Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn Lời nói đầu Trên thực tế sản xuất (trong công nghiệp nh nông nghiệp) nhà máy điện xoay chiều, đặc biệt nhà máy điện xoay chiều ba pha, đợc sử dụng Đối với loại máy điện không đồng có trìh chế tạo sản xuất đơn giản, tính làm việc hiệu xác lại thêm giá thành hạ khiến loại máy đề tài nghiên cứu để phát huy Máy điều chỉnh cảm ứng ba pha ứng dụng phổ biến máy điện không đồng Với điện áp đa vào giá trị định đầu cho điện áp thay đổi đợc khoảng tơng đối rộng từ 0(V) ữgiá trị theo thết kế Tất nhiên có nhiều phơng pháp làm thay đổi điện áp nh phơng pháp dùng Tiristor, dùng biến áp tự ngẫu nhng phơng pháp không cho phép điều chỉnh máy mang tải, không đa điện áp hình sin(dùng Tiristor) hay phơng pháp sinh nhiệt tia lửa điện (máy biến áp tự ngẫu dùng chổi than) Trong khoá luận thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha này, có số liệu tính toán phơng pháp chọn không tránh khỏi sai sót, lần em đợc tiếp xúc với đề tài khoa học nhỏ nhng đòi hỏi phải có tổng kết kiến thức Do em kính mong thầy cô hết lòng dẫn để khoá luận em mang tính xác, xác thực cao phù hợp với tiêu chuẩn đặt Bài khoá luận đợc hoàn thành mà thiếu hớng dẫn hết lòng thầy giáo Vũ Gia Hanh Ngời thầy u tú nhiều hệ thầy cô khoa TBĐ - ĐT ngời truyền cho em kiến thức quý báu suốt ba năm qua A/- Giới thiệu động không đồng roto dây quấn I/- Máy điều chỉnh cảm ứng : Máy điều chỉnh cảm ứng máy biến áp có hai dây quấn đợc đặt hai phần riêng biệt lõi thép, hai phần quay dịch chuyển vị trí tơng Máy điều chỉnh cảm ứng thờng đợc cấu tạo nh động không Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn đồng dây quấn đợc đặt phần Stato, phần Roto đợc đặt dây quấn thứ hai, chuyển động tơng đối Rôto Stato thực qua truyền trục vít Máy điều chỉnh cảm ứng ba pha có dây quấn ba pha tơng tự nh dây quấn Stato dây quấn Roto động điện không đồng ba pha Roto dây quấn Dây quấn tạo nên từ trờng quay, sức điện động cảm ứng từ Roto không thay đổi ứng với vị trí Roto Sức điện động sơ cấp thứ cấp lệch pha nh mô tả hình (22-19) ( Sách thiết kế MBA ) Vì điện áp thứ cấp tổng điện áp Stato U1 điện áp Roto U2 , biến đổi từ trị số cực đại U + U2 đến giá trị cực tiểu U1 U2 ; đồng thời biến đổi góc pha Để điện áp không thay đổi pha, ngời ta ghép hai máy điều chỉnh pha ngợc hình (22-20) ( Sách thiết kế MBA), hai máy có từ trờng quay ngợc chiều ( Một vợt pha, chậm pha ), điện áp thứ cấp thay đổi trị số mà không thay đổi pha H22-20 : điều chỉnh điện áp máy điều chỉnh cảm ứng kép Điều chỉnh cảm ứng kép có hình dáng nh hình (22-22) ( Sách thiết kế MBA) Các vật liệu kết cấu đúc gang gia công cách hàn gang, cấu tạo theo kiểu trục đứng Phía Stato có 36 rãnh rãnh có dẫn Dây quấn có dạng ghép thành hai nhánh nối song song Roto có 48 Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn rãnh đặt dẫn có kích thớc 3ì10 mm (Trong dẫn Stato có kích thớc 2.6ì8 mm ) Mỗi phần có đầu nối Stato Roto, phần dây quấn Stato nối đầu cuối phần nối dây quấn Roto đợc nối cáp mềm nối qua dẫn P, dẫn có tờng cách điện M Trục quay Roto có hai ổ theo hớng kính ổ bi hớng trục Phía có gắn bánh vít, trục vít với ổ trợt đồng Trục vít quay tay nhờ động phụ trợ, có quạt hút gió để thông gió Bình thờng làm việc, dây quấn Roto máy điện không đồng đợc nối ngắn mạch máy quay với tốc độ ( n ) Nhng có số quan hệ mà Roto đứng yên ( n = ) tồn qua trạng thái hiểu cách dễ dàng nguyên lý làm việc máy điện không đồng Vì trớc hết ta nghiên cứu trờng hợp Roto đứng yên Thực coi động điện lúc mở máy nằm trờng hợp Đặt điện áp U1 có tần số f1 vào dây quấn Stato, dây quấn Stato có dòng điện I1, tần số f1; dây quấn Roto có dòng điện I 2, tần số f I1 I2 sinh s.t.đ quay F1 F2 có trị số (nh biết phần thứ nhất, Chơng 3, sách Máy Điện I ) : F1 = m F2 = m wk dq1 p wk 2 p dq I1 I2 Trong : m1, m2 - Số pha dây quấn Stato Roto; p - Số đôi cực; w2, w1, kdq1, kdq2 - Số vòng dây nối tiếp pha hệ số dây quấn Stato, Roto Hai s.t.đ quay với tốc độ đồng n = 60 f1/p tác dụng với để sinh s.t.đ tổng khe hở F Vì phơng trình cân s.t.đ viết : F + F = F o hay F1 = F o + ( F ) Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn Giống nh cách phân tích MBA, coi nh dòng điện Stato I1 gồm hai thành phần : Một thành phần Io tạo nên s.t.đ m = Fo wk 1 dq1 Io p Và Một thành phần (- I ) tạo nên s.t.đ m ( - F ) = wk p dq1 I Bù lại s.t.đ F2 dòng điện thứ cấp = I1 I o hay + + (= I Nh ta có : I ) I I I o So sánh s.t.đ F2 dòng điện I2 Roto thành phần I2 dòng điện Stato sinh ra, ta có : mì 2 ì w ìk dq p ìI2 = mì ì w ìk p dq1 ì I Từ tìm đợc tỷ số biến đổi dòng điện : ki = I I = m ìw ìk m ìw ìk 1 dq1 2 dq Dòng điện quy đổi Roto sang Stato : I = I k i Từ thông s.t.đ Fo sinh khe hở quét qua hai dây quấn Stato Roto cảm ứng s.đ.đ mà trị số : E1 = 4.44ìf1ìw1ìkdq1 E1 = 4.44ìf2ìw1ìkdq2 Khi Roto đứng yên, f1 = f2 nên tỷ số biến đổi điện áp máy điện không đồng : Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn E E Ke = = w ìk w ìk dq1 dq Quy đổi E2 sang bên sơ cấp ta đợc: E2 = E1 = ke ì E2 Do từ thông tản Stato nên dây quấn Stato cảm ứng nên s.đ.đ tản E1 = - jìI1ìx1, x1 điện kháng tản dây quấn Stato Nếu xét điện áp rơi điện trở r dây quấn Stato I1r1 phơng trình cân s.đ.đ mạch điện Stato : U1 U1 = -( =- E1 + E 01 ) + I ì r1 = - E i + I ì ( r1 + j x1) E1 + I ì z 1 Trong z1 = r1 + j x1 tổng trở dây quấn Stato Trên dây quấn Roto Do dây quấn Roto ngắn mạch nên phơng trình cân s.đ.đ mạch điện Roto nh sau : 0=- + E2 I ( r2 + j x2 ) = - E I ìz2 + Trong : r2 = - Điện trở Roto bao gồm điện trở phụ mắc vào có; x2 = - Điện kháng tản dây quấn Roto; z2 = r2 + jìx2 Tổng trở dây quấn Roto Cũng giống nh m.b.a ta viết : E1 = I o ì zm = I o ì (rm + j xm) Trong : Io - Dòng điện từ hoá sinh sức từ động Fo; rm - Điện trở từ hoá đặc trng cho tổn hao sắt; xm - Điện kháng từ hoá biểu thị hỗ cảm Stato Roto Muốn quy đổi điện trở điện kháng Roto sang bên Stato phải áp dụng nguyên tắc tổn hao không đổi góc pha E q I2 không đổi Khi quy đổi r2 ta có : muìI22ìr2 = m1ìI22ìr2 Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn Từ ta đợc : r2 = m m I I ì( 2 )2ìr2 = m m ì( m ìw ìk m ìw ìk 1 dq1 2 dq )2 ì r2 r2 = ke ì ki ì r2 = k ì r2 Trong k = ke ì ki hệ số quy đổi tổng trở Khi quy đổi x2 ta có : x r tg2 = = 2 r r x2 = đợc x r ì x2 = k ì x2 2 Khi viết phơng trình ta coi nh trục dây quấn Stato Roto pha trùng ( hình 16-1a ) Trong trờng hợp chung, giả sử dây quấn Roto lệch với dây quấn Stato góc không gian theo chiều từ trờng quay (hình 16-1b), từ trờng quay quét qua dây quấn ta có : E I = = k E z 2 ì E ì E1 ì e-j e = k e ì e-j z Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn stato rô to stato rô to h16-1 : sơ đồ máy điện không đồng có trục dây quấn stato roto Ta thấy dây quấn Roto dịch phía trớc dây quấn Stato góc không gian s.đ.đ dòng điện chậm sau góc pha thời gian so vớ hai dây quấn pha có trục trùng Trong trờng hợp đó, biên độ s.t.đ quay F2 dòng điện Roto (thí dụ pha ) chậm khoảng thời gian ứng với thời gian cần thiết để F quay góc Vì đây(hình 16-1b) trục pha a Roto có vị trí vợt trớc trục pha A Stato góc nên s.t.đ F2 có vị trí tơng đối so với s.t.đ F1 hoàn toàn nh trục hai dây quấn Stato Roto trùng nh xét trờng hợp hình 16-1a Kết s.t.đ tổng F0 từ thông tổng tơng ứng không đổi, trị số s.đ.đ điện áp, dòng điện không thay đổi Từ phân tích ta rút kết luận thời điểm định, trục s.t.đ Roto so với vị trí dây quấn Stato không vị trí dây quấn Roto mà thay đổi Do phơng trình cân s.t.đ Khi trục dây quấn Roto lệch với trục dây quấn Sato pha có s.đ.đ dòng điện lệch góc pha Nhng cần dải dòng điện s.đ.đ Stato Roto tác dụng lên Stato thông qua s.t.đ nó, = hay ta coi nh bên Stato thay đổi, dùng trờng hợp = để Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn lập quan hệ Stato Roto Nh tránh phức tạp xét thêm góc Tóm lại phơng trình đặc trng cho tình trạng làm việc ngắn mạch máy điện không đồng quy đổi sang Stato bao gồm : U = - E + I1 ì z1 = - E + I ì z E = E I + I = I (A) - E = I ì z m Khi Roto đứng yên mà dây quấn Roto ngắn mạch, muốn giới hạn dòng điện I1 I2 dây quấn Stato Roto đến trị số định mức chúng nh máy biến áp lúc ngắn mạch cần phải giảm thấp điện áp đặt vào Điện áp (gọi điện áp ngắn mạch) vào khoảng 15 ữ 25% Uđm Cũng mà s.đ.đ E1 máy nhỏ nhiều từ công thức : E1 = 4.44 ì f1 ì w1 ì kdq1 ì E2 = 4.44 ì f2 ì w2 ì kdq2 ì Ta thấy từ thông máy ít, nghĩa s.t.đ từ hoá F o nhỏ so với F1 F2 phơng trình : hay F + F = F F = F + ( F 0 ) Có thể bỏ qua Fo Lúc ta có : F + F = F I + I hay 0 Thay phơng trình vào phơng trình thứ t (A) ta tính đợc dòng điện Stato I1 : Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn I U z + z 1 = U z n Trong : zn = z1 + z2 = ( r1 + r2) + jì( x1+x2) zn = rn + j xn - tổng trở ngắn mạch máy điện không đồng Khi U1 = Uđm I1 dòng điện mở máy Đồ thị véctơ mạch điện thay nh hình 16-2 16-3 : h16-2 : đồ thị véc tơ máy điện không đồng roto đứng yên h16-3 : mạch điện thay máy điện không đồng ngắn mạch II/-Các phơng pháp điều chỉnh điện áp ba pha: Có nhiều phơng pháp điều chỉnh điện áp ba pha nh phơng pháp dùng Tiristor, dùng biến áp tự ngẫu máy điều chỉnh cảm ứng Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn 1/- Bộ điều chỉnh xoay chiều ba pha Tiristor Phơng pháp sử dụng Tiristor mắc song song ngợc để điều chỉnh đợc điện áp, (hoặc dùng Triac) Vì Anôt Tiristor nối với Catôt Tiristor ngợc lại Nên mạch điều khiển cho cặp Tiristor thiết phải dùng biến áp xung có hai cuộn dây thứ cấp cách ly với Các Điốt đợc dùng để khoá chặn xung âm Nói tóm lại, phơng pháp điều chỉnh dòng ba pha Tiristor cho thiết bị nhỏ gọn, việc thay đổi góc mở đợc điều khiển tự động cách xác Với loại tải nhỏ phơng pháp đạt đợc hiệu suất cao Nhợc điểm điện áp dòng điện không liên tục, không hình sin Điều lợi cho máy điện quay với yêu cầu từ trờng máy điện quay phải hình sin Hơn điện áp luôn nhỏ điện áp vào Có nghĩa không chế tạo tăng áp đợc 2/- Điều chỉnh dòng xoay chiều ba pha dùng biến áp tự ngẫu : Trong trờng hợp điện áp lới điện sơ thứ cấp khác không nhiều nghĩa tỷ số biến đổi điện áp nhỏ, để đợc kinh tế chế tạo vận hành ngời ta dùng máy biến áp tự ngẫu Máy biến áp tự ngẫu máy biến áp hai dây quấn hoạt động theo nguyên tắc cảm ứng điện từ Đặt điện áp U vào cuộn W1 phía sơ cấp xuất dòng I chạy qua Dòng điện tạo nên từ thông máy từ thông biến thiên theo định luật cảm ứng điện từ cuộn dây W1 W2 xuất s.đ.đ cảm ứng e1 e2 Với loại máy biến áp cho điện áp có tính chất giống nh điện áp vào Tuy nhiên loại máy có dung lợng không lớn hệ số biến áp nhỏ nên đợc dùng phòng thí nghiệm, chẳng hạn nh kiểm tra không tải ngắn mạch máy điện 3/- Một vài cách điều chỉnh điện áp ba pha khác : Ngời ta điều chỉnh điện áp (điều thế) phía dây quấn cao áp hạ áp, điều chỉnh nhảy cấp hay liên tục, điều dới tải (dòng điện điện áp) điều không điện, trờng hợp điều chỉnh lúc ngắt điện phía sơ cấp phía thứ cấp Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT 10 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn VII/-Tính toán nhiệt : Động điện không đồng kiểu bảo vệ IP23 đợc tính toán nhiệt theo sơ đồ thay nhiệt hình 86 ( Sách thiết kế Máy Điện ) Máy có gió thổi trực tiếp bề mặt lõi sắt phần đầu nối dây quấn h8-6 : sơ đồ thay nhiệt stato máy điện xoay chiều kiểu bảo vệ ip23 Máy có hai nguồn nhiệt tổn hao đồng dây quấn tổn hao sắt lõi sắt Stato : QCu = PCu QFe = PFe Để đơn giản hoá, coi dây quấn lõi sắt khối đồng dòng nhiệt dây quấn môi trờng xung quanh theo hai đờng : - Qua cách điện rãnh vào lõi sắt tản bề mặt lõi sắt RFe - Từ đầu nối dây quấn với nhiệt trở bề mắt phần đầu nối RCu vào môi trờng 74/- Tổn hao đồng Stato : QCu1 = PCu1 + 0.5 Pf = 0.812 + 0.5 ì 0.135 =0.88 (kW) 75/- Tổn hao sắt Stato : QFe = PFe = 0.337 (kW) 76/- Tổn hao Roto : QR = PCu2 + 0.5Pf = 0.614 + 0.5ì0.135 = 0.681 (kW) Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT 38 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn 70/- Nhiệt trở mặt lõi sắt Stato : RFe = RFeg + R = S ì( + D1 g ) g Trong đó: SDn = ì Dn ì l = ì 36.8 ì 14 = 1617.7 (cm2) g = h Fe = 30 ì10 2.98 g1 = 0.1 (W/cm2 oc) g = 0.09 (W/cm2 oc) RFe = 1 ì( + ) = 2.93 ì10-5 (oC/W) 1617.7 0.1 0.09 77/- Nhiệt trở phần đầu nối dây quấn Stato : Rđ = ìS C + C d d ì Sd Trong : C = 0.02 (cm) (Cách điện đầu nối băng vải) C = 0.16 ì 10-2 (W/ oC) cách điện cấp B, F ( Tra bảng 8.1- Sách thiết kế Máy Điện ) đ = ( = 0.54 VR2 ) ì 10-3 = ( + 0.54ì18.0552 ) ì 10-3 = 0.177 (W/cm2 oC) VR = ì Dìn ì 23ì 1500 = = 18.055 (m/s) 6000 600 Sđ = 2Z1ì Cb ì Iđ = ì 36 ì 5.4 ì 41 = 15940.8 (cm2) chu vi bối dây Cb = 5.4 (cm), lđ = 41 (cm) 78/- Nhiệt trở đặc trng cho độ chênh lệch không khí nóng bên máy vỏ máy : R = 1 o ì S = 0.02 ì 4000 = 0.0125 ( C/W) Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT 39 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn Trong : = o ì ( + KoìVR2 ) ì 10-3 = 1.42 ì ( + 0.06ì18.0552 )ì10-3 = 0.02 (W/cm2.oC) S = 4000 (cm2) xác định theo kết cấu máy 79/- Nhiệt trở bề mặt vỏ máy : R = ì S + ì S + ì S ì S V V n n n n n Trong : C g ì b = 1.3 + 3.85 ì10 ì 0.3 + Kg = b + c V b + c 0.3 + 1.5 6.38 ì103 0.3 + 1.5 Kg = 1.72 Trong : V = 3.6ìd-0.2 ì V0.8 ì 10-4 = 3.6 ì 0.024-0.2 ì 14.40.8 x 10-4 V = 6.38ì10-3 (W/cm2.oC) Với đờng kính tơng đơng d = 2.4 cm = 0.024 (m) VV Tốc độ gió thổi mặt vỏ máy tính đến suy giảm 50% theo chiều dài gân tản nhiệt Đờng kính cánh quạt lấy Dn VV = 0.5 ì ì Dn ì n 6000 = 0.5 ì 3.14 ì 36.8 ì 1500 = 14.4 (m/s) 6000 g = ì th ì(ìh) = ì 4ì10-2th (1ì2.5) g = 3.95ì 10-2 (W/cm2.oC) = V b = ì 6.38 ì10 ì10 ì 0.3 =1 V = kg ì V = 1.72 ì 6.38 ì 10-3 = 10.97 ì 10-3 ( W/cm2 oC) Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT 40 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn nắp sau, tốc độ gió cánh quạt không bị suy giảm nên hệ số tản nhiệt nắp có gió thổi : n = 3.6 ì d-0.2 ì v-0.8 ì 10-4 = 3.6 ì 0.024-02 ì 2690.8 ì 10-4 n = 10.5 ì 10-3 ( W/cm2 oC) Hệ số tản nhiệt nắp gió thổi : n = 1.42 ì 10-3 ( W/cm2 oC) Các diện tích tản nhiệt vỏ máy (kể gân) SV = 6000 (cm2) nắp Sn = Sn = 1000 (cm2) Chiều cao cánh h = 2.5 (cm), khoảng cách trung bình gân c = 1.5 (cm), chiều dày gân b = 0.3 (cm) đợc xác định thiết kế kết cấu máy R = 10.97 ì ì 6000 + 10.5 ì ì 1000 + 1.42 ì ì 1000 10 10 10 R = 0.01286 (oC/W) 80/- Nhiệt trở lớp cách điện rãnh : RC = q = C ìS C C 0.03 0.16 ì10 ì 3628.8 = 5.17ì10-3 (oC/W) Trong : SC = Z1 ì cb ì l1 = 36 ì 5.4 ì 14 = 3628.8 (cm2) 81/- Độ chênh lệch vỏ máy với môi trờng : = ( QCu1 + PFe + PR ) ì R = ( 0.88 + 0.337 + 0.681 )ì 0.01286 = 24.4 oC 82/- Độ tăng nhiệt dây quấn Stato : Q = + ì ( R Fe + RC ) + P Fe ì R Fe + P R ì R ì R Fe RC Cu1 Rd + R +R 1+ R R + R Fe C + d Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT 41 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn 1= 5 0.88 ì (2.93 ì10 + 0.36 ì10 ) + 0.337 ì 2.93 ì10 + 0.681 ì 0.0125 ì 1+ 2 2.93 ì10 + 0.36 ì10 + 0.0125 2.93 ì10 + 0.36 ì10 + 0.0125 + 24.4 oC = 3.23 + 24.44 = 27.67 oC VIII/- Trọng lợng vật liệu tác dụng tiêu sử dụng : 83/- Trọng lợng thép Silic cần chuẩn bị : GFe = ( Dn + )2 ì l1 ì kC ì Fe ì 10-3 GFe = ( 36.8 + 0.7 )2 ì 14 ì 0.95 ì 7.8 ì 10-3 = 145.9 (kg) 84/- Trong lợng đồng dây quấn Stato : GCu = Z1 ì Ur1 ì n ì S1 ì ltb ì Cu ì 10-5 GCu = 36 ì 68 ì ì 1.385 ì 55 ì 8.9 ì 10-5 = 33.19 (kg) 85/- Chỉ tiêu kinh tế vật liệu tác dụng : Thép kỹ thuật điện : gFe = G Fe P = 145.9 = 4.6 (kg/kW) 30 Đồng : gCu = G Cu P = 33.19 = 1.106 (kg/kW) 30 IX/- Phơng pháp tính toán nhiệt đơn giản : Nh tính toán trên, tính nhiệt cho kết chênh lệch so với thực tế Đó sai khác so với thực tế trình công nghệ khác tốc độ gió thực so với tốc độ gió thiết kế, giả thiết gần v.v Nhng dù gần biết đợc phân bố nhiệt độ phận riêng rẽ máy điện số liệu có giá trị định việc tính nhiệt Vì thực tế luôn phải tính nhiệt nhng bao Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT 42 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn có khuynh hớng đơn giản hoá phơng pháp tính toán chừng mực Sau phơng pháp công thức tính toán nhiệt đơn giản hoá dùng nhà máy Các công thức đợc xây dựng giả thuyết cho tất tổn hao sinh vùng giới hạn chiều dài tác dụng lõi sắt (Stato hay Roto) tản mặt trụ lõi sắt, tổn hao phần đầu nối dây quấn toả bề mặt tản nhiệt phần đầu nối Nếu gọi độ tăng nhiệt dây quấn phạm vi chiều dài tác dụng l1 lõi sắt đ độ tăng nhiệt phần đầu nối dây quấn chiều dài lđ độ tăng nhiệt trung bình dây quấn (đối với không khí thổi bề mặt lõi sắt phần đầu nối máy kiểu bảo vệ IP23) đợc xác định theo công thức : Cu = ì l + ì l l +l 1 d d d Độ tăng nhiệt dây quấn stato (tính toán với Roto tơng tự) Độ tăng nhiệt theo chiều dày lớp cách điện rãnh : C = ì AJ ì t ì C ìc C = ì 280 ì 1.5 ì 0.02 4020 = 0.062 0.16 ì10 ì 21.2 Trong : - Chiều dày lớp cách điện rãnh phía A - Tải đờng (A/cm) J Mật độ dòng điện (A/mm2) t2 Bớc phần ứng (cm) C2 Chu vi rãnh phần ứng (cm) - Điện trở suất dây dẫn nhiệt độ cho phép (với cách điện cấp B : = 1/4020 mm2/cm) c Hệ số dẫn nhiệt cách điện Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT 43 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn Độ tăng nhiệt mặt lõi sắt phần ứng so với nhiệt độ không khí làm nguội : Dòng điện qua đơn vị bề mặt lõi sắt phần ứng : q = ì AJ n ìd (1 + g g D q = 4020 1+ ì 280 23 P + ) + Fe ì D l1 (1 + n +d g g D ) 337.5 3.14 ì 23 ì 14(1 + ) 23 q = 0.357 đây: D - Đờng kính phần ứng ng, dg Số lỗ đờng kính lỗ thông gió dọc trục l1 Chiều dài phần ứng Độ tăng nhiệt mặt lõi sắt phần ứng so với nhiệt độ không khí làm nguội : = q V : V Hệ số tản nhiệt bề mặt - hệ thống thông gió hớng kính : V = 6.6 ì 10-3 ì ( + 0.1 ì VR ) VR = ì Dn 6000 = 3.14 ì 36.8 ì 1500 = 28.9 (m/s) Tốc độ đờng phản ứng 6000 V = 6.6ì 10-3 ì ( + 0.1ì 28.9 ) = 0.026 Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT 44 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn = q = V 0.357 6.61 ì10 = 13.73 - hệ thống thông gió hớng trục : V = 2.2 ì 10-3 ì ( + 0.1 ì Vq ) Trong : Vq = ì Dq ì n 6000 = 3.14 ì 16 ì 1500 = 12.56 (m/s) 6000 V = 2.2 ì 10-3 ì ( + 0.1 ì 12.56) = 4.96 ì 10-3 q đ = V 0.357 = 4.96 ì = 71.98 10 Độ tăng nhiệt phần đầu nối dây quấn phần ứng so với nhiệt độ không khí làm nguội : Dòng nhiệt qua đơn vị diện tích bề mặt phần đầu nối dây quấn : qđ = 1.4 ì ì AJ qđ = 1.4 ì 1/4020 ì 280 = 0.098 Độ tăng nhiệt phần đầu nối dây quấn : đ = q d V Trong : V = ì10-3ì ( + 0.1v) v Tốc độ bề mặt phần ứng hệ thống thông gió hớng kính hay tốc độ vòng cánh quạt hệ thống quạt dọc trục (m/s) v = 12.56 V = 3ì10-3 ì ( + 0.1 ì 12.56 ) = 6.77ì10-3 Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT 45 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn 0.098 đ = 6.77 ì 10 = 14.47 Độ tăng nhiệt dây quấn phần ứng : Cu = ( C + ) ì l1 + d ì l d l +l = d (0.062 + 85.71) ì 14 + 14.47 ì 41 55 Cu = 32.62 Độ tăng nhiệt mặt lõi sắt Stato so với môi trờng : Dòng nhiệt qua đơn vị diện tích bề mặt : Trong hệ thống thông gió hớng kính : q = ì AJ + P Fe1 + 0.5 ì P f ì D ì l1 337.5 + 81.5 q = 4020 ì 280 + = 0.484 3.14 ì 23 ì 14 Trong hệ thống thông gió hớng trục : q = ì AJ ì D D + P n Fe1 + 0.5 ì P f ì D n ì l1 23 337.5 + 81.5 + q = 4020 ì 280 ì = 0.3 36.8 3.14 ì 36.8 ì 14 Hệ số tản nhiệt bề mặt đợc xác định theo công thức : v = o ì ( + 0.1v ) Khi thông gió hớng kính : v = 6.6ì10-3 ì ( + 0.1 ì 12.56 ) = 0.015 Khi thông gió hớng trục : v = 3.3ì10-3 ì ( + 0.1 ì 12.56 ) = 7.44ì10-3 Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT 46 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn Độ tăng nhiệt mặt lõi sắt Stato : = q b Khi thông gió hớng kính : = 0.484 = 32.27 (oC) 0.015 Khi thông gió hớng trục : 0.3 = 7.44 ì = 40.32 (oC) 10 Độ tăng nhiệt độ đ mặt phần đầu nối dây quấn Stato so với nhiệt độ môi trờng : đ = q d 1.33 ì10 ì (1 + 0.05 ì v ) = 6.59 ì10 1.33 ì10 ì (1 + 0.05 ì 12.56) đ = 3.044 Trong : qđ = ì AJ ì t c =1 4020 ì 280 ì 2.006 21.2 qđ = 6.59ì10-3 Độ tăng nhiệt dây quấn Stato : Cu = ( C + 1) ì l1 + ( C + d ) ì l d l +l d Khi thông gió hớng kính : Cu = (0.062 + 32.27) ì 14 + (0.062 + 3.044) ì 41 = 10.54 (oC) 14 + 41 Khi thông gió hớng trục : Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT 47 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn Cu = (0.062 + 40.32) ì 14 + (0.062 + 3.044) ì 41 = 12.59 (oC) 14 + 41 Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT 48 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn Thiết kế kết cấu Thiết kế kết cấu gồm phần 1/- Vỏ máy 2/- Nắp máy 3/- Vành ép lõi sắt thứ cấp sơ cấp Giá đỡ sơ cấp 4/- ổ trục cấu hộp trục 5/- Trục máy 6/- Hệ thống thông gió quạt gió Nh nêu máy điều chỉnh cảm ứng không làm việc chế độ động nên số chi tiết nh trục máy, trục máy, vỏ máy giảm nhỏ vừa tăng tính kinh tế máy vừa tăng tuổi thọ máy Đây loại máy điều chỉnh cảm ứng kép nên vỏ máy đợc thiết kế cho phép ghép đợc hai lõi sắt thứ cấp, lõi sắt vỏ có khe hở thông gió Máy gồm có hai nắp nắp dới Nắp dới đợc lắp ổ trụcdể đỡ Roto đồn thời gắn liền vơi chân để đỡ máy, nắp dới có đủ độ dầy, đứng vững Nắp bên chủ yếu định tâm cho sơ cấp nắp đợc chế tạo đơn giản đợc khoét lỗ thông gió Bên nắp có gắn thêm phận tay quay để quay Roto cánh trợt Lõi sắt sơ cấp thứ cấp đợc tận dụng máy điện quay ổ trục cấu hộp trục lấy từ máy điện cỡ nhỏ Máy đợc đặt đứng nên trục máy không chịu lực uốn trục máy giản nhỏ Quạt gió làm mát đợc đặt dới chân đế máy thổi hắt từ dới lên Kết cấu máy đợc vẽ chi tiết vẽ Ao Kết luận Máy điện không đồng loại máy điện xoay chiều chủ yếu làm động điện Do kết cấu đơn giản, làm việc chắn, hiệu suất cao giá thành hạ nên động không đồng loại máy đợc dùng rộng rãi ngành kinh tế quốc dân vơí công suất từ vài chục đến hàng nghìn kW Trong công nghiệp thờng dùng máy điện không đồng làm nguồn động lực cho máy cán thép loại Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT 49 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn nhỏ, động lực cho máy công cụ 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 chiếm vị trí quan trọng: quạt gió, máy quay đĩa, động tủ lạnh v.v Theo phát triển sản suất điện khí hoá, tự động hoá sinh hoạt ngày, phạm vi ứng dụng máy điện không đồng ngày rộng rãi Thiết kế máy điện môn học chuyên ngành Học môn vào yêu cầu sản xuất thiết kế sản phẩm, học phải có liên hệ lý luận thực tế Có tham số thiết kế dựa vào kết tính toán tốt từ suy diễn lý luận bị công nghệ sản xuất hạn chế Những kiến thức thực tễ phải đợc tích luỹ trình tham gia sản xuất Ngoài cần phải hiểu, nắm vững vận dụng đợc quy luật liên quan đại lợng Tóm lại, thiết kế máy điện phân tích ảnh hởng vật liệu tác dụng, kích thớc máy đến quy luật nội quan hệ hàm số tham số tính Hà Nội, ngày 30 tháng năm 2003 Tài liệu tham khảo Sách thiết kế Máy Điện PGS Trần Khánh Hà TS Nguyễn Hồng Thanh Sách thiết kế MBA PGS Phạm Văn Bình PGS Lê Văn Doanh Sách Máy Điện I , II PGS Vũ Gia Hanh Trần Khánh Hà Phan Tử Thụ Nguyễn Văn Sáu Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT 50 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT 51 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn Mục lục Trang Lời mở đầu A/- Giới thiệu động không đồng Roto dây quấn I/- Máy điều chỉnh cảm ứng II/- Các phơng pháp điều chỉnh điện áp ba pha 11 B/- Thiết kế máy điều chỉnh điện áp ba pha 15 I/- Dây quấn rãnh Stato khe hở không khí 15 II/- Tính toán mạch từ 22 III/- Tính toán tham số 26 IV/- Tính toán tổn hao 33 V/- Đặc tính làm việc 33 VI/- Tính toán tham số U 34 1/- Máy điều chỉnh cảm ứng kép 34 2/- Độ thay đổi điện áp 36 VII/- Tính toán nhiệt 42 VIII/- Trọng lợng vật liệu tác dụng tiêu sử dụng 46 IX/- Phơng pháp tính toán nhiệt đơn giản 47 Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT 52 [...]... làm quay Roto vì cũng bị triệt tiêu Máy đợc chế tạo hai trục Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT 11 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn h17-10 : nguyên lý điều chỉnh liên tục nhờ máy điều chỉnh cảm ứng h17-11 : phơng pháp điều chỉnh kép Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT 12 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn B/- thiết kế máy điều chỉnh. .. 71/- Hiệu suất của máy : = P P 2 =1 1 p P =1 1 1.9 = 0.93 27000 VI/-Tính toán tham số U: 1/ -Máy điều chỉnh cảm ứng kép: Máy điều chỉnh cảm ứng kép là một loại máy biến điện áp dựa trên nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ ba pha Roto dây quấn vơi Roto ứng yên Kết cấu của máy điều chỉnh cảm ứng giống nh máy điện không đồng bộ Roto, dây quấn chỉ khác là dây quấn Stato và Roto ngoài sự liên... ngẫu hai dây quấn Máy điều chỉnh cảm ứng có hai loại: Loại đơn và loại kép ở đây ta xét về máy điều chỉnh cảm ứng kép Sơ đồ nguyên lý và đồ thị véctơ của máy điều chỉnh cảm ứng kép (hình 206: Sách Máy Điện I) Máy này gồm hai máy điều chỉnh cảm ứng đơn 1 và 2 ghép lại và Roto của hai máy đợc nối chặt với nhau về cơ khí Theo hình vẽ 20-6 (Sách Máy Điện I ) ta thấy ở máy 2 thứ tự pha ngợc với máy 1 nên... K9-B1-TBĐ-ĐT 14 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn S1 = I ì n a ìJ 1 1 1 = 1 45.63 = 1.385 (mm2) 2 ì 3 ì 5.49 Tra phụ lục IV Sách thiết kế máy điện ta chọn S1 = 1.32 (mm2) d/dcđ = 1.3/ 1.41 (mm) 12/- Kích thớc rãnh Stato và sự điền đầy rãnh : 8,4 Rãnh stato Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT 15 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn 13/-.. .Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn Điều chỉnh nhảy cấp bằng cách thay đổi số vòng dây, mức điện áp điều chỉnh nhỏ nhất là điện áp trên một vòng dây Thờng điều chỉnh số vòng dây, giữ từ thông trong lõi thép không đổi Ngời ta cũng điều chỉnh bằng cách giữ vòng dây không đổi và thay đổi từ thông trong lõi thép Trong thực tế, việc thay đổi vòng dây bao giờ cũng... thể dùng điều chỉnh cảm ứng (hình 17-10 Sách thiết kế MBA) Bản chất máy điều chỉnh là động cơ không đồng bộ Roto dây quấn, Roto không quay mà đợc chỉnh quay tới vị trí lệch đi góc Dây quấn Roto nối bằng dây cáp ngoài Nhợc điểm là làm lệch góc pha với lới Để khắc phục ngời ta có thể dùng hai máy cảm ứng, mỗi máy cảm ứng sẽ chịu điện áp bằng một nửa (hình 17-11- Sách thiết kế MBA), tiện lợi là Mômen... mạch nhánh // a1 = 3 Ur1 = A ì t1 ì a1 I 1dm = 510 ì 2.006 ì 4 = 67 (vòng) 45.63 Lấy Ur1 = 68 (vòng) Chọn theo bảng 10.3 ( Sách Thiết kế máy điện ), ta có : Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT 13 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn A = 510 ( A/cm) , B = 0.84 (T) 4/- Số vòng dây nối tiếp một pha : ì 36 ì 68 W1 = U r1 Z 1 = = 136 (vòng) 2 a1 ì m1 2 ì 3ì 3 5/- Kiểu dây quấn. .. áp Máy biến áp ba pha còn phải luôn giữ số vòng dây ở các pha bằng nhau Chuyển mạch phải chắc chắn để dòng điện không phá hỏng mặt tiếp xúc Cấu tạo phần dây quấn điều chỉnh sao cho ở mọi vị trí của đầu phân áp hai dây quấn đối xứng nhau, để không có từ trờng tản không đối xứng, nguyên nhân sinh ra lực điện động lớn ở dây quấn Điều chỉnh liên tục: Điều chỉnh điện áp liên tục có thể dùng điều chỉnh cảm. .. Công suất chuyển đổi trong máy điều chỉnh cảm ứng giống nh ở biến áp tự ngẫu Máy điều chỉnh cảm ứng không có chổi than nên công suất máy có thể lớn, làm việc chắc chắn, điều chỉnh đợc điện áp bằng phẳng và có thể điều chỉnh đợc lúc có tải Góc pha U2 luôn luôn trùng với U1, còn Mômen điện từ sinh ra ở hai máy điều chỉnh cảm ứng đơn bằng nhau và ngợc chiều nhau nên trên trục máy không chịu Mômen nào cả... 1 nên giữa hai máy từ trờng quay ngợc chiều nhau Do đó góc pha giữa E2 và E1 trong hai máy bao giờ cũng ngợc chiều nhau bất kể Roto quay theo chiều nào Theo đồ thị véctơ hình (20-6b - Sách Máy Điện I ): Ta có điện áp đầu ra bằng : U 2 = U 1 + E 2 + E 2 = U 1 ì [1 Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ-ĐT 1 k (ej + e-j )] 12 31 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn Khi = 0