Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế động cơ không đồng bộ roto lồng sóc
Đồ án Thiết kế Máy Điện SV: Nguyễn Tiến Minh CH9 TBĐ – ĐT NHIỆM VỤ THIẾT KẾ MÔN HỌC MÁY ĐIỆN I. Nhiệm vụ thiết kế. 1. Đầu đề thiết kế: Thiết kế động cơ không đồng bộ roto lồng sóc 2. Các số liệu ban đầu: - Công suất đinh mức: 3 kW - Điện áp định mức: 380/220 V đấu Y/∆ - Tần số: 50 Hz - Số cực: 2p = 6 - Cosφ = 0.76 - Hiệu suất: η = 79,5% - Kiểu máy: Kín, tự làm lạnh bằng quạt gió, cách điện cấp B 3. Nội dung tính toán: - Tính toán kích thước chủ yếu. - Tính toán điện từ. - Tính toán nhiệt. - Bản vẽ tổng lắp ráp A 0 . II. Bài làm Máy điện KĐB do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, sử dụng bảo quản thuận tiện, giá thành rẻ nên được sử dụng rộng rãi trong nền kinh tế quốc dân. Nhất là loại công suất dưới 100 kW. Động cơ điện KĐB roto lồng sóc cấu tạo đơn giản nhất lên chiếm một số lượng khá lớn trong loại động cơ điện công suất nhỏ và trung bình. Vì thế trong nhiệm vụ tính toán và thiết kế môn học máy điện này em tính toán và thiết kế với động cơ điện KĐB roto lồng sóc. Với các thông số định mức như sau: - U đm = 380/220 V đấu Y/∆ - Công suất định mức: 3 kW Trang 1 Đồ án Thiết kế Máy Điện SV: Nguyễn Tiến Minh CH9 TBĐ – ĐT - Tần số f 1 = 50 Hz - Số đôi cực 2p = 6 hay tốc độc đồng bộ n đb = 1000 (Vòng/phút) - Cấp cách điện cấp B - Kiểu máy: Kiểu kín - Kiểu làm mát: Tự làm lạnh bằng quạt gió Nội dung thiết kế: A – Xác định kích thước chủ yếu. 1. Tốc độ đồng bộ của động cơ: )(Vòng/phút 1000 2 60.50 p 60.f n 1 đb === 2. Xác định đường kính ngoài của Stato: Với công suất định mức 3 kW theo phụ lục IV.1/Tr 601 – TKMĐ ta có chiều cao tâm trục h = 112 mm, theo bảng 10.3/Tr 230 – TKMĐ ta xác định được đường kính ngoài của Stato tiêu chuẩn là D n = 19,1 cm (Theo tiêu chuẩn 4A của Nga). 3. Đường kính trong của Stato: Theo bảng 10.2/Tr 230 – TKMĐ có với 2p = 6 thì k D = 0,7 ÷ 0,72. Chọn k D = 0,7 => D = k D .D n = 0,7.19,1 = 13,4 (cm) 4. Chiều dài Stato: Chiều dài của Stato được tính theo công thức (10-2)/Tr 230 – TKMĐ .n.D.A.B.k.kα 6,1.P'.10 l đb 2 δdsδ 7 S = Trong đó: P’: Công suất tính toán. Được xác định theo công thức (10-3)/Tr 230 – TKMĐ: (kVA) 4,6 0,795.0,76 0,93.3 η.Cos .Pk P' E === ϕ Với : k E = 0,93 : Lấy theo hình 10-2/Tr 231 - TKMĐ P = 3 kW η = 0,795 Trang 2 Đồ án Thiết kế Máy Điện SV: Nguyễn Tiến Minh CH9 TBĐ – ĐT Cos φ = 0,76 α δ = π 2 = 0,64 : Hệ số xung cực từ k s = 1,11 22. π = : Hệ số dạng sóng k dq = 0,925 : Hệ số dây quấn (Chọn) Theo hình 10-3a-b/ Tr 232 - TKMĐ lấy A = 210A/cm và B δ = 0,85 T. D = 13,4 cm : Đường kính trong của Stato (tính toán ở phần 3 của quyển thiết kế này) n đb = 1000 V/ph : Tính toán ở phần 1 của quyển thiết kế này. Vậy ta thu được chiều dài của Stato là: cm 13,32 .10000,85.13,40,925.210.0,64.1,11. 6,1.4,6.10 .n.D.A.B.k.kα 6,1.P'.10 l 2 7 đb 2 δdsδ 7 S === Lấy l S = 13,3 cm. Chọn chiều dài lõi sắt stato và roto bằng l 1 = l 2 = 13,3 cm 5. Bức cực: (cm) 7,02 6 π.13,4 2p π.D τ === 6. Xét hệ số chỉ từ thông tản: 1,89 7,02 13,3 l S === τ λ Theo hình 10-3b/Tr 235 -TKMĐ thì λ nằm trong phạm vi kinh tế cho phép do đó chọn phương án trên là hợp lý. 7. Dòng điện pha định mức: (A) 7,52 5.0,763.220.0,79 3.10 Cos.3.U P.10 I 3 1 3 1 === ϕη Tính toán Stato 8. Số rãnh của Stato: Ta có theo yêu cầu thiết kế có U đm : 380/220V đấu Y/∆ và theo phần 2 trong quyển thiết kế này ta đã có h = 112 mm. Vậy ta dùng dây quấn 1 lớp đồng tâm đặt vào ½ kín Trang 3 Đồ án Thiết kế Máy Điện SV: Nguyễn Tiến Minh CH9 TBĐ – ĐT Chọn q 1 = 2 => Số rãnh của Stato bằng Z 1 = 2m.p.q 1 = 2.3.3.2 = 36 (Rãnh). 9. Bước rãnh của Stato: (cm) 1,17 36 π.13,4 Z π.D t 1 1 === 10. Số vòng dây tác dụng của một rãnh: 65,35 7,52 210.1,17.2 I .aA.t u 1 11 r1 === Trong đó: A = 210 A/cm : Theo phần 4 của quyển thiết kế này t 1 = 1,17 cm: Theo phần 9 của quyển thiết kế này a 1 = 2: Số mạch nhánh song song (Chọn) I 1 = 7,52 A : Theo phần 7 của quyển thiết kế này. Lấy u r1 = 65 – Do đây là dây quấn 1 lớp đồng tâm. 11. Số vòng dây nối tiếp của một pha: (Vòng) 390 2 65 3.4. a u .p.q w 1 r1 11 === 12. Tiết diện và đường kính dây dẫn: Tra đồ thị 10-4b/Tr 237 - TKMĐ ta thấy AJ = 1690 (A 2 /cm.mm 2 ) => Mật độ dòng điện là: )(A/mm 8,04 210 1690 A AJ J 2 1 === Tính toán thiết diện sơ bộ: Chọn số sợi là: n 1 = 2 => Tiết diện dây sẽ là (Sơ bộ): )(mm 0,23 2.2.8,04 7,52 .J.na I s 2 111 1 1 === => Theo phụ lục VI bảng VI.1/Tr 619 chọn dây đồng tráng men PETV có đường kính d/d cđ = 0,55/0,605 và s 1 = 0,238 mm 2 13. Kiểu dây quấn: Trang 4 Đồ án Thiết kế Máy Điện SV: Nguyễn Tiến Minh CH9 TBĐ – ĐT Chọn dây quấn bước ngắn có β = 5/6 = 0,833 Hay có y = 10. Do τ = 12 14. Hệ số dây quấn: + Hệ số bước ngắn: 0,966 2 π sinβ k y == + Hệ số bước rải: 0,958 2 α q.Sin 2 α Sinq k r == Trong đó: 12 π 48 4π Z 2ππ. α 1 === => Hệ số dây quấn k d1 = k y .k r = 0,966.0,958 = 0,925 15. Từ thông qua khe hở không khí: (Wb) 0,00255 25.50.3904.1,11.0,9 0,93.220 .w.f.k4.k .Uk Φ 11dqS 1E === 16. Mật độ từ thông qua khe hở không khí: (T) 0,85 13,320,64.7,02. 0,00255.10 .ττ.α Φ.10 B 4 Sδ 4 δ === => Phù hợp với B δ = 0,85 T đã chọn ở trên 17. Xác định sơ bộ chiều rộng của răng: (cm) 0,6244 1,75.0,91 0,85.1,17 .k.lB .t.lB b' c1Z1 11δ Z1 === Trong đó: B δ = 0,85 T – Đã xác định trong phần 16 quyển t.k này. t 1 = 1,17 – Bước rãnh của Stato. B Z1 = 1,75 – Tra bảng 10.5b/Tr 241 – TKMĐ k C = 0,91 – Hệ số ép chặt lõi chọn theo bảng 2.2/Tr 23 18. Xác định sơ bộ chiều cao của gông Stato: (cm) 0,72 3.0,912.1,45.13, 0,00255.10 .k.l2.B Φ.10 h' 4 C1g1 4 g1 === Trong đó B g1 = 1,45 ÷ 1,60 T - Theo bảng 10.5a/Tr 240 – TKMĐ Ở đây ta chọn B g1 = 1,45 T. Trang 5 Đồ án Thiết kế Máy Điện SV: Nguyễn Tiến Minh CH9 TBĐ – ĐT Φ = 0,00255 Wb – theo phần 15 quyển thiết kế này. l 1 = 13,3 cm – theo phần 4 quyển thiết kế này. 19. Kích thước rãnh và cách điện: Chọn các kích thước của rãnh Stato như sau: h 12 = 8.5 mm h r1 = 18.5 mm d 1 = 6 mm b 41 = 3,0 mm d 2 = 9 mm h 41 = 0,5 mm Theo bảng VIII-1 ở phục lục VIII/Tr 629 –TKMĐ chiều dày của cách điện rãnh là 0,25mm – 0,25mm – 0,55mm Diện tích rãnh trừ nêm: mm 219 ) 2 9 - (18.5 2 9 11 8 )11 π(9 ) 2 d -(h 2 dd 8 )dπ(d S' 2 22 1 12 21 2 2 2 1 r = + + + = = + + + = Chiều rộng của miếng cát tông nêm là 2 π.d 1 ; của tấp cách điện giữa 2 lớp là d 1 + d 2 Diện tích cách điện của rãnh là: mm 37 .0,5 2 .9 .0,49) (11 2.18.5 2 .11 .0,5 2 .d .0,4)d(d 2.h 2 .d S 2 1 2112 2 cđ = =+ +++= =+ +++= ππ ππ Diện tích có ích của rãnh là: S r = S’ r - S cđ = 219 – 37 = 183 mm 2 Hệ số lấp đầy của rãnh theo công thức 3-27/Tr 66 – TKMĐ: S .d.nu k r 2 cđ1r đ = Trong đó: u r : Số dây dẫn trong 1 nhánh u r = 65 theo phần 10 trong quyển thiết kế này Trang 6 d 2 h r1 h 12 d 1 h 12 b 41 Đồ án Thiết kế Máy Điện SV: Nguyễn Tiến Minh CH9 TBĐ – ĐT n 1 = 2 d cđ = 0,605 mm theo phần 12 trong quyển thiết kế này. 0,43 183 605,0.2.65 k đ ==⇒ 20. Bề rộng răng của Stato: Đối với rãnh hình quả lê như đã chọn theo công thức 4-32/Tr 101 – TKMĐ ta có thể tính đc: cm 0,435 0,9 - 36 2.0,05) 0,9 3,14.(13,4 d- Z )2.hdπ.(D b' 1 1 411 Z1 = ++ = ++ = [ ] [ ] cm 0,47 1,1 - 36 1,85) 2(0,05 13,4 d - Z )h 2.(h D. b" 2 1 1241 Z1 = = ++ = ++ = π π cm 0,90 2 b"b' b z1z1 z1 = + =⇒ 21. Chiều cao gông Stato: cm 3,08 .1,1 6 1 28,5 - 2 13,4 - 19,1 d 6 1 h- 2 DD h 2r1 n g1 =+=+ − = 22. Khe hở không khí: Theo công thức 10-21/Tr 253 – TKMĐ: mm 0,279 6 9 1 1200 134 2p 9 1 1200 D δ = += += Theo máy đã chế tạo bảng 10-8/Tr 253 chọn δ = 0,3 mm = 0,03cm Tính toán Roto 23. Số rãnh của Roto: Theo bảng 10.6/Tr 246 – TKMĐ ta có số rãnh của Roto là Z 2 = 26 rãnh 24. Đường kính ngoài của Roto: D R = D - 2δ = 13,4 – 2.0,03 = 13,34 cm 25.Bước răng của Roto: Trang 7 Đồ án Thiết kế Máy Điện SV: Nguyễn Tiến Minh CH9 TBĐ – ĐT (cm) 1,611 26 .13,34 Z .D t 2 R 2 === π π 26. Xác định sơ bộ chiều rộng của răng Roto: cm 0,88 1,70.0,91 0,85.1,611 .k.lB .t.lB b' C2Z2 22δ Z2 === 27. Đường kính trục Roto: D tr = 0,3D = 0,3.13,4 = 4,02 (cm) Lấy D tr = 4cm 28. Dòng điện qua thanh dẫn Roto: Theo công thức 10-17/Tr 149 – TKMĐ: Z .k6.w Ik I I 2 d11 112td == Trong đó: k 1 = 0,83 – Tra hình 10.5/Tr 244 – TKMĐ với cosφ = 0,76 I 1 = 7,52 A w 1 = 390 Vòng Z 2 = 38 => I 2 = 241,5 (A) 29. Dòng trong vành ngắn mạch: Theo công thức 10-18/Tr 249 – TKMĐ: (A) 1916,67 26 3π 2.Sin 1 241,5 Z πp 2Sin 1 I I 2 tdv === 30. Tiết diện thanh dẫn bằng Nhôm )(mm 80,5 3 241,5 J I S 2 2 td td === Ở đây ta chọn J 2 = 3 A/mm 2 31.Tiết diện vòng Ngắn mạch: Chọn sơ bộ mật độ dòng trong vành là J v = 2,5 A/mm 2 mm 766,0 2,5 1916,67 J I S 2 v v v ===⇒ 32. Kích thước rãnh Roto và vành ngắn mạch: Trang 8 h 12 b 41 b 42 h 42 a b D v Đồ án Thiết kế Máy Điện SV: Nguyễn Tiến Minh CH9 TBĐ – ĐT Với chiều cao tâm trục h = 112mm ta chọn rãnh roto hình ôvan như hình vẽ bên. Trong đó các thông số như sau: b 42 = 1,5 mm h 42 = 0,5 mm d 1 = d 2 = 7 mm h r2 = 31 mm h 12 = 24 mm axb = 32x24 Đường kính vành: D v = D – (a + 1) = 134 – (32 + 1) = 101 mm 33. Diện tích rãnh roto: mm 206,5 24.7 .7 4 π .dh d 4 π S 22 12 2 z2 =+=+= 34. Diện tính vành ngắn mạch: a.b = 32.24 = 768 mm 2 35. Bề rộng của răng Roto ở 1/3 chiều cao răng: ( ) ( ) cm 0,87 6 38 7 24 3 4 - 2.0,5 - 23,26π d - Z dh 3 4 - 2h - Dπ b 2 1242R 3 1 z2 =− + = = + = 36.Chiều cao gông của Roto: cm 5,26.0,7 6 1 3,1 2 723,26 d 6 1 h 2 DD h 2r2 trR g2 =+− − =+− − = 37. Độ nghiêng của rãnh ở Roto: Để giảm lực kí sinh tiếp tuyến và hướng tâm và triệt tiêu sóng điều hòa răng người ta thường làm rãnh nghiêng ở Roto hoặc Stato. Trong quyển thiết kế này ta làm rãnh nghiêng trên Roto. Theo công thức 10-16b/Tr 245 – TKMĐ: cm 1,53 t Z D b 1 1 n =≈= π B – Tính toán điện từ. 38. Hệ số khe hở không khí: Trang 9 Đồ án Thiết kế Máy Điện SV: Nguyễn Tiến Minh CH9 TBĐ – ĐT Thực tế do mặt Stato và Roto đều có răng nên đường sức từ phân bố không đều ở khe hở không khí , chúng tập chung nhiều ở răng còn ở rãnh thì thưa. Vì vậy có thể coi khe hở không khí thực tế bằng δ’ = k δ .δ Trong đó k δ > 1 là hệ số khe hở không khí. Trị số của nó được tính theo công thức 4-17/Tr 97 – TKMĐ k δ = k δ1 .k δ2 Với k δ1 và k δ2 lần lượt là khe hở do răng rãnh của Stato và Roto gây nên: Theo công thức 4-16a/ Tr 96 – TKMĐ .δγt t k 11 1 δ1 − = Với : 98,1 0,7 3 5 0,7 3 δ b 5 δ b γ 2 41 2 41 1 = + = + = t 1 = 1,531 cm δ = 0,07 cm 1,10 1,98.0,7 - 1,531 1,531 k 1 ==⇒ δ .δγt t k 22 2 δ2 − = Với : t 2 = 1,923 cm δ = 0,07 cm 64,0 0,7 1,5 5 0,7 1,5 δ b 5 δ b γ 2 42 2 42 2 = + = + = 1,02 0,643.0,07 - 1,923 1,923 k 2 ==⇒ δ Vậy k δ = 1,10.1,02 = 1,13 39. Vật liệu dùng thép cán nguội loại 2211 40. Sức từ động qua khe hở không khí: Theo công thức 4-18/Tr 97 – TKMĐ F δ = 1,6.B δ k δ δ.10 4 = 1,6.0,75.1,13.0,07.10 4 = 945,66 A Trang 10 [...]... trên răng Roto: Sự đập mạch do dao động của từ trường trong vùng liên thông răng(rãnh) stato và roto theo vị trí tương đối của từ của rãnh Stato và roto - Biên độ dao động của mật độ từ thông trong răng Roto được tính theo công thức 6-10/Tr 142 –TKMĐ: B đmh = γ1 δ 1,98.0,07 B Z2 = 1,74 = 0,0627 T 2.t 2 2.1,923 Trong đó: γ1 = 1,98 – Theo phần 38 trong quyển thiết kế này - Trọng lượng răng roto: Gz2... PFeZ1 + PFeg1 = 0,147 + 0,354 = 0,501 kW 82 Tổn hao bề mặt: Ở máy điện không đồng bộ, tổn hao bề mặt lớn vì khe hở không khí nhỏ Tổn hao tập chung chủ yếu trên bề mặt roto còn trên bề mặt Stato ít hơn do miệng rãnh roto bé Theo công thức 6-7/Tr 142 – TKMĐ: Pbm = 2p.τ t 2 - b 42 l 2 p bm 10 -7 t2 Trong đó: Trang 18 Đồ án Thiết kế Máy Điện SV: Nguyễn Tiến Minh CH9 TBĐ – ĐT pbm: Suất tổn hao bề mặt được... = U1 220 = = 422 z nξbh 0,52 A Trị số này không sai khác nhiều so với Inbh = 422,32 A Nên không cần giả thiết lại 92 Bội số dòng điện khởi động: I 422 k ik = I = 68,45 = 6,2 đm Điện kháng hỗ cảm khi xét đến bão hòa: x12n = x12.kμ = 13,47.1,44 = 19,4 Ω C 2ξbh =1 + I'2k = x' 2ξbh x 12n =1 + 0,29 =1,015 19,4 Ik 422 = = 416 A C 2ξbh 1,015 93 Bội số mômen khởi động: I' m k = 2k I' 2đđm 2 r' 2ξ... r' s đm = 2 θCu pCu 2 416 0,1175 = 0,02095 62,57 0,0686 =1,6 kiểu kính này được tính toán nhiệt theo pFe Qcđ RCu C - Tính toán nhiệt Động cơ điện không đồng bộ θFe Rcđ QCu RFe pR Rd’ QFe Qd’ sơ đồ thay thế bên: Rα θα Trang 25 Đồ án Thiết kế Máy Điện SV: Nguyễn Tiến Minh CH9 TBĐ – ĐT Trong máy điện kiểu kín, để tăng cường bề mặt tản bv nhiệt Ngoài vỏ máy người ta còn chế tạo thêm nhiều... ngoài: I nξ = U1 220 = = 296,36 z nξ 0,761 A Trang 22 Đồ án Thiết kế Máy Điện SV: Nguyễn Tiến Minh CH9 TBĐ – ĐT 89 Tham số của động cơ điện khi xét đến cả hiệu ứng mặt ngoài và sự bão hòa của mạch từ tản khi s = 1: - Với rãnh Stato ½ kín ta chọn sơ bộ kbh = 1,425 Theo công thức 10-35 ta có: Inbh = kbh.Inξ = 1,4.296,36 = 422,32 A - Sức từ động trung bình của một rãnh Stato: Theo công thức 10-36/Tr 259... Tổn hao đập mạch trên răng Roto theo công thức 6-13/Tr 143 – TKMĐ: 2 Z n Pđmh2 = 0,11. 1 10.B đmh G Z2 10 -3 = 10000 Trang 19 Đồ án Thiết kế Máy Điện SV: Nguyễn Tiến Minh CH9 TBĐ – ĐT 2 48.1500 = 0,11. 10.0,0627 12,53.10 -3 = 0,0281 10000 kW 84 Tổng tổn hao thép: PFe = P’Fe + Pbm + Pđmh = 0,501 + 0,0295 + 0,0281 = 0,559 kW 85 Tổn hao cơ: Đối với động cơ KĐB kiểm kín theo công thức... 20,45 0,37 0,20 0,10 0,89 1,56 18,90 92,39 87 Bội số mômen cực đại m max I' M = max = 2M M đm I'2đđ 2 2 s đm 196,5 0,02095 s = 62,57 0,0931 = 2,18 m Tính toán đặc tính khởi động: 88 Tham số của động cơ điện khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s=1: - Chiều cao tương đối của rãnh Theo công thức 10 – 25/Tr 255 – TKMĐ: Trang 21 Đồ án Thiết kế Máy Điện SV: Nguyễn Tiến Minh CH9 TBĐ... hòa và không bão hòa: χδ = 0,50 Do bão hòa phần trên của răng, hệ số từ dẫn của từ trường tản rãnh giảm xuống Căn cứ vào đó tìm ra sự biến đổi tương đương của rãnh hở Đối với Stato sự biến đổi tương đương đó bằng Theo công thức 10-39/Tr 260 – TKMĐ: Trang 23 Đồ án Thiết kế Máy Điện SV: Nguyễn Tiến Minh CH9 TBĐ – ĐT C1 = (t1 – b41)(1- χδ) = (1,531 – 0,3)(1 – 0,5) = 0,6 Với rãnh ½ kín như thiết kế đã chọn:... Ω 1 1 1 Trong đó: ρ – Điện trở suất của dây quấn Stato (ở đây ta chọn dây đồng) với nhiệt độ làm việc tính toán là 750C vì máy làm việc với cấp cách điện B Theo bảng 5.1/Tr 117 – TKMĐ ρ= 1 Ω.mm 2 /m 46 Trang 13 Đồ án Thiết kế Máy Điện SV: Nguyễn Tiến Minh CH9 TBĐ – ĐT s1 – tiết diện của dây quấn Stato theo phần 12 quyển thiết kế này ta có s1 = 1,131 mm2 a1 – Số mạch nhánh song song n1 – Số sợi Theo... từ động của mạch từ: F = Fδ + Fz1 + Fz2 + Fg1 + Fg2 = = 945,66 + 94,37 + 108,93 + 184,82 + 25,5 ~ 1359,30 A 57 Hệ số bão hòa toàn mạch: kμ = F 1350,2 = =1,44 Fδ 933,043 58 Dòng từ hóa: Theo công thức 4-83/Tr 114 - TKMĐ Trang 12 Đồ án Thiết kế Máy Điện Iµ = SV: Nguyễn Tiến Minh CH9 TBĐ – ĐT p.F 2.1350,20 = =16 A 0,9.m 1 w 1 k d1 2,7.68.0,9 25 Trong đó: kd1 = 0,925 – Theo phần 14 trong quyển thiết kế