Đại cương về máy điện không đồng bộ
Máy điện không đồng bộ, với cấu trúc đơn giản và giá thành rẻ, được sử dụng phổ biến trong nền kinh tế, đặc biệt là loại công suất dưới 100 kW Động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc, đặc biệt là loại đúc nhôm, chiếm ưu thế trong phân khúc động cơ nhỏ và trung bình, mặc dù gặp khó khăn trong việc điều chỉnh tốc độ và có dòng khởi động lớn Để khắc phục nhược điểm này, đã có các thiết kế động cơ nhiều tốc độ và rôto rãnh sâu nhằm giảm dòng khởi động và tăng mômen khởi động Động cơ rôto dây quấn có khả năng điều chỉnh tốc độ tốt hơn và tạo mômen khởi động lớn với dòng khởi động thấp, nhưng có chi phí sản xuất cao hơn và khó bảo quản hơn Các động cơ điện được sản xuất với cấp bảo vệ IP23 và IP44, trong đó IP23 sử dụng quạt gió hướng tâm ở hai đầu rôto, còn IP44 sử dụng quạt bên ngoài để làm mát, dễ bảo trì hơn nhưng hiệu quả tản nhiệt kém hơn.
Hiện nay, các quốc gia đã sản xuất động cơ điện không đồng bộ theo tiêu chuẩn, với dãy công suất từ 0,55-90 kW, được ký hiệu là K theo tiêu chuẩn Việt Nam 1987-1994 Tất cả các động cơ điện không đồng bộ trong dãy này đều được chế tạo theo kiểu IP44, như được ghi trong bảng 10-1 (Trang 228 TKMĐ).
Ngoài các tiêu chuẩn hiện hành, TCVN 315-85 quy định dãy công suất cho động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc từ 110 kW đến 1000 kW, bao gồm các mức công suất cụ thể: 110, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800 và 1000 kW.
Ký hiệu của động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc bao gồm tên gọi của dãy động cơ, chiều cao tâm trục quay, kích thước lắp đặt dọc trục và số trục.
Cấu tạo của động cơ không đồng bộ
Động cơ không đồng bộ được phân loại thành hai loại chính: động cơ không đồng bộ ngắn mạch, hay còn gọi là động cơ rô to lồng sóc, và động cơ dây quấn.
Stato bao gồm vỏ máy, lõi thép và dây quấn.
Vỏ máy đóng vai trò quan trọng trong việc cố định lõi sắt và dây quấn, đồng thời kết nối nắp hoặc gối đỡ trục Chất liệu vỏ máy có thể là gang, nhôm hoặc lõi thép, và quá trình chế tạo có thể sử dụng các phương pháp như đúc, hàn hoặc rèn Có hai loại vỏ máy: vỏ kiểu kín và vỏ kiểu bảo vệ, trong đó vỏ kiểu kín yêu cầu diện tích tản nhiệt lớn, thường được thiết kế với nhiều gân tản nhiệt trên bề mặt.
Vỏ kiểu bảo vệ thường có bề mặt ngoài nhẵn, gió làm mát thổi trực tiếp trên bề mặt ngoài lõi thép và trong vỏ máy.
Hộp cực là bộ phận quan trọng dùng để chứa điện từ lưới Đối với động cơ kiểu kín, yêu cầu hộp cực phải hoàn toàn kín, vì vậy cần có giăng cao su giữa thân hộp cực, vỏ máy và nắp hộp cực để đảm bảo không có sự rò rỉ.
Trên vỏ máy còn có bulon vòng để cẩu máy khi nâng hạ, vận chuyển và bulon tiếp mát.
Lõi sắt, phần dẫn từ quan trọng, được thiết kế để giảm tổn hao nhờ vào từ trường quay Để đạt được hiệu quả tối ưu, lõi sắt thường được làm từ những lá thép kỹ thuật điện dày 0,5mm được ép chặt lại Yêu cầu chính đối với lõi sắt là khả năng dẫn từ tốt, tổn hao sắt thấp và độ bền chắc chắn.
Mỗi lá thép kỹ thuật điện được phủ sơn cách điện nhằm giảm thiểu tổn hao năng lượng do dòng điện xoáy gây ra, giúp hạn chế dòng điện phuco.
Dây quấn stator được lắp đặt trong rãnh lõi sắt và được cách điện hoàn hảo, đóng vai trò quan trọng trong máy điện bằng cách tham gia vào quá trình chuyển đổi giữa điện năng và cơ năng Ngoài ra, chi phí dây quấn cũng chiếm tỷ lệ lớn trong tổng giá thành của máy.
Rôto của động cơ không đồng bộ gồm lõi sắt, dây quấn và trục (đối với động cơ dây quấn còn có vành trượt).
Lõi sắt của rôto được cấu tạo từ các lá thép kỹ thuật điện tương tự như stator, nhưng không cần sơn cách điện giữa các lá thép do tần số làm việc trong rôto rất thấp, chỉ vài Hertz.
Tổn hao do dòng phuco trong rôto rất thấp nhờ tần số Hz Lõi sắt được gắn chặt vào trục máy hoặc giá rôto, trong khi bên ngoài lõi thép được thiết kế với các rãnh để lắp đặt dây quấn rôto.
Phân làm hai loại chính: loại rôto kiểu dây quấn va loại rôto kiểu lồng sóc
+ Loại rôto kiểu dây quấn :
Rôto có dây quấn tương tự như dây quấn stato, với máy điện trung bình trở lên sử dụng dây quấn kiểu sóng hai lớp để giảm thiểu số lượng dây đầu nối, tạo nên cấu trúc chặt chẽ Trong khi đó, máy điện cỡ nhỏ thường áp dụng dây quấn đồng tâm một lớp Dây quấn ba pha của rôto thường được đấu theo hình sao Đặc điểm nổi bật của động cơ kiểu dây quấn là khả năng sử dụng chổi than để đưa điện trở phụ hoặc suất điện động phụ vào mạch rôto, từ đó cải thiện khả năng khởi động, điều chỉnh tốc độ và nâng cao hệ số công suất của máy.
+ Loại rôto kiểu lồng sóc :
Kết cấu dây quấn rôto khác biệt so với dây quấn stato, với các thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm được đặt trong rãnh lõi sắt và nối tắt ở hai đầu bằng vòng ngắn mạch Đối với rôto đúc nhôm, vành ngắn mạch còn có thêm các cánh khoáy gió.
Rôto thanh đồng được sản xuất từ đồng hợp kim có điện trở suất cao, giúp nâng cao mômen mở máy Đối với máy công suất lớn, việc cải thiện tính năng mở máy thường được thực hiện bằng cách tạo rãnh rôto sâu hoặc sử dụng lồng sóc kép Trong khi đó, ở máy điện cỡ nhỏ, rãnh rôto thường được làm chéo góc so với tâm trục.
Dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt
Trục máy điện là một bộ phận quan trọng, với rôto quay bên trong stato Tùy thuộc vào kích thước, trục có thể được chế tạo từ thép cacbon với độ dày từ 5 đến 45.
Trên trục của rôto có lõi thép, dây quấn, vành trượt và quạt gió
Rôto là một khối đều với khe hở đồng nhất, thường rất nhỏ (từ 0,1 đến 1 mm trong các máy điện cỡ nhỏ và vừa) Khe hở này giúp hạn chế dòng từ hoá từ lưới vào, từ đó nâng cao hệ số công suất của máy.
Nguyên lý làm việc
Khi đấu dây quấn ba pha vào lưới điện ba pha, dòng điện chạy trong dây quấn sẽ tạo ra một từ trường quay Từ trường này quay với vận tốc nhất định, đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của các thiết bị điện.
Trong đó: -f1: tần số nguồn điện
-p: số đôi cực của dây quấn. n db `.f 1 p
Phần quay năm trên trục của động cơ bao gồm lỏi thép rôto, trong khi dây quấn rôto được cấu thành từ nhiều thanh dẫn được đặt trong các rãnh của mạch từ, với hai đầu được kết nối bằng hai vành ngắn mạch.
Hinh1.1 : Từ trường quay trong máy điện không đồng bộ
Từ trường quay của stato cảm ứng trong dây rôto tạo ra sức điện động E, dẫn đến dòng điện chạy qua dây quấn stato kín mạch Sự tương tác giữa các thanh dẫn mang dòng điện và từ trường của máy tạo ra lực điện từ Fdt, có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái Các lực này tác động theo phương tiếp tuyến với bề mặt của rôto, tạo ra mômen quay cho rôto.
Động cơ không đồng bộ là thiết bị điện từ chuyển đổi điện năng từ lưới điện thành cơ năng trên trục Chiều quay của rôto phụ thuộc vào chiều quay của từ trường, do đó nó liên quan đến thứ tự pha của điện áp trên dây quấn stato Tốc độ làm việc của rôto (n2) luôn nhỏ hơn tốc độ của từ trường, và điều này tạo ra cảm ứng điện động trong dây quấn rôto Hiệu số tốc độ giữa từ trường và rôto được xác định bởi hệ số trượt (s).
Khi s = 0, tức là n1 = n2, tốc độ của rôto tương đương với tốc độ từ trường, điều này được gọi là chế độ không tải lý tưởng Trong chế độ không tải thực tế, giá trị s gần bằng 0 do ảnh hưởng của sức cản từ gió và ma sát từ ổ bi.
Khi hệ số trượt s = 1,lúc đó rôto đứng yên (n2 = 0 ),mômen trên trục bằng mômen mở máy.
Hệ số trượt ứng với tải định mức được gọi là hệ số trượt định mức, và tốc độ động cơ tương ứng với hệ số này được gọi là tốc độ định mức.
Tộc độ động cơ không đồng bộ :
Động cơ không đồng bộ có đặc điểm quan trọng là dây quấn roto không kết nối trực tiếp với lưới điện Sức điện động và dòng điện trong roto được tạo ra nhờ hiện tượng cảm ứng, do đó động cơ này còn được gọi là động cơ cảm ứng.
Tần số dòng điện trong rôto của động cơ không đồng bộ rất nhỏ và phụ thuộc vào tốc độ trượt của rôto so với từ trường Động cơ không đồng bộ có khả năng hoạt động như máy phát điện khi được quay bởi một động cơ khác với tốc độ đồng bộ, đồng thời kết nối đầu ra với lưới điện Ngoài ra, động cơ này cũng có thể hoạt động độc lập nếu được kích thích bằng các tụ điện Đặc biệt, động cơ không đồng bộ có thể được chế tạo thành động cơ một pha, nhưng động cơ một pha không thể tự khởi động mà cần các phần tử hỗ trợ như tụ điện hoặc điện trở để khởi động.
Công dụng
Máy điện không đồng bộ là loại động cơ điện phổ biến, nổi bật với kết cấu đơn giản và độ bền cao Với hiệu suất làm việc tốt, giá thành hợp lý và dễ dàng bảo trì, động cơ không đồng bộ thường được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp Công thức liên quan đến động cơ này là n2 = n1 (1−s) f2 = p∗n1 − n2, thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ quay và các yếu tố khác của động cơ.
Máy điện không đồng bộ là loại máy điện phổ biến nhất trong các ngành kinh tế, với công suất từ vài chục W đến hàng chục kW Trong công nghiệp, máy điện không đồng bộ thường được sử dụng làm nguồn động lực cho máy cán thép nhỏ và máy công cụ trong các nhà máy nhẹ Trong hầm mỏ, chúng được dùng để tưới nước và làm quạt gió, trong khi trong nông nghiệp, chúng phục vụ cho máy bơm và máy gia công nông sản Trong đời sống hàng ngày, máy điện không đồng bộ cũng đóng vai trò quan trọng, xuất hiện trong các thiết bị như quạt gió, động cơ tủ lạnh, máy giặt và máy bơm, đặc biệt là loại rôto lồng sóc Sự phát triển của sản xuất điện khí hóa, tự động hóa và nhu cầu sinh hoạt hàng ngày đã làm cho phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ ngày càng mở rộng.
Máy điện không đồng bộ có khả năng hoạt động như máy phát điện, tuy nhiên, hiệu suất của nó kém hơn so với máy điện đồng bộ Do đó, loại máy này thường chỉ được sử dụng trong một số trường hợp đặc biệt, chẳng hạn như trong quá trình điện khí hoá nông thôn, khi cần nguồn điện phụ hoặc tạm thời, và vẫn đóng vai trò quan trọng trong những tình huống đó.
Kết cấu của máy điện
Kích thước và đặc tính của các bộ phận vật liệu trong máy phụ thuộc vào tính toán điện từ và thông gió tản nhiệt, đồng thời cũng liên quan đến kết cấu của máy Thiết kế kết cấu cần đảm bảo máy gọn nhẹ, thông gió tản nhiệt tốt, đồng thời vẫn giữ được độ cứng vững và độ bền cần thiết Việc thiết kế một kết cấu tích hợp dựa trên điều kiện làm việc của máy và tinh toán các bộ phận để xác định độ cứng và độ bền của chi tiết máy là rất quan trọng Do đó, thiết kế kết cấu đóng vai trò then chốt trong toàn bộ quy trình thiết kế máy điện.
Máy điện có rất nhiều kiểu kết cấu khác nhau Sở dĩ như vậy vì những nguyên nhân chính sau:
Có nhiều loại máy điện với các công dụng khác nhau, bao gồm máy điện một chiều, máy đồng bộ và máy không đồng bộ, dẫn đến yêu cầu về kết cấu máy cũng đa dạng Công suất của các máy này rất khác nhau; máy công suất nhỏ thường có giá đỡ trục kiêm nắp máy, trong khi máy có công suất lớn cần có trục đỡ riêng biệt.
- Tốc độ quay khác nhau Máy tốc độ cao thì rôto cần phải chắc chắn hơn, máy tốc độ chậm thì đuờng kính rôto thường lớn.
Động cơ sơ cấp có vai trò quan trọng trong việc kéo máy phát điện hoặc động cơ điện, với các loại như tua bin nước, tua bin hơi, máy diezen, bơm nước và máy công tác Sự khác biệt giữa các loại động cơ này không chỉ nằm ở chức năng mà còn ở phương thức truyền động và cách lắp ghép, tạo nên sự đa dạng trong ứng dụng và hiệu suất hoạt động.
Dựa trên tính toán điện từ và thông gió, có thể đề xuất nhiều phương án khác nhau cho thiết kế máy Những phương án này có thể khác nhau về kích thước, trọng lượng, tính tiện lợi, độ tin cậy, sự đơn giản trong chế tạo và giá thành Do đó, khi thiết kế, cần xem xét tất cả các yếu tố này để đảm bảo hiệu quả và khả năng sử dụng cao.
Nguyên tắc chung để thiết kế :
-Đảm bảo chế tạo đơn gảin giá thành hạ.
-Đảm bảo bảo dưỡng máy thuận tiện.
-Đảm bảo độ tin cậy của máy khi làm việc.
1 Phân lọai các kiểu kết cấu máy điện đã định hình:
Kết cấu của máy điện hiện nay được thiết kế dựa trên các yếu tố như phương pháp bảo vệ, cách lắp ghép, thông gió và đặc tính môi trường bên ngoài Một trong những cách phân loại quan trọng là theo phương pháp bảo vệ máy trước các tác động từ môi trường bên ngoài.
Cấp bảo vệ máy được ký hiệu bằng chữ IP và hai chữ số, trong đó chữ số đầu tiên thể hiện mức độ bảo vệ chống tiếp xúc với người và vật thể, chia thành 7 cấp từ 0 đến 6 Cấp 0 cho thấy máy không được bảo vệ, trong khi cấp 6 đảm bảo bảo vệ hoàn toàn khỏi tiếp xúc và bụi Chữ số thứ hai chỉ mức độ bảo vệ chống nước, từ 0 đến 8, với 0 là không có bảo vệ và 8 cho phép máy ngâm trong nước vô hạn.
Thường có thói quen chia cấp bảo vệ theo phương pháp làm nguội máy
Theo cách này máy điện đựoc chia thành các kiểu kết cấu sau:
Kiểu hở là loại thiết bị không có bảo vệ cho các bộ phận quay và bộ phận mang điện, đồng thời cũng không có thiết bị bảo vệ khỏi vật bên ngoài rơi vào máy Thiết bị này được chế tạo theo kiểu tự làm nguội và có cấp bảo vệ IP00 Thường thì, loại này được đặt trong nhà có người trông coi và không cho phép người ngoài tiếp cận.
Kiểu bảo vệ này được thiết kế để ngăn chặn sự tiếp xúc ngẫu nhiên với các bộ phận quay hoặc mạng điện, đồng thời bảo vệ các vật bên ngoài và nước từ nhiều góc độ khác nhau Loại bảo vệ này thường có tính năng tự thông gió và thuộc các cấp bảo vệ từ IP11 đến IP33.
Máy kiểu kín là loại thiết bị có không gian bên trong được cách ly hoàn toàn với môi trường bên ngoài, với cấp bảo vệ từ IP44 trở lên Loại máy này thường sử dụng phương pháp thông gió tự nhiên hoặc thông gió độc lập để duy trì lưu thông không khí, thích hợp cho các môi trường nhiều bụi và ẩm ướt Ngoài ra, máy kiểu kín còn có các tính năng bảo vệ đặc biệt như chống nổ và bảo vệ khỏi hóa chất.
Theo cách lắp đặt máy, ký hiệu IM kèm theo 4 chữ số tiếp theo có ý nghĩa quan trọng Chữ số đầu tiên chỉ kiểu kết cấu với 9 số từ 1 đến 9, trong đó số 1 đại diện cho ổ bi lắp trên nắp máy và số 9 chỉ cách lắp đặc biệt Hai chữ số tiếp theo thể hiện cách thức lắp đặt và hướng của trục máy, trong khi chữ số thứ tư chỉ kết cấu đầu trục với 9 loại từ 0 đến 8, trong đó số 0 là máy có 1 đầu trục hình trụ và số 8 đại diện cho các kiểu đầu trục đặc biệt khác.
2 Kết cấu stato của máy điện xoay chiều : a) Vỏ máy :
Khi thiết kế kết cấu vỏ stato, cần chú ý đến yêu cầu về truyền nhiệt và thông gió, đồng thời đảm bảo độ cứng và độ bền trong quá trình lắp ráp lõi sắt và gia công vỏ Vỏ stato được chia thành hai loại: loại có gân trong và loại không có gân trong Loại không có gân trong thường được sử dụng cho máy điện cỡ nhỏ hoặc kiểu kín, với lõi sắt áp sát vào mặt trong của vỏ máy Ngược lại, loại có gân trong cho phép gia công với tốc độ cắt gọt chậm hơn nhưng giảm thiểu phế liệu Vỏ stato bằng thép tấm hàn bao gồm ít nhất hai vòng thép tấm và các gân ngang tạo thành khung, từ đó phát triển ra các dạng khác.
Khi đường kính ngoài của lõi sắt nhỏ hơn 1m, sử dụng tấm nguyên để chế tạo lõi sắt, với một chốt cố định giúp ngăn lõi quay dưới tác động của mômen điện từ Đối với lõi sắt có đường kính ngoài lớn hơn 1m, cần ghép các tấm hình rẽ quạt lại với nhau, thường sử dụng hai tấm thép dày để ép hai đầu Để giảm thiểu lực hướng tâm và lực hút giữa các tấm, các cánh đuôi nhãn hình rẽ quạt thường được thiết kế trên các tấm để kết nối với các gân trên vỏ máy.
3 Kết cấu rôto của máy phát điện xoay chiều và một chiều :
Rôto của máy điện một chiều và xoay chiều có nhiều điểm tương đồng trong kết cấu Khi phân tích cấu trúc của rôto, cần lưu ý đến các lực tác động lên rôto trong quá trình hoạt động của máy.
Khi đường kính của rôto nhỏ hơn 350mm, lõi sắt rôto thường được ép trực tiếp lên trục hoặc ống lồng trục để đơn giản hóa kết cấu và giảm chi phí Việc sử dụng ống lồng chỉ áp dụng khi cần thiết, như trong động cơ điện trên tàu, nhằm dễ dàng thay trục Đối với rôto có đường kính lớn hơn 350mm, cần thiết phải có giá đỡ rôto để tận dụng lõi sắt cho các mục đích khác Khi đường kính rôto vượt quá 1000mm, các tấm tôn silic hình rẽ quạt sẽ được ép lại, và giá đỡ rôto sẽ có hình dạng cánh sao, thường được làm bằng thép tấm hàn cho các máy lớn.
Lõi thép cần được ép chặt với áp suất từ 5 kg/cm² cho máy cỡ trung và 10 kg/cm² cho máy cỡ nhỏ, kèm theo các vòng ép để duy trì áp suất Để ngăn lõi sắt ở hai đầu bị tản ra, máy nhỏ sử dụng tấm thép dày 1,5mm, trong khi máy lớn áp dụng tấm thép có răng Những răng này cần được tán hoặc hàn vào tấm thép ép để đảm bảo an toàn khi quay.
Các tiêu chuẩn đôi với các động cơ không đồng bộ
1 Tiêu chuẩn về dãy công suất :
Hiện nay, các quốc gia đã sản xuất động cơ điện không đồng bộ theo tiêu chuẩn, với dải công suất từ 0,55 kW đến 90 kW Các động cơ này được ký hiệu theo tiêu chuẩn Việt Nam từ năm 1987 đến 1994.
Theo tiêu chuẩn này ,các động cơ điện không đồng bộ trong dãy đều chế tạo theo kiểu IP44.
2 Tiêu chuẩn vể kích thước lắp đặt độ cao tâm trục
Độ cao tâm trục là khoảng cách từ tâm trục đến bệ máy, đóng vai trò quan trọng trong việc lắp ghép động cơ với các thiết bị khác.
-Kích thứơc lắp đặt :Chiều cao tâm trục có thể được chon theo dãy công suất của động cơ.
- 3K : Động cơ điện không đồng bộ dày K thiết kế lại lần 3.
- 250 :Chiều cao tâm trục bằng 250mm.
- M : Kích thước lắp đặt dọc trục là M.
- IC 00 : Làm mát kiểu bảo vệ.
- IC 0141 : Làm mát kiểu kín , Làm mát kiểu ngoài.
Vật liệu cách điện đóng vai trò quan trọng trong ngành chế tạo máy điện, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và tuổi thọ của máy Việc lựa chọn vật liệu cách điện phù hợp không chỉ giúp máy hoạt động ổn định mà còn đảm bảo chi phí sản xuất hợp lý Do đó, việc chọn lựa cách điện là một yếu tố then chốt trong thiết kế máy điện.
Khi chọn vật liệu cách điện cho máy cần cú ý những vấn đè sau:
- Vật liệu cách diện phải có độ bền cao, chịu tác dụng cơ học tốt, chịu nhiệt và dẫn nhiệt tốt lại ít thấm nước.
Chọn vật liệu cách điện có tính cách điện cao là yếu tố quan trọng để đảm bảo máy hoạt động hiệu quả trong ít nhất 15-20 năm trong điều kiện làm việc bình thường, đồng thời vẫn giữ được giá thành hợp lý.
Nhiệt độ là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến tuổi thọ của vật liệu cách điện và máy móc Khi nhiệt độ vượt quá giới hạn cho phép, độ bền cơ học của chất điện môi sẽ giảm đáng kể, dẫn đến quá trình già hóa nhanh chóng của vật liệu cách điện.
Hiện nay, Hội kỹ thuật điện quốc tế IEC đã phân loại vật liệu cách điện dựa trên nhiệt độ cho phép, tức là nhiệt độ mà vật liệu có thể hoạt động hiệu quả trong 15-20 năm trong điều kiện làm việc bình thường.
Nhiệt độ cho phép(ºC)
180 >180 Độ gia tăng nhiệt(ºC)
Vật liệu cách điện thuộc các cấp cách điện trên đại thể có các loại sau:
Cấp Y bao gồm các vật liệu như sợi bông, tơ, sợi nhân tạo, giấy, chế phẩm từ giấy, cactông và gỗ Tất cả các loại vật liệu này đều không được tẩm sơn cách điện và hiện nay ít được sử dụng do khả năng chịu nhiệt kém.
Cấp A là loại vật liệu cách điện tương tự như cấp Y, nhưng có thêm lớp sơn cách điện Loại vật liệu này thường được sử dụng cho các máy điện có công suất lên đến 100 kW, tuy nhiên, nó có khả năng chịu ẩm kém và không phù hợp cho môi trường nhiệt đới.
Cấp E sử dụng màng mỏng và sợi polyetylen tereftalat, cùng với các sợi tẩm sơn tổng hợp từ epoxy, trealat và aceton buterat xenlulo, cũng như màng sơn cách điện gốc vô cơ tráng ngoài dây dẫn Với độ bền cơ cao, Cấp E được ứng dụng phổ biến cho các máy điện có công suất nhỏ và trung bình, lên đến 100 kW hoặc hơn, và đặc biệt phù hợp cho vùng nhiệt đới nhờ khả năng chịu ẩm tốt.
Cấp B là loại vật liệu được sản xuất từ các thành phần vô cơ như mica, amiăng, sợi thủy tinh và dầu sơn cách điện chịu nhiệt độ cao Loại vật liệu này thường được ứng dụng trong các máy có công suất trung bình và lớn.
Cấp F là loại vật liệu tương tự như cấp B, nhưng được tẩm sơn cách điện gốc silicat có khả năng chịu nhiệt độ cao Đặc biệt, ở cấp F không sử dụng các chất hữu cơ như vải lụa, giấy và cactong.
Cấp H sử dụng các vật liệu chính như sợi thủy tinh, mica và amiăng, tương tự như cấp F Những chất liệu này được tẩm sơn cách điện gốc silicat, có khả năng chịu nhiệt lên đến 180ºC Cấp H thường được áp dụng trong các máy điện hoạt động trong điều kiện phức tạp với nhiệt độ cao.
Cấp C sử dụng các vật liệu như sợi thủy tinh, thạch anh và sứ chịu nhiệt độ cao, phù hợp cho các máy hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt với nhiệt độ cao.
Việc lựa chọn vật liệu cách điện cho máy điện là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tuổi thọ và độ tin cậy của máy trong quá trình vận hành Với sự đa dạng của các loại vật liệu cách điện và sự phát triển của công nghệ chế tạo, việc xác định cấu trúc cách điện trở nên phức tạp hơn Do đó, thường cần phải kết hợp nhiều loại vật liệu cách điện để đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về hiệu suất cách điện.
Vật liệu cách điện trong ngành chế tạo máy điện thường được cấu thành từ nhiều thành phần như mica phiến, chất phụ gia (giấy hoặc sợi thủy tinh) và chất kết dính (sơn hoặc keo dán) Để đảm bảo hiệu quả sử dụng, vật liệu cách điện cần có độ bền cơ học cao, dễ chế tạo, cùng với tính năng điện tốt như độ cách điện cao và rò điện thấp Ngoài ra, vật liệu còn phải đáp ứng yêu cầu về tính năng nhiệt, bao gồm khả năng chịu nhiệt tốt, dẫn nhiệt hiệu quả và khả năng chống ẩm.
TÍNH TOÁN VÀ XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA ĐỘNG CƠ
Đường kính ngoài stato
Với 2p=2 và P đm EkW ,tra bảng IV.1 phụ lục IV ta chọn chiều cao tâm trục h"5 mm.
Theo bảng 10-3 ta có đường kính ngoài stato theo tiêu chuẩn là D n 7 cm.
Đường kính trong stato
Theo bảng 10-2,với số cực 2p=2 ta có KD=(0,52-0,57) do đó đường kính trong của stato là :
Công suất tính toán
KE =f(p) được tra trong hình 10-2 trang 231 của sách TKMĐ với 2p=2 =>p=1 , ta tra được kE =0,982.
Chiều dài tính toán của lõi sắt stato (l )
=0,64 : hệ số cung cực từ ks =1,11: hệ số dạng sóng kdq =0,92 : chọn dây quấn 2 lớp , bước ngắn
Theo hình 10-3b trang 233-234 của TKMĐ.Với Dn7cm ta tra được :A @5A/cm mật độ từ cảm khe hở không khí : B =0,75 (T).
Trong đó: D = 19,24 cm: đường kính trong stato δ = 0,64: hệ số cung cực từ P’ = 50,10 kW: công suất tính toán
ks = 1,11: hệ số sóng hình sin kd = 0,92: hệ số dây quấn
Bδ =0,86 T: mật độ từ thông khe hở không khí A@5 (A/cm) : Tải đường n1 = 1500 (v/p): tốc độ đồng bộ Lấy chuẩn l &,62 cm.
Do lỏi sắt ngắn nên làm thành một khối Chiều dài lỏi sắt stato, roto bằng : l1=l2=l&,62 (cm).
Lập phương án so sánh
So sánh kêt quả λ với hình 10-3b TKMĐ, ta thấy thỏa mãn vậy phương án chọn là hợp lý.
Dòng điện pha định mức
TÍNH TOÁN DÂY QUẤN, RÃNH STATOR VÀ KHE HỞ KHÔNG KHÍ
Rãnh stato
Chọn số rãnh mỗi pha dưới một cực q1=4
Khi đó số rãnh của stato là :
Bước rãnh stato
Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh
Ta chọn ur& thanh dẫn
Trong đó : a1 : số nhánh song song, chọn a1 =2
Tiết diện và đường kính dây dẫn
Trong đó:a1=2 số nhánh song song n1: số sơị dây ghép song song,chọn n1=2
J1:mật độ dòng điện dây quấn stato.
Theo phụ lục IV, Bảng IV.1 trang 601 của sách "Thiết kế máy điện", dãy công suất và chiều cao tâm trục của động cơ không đồng bộ Rôto lòng sóc, kiểu kín, được phân loại theo cấp cách điện F.
Công suất PE(kW),số đôi cực 2p=2 =>h"5(mm)
Theo hình 10-4, chọn tích số AJ05 AA/cm.mm 2
Với tiết diện sơ bộ của dây dẫn stato là:
Theo phụ lục VI, bảng VI-1 trang 620, dây quấn tráng men PETV có đường kính dây dẫn là 1,25 mm và đường kính dây dẫn bao gồm cả lớp cách điện là 1,33 mm.
Tiết diện của dây dẫn: S=1,25(mm2).
Kiểu dây quấn
Chọn dây quấn 2 lớp bước ngắn với y
Hệ số dây quấn
- Hệ số bước ngắn ky: y k sin ) sin11 0,991
Hệ số dây quấn stato Kdq1= Ky1 kr=0,9914 0,958 = 0,9494
Từ thông khe hở không khí
Theo công thức 4-80 Trang 114 TKMĐ:
Mật độ từ thông khe hở không khí
Trong đó: Φ=0,012696 (T) xác định ở mục II.9 αδ=0,64 hệ số cung cực từ,xác định ở mục I.5 τ,315 (cm) xác định ở mục I.6 lδ,57 (cm) xác định ở mục I.5
Xác định sơ bộ chiều rộng của răng stato
Trong đó:Bz1=(1,7T-1,85T).chọn B ' z1=1,8T, và hệ số ép chặt lõi KC=0,95 trang 23 TKMĐ.
Xác định sơ bộ chiều cao gông stato
Chọn Bg1=(1,45T-1,6T), chọn Bg1=1,45T theo bảng 10.5a trang 240 của sách thiết kế máy điện với chiều cao h0mm và số cực 2p=4.
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 4.
Ur được xác định ở mục 2.
dcđ=1,33(mm) chọn ở mục 4 chương II.
- Chọn rãnh hình quả lê như hình vẽ:
Trong đó : h ' g1=2,35 (cm) chiều cao gông tính ở mục II.11
Dn$,5 (cm) đường kính ngoài stato, tính ở mục I.3 D,68 (cm)đường kính trong của stato, tính ở mục I.3
Chiều cao thực của răng stato: b41=dcđ+(1,1-1,5) mm=1,33+1,5=2,83 (mm)=0,283 (cm). h41=(0,5-0,8)mm=0,5(mm)=0,05(cm).
chiều rộng rãnh stato phía đáy tròn nhỏ:
Trong đó: D,68 (cm) đường kính trong của stato,tính ở mục I.3
Dn$,5(cm)đường kính ngoài stato h ' g1=2,35 (cm)chiều cao gông stato
Tính hệ số lấp đày kd:
- Diện tích của rãnh (trừ nêm):
Ta có: h12=(hr1-0,5)(d 2 -h 41 )=2,06 - 0,50,75 - 0,05=1,635(cm),35(mm)
- Diện tích lớp cách điện rãnh:
Theo bảng VIII-1 ở mục lục VIII chiều dày cách điện rãnh là c=0,4(mm), của nêm là c ' =0,5(mm).
- Diện tích có ích của rãnh:
- Hệ số lấp đầy rãnh:
Nhận xét:với hệ số lấp đầy như trên là đạt yêu cầu kỹ thuật đặt ra.
Chiều rộng răng stato
- Chiều rộng răng stato phía đáy rãnh phẳng:
Theo công thức 4-31 trang 101 TKMĐ.
- Chiều rộng răng stato phía đáy rãnh tròn:
- Chiều rộng răng stato trung bình:
Chiều cao gông từ stato
Đối với động cơ có đáy rãnh phẵng, theo công thức 4-46a Trang 106 TKMĐ.Trong đó: hr1=2,3 trong mục II.13.
Tính toán khe hở không khí
Khi lựa chọn khe hở không khí δ, cần ưu tiên kích thước nhỏ để giảm dòng điện không tải và tăng hệ số công suất cosφ Tuy nhiên, khe hở nhỏ sẽ gây khó khăn trong quá trình chế tạo và vận hành máy, dễ dẫn đến việc stato chạm vào rôto, làm tăng tổn thất phụ và điện kháng tản tạp của động cơ cũng sẽ gia tăng.
Theo công thức 10-21 trang 253 sách “Thiết kế máy điện” đối với động cơ có công suất không lớn P (KW) < 20 (KW), 2p=4 Do đó ta có:
Suy ra ta chọn δ=0,5(mm) là hợp lí.
TÍNH TOÁN DÂY QUẤN, RÃNH VÀ GÔNG ROTO
Số rãnh rôto
Khi khe hở không khí nhỏ, mômen phụ do từ trường sóng bậc cao sẽ ảnh hưởng đến quá trình khởi động và đặc tính làm việc của động cơ Việc lựa chọn Z2 phù hợp giúp hạn chế mômen phụ đồng bộ và không đồng bộ, cũng như hiện tượng rung và ồn Thiết kế rôto đúc nhôm và chọn rãnh rôto Z2 cần dựa trên cơ sở Z1 đã chọn, như được chỉ ra trong bảng 10.6 trang 246 “TKMĐ” Đối với máy điện không đồng bộ rôto lồng sóc, với 2p=4 rãnh rôto nghiêng, ta chọn Z28 cho rãnh.
Đường kính ngoài rôto
Trong đó: D,68 (cm) đường kính trong stato. δ=0,05 (cm) khe hở không khí.
Đường kính trục rôto
Bước răng rôto
III.5 Xác định sơ bộ chiều rộng răng rôto:
Theo công thức 4-22 trang 98 “TKMĐ”.
Kc2: hệ số ép chặt lõi sắt rôto: ta chọn hệ số ép chặt kc2=0,95.
BZ2: mật độ từ thông trong răng rôto, theo bảng 11-2 ‘’TKMĐ ’’
Giá trị BZ2 = 1,7-1,85 (T) Ta chọn BZ2 = 1,8 (T)
Dòng điện trong thanh dẫn rôto
Trong đó: kd1=0,9494 xác định ở mục II.7
Z2= 38 rãnh xác định ở mục IV.1 m1=3 số pha của dây quấn stato. kI=f(cosφ)là hệ số dòng điện, được tra trong hình 10-5 Trang 244 TKMĐ với cosφ=0,86 thì kI=0,9
Dòng điện trong vòng ngắn mạch
Theo công thức 5-10 Trang 120 của sách “TKMĐ”, ta có:
Tiết diện thanh dẫn bằng nhôm
Với thanh dẫn nhôm thì Jtd=2,5-3,5(A/mm 2 ), ta chọn sơ bộ: Jtd=3(A/mm 2 ) tiết diện thanh dẫn:
Tiết diện vành ngắn mạch
Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong vành ngắn mạch: Jv=2,5 (A/mm 2 )
Kính thước răng và rãnh rôto
Hình III-1 kích thước rãnh rôto
Do động cơ có chiều cao tâm trục h0(mm), chúng ta chọn rãnh rôto sâu hình quả lê với các thông số: h42=0,6(mm), hr2 (mm), b42=1(mm), d1=6,5(mm) và d2=5(mm) như mô tả trong hình 10-8 trang 248 “TKMĐ”.
Chiều cao vành ngắn mạch: av =1,2.hr2=1,2 20$(mm) td v
Chiều rộng vành ngắn mạch: bV=Sv/hv93,825/24,41(mm)
Hình 4.2 Các dạng rãnh rôto lồng sóc
Ta chọn rãnh rôto hình quả lê với miệng rãnh b42 = 1 (mm).
Đường kính vành ngắn mạch:
Khoảng cánh giữa hai tâm đường tròn 2 đáy rãnh rôto:
Diện tích rãnh rôto
Trong đó:d1=6,5 (mm) ở mục IV.10. d2=5 mm) ở mục IV.10. h12,65 (mm) ở mục IV.10.
Diện tích vành ngắn mạch
Tính các kích thước thực tế
Hình:IV-3 kích thước vành ngắn mạch của lồng sóc
Bề rộng răng rôto chỗ rộng nhất:
Bề rộng răng rôto chỗ hẹp nhất:
Trong đó: Z28 (rãnh) xác định ở mục IV.1.
D ' ,58 (cm) xác định ở mục IV.2. dr2max=6,5 (mm) xác định ở mục IV.10. dr2min=5 (mm) xác định ở mục IV.10. h42=0,6 (mm) xác định ở mục IV.10.
Bề rộng răng trung bình của răng rôto :
III.14 Chiều cao gông rôto: Đối với động cơ loại rãnh có đáy tròn, số đôi cực 2p=4;
Trong đó:d2=4,704 (Cm), đường kính đáy rôto nhỏ nhất xác định ở trên. hr2 (mm)=2 (cm) , chiều cao của rãnh rôto,xác định ở mục trên
III.15 Độ nghêng rãnh stato:
Để giảm biên độ sóng bậc cao, có thể thực hiện việc làm rãnh stato và rôto bằng cách sử dụng rãnh nghiêng Việc phối hợp giữa rãnh stato và rôto có nhiều kiểu khác nhau, trong đó độ nghiêng được lấy bằng một bước rãnh stato, cụ thể là bn=t1=1,0263 cm.
TOÁN MẠCH TỪ
Hệ số khe hở không khí
- Do rãnh phần ứng có rãnh dẫn đến từ dẫn trên khe hở của bề mặt phần ứng có rãnh khác nhau.
Trên răng từ của máy điện, sự xuất hiện của rãnh nhỏ do sức từ động gây ra, tạo ra khe hở không khí giữa phần ứng có răng rãnh lớn hơn so với bề mặt của phần ứng nhãn.
Khi thiết kế, việc tính toán khe hở không khí là rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống Hệ số khe hở không khí phản ánh tác động của răng stato và rôto đến khe hở này.
Theo công thức (6-11) trang 143 của sách “TKMĐ”.
Trong đó:b41=2,83(mm), tính ở trên II.13 δ=0,5(mm), khe hở không khí. t1,263(mm), bước rãnh stato thay vào ta được:
Trong đó: t2,88 (mm) bước rãnh rôto. k δ1 = t 1 t 1 −v 1 δ
(Dùng thép kỷ thuật điện cán nguội 2212)
Sức điện động từ khe hở không khí
Mạch từ có 2 đoạn qua khe hở không khí bề rộng của khe hở không khí theo hướng kính, theo công thức 4-18 TKMĐ.
Trong đó:Bδ=0,823T mật độ từ thông khe hở không khí. δ=0,05(cm) bề rộng khe hở không khí.
Mật độ từ thông ở răng stato
(Tính lại việc chọn: Bz1 ở mục V.3 theo công thức 4-22 “TKMĐ”)
Trong đó:Bδ=0,823(T) t1=1,0263(cm) bz1=0,4955(cm) kc1=0,95 lδ,57 (cm) xác định ở mục I.5
Cường độ từ trường trên răng stato
Hz1=f(Bz1) giá trị của Hz1 được tra trong bảng V.6 TKMĐ bảng và đường cong từ hóa Với Bz1=1,79 (T), chọn loại tôn silic thuộc 12.
Từ đó,ta suy ra Hz1& (A/cm)
Sức từ động trên răng stato
Mật độ từ thông trên răng rôto
Xét ở răng rôto rộng nhất:(bz1max):
Cường độ từ trường trên răng rôto
Theo bảng V.6 ở mục lục V có trang 609 :Hz2(A/cm)
Sức điện động răng rôto
Hệ số bảo hòa răng
Tính lại hệ số bảo hòa răng đã chọn sơ bộ ở mục 6, theo công thức 4-81 TKMĐ
Mật độ từ thông trên gông stato
(Tính lại việc chọn sơ bộ ở mục II.10)
Cường độ từ trường trên gông stato
Tra bảng từ hóa ở mục lục V-9 ta được:Hg1=5,46(A/cm)
Chiều dài mạch từ ở gông stato
Sức từ động trên gông stato
Mật độ từ thông trên gông Roto
Trong đó: Φ=0,012696W tính ở mục II.8 l2,57(cm) tính ở mục I.5 kc2=0,95 chọn ở mục III.5 hg2=3,521(cm)5,21mm tính ở mục III.14
Cường độ từ trường trên gông rôto
Theo bảng V-9 của phụ lục V ta có: Hg2=2,58(A/cm)
Chiều dài mạch từ ở gông rôto
Trong đó:Dt=4,704(cm) đường kính trục rôto,tính ở mục IV.3 n g1 g1
hg2=3,521(cm) tính ở mục III.14
Sức từ động trên gông rôto
Sức từ động tổng của toàn mạch
F F F F F F 91,127 16,67 1052, 219 A Trong đó:Fδx8,77(A)sức từ động khe hở không khí,tính ở mục IV.2
Fz1,052(A) sức từ động trên răng stato,tính ở mục IV.5
Fz2d,6(A) sức từ dộng trên răng rôto,tính ở mục IV.8
Fg1,127(A)sức từ động trên gông stato,tính ở mục IV.13
Fg2,67(A) sức từ động ttrên gông rôto,tính ở mục IV.17
Dòng điện từ hóa
Trong đó:FΣ52,219 tính ở mục 18 chương IV.20 w1(vòng) số vòng dây của dây quấn stato,tính ở mục II.4 kdq1=0,9494 hệ số dây quấn stato,tính ở mục I.5
Dòng điện từ hóa tính theo dơn vị phần trăm"
Trong đó:I đm 0,0308(A) dòng điện định mức,tinh ở mục I.8
TOÁN THAM SỐ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Ở CHẾ ĐỘ ĐỊNH MỨC
Chiều dài phần đầu nối dây quấn stato
Theo công thức 3-29 và 3-30 TKMĐ, ta có:
Trong đó:k đ1 , B1 được tra trong bảng 3-4 TKMĐ,Vđối với loại động cơ 2p=4, phần đầu nối không băng cách điện, ta có:k đ1 =1,3 và B1=1,0(cm).
Là bề rộng trung bình của phần tử τ y1 =π(D+h r1 ).y
Trong đó:D,68 (cm) đường kính trong của stato,tính ở mục I.3 hr1=2,3(cm) chiều cao rãnh stato,tính ở mục II.12
Z1H(rãnh) số rãnh stato,tính ở mục II.1 hr1=2,06 (cm) Thay vào ta có:
Từ đó ta có: l đ1 =k đ1 τy1+2.B1=1,3.12,77+2.1,0,601 (cm)
Chiều dài trung bình nữa vòng dây của dây quấn stato
Chiều dài dây quấn của 1 pha stato
V.4 Điện trở tác dụng của dây quấn stato:
Trong đó:l1a,07 (m) chiều dài dây quấn của 1 pha stato n1=2 số sợi ghép song song a1=2 số nhánh song song
S1=1.227 (mm 2 ) tiết diện dây dẫn,tính ở mục II.5
Là điện trở dây dẫn đồng.
Tính theo đơn vị tương đối: r1 y1
V.5 Điện trở tác dụng của dây quấn rôto:
Trong đó: ρ(115 0 ) =1/23 (Ω.mm 2 /m) l2,57(cm) chiều dài lõi sắt rôto, tính ở mục I.5
Sr24,9 (mm 2 ) diện tích rãnh rôto, tính ở mục II.12
* Điện trở vành ngắn mạch:
D ' ,58 (cm) đường kính ngoài rôto
Sv93,84 (mm 2 ) diện tích vành ngắn mạch
Theo công thức 5-14 TKMĐ, ta có:
Trong đó: rtd=8,11.10 -5 (Ω) điện trở thanh dẫn rv=1,194.10 -6 (Ω) điện trở vành ngắn mạch
V.6 Hệ số quy đổi điện trở rôto về stato:
V.7 Điện trở sau khi quy đổi: r ' 2= γ.r221,7.1,0316.10 -4 =0,1879(Ω)
Tính theo đơn vị tương đối:
V.8 Hệ số từ tản stato:
Hệ số từ tản rãnh stato: theo công thức 5-27, trang 125 “TKMĐ”. đối với rãnh nửa kín, hình quả lê, dây quấn 2 lớp bước ngắn.
Trong đó: Các kính thước như hình vẽ: br1=br1min=d1=5,77 (mm) bề rộng rãnh stato phía miệng rãnh h2=(d 1 /22.cc ' )= (
2 2.0,40,5)= 1,585 (mm) chiều cao nêm h41 = 0,5(mm) h1 = hr10,1.d 2 2c.c ' = 20,60,1.7,52.0,40,5 = 18,55 (mm) b41 = 2,83(mm) = 0,283 (cm) kβ = ƒ(β),k ' β = ƒ(β),được tính theo công thức 5-24, 25TKMĐ β=y/τ/12=0,91667
Theo số vào ta được:
V.9 Hệ số từ dẫn tản tạp stato:
Theo công thức 5-39 TKMĐ ta có:
Trong bài viết này, chúng ta xem xét các thông số kỹ thuật của động cơ điện, bao gồm bước rãnh stato t1 = 1,263 mm, số rãnh mỗi pha dưới một cực q1 = 4, và hệ số dây quấn kdq1 = 0,9494 Giá trị σt1 được tra trong bảng 5-2a TKMĐ với q1 = 4, cho thấy bước rút ngắn cua dây theo bước rãnh là 2 (tính từ 12-10) Kết quả tính toán cho thấy 100σt1 = 0,62, từ đó suy ra σt1 = 0,0062 Cuối cùng, ρt1 được tra theo bảng 5-3 TKMĐ với loại rãnh làm nghiêng, cho giá trị ρt1 = 0,9.
Theo công thức 5-41 TKMĐ, ta có
Với: b41= 0,283 (cm) t1=1,0263 (cm) δ=0,05(cm) kδ=1,11 thay số vào ta được:
V.10 Hệ số từ tản phần đầu nối:
Theo công thức 5-45 TKMĐ, đối với dây quấn 2 lớp:
Trong đó: lđ1,601 (cm) chiều dài phần đầu nối dây quấn, β=0,91667, τ = 12,315 (cm) tính ở mục I.6
V.11 Tổng hệ số từ dẫn tản: Σλ 1r1 +λ t1 +λ đ1 =1,5+1,31+0,791=3,601
V.12 Điện kháng tản dây quấn stato:
Theo công thức 5-20TKMĐ ta có:
Tính theo đơn vị tương đối:
V.13 Hệ số từ dẫn tản rãnh rôto:
* Hệ số từ tản ở rãnh rôto: loại rãnh hình quả lê, theo công thức 5-30 TKMĐ ta có:
Sr24,9 (mm 2 ) diện tích rãnh rôto b=dr2max=6,5 (mm) bề rộng rãnh rôto phía miệng rãnh (mục II.12) h1=hr20,1.d 0,1.6,5,35 (mm) chiều cao rãnh rôto h42=0,6 mm; b42=1 (mm), lấy k=1
V.14 Hệ số từ tản tạp rôto:
Đối với dây quán rôto lồng sóc, t2,88 (mm) được tính ở mục III.4, với q2 = Z2/3.2p8/12 = 3,1667 và kd2 = 1 ρt2 = 1 Đối với rôto lồng sóc rãnh nửa kín, kt2 ≈ 1, và σ2 được tra trong bảng 5-2c với q2 = Z2/3.2p8/12 = 3,1667, dẫn đến σ2 = 0,0092.
V.15 Hệ số từ dẫn tản phần đầu nối :
Theo công thức 5-46a TKMĐ,với rôto lồng sóc đúc nhôm ,vòng ngắn mạch ở liền sát với đầu lõi sắt rôto.
Z l δ } } Δ rSup { size 8{2} } } } log { {4,7 D rSub { size 8{v} } } over {a+2b} } } { ¿¿ ¿ ¿¿
Trong đó:Dv0,8(mm),08(cm) đường kính trung bình của vành ngắn mạch (mục IV.10) l " δ=l2,57 (cm) đối với rôto lồng sóc không có rãnh thông gió.
=0,329 av$mm=2,4cm, bv,41mm=1,641 cm, kích thước vành ngắn mạch.
V.16 Hệ số từ tản do rãnh nghiêng:
V.17 Hệ số từ dẫn rôto: Σλ2=λr2+λt2+λd2+λrn=1,88+1,92+0,387+0,6=4,787
V.18 Điện kháng tản dây quấn rôto:
Theo công thức 5-49 TKMĐ với rôto lồng sóc: x2=7,9.f2.l2.Σλ2.10 -8 =7,9.50.19,57.4,787.10 -8 =3,7004.10 -4 (Ω)
V.19.Điện kháng tản rôto đã quy đổi về stato: x ' 2=γ.x221,7.3,7004.10 -4 =0,674(Ω) trong đó: v v d2 " 2 2
V.20.Tính theo đơn vị tương đối:
V.21.Điện trở hỗ cảm(khi không xét rãnh nghiêng):
Trong đó:U1"0(v) điện áp pha đặt vào dây quấn stato
Iμ,26(A) dòng điện từ hóa, x1=0,445(Ω) điện kháng tản dây quấn stato
* Tính theo đơn vị tương đối:
V.22 Điện kháng tản khi xét đến rãnh nghiêng:
Trong đó:bn=1,178(cm) độ nghiêng của rãnh,tính ở mục IV.15
Tra bảng 5-3 TKMĐ ta xác định được trị số σn=1,05:hệ số rãnh nghiêng x ' 1n=σn.x1=1,05.0,445=0,46725(Ω)
Trị số này không sai khác nhiều so với trị số ke=0,973 đã chọn ở trước Ta tính độ sai lệch tương đối: không cần tính lại
Các tài liệu sử dụng và tham khảTHIẾT KẾ MÁY ĐIỆN
( In lần thứ 4 có bổ sung, chỉnh sửa ) Tác giả: TRẦN KHÁNH HÀ-NGUYỄN HỒNG THANH Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật hà nội-2006
Những vấn đề chung về động cơ không đồng bộ 1
I Đại cương về máy điện không đồng bộ : 1
II Cấu tạo của động cơ không đồng bộ : 2
III Nguyên lý làm việc : 5
V Kết cấu của máy điện : 7
1 Phân lọai các kiểu kết cấu máy điện đã định hình: 9 a) Phân loại theo phương pháp bảo vệ máy đối với môi trường bên ngoài : 9 b) Phân loại theo cách lắp đặt : 10
2 Kết cấu stato của máy điện xoay chiều : 10 a) Vỏ máy : 10 b) Lõi sắt stato : 10
3 Kết cấu rôto của máy phát điện xoay chiều và một chiều : 11
VI.Các tiêu chuẩn đôi với các động cơ không đồng bộ 12
1 Tiêu chuẩn về dãy công suất : 12
2 Tiêu chuẩn vể kích thước lắp đặt độ cao tâm trục 12
CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN VÀ XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA ĐỘNG CƠ 18
I.5 Chiều dài tính toán của lõi sắt stato (l ): 18
I.7 Lập phương án so sánh : 20
I.8 Dòng điện pha định mức : 20
CHƯƠNG II TÍNH TOÁN DÂY QUẤN, RÃNH STATOR VÀ KHE HỞ KHÔNG KHÍ 21
II.3 Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh : 21
II.4 Số vòng dây nối tiếp của một pha dây quấn stato : 21
II.5 Tiết diện và đường kính dây dẫn 22
II.7 Hệ số dây quấn : 23
II.8 Từ thông khe hở không khí : 23
II.9 Mật độ từ thông khe hở không khí : 24
II.10 Xác định sơ bộ chiều rộng của răng stato: 24
II.11 Xác định sơ bộ chiều cao gông stato: 24
II.12 Kích thước rãnh và cách điện rãnh: 24
II.13 Chiều rộng răng stato: 27
II.14 Chiều cao gông từ stato: 27
II.15 Tính toán khe hở không khí: 27
CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN DÂY QUẤN, RÃNH VÀ GÔNG ROTO 28
III.2 Đường kính ngoài rôto: 28
III.3 Đường kính trục rôto: 29
III.6 Dòng điện trong thanh dẫn rôto: 29
III.7 Dòng điện trong vòng ngắn mạch: 30
III.8 Tiết diện thanh dẫn bằng nhôm: 30
III.9 Tiết diện vành ngắn mạch: 30
III.10 Kính thước răng và rãnh rôto: 30
III.11 Diện tích rãnh rôto: 31
III.12 Diện tích vành ngắn mạch: 32
III.13 Tính các kích thước thực tế: 32
CHƯƠNG IV:TÍNH TOÁN MẠCH TỪ 34
IV.1 Hệ số khe hở không khí: 34
IV.2 Sức điện động từ khe hở không khí: 35
IV.3 Mật độ từ thông ở răng stato: 35
IV.4 Cường độ từ trường trên răng stato: 36
IV.5 Sức từ động trên răng stato: 36
IV.6 Mật độ từ thông trên răng rôto: 36
IV.7 Cường độ từ trường trên răng rôto: 36
IV.8 Sức điện động răng rôto: 36
IV.9 Hệ số bảo hòa răng: 36
IV.10 Mật độ từ thông trên gông stato: 37
IV.11 Cường độ từ trường trên gông stato: 37
IV.12 Chiều dài mạch từ ở gông stato: 37
IV.13 Sức từ động trên gông stato: 37
IV.14 Mật độ từ thông trên gông Roto: 37
IV.15 Cường độ từ trường trên gông rôto: 38
IV.16 Chiều dài mạch từ ở gông rôto: 38
IV.17 Sức từ động trên gông rôto: 38
IV.18 Sức từ động tổng của toàn mạch: 38
IV.19 Hệ số bảo hòa toàn mạch: 38
IV.20 Dòng điện từ hóa: 39
CHƯƠNG V:TÍNH TOÁN THAM SỐ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Ở CHẾ ĐỘ ĐỊNH MỨC 40
V.1 Chiều dài phần đầu nối dây quấn stato: 40
V.2 Chiều dài trung bình nữa vòng dây của dây quấn stato: 40
V.3 Chiều dài dây quấn của 1 pha stato: 40
V.4 Địên trở tác dụng của dây quấn stato: 41
V.5 Điện trở tác dụng của dây quấn rôto: 41
V.6 Hệ số quy đổi điện trở rôto về stato: 42
V.7 Điện trở sau khi quy đổi: 42
V.8 Hệ số từ tản stato: 43
V.9 Hệ số từ dẫn tản tạp stato: 44
V.10 Hệ số từ tản phần đầu nối: 44
V.11 Tổng hệ số từ dẫn tản: 45
V.12 Điện kháng tản dây quấn stato: 45
V.13 Hệ số từ dẫn tản rãnh rôto: 45
V.14 Hệ số từ tản tạp rôto: 46
V.15 Hệ số từ dẫn tản phần đầu nối : 46
V.16 Hệ số từ tản do rãnh nghiêng: 47
V.17 Hệ số từ dẫn rôto: 47
V.18 Điện kháng tản dây quấn rôto: 47
V.19.Điện kháng tản rôto đã quy đổi về stato: 47
V.20.Tính theo đơn vị tương đối: 48
V.21.Điện trở hỗ cảm(khi không xét rãnh nghiêng): 48
V.22 Điện kháng tản khi xét đến rãnh nghiêng: 48
Các tài liệu sử dụng và tham khảo 50
(In lần thứ 4 có bổ sung, chỉnh sửa) 50
Tác giả:TRẦN KHÁNH HÀ-NGUYỄN HỒNG THANH 50
Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật hà nội-2006 50
Điện trở tác dụng của dây quấn rôto
Trong đó: ρ(115 0 ) =1/23 (Ω.mm 2 /m) l2,57(cm) chiều dài lõi sắt rôto, tính ở mục I.5
Sr24,9 (mm 2 ) diện tích rãnh rôto, tính ở mục II.12
* Điện trở vành ngắn mạch:
D ' ,58 (cm) đường kính ngoài rôto
Sv93,84 (mm 2 ) diện tích vành ngắn mạch
Theo công thức 5-14 TKMĐ, ta có:
Trong đó: rtd=8,11.10 -5 (Ω) điện trở thanh dẫn rv=1,194.10 -6 (Ω) điện trở vành ngắn mạch
Hệ số quy đổi điện trở rôto về stato
Điện trở sau khi quy đổi
Tính theo đơn vị tương đối:
Hệ số từ tản stato
Hệ số từ tản rãnh stato: theo công thức 5-27, trang 125 “TKMĐ”. đối với rãnh nửa kín, hình quả lê, dây quấn 2 lớp bước ngắn.
Trong đó: Các kính thước như hình vẽ: br1=br1min=d1=5,77 (mm) bề rộng rãnh stato phía miệng rãnh h2=(d 1 /22.cc ' )= (
2 2.0,40,5)= 1,585 (mm) chiều cao nêm h41 = 0,5(mm) h1 = hr10,1.d 2 2c.c ' = 20,60,1.7,52.0,40,5 = 18,55 (mm) b41 = 2,83(mm) = 0,283 (cm) kβ = ƒ(β),k ' β = ƒ(β),được tính theo công thức 5-24, 25TKMĐ β=y/τ/12=0,91667
Theo số vào ta được:
Hệ số từ dẫn tản tạp stato
Theo công thức 5-39 TKMĐ ta có:
Bước rãnh stato được tính là t1,263 mm, với số rãnh mỗi pha dưới một cực là q1=4 Hệ số dây quấn kdq1 là 0,9494, và giá trị σt1 được tra trong bảng 5-2a TKMĐ với q1=4, cho thấy bước rút ngắn cua dây theo bước rãnh là 12-10=2, dẫn đến σt1=0,0062 Cuối cùng, ρt1 được tra theo bảng 5-3 TKMĐ với loại rãnh làm nghiêng, có giá trị ρt1=0,9.
Theo công thức 5-41 TKMĐ, ta có
Với: b41= 0,283 (cm) t1=1,0263 (cm) δ=0,05(cm) kδ=1,11 thay số vào ta được:
Hệ số từ tản phần đầu nối
Theo công thức 5-45 TKMĐ, đối với dây quấn 2 lớp:
Trong đó: lđ1,601 (cm) chiều dài phần đầu nối dây quấn, β=0,91667, τ = 12,315 (cm) tính ở mục I.6
Tổng hệ số từ dẫn tản
Điện kháng tản dây quấn stato
Theo công thức 5-20TKMĐ ta có:
Tính theo đơn vị tương đối:
Hệ số từ dẫn tản rãnh rôto
* Hệ số từ tản ở rãnh rôto: loại rãnh hình quả lê, theo công thức 5-30 TKMĐ ta có:
Sr24,9 (mm 2 ) diện tích rãnh rôto b=dr2max=6,5 (mm) bề rộng rãnh rôto phía miệng rãnh (mục II.12) h1=hr20,1.d 0,1.6,5,35 (mm) chiều cao rãnh rôto h42=0,6 mm; b42=1 (mm), lấy k=1
Hệ số từ tản tạp rôto
Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét các thông số kỹ thuật liên quan đến dây quán rôto lồng sóc Cụ thể, t2,88 (mm) được tính ở mục III.4, với q2 được xác định bằng công thức q2=Z2/3.2p8/12=3,1667 Hệ số kd2 được tính là 1 ρt2=1, trong khi đó, với rôto lồng sóc rãnh nửa kín, kt2 khoảng 1 Đối với σ2, giá trị này có thể tra cứu trong bảng 5-2c, với q2=3,1667 dẫn đến σ2=0,0092.
Hệ số từ dẫn tản phần đầu nối
Theo công thức 5-46a TKMĐ,với rôto lồng sóc đúc nhôm ,vòng ngắn mạch ở liền sát với đầu lõi sắt rôto.
Z l δ } } Δ rSup { size 8{2} } } } log { {4,7 D rSub { size 8{v} } } over {a+2b} } } { ¿¿ ¿ ¿¿
Trong đó:Dv0,8(mm),08(cm) đường kính trung bình của vành ngắn mạch (mục IV.10) l " δ=l2,57 (cm) đối với rôto lồng sóc không có rãnh thông gió.
=0,329 av$mm=2,4cm, bv,41mm=1,641 cm, kích thước vành ngắn mạch.
Hệ số từ dẫn rôto
Điện kháng tản dây quấn rôto
Theo công thức 5-49 TKMĐ với rôto lồng sóc: x2=7,9.f2.l2.Σλ2.10 -8 =7,9.50.19,57.4,787.10 -8 =3,7004.10 -4 (Ω)
Điện kháng tản rôto đã quy đổi về stato
Điện trở hỗ cảm(khi không xét rãnh nghiêng)
Trong đó:U1"0(v) điện áp pha đặt vào dây quấn stato
Iμ,26(A) dòng điện từ hóa, x1=0,445(Ω) điện kháng tản dây quấn stato
* Tính theo đơn vị tương đối:
Điện kháng tản khi xét đến rãnh nghiêng
Trong đó:bn=1,178(cm) độ nghiêng của rãnh,tính ở mục IV.15
Tra bảng 5-3 TKMĐ ta xác định được trị số σn=1,05:hệ số rãnh nghiêng x ' 1n=σn.x1=1,05.0,445=0,46725(Ω)
Tính lại trị số k E
Trị số này không sai khác nhiều so với trị số ke=0,973 đã chọn ở trước Ta tính độ sai lệch tương đối: không cần tính lại
Các tài liệu sử dụng và tham khảTHIẾT KẾ MÁY ĐIỆN
( In lần thứ 4 có bổ sung, chỉnh sửa ) Tác giả: TRẦN KHÁNH HÀ-NGUYỄN HỒNG THANH Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật hà nội-2006
Những vấn đề chung về động cơ không đồng bộ 1
I Đại cương về máy điện không đồng bộ : 1
II Cấu tạo của động cơ không đồng bộ : 2
III Nguyên lý làm việc : 5
V Kết cấu của máy điện : 7
1 Phân lọai các kiểu kết cấu máy điện đã định hình: 9 a) Phân loại theo phương pháp bảo vệ máy đối với môi trường bên ngoài : 9 b) Phân loại theo cách lắp đặt : 10
2 Kết cấu stato của máy điện xoay chiều : 10 a) Vỏ máy : 10 b) Lõi sắt stato : 10
3 Kết cấu rôto của máy phát điện xoay chiều và một chiều : 11
VI.Các tiêu chuẩn đôi với các động cơ không đồng bộ 12
1 Tiêu chuẩn về dãy công suất : 12
2 Tiêu chuẩn vể kích thước lắp đặt độ cao tâm trục 12
CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN VÀ XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA ĐỘNG CƠ 18
I.5 Chiều dài tính toán của lõi sắt stato (l ): 18
I.7 Lập phương án so sánh : 20
I.8 Dòng điện pha định mức : 20
CHƯƠNG II TÍNH TOÁN DÂY QUẤN, RÃNH STATOR VÀ KHE HỞ KHÔNG KHÍ 21
II.3 Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh : 21
II.4 Số vòng dây nối tiếp của một pha dây quấn stato : 21
II.5 Tiết diện và đường kính dây dẫn 22
II.7 Hệ số dây quấn : 23
II.8 Từ thông khe hở không khí : 23
II.9 Mật độ từ thông khe hở không khí : 24
II.10 Xác định sơ bộ chiều rộng của răng stato: 24
II.11 Xác định sơ bộ chiều cao gông stato: 24
II.12 Kích thước rãnh và cách điện rãnh: 24
II.13 Chiều rộng răng stato: 27
II.14 Chiều cao gông từ stato: 27
II.15 Tính toán khe hở không khí: 27
CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN DÂY QUẤN, RÃNH VÀ GÔNG ROTO 28
III.2 Đường kính ngoài rôto: 28
III.3 Đường kính trục rôto: 29
III.6 Dòng điện trong thanh dẫn rôto: 29
III.7 Dòng điện trong vòng ngắn mạch: 30
III.8 Tiết diện thanh dẫn bằng nhôm: 30
III.9 Tiết diện vành ngắn mạch: 30
III.10 Kính thước răng và rãnh rôto: 30
III.11 Diện tích rãnh rôto: 31
III.12 Diện tích vành ngắn mạch: 32
III.13 Tính các kích thước thực tế: 32
CHƯƠNG IV:TÍNH TOÁN MẠCH TỪ 34
IV.1 Hệ số khe hở không khí: 34
IV.2 Sức điện động từ khe hở không khí: 35
IV.3 Mật độ từ thông ở răng stato: 35
IV.4 Cường độ từ trường trên răng stato: 36
IV.5 Sức từ động trên răng stato: 36
IV.6 Mật độ từ thông trên răng rôto: 36
IV.7 Cường độ từ trường trên răng rôto: 36
IV.8 Sức điện động răng rôto: 36
IV.9 Hệ số bảo hòa răng: 36
IV.10 Mật độ từ thông trên gông stato: 37
IV.11 Cường độ từ trường trên gông stato: 37
IV.12 Chiều dài mạch từ ở gông stato: 37
IV.13 Sức từ động trên gông stato: 37
IV.14 Mật độ từ thông trên gông Roto: 37
IV.15 Cường độ từ trường trên gông rôto: 38
IV.16 Chiều dài mạch từ ở gông rôto: 38
IV.17 Sức từ động trên gông rôto: 38
IV.18 Sức từ động tổng của toàn mạch: 38
IV.19 Hệ số bảo hòa toàn mạch: 38
IV.20 Dòng điện từ hóa: 39
CHƯƠNG V:TÍNH TOÁN THAM SỐ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Ở CHẾ ĐỘ ĐỊNH MỨC 40
V.1 Chiều dài phần đầu nối dây quấn stato: 40
V.2 Chiều dài trung bình nữa vòng dây của dây quấn stato: 40
V.3 Chiều dài dây quấn của 1 pha stato: 40
V.4 Địên trở tác dụng của dây quấn stato: 41
V.5 Điện trở tác dụng của dây quấn rôto: 41
V.6 Hệ số quy đổi điện trở rôto về stato: 42
V.7 Điện trở sau khi quy đổi: 42
V.8 Hệ số từ tản stato: 43
V.9 Hệ số từ dẫn tản tạp stato: 44
V.10 Hệ số từ tản phần đầu nối: 44
V.11 Tổng hệ số từ dẫn tản: 45
V.12 Điện kháng tản dây quấn stato: 45
V.13 Hệ số từ dẫn tản rãnh rôto: 45
V.14 Hệ số từ tản tạp rôto: 46
V.15 Hệ số từ dẫn tản phần đầu nối : 46
V.16 Hệ số từ tản do rãnh nghiêng: 47
V.17 Hệ số từ dẫn rôto: 47
V.18 Điện kháng tản dây quấn rôto: 47
V.19.Điện kháng tản rôto đã quy đổi về stato: 47
V.20.Tính theo đơn vị tương đối: 48
V.21.Điện trở hỗ cảm(khi không xét rãnh nghiêng): 48
V.22 Điện kháng tản khi xét đến rãnh nghiêng: 48
Các tài liệu sử dụng và tham khảo 50
(In lần thứ 4 có bổ sung, chỉnh sửa) 50
Tác giả:TRẦN KHÁNH HÀ-NGUYỄN HỒNG THANH 50
Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật hà nội-2006 50
