Thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc

Thiết kế Động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc 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/D 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 cos = 0,88 = 0,88 2,2 1,4 Tốc độ đồng bộ Từ công thức: Đường kính ngoài Stato Với 2p = 4 và P=15 Kw , 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 =27,2 cm. 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).27,2=17,4-18,5 Ta chọn : D =180 mm =18 cm Công suất tính toán 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 Chiều dài tính toán lõi sắt Stato(ld) Sơ bộ chọn ad =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- Trần Khánh Hà, Với D =27,2 cm ta tra được: A=330 A/cm mật độ tự cảm khe hở không khí: Bd =0,76 T lấy chuẩn ld =15cm Do lỏi sắt ngắn nên làm thành một khối. Chiều dài lỏi sắt stato, Roto bằng: l1=l2=ld=11 (cm) Bước cực Lập phương án so sánh Hệ số Dòng điện pha định mức Số rãnh stato Chọn số rãnh mỗi pha trên một cực q1=4 Khi đó số rãnh của stato là : rãnh Bước rãnh Stato Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh Ta chọn ur=14 rãnh Trong đó: a1 : số nhánh song song, chọn a1 =1 A =330 (A/cm) : đã chọn ở mục 5 Số vòng dây nối tiếp của một pha dây quấn Stato Tiết diện và đường kính dây 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=15 (KW), số đôi cực 2p =4ị h=160 (mm) Theo hình 10-4bTr 237,chọn tích số AJ=1881 A2/cm.mm ị mật độ dòng điện: Vởytiết diện sơ bộ của dây dẫn stato là: ị Theo phụ lục VI ,bảng VI-1 chọn dây quấn tráng men PETV có đường kính d/dcd=1,81/1,905(mm ) có tiết diện bằng S1=2,57 ( mm2 ) 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 ị hệ số bước đủ : Hệ số dây quấn Hệ số dây quấn bước đủ: Hệ số quấn rải: Kr= Trong đó q1=4; a=p.360/Z1=2.360/48=15 Hệ số dây quấn Stato: Kdq1 =Ky1.Kr =1.0,958=0,958 Từ thông khe hở không khí Theo công thức 4- 80 Tr 114 Giáo trình TKMĐ: Trong đó: KE =0,975 chọn ở mục 3 Ks =1,11 chọn ở mục6 W1 =104 tính ở mục12 Kdq1 =0,958chọn ở mục15 Mật độ từ thông khe hở không khí Trong đó: f =0,0097 T xác định ở mục 16 ad =0,64 hệ số cung cự từ, xác định ở mục 6 t =14,14 (cm) xác định ở mục 6 ld =15(cm) xác định ở mục 5 Kiểm tra :A=1,2%<5% Nhận xét:Sai số A là hoàn toàn chấp nhận được Sai số =7,5%>5% Nhận xét:Do sai số >5% nên nó vượt quá giá trị cho phép .Để hiệu chỉnh lại trị số này cho thích hợp thì ta phải giảm hệ số Kdq1 bằng cách sử dụng dây quấn bước ngắn với y=10 ,β=0,833 . kr= Kdq1 =Ky1.Kr =0,966.0,958=0,925 Sai số =3,9%<5% .Vậy sai số này là chấp nhận được Xác định sơ bộ chiều dài răng Stato Trong đó:ld = l1 =15 (cm) xđ ở mục 7 t1 = 1,178 (cm) xđ ở mục 10 Bd =0,736 (T) xđ ở mục 17 B’z1: mật độ từ thông răng Stato, theo bảng 11-2 trang 270 Giáo trình thiết kế máy điện-Trần Khánh Hà, với răng có cạnh song song thì Bz1=1,7 á1,85 (cm), ta chọn sơ bộ B’z1 =1,8 (T) Kc1: hệ số ép chặt của lõi sắt Stato, ta chọn Kc1 =0,95 Xác định sơ bộ chiều cao gông Trong đó: Bg1: mật độ từ thông gông Stato, chọn theo bảng 10-3: Bg1=1,5T Kích thước rãnh và cách điện rãnh Diện tích có ích của rãnh (tính sơ bộ) là: n1 =2 là số sợi dây ghép song song, được chọn ở mục 13 ur =18 xđ ở mục 11 dcđ =1,685 (mm), chọn ở mục 13 Chọn kiểu rãnh hình quả lê như hình vẽ Chiều cao rãnh Stato: h’g1 =2,3(cm) chiều cao gông, tính ở mục 19 Dn =27,2 (cm) đường kính ngoài Stato, tính ở mục 2 D =18 (cm) đường kính trong Stato, tính ở mục 3 Chiều cao thực của răng Stato: hZ1 = hr1 – h41 = 23 – 0,5 = 22,5 (mm) Bề rộng rãnh Stato: Chọn bề rộng miệng rãnh Stato là b41 =3,2 (mm) =0,32 (cm) h41 =0,5 (mm) =0,05 (cm) Chiều rộng rãnh Stato phía đáy tròn nhỏ: Chiều rộng rãnh Stato phía đáy tròn lớn: Trong đó: D =18 (cm) đường kính trong Stato, tính ở mục 3 Dn =27,2 (cm) đường kính ngoài Stato h’g1 =2,3 (cm) chiều cao gông Stato, tính ở mục 19 b’Z1 = 0,5 (cm) chiều rộng răng Stato, tính ở mục 19, Z1 = 48 (rãnh) tính ở mục Theo bảng VIII-1 ở phụ lục VIII chiều dày cách điện rảnh là c=0,5mm của nêm là c Tính hệ số lấp đầy kđ: _Diện tích của rãnh (trừ nêm): trong đó Diện tích lớp cách điện: Chọn tổng chiều dày cách điện: C = 0,4(mm) Chiều dày cách điện giữa 2 lớp: C’= 0,5(mm) _Diện tích có ích của rãnh: Sr =S’r - Scđ = 170; -31=139 (mm) Hệ số lấp đầy rãnh Stato: kđ Nhận xét: Với hệ số lấp đầy như trên là đạt yêu cầu kỹ thuật đặt ra Chiều rộng răng Stato Chiều rông răng Stato phía đáy rãnh phẳng: Theo công thức 4- 32 trang 101, Giáo trình thiết kế máy điện- Trần Khánh Hà Chiều rông răng Stato phía đáy rãnh tròn: Chiều rộng răng Stato trung bình: Chiều cao gông từ Stato Đối với động cơ có đáy rãnh Stato phẳng, theo công thức 4- 46a trang 67, Giáo trình TKMĐ ta có: Trong đó: hr1 =2,3 (cm) tính ở mục 20 Khe hở không khí Khí chọn khe hở không khí d ta cố gắng lấy nhỏ để cho dòng điện không tải nhỏ và cosj 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, Theo công thức 10-21 trang 253, Giáo trình TKMĐ- Trần Khánh Hà, đối với loại Động cơ có công suất không lớn P=11KW) <20 (KW), 2p=4ta có: Do đó ta có suy ra chọn Chương IV Thiết kế dây quấn rãnh và gông rôto Số rãnh Rôto Thiết kế Rôto lồng sóc đúc nhôm, chọn số rãnh Rôto theo bảng 4- 2 trang 23, 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 =4 rãnh Rôto nghiêng, động cơ làm việc ở điều kiện bình thường: Z2 = 40(rãnh), Đường kính ngoài Rôto D’= D -2.d = 18-2.0,05=17,9(cm) = 179(mm) Trong đó: D = 18(cm) đường kính trong stato d = 0,05(cm) khe hở không khí, tính ở mục 23 Bước răng Rôto Xác định sơ bộ chiều rộng răng Rôto Theo công thức 4- 22 trang 62, Giáo trình TKMĐ- Trần Khánh Hà: Trong đó: Bd =0.736 (T) l2 = l1 =15(cm) t2 =1,4(cm) kC2: hệ số ép chặt lõi sắt Rôto Ta chọn hệ số ép chặt kC2 =0,95 BZ2: mật độ từ cảm trong răng Rôto, theo bảng 11- 2 trang 270, Giáo trình TKMĐ- Trần Khánh Hà, giá trị BZ2 =1,7 á 1,85 (T), ta chọn BZ2 = 1,8 (T) Dòng điện trong thanh dẫn Rôto Trong đó: kdq1 =0,925 xác định ở mục 15 , W1 =112 xác định ở mục12 Z2 =40 (rãnh) xác định ở mục 24 , m1 =3 số pha của dây quấn Stato kI =f(cosj): là hệ số dòng điện, được tra trong hình 10- 5 trang 244, Giáo trình TKMĐ ứng với cosjđm =0,875 thì kI =0,9 Dòng điện trong vành ngắn mạch Theo công thức 5- 10 Tr77 Giáo trình TKMĐ ta có: Tiết diện thanh dẫn bằng nhôm Với thanh dẫn nhôm thì Jtd =2,5 á 3,5 (A/mm2) ta chọn sơ bộ: Jtd =3 (A/mm2) Tiết diện thanh dẫn: Tiết diện vành ngắn mạch Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong vành ngắn mạch: JV =2,4 (A/mm2) b42 h42 dr2max dr2min bZ2tb b’Z2 b”Z2 D’ hr2 Kích thước răng, rãnh Rôto Do động cơ có chiều cao tâm trục h=160 (mm),do đó ta chọn dạng rãnh rôto là rãnh sâu hình quả lê như hình 10-8b trang 248 TL1 và có các thông số như sau: h42=0,5mm b42=1mm d1=7,2mm d2 =5,1mm hr2=20mm Chiều cao vành ngắn mạch a=24mm Chiều rộng vành ngắn mạch b=18mm Đường kính vành ngắn mạch: Dv=D-(a+1)=179-(28+1)=158 mm Khoảng cách giữa hai tâm đường tròn 2 đáy rãnh Rôto: Diện tích rãnh Rôto Trong đó: d1=7,2mm tính ở trên d2 =5,1mm tính ở trên h12 =17,5 (mm2) tính ở trên bV aV D’ DV Rôto Diện tích vành ngắn mạch Tính các kích thước thực tế: = hr2- d2 /3=20-7,2/3=17,6(mm)=17,6(cm) Bề rộng răng Rôto: Bề rộng răng Rôto chỗ hẹp nhất: Bề rộng răng Rôto chỗ rộng nhất: Trong đó: Z2 =40 (rãnh) xác định ở mục 24 , D’=17,9 (cm) xác định ở mục 25 dr2max = 7,2 (mm) xác định ở mục 33 , dr2min =5,1 (mm) xác định ở mục 33 h42 =5,4(mm) chọn ở mục 33 Bề rộng tb của răng Rôto: Chiều cao gông Rôto Đối với động cơ loại rãnh có đáy tròn, số đôi cực 2p=4, theo công thức 6- 51b tr 68- Giáo trình TKMĐ ta có: s Trong đó: d1=5,1mm : đường kính đáy tròn Rôto chỗ nhỏ nhất, hr2 =20 (mm): chiều cao của rãnh Rôto, Độ nghiêng rãnh Stato Để giảm bớt biên độ của các sóng bậc cao, ta có thể làm rãnh Stato, Rôto nghiêng, với cách dùng rãnh nghiêng ta sẽ có nghiều kiểu phối hợp rãnh Stato và Rôto, lấy độ nghiêng băndf một bước rãnh stato , Chương IV: Tính toán mạch từ Hệ số khe hở không khí Phía Stato: , Trong đó: b41 =3,2 (mm) là miệng rãnh Stato t1 = 11,78 (mm) bước rãnh Stato,mục 10 d =0,5 (mm) khe hở không khí, mục 23 Theo công thức 6- 11 Tr 67 Giáo trình TKMĐ: Thay số vào ta được: Phía Rôto: , Trong đó: t2 = 14 (mm) tính ở mục 26 ị kd =kd1,kd2 = 1,02.1,18 = 1,2 Sức từ động trên khe hở không khí Mạch từ có 2 đoạn qua khe hở không khí, bề rộng của khe hở không khí theo hướng hướng kính, theo công thức 4- 18 Tr 62 Giáo trình TKMĐ: Fd = 1,6.Kd.Bd .d.10=1,6.0,736.1,2.0,05.104 = 706,56(A) Trong đó: Bd =0,736 (T) mật độ từ thông khe hở không khí, tính ở mục 17 d =0,05 (cm) bề rộng khe hở không khí, chọn ở mục 23 Mật độ từ thông ở răng Stato (tính lại việc chọn BZ1 =1,85 T( ở mục 18), Theo công thức 4- 22 Tr 62 Giáo trình TKMĐ: Trong đó: Bd = 0,736 (T) tính ở mục 17 , t1 = 1,178 (cm) tính ở mục 10 bZ1 =0,495 (cm) tính ở mục 21 ,, kC1 =0,95 chọn ở mục 18 Cường độ từ trường trên răng Stato HZ1 =f(BZ1), giá trị của HZ1 được tra trong phụ lục V- 6 Trang 608 Giáo trình TKMĐ: Bảng và đường công từ hoá Với BZ1 =1,85 (T), ta dùng phương pháp nội suy từ 2 giá trị lân cận, tra bảng V-6 cho loại tôn Silic '12 Nội dung của phương pháp nội suy: Giả sử có 3 điểm cùng nắm trên một đường cong từ hoá, có toạ độ như hình vẽ: ã ã ã B H 1 2 3 B1 B2 B3 H1 H2 H3 Ta đã biết trước toạ độ của 2 điiểm: Điểm 1(B1,H1) Điểm 3(B3,H3) Điểm 2(B2,H2=?) Ta cần tìm trị số H2 của điểm 2, khi ta đã có các giá trị: B1, B3, H1, H3. Tuyến tính hoá đoạn 1, 2, 3 và sử dụng công thức sau: B B1 B2 B3 H H1 H2 =? H3 áp dụng phương pháp nội suy trên để tìm HZ1 tại gí trị BZ1 =1,85 (T) B 1,8 1,85 1,9 H 17,7 21,45 25,2 Sức từ động trên răng Stato FZ1 =2.h’Z1.HZ1 =21,9.27,0 = 102 (A) Trong đó: h’Z1 =22,67 (mm) =2,267 (cm), tính ở mục 20 Mật độ từ thông trên răng Rôto Tương tự cách tính mật độ từ thông trên răng Stato ở công thức 42 Xét phía răng Rôto rộng nhất (bZ2max): Cường độ từ trường HZ2min phía bZ2max: B 1,7 1,73 1,8 H 13,3 14,6 17,7 Với BZ2min =1,7 (T) ta có: Sức từ động trên răng Rôto FZ2 = 2h’Z2.HZ2 = 2.1,76.19,8 = 66, 8 (A) Trong đó: h’Z2 =hr2-d/3=20-7,2/3=1,76(cm), là chiều cao rãnh Rôto tính ở mục 36 Hệ số bão hoà răng Tính lại hệ số bão hoà răng đã chọn sơ bộ ở mục 6, theo công thức 4- 81 Tr72 Giáo trình TKMĐ: Trong đó: Fd = 706,56 (A) tính ở mục 39 , FZ1 = 102 (A) tính ở mục 42 FZ2 = 66.8 (A) tính ở mục 45 Mật độ từ thông trên gông Stato (tính lại việc chọn sơ bộ ở mục 19) Trong đó: F = 0,0097 (W) tính ở mục 16 , l1 =15 (cm) tính ở mục 5 kC1 =0,95 chọn ở mục 18 , hg1 =2,3(cm) tính ở mục 22 Cường độ từ trường trên gông Stato Tra bảng từ hóa ở phụ lục V-9 ta được:Hg1=8,15 A/cm Chiều dài mạch từ gông từ Stato Theo công thức 4- 48 Tr 107 Giáo trình TKMĐ: Sức từ động trên gông Stato Fg1 =Lg1.Hg1 =19,54.8,15=158,9 Mật độ từ thông trên gông Rôto Trong đó: F = 0,0097 (W) tính ở mục 16 , l2 =15(cm) tính ở mục 5 kC2 =0,95 chọn ở mục 18 , hg2 =23 (mm) = 43,7 (cm) tính ở mục 36 Cường độ từ trường trên gông Rôto Tra đường cong và bảng từ hóa ở phụ lục V-9, dùng phương pháp nội suy ta được: Với Bg2=1,86(T) ta tính được: Chiều dài mạch từ gông từ Stato Theo công thức 4- 53 Tr 108 Giáo trình TKMĐ: Trong đó: dt =5,4 (cm) đường kính trục Rôto, tính ở mục 36 hg2 = 4,37 (cm) tính ở mục 36 Sức từ động trên gông Stato Fg2 =Lg2.Hg2=7,64.1,86=14 (A) Sức từ động tổng của toàn mạch Theo công thức 4- 82 Tr 114 Giáo trình TKMĐ Fồ = Fd + FZ1 + FZ2 + Fg1 + Fg2 Trong đó: Fd = 706,56 (A) Sức từ động khe hở không khí, tính ở mục 39 FZ1 = 102 (A) Sức từ động trên răng Stato, tính ở nục 42 FZ2 = 66,8 (A) Sức từ động trên răng Rôto, tính ở nục 45 Fg1 =158,9 (A) Sức từ động trên gông Stato, tính ở nục 51 Fg2 = 14 (A) Sức từ động trên gông Rôto, tính ở nục 55 Thay số vào ta được: Fồ = 706,56+ 102 + 66,8 + 158,9+ 14 = 1048,2 (A) Hệ số bão hoà toàn mạch Dòng điện từ hoá Theo công thức 4- 83 Tr 73 Giáo trình TKMĐ: Trong đó: Fồ =1048,2 (A) tính ở mục 57 W1=112(vòng) số vòng dây của dây quấn Stato, tính ở mục 12 kdq1 =0,958 hệ số dây quấn Stato, tính ở mục 15 Dòng điện từ hoá tính theo đơn vị phần trăm: Trong đó: Iđm =29,3(A) dòng điện đực mức, tính ở mục 2 Nhận xét: Với động cơ không đồng bộ có 2p=4 thì =(30%-35%) .Do vậy giá trị trên là có thể chấp nhận được Chương V: tham số của động cơ điện Chiều dài phần đầu nối dây quấn Stato Theo công thức 3- 29 và 3- 30 Tr 68 Giáo trình TKMĐ ta có: lđ1 =Kđ1.ty1 + 2B1 Trong đó: Kđ1, B1 được tra trong bảng3- 4 Tr 69 Giáo trình TKMĐ, đối với loại động cơ 2p=4, phần đầu nối không băng cách điện ta có: Kđ1 =1,3 và B1 = 1,0 (cm) là bề rộng trung bình của phần tử (theo công thức 3- 30) Trong đó: D = 18 (cm) đường kính trong Stato, tính ở mục 3 hr1 =2,3 (cm) chiều cao rãnh Stato, tính ở mục 20 Z1 =48 số rãnh Stato, tính ở mục 9 Thay số vào ta được: Từ đó ta có: lđ1 = Kđ1.ty1 + 2B1 =1,3.13,28 + 2.1 = 19,264(cm) Chiều dài phần đầu nối của dây quấn Stato khi ra khỏi lõi sắt Chiều dài trung bình vòng dây của dây quán Stato l1/2 tb = l1 + lđ1 = 15 +19,264= 34,26 (cm) Chiều dài dây quấn của 1 pha Stato l1 = 2.W1.l1/2 tb.10-2 =2.112.34,26.10-2 = 776 (m) Điện trở tác dụng của dây quấn Stato Trong đó: l1 =76,70 (m) chiều dài dây quấn của 1 pha Stato, tính ở mục 63 n1 =2 số sợi dây ghép song song, chọn ở mục 13 a1 =1 số nhánh song song, chọn ở mục 13 S1 = 2.57 (mm2) tiết diện dây dẫn, tính ở mục 13 :là điện trở dây dẫn đồng Tính theo đơn vị tương đối: Điện trở tác dụng của dây quấn Rôto Điện trở thanh dẫn: Trong đó: l2 =71,36 (cm) chiều dài lõi sắt Rôto, tính ở mục 28 Sr2 =112 (mm2) diện tích rãnh Rôto, tính ở mục 36 Điện trở vành ngắn mạch: Trong đó: DV = 15,8 (cm) đường kính trung bình của vành ngắn mạch D’ = 17,9 (cm) đường kính ngoài Rôto, tính ở mục 25 SV = 504 (mm2) diện tích vành ngắn mạch, tính ở mục 35 Điện trở Rôto: Theo công thức 5- 14 Tr 77 Giáo trình TKMĐ ta có Trong đó: Rtd =5,8.10-5 (W) điện trở thanh dẫn, tính trên RV =1,07.10-6 (W) Điện trở vành ngắn mạch, tính ở trên Hệ số quy đổi điện trở Rôto về Stato Theo công thức 5- 16 Tr121 Giáo trình TKMĐ ta có: Điện trở Rôto sau khi quy đổi về Stato R’2 =g.R2 = 3220.0,79.10-4 =0,25 (W) Tính theo đơn vị tương đối: Hệ số từ tản rãnh Stato Hệ số từ tản rãnh Stato: Theo công thức 5- 23 Tr79 Giáo trình TKMĐ Đối với rãnh nửa kín, hình quả lê, dây quấn 2 lớp bước ngắn: Trong đó: Các kích thước như hình vẽ br1 = brr1min =d1=7,3 (mm) bề rộng rãnh Stato phía miệng rãnh (mục 20) h2 =-(d1/2-2.c-c’) = -(7/3-2.0,5-0,4) = -2,25 (mm) chiều cao nêm h41 =0,5 (mm) h1 =hr1- 0,1.d2 - 2.c - c’ =23 - 0,1.9,2 - 2.0,5 - 0,4=20,58 (mm) b41= 3 (mm) kb =f(b),k’b =f(b), được tính theo công thức 5-24,25 Giáo trình TKMĐ Với Thay số vào ta được: Hệ số từ dẫn tản tạp Stato Theo công thức 5- 39 Tr 82 Giáo trình TKMĐ ta có Trong đó: t1 =13,3 (mm) bước rãnh Stato, tính ở mục 10 q1 =4 tính ở mục 9 , kdq1 =0,925 tính ở mục 15 st1: Tra trong bảng 5- 2a Tr 86 với q1 =4; bước rút ngắn của dây quấn theo bước rãnh bằng 12-10=2 ta tra được giá trị 100st1 =0,62 ị st1 =0,0062 rt1: Tra theo bảng 5- 3 Tr 86 Giáo trình TKMĐ, với loại rãnh làm nghiêng: q1 =4; tỉ số ta tra được với q=4 và Z2/p=15 : rt1= 0,9 với q=4 và Z2/p=20 : rt1= 0,84 Ngoại suy ra ta có: với q=4 và Z2/p=19 : rt1= rt1 = 0,88 -Theo công thức 5- 41 Tr 83 với: b41 =3 (cm) t1 = 11,78 (cm) d = 0,7 (cm) kd =1,2 tính ở mục 39 Thay số vào ta được: Hệ số từ tản đầu nối Theo công thức 5- 44 Tr83 đối với dây quấn 2 lớp lđ1 =0,34..(lđ1 - 0,64.b.t) = 0,34..(19,264- 0,64.0,833.14,14)=1,06 Trong đó: lđ1 =19,264 (cm) chiều dài phần đầu nối dây quấn Stato (mục 40) b = 0,833 tính ở mục 15 , t = 14,14 (cm) tính ở mục 5 Tổng hệ số từ dẫn tản Sl1 =lr1 + lt1 + lđ1 = 1,393+1,19+1,06 = 3,643 Điện kháng tản dây quấn Stato Theo công thức 5- 20 Tr79 Giáo trình TKMĐ ta có: Tính theo đơn vị tương đối: Hệ số từ dẫn tản rãnh Rôto Hệ số từ dẫn tản ở rãnh Rôto: loại rãnh hình quả lê0 Theo CT 5- 30 Tr80 ta có: Trong đó: k=1 , h42=1mm,b42 =0,5 (mm) Sr2 =112 (mm2) diện túch rãnh Rôto (mục 36) b = dr2max =7,2 (mm) bề rộng rãnh Rôto phía miệng rãnh (mục 34) h1= hr2 - 0,1.d = 30 -0,1.6 =29,4 (mm) chiều cao rãnh Rôto (mục 34) Thay số: Hệ số từ tản tạp Rôto Theo công thức 5- 40 Tr 83 : Trong đó: t2 =14(mm) tính ở mục 27 Đối với dây quấn Rôto lồng sóc thì: và kdq2 = 1; rt2 =1 với Rôto to lồng sóc rãnh nửa kín thì kt2 ằ 1 s2: được tra trong bảng 5- 2c Tr87 với ta ngoại suy giữa q2=3 và q2=20/9 q2=3 thì 100s2=3. , q2=19/6 thì 100s2=0,82 Thay số ta được: Hệ số từ dẫn tản phần đầu nối: Theo công thức 5- 45 Tr84, với Rôto lồng sóc đúc nhôm, vòng ngắn mạch coi ở liền, sát với đầu lõi sắt Rôto: Trong đó:DV = 15,8 (cm) đường kính trung bình của vành ngắn mạch (mục65) ld’’ ằ l2 =18,5 (cm) đối với Rôto lồng sóc không có rãnh thông gió aV =2,8 (cm) và bV =1,8 (cm) kích thước vành ngắn mạch, tính ở mục 35 Thay số: Hệ số từ tản do rãnh nghiêng Hệ số từ dẫn Rôto Sl2 =lr2 + lt2 + lđ2 +lrn =1,48 + 1,8 + 0,7 +0,6 = 4,58 Điện kháng tản dây quấn Rôto Theo công thức 5- 49 Tr84 với Rôto lồng sóc: X2 =7,9.f2.l2.Sl2.10-8 =7,9 .50.15.4,58. 10-8 = 2,7.10-4 (W) Điện kháng tản Rôto đã quy đổi về Stato X’2 =g.X2 =3220.2,7 =0,86 (W) Trong đó: là hệ số quy đổi điện trở Rôto về Stato tính ở mục 66 Tính theo đơn vị tương đối Điện kháng hỗ cảm (Khi không xét rãnh nghiêng) Trong đó: U1 =220 (V) điện áp pha đặt vào dây quấn Stato Im =7,24 (A) dòng điện từ hoá, tính ở mục 59 X1 =0,676 (W) Điện kháng tản dây quấn Stato, tính ở mục 69 Tính theo đơn vị tương đối: Điện kháng tản khí xét đến rãnh nghiêng Xét góc rãnh nghiêng: Theo công thức Tr 88 Giáo trình TKMĐ: Trong đó: bc =1,33 (cm): độ nghiêng của rãnh, tính toán ở mục 39 (điện) Tra bảng 5- 3 Tr91, Giáo trình TKMĐ ta xác định được trị số của sn =1,05 (sn: là hệ số rãnh nghiêng) X’1n = sn,X1 =1,05,0,9307 = 0,9772 (W) X’2n =sn,X’2 = 1,05,0,5737 = 0,6024 (W) 80. Tính lại trị số kE Trị số này không sai khác nhiều so với trị số kE =0,975 đã chọn sơ bộ ở mục 3, ta tính độ sai lệch tương đối: nên không cần tính lại. Chương VI: tổn hao trong thép và tổn hao cơ Trọng lượng răng Stato GZ1 = gFe.Z1.hr1.bZ1.l1.kC1.10-3 Trong đó: gFe = 7,8 (kg/m3) trọng lượng riêng của thép làm răng Stato hZ1 = 1,9 (cm) chiều cao răng Stato, tính ở mục 20 bZ1 = 0,495 (cm) bề rộng răng Stato, tính ở mục 21 l1 =15(cm) chiều dài lõi sắt Stato, tính ở mục 6 kC1 =0,95 hệ số ép chặt lõi sắt Stato, chọn ở mục 18 ị GZ1 =7,8.48.0,495.1,9.1,5.0,95.10-3 = 5,02 (kg) Trọng lượng gông từ Stato Gg1 = gFe.l1.lg1.hg1.2p.kC1.10-3 Trong đó: lg1 = 19,54 (cm) chiều dài mạch từ gông từ Stato, tính ở mục 55 hg1 = 2,3 (cm) chiều cao gông từ Stato, tính ở mục 22 ị Gg1 =7,8.15.19,54.2,3.4.0,95.10-3 = 19,98 (kg) Tổn hao chính trong thép Tổn hao cơ bản trong lõi sắt Stato Tổn hao trong răng: Theo công thức 6- 2 Trang 94 TKMĐ ta có: PFeZ1 =kgiacông Z1.pFeZ1.GZ1.. 10-3 Trong đó: pFeZ1=2,5 kgiacông Z1 =1,8 hệ số gia công răng Stato, đối với động cơ có P Ê 250 (KW) GZ1 = 5,02 (kg) trọng lượng răng Stato, tính ở mục 81 Thay số vào ta được: PFeZ1 =1,8.2,5.1,82 .5,02.10-3 = 0,073 (KW) Tổn hao trong gông Stato PFeg1 =kgiacông g1.pFeg1.Gg1.10-3 (Theo công thức 6-3 Trang 94 TKMĐ) Trong đó: Gg1 = 60,1 (kg) trọng lượng gông từ Stato, tính ở mục 76 kgiacông g1 =1,6 hệ số gia công gông Stato, với Pđộng cơ Ê 250 (KW)= 0,4063 (KW) Tổn hao cơ bản trong lõi sắt Stato: PFe1 =PFeZ1 + PFeg1 = 0,037 + 0,173 = 0,246 (KW) Tổn hao phụ trong thép Stato và rôto Tổn hao bề mặt trên răng Stato Theo công thức 6-7 trang 142 Trong đó : Với : b0 = 0,31 b41/d = 32/0,5 = 6,4 B0 = b0.kd.Bd = 0,31.1,2.0,73 = 0,272 Thay số vào ta có : Tổn hao bề mặt trên răng rôto Theo công thức Trong đó : Với : b0 = 0,31 , b42/d = 3,2/0,5 = 6,4 B0 = b0.kd.Bd = 0,31.1,2.0,73 = 0,272 Thay số vào ta có : Tổn hao đập mạch trên răng Stato Theo công thức 6-13 Trang 97 TKMĐ, với loại thép '12 ta có: Trong đó: Z2 =48 số rãnh Rôto n n1 = 1500 (Vòng/phút) tốc độ đồng bộ , GZ1=20,08 (Kg) Bđm1: biên độ dao động của từ trường trong vùng liên thông răng (rãnh) Rôto và Stato theo vị trí tương đối của rãnh Rôto và Stato, Theo công thức 6-10 Trang 142 TKMĐ ta có: Trong đó: tính ở mục 39 d = 0,7 (mm) khe hở không khí, tính ở mục 23 t2 = 0,5 (mm) tính ở mục 27 tính ở mục 42 Thay số vào ta được tổn hao đập mạch trong răng Rôto là: Tổn hao đập mạch trong răng Rôto Theo công thức 6-13 Trang 97 TKMĐ, với loại thép '12 ta có: Trong đó: Z1 =72 số rãnh Stato, tính ở mục 9 n = n1 = 1000 (Vòng/phút) tốc độ đồng bộ GZ2 Trọng lượng sắt răng Rôto, được tính theo công thức: GZ2 = gFe.Z2.hZ2.bZ2.l2.kC2.10-3 Trong đó: gFe = 7,8 (kg/m3) trọng lượng riêng của thép làm răng Stato hZ2 =1,76 (cm) chiều cao răng Rôto, tính ở mục 37 bZ2 = 0,64 (cm) bề rộng răng Rôto, tính ở mục 37 l2 =15 (cm) chiều dài lõi sắt Rôto, tính ở mục 28 kC2 =0,95 hệ số ép chặt lõi sắt Rôto, chọn ở mục 28 Z2 = 40 số rãnh Stato, tính ở mục 24 ị GZ2 =7,8.40.1,76.0,64.15.10-3 = 18,575 (kg) Tính Bđm2: biên độ dao động của từ trường trong vùng liên thông răng (rãnh) Stato và Rôto theo vị trí tương đối của rãnh Stato và Rôto, Theo công thức 6-10 Trang 142 TKMĐ ta có: Trong đó: g1 = n1 = 3,6 tính ở mục 40 d = 0,5 (mm) khe hở không khí, tính ở mục 23 t1 =1,178(cm) bước rãnh Stato, mục 10 BZ2tb = 1,73 (T) tính ở mục 45 Thay số vào ta được tổn hao đập mạch trong răng Rôto là: Tổng tổn hao trong thép lúc không tải Theo công thức 6-15 Trang 144 TKMĐ ta có PSFe = PFe1 + PbmZ1 + PđmZ1 + PbmZ2 + PđmZ2 = = 0,246 + 0,0048 + 0,048 = 0,3 (KW) Trong đó: PFe1: tổn hao cơ bản (chính) trong lõi sắt, tính ở mục 77 PbmZ1: tổn hao bề mặt răng Stato (tổn hao phụ), tính ở mục 78 PđmZ1: tổn hao đập mạch răng Stato, tính ở mục 79 PbmZ2: tổn hao bề mặt răng Rôto, tính ở mục 80 PđmZ2: tổn hao đập mạch răng Rôto, tính ở mục 81 Tổn hao đồng trong dây quấn Stato Theo công thức 6-17 Trang 98 TKMĐ ta có: Trong đó: m1 =3 số pha dây quấn Stato I1 = 83,73 (A) dòng điện trong dây quấn Stato R1 = 0,062 (W) điện trở tác dụng dây quấn Stato tính ở mục 64 Thay số vào ta được: Tổn hao đồng trong dây quấn Stato Theo công thức 6-17 Trang 98 TKMĐ ta có: Trong đó: m2 =3 số pha dây quấn Stato I’2 (A) dòng điện trong dây quấn rôto R1 = 0,062 (W) điện trở tác dụng dây quấn Stato tính ở mục 64 Hệ số dòng điện: Dòng điện rôto qui đổi về stato: Thay số vào ta được: Tổn hao cơ Tổn hao cơ hay tônả hao vì 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, Theo công thức 6-19 Trang 145 TKMĐ đối với loại động cơ không có rãnh thông gió hướng kính và có quạt thổi ngoài vỏ,theo công thức 6-19 ta có: PCơ = Trong đó: Dn = 27,2 (cm) đường kính trong Stato, tính ở mục 4 n = 1500 (Vòng/phút) tốc độ quay của động cơ KT: hệ số, với động cơ có 2p=6 ta có KT=1 PCơ = Tổn hao không tải P0= PCu1+ PCu2+ PFe +Pcơ=0,3+0,6774+0,123=0,423(Kw) Hiệu suất của động cơ Tổn hao khi tải định mức: Pf = 0,005Pđm = 0,005.45 = 0,225 (KW) Tổng tổn hao khi không tải định mức: SP =P0 + Pf = 3,0414 +0,225 = 3,2664 (KW) Hiệu suất của động cơ là: Chương VII: đặc tính làm việc Các thông số cơ bản của Động cơ R1 = 0,3 (W), tính ở mục 64 R'2 = 0,2 (W), tính ở mục 67 X1 = 0,676 (W), tính ở mục 69 X’2 = 0,86 (W), tính ở mục 72 Xm = 29,7 (W), tính ở mục 73 IđbX = Im = 7,24 (A), tính ở mục 59 IđbR E1 = U1 - Im.X1 = 220-7,24.0,676 = 215,1 (V) Hệ số trượt định mức: sđm = Hệ số trượt lớn nhất : sm = Lập bảng đặc tính làm việc theo hệ số trượt (s) Stt s Đơn vị 0,01 0,02 0,0295 0,05 0,1 0,164 1 (W) 26,4 13,4 9,17 5,54 2,92 1,9 2 (W) 1,59 1,59 1,59 1,59 1,59 1,59 3 (W) 26,45 13,49 9,31 5,764 3,325 2,48 4 (A) 8,31 16,68 24,17 39 67,67 90,7 5 0,998 0,99 0,984 0,96 0,878 0,766 6 0,06 0,118 0,171 0,276 0,478 7 (A) 8,834 16,67 23,78 37,14 58,6 8 (A) 7,74 9,16 11,28 17,77 38,87 9 (A) 11,75 19,02 26,32 41,77 70,32 10 0,752 0,876 0,9 0,902 0,833 11 (Kw) 5,83 11 15,8 24,5 38,7 12 (Kw) 0,124 0,325 0,623 1,525 4,45 13 (Kw) 0,034 0,21 0,44 1,14 3,43 14 Pf =0,005,P1 [KW] (Kw) 0,029 0,055 0,079 0,123 0,194 15 P0 =PFe +Pcơ [KW] (Kw) 0,423 0,423 0,423 0,423 0,423 0,423 16 SP=PCu1+ PCu2+Pf+P0 [KW] (Kw) 0,63 1,013 1,56 3,21 8,5 17 0,892 0,907 0,9 0,87 0,78 18 P2=P1- SP [KW] (Kw) 5,2 9,99 14,24 21,29 30,2 Số liệu định mức viết ra từ bảng trên Pđm =15 (KW) I’2đm = 24,17(A) Iđm =24,17 (A) nđm = 1500 (vòng/phút) sđm = 0,032 hđm = 0,89% Cosjđm = 0,9 Theo bảng tính toán ở trên ứng với hệ số trượt này thì: I’2m = 90,7 (A) Bội số mômen cực đại Đặc tính làm việc của máy được biểu diễn trong hình vẽ: S P2(KW) h I1 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 h cosj I1(A) 5 10 0 cosj s(%) 1 22 15 20 25 5 10 15 20 Chương VIII: đặc tính mở máy Tham số động cơ điện khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài của dòng điện (khi s=1) Để cải thiện đặc tính mở máy bằng cách lợi dụng hiện tượng hiệu ứng mặt ngoài của dòng điện. Khi mở máy, do tần số Rôto cao nên dòng điện tập trung lên phía trên rãnh, Vì vậy ta cần xác định độ sâu quy đổi hr của rãnh trong đó dòng điện phân bố đều và trên cơ sở đó ta xác định điện trở thanh dẫn đặt trong rãnh, Tương tự ta cũng tìm được chiều sâu quy đổi của rãnh hx và theo đó xác định điện kháng của thanh dẫn, Trị số hr và hx được xác định theo công thức 11-29 Trang 279 TKMĐ: Trong đó: a là chiều cao nhôm trong rãnh (Rôto lồng sóc đúc nhôm) Theo hình vẽ ta có: a = hr 2 - h42 = 20 - 0,5 =19,5 (mm) j và y là các hệ số phụ rhuộc vào trị số x (chiều cao bằng số của rãnh) Các thông số được xác định trong mục 34 b = d2 =d1= 6 (mm) h42 =0,5 (mm) b42 =1,5 (mm) hr2 = 16,2 (mm) h12 =12,1(mm) tính ở mục 70 b42 h42 b =dr2max dr2min=b’ br bx a hr2 h12 hr hx Theo công thức 11-30 Trang 279 TKMĐ Trong đó s: là hệ số trượt, khí mở máy s=1 : là tỉ số giữa bề rộng thanh dẫn và bề rộng rãnh, với Rôto lòng sóc r: điện trở suất của vật liệu thanh dẫn, với thanh nhôm nhiệt độ dây quấn là 750C thì Từ đó ta có (công thức 11-31b Tr 279 TKMĐ), Thay số vào ta được: , Tra hình vẽ 10-13 Trang 257 TKMĐ ta được: j = 1 và y =0,75 , kR=1+j=2 Điện trở thanh dẫn khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài của dòng điện: Rtdx = kR.Rtd = 5,8.10-5 = 11,6.10-5 (W) Với Rtd =5,8.10-5 (W) điện trở thanh dẫn, tính ở mục 65 Điện trở tác dụng của dây quấn Rôto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài của dòng điện: Trong đó RV =0,09865.10-5 (W), và _Quy đổi về Stato ta được: R’2x =g.R2x = 3220.12,28.10-5 = 0,395 (W) Trong đó g = 3220 là hệ số quy đổi điện trở Rôto về Stato, tính ở mục 66 Hệ số từ dẫn tản ở rãnh Rôto: Trong đó: Sr2 =112 (mm2) diện túch rãnh Rôto (mục 36) b =5,1 (mm) bề rộng rãnh Rôto phía miệng rãnh (mục 34) h1=29,58 (mm) , h42=1(mm) , b42 =1(mm) y = 0,75 được tính ở trên Thay số: Tổng hệ số từ dẫn Rôto: Slr2x =lr2x + lt2 + lđ2 = 1,75 + 1,8 + 0,7+0,6 = 4,95 Với: lt2 và lđ2 được tính ở mục 70 * Điện kháng rôto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài Tổng trở ngắn mạch khi sét đến hiệu ứng mặt ngoài: Dòng điện ngắn mạch khi chỉ xét đến hiệu ứng mặt ngoài Tham số của động cơ điện khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài của dòng điện và sự bão hoà của từ trường tản khi s=1 Sơ bộ chọn hệ số bão hoà : kbh=1,2 Dòng điện ngắn mạch: Khi chưa xét bão hoà: Theo công thức 11-40 Tr 258 kbh: là hệ số bão hoà, với kiểu rãnh 1/2 kín, ta chọn sơ bộ kbh =1,2 Sức từ động trung bình của một rãnh Stato: Theo công thức 10-36 Trang 259 TKMĐ ta có: Trong đó: ur =14 là số thanh dẫn tác dụng của một rãnh Stato a1 = 1là số mạch nhánh song song, tính ở mục 11 ky1 = 1 hệ số dây quấn bước ngắn, tính ở mục 15 kdq1 = 0,925 là hệ số dây quấn Stato, tính ở mục 15 Z1 =48, Z2 =40 là số rãnh Stato và Rôto kb =f(b) là hệ số tính đến sức từ động nhỏ đi do bước ngắn được tra theo đường cong hình 10-14 Trang 281 TKMĐ, với b = 0,833 (được tính ở mục 15) ta tra được: kb = 0,09Thay số vào công thức trên ta được: Theo công thức Trang 2259 ta có: Với t1=1,17 (cm), t2=1,4 (cm) là bước rãnh Stato và Rôto, Mật độ từ thông quy đổi trong khe hở không khí: Theo công thức 10-37 TKMĐ: _Theo hình 10-15 Trang 260 TKMĐ ta tra được: cd = 0,6 Sự biến đổi tương đương của miệng rãnh Stato được tín theo công thức10-39Trang 260KMĐ: C1 = (t1 -b41).(1- cd) =(13,3 -3).(1 - 0,6) = 3,34(mm)=0,343(cm) Sự giảm nhỏ của hệ số từ dẫn của từ trường tản do bão hoà: Đối với rãnh 1/2 kín theo công thức 10-42 Trang 260 TKMĐ ta có: _Hệ số từ dẫn tản rãnh stato khi xét đến bão hoà từ tản: lr1bh =lr1 - Dl1bh = 1,393 - 0,37 = 1,023 Với lr1 =1,983 là hệ số từ tản rãnh Stato, tính ở mục 68 _Hệ số từ tản tạp stato khi xét đến bão hoà mạch từ tản lt1bh = cd.lt1 = 0,6. 1,19 = 0,714 Với lt1= 1,06 là hệ số từ dẫn tạp rãnh Stato, tính ở mục 68 * Tổng hệ số từ tản stato khi xét mạch bão hoà từ tản: _lđ1 = 1,06 là hệ số từ tản đầu nối, tính ở mục 68 ị Sl1bh =lr1bh + lt1bh + lđ1 = 1,023 + 0,714 + 1,06 = 2,797 Điện kháng tản Stato khi xét đến bão hoà của từ tản: Trong đó: X1 =0,676 (W) là điện kháng tản dây quấn Stato, tính ở mục 69, Sl1 =3,643 là tổng hệ số từ dẫn tản, tính ở mục 68 Sự biến đổi tương đương của miệng rãnh Rôto lồng sóc thường được tính theo công thức 10-46 Trang 261 TKMĐ: C2 = (t2 – b42).(1- cd) =( 1,4– 0,1).(1 - 0,6) = 0,05 (mm) Sự giảm nhỏ hệ số từ dẫn tản rãnh Rôto do bão hoà: Theo công thức 10-47 Tr 261 TKMĐ đối với loại rãnh 1/2 kín ta có *Hệ số từ tản rãnh rôto khi xét đến bão hoà mạch từ lr2xbh = lr2x –Dl2bh= 1,85– 0,30 = 1,55 Với lr2x =2,0934 là hệ số từ tản rãnh Rôto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài * Hệ số từ tản tạp rôto khi xét đến bão hoà mạch từ tản lt2bh = cd.lt2 = 0,6.1,8 = 1,1 Với lt2x = 1,64 hệ số từ tản tạp rãnh Rôto, tính ở mục 70 * Hệ số từ tản do rãnh nghiêng rôto khi xét đến bão hoà mạch từ tản lrnbh = cd.lrn = 0,6.0,6 = 0,4 * Tổng hệ số từ dẫn rôto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài và độ bão hoà của răng: Sl2xbh = lr2xbh + lt2bh +lrnbh + lđ2 =1,55+1,08+0,7+0,4 =3,8 Với lđ2 = 0,7 hê số từ tản đầu nối, tính ở mục Điện kháng tản Rôto khi xét đến bão hoà của từ tản: theo công thức 10-52 Với Sl2 =4,58 là tổng hệ số từ tản rãnh Rôto, tính ở mục 70 Những tham số ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoà của dòng điện và sự bão hoà của từ tản. *Tổng trở ngắn mạch Dòng điện mở máy khi s=1 Sự sai khác so với trị số dòng điện ngắn mạch khi xét bão hoà ở trên là: Trị số Inbh sai khác giá trị đã giả thiết ban đầu không quá 15% nên không cần tính lại, Bội số dòng điện mở máy khi s=1 _Điện kháng hỗ cảm khi xét đến bão hoà mạch từ tản Trong đó: km =1,48 là hệ số bão hoà toàn mạch, tính ở mục 58 X12 = 29,7 (W) là điện kháng hỗ cảm, tính ở mục 73 _Dòng điện rôto khi mở máy qui đổi về stato Bội số dòng điện mở máy Theo bảng 11-8b Trang 294 TKMĐ ta tra được bội số dòng điện mở máy loại động cơ có công suất P<30(KW), tốc độ n=3000 (Vòng/phút) thì , Bội số mômen mở máy Theo công thức 11-78 Trang 295 TKMĐ ta tính được bội số mômen mở máy: Theo bảng 11-8a Trang 293 TKMĐ ta tra được Bội số mômen mở máy, đối với loại động cơ kiểu kín có công suất P =11(KW), tốc độ n=3000 (Vòng/phút) ta tra được bội số mômen mở máy: Các số liệu tính toán đặc tính mở máy: s 1 0,7 0,5 0,218 0,2 0,1 0,05 0,0297 I1[A] 144,06 137,51 129,03 93,859 89,154 55,968 30,828 19,013 I’2[A] 142,92 136,42 128,01 93,114 88,446 55,524 30,583 18,862 I1/Iđm 6,843 6,532 6,129 4,458 4,235 2,659 1,464 0,903 Mn/Mđb 1,7306 1,5767 1,3882 0,7346 0,6628 0,2612 0,0792 0,0301 Chương IIX: Tính toán nhiệt Động cơ điện không đồng bộ kiểu kín IP44 này được tính toán nhiệt theo sơ đồ thay thế ở hình 8-7T179 Máy có quạt thổi ngoài vỏ máy qua các cánh tản nhiệt đồng thời có gió thổi tuần hoàn trong vỏ máy nhờ cánh quạt đặt trên vành ngắn mạch của rôto lồng sóc.Tâm máy cao h=160mm và chiều dài lắp đặt của vỏ máy là L,ký hiệu 3K.160L I.Tính các nguồn nhiệt trong sơ đồ thay thế Các nguồn nhiệt trong sơ đồ thay thế: Ta có sơ đồ nhiệt đơn giản dùng cho động cơ không đồng bộ kiểu kín Trong đó: PCu PR PFe SP Ra QFe RFe QCu RCu vđ Rcđ Qcđ vFe va vg Pcu: là tổn hao đồng PFe: là tổn hao sắt PR: là tổn hao trong Rôto RFe: nhiệt trở chỗ tiếp giáp lõi sắt Stato với vỏ và trên gông Stato, Ra: nhiệt trở đặc trưng cho độ chênh nhiệt giữabề mặt vỏ và nắp máy với không khí làm mát R’ a: nhiệt trở đặc trưng cho độ chênh nhiệt giữavới không khí nóng bên trong máy và vỏ máy, Rcđ: nhiệt trở cách điện rãnh Tổn hao đồng trên Stato: QCu1 =PCu1+0,5.Pf1 =840+0,5.140=910 (W) Trong đó các giá trị PCu1 và Pf được tra trong bảng đặc tính làm việc khi động cơ làm việc ở chế độ định mức, Tổn hao sắt trên Stato (bỏ qua tổn hao bề mặt): QFe =PFe =P’Fe = 0,246 (KW) =246 (W) P’Fe tính ở mục 77 Tổn hao trên Rôto: QR = PCu2 +0,5.Pf +Pcơ +Pbm2+Pđm2 = 0,6 + 1,14.0,5 + 0,123 + 0,0048 + 0,048 = 0,92(KW) = 920 (W) II. Tính các nhiệt trở Nhiệt trở trên mặt lõi sắt Stato Theo công thức 8-53 và 8-55 Trang 136 TKMĐ ta có: Trong đó: Rdg: là nhiệt trở khe phụ của hở không khí công nghệ giữa lõi sắt Stato và vỏ máy do công nghệ chế tạo gây ra, Với : SDn = p.Dn.l1 = p.27,2.14,5 = 1238 (cm2) Dn là đường kính ngoài Stato, l1 là chiều dài lõi sắt Stato, lFe =30.10-2 (w/oC,cm) là hệ số dẫn nhiệt của lá thép kỹ thuật điện Sillic trung bình, được tra trong bảng 8-2 Tr170 TKMĐ hg1 =2,3 (cm) là chiều cao gông Stato adg =0,08 á0,1 (w/0C,cm2) là hệ số truyền nhiệt kinh nghiệm ta lấy adg =ag = 0,08646 . Thay số vào ta được: Nhiệt trở phần đầu nối của dây quấn Stato Theo công thức 8-29 Trang 179 TKMĐ ta có: _dc: là chiều dài cách điện phần đầu nối dây quấn, ta dùng loại vải thuỷ tinh tấm có chiều dày: dc = 4 (mm) =0,04 (cm), _lc = 0,16.10-2 (w/0C) là hệ số được tra trong bảng 8-2 Tr170 TKMĐ với cách điện cấp B _Đối với dây quấn 2 lớp: Sd =2.Z1. Cb.lđ Trong đó: Z1 =48 số rãnh Stato lđ = 19,264 (cm) chiều dài trung bình của phần đầu nối dây quấn, tính ở mục 60, Cb: chu vi của bối dây, được lấy gần bằng chu vi rãnh Stato Với br1min =7,3 (mm), br1max =9,2 (mm), h12S =173 (mm), tính ở mục 36 ị Sd =2.Z1.Cb.lđ =2.48.2,32.19,264= 4290,5 )cm2) _ ađ =(1+0,56.13,682).133= 0,106 Trong đó: Với n=n1-sđm,n1 =1000 - 0,0138.1000 = 862 (Vòng/phút) ị ađ =(1+0,56.vR2).10-3 =(1+0,56.13,7662 ).10-3 = 0,107 Thay số vào công thức trên ta được: Nhiệt trở đặc trưng cho độ cho độ chênh nhiệt giữa không khí nóng bên trong máy và vỏ máy Theo công thức 3-31 trang 180 TKMĐ ta có: S’a = 3000 (cm2) là bề mặt bên trong vỏ máy bao gồm những phần không tiếp xúc với bề mặt ngoài của 2 nắp máy, được xác định theo kết cấu máy. a =ao.(1+ko.0,5.v’) Trong đó: ko = 0,07 á 0,05, ta chọn ko =0,06 , ao = 1,42.10-3 (w/oC.cm2) tra bảng 8-3 ị a = 1,42.10-3.(1+0,06.0,5.44,36)= 3,31.10-2 (w/oC.cm2) Thay số vào ta được: Nhiệt trở bề mặt ngoài vỏ máy Theo công thức 8-34 Trang 181TKMĐ ta có: Trong đó: Hệ số tản nhiệt của các cánh tản nhiệt: aV =kg.a’V (Theo công thức 8-58 Trang 137 TKMĐ) b, c là các kích thước của cách và rãnh toả nhiệt, chọn b = 0,7 (cm), c = 3(cm) Theo công thức thực nghiệm 8-32 Trang 180 TKMĐ ta có: a’V=3,6.d-0,2.vv’0,8.10-4 = 3,6.(0,02)-0,2. (0,5.44,36)0,8.10-4 =9,394.10-3 (w/oC.cm2) Trong đó: vv’= 0,5.v’ là tốc độ gió thổi ngoài vỏ máy đẫ xét đến sự suy giảm chiều dài gân tản nhiệt, v’=44,36 (m/s) là tốc độ gió của cách quạt được xác định theo kết cấu của cánh quạt và được tính ở trên (mục 97) d là đường kính tương đương rãnh thông gió, có thể lấy dằc=0,02 (m) Theo công thức 8-18 Trang 126 TKMĐ: a’g =b.l.th(b.h) l = 4.10-2 (w/oC,cm) là hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm gân (thép lá kỹ thuật, cách điện bằng sơn), tra bảng 8-2 Trang 170 TKMĐ. ag = b.l.th(b.h) = 0,819.4.10-2.th(0,819.2,5)= 0,0317=3,17.10-2(w/oC.cm2) Thay số: ị aV =kg.a’V =1,91. 5,09.10-3 =9,73.10-3 (w/oC.cm2) Tương tự ta cũng có hệ số tản nhiệt ở bề mặt bên của nắp máy phía có quạt: a'n = 3,6.d-0,2.v’0,8.10-4 = 3,6.( 0,02 )-0,2 . (44,36)0,8. 10-4 =8,85.10-3 (w/oC.cm2) Với d=0,02 (cm) chọn ở trên, v’=44,36 (m/s) tính ở mục 97. a”n = a0= 1,42.10-3 (w/oC.cm2) tính ở mục 97. Sn’= Sn”=1000(cm2) SV =6000 (cm2) Thay số vào công thức trên ta có : Nhiệt trở trên lớp cách điện Theo công thức 8-25 Trang 178 TKMĐ ta có: Trong đó: dc =C = 0,4 (mm)=0,04 (cm) tổng chiều dày cách điện rãnh (mục 20) Sc =Z1.Cb.l1 =48.2,32.14,3 = 1614,7 (cm2) Cb = 2,32 (cm) là chu vi của rãnh Stato, tính ở mục 96 lc = 0,16,10-2 (w/0C,cm) là hệ số được tra trong bảng 8-1 Tr124 TKMĐ Tính toán nhiệt độ Độ tăng nhiệt của vỏ máy với môi trường : Theo công thức 8-35 Trang 181 TKMĐ ta có: qa = ( QCu1 + QFe + QR).Ra = ( 910 + 246 + 920 ). 14,5.10–3 =30 0C Trong đó các trị số của QCu1, QFe, QR được tính trong mục 96 Ra =14,5.10–3 (oC/W) là nhiệt trở bề mặt ngoài vỏ máy tính ở mục 100. Độ tăng nhiệt của dây quấn Stato với môi trường Theo công thức 8-36 Trang 181 TKMĐ ta có: Trong đó: RFe = 18,7.10-3 (oC/W) Rc = 15,5.10-3(oC/W) Rđ = 8.10–3 (oC/W) Ra’= 13,3.10-2 (oC/W) Ra = 14,5.10–3 (oC/W) Thay số vào ta được: Độ tăng nhiệt của của lõi sắt Stato Theo công thức 8-63 Trang 138 TKMĐ ta có: Tóm lại, độ tăng nhiệt trên đề đạt yêu cầu cho phép về phát nóng của động cơ  Chương IX: Trọng lượng vật liệu tác dụng và chỉ tiêu sử dụng Trọng lượng thép Sillic cần chuẩn bị sẵn Trong đó: Dn = 27,2 (cm) là đường kính ngoài của Stato, tính ở mục 4 = 0,7 (cm) là dung sai đường kính để chọn vật liệu ban đầu. l1 = 15 (cm) là chiều dài lõi sắt Stato, tính ở mục 7 kc =0,95 hệ số ép chặt Trọng lượng đồng của dây quấn Stato Không tính cách điện: Trong đó: ur = 14 Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh, tínhd ở mục 11 n1 = 1 số nhánh song song, chọn ở mục 13. s1 = 5,3 (mm2) tiết diện dây quấn Stato, tính ở mục 13 ltb = 34,26 (cm) Chiều dài trung bình 1/2 vòng dây của dq Stato, tính ở mục 62 gCu = 8,9 (kg/m3) trọng lượng riêng của đồng Kể cả cách điện: Trong đó: được xác định ở mục 13 Trọng lượng nhôm Rôto (Không kể cách quạt ở vành ngắn mạch) Trọng lượng nhôm ở thanh dẫn: Trong đó: Z2 = 40 là số rãnh Rôto Sr2 = 112 (mm2) là diện tích rãnh Rôto, tính ở mục 36 l2 = 15 (cm) là chiêg dài lõi sắt Rôto, tính ở mục 28 gAl = 2,6 (kg/m3) trọng lượng riêng của nhôm Trọng lượng nhôm ở vành ngắn mạch: Trong đó: DV = 15,8 (cm) đường kính trung bình của vành ngắn mạch, tính ở mục 65. SV = 497 (mm2) diện tích vành ngắn mạch, tính ở mục 35. Tổng trọng lượng nhôm ở Rôto: Chỉ tiêu kinh tế và vật liệu tác dụng Thép kỹ thuật điện: Đồng: Nhôm: Tài liệu tham khảo Tên đầu sách Tác giả 1 Giáo trình thiết kế máy điện (ấn bản cũ) Trần Khánh Hà 2 Giáo trình thiết kế máy điện (ấn bản mới) Trần Khánh Hà 3 Tài liệu thiết Máy điện không đồng bộ (Bộ môn Kỹ thuật Điện 1967) ĐHBK Hà Nội 4 Thiết kế môn học: Máy điện không đồng bộ ĐHBK Hà Nội 5 Công nghệ chế tạo Máy điện và máy biến áp Nguyễn Đức Sĩ 6 Trong đồ án có sử dụng các phần mềm: Microsoft Word, Microsoft Exel, Auto Cad14, 7 ....... ..... Phần chuyên đề Đề tài : ảnh hưởng của tiết diện rãnh stato đến hiệu suất của máy A- Hiệu suất là một yếu tố rất quan trọng trong máy điện nói chung và động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc nói riêng . Hiên nay động cơ không đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong nền kinh tế quốc dân do những công dụng cơ bản của nó và nó đã được sử dụng trên 80% tổng số máy điện đang dùng .Do việc sử dụng rất lớn nên điện năng tiêu thụ rất nhiều . Vì vậy nghiên cứu hiệu suất trong động cơ không đồng bộ có một ý nghĩa đặc biệt quan trọng .Ta chỉ cần tăng hiệu suất lên một chút thì điện năng tiết kiệm được cũng rất lớn .Vấn đề trên còn có ảnh hưởng đến môi trường bởi vì khi điện năng tiêu thụ càng lớn thì sự ô nhiễm môi trường càng lớn và ngược lại . Hiệu suất và tổn hao có quan hệ mật thiết với nhau .Tổn hao sinh ra trong quá trình làm việc của máy điện về bản chất gắn liền với qúa trình điện từ trong máy và chuyển động cơ của rôto .Tổn hao trong máy càng nhiều thì hiệu suất của máy càng thấp và ngược lại .Mặt khác tổn hao thoát ra dưới dạng nhiện làm nóng máy trong một chừng mực nhất định làm giảm tuổi thọ và độ tin cậy của cách điện trong máy .Vì vậy ta chỉ cần xét bài toán ngược là xem xét các loại tổn hao trong máy điện để nghiên cứu hiệu suất . Tổn hao năng lượng trong quá trình làm việc của máy điện được xác định ở chế độ xác lập ,do vậy trong thực tế chỉ cần xét đến tổn hao năng lượng trong một đơn vị thời gian tức là tổn hao công suất . Tổn hao trong máy điện có thể phân làm những loại sau: 1./ Tổn hao trong thép ở stato và roto do từ trễ và dòng điện xoáy khi từ thông chính biến thiên .Ngoài ra trong tổn hao sắt còn tính đến cả tổn hao phụ gọi là tổn hao bề mặt và tổn hao đập mạch do sự thay đổi từ trở và sự thay đổi lần lượt vị trí tương đối của răng rãnh stato và rôto . Tổn hao sắt chủ yếu tập chung trên stato còn trên rôto rất nhỏ do tần số của từ trường rôto là nhỏ . 2./ Tổn hao trong đồng do hiệu ứng gây nên trong dây quấn stato và dây quấn rôto 3./ Tổn hao phụ do sự đập mạch của từ thông tản . 4./ Tổn hao cơ do ma sát ở vòng bi và ma sát giữa không khí với các bộ phận quay . Nói chung , tổn hao trong máy điện không đồng bộ rôto lồng sóc chủ yếu là tổn hao sắt và tổn hao đồng . 1.1./ Tổn hao chính trong thép . Tổn hao chính trong thép vì từ trễ và dòng điện xoáy xuất hiện đồng thời .Nguyên nhân là do hiên tượng từ hoá xoay chiều xẩy ra trong thép khi từ trường biến đổi .Tổn hao chính trong thép phụ thuộc vào loại thép và được đặc trưng bởi suất tổn hao thép pFe(w/kg).Tổn hao thép trong máy điện trên thực tế còn phụ thuộc nhiều vào những thiếu sót trong qúa trình gia công lõi thép như bavia , dũa thành rãnh khi đã ghép lõi sắt ,mài bề mặt stato và rôto ... do đó khi tính toán tổn hao trên các phần của lõi sắt phải thêm các hệ số xét đến ảnh hưởng của gia công . Tổn hao thép trong răng và gông phần ứng được tính theo công thức sau : .Trong răng : PFez=Kgcz .p1/50 .Bz2 .( f/50) . Gz .10-3 . Trong gông : PFeg=Kgcg .p1/50 .Bg2 .( f/50) . Gg .10-3 Trong đó : Gz ,Gg – Trọng lượng răng và gông phần ứng Kgcz , Kgcg – hệ số gia công răng và gông . 2.1./ Tổn hao đồng trong dây quấn Theo đinh luật Jun – Lenxo tổn hao đồng trong dây quấn bằng : Pcu= Ix2 .rx . 10-3 , Kw. Trong đó : Ix -dòng điện trong dây quấn x Rx - điện trở của dây quấn quy về nhiệt độ làm việc tính toán . B-Ta có thể dùng phương pháp thiết kế tối ưu để giải bài toán này . a./ Tiêu chuẩn của thiết kế tối ưu là mục đính mà người thiết kế cần đạt được tối đa trong quá trình thiết kế . Tuỳ theo tính chất và mục đích sử dụng mà tiêu chuẩn thiết kế tối ưu sẽ thay đổi . b./ Các ràng buộc . Là các giới hạn về công nghệ chế tạo , điều kiện kỹ thuật về vật liệu trong quá trình làm cho tiêu chuẩn thiết kế tối ưu tốt nhất c./ Để tiến hành tính toán cần xác định một tập hợp các thông số cấu trúc gọi là các biến số độc lập : Giá trị tiêu chuẩn thiết kế tối ưu và các ràng buộc phụ thuộc vào nó . x1 , x2,.,xn : nlà biến số độc lập Tiêu chuẩn phụ thuộc vào biến số độc lập gọi là hàm mục tiêu . F(X) =f(x1 , x2,xn) F gọi là hàm mục tiêu R(j) =f(x1, x2,xn) Rgọi là hàm ràng buộc J=1,2,,m Mối quan hệ F(X)= f(x1, x2, xn) là quan hệ phi tuyến .để giải quyết F(X) = f(x1, x2,... ,xn)gọi là bài toán quy hoạch phi tuyến Nhiệm vụ của bài toán phi hoạch phi tuyến là tìm các giá trị của các biến số độc lập x1, x2,,xnsao cho mục tiêu của đối tượng thiết kế. F(X)=f(x1,x2,,xn ) (1) đạt giá trị min hay max. Với điều kiện xi >0 i =1,2,,n và thoả mãn các ràng buộc Rj(x1,x2,xm) J =1, 2,,m . Tất cả các bài toán tối ưu hoá được quy về dạng (1) để tiện cho việc phận tích. Thể hiện bằng hình học : n – biến số độc lập , không gian n chiều En, mỗi chiều của không gian ứng với một biến . Mỗi một điểm trong không gian xr = (x1r ,x2r ,,xnr ) mỗi một cố thực là hình chiếu của véc tơ xr lên trục của toạ độ tương ứng . Tại mỗi điểm xr đó ta xác định giá trị của các hàm F( xr ) và Rj ( xr ) , j = 1,2,,m .Tất cả các điểm thoả mãn hàm ràng buộc gọi là miền giới hạn . Rj <= 0 , j = 1,2,,m . Xi >= 0 , i = 1, 2,,n . Miền giới hạn kí hiệu là G. Giá trị của các hàm mục tiêu tại các điểm trong miền giới hạn G là các giá trị vô hướng . Không gian n chiều của n biến số độc lập là không gian vô hướng (Trường vô hướng ) đối với hàm mục tiêu F . Như vậy trong các trường vô hướng của F ta có thể xác định được các đường mức F trong miền giới hạn G ( tức F = const ) .không gian n chiều của các biến số độc lập En là trường vô hướng ta có thể xây dựng các đường mức của Rj ( tức Rj = const ) C-Xét bài toán cụ thể : Nghiên cứu ảnh hưởng của tiết diện rãnh stato Srs tới hiệu suất của máy Ta có thể xét bài toán ngược : nghiên cứu ảnh hưởng của tiết diện rãnh stato Srs tới hiệu suất của máy . Sau khi giải xong bài toán ngược ta suy luận ngược lại để tìm lời giải cho bài toán này. Giaỉ bài toán bằng phương pháp thiết kế tối ưu . 1./ Hàm mục tiêu Ps = min 2./ Biến số độc lập Srs = var 3./ Ràng buộc : 0,7 <= Slđ <= 0,75 4./ Dữ liệu : Từ cảm trong khe hở không khí : Bs Đường kính ngoài stato :Dn Đường kính trong stato : D Khe hở không khí : Chiều dài lõi sắt stato : l1 Số cực : 2p Số rãnh tác dụng dưới một cực từ : W1 Kích thước của dây quấn stato 5./ Điều kiện : Bzmin <= Bzs <= Bzmax Bgmin <= Bgs <= Bgmax 6./Khoảng cách biến thiên của Srs Srsmin <= Srs <= Srsmax Thuật toán : Ps =PFe+ Pcu Khi tiết diện rãnh stato Srs tăng lên thì chiều cao gông hg giảm xuống . Do vậy để đảm bảo từ thông đi trong gông không đổi thì mật độ từ thông ( từ cảm ) gông phải tăng lên . Mặt khác tổn hao trông gông có công thức : PFeg = Kgcg Bg2 p1/50 ( f/50) Gg .10-3 Do vậy khi Bg tăng lên thì tổn hao thép trong gông sẽ tăng lên. Khi tiết diện rãnh stato Srs tăng lên thì chiều rộng răng sẽ giảm xuống. Để đảm bảo từ thông đi trong răng không đổi thì mật độ từ thông (từ cảm ) trong răng sẽ tăng lên . Tổn hao thép trong răng có công thức sau : PFez = Kgcz p1/50 Bz2 (f/50) . Gz .10-3 Do vậy khi Bz tăng lên thì tổn hao thép trên răng sẽ tăng lên. Khi tiết diện rãnh stato Srs tăng lên thì diện tích của phần dây quấn chiến chỗ trong rãnh sẽ tăng lên . Để dòng điện I không đổi thì mật độ dòng điện J sẽ phải giảm xuống. Do vậy theo định luật Jun- Lenxo thì tổn hao đồng Pcu sẽ giảm xuống .