Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc 1 THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA RÔTO LỒNG SÓC PHẦN I : CÁC THÔNG SỐ ĐỊNH MỨC - Công suất định mức: P đm =15 kW - Điện áp định mức: U đm =380/220 V - Tổ đấu dây: Y/Δ - Tần số làm việc: f =50 Hz - Số đôi cực: 2p = 2 - Hệ số cosϕ đm = 0,92 - Hiệu suất của động cơ dm η = 0,875 - Kiểu máy: kín, tự làm mát bằng quạt gió - Chế độ làm việc liên tục - Cấp cách điện: cấp B 1. Tốc độ đồng bộ Từ công thức: fv p f n d d /3000 1 50.60.60 ===⇒= b b n 60.f p 2. Dòng điện định mức (pha) dmdmf dm Um P ϕη cos . 10. 11 3 = 1dm I Trong đó: Hiệu suất của động cơ : η đm = 0,875 Hệ số công suất : cosϕ đm = 0,92 )(23,28 92,0.875,0.220.3 210,2 cos . 10. 3 11 3 A Um P dmdmf dm ===⇒ ϕη 1dm I Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc 2 PHẦN II: KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU 3. Công suất tính toán )(26,18 92,0.875,0 15.98,0 cos. . ' kW Pk P dmdm dmE === ϕη Trong đó: K E =f(p) được tra trong hình 10-2 trang TKMĐ- Trần Khánh Hà Với p=1 ta tra được k E =0,98 4. Đường kính Stato Đường kính Stato phụ thuộc vào công suất tính toán P’ Với chiều cao tâm trục h=160 mm theo bảng 10-3có đường kính ngoài stato theo tiêu chuẩn Dn = 27,2 cm. đối với máy có số đôi cực 2p =2 ta có: D = (0,52 - 0,57)Dn Ta chọn K d = 0,52 – 0,57 ⇒D =14,14 – 15,504 cm , ta chọn D = 15 cm 5. Bước cực )(56,23 2 15. 2 . cm p D === ππ τ 6. Chiều dài tính toán lõi sắt Stato(l δ ) - Sơ bộ chọn : α δ =0,64 :hệ số cung cực từ k s =1,11: hệ số dạng sóng k dq =0,95 : chọn dây quấn 2 lớp, bước đủ - Theo hình 10-3a trang 234 TKMĐ- Tần Khánh Hà, Với Dn=27,2 cm ta tra được: A=360 A/cm Mật độ tự cảm khe hở không khí: B δ =0,84 T )(58,9 3000.15.84.0.360.91,0.11,1.64,0 26,18.10.1,6 .10.1,6 2 7 2 7 ' cm nDBAkk P l dqs ===⇒ δδ δ α Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc 3 lấy chuẩn l δ =9,6 cm 7. Chiều dài thực của Stato l 1 = l δ =9,6 (cm) Do lõi sắt ngắn nên làm thành một khối. Chiều dài lõi sắt stato, Rôto bằng: l 1 =l 2 = l δ =9,6 (cm) 8. Lập phương án kinh tế Hệ số : 41,0 56,23 6,9 === τ λ δ l Trong dãy động cơ không đồng bộ công suất 15 kW , 2p = 2 có cùng đường kính ngoài (nghĩa là cùng chiều cao tâm trục h =160 mm) với máy công suất 18,5 kW , 2p = 2 . Hệ số tăng công suất của máy này là: 23,1 15 5,18 == γ Do đó λ của máy 18,5 kW bằng 5043,041,0.23,1. 3037 === λγλ Theo hình 10-3b ,hai hệ số 37 λ và 30 λ đều nằm trong phạm vi kinh tế, do đó việc chọn phương án trên là hợp lý 9. Số rãnh Stato Z 1 = 2.m 1. p.q 1 =2.3.1.5 =30 (rãnh) Trong đó: m 1 =3 : là số pha của dây quấn Stato 2p = 2 : số đôi cực ⇒ p = 1 q 1 : số rãnh của mỗi pha dưới mỗi bước cực, vì tốc độ của động là 3000 vòng/phút nên ta chọn q 1 =5, 10. Bước rãnh Stato 1,57(cm) === 30 15 1 1 ππ Z D t 11. Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh anhdÉn) th I atA u dm r (80 23,28 4.75,1.360 1 11 === Trong đó: a 1 : số nhánh song song, chọn a 1 = 4 Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc 4 A =360 (A/cm) I 1đm =28,23 (A) 12. Số vòng dây nối tiếp của một pha dây quấn Stato (vßng) 100 4 80 .5.1 1 11 === a u qpW r 13. Tiết diện và đường kính dây 111 1 1 nJa I S dm = Trong đó: a 1 = 4 số nhánh song song n 1 : số sợi dây ghép song song, chọn n 1 = 2 J 1 : mật độ dòng điện dây quấn Stato Theo phụ lục IV, Bảng IV-1. Dãy công suất chiều cao tâm trục của động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc, kiểu kín TCVN-1987-94- cách điện cấp B Công suất P= 15 (kW), số đôi cực 2p = 2 ⇒ h = 160 (mm) Từ đó ta tra được trị số: AJ=1820 (A 2 /cm,mm 2 ) ⇒ mật độ dòng điện: )(A/mm 2 1,5 360 1820 1 === A AJ J ⇒ )(mm 2 691,0 2.1,5.4 23,28 111 1 1 === nJa I S dm Theo phụ lục VI ,bảng VI-1 chọn dây quấn tráng men PETV có đường kính (d/d cd = 0,74/0,805 ) có tiết diện bằng S 1 = 0,430 mm 2 14. Kiểu dây quấn Chọn dây quấn 2 lớp bước đủ, 15 2 30 2 == Ζ = p τ Chọn y = 12, từ rãnh 1 ÷ 11, τ = 15 ⇒ hệ số bước ngắn : 8,0 12 10 === τ β y - Hệ số dây quấn bước ngắn: 95,08.0. 2 . 2 1 = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = π β π SinSinKy Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc 5 Hệ số quấn rải: kr= 956,0 )2/12sin(.5 )2/12.5sin( )2/sin(. )2/.sin( == α α q q Trong đó q= 5 α=p.360/Z 1 =1.360/30=12 - Hệ số dây quấn Stato: K d1 = Ky 1. Kr = 0,8.0,956 = 0,91 15. Từ thông khe hở không khí )(01067,0 91,0.100.50.11,1.4 220.98,0 4 . 11 1 Wb KdqWfKs UK dmE === φ Trong đó: k E = 0,98 k s = 1,11 w 1 = 100 k d1 = 0,91 (do P >= 15, 2p = 2) 16. Mật độ từ thông khe hở không khí )(84,0 6,9.56,23.64,0 10.01067,0 10. 44 T l B S === δ δ τα φ Trong đó: φ =0,01067 (T) α δ = 0,64 τ = 23,56 (cm) l δ = 9,6 (cm) 17. Xác định sơ bộ chiều rộng răng Stato )(66,0 95,0.6,9.85,1 57,1.6,9.84,0 11 ' 1 1 ' 1 cm KclB tlB Z Z b === δδ Trong đó: l δ = l 1 = 9,6 (cm) t 1 = 1,57 (cm) B δ = 0,84 (T) B’z 1 : mật độ từ thông răng Stato, theo bảng 10.5b , với răng có cạnh song song thì Bz 1 =1,75 ÷1,95 (T), ta chọn sơ bộ B’z 1 =1,85 (T) Kc 1 : hệ số ép chặt của lõi sắt Stato, ta chọn Kc 1 =0,95 Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc 6 18. Xác định sơ bộ chiều cao gông () cm KlB h Cg g 77,3 95,0.6,9.55,1.2 10.01067,0 .2 10. 4 111 4 1 ' === φ Trong đó: Bg 1 : mật độ từ thông gông Stato, Bg 1 =1,45 - 1,6 (T) Ta chọn Bg 1 = 1,55 (T) 19. Kích thước răng, rãnh và cách điện rãnh - Diện tích có ích của rãnh (tính sơ bộ) là: d cdr r k dun S 2 1 ' = n 1 = 2 là số sợi dây ghép song song u r = 80 d cđ = 0,805 (mm) - Chọn kiểu rãnh hình thang (răng có cạnh song song) như hình vẽ Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc 7 * Chiều cao rãnh Stato: () () )(3,23)(33,277,3152,27 2 1 2 1 1 ' 1 mmcmghDDh nr ==−−=−−= h’g S = 3,77 (cm) chiều cao gông Stato D n = 27,2 (cm) đường kính ngoài Stato D = 15 (cm) đường kính trong Stato ∗ Chiều cao thực của răng Stato: h Z1 = h r1 – h 41 = 23,3 – 0,5 = 22,8 (mm) ∗ Bề rộng rãnh Stato: Chọn bề rộng miệng rãnh Stato là b 41 =2,5 (mm) =0,25 (cm) h 41 =0,5 (mm) =0,05 (cm) Chiều rộng rãnh Stato phía đáy tròn nhỏ: )(029,1 30 30.66,0)05,0.215( .).2( 1 1141 1 cm Z ZbhD d z = − −+ = − −+ = π π π π Chiều rộng rãnh Stato phía đáy tròn lớn: )(27,1 30 30.66,0)77,3.22,27( .).2( 1 111 2 cm Z ZbhDn d zg = + −− = + −− = π π π π Trong đó: D = 15 (cm) đường kính trong Stato D n = 27,2 (cm) đường kính ngoài Stato h’ g1 = 3,77 (cm) chiều cao gông Stato b’ Z1 = 0,66 (cm) chiều rộng răng Stato Z 1 = 30 (rãnh) Theo bảng VIII-1 ở phụ lục VIII chiều dày cách điện rãnh là c = 0,4 mm nêm là c ’ = 0,5 mm ∗ Tính hệ số lấp đầy k đ : Diện tích của rãnh (trừ nêm): 2 22 1 12 21 2 2 2 1 ' 172) 2 3.10 95,10( 2 7,123,10 8 )7,123,10( ) 2 ( 28 )( mm d h dddd S r =− + + + =− + + + = π π trong đó )(95,105,0 2 7,12 2 3,10 3,23 22 41 21 112 mmh dd hh r =−−−=−−−= Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc 8 Diện tích lớp cách điện: () () 2 ' 1 2112 2 34 5,0. 2 3,10 .4,0.7,123,1095,10.2 2 7,12. . 2 .)(.2 2 . mm c d cddh d S cd = + ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ +++= + ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ +++= π π π π Diện tích có ích của rãnh: S r =S’ r - S cđ = 172 – 34 = 138(mm 2 ) Hệ số lấp đầy rãnh Stato: k đ ( ) 75,0 138 805,0.80.2 2 2 1 === r cdr S dun 20. Chiều rộng răng Stato Chiều rông răng Stato phía đáy rãnh phẳng: ( ) ( ) () cmd Z dhD b Z 66,003,1 30 03,105,0.215. .2 1 1 141 ' 1 =− ++ =− ++ = π π Chiều rông răng Stato phía đáy rãnh tròn: ( ) [] ( ) () cmd Z h b Z 54,027,1 30 )095.105,0.(215. h2D. 2 1 1241 '' 1 =− ++ =− ++ = π π Chiều rộng răng Stato trung bình: () cm bb b ZZ Z 6,0 2 54,006,0 2 '' 1 ' 1 1 = + = + = 21. Chiều cao gông từ Stato () cmdh DD h r n g 98,327,1 6 1 33,2 2 152,27 6 1 2 211 =+− − =+− − = Trong đó: D n = 27,2 (cm) D = 15 (cm) h r1 =2,33 (cm) d 2 = 1,27 (cm) 22. Khe hở không khí Khí chọn khe hở không khí δ ta cố gắng lấy nhỏ để cho dòng điện không tải nhỏ và cosϕ cao, Nhưng khe hở không khí nhỏ sẽ khó khăn trong việc chế tạo và quá trình làm việc của máy: Stato rất dễ chạm với Rôto (sát cốt), làm tăng thêm tổn thất phụ, điện kháng tản tạp của động cơ cũng tăng lên, Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc 9 Theo công thức 10- 20 trang Giáo trình TKMĐ- Trần Khánh Hà, đối với loại Động cơ có công suất không lớn P = 15kW < 20 kW, 2p = 2 ta có: () mm D 525,0 1000 15.5,1 3,0 1000 5,1 3,0' =+=+≈ δ Tra theo bảng 10.8 tham khảo ta có khe hở không khí )(8.0 mm= δ PHẦN III : THIẾT KẾ DÂY QUẤN RÃNH VÀ GÔNG RÔTO 23. Số rãnh Rôto Thiết kế Rôto lồng sóc đúc nhôm, chọn số rãnh Rôto theo bảng 10 - 6 trang 246, Giáo trình Động cơ không đồng bộ- phối hợp giữa số rãnh Stato và số rãnh Rôto của máy điện không đồng bộ Rôto lồng sóc: 2p =2 rãnh Rôto nghiêng, động cơ làm việc ở điều kiện bình thường: Z 2 = 24 rãnh 24. Đường kính ngoài Rôto D’= D – 2.δ = 15 - 2.0,8 = 14,84 (cm) D = 15 (cm) đường kính trong stato δ = 0,08 (cm) khe hở không khí Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc 10 25. Đường kính trục Rôto D t = 0,3.D = 0,3 .15 = 4,5 (cm) 26. Bước răng Rôto () cm Z D t 94,1 24 84,14.'. 2 2 === ππ 27. Xác định sơ bộ chiều rộng răng Rôto Theo công thức : 222 2 ' 2 CZ Z klB tlB b δδ = Trong đó: B δ =0,74 (T) l 2 = l 1 =9,6 (cm) t 2 =1,94 (cm) k C2 : hệ số ép chặt lõi sắt Rôto Vì lõi sắt ngắn (l 2 =9,6 cm <14 cm), ta có hệ số ép chặt k C2 =0,95 B Z2 : mật độ từ cảm trong răng Rôto ,ta chọn B Z2 = 1,85 (T) () cm0,82 95,0.6,9.85,1 94,1.6,9.74,0 222 2 ' 2 ===⇒ CZ Z klB tlB b δδ 28. Dòng điện trong thanh dẫn Rôto () A Z kWm IkII dq dmItd 2,509 24 91,0.100.3.2 .56,23.95,0 .2 2 111 12 ==== Trong đó: k dq1 =0,91 W 1 =100 vòng Z 2 =40 (rãnh) m 1 =3 số pha của dây quấn Stato k I =f(cosϕ): là hệ số dòng điện, được tra trong hình 10- 5 Giáo trình TKMĐ- Trần Khánh Hà, ứng với cosϕ đm =0,91 thì k I =0,94 29. Dòng điện trong vành ngắn mạch Theo công thức ta có: [...]... I1r I1 11 P1 = 3. U1.I1r 1 03 [KW ] 12 PCu1 = 3. I12 R1.1 03 [KW ] 13 P = 3. I R 10 [KW ] 14 Pf =0,005,P1 [KW] 15 P0 =PFe +Pc [KW] Cu 2 '2 2 14,588 16,906 21 ,39 9 22,5749 25, 531 28 ,30 7 91, 130 ' 2 3 0,770 0,882 0,8942 0,914 0,9 23 0,759 4,4 23 7,5 23 8,800 10,6016 12,571 16 ,37 3 45,678 0,145 0,212 0 ,32 7 0,4687 0,689 1,004 1,504 0, 031 0,052 0, 132 0,1621 0 ,34 9 0,646 7,740 0, 032 0, 033 0,049 0,0 530 0,0 63 0,082 0,228... 11,811 1,5 53 1,5 53 0,218 1,982 1,5 53 1,5 53 17 ,39 9 14, 037 11,9 13 2,518 3, 309 U1 [A] Z ns 6,571 11,6 83 12,94 03 18,040 23, 899 89,415 ' Cos 2 = R ns Z ns 1,000 0,999 0,997 0,9960 0,994 0,991 0,787 ' Sin 2 = X ns 0,0 23 0,045 0,081 0,08 93 0,111 0, 130 0,617 5,671 9,8 53 15,817 18, 032 7 21,016 25,747 69,209 7,470 8,687 10 ,31 6 11,5251 12,129 14,804 59,286 7 Z ns I1r = I dbr + 8 9 10 0,005 0,01 0,018 68,027 34 ,229... 1 p + k 41 = 1 0, 033 vi: 2 b41 2,5 2 = 1 0, 033 = 0,9 731 t1 15,7.0,8 b41 = 2,5 (cm) t1 = 15,7 (mm) = 0,8 (cm) + k =1,076 Thay s vo ta c: t1 = 0,9 15,7.(5.0,91) 0,67.0,97 13 0,0044 = 0,9676 0,8.1,076 2 H s t tn u ni: i vi dõy qun 2 lp 1 =0 ,34 5 q1 (l1 - 0,64..) = 0 ,34 .(28, 136 - 0,64.0, 833 . 23, 56) = 3, 197 9,6 l Trong ú: l1 = 28, 136 (cm) chiu di phn u ni dõy qun Stato = 0, 833 = 23, 56 (cm) H s t dn... TNH LM VIC CC THễNG S C BN CA NG C R1 = 0,42 () R'2 = 0 ,32 29 () Thit k ng c khụng ng b Rụto lng súc 31 ỏn mụn hc ng Tun Dng X1 = 0, 930 7 () X2 = 0,5 737 () Xm = 39 ,8402 () C1 = 1 + X1 0, 930 7 = 1+ = 1,0 234 Xm 39 ,8402 IbX = I = 7,47(A) IbR = 2 PFe 10 3 + 3. I R1 3. U 1dm = 0,25287.10 3 + 3. 7,47 2.0,42 = 0, 438 9 ( A) 3. 220 E1 = U1.I X1 = 220.7,47.0, 930 7 = 1529.51(V) T s bin i dũng: K I = ' I2 = trong ú:... 1 ,32 1 1, 538 1,778 19 ,32 0 17 = 1 P 0,618 0,776 0,840 0,8464 0,855 0,856 18 P2=P1- P [KW] 5,498 7,511 10,554 11,280 13 13, 032 14,596 30 ,35 8 [KW] 0,577 P 1 83 S liu nh mc vit ra t bng trờn Pm = 15 (KW) I2m = 23, 899 (A) sm = 0,0297 nm = 30 00 (vũng/phỳt) Cos m = 0,92 m = 0,875 Im = 28, 23 (A) Thit k ng c khụng ng b Rụto lng súc 33 ỏn mụn hc ng Tun Dng 84 H s trt ng vi Mmax: sm = ' R2 X1 ' + X2 C1 = 0 ,32 27... rónh Stato phớa ming rónh h2 = 3 (mm) chiu cao nờm h31 =C + C= 0,6 + 0,4 =1 (mm) h41 = 0,5 (mm) h12S = hr1- h41- h31 = 23, 3 - 0,5 -1 = 21,8 (mm) h5 = 0,5 (mm) b41 = 2,5 (mm) 12 1 + 3. 1 + 3. 0,857 ' = 0,89275 = 0,857 k = = 14 4 4 Vi ' 1 + 3. k 1 + 3. 0,89275 k = = = 0,9197 4 4 = Thay s vo ta c: r1 = 0,5 3. 1 0,5 23, 3 0,5 21,8 + + = 1,18 53 0,9197 + .0,89275 + 4.10,44 3. 10,44 10,44 10,44 + 2.2,5... 22 ,38 ( A) k I 22,75 I2 = Itd = 509,2 (A) H s trt nh mc: sm = ' ' I 2 R2 22 ,38 .0 ,32 29 = = 0,0297 E1 1529,51 Thit k ng c khụng ng b Rụto lng súc 32 ỏn mụn hc ng Tun Dng Lp bng c tớnh lm vic theo h s trt (s) Stt 1 s R' 2 R Rns = C1 1 + 2 [] C1 s 2 2X ' X ns = C1 1 + X 2 [] C 1 3 4 2 2 Z ns = Rns + X ns [] 5 6 ' I 2 = C1 1,5 53 1,5 53 1,5 53 68,045 34 ,264 19,271 0,02 0,025 0,0297 17 ,33 0 13, 951... = 45,552 (A) Sc t ng trờn rng Rụto Fg1 = 36 4,7 (A) Sc t ng trờn gụng Stato Fg2 = 51,16 (A) Sc t ng trờn gụng Rụto Thay s vo ta c: F = 1019 + 35 5,224 + 45,552 + 36 4,7 + 51,16 = 1 836 , 636 (A) 56 H s bóo ho ton mch k = F 1 835 , 636 = = 1,8 F 1019 57 Dũng in t hoỏ Theo cụng thc : I = p.F 1.1 835 , 636 = = 7,47 ( A) 0,9.m1 W1 k d 1 0,9 3. 100 0,91 Trong ú: F =1 835 , 636 (A) W1 100 (vũng) s vũng dõy ca dõy qun... S1 46 2.4.0, 430 Tớnh theo n v tng i: r1* = r1 I 1dm 0,42.28, 23 = = 0,0615 U1 220 63 in tr tỏc dng ca dõy qun Rụto in tr thanh dn: rtd = Al Trong ú: l 2 10 2 1 9,6.10 2 = = 5, 13. 10 -5 ( ) Sr2 23 81 ,34 (Al 750 ) = ( 2 1 0,0 435 .mm m 23 ) l2 = 9,6 (cm) chiu di lừi st Rụto Sr2 = 81 ,34 (mm2) din tớch rónh Rụto in tr vnh ngn mch: rV = Al DV 10 2 Z 2 SV Trong ú: DV = D- aV =14,84 - 5 ,3 = 9,54 (cm)... x 2 I 1dm 0,5 737 .28, 23 = = 0,0549 U1 220 71 in khỏng h cm (Khi khụng xột rónh nghiờng) x12 = U 1 I x1 I = 220 7,47.0, 930 7 = 39 ,8402 ( ) 7,47 Trong ú: U1 = 220 (V) in ỏp pha t vo dõy qun Stato Thit k ng c khụng ng b Rụto lng súc 25 ỏn mụn hc ng Tun Dng I = 7,47 (A) dũng in t hoỏ X1 = 0, 930 7 () in khỏng tn dõy qun Stato * Tớnh theo n v tng i: x12 = x12 I 1dm 39 ,8402.28, 23 = = 3, 81 23 U1 220 72 in . Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc 1 THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA RÔTO LỒNG SÓC PHẦN I : CÁC THÔNG SỐ ĐỊNH. Dũng Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc 7 * Chiều cao rãnh Stato: () () ) (3, 23) (33 ,277 ,31 52,27 2 1 2 1 1 ' 1 mmcmghDDh nr ==−−=−−= h’g S = 3, 77