Đồ án máy điện

Chia sẻ: Ho Van Nam Nam | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:32

0
204
lượt xem
119
download

Đồ án máy điện

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo luận văn - đề án 'đồ án máy điện', luận văn - báo cáo phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Đồ án máy điện

  1. Sinh viên : HỒ VĂN NAM Lớp ĐHLT Điện k2b Đồ án môn học Thiết kế ĐCKĐB rôto lồng sóc Đồ án môn học: Thiết kế ĐCKĐB rôto lồng sóc 1
  2. Sinh viên : HỒ VĂN NAM Lớp ĐHLT Điện k2b MỤC LỤC Phần 1: Xác định các kích thước chủ yếu ...............................2 Phần 2 :Tính toán điện từ ............................................................4 Phần 3 : Tính toán nhiệt ............................................................28 Phần 1: Xác định các kích thước chủ yếu Khi thiết kế một máy điện không đồng bộ cần phải biết những trị số định mức và phương thức làm việc của máy .Những số liệu gồm có: - Công suất định mức đầu trục Pđm= 3kW - Điện áp định mức Uđm= 380/220 V Nối Y/ - Tần số định mức f1 = 50 Hz - Số cực 2p = 4 - Máy kiểu kín, làm việc liên tục, tự làm mát bằng gió, cách điện cấp B. - Hiệu suất định mức  = 0,84 - Hệ số cos  = 0,82 Ngoài các tham số trên ta cần biết thêm: *Toàn bộ số liệu tham khảo được tra trong tài liệu: THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN ( Nguyễn Khánh Hà_Nguyễn Hồng Thanh ) NXB khoa học và kĩ thuật - 2001 Tốc độ đồng bộ : 60. f1 60.50 n1    1500 (vòng/phút) p 4 Dòng điện pha định mức ( giả thiết) Pdm 3.103 I1dm    6,6 (A) 3.U 1.cos  . 3.220.0,82.0,84 Với U 1 là điện áp pha định mức Kích thước chủ yếu của máy điện không đồng bộ (MĐKĐB) : Kích thước chủ yếu của MĐKĐB chính là đường kính trong của lõi sắt stato D và chiều dài lõi sắt l . Mục đích của việc chọn kích thước chủ yếu này là Đồ án môn học: Thiết kế ĐCKĐB rôto lồng sóc 2
  3. Sinh viên : HỒ VĂN NAM Lớp ĐHLT Điện k2b để cho máy điện chế tạo ra có tính kinh tế cao và tính năng phù hợp với các tiêu chuẩn của nhà nước.(Tính kinh tế bao gồm cả mặt sử dụng vật liệu hiệu quả và công nghệ chế tạo). D và l thuộc vào P, tốc độ quay, tải điện và từ của máy. 3.1)Đường kính ngoài của Stato: Theo bảng IV-1,phụ lục IV với máy có 2p=4,P=3 kW thì chiều cao tâm trục là h=112 mm,(Ký hiệu chiều dài là S). Theo bảng 10.3 (tr.230),với h=11,2 cm thì đường kính ngoài Stato tiêu chuẩn là Dn=19,1 cm (Dãy 4A,kiểu IP44). 3.2) Đường kính trong của Stato: Theo bảng 10.3(tr.230),với 2p=4 thì kD = (0,64÷0,68) Vậy : D=kD.D n=(0,64÷0,68).19,1 =(12,224÷ 12,988) cm Chọn D=12,6 cm 3.3)Công suất điện từ tính toán: k .P 0,96.3 P '  m1.E1.I1  m1.k E .U 1.I1  E dm   4,18( kVA)  .cos  0,82.0,84 Với: kE =E1/U 1 là hệ số chỉ quan hệ giữa điện áp đặt vào với sức điện động sinh ra trong máy.Tra đồ thị (h.10.2,tr.231) với 2p=4 được kE=0,96. m1= 3 là số pha dây quấn Stato. 3.4)Bước cực:  .D  .12,6    9,9(cm) 2p 4 3.5)Chiều dài tính toán của lõi sắt stato: Theo hình 10.3a tr.233,với D n= 11,2 cm 2p=4 thì:  A   230  250  A / cm   A  240 A / cm  Chọn:   B   0,87  0,91 T   B  0,91T Sơ bộ chọn các thông số: -Hệ số cung cực từ =0,64 -Hệ số sóng ks=1,11 -Hệ số dây quấn kdq1=0,98 Vậy chiều dài tính toán của lõi sắt stato là : 6,1.107.P ' 6,1.107.4,18 l    7(cm)   .ks .kdq1. A.B .D 2 .n db 0,64.1,11.0,98.240.0,91.12,62.1500 Chọn l  7cm Chiều dài thực của lõi sắt stato là : l1 = l = 7 (cm) (Do lõi sắt ngắn,dễ toả nhiệt nên không cần rãnh thông gió ngang trục). Chiều dài lõi sắt rôto bằng chiều dài lõi sắt stato: l2  l1  7 cm Đồ án môn học: Thiết kế ĐCKĐB rôto lồng sóc 3
  4. Sinh viên : HỒ VĂN NAM Lớp ĐHLT Điện k2b 3.6)Kiểm tra chỉ tiêu kinh tế của động cơ: Quan hệ giữa đường kính trong của stato với chiều dài lõi sắt stato phải nằm trong phạm vi kinh tế.Quan hệ này được biểu thị qua quan hệ giữa chiều dài lõi sắt stato với bước cực bởi hệ số λ. l 7     0,707  9,9 Theo hình 10.3b tr.235,với 2p=4 thì    0,65  1,15 .Vậy động cơ thiết kế thoả mãn chỉ tiêu kinh tế. Tóm lại,kích thước chủ yếu của động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc là: Đường kính trong lõi sắt stato là D = 19,1 (cm) Chiều dài của stato là l =7 (cm) Phần 2 :Tính toán điện từ Dây quấn stato Dây quấn stato có 2 loại:dây quấn một lớp và dây quấn hai lớp.Dây quấn một lớp lại chia làm hai kiểu : dây quấn đồng tâm và dây quấn đồng khuôn.Với điện áp ≤ 660 V, chiều cao tâm trục h< 180mm dùng dây quấn một lớp đặt vào rãnh 1/2 kín. Thiết kế dây quấn stato trước hết phải xác định số rãnh của mỗi pha dưới mỗi cực từ q1.Nên chọn q1 trong khoảng từ 2 đến 5.Chọn q1 nhiều hay ít có ảnh hưởng đến số rãnh stato Z1.Số rãnh không nên nhiều quá vì như vậy tổng diện tích cách điện rãnh sẽ nhiều hơn so với số rãnh ít do đó hệ số lợi dụng rãnh sẽ kém .Hơn nữa xét về mặt độ bền cơ thì răng sẽ yếu vì quá mảnh, đồng thời chế tạo lõi và dây quấn tốn công hơn.Trị số q nên chọn nguyên vì cải thiện được đặc tính làm việc và có khả năng làm giảm tiếng kêu của máy.Với máy có công suất 3 kW,2p=4 thì chọn q1 =3 Số rãnh của stato Z1=2.m1.p.q1 =2.3.2.3= 36(rãnh) Với m1 =3 là số pha dây quấn stato. Bước răng stato :  .D  .12,6 t1 =   1,1 (cm) Z1 36 Đồ án môn học: Thiết kế ĐCKĐB rôto lồng sóc 4
  5. Sinh viên : HỒ VĂN NAM Lớp ĐHLT Điện k2b Chọn số đôi mạch nhánh song song : a1=1 ( a1 và n1 phải chọn sao cho dcđ ≤1,95 mm) Số thanh dẫn tác dụng ở một rãnh ur1 là : A.t .a 240.1,1.1 ur1 = 1 1   40 ( thanh/rãnh) I1dm 6,6 Chọn ur1 = 40 thanh/rãnh. Số vòng dây nối tiếp của một pha : w1 = p.q1.ur1/a1= 2.3.40/1= 240 (vòng) Tiết diện và đường kính dây dẫn Muốn chọn kích thước dây trước hết phải chọn mật độ dòng điện J của dây dẫn.Căn cứ vào dòng điện định mức để tính ra tiết diên cần thiết.Việc chọn mật độ dòng điện ảnh hưởng đến hiệu suất và sự phát nóng của máy mà sự phát nóng này chủ yếu phụ thuộc vào tích số AJ .Tích số này tỷ lệ với suất tải nhiệt của máy.Theo kinh nghiệm sản xuất căn cứ vào cấp cách điện để xác định AJ . Theo hình 10.4b tr.237,Dn=19,1 cm 2p=4,cách điện cấp F thì tích số AJF =1850 (A2/cm.mm2) Vậy mật độ dòng điện sơ bộ trong dây quấn stato với dây quấn cách điện cấp B lấy bằng 75% của cách điện cấp F AJ 0,75.1850 là: J '1    5,8( A / mm 2 ) A 240 Tiết diện dây dẫn sơ bộ : I1 6,6 S’1=   1,138 (mm 2) a1.n1.J '1 1.1.5,8 Với n1 = 1 là số sợi ghép song song Theo phụ lục VI,bảng VI-1 tr.618,chọn dây đồng tráng men PETV,có các thông số : - Tiết diện dây quấn không kể cách điện :S1 =1,131 mm2 - Đường kính không kể cách điện :d = 1,20 mm - Đường kính trung bình kể cả cách điện :dcđ=1,28 mm Tính lại chính xác mật độ dòng điện trong dây quấn stato : I 6,6 J1= 1dm   5,84 (A/mm2) n1.a1.S1 1.1.1,131 Chọn kiểu dây quấn : Dây quấn đồng khuân 1 lớp bước đủ  1 - Hệ số dây quấn bước đủ :  k y  sin  .  1 2 Đồ án môn học: Thiết kế ĐCKĐB rôto lồng sóc 5
  6. Sinh viên : HỒ VĂN NAM Lớp ĐHLT Điện k2b  200 sin q sin 2. - Hệ số bước rải : kr  2  2  0,985  20o q sin 2.sin 2 2 Với α = p.360 /Z1 = 2.360 /36 = 20o o o - Hệ số dây quấn : kdq = ky. kr = 1.0,985 =0,985 Từ thông khe hở không khí : k E .U1 0,96.220 =   0,00402 (Wb) 4.k s . f1.w1.kdq1 4.1,11.50.240.0,985 Mật độ từ thông khe hở không khí :  0,00402.104 B =   0,906 (T)  . .l 0,64.9,9.7 Nhận thấy rằng : B'  B 0,91  0,906 B %  .100%   0,4%  1% B 0,906 Việc chọn sơ bộ các số liệu ban đầu là chấp nhận được. Lõi sắt stato Lõi sắt stato của máy điện thường làm bằng những lá tôn silic ghép lại thành một khối để giảm tổn hao do dòng điện xoáy và từ trễ gây ra.Tôn silic là một loại thép hợp kim và phân loại theo hàm lượng silic tổng hợp kim Lượng silic càng nhiều thì điện trở của hợp kim càng lớn,suất tổn hao càng bé, tôn càng giòn, tính năng gia công càng kém,tính dẫn từ càng thấp . Trong máy điện công suất nhỏ và vừa thường dùng loại tôn silic có hàm lượng silic thấp . Chọn loại tôn cán nguội của Nga, ký hiệu 2013(Tra bảng 2.1 tr.20) có các thông số kỹ thuật: -Chiều dày lá tôn 0,5 mm -Suất tổn hao p1,0/50 = 2,6 (W/kg) - Mật độ từ cảm ứng với cường độ từ trường H=25 A/cm: B25 = 1,65 (T) -Hệ số ép chặt : kc=0,93 ( Do các lá tôn có phủ lớp sơn cách điện) . Sơ bộ định chiều rộng răng B .l .t 0,906.7.1,1 b 'Z 1    1   0,58(cm) Bz1.l1.kc 1,85.7.0,93 Trong đó BZ 1  1,75  1,95  Tesla là mật độ từ cảm của răng stato (Khi răng có cạnh song song) .(Tra bảng 10.5b tr.241, ứng với 2p=4, h
  7. Sinh viên : HỒ VĂN NAM Lớp ĐHLT Điện k2b Căn cứ vào những trị số của h’g1 và b’z1 và số thanh dẫn có trong một rãng để thiết kế rãnh stato. Khi thiết kế rãnh phải đảm bảo diện tích rãnh chứa tất cả các dây dẫn mà không quá chặt hoặc quá lỏng . thường dùng hệ số lấp đầy kld để xác định độ lấp đầy đó . Hệ số lấp đầy kld =0,70,75 là hợp lý nhất kld không nên vượt quá 0,8 vì như vậy khi đặt dây vào rất chặt ảnh hưởng đến thời gian lồng dây và dễ làm cho dây bị xây xát ; klđ nhỏ quá thì không lợi dụng được triệt để rãnh và khi máy làm việc ,do lực điện từ, dây bị rung làm hỏng cách điện. Chọn rãnh hình quả lê do máy có công suất 3 kW< 10 kW Miệng rãnh b41 phải chọn sao cho dây dẫn vào được một cách dễ dàng. chọn : b41= 2,5 mm ; h41 = 0,5 mm Dựa vào bề rộng răng và chiều cao sơ bộ của gông mà tính toán kích thước rãnh stato như sau: D d  2. 126 d  2. d 2    h41  2  .  b 'Z 1    0,5  2  .  5,8 2 2  Z1  2 2  36  d 2  5,8( mm) Chọn d2 = 6 mm D D 191  126 hr1  h1  n  h' g 1  d1 / 6   19,5  1 2 2  14( mm ) Chọn hr1=15 mm D d  2. d1   n  hr 1  1  .  b 'Z 1  2 2  Z1 R=3,5  126 d  2.   15  1  .  5,8  2 2  36 hr1=15 h12=8  7,2( mm) bz1=5,8 Chọn d1= 7 mm Vậy R=3 d1 = 7 mm h41=0,5 d 2 =6 mm b41=2,5 h41 = 0,5 mm hr1 = 15 mm h12= 11 mm Theo bảng VIII-1 phụ lục VIII kiểu dây quấn 1 lớp, cách điện cấp B cách điện sử dụng là màng mỏng thuỷ tinh :cách điện rãnh dày c = 0,25 mm,cách điện ở miệng rãnh c’ = 0,35 mm. Tính chính xác lại các kích thước : Diện tích của rãnh S’r : Đồ án môn học: Thiết kế ĐCKĐB rôto lồng sóc 7
  8. Sinh viên : HỒ VĂN NAM Lớp ĐHLT Điện k2b  ( d12  d 22 )  d1  d 2   (7 2  62 )  7  6  S 'r   . h12  d 2    .11  3   85,4(mm2 ) 8 2 8 2 - Tiết diện cách điện Scđ :   . d1  d2    .d 2   7  6   .6 Scd    2.h12  d 2  .c  .c '    2.11  6  .0,25  .0,35  2  2  2  2 2  12,4(mm ) Diện tích có ích : Sr =S’r – Scd = 85,4 – 12,4 = 73 (mm2) Hệ số lấp đầy rãnh : u .n .d 2 40.1,282 klđ = r 1 cd   0,705 Sr 73 Nhận thấy rằng hệ số lấp đầy nằm trong vùng hợp lý klđ = 0,7 đến 0,75 Tính toán lại chính xác chiều dày của răng stato bz1 Chiều dày răng stato là (răng có cạnh song song) D d  2  126 6  2 bz11    h41  2  .  d2    0,5   .  6  5,61(mm) 2 2  Z1  2 2  36 D d  2  126 7  2 bz21    hr1  1  .  d1    15   .  7  6( mm) 2 2  Z1  2 2  36 bz1 = ( bz11 + bz11 )/2 =5,8 (mm) Chiều cao gông stato hg1 là : ( với rãnh hình thang ) D D d 191  126 7 hg1  n  hr1  1   15   18,7( mm) 2 6 2 6 Mật độ từ cảm trên răng stato là : B .l .t 0,906.7.1,1 BZ 1    1   1,85 (T) bZ 1.l1.kc 0,58.7.0,93 Mật độ từ cảm gông : .104 0,00402.104 Bg1    1,65 (T) 2.hg1.l1.kc 2.1,87.7.0,93 Đồ án môn học: Thiết kế ĐCKĐB rôto lồng sóc 8
  9. Sinh viên : HỒ VĂN NAM Lớp ĐHLT Điện k2b III.Tính toán khe hở không khí Sự khác nhau giữa các kiểu máy điện không đồng bộ là ở roto . Tính năng của máy tốt hay xấu cũng là ở roto.Để thỏa mãn các yêu cầu khác nhau có thể chế tạo thành loại roto dây quấn, roto lồng sóc đơn,roto rãnh sâu, roto lồng sóc kép ... Động cơ điện KĐB roto lồng sóc, loại thông dụng công suất đến 100 KW đều có lồng sóc đúc nhôm.Lồng sóc đúc nhôm so với lồng sóc làm bằng các thanh đồng hàn lại thì có nhiều ưu điểm hơn như : chế tạo đơn giản chắc chắn ,đỡ tốn đồng ... Xác định khe hở không khí Khi chọn khe hở không khí cố gắng chọn  nhỏ để cho dòng điện không tảii nhỏ và cos cao. Nhưng khe hở không khí nhỏ làm cho việc chế tạo và hoạt động của máy khó khăn hơn ,stato dễ chạm vào roto làm tăng tổn hao phụ . Tham khảo kinh nghiệm chế tạo thực tế , với
  10. Sinh viên : HỒ VĂN NAM Lớp ĐHLT Điện k2b - Sơ bộ tính chiều cao gông : .104 0,00402.104 h'    2(cm) g 2 2.B .l .k 2.1,5.7.0,95 g2 2 c Trong đó Bg2 là mật độ từ thông ở gông rôto.Bg2 = 1,0÷1,6 T. Chọn Bg2 = 1,5 T - Đường kính trục rôto : Dt  0,3.D  0,3.12,6  3,78(cm) Lấy tròn Dt = 4 cm Dòng điện trong thanh dẫn roto : Itd = I2 = ki.I1dm.6w1.kdq1/Z2 Với ki = 0,87( Tra đồ thị h.10-5 tr.244 , ứng với cos  =0,82) 0,87.6,6.6.240.0,985 Vậy Itd =  271 (A) 30 Dòng điện trong vành ngắn mạch là : I td 271 Ivn =   651 (A) .p  .2 2.sin 2.sin Z2 30 Mật độ dòng điện trong thanh dẫn roto (thanh dẫn đúc nhôm) trong khoảng 2,5 4A/mm2.Với máy điện công suất 3 kW thì chọn J’td = 3,5 A/mm2 . Mật độ dòng điện vành ngắn mạch thường chọn nhỏ hơn mật độ dòng điện thanh dẫn cỡ 2035 . Ở đây chọn sơ bộ J’vn = 80Jtd = 0,80.3,5 = 2,8 (A/mm 2). I 271 Tiết diện thanh sơ bộ là : S’td = td   77 (mm 2) J 'td 3,5 I 651 Diện tích sơ bộ vành ngắn mạch là : S’vn = vn   232 (mm2) J 'vn 2,8 Thiết kế dạng rãnh roto : chọn rãnh rôto hình quả lê: b42 = 0,5 mm h42 = 1,5 mm Dựa vào kích thước sơ bộ của bề rộng răng và chiều cao rôto kết hợp với diện tích rãnh sơ bộ S’r2 = S’td để tính toán các kích thước khác của rãnh. Đối với rãnh ôvan có cạnh song song ta chọn: d1 =6 mm d2= 4 mm b42=1.5 h21=11mm h42=0,5 r=3 hr2=16,5 mm Diện tích rãnh rôto: bz2=6,25 hr2=16.5 h12=11 Đồ án môn học: Thiết kế ĐCKĐB rôto lồng sóc r=2 10
  11. Sinh viên : HỒ VĂN NAM Lớp ĐHLT Điện k2b   d12  d22  Sr 2  h21. d1  d2  / 2  8 2 2  .(6  4 )  11.(6  4) / 2  8 2  75,4( mm ) Mật độ dòng điện thực tế trong thanh dẫn rôto là : I 271 J2  2   3,59( A / mm 2 ) S r 2 75, 4 Chiều rộng răng rôto: -Chiều rộng răng: D d  2  125,4 6  2 bz12    h42  1  .  d1    0,5   .  6  6,4(mm) 2 2  Z2  2 2  30  D' d  2  125,4 4  2 bZ 2 max    hr 2  2  .  d2    17,5   .  4  6,1(mm)  2 2  Z2  2 2  30 - Chiều rộng răng trung bình của rôto: b b 6,4  6,1 bZ 2  Z 2 min Z 2max   6,25( mm) 2 2 - Thiết kế vành ngắn mạch: Chiều cao vành ngắn mạch a≥1,2.hr2 a ≥1,2.16,5=20mm a  24mm Chọn  b  10mm a=24 Diện tích vành ngắn mạch là: S v  a.b  24.10  240( mm 2 ) Đường kính trung bình vành ngắn mạch: b=10 Dv  D   a  1  126   24  1  101( mm) Mật độ dòng điện thực tế trong vành ngắn mạch là : I 651 Jv  v   2,71( A / mm 2 ) Sv 240 Mật độ từ cảm trong răng rôto : B .l .t 0,906.7.1,313 BZ 2    2   2,0(T ) bz 2 .l2 .kc 6,25.7.0,95 Mật độ từ cảm trong gông rôto: Chiều cao gông roto: D  Dt d 12,54  4 0,4 hg 2  r  hr 2  2   1,65   2,69(cm) 2 6 2 6 Đồ án môn học: Thiết kế ĐCKĐB rôto lồng sóc 11
  12. Sinh viên : HỒ VĂN NAM Lớp ĐHLT Điện k2b .104 0,00402.104 Bg 2    1,12(T ) 2.hg 2 .l2 .kc 2.2,69.7.0,95 V. Tính toán mạch từ Tính toán mạch từ MĐKĐB quy lại là tính dòng điện từ hoá khi máy làm việc . Thường chỉ tính trị số dòng điện từ hoá khi điện áp định mức mà thôi . Từ trường phân bố dưới mỗi đôi cực là giống nhau cho nên chỉ cần tính toán sức từ động cần thiết để sinh ra từ thông dưới mỗi cực từ là đủ . Hệ số khe hở không khí Do trên mặt phần ứng có rãnh nên từ dẫn trên khe hở của bề mặt phần ứng có rãnh không giống nhau.Trên răng từ trở nhỏ hơn so với trên rãnh, vì vậy sức từ động khe hở không khí của phần ứng có răng và rãnh lớn hơn so với bề mặt phần ứng nhẵn.Do đó khi thiết kế cần khe hở không khí tính toán : ’=k. với k là hệ số khe hở không khí, k =k1 . k2.Trong đó k1 , k2 là hệ số khe hở do răng , rãnh của stato , roto gây nên.Nó được tính bằng cách : 2 1  (b41 /  ) 2   2,5 / 0,3  5,2 5   b41 /   5   2,5/ 0,3 t1 1,1 k 1    1,17 t1   1. 1,1  5,2.0,03 2 2  (b42 /  ) 2  1,5 / 0,3  2,5 5   b42 /   5  1,5 / 0,3 t2 1,313 k 2    1,06 t 2   2 . 1,313  2,5.0,03 k =k1 . k2 = 1,17.1,06 = 1,24 Sức từ động khe hở không khí F = 1,6.B.k..104=1,6.0,906.1,24.0,03.104 = 539(A) Sức từ động ở răng stato Fz1 = 2.hz1.Hz1=2.1,27.17,7= 45 (A) Trong đó: hz1 là chiều cao theo hướng kính của răng stato.Rãnh hình quả lê thì : hz1 = hr1 –d 1/3=1,27(cm), HZ1 là cường độ từ trường ở răng stato.Trị số của nó được tra theo bảng Phụ lục V-5 tr.607, ứng với BZ1 =1,85 T thì H Z1=17,7(A/cm). Sức từ động ở răng roto Fz2 = 2.hz2.Hz2 = 2.1,52.31,5= 96 (A) Với hz2 là chiều cao tính toán của răng roto, rãnh hình ô van tròn thì 1 hz2 =hr2 - d 2 =1,65 -0,4/3 = 1,52 (cm) 3 Đồ án môn học: Thiết kế ĐCKĐB rôto lồng sóc 12
  13. Sinh viên : HỒ VĂN NAM Lớp ĐHLT Điện k2b HZ1 là cường độ từ trường ở răng rôto.Trị số của nó được tra theo bảng Phụ lục V-5 tr.607, ứng với BZ2 =2,0 T thì H Z2=31,5(A/cm). Hệ số bão hoà răng : F  Fz1  Fz 2 539  45  96 kz =    1,26 F 539 Sức từ động trên gông stato Fg1 =1.lg1.Hg1 =1.13,5.9,4= 127(A) Trong đó: 1 là hệ số thể hiện mật độ từ thông không đều dọc theo chiều dài của mạch từ .Với MĐKĐB thì 1  1,khi sử dụng tôn cán nguội và tra đường cong từ hoá riêng đã hiệu chỉnh cho gông. Cụ thể Tra phụ lục V-8 tr.610,với thép 2013 của Nga, ứng với Bg1 =1,65 T thì Hg1=9,4 (A/cm).Lg1 là chiều dài trung bình đường sức từ ở gông có thể tính gần đúng theo công thức:   Dn _ hg1   19,1  1,87  lg1 =   13,5 (cm) 2. p 2.2 Sức từ động trên gông roto Fg2 = 2.lg2.Hg2 = 1.5,25.2,29=12 (A) Tra phụ lục V-8 tr.610 với Bg2=1,12 có Hg2 =2,29(A/cm) Chiều dài mạch từ ở gông roto  . Dt  hg 2   . 4  2,69  lg2 =   5,25 (cm) 2. p 2.2 Tổng sức từ động của mạch từ F =F + Fz1 + Fz2 +Fg1 + Fg2 = 539 + 45 + 96 + 127 +12 = 819(A) Hệ số bão hoà toàn mạch F 819 k =   1,52 F 539 Dòng điện từ hoá p.F 2.819 I =   2,44 (A) 2,7.w1.kdq1 2,7.252.0,985 Dòng điện từ hoá phần trăm I 2,44 I=  .100  .100  37 () I1dm 6,6 VI. Tính các tham số của động cơ ở chế độ định mức Điện trở và điện kháng của dây quấn là những tham số chủ yếu của máy điện.Điện kháng được xác định bởi từ thông móc vòng, gồm từ thông móc Đồ án môn học: Thiết kế ĐCKĐB rôto lồng sóc 13
  14. Sinh viên : HỒ VĂN NAM Lớp ĐHLT Điện k2b vòng cảm ứng tương hỗ ( từ thông chính ) và từ thông móc vòng tản từ. Tổng của hai loại điện kháng này là điện kháng tổng trong máy điện . Dựa vào điện trở của máy điện có thể xác định được những tổn hao của dây quấn máy điện ở chế độ làm việc ổn định cũng như quá trình quá độ . Trong thiết kế máy điện tính toán điện trở và điện kháng của dây quấn là một vấn đề rất quan trọng . Tính toán điện trở tác dụng của dây quấn Chiều dài phần đầu nối dây quấn stato lđ1 = kđ1 . τy1 + 2. B Trong đó kđ1 , B là các hệ số , giá trị tra theo bảng 3-4 tr.69 kđ1 = 1,30 B =1,0 kb1= 0,40  . D  hr1  . y  .12,6  1,5 .9 τy1 =   11(cm) Z1 36 Vậy lđ1 = 1,30.11 + 2.1,0 = 16,3 (cm) Chiều dài phần đầu nối dây quấn stato ra khỏi lõi sắt lb1 = kb1 . τy1 + B = 0,4.11+ 1,0 =5,4 (cm) Chiều dài trung bình nửa vòng dây của dây quấn stato ltb = l1 + ld1 = 7 + 16,3= 23,3 (cm) Chiều dài của một pha dây quấn stato (a1 =1) L1 = 2.w1 .ltb.10-2 = 2.240.23,3.10 -2 =112(m) Điện trở tác dụng của một pha dây quấn stato L1 1 112 r1 = Cu .  .  2,15 (Ω) n1.a1.S1 46 1.1.1,131 1 Trong đó ρCu = (Ω.mm2/m) là điện trở suất của thanh dẫn bằng đồng ở 46 nhiệt độ làm việc tính toán, S1=0,916 mm2 là tiết diện dây quấn stato Theo hệ đơn vị tương đối I 6,6 r1* = r1 1dm  2,15.  0,0645 U1dm 220 Điện trở tác dụng của dây quấn roto Điện trở thanh dẫn (đúc nhôm) l2 1 7.102 rtd =  Al .  .  4,04.105 (Ω) Std 23 75, 4 Với ρAl =1/23 là điện trở suất của thanh dẫn bằng nhôm ở nhiệt độ làm việc tính toán Điện trở vành ngắn mạch  .Dvn 1  .10,1.102 rvn =  Al  .  1,91.106 (Ω) Z 2 .Svn 23 30.240 Điện trở roto Đồ án môn học: Thiết kế ĐCKĐB rôto lồng sóc 14
  15. Sinh viên : HỒ VĂN NAM Lớp ĐHLT Điện k2b 2.rvn 5 2.1,91.106 r2 = rtd  2  4,04.10  2  6,25.105 (Ω)  0,416 .p  .2 Với   2.sin  2.sin  0, 416 Z2 27 Hệ số quy đổi 2 2 4.m1. w1.kdw1  4.3. 240.0,985  γ=   22354 Z2 30 Điện trở roto đã quy đổi r2’ = γ. r2 = 22354.6,25.10-5 =1,4 (Ω) Trị số tương đối của điện trở roto I 6,6 r2* = r2 1dm  1,4.  0,042 U1dm 220 Tính toán điện kháng tản Điện kháng tản trong máy điện không đồng bộ bao gồm điện kháng tản trên dây quấn stato x1 và điện kháng tản trên dây quấn roto x2 . Việc xác định từ thông tản và tính toán x1 ,x2 một cách chính xác còn nhiều khó khăn vì vậy thường dung phương pháp tính gần đúng nhưng kết quả đạt được cũng không kém phần chính xác . Điện kháng tản trong máy điện được tính theo biểu thức 5-47 tr.132 : 2 f w l x = 0,158. . 1  .  .   100  100  p.q1 Trong đó ∑λ = λr +λt +λd vì vậy tính toán điện kháng tản phải tính toán hệ số từ dẫn . Tính toán hệ số từ tản rãnh stato λr1 : h  b h h  r1  1 .k . 0,785  4  2  4  .k ' 3b  2b b b4  13,35  2,5 0,5 0,5   .1   0,785    .1  1,6 3.6  2.6 6 2,5   Theo hình 5-7b tr.132 có: hcđ = c’= 0,35 mm h2 = 2c = 2.0,25=0,5 mm h1 = hr1 –0,1 d1–h 2-hcđ = 15-0,1.6-0,5-0,35=13,35 (mm) b = b2 = 6 (mm) h4 = h41= 0,5 (mm) b4=b 41 =2,5 (mm) Hệ số kβ và kβ’ =1 Hệ số từ tản tạp λt1 : Đồ án môn học: Thiết kế ĐCKĐB rôto lồng sóc 15
  16. Sinh viên : HỒ VĂN NAM Lớp ĐHLT Điện k2b 2 0,9.t1.  q1.k dq1  .t1.kt1 t1  . t1 k . 2 0,9.1,1. 3.0,985  0,90.0,955  .0,0141  2,82 1,24.0,03 Trong đó tra bảng 5-2a tr.134 với q1=2,bước đủ theo rãnh,được σt1 = 0,0141 Z 36 Tra bảng 5-3 tr.137 với q1 =3, 1   18 p 2 Tiến hành nội suy: Z1/p 15 18 20 ρt1 0,93 ρ 0,98 0,88  0,93 t1  0,93  . 18  15   0,90 20  15 b412 2,52 kt1  1  0,033.  1  0,033.  0,955 t1. 11.0,3 Tính toán hệ số từ tản đầu nối dây quấn stato λđ1 : Với dây quấn 2 lớp theo công thức 5-45 tr.131,có : q d 1  0,67. 1 . ld 1  0,64.  l ' 2  0,67. .16,3  0,64.9,9   1,9 7 Trong đó lδ’ = lδ =6,8 cm (Do không có rãnh thông gió ngang trục ) τ = 9,9 (cm) là bước cực . Hệ số từ dẫn của từ tản stato ∑λ1 = λr1 +λt1 + λd1 = 1,6 + 2,82+ 1,9 = 6,32 Điện kháng tản của dây quấn stato là : 2 f1  w1  l ' x1  0,158. .  . . 1 100  100  p.q1 2 50  240  7  0,158. .  . .6,32  3,35() 100  100  2.3 Trị số tương đối của điện kháng tản dây quấn stato là I 6,6 x1* = x1. 1dm  3,35.  0,10 U1dm 220 Hệ số từ dẫn của từ tản roto Với rãnh hình quả lê thì theo h.5-30 tr.126 có Đồ án môn học: Thiết kế ĐCKĐB rôto lồng sóc 16
  17. Sinh viên : HỒ VĂN NAM Lớp ĐHLT Điện k2b  h   b 2 2 b  h r 2   1 . 1   0,66  42   42  3b  8Sc  2b  b42   2  12,6   .42  1,5  0,5  . 1   0,66    1,69  3.4  8.75,4   2.4  1,5   Trong đó: d h1  hr 2  h42  1  0,1.b ' 2 6  16,5  0,5   0,1.4  12,6(mm) 2 b  d 2  4(mm) h4  h42  0,5( mm) b4  b42  1,5( mm) Sc  Sr 2  90( mm 2 ) Từ tản tạp trong roto ( theo công thức 5-40 tr.130) 2 0,9.t2  q2 .k dq 2  .t 2 .kt 2 t 2  . t 2 k . 2  30  0,9.1,313. .1  .0,93.1   12  .0,014  2,58 1, 24.0,03 Trong đó kdq2 =1 là hệ số dây quấn roto ( do là roto lồng sóc ) Z 30 1 Tra bảng 5.2c tr.136 với q2  2   2   t 2  0,014 6 p 12 2 Z 30 1 Tra bảng 5.3 tr.137 với 2   15 , q2  2 ta có ρt=0,93 p 2 2 Từ tản phần đầu nối Đối với roto lồng sóc ,vành ngắn mạch ở liền sát với đầu lõi sắt roto ( lồng sóc đúc nhôm ) thì λd2 được tính như sau : 2,3.Dvn 4,7.Dvn 2,3.10,1 4,7.10,1 d 2  .lg  .lg  0,66 Z 2 .l '. 2  a  2.b  30.7.0,416 2,4  2.1 2  .p  .2 Trong đó   2.sin  2sin  0,416 Z2 30 a = 2,4 cm là chiều cao của vành ngắn mạch b = 1 cm là chiều rộng của vành ngắn mạch Dvn = 10,1 cm là đường kính trung bình của vành ngắn mạch lδ’ = l1 = 7,0 cm ( do roto không có rãnh thông gió ngang trục) - Hệ số từ tản do rãnh nghiêng: Đồ án môn học: Thiết kế ĐCKĐB rôto lồng sóc 17
  18. Sinh viên : HỒ VĂN NAM Lớp ĐHLT Điện k2b 2 2 b   1,1  rn  0,5.t 2 . n   0,5.2,58.   0,9  t2   1,313  bn  t1  1,134(cm) Hệ số từ dẫn của từ tản roto ∑λ2 = λr2 + λt2 + λd2 + rn =1,69+2,58+0,66+0,9 = 5,83 Điện kháng tản dây quấn roto : x2 = 7,9.f1.l2.∑λ2.10-8 = 7,9.50.7.5,83.10-8 =1,61.10 -4 (Ω) Điện kháng tản roto đã quy đổi x2’ =γ.x2 = 22354.1,61.10-4 = 3,6 (Ω) Trị số tương đối của điện kháng roto 6,6 x2’* = x2’. I1đm/U1đm = 3,6.  0,108 220 Điện kháng hỗ cảm ( không xét đến rãnh nghiêng ) U  I .x 220  2,44.3,35 x12 = 1dm  1   87 (Ω) I 2, 44 I 6,6 x*12  x12 . 1  87.  2,61 U1 220 Tính lại hệ số kE kE = 1- Iµ..x1/U1dm = 1 – 2,44.3,35/220 = 0,963 - Hệ số phần trăm của kE : 0,963  0,96 k E %  .100%  0,3%  1% 0,96 Nhận thấy rằng trị số kE tính được không khác nhiều so với khi chọn sơ bộ nên không cần tính lại . VII. Tính toán tổn hao Máy điện khi làm việc sinh ra tổn hao.Những tổn hao này càng lớn thì thì hiệu suất máy càng thấp.Mặt khác tổn hao thoát ra dưới dạng nhiệt năng làm cho máy bị nóng,trong một chừng mực nào đó làm giảm độ tin cậy và tuổi thọ cách điện của máy . Tổn hao trong động cơ điện gồm các loại sau : Tổn hao sắt trong stato và rôto bao gồm tổn hao do từ trễ và dòng điện xoáy của từ trường chính sinh ra trong lõi sắt.Ngoài ra do trên stato và roto tồn tại răng mà sinh ra tổn hao bề mặt và tổn hao đập mạch.Vì roto quay gần bằng tốc độ đồng bộ nên tổn hao sắt trên roto thường bỏ qua. Tổn hao cơ bao gồm tổn hao do ma sát ổ bi,tổn hao thông gió và ma sát ở vành trượt ( nếu là roto dây quấn ) Tổn hao đồng trên dây quấn , trên chỗ tiếp súc với vành trượt . Tổn hao phụ do từ trường tản gây nên trong dây quấn phần ứng làm tăng thêm tổn hao về đồng,tổn hao phụ trong các bộ phận cơ khí . Tổn hao sắt trong stato Đồ án môn học: Thiết kế ĐCKĐB rôto lồng sóc 18
  19. Sinh viên : HỒ VĂN NAM Lớp ĐHLT Điện k2b Tổn hao chính trong thép do từ trễ và dòng điện xoáy gây ra khi lõi thép bị từ hoá xoay chiều.Tổn hao chính trong thép phụ thuộc vào loại thép và được được đặc trưng bởi suất tổn hao p Fe [W/kg] .Với thép cán nguội loại 2013 của Nga thì suất tổn hao là pFe  2,6(W/kg) ,ở tần số 50 Hz. Tổn hao cơ bản trong lõi sắt stato *Tổn hao sắt trong răng stato PFe  kZ 1. pFe .BZ 12 .GFe  1,8.2,6.1,852.1,59  25(W ) Z1 Z1 Z1 Trong đó :kZ1 = 1,8 khi Pđm < 250 kW Trọng lượng của răng stato GZ1 = γFe.Z1.hr1.l1.bz1.kc.10 -3 = 7,8.36.1,5.7.0,58.0,93.10 -3 =1,59( kg) *Tổn hao sắt trong gông stato PFe  k g1. pFe .Bg12 .Gg 1  1,6.2,6.1,652.5,13  58(W ) g1 g1 Trong đó hệ số kg = 1,6 khi P < 250 kW Trọng lượng gông stato Gg1 = γFe.hg1.lg1.l1.2p.kc.10-3 = 7,8.1,87.13,5.7.2.2.0,93.10-3 = 5,13 (kg) Vậy tổn hao cơ bản trong lõi sắt stato là : PFe1 = PFez1+ PFeg1 = 25+ 58= 83(W) Tổn hao cơ bản trong lõi sắt roto Khi động cơ điện quay,đối diện với bề mặt roto của máy điện KĐB lần lượt xuất hiện răng và miệng rãnh stato do đó gây nên ở lớp trên bề mặt răng rôto một sự dao động của mật độ từ thông B.Biên độ dao động càng lớn khi khe hở không khí càng nhỏ và miệng rãnh càng to . Vì tần số dao động lớn nên các dòng điện xoáy cảm ứng trong sắt đều tập trung chủ yếu trên lớp mỏng trên bề mặt lõi sắt của roto , vì vậy tổn hao gây nên bởi các dòng xoáy này gọi là tổn hao bề mặt . Trong MĐKĐB tổn hao bề mặt chủ yếu xảy ra trên bề mặt roto còn trên bề mặt stato tổn hao đó không đáng kể do miệng rãnh roto nhỏ . Cách tính tổn hao bề mặt như sau: Suất tổn hao bề mặt trung bình trên một đơn vị bề mặt roto là1m2 được 1,5  Z1.n1  2 pbm 2  0,5.k0 .  .10.B0 .t1   10000  1,5  36.1500  2  .10.0,2232.1,1  76(W / m ) 2  0,5.2,0.  10000  Trong đó với loại thép 2013 dày 0,5 mm, gia công bằng phương pháp mài thì có hệ số kinh nghiệm k0 = 2,0 Z1 = 36 là số rãnh stato n1 = nđb = 1500 vòng/phút là tốc độ quay của roto t1 = 1,1 cm là bước răng stato B0 = β0.kδ.Bδ = 0,2.1,24.0,9 = 0,2232 (T) Đồ án môn học: Thiết kế ĐCKĐB rôto lồng sóc 19
  20. Sinh viên : HỒ VĂN NAM Lớp ĐHLT Điện k2b Với β0 =0,2 là hệ số tra theo đường cong h.6-1 tr.141 ( khi b42/δ = 1/0,3 = 3,33) Vậy tổn hao bề mặt trên bề mặt roto là t b 1,313  0,15 Pbm 2  2 p. . 2 42 .l2 . pbm 2 .104  2.2.9,9. .7.76.104  2(W ) t2 1,313 Tổn hao đập mạch trên răng roto Trong máy điện không đồng bộ, trên stato và roto đều có răng rãnh nên còn có tổn hao đập mạch do hiện tượng đập mạch đáng kể của mật độ từ thông B trong các răng.Nguyên nhân của sự đập mạch này là do sự dao động của từ trường trong vùng liên thông răng rãnh stato và roto theo vị trí tương đối của răng stato và răng rôto . Trong MĐKĐB tổn hao đập mạch trong răng roto là đáng kể vì miệng rãnh stato lớn , bước răng rôto bé . Tổn hao đập mạch trong răng roto được xác định theo biểu thức 6-13tr.43 2 2  Z1.n1   36.1500  Pd 2  0,11. .10.Bd 2  .GZ 2  0,11. .10.0,12  .1,6  7(W )  10000   10000   . 5,2.0,03 Trong đó : Bd2 = 1 .BZ 2  .1,99  0,12(T ) là biên độ dao động 2.t2 2.1,313 đập mạch của mật độ từ thông trên răng roto 2 2  b41   2,5     0,3   1        5,2 là hệ số b41 2,5 5 5  0,3 Trọng lượng răng roto là: GZ2 = γFe.Z2.hZ2.bZ2.l2.kc.10-3 = 7,8.30.1,65.0.625.7.0,95.10-3 = 1,6 ( kg) Tóm lại tổng tổn hao sắt lúc không tải của MĐKĐB là : PFe = PFe1 + Pbm2 + Pd2 = 83 + 2 + 7= 92(W) Tổn hao cơ Tổn hao cơ hay tổn hao ma sát phụ thuộc vào áp suất trên bề mặt ma sát , hệ số ma sát và tốc độ chuyển động tương đối của bề mặt ma sát . Việc tính toán chính xác các tổn hao này gặp khó khăn ở chỗ xác định hệ số ma sát , vì hệ số ma sát phụ thuộc vào chất lượng bề mặt ma sát . Vì vậy chỉ tính gần đúng theo công thức kinh nghiệm ( công thức 6-19 tr.145) . 2 4 2 4  n1   Dn   1500   19,1  Pcơ = kt .  .   1.  .   30 (W)  1000   10   1000   10  kt = 1 khi 2p ≥ 4 Tổn hao không tải P0 = PFe + Pcơ = 92+ 30 = 122(W) Tổn hao phụ Đồ án môn học: Thiết kế ĐCKĐB rôto lồng sóc 20
Đồng bộ tài khoản