Đồ án Thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha rô to lồng sóc

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc 1 Động cơ không đồng bộ ba pha lồng sóc LỜI MỞ ĐẦU Đồ án tốt nghiệp là mốc quan trọng để kiểm tra khả năng nhận thức của mỗi sinh viên đối với những kiến thức đã được giảng dạy trong nhà trường .Đồng thời nó còn đánh giá khả năng áp dụng lý thuyết để phân tích tổng hợp … Giải quyết các bài toán kỹ thuật trong thực tế .Khi làm đồ án tốt nghiệp sinh viên có quyền trao đổi ,học hỏi , nghiên cứu và trau dồi thêm kiến thức . Nhận thức tầm quan trọng đó em đã làm việc với tinh thần nghiêm túc vận dụng những kiến thức của bản thân ,những ý kiến đóng góp của bạn bè và đặc biệt là sự chỉ bảo của các thầy cô trong khoa để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này . “Thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha rô to lồng sóc” . Em đã dùng phương pháp lập trình Pascal để giải quyết bài toán .Để giải quyết bài toán em đã chia ra thành các unit nhỏ để tiện cho việc tính toán. Do điều kiện thời gian có hạn cũng như những kiến thức thực tế còn hạn chế nên trong đồ án chắc chắn còn nhiều thiếu sót , em mong nhận được sự góp ý của thầy cô và bạn bè để có thể hoàn thiện được đồ án cũng như hoàn thiện được kiến thức của mình nhằm có thể phục vụ tốt hơn sau khi ra trường . Qua đồ án tốt nghiệp này em xin chân thành cảm ơn đến cô giáo TS. Nguyễn Hồng Thanh người đã hết lòng hướng dẫn và giúp đỡ chúng em trong quá trình học tập trong trường và trong suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp vừa qua ,qua đây em cũng gửi lời cảm ơn đến các thầy ,cô trong bộ môn đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc 2 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ ĐÔNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA I- Giới thiệu chung về động cơ không đồng bộ 3 pha I.1 Khái quát về động cơ không đồng bộ 3 pha Trong quá trính khai thác và sử dụng tài nguyên thiên nhiên phục vụ cho nền kinh tế quốc dân , không thể không nói đến sự biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác .Trong đó , động cơ điện là thiết bị biến đổi từ điện năng thành cơ năng có vai trò rất to lớn trong sản xuất công nghiệp ,nông nghiệp , dân dụng và rất nhiều lĩnh vực khác . Hiện nay , động cơ điện được sử dụng rộng rãi chiếm tỷ lệ rất cao với mức công suất nhỏ từ vài chục W đến mức công suất trung bình hàng trăm KW .Với những ưu điểm nổi bật của nó như : giá thành hạ ( chỉ bằng 1/6 động cơ điện 1 chiều ) ,làm việc tin cậy chắc chắn ,hiệu suất cao … Đặc biệt đối với động cơ điện không đồng bộ rô to lồng sóc có kết rô to rất đơn giản và vận hành thuận tiện .Ngoài ra động cơ không động bộ còn dùng trực tiếp lưới điện xoay chiều 3 pha nên không cần trang bị thêm thiết bị biến đổi kèm theo đỡ phức tạp cho hệ thống .Các lĩnh vực ứng dụng của động cơ không đồng bộ như :trong công nghiệp thường dùng làm nguồn lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ ,cho các máy công cụ của các nhà máy công nghiệp nhẹ …Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió .Trong nông nghiệp dùng trong các trạm bơm hay máy gia công nông sản phẩm .Trong đời sống sinh hoạt hàng ngày ,động cơ điện không đồng bộ cũng chiếm một vị trí quan trọng làm qụt gió ,máy bơm nước ,tủ lạnh ,điều hoà nhiệt độ … Tóm lại cùng với sự phát triển của nền sản xuất điện khí hoá và tự động hoá thì phạm vi ứng dụng của động cơ không đồng bộ ngày càng được cải thiện và mở rộng . Với những ưu điểm nổi bật của động cơ không đồng bộ thì việc ứng dụng nó trong những lĩnh vực của cuộc sống ngày càng được phát triển và cải tiến mọi mặt . Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc 3 MỤC MỤC CHƯƠNG I: CÁC THÔNG SỐ ĐỊNH MỨC .......................................................... 8 1. Tốc độ đồng bộ ......................................................................................................................... 8 2. Dòng điện định mức (pha) ....................................................... Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG II: KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU .................. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. 3. Công suất tính toán .................................................................. Error! Bookmark not defined. 4. Đường kính Stato .................................................................... Error! Bookmark not defined. 5. Bước cực .................................................................................................................................. 9 6. Chiều dài tính toán lõi lõi sắt Stato(lδ) ..................................................................................... 9 7. Chiều dài thực của Stato .......................................................... Error! Bookmark not defined. 8. So sánh phương án .................................................................. Error! Bookmark not defined. 9. Số rãnh Stato ............................................................................................................................ 9 10. Bước rãnh Stato .......................................................................................................................10 11. Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh ........................................................................................10 12. Số vòng dây nối tiếp của một pha dây quấn Stato ...................................................................10 13. Tiết diện và đường kính dây ....................................................................................................10 14. Tính lại mật độ dòng điện trong dây dẫn Stato ....................... Error! Bookmark not defined. 15. Kiểu dây quấn ..........................................................................................................................11 16. Từ thông khe hở không khí .....................................................................................................11 17. Mật độ từ thông khe hở không khí ..........................................................................................12 18. Xác định sơ bộ chiều dài răng Stato ........................................................................................12 19. Xác định sơ bộ chiều cao gông ................................................................................................13 20. Kích thước răng, rãnh và cách điện rãnh .................................................................................13 21. Chiều rộng răng Stato ..............................................................................................................16 22. Chiều cao gông từ Stato ..........................................................................................................17 23. Khe hở không khí ....................................................................................................................17 CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ DÂY QUẤN RÃNH VÀ GÔNG RÔTO ................... 18 24. Số rãnh Rôto ............................................................................................................................18 25. Đường kính ngoài Rôto ...........................................................................................................18 26. Đường kính trục Rôto ..............................................................................................................18 27. Bước răng Rôto .......................................................................................................................18 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc 4 28. Xác định sơ bộ chiều rộng răng Rôto ......................................................................................18 29. Xác định sơ bộ chiều cao gông từ Rôto ................................... Error! Bookmark not defined. 30. Dòng điện trong thanh dẫn Rôto .............................................................................................19 31. Dòng điện trong vành ngắn mạch ............................................................................................19 32. Tiết diện thanh dẫn ..................................................................................................................19 33. Tiết diện vành ngắn mạch .......................................................................................................19 34. Kích thước răng, rãnh Rôto .....................................................................................................20 35. Vành ngắn mạch ...................................................................... Error! Bookmark not defined. 36. Diện tích rãnh Rôto .................................................................................................................21 37. Tính các kích thước thực tế .....................................................................................................21 38. Chiều cao gông Rôto ...............................................................................................................22 39. Độ nghiêng rãnh Stato .............................................................................................................22 CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN MẠCH TỪ ............................................................... 24 40. Hệ số khe hở không khí ...........................................................................................................24 41. Sức từ động trên khe hở không khí .........................................................................................24 42. Mật độ từ thông ở răng Stato ...................................................................................................25 43. Cường độ từ trường trên răng Stato ........................................................................................25 44. Sức từ động trên răng Stato .....................................................................................................26 45. Mật độ từ thông trên răng Rôto ...............................................................................................26 46. Cường độ từ trường trung bình trên răng Rôto ....................... Error! Bookmark not defined. 47. Sức từ động trên răng Rôto .....................................................................................................26 48. Hệ số bão hoà răng ..................................................................................................................27 49. Mật độ từ thông trên gông Stato ..............................................................................................27 50. Cường độ từ trường trên gông Stato ........................................................................................27 51. Chiều dài mạch từ gông từ Stato .............................................................................................27 52. Sức từ động trên gông Stato ....................................................................................................27 53. Mật độ từ thông trên gông Rôto ..............................................................................................28 54. Cường độ từ trường trên gông Rôto ........................................................................................28 55. Chiều dài mạch từ gông từ Stato .............................................................................................28 56. Sức từ động trên gông Stato ....................................................................................................28 57. Sức từ động tổng của toàn mạch .............................................................................................28 58. Hệ số bão hoà toàn mạch .........................................................................................................29 59. Dòng điện từ hoá .....................................................................................................................29 CHƯƠNG V: THAM SỐ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN ................................................ 29 60. Chiều dài phần đầu nối dây quấn Stato ...................................................................................29 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc 5 61. Chiều dài phần đầu nối của dây quấn Stato khi ra khỏi lõi sắt ................................................30 62. Chiều dài trung bình 1/2 vòng dây của dây quán Stato ...........................................................30 63. Chiều dài dây quấn của 1 pha Stato ........................................................................................30 64. Điện trở tác dụng của dây quấn Stato ......................................................................................30 65. Điện trở tác dụng của dây quấn Rôto ......................................................................................31 66. Hệ số quy đổi điện trở Rôto về Stato ......................................................................................32 67. Điện trở Rôto sau khi quy đổi về Stato ...................................................................................32 68. Hệ số từ tản Stato ....................................................................................................................32 69. Điện kháng tản dây quấn Stato ................................................................................................34 70. Hệ số từ dẫn tản Rôto ..............................................................................................................35 71. Điện kháng tản dây quấn Rôto ................................................................................................36 72. Điện kháng tản Rôto đã quy đổi về Stato ................................................................................37 73. Điện kháng hỗ cảm (Khi không xét rãnh nghiêng) .................................................................37 74. Điện kháng tản khí xét đến rãnh nghiêng ................................................................................37 CHƯƠNG VI: TỔN HAO TRONG THÉP VÀ TỔN HAO CƠ .......................... 39 75. Trọng lượng răng Stato ...........................................................................................................39 76. Trọng lượng gông từ Stato ......................................................................................................39 I. Tổn hao chính trong thép .................................................................................... 39 77. Tổn hao cơ bản trong lõi sắt Stato ...........................................................................................39 II. Tổn hao phụ trong thép Stato ............................................................................ 40 78. Tổn hao bề mặt trên răng Stato ...............................................................................................40 79. Tổn hao đập mạch trên răng Stato ...........................................................................................41 III. tổn hao phụ trong Rôto ..................................... Error! Bookmark not defined. 80. Tổn hao bề mặt trên răng Rôto ................................................ Error! Bookmark not defined. 81. Tổn hao đập mạch trong răng Rôto .........................................................................................42 82. Tổng tổn hao trong thép lúc không tải ....................................................................................43 83. Tổn hao đồng trong dây quấn Stato .........................................................................................43 84. Tổn hao cơ ...............................................................................................................................44 85. Tổng tổn hao của toàn máy khi không tải ............................... Error! Bookmark not defined. 86. Hiệu suất của động cơ .............................................................................................................44 CHƯƠNG VII: ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC ............................................................... 46 87. Số liệu định mức viết ra từ bảng trên ......................................................................................48 88. Hệ số trượt ứng với Mmax: ....................................................... Error! Bookmark not defined. 89. Bội số mômen cực đại .............................................................................................................48 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc 6 CHƯƠNG VIII: ĐẶC TÍNH MỞ MÁY ................................................................. 49 90. Tham số động cơ điện khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài của dòng điện (khi s=1) ....................49 91. Tham số của động cơ khi xét hiệu ứng mặt ngoài dòng điện và sự bão hoà từ trường tản .....52 92. Dòng điện mở máy khi s=1 .....................................................................................................55 93. Bội số dòng điện mở máy ........................................................................................................56 94. Bội số mômen mở máy ...........................................................................................................56 CHƯƠNG IIX: TÍNH TOÁN NHIỆT .................................................................... 58 95. Nhiệt trở trên mặt lõi sắt Stato ................................................................................................59 96. Nhiệt trở phần đầu nối của dây quấn Stato ..............................................................................60 97. Nhiệt trở đặc trưng độ cho độ chênh nhiệt giữa không khí nóng bên trong máy và vỏ máy ..61 98. Nhiệt trở bề mặt ngoài vỏ máy ...............................................................................................61 99. Nhiệt trở trên lớp cách điện .....................................................................................................62 100. Độ tăng nhiệt của vỏ máy với môi trường ...............................................................................63 101. Độ tăng nhiệt của dây quấn Stato với môi trường ...................................................................63 102. Độ tăng nhiệt của của lõi sắt Stato .........................................................................................63 CHƯƠNG IX: TRỌNG LƯỢNG VẬT LIỆU TÁC DỤNG ................................ 65 103. Trọng lượng thép Sillic cần chuẩn bị sẵn ................................................................................65 104. Trọng lượng đồng của dây quấn Stato .....................................................................................65 105. Trọng lượng nhôm Rôto ..........................................................................................................66 106. Chỉ tiêu kinh tế và vật liệu tác dụng ........................................................................................66 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc 7 Phần 1: TỔNG QUAN CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN Trong quá trình khai thác và sử dụng các tài nguyên thiên nhiên phục vụ cho nền kinh tế quốc dân không thể không nói đến sự biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác. các máy thực hiện sự biến đổi cơ nằng thành điện năng hoặc ngược lai gọi là các máy điện. Các máy điện biến đổi cơ năng thành điện năng được gọi là máy phát điện và các máy biến đổi điện năng thành cơ năng thì được gọi là các động cơ điện. Các máy điện đều có tính thuận nghịch, nghĩa là chúng đều có thể biến đổi năng lượng theo hai chiều. Nếu đưa cơ năng vào phần quay của máy điện thì nó sẽ làm việc ở chế độ máy phát còn nếu đưa điện năng vào thì phần quay của máy điện sẽ sinh ra công cơ học. Máy điện là một hệ thống điện từ gồm có mạch từ và mạch điện liên quan đến nhau. Mạch từ gồm có các bộ phận dẫn từ và khe hở không khí. Mạch điện gồm hai hoặc nhiều dây quấn có thể chuyển động tương đối với nhau cùng các bộ phận mang chúng. Máy điện dùng làm máy biến đổi năng lượng là phần tử quan trọng nhất của bất cứ thiết bị điện năng nao. Nó được sử dụng rộng rãI trong công nghịêp, nông nghiệp, giao thông vận tải, các hệ điều khiển và tự động điều chỉnh, khống chế… Sự biến đổi điện cơ, cơ điện trong máy điện dựa trên nguyên lý về cảm ứng điện từ. Nguyên lý này cũng đặt cơ sở cho sự làm việc của các bộ phận biến đổi cảm ứng dùng để biến đổi điện năng với những giá trị của thông số này (điện áp, dòng điện) thành điện năng với những giá trị của thông số khác. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc 8 THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA CHƯƠNG I: CÁC THÔNG SỐ ĐỊNH MỨC - Công suất định mức: Pđm =11 KW - Điện áp định mức: Uđm =380/220 V - Tổ đấu dây: Y/Δ - Tần số làm việc: f =50 Hz - Số đôi cực: 2p = 4 - 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 fnd d /1500 2 50.60.60 1 ===⇒= b bn 60.f p 2. Đường kính ngoài Stato Với 2p=4và Pdm=11Kw ,tra bảng IV.1 phụ lục IV ta có chiều cao tâm trục h=160 mm Theo bảng 10-3 ta có đường kính ngoài stato theo tiêu chuẩn Dn=27,2 cm. 3. Đường kính trong stato Theo bảng 10-2,với số cực 2p=4 ta có KD=0,64-0,68,do đó đường kính trong của stato là: D =(0,64-0,68).Dn =(0,64-0,68).272=174-185 Ta chọn : D=180 mm=18cm Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc 9 4. Công suất tính toán )(09,14 87,0.875,0 11.975,0 cos. .' KW Pk P dmdm dmE === ϕη Trong đó: KE =f(p) được tra trong hình 10-2 trang 231 TKMĐ- Trần Khánh Hà Với p=2 ta tra được kE =0,975 5. Chiều dài tính toán lõi sắt Stato(lδ) - Sơ bộ chọn αδ =0,64 :hệ số cung cực từ ks =1,11: hệ số dạng sóng kdq =0,92 : chọn dây quấn 1 lớp, bước ngắn - Theo hình 10-3a trang 234 TKMĐ- Tần Khánh Hà, Với Dn=27,2 cm ta tra được: A=330 A/cm mật độ tự cảm khe hở không khí: Bδ =0,76 T )(8,10 1500.18.76,0.330.92,0.11,1.64,0 09,14.10.1,6 ...... .10.1,6 2 7 2 7 ' cm nDBAkk Pl dqs ===⇒ δδ δ α lấy chuẩn lδ =11cm l1 = lδ=11 (cm) Do lỏi sắt ngắn nên làm thành một khối. Chiều dài lỏi sắt stato, Roto bằng: l1=l2=lδ=11 (cm) 6. Bước cực )(14,14 4 18. 2 . cm p D === ππτ 7. Lập phương án so sánh Hệ số 778,0 14,14 11 45 === τλ δl Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc 10 8. Dòng điện pha định mức A U PI 9,21 87,0.875,0.220.3 10.11 cos...3 10. 3 1 3 1 === ϕη 9. Số rãnh stato Chọn số rãnh mỗi pha trên một cực q1=4 Khi đó số rãnh của stato là : 484.2.6..6 11 === qpZ rãnh 10. Bước rãnh Stato 11,78(mm)(cm) ==== 178,1 48 18.. 1 1 ππ Z Dt 11. Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh anhdÉn)th I atAu dm r (8,179,21 1.178,1.330.. 1 11 === Ta chọn ur=18 rãnh Trong đó: a1 : số nhánh song song, chọn a1 =1 A =330 (A/cm) : đã chọn ở mục 5 12. Số vòng dây nối tiếp của một pha dây quấn Stato (vßng)144 1 18.4.2.. 1 11 === a uqpW r 13. Tiết diện và đường kính dây 111 1 1 .. nJa IS dm= Trong đó: a1 =1 số nhánh song song n1: số sợi dây ghép song song, chọn n1 =2 J1: mật độ dòng điện dây quấn Stato Theo phụ lục IV, Bảng IV,1 trang 464 Giáo trình thiết kế máy điện- Trần Khánh Hà (ấn bản mới): 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=11 (KW), số đôi cực 2p =4⇒ h=160 (mm) Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc 11 Theo hình 10-4,chọn tích số AJ=1810 A/cm.mm 2 ⇒ mật độ dòng điện: )(A/mm25,5 330 1810 1 === A AJJ Vởytiết diện sơ bộ của dây dẫn stato là: ⇒ )(mm299,1 2.5,5.1 9,21 .. 111 1 1 === nJa IS dm Theo phụ lục VI ,bảng VI-1 chọn dây quấn tráng men PETV có đường kính d/dcd=1,6/1,685(mm ) có tiết diện bằng S1=2,23 ( mm2 ) 14. Kiểu dây quấn Chọn dây quấn 1 lớp bước đủ với y=10 Vì U=220(V) và chiều cao tâm trục của máy h<=160(mm) nên ta có thể chọn dây quấn một lớp đồng tâm đặt vào rãnh 1/2 kín ⇒ hệ số bước đủ : 1 10 10 === τβ y 15. Hệ số dây quấn - Hệ số dây quấn bước đủ: 11. 2 . 21 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= πβπ SinSinKy Hệ số quấn rải: kr= 958,0 )2/30sin(.4 )2/30.4sin( )2/sin(. )2/.sin( 1 1 ==α α q q Trong đó q1=4; α=p.360/Z1=2.360/48=15 0 - Hệ số dây quấn Stato: Kdq1 =Ky1.Kr =1.0,958=0,958 16. Từ thông khe hở không khí Theo công thức 4- 80 Tr 72 Giáo trình TKMĐ: )(007,0 958,0.144.50.11,1.4 220.975,0 ....4 . 11 1 Wb KdqWfKs UK dmE ===φ Trong đó: KE =0,975 chọn ở mục 3 Ks =1,11 chọn ở mục6 W1 =144 tính ở mục12 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc 12 Kdq1 =0,958chọn ở mục15 17. Mật độ từ thông khe hở không khí )(703,0 11.14,14.64,0 10.007,0 .. 10. 44 T l B S === δ δ τα φ Trong đó: φ =0,007 T xác định ở mục 16 αδ