Đồ án Thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha

ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN " Thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha " ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN Lời nói đầu Động cơ điện không đồng bộ ba pha là máy điện quay biến đổi điện năng thành cơ năng . được sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp cũng như trong đời sống hằng ngày của nhân dân. sở dĩ nó được sử dụng rông rãi là vì cấu tạo đơn giản,làm việc chắc chắn, giá thành lại rẻ… Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, của quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá, các sản phẩm công nghệ yêu cầu phải tinh xáo, chất lượng, đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng. Để làm được điều đó người kỹ sư thiết kế phải không ngừng nghiên cứu, tìm hiểu,nắm bắt sự phát triển của xã hội để chế tạo ra những loại máy điện phù hợp với xu thế phát triển của thời đại. Trong học kỳ này em được giao thiết kế động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc do thầy giáo NGÔ ĐỨC KIÊN hướng dẫn. vì là lần đầu tiên chưa có đầy đủ kinh nghiệm nên không thế tránh được thiếu sót trong thiết kế vậy mong thầy cô giáo sau khi xem xét đồ án có gì thiếu sót, sơ sài đóng góp ý kiến cho em. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo NGÔ ĐỨC KIÊN đã hướng dẫn em hoàn thành tốt đồ án. Sinh viên Nguyễn Văn Ngọc SINH VIÊN: NGUYỄN VĂN NGỌC GVHD: NGÔ ĐỨC KIÊN 1 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ( ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN A. LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... .................................................................................................................. B. LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ................................ SINH VIÊN: NGUYỄN VĂN NGỌC GVHD: NGÔ ĐỨC KIÊN 2 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ( ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN YÊU CẦU THIẾT KẾ Thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha + Động cơ rôto lồng sóc, kiếu kín IP44 , cách điện cấp B , dãy 3K theo TCVN 1987-1994 + Công suất định mức : 37 kw + Số đôi cực : 2 + Điện áp định mức : 660/380Vđấu y/ + Tần số : 50Hz + Chiều cao tâm trục : 200mm NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 1. Tính toán các kích thước chú yếu 2. Tính toán thông số stato,rôto 3. Tính toán mạch từ 4. Tính toán tham số động cơ ở chế độ định mức 5. Tính toán tổn hao 6. Tính toán đặc tính 7. Tính toán nhiệt + Chỉ tiêu kỹ thuật theo TCVN 1987-1994 : + Hiệu suất : η = 91% + Hệ số công suất: Cos = 0,9 I k + Bội số dòng điện cực đại : ik  = 7 I dm M max + Bội số mômen cực đại : mmax  = 2,2 M dm M k + Bội số mômen khởi động : mk  = 1,4 M dm SINH VIÊN: NGUYỄN VĂN NGỌC GVHD: NGÔ ĐỨC KIÊN 3 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ( ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN Ghi chú : Tất cả các số liệu tra bảng lấy từ sách THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN (TKMĐ) của TRẦN KHÁNH HÀ I. TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHÚ YẾU Những kích thước chủ yếu của động cơ điện không đồng bộ là đường kính trong stato D và chiều dài lõi sắt l. Mục đích của việc chọn kích thước này là để chế tạo ra máy kinh tế hợp lý nhất mà tính năng phù hợp với tiêu chuẩn nhà nước. Tính kinh tế của máy không chỉ là vật liệu sử dụng để chế tạo ra máy mà còn xét đến quá trình chế tạo trong nhà máy, như tính thông dụng của các khuôn dập ,vật đúc, các kích thước và chi tiết tiêu chuẩn hoá … 1. Xác định tốc độ quay đồng bộ 60 f 60.50 n  1   1500v / p 1 p 2 Trong đó : + f1 : Tần số lưới điện đưa vào + p : Số đôi cực 2. Đường kính ngoài stato + Đường kính ngoài Dn có liên quan mật thiết với kết cấu động cơ, cấp cách điện và chiều cao tâm trục h đã được tiêu chuẩn hóa. Vì vậy thường chọn Dn theo h. + Tra bảng 10.3 sách “TKMĐ” với chiều cao tâm trục là h = 200mm thì đường kính ngoài stato theo tiêu chuẩn là : Dn = 34,9 cm = 349 mm 3. Đường kính trong stato Xác định đường kính trong stato theo công thức : D = kd.Dn Tra bảng 10.2 sách “TKMĐ” ta được : Kd = 0,64 - 0,68 Dn = 34,9 cm  D = (0,64 - 0,68).34,9 = 22,34 - 23,73 cm Lấy Dn = 23,5 cm Trong đó kd là hệ số tỉ lệ giữa đường kính ngoài và đường kính trong SINH VIÊN: NGUYỄN VĂN NGỌC GVHD: NGÔ ĐỨC KIÊN 4 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ( ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN 4. Công suất tính toán k .P 0,98.37 P '  E dm   44,27(kW ).  dm .cos dm 0,91.0,9 Trong đó : + ke là hệ số công suất định mức lấy theo hình 10-2 sách “TKMĐ” + η và cos lấy theo TCVN 1987-1991 5. chều dài tính toán của lõi sắt stato 7 6,1.10 .P’ Ltt = 2 .k.kd.A.B.D .n1 Trong đó : + p’ : Công suất tính toán +  : Hệ số cung cực từ + Kd : Hệ số dây quấn + Ks : Hệ số sóng + A : Tải đường (Tải điện từ) + B : Mật độ từ thông khe hở không khí + D : Đường kính trong stato + n1 : Tốc độ đồng bộ Sơ bộ chọn : kd = 0,92  = 0,64 ks = 1,11 + Khi chọn A và B phải lựa chọ một cách thích hợp vì nó ảnh hưởng rất nhiều đến kích thước chủ yếu của D và l. Đứng về mặt tiết kiệm vật liệu thì nên chọn A và B lớn, nhưng nếu A và B quá lớn thì tổn hao đồng và sắt tăng lên, làm máy quá nóng, ảnh hưởng đến tuổi thọ sử dụng máy. Do đó khi chọn A và B cần xét đến chất liệu vật liệu sử dụng. Nếu sử dụng vật liệu sắt từ tốt (có tổn hao ít hay độ từ thẩm cao) thì có thể chọn B lớn. Dùng dây đồng có cấp cách điện cao thì có thể chọn A lớn. Ngoài ra tỷ số giữa A và B củng ảnh hưởng đến đặc tính làm việc và khởi động của động cơ không đồng bộ, vì A đặc trưng cho mạch điện , B đặc trưng cho mạch từ. Tra hình 10-3a sách “TKMĐ” ta được : A A = 370 cm B = 0,77 T SINH VIÊN: NGUYỄN VĂN NGỌC GVHD: NGÔ ĐỨC KIÊN 5 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ( ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN 7 6,1.10 .44,27 Vậy : Ltt = 2 = 17,51 cm 0,64.0,92.1,11.370.23,5 .1500 Lấy Ltt = 17,6 cm  chiều dài lõi sắt stato-roto bằng : L1 = L2 = Ltt = 17,6 cm 6. Bước cực D .23,5 τ = = = 18,46 cm 2p 4 Trong đó : + D : Đường kính trong stato + p : Số đôi cực 7. Lập phương án so sánh Hệ số hình dáng : L 17,6  = tt = = 0,953 τ 18,46 Trong dãy động cơ không đồng bộ k(0,55-90kw) động cơ công suất 37kw (p = 2) và công suất 40kw (p=2) có cùng đường kính ngoài ( tức là cùng chiều cao tâm trục h = 200mm) hệ số tăng công suất : 40  = = 1,081 37 Do đó hệ số chỉ từ thông tản của máy 40kw là : 40 = 37. = 0,953.1,081 = 1,03 Theo hình 10.3b sách “TKMĐ” ta thấy 37,40 đều nằm trong phạm vi kinh tế, do đó việc chọn phương án trên là hợp lý. 8. Dòng điện pha định mức 3 3 Pđm.10 37.10 Ipđm = = = 39,63 A 3.Uđm.ηcos 3.380.0,91.0,9 SINH VIÊN: NGUYỄN VĂN NGỌC GVHD: NGÔ ĐỨC KIÊN 6 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ( ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN II. TÍNH TOÁN THÔNG SỐ STATO - RÔTO A. TÍNH TOÁN THÔNG SỐ STATO 1. Số rãnh stato + Chọn q1 : Chọn q1 nhiều hay ít có ảnh hưởng đến số rãnh stato Z1. Số rãnh này không nên nhiều quá, vì vậy diện tích cách điện rãnh chiếm chỗ so với số rãnh ít sẽ nhiều hơn, do đó hệ số lợi dụng rãnh sẽ giảm đi. Mặt khác về phương diện độ bền cơ mà nói răng sẽ yếu. Ít răng quá sẽ làm cho dây quấn phân bố không đều trên bề mặt lõi sắt nên sức từ động phần ứng có nhiều sóng bật cao. nếu q1 nhỏ thì từ trường sóng bậc cao sẽ mạnh. + Trị số q1 thường chọn theo số nguyên vì cải thiện được đặc tính làm việc và khả năng làm giảm tiếng kêu của máy. Còn nếu q1 là phân số thì cũng một phần làm giảm suất điện động bậc cao nhưng chỉ được chọn trong một số trường hợp cần thiết mà thôi Lấy q1 = 4 Z1 = m.2p.q1 = 3.2.2.4 = 48 rãnh. Trong đó : + m : Số pha + p : Số đôi cực 2. Bước rãnh stato .D .23,5 t1 = = = 1,538 cm Z1 48 3. Số cạnh tác dụng của một rãnh Chọn số mạch nhánh song song : a1 = 4 A.t1.a1 370.1,538.4 Ur1 = = = 57,44 cạnh Ipđm 39,63 Lấy Ur1 = 57 cạnh SINH VIÊN: NGUYỄN VĂN NGỌC GVHD: NGÔ ĐỨC KIÊN 7 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ( ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN 4. Số vòng dây nối tiếp của một pha Ur1 57 W1 = P.q1. = 2.4. = 144 vòng a1 4 Trong đó : + q1 : Số rãnh của một pha dưới một cực + a1 : Số mạch nhánh song song 5.Tiết diện và đường kính dây dẫn Chọn mật độ dòng điện J : Việc chọn ra 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. Do đó theo kinh nghiệm thiết kế chế tạo, người ta căn cứ vào cấp cách điện để xác định AJ. 2 A + Theo hình 10-4 sách “TKMĐ” tích số AJ = 1880 2 cm.mm AJ 1880 A + Mật độ dòng điện : J1 = = = 5,08 2 A 370 mm + Sơ bộ tính tiết diện dây : Ipđm 39,63 2 s1 = = = 0,975 mm a1.n1.J1 4.2.5,08 Ở đây lấy n1 = 2 sợi Theo phụ lục VI bảng VI.1 sách “TKMĐ” chọn dây đồng tráng 2 Men PETV có đường kính d/dcđ = 1,12/1,20 mm , s = 0,985 mm Với: + d: Đường kính dây không kể cách điện (mm) + dcd: Đường kính dây kể cả cách điện (mm) + S: Tiết diện dây (mm2) SINH VIÊN: NGUYỄN VĂN NGỌC GVHD: NGÔ ĐỨC KIÊN 8 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ( ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN 6. Kiểu dây quấn Dây quấn stato đặt vào rãnh của lõi thép stato và được cách điện với lõi thép. Dây quấn có nhiệm vụ cảm ứng được sức điện động nhất định, đồng thời cũng tham gia vào việc chế tạo nên từ trường cần thiết cho sự biến đổi năng lượng điện có trong máy. + ở đây ta chọn dây quấn bước ngắn 2 lớp mục đích là để khử từ trường sóng bậc cao, giảm lượng đồng sử dụng,khử sóng bậc cao, giảm từ trường tản ở phần bối dây và trong rãnh stato, làm tăng cosφ, cải thiện đặc tính mở máy động cơ, giảm tiếng ồn điện từ lúc động cơ vận hành. Chọn dây quấn 2lớp bước ngắn : y = 10 y 10  = = = 0,833 τ 12 Trong đó : + y : khoảng cách giữa hai cạnh tác dụng của 1 phần tử +  : hệ số bước ngắn 7. Hệ số dây quấn  10   Hệ số bước ngắn : k = sin. = sin . = 0,966 y 2 12 2  15 sinq. sin4. 2 2  Hệ số bước rãi : k = = = 0,958 r  15 q.sin 4.sin 2 2 Trong đó :  là góc lệch pha giữa các suất điện động của hai cạnh tác dụng đặt trong hai rãnh kề nhau o p.360 2.360 O  = = = 15 Z1 48 Hệ số dây quấn : kd = ky.kr = 0,966.0,958 = 0,925 SINH VIÊN: NGUYỄN VĂN NGỌC GVHD: NGÔ ĐỨC KIÊN 9 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ( ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN 8. Từ thông khe hở không khí kE.Up  = 4.ks.kd.f1.w1 kE : Tra hình 10-2 sách “TKMĐ” ta được : kE = 0,98 0,98.380  = = 0,0159 wb 4.1,11.0,925.50.114 ks : hệ số dạng sóng 9. Mật độ từ thông khe hở không khí 4 4 .10 0,0159.10 B = = = 0,765 T .τ.L1 0,64.17,6.18,46 Trong đó : +  : Hệ số cung cực từ +  : Từ thông khe hở không khí + τ : Bước cực + L1 : Chiều dài lõi sắt stato 10. Sơ bộ định chiều rộng của răng B.L1.t1 0,765.17,6.1,538 bZ1 = = = 0,7 cm BZ1.L1.kc 1,8.17,6.0,93 Trong đó : + BZ1 = 1,8 T lấy theo bảng 10.5b sách “TKMĐ” + Hệ số ép chặt lõi thép : kc = 0,93 + B : Từ thông khe hở không khí + t1 : Bước cực stato + L1 : Chiều dài tính toán stato SINH VIÊN: NGUYỄN VĂN NGỌC GVHD: NGÔ ĐỨC KIÊN 10 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ( ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN 11. Sơ bộ định chiều cao gông stato 4 4 .10 0,0159.10 hg1 = = = 3,0 cm 2.Bg1.L1.kc 2.1,55.17,6.0,93 Ở đây lấy Bg1 = 1,55 T theo bảng 10.5a sách “TKMĐ” Các đại lượng : +  : Từ thông khe hở không khí + L1 : Chiều dài tính toán lõi thép stato 12. kích thước rãnh và cách điện với công thức : (Dn-2hg1-d2) = d2 + bZ1 Z1 (Dn-2hg1)-Z1.bZ1 (34,9-2.3)-48.0,7  d2 = = = 1,11 cm Z1+ 48+ Và công thức : (D+2h41+d1) = d1 + bZ1 Z1 (D-2h41)-Z1.bZ1 (23,5-2.0,05)-48.0,7  d1 = = = 0,91 cm Z1+ 48- + Các kích th ước : hr1 = 27,5 mm d1 = 9,1 mm d2 = 11,1 mm h12 = 21,9 mm h41 = 0,5 mm b41 = dcđ + 1,5 mm = 3mm SINH VIÊN: NGUYỄN VĂN NGỌC GVHD: NGÔ ĐỨC KIÊN 11 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ( ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN d2 62 .3 69 4 [1 58 4. 18 ] hr1 16 9. 24 25 [ 42 98 .7 6] 12 8. 48 07 [h12 32 63 .4 1] d1 48 .6 68 9 [1 23 6. 19 ] h41 b41 Tra bảng VIII-1 phụ lục VIII sách “ TKMĐ” : + chiều dày cách điện rãnh là: c = 0,4 mm + Chiều dày cách điện nêm là : c’ = 0,5mm + Dùng tấm cách điện để cách điện cho rãnh và nêm  Diện tích rãnh trừ nêm : (d 2+d 2) d +d d (9,12+11,12) 9,1+11,1 9,1 S’ = 1 2 + 1 2.(h - 1) = + (21,9 - ) r 8 2 12 2 8 2 2 2 = 256,1 mm d + Chiều rộng miếng cactông nêm là : ( 1) 2 + Của tấm cách điện giữa hai lớp :(d1 + d2)  Diện tích cách điện rãnh  d2  d1 S =  +2h12+(d1+d2).c +  .c cđ  2  2  11,1  9,1 =  +2.21,9+(9,1+11,1) .0,4 + . .0,5  2  2 2 = 32,6 mm SINH VIÊN: NGUYỄN VĂN NGỌC GVHD: NGÔ ĐỨC KIÊN 12 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ( ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN  Diện tích có ích của rãnh 2 Sr = S’r - Scđ = 256,1 - 32,6 =223,5 mm  Hệ số lấp đầy rãnh 2 2 Ur.n1.d cđ 57.2.1,2 kđ = = = 0,734 Sr 223,5 13. Bề rộng răng stato (D+2h41+d1) (23,5+2.0,05+0,91) b’Z1 = - d1 = - 0,91 Z1 48 = 0,694 cm (D+2(h +h )) (23,5+2(0,05+2,19)) b’’ =  41 12 - d = - 1,11 Z1 Z1 2 48 = 0,711 cm b’ +b’’ 0,694+0,711  b = Z1 Z1 = = 0,703 cm Z1 2 2 14. Chiều cao gông stato D -D d 34,9-23,5 11,1 h = n - h + 2 = - 2,75 + g1 2 r1 6 2 6 = 3,14 cm 15. Khe hở không khí + Theo kết cấu thì khe hở phụ thuộc vào kích thước đường kính ngoài rôto, khoảng cách giữa hai ổ bi và đường kính trục.Nguyên nhân là đường kính D ảnh hưởng đến dung sai lắp ghép của vỏ, nắp, lõi sắt, từ đó quyết định độ lệch tâm cho phép và lực từ một phía của máy. Đường kính trục và khoảng cách giữa hai ổ bi quyết định độ võng của trục SINH VIÊN: NGUYỄN VĂN NGỌC GVHD: NGÔ ĐỨC KIÊN 13 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer ( ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH ĐỒ ÁN MÁY ĐIỆN + Nếu chọn khe hở không khí nhỏ thì dòng điện không tải và cos cao, nhưng khe hở quá nhỏ làm cho việc chế tạo và lắp ráp thêm khó khăn, stato dể chạm với rôto làm tăng thêm tổn hao phụ và điện kháng tản tạp của máy cũng tăng. D 9 235 9  = (1 + ) = (1 + ) = 0,644 mm 1200 2p 1200 4 Theo những máy đã chế tạo tra bảng 10.8 sách “TKMĐ” ta lấy :  = 0,7 mm = 0,07cm B.TÍNH TOÁN THÔNG SỐ RÔTO 1. số rãnh rôto Việc chọn số rãnh rôto lồng sóc Z2 là một vấn đề quan trọng vì khe hở không khí của máy nhỏ, khi mở máy mômen phụ do từ thông sóng bậc cao gây nên ảnh hưởng đến quá trình mở máy và ảnh hưởng cả đến đặc tính làm việc. Tra bảng 10.6 sách “ TKMĐ” ta chọn số rãnh rôto: Z2 = 38 2. Đường kính ngoài rôto D’ = D - 2 = 23,5 - 2.0,07 = 23,36 cm Trong đó: + D: