜ ⎟ ⎥ G'Cu ⎝ d ⎠ ⎦ ⎣ ⎡ ⎛ 1,28 ⎞ ⎤ = ⎢0,876 + 0,124.⎜ ⎟ ⎥.20,76 = 21,11 kg ⎝ 1,20 ⎠ ⎥ ⎢ ⎣ ⎦ 104 Trọng lượng Nhôm Rôto (không kể cánh quạt vành ngắn mạch) - Trọng lượng nhôm dẫn: Trang 33 éồ án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9 G td = Z Std l γ Al 10-5 = 38.206,5.17,8.2,6.10-5 = 3,6 kg - Trọng lượng nhôm vành ngắn mạch: G V = 2π D V SV γ Al 10 -5 = 2ππ.20,1.78.2,6.10-5 = 2,5 kg - Trọng lượng nhôm Roto: GAl = Gtd + GV = 3,6 + 2,5 = 6,15 kg 105 Chỉ tiêu kinh tế vật liệu tác dụng: - Thép kỹ thuật điện: gFe = 4,51 kg/kW - Đồng gCu = 0,57 kg/kW - Nhôm gAl = 0,17 kg/kW Trang 34 ... 91,3% Kết luận: Ta nhận thấy bảng thống kê số liệu đề yêu cầu thiết kế kết tính tốn thiết kế tương đối Kết thiết kế hợp lý, mang tính khả thi cao Đồ án thiết kế đạt yêu cầu Trang 28 éồ án thiết kế. .. án thiết kế Máy điện SV: Nguyễn Ngọc Quang TBé – éT -CH K9 Động điện KĐB roto lồng sóc cấu tạo đơn giản lại chiếm số lượng lớn loại động điện công suất nhỏ trung bình Vì nhiệm vụ tính tốn thiết. .. Dòng điện khởi động: Ik = U1 220 = = 709,6 A z nξbh 0,31 Bội số dòng điện khởi động: ik = I k 709,6 = = 7,3 (A) I đm 99,54 Điện kháng hỗ cảm xét đến bão hoà: Trang 27 éồ án thiết kế Máy điện