›
›

Điện - Điện tử - Giới thiệu chung về dây quấn máy điện xoay chiều

pdf 63 trang vanle 3060
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Điện - Điện tử - Giới thiệu chung về dây quấn máy điện xoay chiều", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfdien_dien_tu_gioi_thieu_chung_ve_day_quan_may_dien_xoay_chie.pdf

Nội dung text: Điện - Điện tử - Giới thiệu chung về dây quấn máy điện xoay chiều

  1. Giới thiệu chung về dây quấn máy điện xoay chiều
  2. Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC Lời mở đầu Chương I Giới thiệu chung về dây quấn máy điện xoay chiều. I .Đại cương về dây quấn máy điện không đồng bộ Roto lồng sóc. II. Dây quấn một lớp . 1.Dây quấn kiểu đồng tâm. 2. Dây quấn kiểu đồng khuôn . III. Dây quấn hai lớp 1.Dây quấn xếp 2.Dây quấn sóng IV Kết luận Chương II : Xác định thông số kết cấu I.Đại cương II.Xác định thông số kết cấu Chương III Xác định thông số dây quấn Stato I.Đại cương II.Xác định thông số dây quấn III. Kết luận Chương IV:Tính toán tham số mạch từ và sơ đồ mạch điện thay thế I.Tính toán tham số mạch II.Tính toán sơ đồ mạch điện thay thế 1.Tính toán điện trở 2.Tính toán điện kháng a.Tính toán ở Stato b.Tính toán ở Roto 3.Tính toán tổn hao thép và tổn hao cơ 4. Đặc tính làm việc 1
  3. Đồ án tốt nghiệp II.Kết luận Chương V:Tính toán kiểm tra chế độ khởi động I Đại cương II. Tham số của động cơ điện khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s = 1 III.Tham số của động cơ điện khi xét đến cả hiệu ứng mặt ngoài và sự bão hòa mạch từ tản IV. Các tham số ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài và sự bão hòa mạch từ tản V. Kết luận. Chương VI:Tính toán nhiệt I.Đại cương. II.Tính toán nhiệt trên sơ đồ thay thế III.Các nhiệt trở trên sơ đồ thay thế IV. Kết luận Chưong VII Kết luận chung Tài liệu tham khảo 2
  4. Đồ án tốt nghiệp LỜI NÓI ĐẦU Kể từ khi năng lượng điện được phát hiện và đi đôi với nó là các thiết bị điện mới được ra đời. Máy điện được ra đời và phát triển từ đó, nó là một thiết bị không thể thiếu được trong mọi lĩnh vực của cuộc sống và trong nền công nghiệp.Máy điện là một hệ điện từ gồm có mạch từ và mạch điện liên quan với nhau.Mạch từ gồm các bộ phận dẫn từ và khe hở không khí.Các mạch điện gồm hai hay nhiều dây quấn có thể chuyển động tương đối với nhau cùng với các bộ phận mang chúng. Ngày nay động cơ được sử dụng rộng rãi nhất là động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc ,có thể nói nó đã thay thế gần hết các loại động cơ khác. Nguyên nhân là do động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc kết cấu đơn giản, vận hành chắc chắn, sử dụng bảo dưỡng thuận tiện và đặc biệt là giá thành hạ.Do vậy việc thiết kế dây là một phần rất quan trọng và không thể thiếu được trong mỗi động cơ.Đặc biệt dây quấn máy điện không đồng bộ Roto lồng sóc có rất nhiều kiểu như : dây quấn một lớp và dây quấn hai lớp . Trong đó dây quấn một lớp chia ra có kiểu dây quấn xép, kiểu dây quấn đồng tấm, kiểu dây quấn đồng khuôn.Còn dây quấn hai lớp có kiểu dây quấn xếp và dây quấn sóng. Tuy nhiên việc thiết kế dây quấn phải đảm bảo nhiều điều kiện khác nhau như : ● Bền về các mặt điện, cơ, nhiệt ● Tiết kiệm được kim loại màu ● Chế tạo, lắp ráp, sửa chữa dễ dàng Với tầm quan trọng như vậy,việc thiết kế này giúp cho sinh viên nắm được phương pháp thiết kế dây quấn cho động cơ, đồng thời cũng chính 3
  5. Đồ án tốt nghiệp là làm quen với công việc sau này sau khi ra trường là hoàn toàn bổ ích và quan trọng. Với tấm lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc,em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn TBĐ- ĐT đã giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại trường và đặc biệt là cô giáo TS Nguyễn Hồng Thanh- người đã trực tiếp hướng dẫn,giúp đỡ để em hoàn thành nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp với đề tài :”Thiết kế dây quấn động cơ không đồng bộ ba pha Roto lồng sóc”. 4
  6. Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀUMÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU I. ĐẠI CƯƠNG Dây quấn phần ứng có nhiệm vụ cảm ứng được một sức điện động nhất định .Khi có chuyển động tương đối với từ trường khe hở. Dây quấn phần ứng của máy điện xoay chiều bao gồm dây quán Stato và dây quấn Roto. Cũng giống như dây quấn của máy điện một chiều, dây quấn phần ứng của máy điện xoay chiều gồm nhiều phần tử nối với nhau theo một quy luật nào đó. Phần tử ở đây cũng chính là bối dây và được đặt vào trong các rãnh phần ứng. Bối dây có thể chỉ là một vòng dây (gọi là dây quấn kiểu thanh dẫn, bối dây thường chế tạo dạng 1/2 phần tử và tiết diện thường lớn), cũng có thể nhiều vòng dây (tiết diện dây nhỏ và gọi là dây quấn kiểu ống dây). Số vòng dây của mỗi bối, số bối dây của mỗi pha và cách nối phụ thuộc vào công suất, điện áp, tốc độ, điều kiện làm việc của máy và quá trình tính toán điện từ. Yêu cầu chính đối với dây quấn động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc như sau : 1) Điện áp của ba pha bằng nhau. Trong dây quấn ba pha, điện áp ba pha lệch nhau 120° góc độ điện. 2) Điện trở và điện kháng của các mạch song song và của ba pha bằng nhau. 3) Có thể đấu thành các mạch song song một cách dễ dàng khi cần thiết. 4) Dùng vật liệu dây dẫn điện ít nhất, phần đầu nối càng ngắn càng tốt để thu gắn chiều dài của máy và đỡ tốn vật liệu. 5) Dễ chế tạo và sửa chữa. 6) Cách điện gữa các vòng dây, các pha và với đất ít tốn kém và chắc chắn . 5
  7. Đồ án tốt nghiệp 7) Kết cấu chắc chắn, có thể chịu được ứng lực cơ khi máy bị ngắn mạch đột ngột hay khi khởi động. Dây quấn phần ứng của máy điện xoay chiều được đặc trưng bằng những số liệu sau : 1) Số rãnh Z 2) Số cực từ 2p 3) Số mạch nhánh song song a 4) Số pha m 5) Số vòng của một pha W 6) Cách nối dây ( ∆ hay Y ) Z 7) Số rãnh của một pha dưới một bước cực : q = 2 pm 8) Bước dây y Trong thực tế có nhiều kiểu dây quấn cho máy điện không đồng bộ Roto lồng sóc, tuy nhiên theo phương pháp bố trí của các cạnh của dây quấn trong rãnh thì dây quấn phân làm hai loại : một lớp và hai lớp. Trong khuôn khổ của cuốn đồ án này ta chỉ đề cập tới một số kiểu dây quấn hay dùng chủ yếu nhất. II .DÂY QUẤN MỘT LỚP Dây quấn một lớp thường được dùng trong các động cơ điện công suất dưới 10kw và trong các máy phát điện tuabin nước.Trong dây quấn một lớp, số rãnh của một pha dưới một bước cực q thường là số nguyên, cạnh của bối dây chiếm cả rãnh nên số cạnh của bối dây của một pha dưới một bước cực đúng bằng q và dưới mỗi đôi cực mỗi pha có một tổ bối dây gồm q bối dây.Trước khi đi vào cụ thể từng kiểu, ta nghiên cứu sự sắp xếp các đầu nối của bối dây trong một pha để phân loại các kiểu dây quấn một lớp 6
  8. Đồ án tốt nghiệp a) a’) b) b’) c) c’) Hình 1.1 Cách sắp xếp đầu nối của dây quấn 1 lớp Hình 1.1 chỉ q là số lẻ (q=3) và số chẵn (q=4). Dây quấn sắp xếp theo hình 1.1a và 1.1a’ có khó khăn vì các bối dây kích thước khác nhau mà lại đè chồng lên nhau. Vì vậy trên thực tế người ta sắp xếp dây quấn theo hai kiểu chính Kiểu thứ nhất có đặc điểm là kích thước các bối dây không giống nhau và xếp đồng tâm với nhau nên không đè chồng lên nhau( hình 1.1b và 1.1b’).Kiểu thứ hai có đặc điểm là kích thước các bối dây giống nhau (hình 1.1c và 1.1c’) nhưng phần đầu nối đè chồng lên nhau nên gọi là dây quấn đối xứng hay đồng khuôn. Mỗi kiểu dây quấn lại chia làm nhiều loại. Sau đây sẽ phân tích từng loại một. 1.DÂY QUẤN KIỂU ĐỒNG TÂM : Trong dây quấn một lớp, vì dưới mỗi đôi cực, một pha có một tổ bối dây quấn có 3p tổ bối dây.Nếu p là số chẵn thì dây quấn có số tổ bối dây là số 7
  9. Đồ án tốt nghiệp chẵn. Trong trường hợp đó có thể chia 1/2 số tổ bối dây đặt trong một mặt phẳng còn lại đặt lên một mặt phẳng khác (hình 1-2) và được gọi là dây quấn đồng tâm hai mặt phẳng. p= 2 q= 2 H×nh 1.2 d©y quÊn ®ång t©m 3 mÆt ph¼ng víi p lμ sè ch½n Nếu p là số lẻ thì số tổ bối dây chia chẵn cho ba do đó có thể đặt các bối dây lên ba mặt phẳng khác nhau (hình 1.2) và gọi là dây quấn đồng tâm ba mặt phẳng. Nếu muốn đặt vào hai mặt phẳng thì một bối dây phải uốn lại (như hình 1-3). p= 1 q= 4 H×nh 1.5 d©y quÊn ®ång t©m ph©n t¸n Khi q là số chẵn thì có thể chia tổ bối dây ra làm hai nửa tổ và đầu dây của các nửa tổ này bẻ ngoặt về hai phía khác nhau. Như vậy trong một pha số nửa tổ bối dây bằng số cực nên phần đầu nối của dây quấn một pha sẽ chiếm tất cả chu vi bề mặt phần đầu nối của Stato, do đó phần đầu p= 1 8
  10. Đồ án tốt nghiệp nói của dây quấn mỗi pha phân bố trên một mặt phẳng và ta có loại dây quấn ba pha đồng tâm ba mặt phẳng (hinh 1-5), loại này còn gọi là dây quấn đồng tâm phân tán. Đặc điểm của dây quấn đồng tâm là các bối dây có hình dáng và chiều dài khác nhau. Khi có mạch nhánh song song thì đặc điểm này có ảnh hưởng rất lớn. Để cho điện trở và điện kháng trong các mạch nhánh của dây quấn hai mặt phẳng bằng nhau thì trong mỗi mạch nhánh số bối dây trong hai mặt phẳng phải như nhau. Gọi a là số mạch nhánh song song trong một pha thì số bối dây trong mỗi mạch nhánh của một mặt phẳng phải là (p/2a).Vì chỉ trong trường hợp (p/2a) là số nguyên chúng ta mới có thể thực hiện được dây quấn có trở kháng đối xứng. Khi a = 2 chỉ có p = 4, 8, 12 .mới thực hiện được điều đó. Đối với dây quấn ba mặt phẳng, vì dây quấn mỗi pha đặt trong một mặt phẳng nên tổng trở của các mạch song song của một pha có thể bằng nhau nhưng tổng trở của các pha lại không thể bằng nhau được.Để tránh được điều đó, trong thực tế người ta cứ quấn các tổ bối dây hoàn toàn như nhau và lúc đặt dây vào các mặt phẳng thì cố ép dây sao cho vừa vào các chỗ trống. Tóm lại dây quấn đồng tâm hai mặt phẳng và ba mặt phẳng thực chất là dây quấn không đối xứng. 2. DÂY QUẤN ĐỒNG KHUÔN : Ngược lại với dây quấn đồng tâm, dây quấn đồng khuôn là loại dây quấn đối xứng vì nó do những bối dây giống nhau hợp lại. Dây quấn đồng khuôn có thể chia làm ba loại : đơn giản, phân tán và móc xích. Sơ đồ của một pha dây quấn đồng khuôn đơn giản như ỏ hình1-1,của loại đồng khuôn phân tán như hình 2-1. So với loại dây quấn đồng tâm phân tán chỉ khác nhau ở hình dáng của đầu dây nối. 9
  11. Đồ án tốt nghiệp p= 2 q= 4 H×nh 1.6 D©y quÊn ®ång khu«n ph©n t¸n p= 2 q= 4 H×nh 1.6 D©y quÊn ®ång khu«n ph©n t¸n Dây quấn móc xích có thể gọi là dây quấn kiểu phân tán, chỉ khác nhau là cạnh dài và cạnh ngắn của bối dây trong tổ bối dây trong tổ bối dây xen vào nhau như ở hình 2-3. p = 2 p = 2 q = 4 q = 3 H×nh 1.7 D©y quÊn mãc xÝch 10
  12. Đồ án tốt nghiệp Vì mỗi bối dây do hai cạnh ngắn và dài hợp lại nên bước dây phải là số lẻ. Dây quấn đồng tâm và đồng khuôn đơn giản, phân tán đều thuộc loại dây quấn bước đủ còn dây quấn móc xích có thể là bước đủ hay bước ngắn. Về quan hệ điện và từ, dây quấn móc xích có thể là bước ngắn nhưng nhìn toàn bộ dây quấn thì giống như một dây quấn bước đủ, vì vậy ưu điểm của dây quấn này là tiết kiệm đồng ở phần đầu nối. II. DÂY QUẤN HAI LỚP Cũng như ở máy điện một chiều,dây quấn hai lớp của máy điện xoay chiều gồm nhiều bối dây độc lập hợp lại, có bao nhiêu rãnh thì có bấy nhiêu bối dây.Dây quấn hai lớp là loại dây quấn mà trong mỗi rãnh có đặt hai cạnh tác dụng, như vậy số bối dây bằng số rãnh S = Z, số tổ bối dây trong một pha bằng Z/mq=2mpq/mq=2p, nghĩa là bằng số cực của máy. Khi quấn dây, cạnh thứ nhất của mỗi bối dây được đặt ở lớp trên của một rãnh, còn cạnh thứ hai được đặt ở lớp dưới của một rãnh khác với khoảng cách y giữa hai cạnh bối dây hay bước dây quấn bằng hoặc gần bằng bước cực τ. Thường thì dây quấn hai lớp có bước ngắn ( y <τ ) để làm yếu sức điện động bậc cao do đó cải thiện được dạng sóng sức điện động, đó là ưu điểm của nó so với dây quấn một lớp. Ngoài ra dùng dây quấn hai lớp còn giảm nhỏ lượng tiêu hao đồng ở phần đầu nối khi máy lớn và khi 11
  13. Đồ án tốt nghiệp chế tạo có thể cơ giới hóa do đó giảm giá thành và có thể chọn số vòng dây của mỗi pha tương đối dễ dàng khi muốn duy trì tỷ lệ giữa Avà Bδ. Ngoài ra có khả năng chọn q là phân số để cải thiện dạng sóng sức điện động.Điều này có một giá trị đặc biệt đối với máy điện đồng bộ nhỉều cực công suất lớn. Tuy nhiên nó cũng có nhược điểm là việc lồng dây quấn vào rãnh cũng như việc sửa chữa gặp khó khăn hơn. Dây quấn hai lớp của máy điện xoay chiều có thẻ chế tạo thành dây quấn xếp hoặc dây quấn sóng.Trong đó dây quấn xếp là chủ yếu còn dây quấn sóng chỉ dùng đối với Roto dây quấn của động cơ điện không đồng bộ và đối với máy phát điện tuabin nước công suất lớn. Bây giờ ta sẽ nghiên cứu việc thực hiện triển khai một sơ đồ quấn dây cụ thể : A N Z A Z 1 2 6 Y B Y B 5 3 C 4 X S C X Hình trình bày sơ đồ triển khai của dây quấn xếp,dưới mỗi cực một phacó hai bối dây nối tiếp nhau thành một nhóm.Vì các nhóm bối dây được đặt liên tiếp dưới các cực S và N nên sức điện động cảm ứng của chúng có chiều ngược nhau,đầu của các nhóm bối dây,chẳng hạn như pha A có kí hiệu là “*”.Để các sức điện động đó cùng chiều và cộng lại với nhau phải nối cuối của nhóm bối dây trước với đầu của nhóm bối dây tiếp theo.Nếu muốn mỗi pha có nhiều mạch nhánh song song phải nối đầu của các nhóm bối dây của pha đó với nhau và cuối của các nhóm bối dây đó 12
  14. Đồ án tốt nghiệp với nhau.Nói chung số nhánh song song của mỗi pha là k với điều kiện k chia đúng 2p. Hình trình bày sơ đồ quấn dây kiểu quấn sóng.Để đơn giản trên hình chỉ trình bày cách nối dây của một pha.Vì mỗi pha vẫn gồm những phần tử giống như của dây quấn xếp nên s.đ.đ cảm ứng của hai loại dây quấn đó hoàn toàn bằng nhau mặc dù cách quấn dây của chúng khác nhau.Đối với dây quấn sóng ở mỗi pha hình thành hai nhóm bối dây: các bối dây dưới các cực N nối nồi tiếp nhau thành nhóm thứ nhất và các bối dây dưới các cực S nối nối tiếp nhau thành nhóm thứ hai.Thí dụ như nếu bắt đầu từ A1 đến X1 thì sau khi đi quanh phần ứng q vòng (ở đây q =2) ta đặt nhóm các bối dây 2 ,14,1,13 nằm dưới các cực N.Cũng như vậy nếu bắt đầu từ X2 đến A2 thì sau khi đi vòng quanh phần ứng hai vòng ta có nhóm các bối dây 8, 20 ,7 ,19 nằm dưới các cực S.Sức điện động của hai nhóm bối dây nằm dưới các cực khác tên sẽ có chiều ngược nhau, đầu của hai nhóm bối dây đó có kí hiệu là “*”.Vì vậy nếu muốn mỗi pha có một nhánh thì phải nối X1với A2 để s.đ.đ của hai nhóm cùng chiều nhau. IV. KẾT LUẬN : Do vậy với nhiều kiểu loại dây quấn như trên nhiệm vụ thiết kế dây quấn cho động không đồng bộ ba pha lồng sóc của ta là phải làm sao chọn được kiểu dây quấn nào phù hợp nhất với công suất của động cơ và còn phải làm sao đảm bảo được các chỉ tiêu về mặt kĩ thuật cũng như kinh tế được tốt nhất. Tóm lại qua phần lý thuyết về dây quấn vừa nêu với các thông số đã cho ở đề bài ta hoàn toàn có thể chọn kiểu dây quấn xếp hai lớp đặt vào rãnh nửa kín và sử dụng bước dây quấn là bước ngắn.Vì nó có nhiều ưu điểm như : có thể chọn bước dây quấn tốt nhất để cải thiện dạng sóng sức điện động,giảm nhỏ lượng tiêu hao đồng ở phần đầu nối khi máy lớn 13
  15. Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG II : XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ KÊT CẤU I. ĐẠI CƯƠNG Việc xác định thông số kết cấu nhằm chế tạo ra máy kinh tế hợp lý nhất mà tính năng phù hợp với tiêu chuẩn nhà nước.Tính kinh tế của máy không phải chỉ là vật liệu sử dụng để chế tạo ra máy mà còn xét đến quá trình chế tạo trong nhà máy,như tính thông dụng của các khuôn dập, vật đúc,các kích thước và chi tiết tiêu chuẩn hóa . II.XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ KẾT CẤU 2.1Chọn loại lõi sắt stato máy làm bằng thép kĩ thuật điện cán nguội dầy 0,5(mm) (do nó có ưu điểm như là suất tổn hao nhỏ ,cường độ từ cảm cao,chất lượng bề mặt tốt,độ bằng phẳng tốt nên hệ số ép chặt lá thép cao )và có kí hiệu là 2212. +Đồng thời chọn kết cấu cách điện rãnh là cấp B 2.2 Bước cực : π× D π×15.3 τ = = = 12,0166 cm 2 p 4 2.3 Dòng điện pha định mức : P.103 11.103 I = I = = = 22,0196 A 1 đm 3.η.cosϕ 3× 0,87 × 0,87 2.4 Đường kính ngoài Roto : D ' = D − 2 δ = 15,3 − 2 × 0,045 = 15,21 cm 2.5 Bước răng Stato : π × D π × 15,3 t = = = 1,3352 cm 1 2 p 36 14
  16. Đồ án tốt nghiệp 2.6 Bước răng Roto : π× D' π×15,21 t 2 = = = 1,4054 cm Z2 34 2.7 Bề rộng răng Stato : π×()D+ b + 2h π×(15,3+ 2×0,05+0,71) b' = 2 41 −b = −0,71= 0,6952cm Z1 2 Z1 36 π()D+ 2 h π× (15,3 + 2 ×1,790) b" = r1 − b = − 0,980 = 0,6676 cm Z1 1 Z1 36 b' + b" Z1 Z1 0,6952 + 0,6676 vậy ta có: bZ = = = 0,6814 cm 1 2 2 2.8 Bề rộng răng Roto : ' ' π(D − d − 2.h ) b = 1 41 − d Z2 1 Z2 π× ()15,21− 0,32 − 2× 0,075 = − 0,32 34 = 1,0413cm ' ' " π(D − 2h r1 + d 2 ) b Z2 = − d 2 Z2 π×()15,21− 2×1,978+ 0,2 = − 0,2 34 = 0,8587cm b ' + b" 1,0413 + 0,87578 ⇒ b = Z 2 Z 2 = = 0,9496 cm Z 2 2 2 2.9 Kích thước rãnh cách điện stato : -Tiết diện thực của rãnh ' b1 + b 2 9,80 + 7,10 2 Sr = × ()h12 − h n = × ()17,40 −1,8 = 131,820 mm 2 2 ☻Trong đó : * h12 = hr1-h41=17,90-0,5=17,40mm 15
  17. Đồ án tốt nghiệp * hn = 1,8mm :chiều cao nêm trong rãnh stato. Diện tích cách điện rãnh : Scđ = c.(2h42+b1)+b2.c = 0,4.(2×17,40+9,80) + 7,10×0,5=21,39mm2 Trong đó : do chọn cấp cách điện rãnh là cấp B nên tra bảng phụ lục VIII- 1 phụ lụcVIIItrang 629 sách thiết kế máy điện (TKMĐ) của tác giả Trần khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh ta được : - c =0,4mm :chiều dầy cách điện rãnh. - c’=0,5mm :chiều dầy cách điện giữa hai lớp cách điện. Vậy diện tích có ích của rãnh là : 2 Sr =S’r -Scđ =131,82-21,39=110,43mm 2.10 Chiều cao gông Stato : D − D 23 ,3 − 15 ,3 h = n − h = − 1,790 = 2,21cm g 1 2 r1 2 2.11 Chiều cao gông Roto : D'−D 1 15,21− 5,4 1 h = t − h − d = −1,798 + 0,2 = 2,894cm g 2 2 r 2 6 2 2 6 2.12 Làm nghiêng rãnh ở Roto và nghiêng 1/16 vòng tròn nghĩa là một bước răng Stato như vậy : bn ≈ t1=1,3352 cm 2.13 Diện tích rãnh Roto là : 2 2 π()d1 + d 2 d1 + d 2 ⎛ d1 + d 2 ⎞ Sr 2 = + ⎜ h r 2 − h 42 − ⎟ 2 2 ⎝ 2 ⎠ π× ()3,2 2 + 2,0 2 ()3,2 + 2,0 ⎛ 3,2 + 2,0 ⎞ = + × ⎜19,78 − 0,75 − ⎟ 2 2 ⎝ 2 ⎠ = 48,3072 mm 2 16
  18. Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG III: XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ DÂY QUẤN STATO I ĐẠI CƯƠNG Việc xác định thông só dây quấn Stato cho máy là công việc hết sức quan trọng với nhiều yêu cầu khác nhau.Nói chung cho dây quấn phải đảm bảo các yêu cầu như : phải tạo ra được ở khe hở không khí một từ trường phân bố hình sin hoặc đảm bảo có được một sức điện động và một dòng điện tương ứng với công suất điện từ của máy,tiết kiệm được vật liệu . Những yêu cầu này có liên quan đến đặc tính làm việc của máy. II XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ KẾT CẤU 3.1 Xác định kiểu dây quấn: -Như ở phần kết luận chương I ta đã chọn dây quấn xếp hai lớp sử dụng bước ngắn với y =7 y 7 -Vậy ta có : β = = = 0,778 τ 9 Z 36 Với : τ = 1 = =9 2p 4 Như vậy ta có sơ đồ dây quấn như hình vẽ với các thông số : Z1=36; m=3; y =7 ; τ=9 ; q=3 Z 36 Trong đó : q = 1 = = 3 số rãnh một pha dưới một bước cực 2mp 12 3.2 Hệ số dây quấn : π 7 π -Hệ số bước ngắn : k = sin β × = sin × = 0,9397 y 2 9 2 17
  19. Đồ án tốt nghiệp α 20 sin q × sin 3 × k = 2 = 2 = 0,9598 -Hệ số bước rải : r α 20 q × sin 3 × sin 2 2 360 360 ° ☻ Trong đó : α = p = 2× = 20 Z1 36 Vậy ta có : kdq = ky×kr = 0,9397×0,9598 = 0,9019 18
  20. Đồ án tốt nghiệp SƠ ĐỒ DÂY QUẤN XẾP 3 PHA HAI LỚP VỚI Z =36; 2p= 4 ; q =3; β =7/9 ; m =3 1
  21. Đồ án tốt nghiệp 3.3Số vòng dây nối tiếp một pha : ' k E × U1 0,962 × 220 W1 = = = 101vòng 4k s .k dq .f.Φ 4 ×1,11× 0,9019 × 50 × 0,01046 ☻Trong đó : - chọn : α =0,64 ; ks =1,11 ; Bδ= 0,85 ; kE=0.962 -luồng từ thông khe hở không khí là : -4 Φδ = B’δ×αδ×lδ×τ ×10 = 0,85×0,64×16×12,0166×10-4 = 0,0146 3.4 Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh là : ' a 1 × W1 1 × 101 u' r1 = = = 16,83 p× q 2 × 3 Vậy ta lấy: ur1=17 Như vậy số vòng dây chính xác ứng với ur1=17 là : p× q× u r 1 2 × 3 × 17 W1 = = = 102 vòng a 1 1 Trong đó : - a1 =1 số mạch nhánh song song. 3.5 Xác định lại chính xác Φδ , Bδ : k × U 0,962 × 220 Φ = E 1 = = 0,01036 wb 4.k s .k dq .W1 .f 4 ×1,11 × 0,9019 ×102 × 50 Φ.104 0,01036.104 Bδ = = = 0,84T α δ × lδ × τ 0,64×16×12,0166 Ta có : ' Bδ − Bδ 0,85 − 0,84 ΔBδ = ×100 = ×100 =1,17% < 5% Bδ 0,85 Vậy việc chọn Bδ là hoàn toàn thỏa mãn. 3.6 Tiết diện và đường kính dây dẫn : Để chon kích thước dây trước hết ta phải xác định được mật độ dòng điện j của dây dẫn.Việc chọn mật độ dòng điện ảnh hưởng đến hiệu suất và sự 1
  22. Đồ án tốt nghiệp phát nóng n của máy mà sự phát nóng của máy phụ thuộc vào tích số AJ.Tích số này tỷ lệ với suất tải nhiệt của máy.Do đó trong máy điện không đồng bộ thì AJ phụ thuộc vào đường kính ngoài lõi sắt Stato Dn. Do vậy theo hình 10-4 trang 237sách TKMĐ của tac giả Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh với Dn=23,3cm ta chọn được tích số AJ=- 1900A2/cm.mm2. Vậy ta có mật độ dòng điện là : AJ 1900 J = = = 6,7735 A / mm 2 1 A 280,504 Trong đó : - A: tải đường 2 × m × I × W 2 × 3 × 22,0196 × 102 A = 1 1 = = 280,504 A/cm π× D π× 15,3 - tiết diện dây sơ bộ ' I đm 22,0196 2 s1 = = = 1,625 mm a 1× × n1× J1 1×1× 6,7735 Trong đó: - chọn n1 = 2 :số sợi chập song song . -Iđm=22,0196A : dòng điện định mức (theo 1.3). Vậy theo tiêu chuẩn bảng VI-1 phụ lục VI ta chọn dây đồng tráng men PETV có đường kính dây không kể cách điện là d =1.45mm ,đường kích 2 kể cả cách điện là dcđ =1,535mm va tiết diện dây là s=1,651mm 3.7 Hệ số lấp đầy rãnh : 2 2 u r1 × n1 × dcđ 17× 2×1,535 k lđ = = = 0,725 Sr1 110,430 2 ☻Trong đó : + Sr=110,43mm :diện tích có ích của rãnh(theo 1.9). Nhưvậy hệ số klđ =0,725 là hoàn toàn thõa mãn công nghệ cho phép (klđ =0,70 – 0,75). 2
  23. Đồ án tốt nghiệp PHẦN 4 :TÍNH TOÁN THAM SỐ MẠCH TỪ VÀ SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN THAY THẾ I. TÍNH TOÁN THAM SỐ MẠCH TỪ Tính toán mạch từ là xác định sức từ động cần thiết để tạo ra khe hở không khí một từ thông có thể sinh ra sức điện động đã xác định ở dây quấn phần ứng.Để tính toán tổng sức từ động của máy người ta chia làm 5 phần : ● Sức tử động ở khe hở không khí. ● Sức từ động ở răng Stato. ●Sức từ động ở gông Stato. ●Sức từ động ở răng Roto. ●Sức từ động ở gông Roto. 4.1 Sức từ động ở khe hở không khí : Để tính sức từ động ở khe hở không khí người ta đưa ra hệ số khe hở không khí (hệ số Carter) kδ. Hệ số này thể hiện sự phân bố từ trường không đều ở khe hở không khí do có răng rãnh của Stato và Roto.Hệ số này được tính như sau: kδ=kδ1× kδ2 Với : -kδ1 hệ số khe hở không khí do răng rãnh của Stato. -kδ2 hệ số khe hở không khí do răng rãnh của Roto. Trong đó : t 1 1,3352 ● k δ 1 = = = 1,1899 t 1 − ν 1δ 1,3352 − 4 ,7343 × 0 ,045 3
  24. Đồ án tốt nghiệp 2 2 ⎛ b ⎞ ⎛ 3,5 ⎞ ⎜ 41 ⎟ ⎜ ⎟ δ 0,45 ν = ⎝ ⎠ = ⎝ ⎠ = 4,7343 Với : 1 b 3,5 5 + 41 5 + δ 0,45 t 2 1,4054 ● k δ 2 = = = 1,0446 t 2 − ν 2δ 1,4054 − 1,3333 × 0,045 2 2 ⎛ b ⎞ ⎛ 1,5 ⎞ ⎜ 42 ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ δ ⎠ ⎝ 045⎠ Với : ν 2 = = =1,3333 ⎛ b ⎞ ⎛ 1,5 ⎞ 5 + ⎜ 42 ⎟ 5 + ⎜ ⎟ ⎝ δ ⎠ ⎝ 0,45 ⎠ Vậy kδ = kδ1 × kδ2 =1,1899 × 1,0446 =1,2429 Ta có sức từ động ở khe hở không khí là : 4 4 Fδ=1,6.Bδ.kδ.δ.10 =1,6×0,84×1,2429×0,045×10 =751,7059A 4.2 Sức từ động ở răng Stato : Fz1 Để tìm được Fz1 ta phải tìm lại chính xác mật độ từ thông trên răng Stato: Bδ ×lδ × t1 0,84×16×1,3352 BZ1 = = =1,73T bZ1×l1× k c 0,681×16×0,95 ☻ Trong đó : kc =0,95 hệ số ép chặt lõi sắt. Theo bảng V-6 phụ lục V trang 608 sách TKMĐ của tác giả Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh ta tra được cường độ từ trường trên răng Stato là HZ1 =20,7 A/cm. Như vậy sức từ động trên răng Stato là : FZ1 =2.hz1.HZ1 =2×1,790×20,7 =74,106 A Trong đó : hZ1 =hr1 =1,790 cm. 4.3 Sức từ động trên răng Roto là : FZ2 -Ta có mật độ từ thông ở răng Roto : B δ × l 2 × t 2 0,84 × 16,0 × 1,4054 B Z 2 = = = 1,31 T b z 2 × l 2 × k c 0,9496 × 16,0 × 0,95 ☻ Trong đó : ▪ bz2 =0,9496 cm –bề rộng răng Roto (theo 2.8). ▪ t2 =1,4054cm bước răng Roto (theo 2.5). 4
  25. Đồ án tốt nghiệp -Từ BZ2 =1,31T tra bảng phụ lục V-6 phụ lục V trang 608 sách TKMĐ của tác giả Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh ta được cường độ từ trường trên răng Roto là : HZ2 = 7,38A/cm. -Vậy sức từ động trên răng Roto : FZ2 = 2.h’z2.HZ2 = 2×1,871×7,38 = 27,6159 A ☻Trong đó chiều cao tính toán của răng Roto bằng : d1 0,32 h z1 = h r1 − = 1,978− = 1,871cm 3 3 4.4 Tính sức từ động ở gông Stato Fg1 : -Mật độ từ thông ở gông Stato : Φ×10 4 0,01036 ×10 4 Bg1 = = = 1,54 T 2 h g1× l1× k c 2 × 2,21 ×16,0 × 0,95 -Từ Bg1 =1,54T theo bảng V-9 phụ lục V trang 611sách TKMĐ của tác giả Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh ta tra được cường độ từ trường trên gông Stato là Hg1 =10,4A/cm . -Chiều dài mạch từ ở gông Stato : π(D n − h g1 ) π× (23,3 − 2,21 ) L = = = 16,5556 cm g1 2 p 4 ☻trong đó : - Dn =23,3 cm đường kính ngoài của Stato - hg1 =2,21 cm chiều cao gông Stato (theo 2.10). -Vậy sức từ động ở gông Stato bằng : Fg1 = Lg1×Hg1 =16,5556× 10,4 =172,178 A 4.5 Sức từ động ở gông Roto Fg2 : -Mật độ từ thông ở gông Roto : Φ.104 0,01036×104 Bg 2 = = =1,18T 2hg 2×l2×kc 2× 2,894×16,0×0,95 5
  26. Đồ án tốt nghiệp -Từ Bg1 =1,18T theo bảng V-9 phụ lục V trang 611sách TKMĐ của tác giả Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh ta tra được cường độ từ trường trên gông Stato là Hg1 =3,90A/cm -Chiều dài mạch từ ở gông Roto: π(d t + h g 2 ) π× (5,4 + 2,894 ) L = = = 6,5108cm g 2 2 p 4 -Vậy sức từ động ở gông Roto bằng : Fg2 =Lg2×Hg2 =6,5108× 3,90 =25,3921 A 4.6 Tổng sức từ động của mạch từ F = Fδ× FZ1×FZ2×Fg1×Fg2 = 751,7059+74,106+27,6159+172,178+25,3921 =1050,9979 A 4.7 Hệ só bão hòa toàn mạch : F 10500,9979 kμ = = = 1,3981 Fδ 751,7059 4.8 Dòng điện từ hóa : p× F 2 ×1050,9979 Iμ = = = 8,4627 A 2,7 × W1× k dq 2,7 ×102 × 0,9019 -Dòng điện từ hóa phần trăm : Iμ 8,4627 Iμ % = ×100= ×100= 38,43% Iđm 22,0196 II.Tính toán các tham số của sơ đồ mạch điện thay thế 6
  27. Đồ án tốt nghiệp Các tham số chủ yếu của động cơ không đồng bộ là điện trở và điện kháng của dây quấn.Những điện kháng được xác định bởi trị số từ thông móc vòng trên đơn vị dòng điện và tần số.Từ thông móc vòng của tất cả các máy điện có thể chia làm hai loại : ● Từ thông móc vòng cảm tương hỗ . ● Từ thông móc vòng từ tản. Mỗi loại có một tính chất riêng của mình trong việc xác định đặc tính làm việc và các đặc tính khác của máy điện. Dựa vào các điện trở ,ta có thể xác định được những trị số tổn hao của dây quấn máy điện ở chế độ làm việc ổn định cũng như trong quá trình quá độ.Trong thiết kế máy điện ,tính toán điện trở và điện kháng của dây quấn là một vấn đề hết sức quan trọng.Ở đây để tính toán ta chỉ đưa ra các công thức cuối cùng được áp dụng . 1/Tính toán điện trở : Điện trở mỗi pha dây quấn Stato là : L1 r1 = k r × ρ× ;Ω sa 1 ☻Trong đó : - L1 : chiều dài dây quấn một pha của Stato. - a1 : số mạch nhánh song song. - s : tiết diện tác dụng của dây dẫn - Khi tính toán máy điện không đồng bộ thường lấy kr =1. - ρ : điện trở suất của vật dẫn. Theo qui định nhiệt độ làm việc tính toán của máy là 75ºC đối với cách điện cấp B.Do vậy điện trở suất của vật liệu dây dẫn đồng ở 75ºC là ρ75 =1/46 Ωmm2/m. 4.9 Chiều dài phần đầu nối của dây quấn Stato : lđn1 =kđ1.τy +2B =1,55×10,4397 +2×1,0 =18,1815 cm 7
  28. Đồ án tốt nghiệp ☻Trong đó : π()D+ h r1 y π× (15,3 + 1,790 ).7 - τ y = = = 10,4397 cm Z1 36 - kđ1=1.55 và B =1.0cm tra theo bảng 3.4 trang 69 sách TKMĐ của tac giả Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh . 4.10 Chiều dài trung bình của 1/2 vòng dây của dây quấn Stato : ltb =l1 +lđn1 =16,0 + 18,1815 = 34,1815 cm 4.11chiều dài dây quấn một pha của Stato : -2 -2 L1=2×ltb×W1×10 =2 × 34,1815×102×10 =69,7303cm 4.12 Điện trở tác dụng của dây quấn Stato : L1 1 69,7303 r1 = ρ 75 × = × = 0,4591 Ω a 1 . n 1 .s1 46 1× 2 × 1,651 ☻trong đó : -a1 =1 số mạch nhánh song song. -n1 = 2 số sợi chập song song . 2 -s1 =1,615mm tiết diện dây dẫn. Tính theo đơn vị tưong đối : ∗ I1 22,0196 r1 = r1× = 0,4591× = 0,0459 Ω U1 220 4.14 Điện trở tác dụng của dây quấn Roto ; −2 −2 l2×10 1 16,0×10 −4 rtd = ρAl× = × =1,44.10 Ω Sr 2 23 48,3072 ☻Trong đó : -do Roto lồng sóc đúc bằng vật liệu nhôm nên điện trở 2 suất của đồng ở 75ºC là ρCu =1/23(Ωmm /m) theo bảng 5.1trang 117 sách TKMĐ của tác giả Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh 2 -Sr2 =48,3072mm diện tích rãnh Roto (theo2.13) 8
  29. Đồ án tốt nghiệp 4.15 Điện trở vành ngắn mạch : −2 −2 π.Dv .10 1 π×12,890×10 −4 rv = ρAl× = × = 0,0162.10 Ω Z2 .()a.b 23 34×()23,20×13,80 ☻Trong đó : -Dv =12,890 cm đường kính vành ngắn mạch. - a =23,20mm kích thước dọc trục vành ngắn mạch. - b =13,80mm kích thước ngang trục vành ngắn mạch. 4.16 Điện trở Roto : 2 r ⎛ 2 × 0,0162 ⎞ r = r + v = 1,44 + 10 −4 = 1,6799.10 −4 Ω 2 td 2 ⎜ 2 ⎟ Δ ⎝ 0,3675 ⎠ π × p π ×2 ☻Trong đó : - Δ = 2sin 2sin =0,3675 Z2 34 4.17 Hệ số qui đổi 2 2 4m()W1.kdq 4×3(102×0,9019) γ = = = 2986,8915 Z2 34 4.18 Điện trở Roto đã qui đổi : ' −4 r2 = γ× r2 = 2986,8915×1,6799.10 = 0,5017Ω Tính theo đơn vị tương đối : '∗ ' I1 22,0916 r2 = r2 × = 0,5017× = 0,0502 U1 220 2/ Tính toán điện kháng : Trong lý thuyết máy điện, chúng ta đã biết tổng từ thông của dây quấn gồm có từ thông móc vòng chính(từ thông đi qua khe hở không khí và móc vòng với cả hai dây quấn Stato và Roto)và từ thông móc vòng tản(từ thông chỉ móc vòng với chính dây quấn sinh ra nó).Từ khái niệm đó,đối với dây quấn Stato máy điện không đồng bộ,ta có: x11 =x1c +x1 9
  30. Đồ án tốt nghiệp trong đó : - x11 và x1c :điện kháng toàn phần và điện kháng chính. -x1 :điện kháng tản. Để xác định chính xác từ thông móc vòng của từ tản và từ đó tính các điện kháng là một vấn đề rất khó nên trong tính toán thực tế người ta dùng phương pháp tính gần đúng.Nếu cần phải tính thật chính xác thì người ta dùng phương pháp thực nghiệm.Chúng ta chia từ trường tản làm 3 phần ; ●Từ tản ở rãnh : λr. ● Từ tản ở phần đầu nối : λđn ● Từ tản tạp : λt Từ đó người ta đưa ra công thức tính điện kháng tản như sau : 2 f ⎛ W ⎞ l x = 0,158 ⎜ ⎟ δ Σλ ; Ω 100 ⎝ 100 ⎠ pq Trong đó Σλ = λr + λđn + λt Như vậy để tính x thì trước hết phải xác định các hệ số từ dẫn λ. a/ Tính ở Stato : 4.19 Hệ số từ tản rãnh λr : Đối với dây quấn hai lớp sử dụng bước ngắn, hệ số λr còn phụ thuộc vào hệ số β. Đối với rãnh hình thang λr được tính như sau : h ⎛ h 3h h ⎞ 1 ⎜ 2 2 41 ⎟ ' λ r = k β + ⎜ + + ⎟ k β 3b ⎝ b b+ 2 h 41 b 41 ⎠ ☻Trong đó : 7 - β = (theo 2.1) 9 10
  31. Đồ án tốt nghiệp 7 1+3× ' 1+3β 9 - kβ = = = 0,833 4 4 1 3 ' 1 3 - k β = + k β = + × 0,833 = 0,875 4 4 4 4 - b =b1 =7,10 mm 1 1 7,10 - h3 + h 41 ≈ b1 ⇒ h3 = b1 − h 41 = − 0,5 =1,87 mm 3 3 3 - h2 =h3 -hn =1,87 -1,80 =0,07mm - h1 = h12- hn = (hr1 – b41) – hn =(17,90 -0,5) –1,80=15,60mm Vậy ta có ; 15,60 ⎛0,07 3×1,87 0,5⎞ λr = ×0,875+⎜ + + ⎟×0,833=1,3449 3×7,10 ⎝ 7,10 7,10+ 2×0,5 3,5⎠ 4.20 Hệ số từ tản tạp λt : Chúng ta đã biết điện kháng chính x1c của dây quấn Stato là do sóng bậc nhất của từ trường Stato sinh ra. Có thể nói rằng sự truyền tải năng lượng từ Stato tới Roto tiến hành được là do sóng bậc nhất của từ trường.Sóng bậc cao của từ trường Stato sinh ra ở dây quấn Stato những sức điện động có tần số bằng tần số sóng bậc cao, đồng thời chúng cũng tạo ra ở dây quấn Roto khi đang quay những sức điện động có tần số cao.Do đó trong thực tế những sóng này không tham ra vào việc truyền tải năng lượng từ Stato tới Roto những sức điện động sóng bậc cao tạo ra được gọi là sức điện động tản hay sức điện động tạp. Từ đó ta có công thức tính hệ số từ dẫn tản tạp λt : 2 t 1 .(q 1 k dq ) .ρ t 1 . k t 1 λ t = 0,9 σ t 1 δ . k δ 11
  32. Đồ án tốt nghiệp Để tính được λt người ta đưa ra hệ số σt ,đó là tỷ số tổng các sức điện động của sóng bậc cao với sức điện động của sóng bậc nhất trong cùng một từ trường ấy. Ta có kt1 hệ số dây quấn Stato phụ thuộc vào b41 và δ. 2 2 b41 0,35 - kt1 =1−0,033× =1−0,033× = 0,9327 t1 .δ 1,3352×0,045 Z 36 - q = 1 = = 3 số rãnh một pha dưới một bước cực. 1 2mp 2× 3× 2 - kδ =1,2429 hệ số khe hở không khí (theo 4.1) - kdq =0,9019 hệ số dây quấn (theo 3.2) - ρt1: xác định theo bảng 5.3 trang 137 sách TKMĐ của tác giả Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh. Z2 34 Z2 34 Nội suy ρ theo q 2 = = = 2,8333 và = =17 t1 2mp 12 p 2 ⎧q = 2 ⇒ ρ = 0,94 Z2 ⎪ 2 t()15 ● =15⇒ ⎨ p ⎩⎪q2 = 3 ⇒ ρt()15 = 0,93 0,93−0,94⎛ 34 ⎞ ⇒ρ ⎛ 34⎞ = 0,94+ ⎜ ⎟ = 0,932 t⎜ ⎟ 3− 2 12− 2 ⎝ 12 ⎠ ⎝ ⎠ Z ⎛q2 = 2 ⇒ρt()20 = 0,87 2 20 ⎜ ● = ⇒⎜ p ⎝q3 = 3⇒ρt()20 = 0,88 0,88 − 0,87 ⎛ 34 ⎞ ⇒ ρ ⎛ 34 ⎞ = 0,87 + ⎜ − 2⎟ = 0.878 t⎜ ⎟ 3 − 2 12 ⎝ 12 ⎠ ⎝ ⎠ Z Nội suy theo 2 = 17 : p 0,878 − 0,932 ρ = 0,932 + ()17 −15 = 0,9014 t()17 20 −15 12
  33. Đồ án tốt nghiệp - σt : xác định theo bảng 5.2a trang 135 sách TKMĐ của tác giả Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh. ⎛β = 0 ⇒ σt()β=0 =1,41 q = 3 ⇒ ⎜ ⎜ ⎝β =1⇒ σt()β=1 =1,15 1,15 −1,41⎛ 7 ⎞ ⇒ σ ⎛ 7 ⎞ = 1,41+ ⎜ − 0⎟ =1,208 t⎜β= ⎟ 1− 0 9 ⎝ 9 ⎠ ⎝ ⎠ Vậy hệ số từ tản tạp Stato : ()3×0,9019 2 ×0,9014×0,9327 λt1 = 0,9×1,3352× ×0,01208=1,5974 1,2429×0,045 4.21 Hệ số từ tản phần đầu nối của dây quấn Stato : Tùy theo loại dây quấn mà người ta đưa ra công thức phù hợp.Do ta chọn loại dây quấn xếp hai lớp nên : q 1 λ đ 1 = 0,34 ()l đn − 0,64 βτ l δ 3 ⎛ 7 ⎞ = 0,34 × ⎜15,5716 − 0,64 × × 12,0166 ⎟ 16,0 ⎝ 9 ⎠ = 0,6114 Trong đó : -τ = 12,0166 cm bước cực (theo 2.2) -lđn =15,5716 cm (theo 4.8) 4.22 Hệ số từ tản Stato : Σλ1 = λr1 + λ t1 + λđ1 = 1,3449 +1,5974+0,6114 =3,5537 4.23 Điện kháng dây quấn Stato : 13
  34. Đồ án tốt nghiệp 2 f ⎛ W1 ⎞ lδ x 1 = 0,158 ⎜ ⎟ Σλ 1 100 ⎝ 100 ⎠ pq 2 50 ⎛ 102 ⎞ 16,0 = 0,158 × × ⎜ ⎟ × × 3,5 537 100 ⎝ 100 ⎠ 2 × 3 = 0,7824 Ω Tính theo đơn vị tương đối : ∗ I1 22,0196 x 1 = x 1 = 0,7824 × = 0,07 83 U 1 220 b/ Tính ở Roto : Tương tự như phần tính ở Stato ta cũng có : 4.23 Hệ số từ tản rãnh Roto : 2 h ⎡⎛ πb2 ⎞ b ⎤ h λ = 1 ⎢⎜1− ⎟ + 0,66− 42 ⎥ + 42 r 2 3b ⎜ 8S ⎟ 2b b ⎣⎢⎝ r 2 ⎠ ⎦⎥ 42 2 17,11 ⎡⎛ π×3,202 ⎞ 1,5 ⎤ 0,75 = ⎢⎜1− ⎟ + 0,66− ⎥ + 3×3,20 ⎜ 8×48,3072⎟ 2×3,20 1,5 ⎣⎢⎝ ⎠ ⎦⎥ = 2,7565 ☻Trong đó : - b =d1 =3,20mm d h = h − h − 1 −0,1d 1 r 2 41 2 1 3,20 =19,78− 0,75− −0,1×3,20 2 =17,11mm - b42 =1,5 mm - h42 =0,75mm 2 - Sr2 =48,3072mm ( theo 2.13) 14
  35. Đồ án tốt nghiệp 4.24 Hệ số từ tản Roto : 2 t 2 .(q2k d 2 ) .ρt 2 .k t 2 λ t 2 = 0,9 σ t 2 δ.k δ Z2 34 34 ☻Trong đó : - q2 = = = 2mp 2×3×2 12 - ρt2 =1 , kt2 = 1 . kd2 =1 - kδ =1,2429 (theo 4.1) - σt2 = 0,0115 tra theo bảng 5.2c trang 136 sáchTKMĐ của tác giả Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh. Vậy ta có : 2 t 2 (q2k d 2 ) ρt 2 .k t 2 λ t 2 = 0,9 σt 2 δ.k δ 2 ⎛ 34 ⎞ 1,4054×⎜ ×1⎟ ×1×1 12 = 0,9× ⎝ ⎠ ×0,0115 0,045×1,2429 = 2,0878 4.25 Hệ số từ tản phần đầu nối : 2,3. D v 4,7. D v λ đ 2 = 2 × log Z 2 .l 2 .Δ a+ 2 b 2,3 ×12,890 4,7 ×12,890 = × log 34 ×16,0 × 0,3675 2 2,320 + 2 ×1,380 = 0,4344 ☻Trong đó :- Dv =12,890cm đường kính vành ngắn mạch . - a= 23,20cm kích thước dọc trục vành ngắn mạch . - b=13,80 mm kích thước ngang vành ngắn mạch 15
  36. Đồ án tốt nghiệp π × p π ×2 - Δ = 2sin 2sin =0,3675 Z2 34 4.26 Hệ số tử tản phần rãnh nghiêng : 2 2 ⎛ b ⎞ ⎛1,3352⎞ ⎜ n ⎟ λ rn = 0,5λ t 2 ⎜ ⎟ = 0,5× 2,0877×⎜ ⎟ = 0,9422 ⎝ t 2 ⎠ ⎝1,4054⎠ ☻Trong đó : - bn =1,3352cm (theo 2.12) - t2 =1,4054cm bước răng Roto (theo 2.6) 4.27 Hê số từ tản Roto : Σλ2= λr2 +λt2 +λđ2 +λrn =2,7565+2,0878+0,4344+0,9422=6,2209 4.28 Điện kháng tản Roto : -8 -8 -4 x2= 7,9.f1.l2 .Σλ2.10 =7,9×50×16,0×6,2208.10 =3,9315.10 Ω 4.29 Điên kháng Roto đã qui đổi : -4 x’2 = γ×x2 =2986,8915×3,9315.10 =1,1743 Ω tính theo đơn vị tương đối : ∗ ' I1 22,0196 x2 = x2 =1,1743× = 0,1775 U1 220 4.30 Điện kháng hỗ cảm : U1 − I μ .x1 220 −8,4627×0,7789 x12 = = = 25,2140Ω I μ 8,4627 Tính theo đơn vị tương đối : ∗ I1 22,0196 x12 = x12 = 22,2175× = 2,5239 U1 220 4.31 Kiểm tra lại kE : 16
  37. Đồ án tốt nghiệp U1−Iμx1 220−8,4627×0,7824 kE = = = 0,9699 U1 220 Trị số này không sai khác nhiều so với giả thiết ban đầu chọn là kE = 0,962.Do vậy ta không cần phải tính lại. 3/Tính toán tổn hao thép và tổn hao cơ : Tổn hao sinh ra trong quá trình làm việc của máy điện về bản chất nó gắn liền với quá trình điện từ trong máy và chuyển động cơ của Roto. Tổn hao trong máy điện có thể chia làm những loại sau : -Tổn hao trong thép ở Stato và Roto do từ trễ và dòng điện xoáy khi từ thông chính biến thiên. -Tổn hao bề mặt và tổn hao đập mạch do sự thay đổi của từ trễ và sự thay đổi tương đối của răng rãnh Stato -Tổn hao đồng -Tổn hao cơ, phụ 4.32 Tổn hao thép và tổn hao cơ : ● Trọng lượng răng Stato : -3 GZ1 = γFe.Z1.bz1.hz1l1kc.10 = 7,8×36×0,681×1,790×16,0×0,95.10-3 =5,2028 kg ●Trọng lượng răng Roto : -3 GZ2 = γFe.Z2.bz2.h’z2.l2.kc.10 = 7,8×34×0,9496×1,871×16,0×0,95×10-3 = 7,1619 kg ●Trọng lượng gông từ Stato : -3 Gg1 = γFe.l1.hg1.Lg1.2p.kc.10 = 7,8×16,0×16,5556×2,210×4×095×10-3 17
  38. Đồ án tốt nghiệp = 17,3514 kg ● Tổn hao trong lõi sắt Stato : + Trong răng : 2 −3 2 −3 PFeZ1 = kgcz .pFeZ1 .BZ1 .GZ1 .10 =1,8×2,5×1,73 ×5,2028×10 = 0,0701kw ☻Trong đó - pFeZ1=2,5(w/kg) tra theo bảng V.14 trang 618 sách TKMĐ của tác giả Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh. -kgcz =1,8 hệ số gia công răng +Trong gông ; 2 −3 2 −3 PFeg = k gcg .pFeg1 .Bg1 .G g1 .10 =1,6× 2,5×1,54 ×17,3514×10 = 0,1646kw ☻Trong đó : -kgcg =1,6 hệ số gia công gông -pFeg1 =2,5 (w/kg) tra theo bảng V.14 trang 618 sách TKMĐ của tác giả Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh +Trong cả lõi sắt Stato : P’Fe = PFeZ1 +PFeg1 = 0,0701 +0,1646 =0,2347 kw ● Tổn hao bề mặt trên răng Roto : t 2 − b42 −7 Pbm = 2 pτ l2pbm 10 t 2 b 3,5 ☻Trong đó : -ta có 41 = = 7,778 tra theo hình 6.1 trang 141 sách δ 0,45 TKMĐ của tac giả Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh ta được βo = 0,35 Vậy ta có: Bo =βo×kδ ×Bδ =0,35×1,2429×0,84 =0,3654T Mặt khác ta có : 18
  39. Đồ án tốt nghiệp 1,5 ⎛ Z1 .n1 ⎞ 2 p bm = 0,5k o ⎜ ⎟ × ()10Bo t1 ⎝ 1000 ⎠ 1,5 ⎛ 36×1500 ⎞ 2 = 0,5× 2×⎜ ⎟ × ()10× 0,3654×1,3352 ⎝ 1000 ⎠ = 298,6897 kw/cm 2 ☻Trong đó : - ko = 2 hệ số kinh nghiệm Vậy : 1,4054− 0,15 −7 Pbm = 2×2×12,0166× ×16,0×298,6897×10 = 0,0205kw 1,4054 +Tổn hao đập mạch trên răng Roto : 2 ⎛ Z1n 1 ⎞ −3 Pđm = 0,11 × ⎜ 10 B đm ⎟ × G Z 2 .10 ⎝1000 ⎠ υ1×δ 4,7343×0,045 ☻Trong đó : Bđm = ×BZ2 = ×1,31= 0,099 2t2 2×1,4054 Vậy ta có : 2 ⎛ 36×1500 ⎞ −3 Pđm = 0,11× ⎜ ×10× 0,099⎟ × 7,1619×10 = 0,0225kw ⎝ 1000 ⎠ ●Tổng tổn hao thép : PFe =P’Fe +Pbm +Pđm =0,2346 +0,0205 +0,0225 =0,2776kw ●Tổn hao cơ : 2 4 ⎛ n1 ⎞ ⎛ D n ⎞ −3 Pco = k co ⎜ ⎟ × ⎜ ⎟ ×10 ⎝1000 ⎠ ⎝ 10 ⎠ 2 4 ⎛1500 ⎞ ⎛ 23,3 ⎞ = 1× ⎜ ⎟ × ⎜ ⎟ ×10 −3 ⎝1000 ⎠ ⎝ 10 ⎠ = 0,0663 kw ●Tổn hao không tải : 19
  40. Đồ án tốt nghiệp Po =PFe + Pcơ = 0,2776 + 0 0663 =0 3439 kw 4/Đặc tính làm việc : ● r1 =0,4591 Ω ● x1 =0,7824 Ω ● x12 =25,2140 Ω ● r’2=0,5017 Ω ● x’2 =1,1743 Ω x1 0,7824 ● C1 =1+ =1+ =1,031 x12 25,2140 ●Sức điện động : E1 =U1- Iµ.x1 =220- 8,4627×0,7824 =213,3788V ● Hệ số qui đổi dòng điện : W1×kdq 102×0,9019 k I = 6 = 6× =16,2342 Z2 34 ●Dòng điện Roto đã qui đổi : ' I 2 325,2982 I 2 = = = 20,0378A k I 16,3242 ☻Trong đó : 6W1kdq 6×102×0,9019 I2 = kII1 = 0,91×22,0196× = 325,2982A Z2 34 ●Hệ số trượt định mức : ' ' I2r2 20,0378×0,5017 sđm = = = 0,047 E1 213,3788 ● Hệ số trượt lớn nhất : ' r2 0,5017 sm = = = 0,259 x1 ' 0,7824 + x 2 +1,1743 C1 1,031 ●Các số liệu và đồ thị đặc tính làm việc của động cơ được thể hiện trong bảng và hình vẽ . ●Bội số mômen cực đại : 20
  41. Đồ án tốt nghiệp 2 2 M ⎛ I' ⎞ s ⎛ 70,1534⎞ 0,047 m = max = ⎜ 2m ⎟ × đm = ⎜ ⎟ × = 2,48 max ⎜ ' ⎟ Mđm ⎝ I2đm ⎠ sm ⎝18,9625⎠ 0,259 21
  42. Đồ án tốt nghiệp s Đơn vị 0,01 0,02 0,03 0,047 0,1 0,259 ' 2 ⎡ x1 r2 ⎤ Ω 53,7659 27,1015 18,2134 11,7837 5,7700 2,4962 rns = C1 ⎢ + ⎥ ⎣C1 s ⎦ 2 ⎡ x1 ' ⎤ Ω 2,0549 2,0549 2,0549 2,0549 2,0549 2,0549 xns = C1 ⎢ + x2 ⎥ ⎣C1 ⎦ 2 2 Ω 53,8051 27,1793 18,3289 11,9615 6,1249 3,2332 Zns = rns + xns ' U1 A 4,2156 8,3453 12,3749 18,9625 37,0324 70,1534 I2 = C1 Zns ' rns 0,9993 0,9971 0,9937 0,9851 0,9420 0,7720 cosϕ2 = Zns ' xns 0,0382 0,0756 0,1121 0,1717 0,3355 0,6356 sinϕ2 = Z ns ' I 2 ' A 4,6446 8,6925 12,4858 18,6769 34,3942 53,0885 I1r = Iđbr + cosϕ 2 C1 ' I 2 ' A 8,6189 9,0746 9,8082 11,6206 20,5135 51,7047 I1x = Iđbx + sinϕ 2 C1 2 2 A 9,7906 12,5226 15,8775 21,9969 40,0470 74,1064 I1 = I1r + I1x 1
  43. Đồ án tốt nghiệp I 0,4744 0,6941 0,7864 0,8492 0,8588 0,7614 cosϕ = 1r I1 −3 P1 = 3U1I1r 10 kw 3,0654 5,6954 8,2406 12,3268 22,7002 35,0384 2 −3 PCu1 = 3I1 r1 10 kw 0,1219 0,1994 0,3206 0,6154 2,0399 6,9855 '2 ' −3 PCu 2 = 3I 2 r2 10 kw 0,0267 0,1048 0,2305 0,5411 2,0641 7,4073 Pf = 0,005P1 kw 0,0153 0,0284 0,0412 0,0616 0,1135 0,1751 Po kw 0,3439 0,3439 0,3439 0,3439 0,3439 0,3439 ΣP = PCu1 + PCu 2 + Pf + Po Kw 0,5078 0,6765 0,9362 1,5620 4,5614 14,9118 P2 = P1 − ΣP kw 2,5576 5,0189 7,3044 10,7648 18,1388 20,1266 P % 83,4345 88,1219 88,6392 87,3284 79,9059 57,4415 η = 2 100 P1 s 0,1 0,259 0,4 0,6 0,8 1 M 131,40 182,072 174,56 142,77 117,56 99,03 2
  44. Đồ án tốt nghiệp PHẦN 5 : TÍNH TOÁN KIỂM TRA CHẾ ĐỘ KHỞI ĐỘNG I. ĐẠI CƯƠNG Đối với các máy điện thông dụng ta có thể cho rằng những tham số r1,r’2,x1 x’2 của máy là hằng số khi máy làm việc từ không tải đến định mức.Khi hệ số trượt lớn hơn trị số sm ứng với mômen cực đại do dòng điện bây giờ đã lớn hơn dòng điện định mức.Lúc đó bắt đầu có hiện tượng bão hòa răng do từ thông tản.Vì vậy x1,x’2 giảm.Mặt khác do hiện tượng do hiệu ứng mặt ngoài trong thanh dẫn Roto nên những tham số r’2 ,x’2 cũng thay đổi.Đối với động cơ Roto lồng sóc, khi khởi động dòng điện sẽ lớn hơn dòng điện định mức làm cho điện kháng x1,x’2 và r’2 thay đổi rõ rệt. Do vậy ở đây trong phần này ta sẽ xét đến các hiện tượng đó có ảnh hưởng như thế nào đặc biệt đó là lúc khởi động. Các đại lượng đặc trưng cho đặc tính khởi động là mômen khởi động và dòng điện khởi động.Việc tính toán xác định đặc tính khởi động một cách chính xác có khó khăn lớn.Vì khi tính toán ta gặp phải quan hệ phức tạp giữa dòng điện và hệ số trượt và các tham số động cơ điện ,do dó thường chỉ xét đặc tính khởi động lúc s =1. II THAM SỐ CỦA ĐỘNG CƠ KHI XÉT ĐẾN HIỆU ỨNG MẶT NGOÀI VỚI S =1 1
  45. Đồ án tốt nghiệp Để cải thiện đặc tính khởi động bằng cách lợi dụng hiện tượng hiệu ứng mặt ngoài của dòng điện,thường người ta dùng rãnh sâu.Vì lúc khởi động điện kháng tản phía dưới lớn và tần số Roto cao nên do hiện tượng hiệu ứng mặt ngoài dòng điện tập trung phía trên thanh dẫn gần miệng rãnh.Do sự phân bố dòng điện tập trung nhiều ở phía miệng rãnh,tiết diện dẫn điện của thanh coi như bị nhỏ đi,điện trở Roto R2 tăng lên sẽ làm tăng momen mở máy.Khi mở máy xong tần số dòng điện Roto nhỏ đi, tác dụng trên bị yếu đi, diện trở Roto giảm xuống như bình thường.Do vậy cần phải xác định độ sâu qui đổi hr của trong đó qui ước dòng điện phân bố đều và từ đó xác định điện trở thanh dẫn trong rãnh. Để xác định hr người ta đưa ra khái niệm chiều cao tương đối rãnh ξ . Với thanh dẫn bằng nhôm (ρ =1/23) ta có : ξ = 0,067× a× s ☻Trong đó : - a = hr2 – h42 =19,78 - 0,75 = 19,03mm :chiều cao nhôm trong rãnh - s= 1 : hệ số trượt Vậy ta có : ξ = 0,067 ×19,03 ×1 = 1,2750 Theo hình 10.13 tranh 256 sách TKMĐ của tác giả Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh với ξ =1,2750 ta tra được : φ =0,37 và ψ =0,95 Để tính được được điện trở thanh dẫn ta phải xác định được : Std k R = Shr 2 ☻Trong đó : - Std =48,3072mm ( theo 1.13). - Shr : tiết diện của thanh dẫn. Mặt khác ta có : 2
  46. Đồ án tốt nghiệp a 19,03 - h r = = = 13,8905mm 1+ ϕ 1+ 037 d1 + d 2 3,20 + 2,0 - h1 = a− = 19,03− = 16,43mm 2 2 d1 − d 2 ⎡ ⎛ d1 ⎞⎤ − b r = d 2 + ⎢h1 − ⎜ h r − ⎟⎥ h1 ⎣ ⎝ 2 ⎠⎦ 3,20 − 2,0 ⎡ 3,20 ⎤ = 2,0 + 13,8905 − 16,43 ⎣⎢ 2 ⎦⎥ = 2,3023 mm Ta có : 2 πd1 d1 + br ⎛ d1 ⎞ Shr = + ⎜h r − ⎟ 8 2 ⎝ 3 ⎠ π×3,202 3,20+ 2,3023 ⎛ 3,2⎞ = + ×⎜13,8905− ⎟ 8 2 ⎝ 2 ⎠ = 37,8201mm2 Std 48,3072 ⇒ k R = = = 1,2773 Shr 37,8201 5.1 Điện trở thanh dẫn khi tính đến hiệu ứng mặt ngoài s = 1: −4 −4 rtd = k R × rtd = 1,2773 ×1,44.10 = 1,8393.10 Ω 5.2 Điên trở Roto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s= 1 : 2r ⎛ 2× 0,0146⎞ r = r + v = 1,8393+ ×10−4 = 2,0555.10−4 Ω 2ξ tdξ 2 ⎜ 2 ⎟ Δ ⎝ 0,3675 ⎠ 3
  47. Đồ án tốt nghiệp 5.3 Điện trở Roto qui đổi : ' −4 r2ξ = γ× r2ξ = 2986,8915× 2,0555.10 = 0,6139Ω 5.4 Điện kháng tản của Roto : 2 ⎡ h ⎛ πb2 ⎞ b ⎤ h λ = ⎢ 1 ⎜1− ⎟ + 0,66 − 42 ⎥ ψ+ 42 r 2ξ 3b ⎜ 8S ⎟ 2b b ⎣⎢ ⎝ r ⎠ ⎦⎥ 42 ☻Trong đó : + b =d1 =3,2 mm 2 + Sr2 =48,3072 mm + h42 =0,75 mm + b42 =1,5 mm Vậy ta có : 2 ⎡ 17,11 ⎛ π×3,202 ⎞ 1,5 ⎤ 0,75 λr 2ξ = ⎢ ⎜1− ⎟ + 0,66− ⎥×0,95+ = 2,3275 3×3,20⎜ 8×48,3072⎟ 2×3,20 1,5 ⎣⎢ ⎝ ⎠ ⎦⎥ 5.5Tổng hệ số từ dẫn Roto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s=1 : ∑λ2ξ =λr2ξ + λt2 +λđ2+ λrn =2,3275 +2,0873 +2,7565 +0,492 =8,1133 5.6 Điện kháng Roto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s =1 : ' ' ∑λ2ξ 8,1133 x2ξ = x2 =1,1743× =1,5315 ∑λ2 6,2209 4
  48. Đồ án tốt nghiệp 5.7 Tổng trở ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng măt ngoài với s =1 : rnξ =r1 + r’2ξ = 0,4240+0,6139 =1,0379 Ω xnξ =x1 + x’2ξ = 0,7824 +1,5315 =2,3139 Ω 2 2 2 2 z nξ = rnξ + x nξ = 1,0379 + 2,3139 = 2,5360 Ω 5.8 Dòng điện ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s =1: U1 220 Inξ = = = 86,7508A z nξ 2,5360 5
  49. Đồ án tốt nghiệp III THAM SỐ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHI XÉT ĐẾN CẢ HIỆU ỨNG MẶT NGOÀI VÀ SỰ BÃO HÒA MẠCH TỪ TẢN Khi dòng điện trong dây quấn lớn sẽ sinh ra hiện tượng bão hòa mạch từ, chủ yếu ở phần đầu răng do từ trường tản rãnh và từ trường tản tạp làm cho x1; x2 thay đổi. Sự thay đổi của và do bão hòa của từ trường cũng có thể tính gần đúng theo phương pháp sau : Sơ bộ chọn hệ số bão hòa kbh = 1,40 5.9 Trị số dòng điện ngắn mạch khi xét đến cả hiệu ứng mặt ngoài và sự bão hòa mạch từ tản khi s =1 : I nbhξ = k bh × I nξ = 1,40 ×86,7508 = 121,4511A 5.10 Sức từ động trung bình của một rãnh Stato : I × u ⎛ Z ⎞ nbhξ r1 ⎜ 1 ⎟ Fztb = 0,7 ⎜ k β + k y k dq ⎟ a 1 ⎝ Z 2 ⎠ 121,4511 ×17 ⎛ 36 ⎞ = 0,7 × ⎜ 0,84 + 0,9397 × 0,9019 × ⎟ 1 ⎝ 34 ⎠ = 2510 ,9644 A ☻Trong đó: + kβ =084 hệ số tính đến sức từ động nhỏ do bước ngắn tra theo hình 10.14 trang 259 sách TKMĐ của tác giả Trần Khánh HàvàNguyễn Hồng Thanh ,kβ phụ thuộc vào β = y/τ. + a1 = 1 số mạch nhánh song song . + ur1 =17 số thanh dẫn tác dụng trong rãnh Stato (theo 3.4). + ky= 0,9397 hệ số bước ngắn (theo 3.2). + kdq =0,9019 hệ số dây quấn (theo 3.2). + Z1 =36; Z2 =34 số rãnh Stato và Roto. 6
  50. Đồ án tốt nghiệp 5.11Mật độ từ thông qui đổi trong khe hở không khí : −4 −4 Fztb .10 2510,9644.10 Bφδ = = = 3,6316T 1,6.δ.Cbh 1,6×0,045×0,9603 ☻Trong đó : δ 0,045 Cbh = 0,64 + 2,5 = 0,64 + 2,5 = 0,9603 t1 + t 2 1,3352+1,4054 Theo mật độ từ thông qui đổi BΦδ =0,9603T tra theo đường cong trong hình 10.15 sách TKMĐ của tác giả Trần khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh ta tìm được hệ số χδ = 0,59,Hệ số này đặc trưng cho tỉ số giữa từ thông tản khi xét đến bão hòa và không bão hòa. 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 tính toán từ thông tản khi bão hòa. a) Đối với Stato, sự biến đổi tương đương đó bằng : C1 = (t1 –b41)(1-χδ) =(1,3352-0,35)(1-0,59)=0,4039 Sự giảm nhỏ của hệ số từ dẫn của từ thông tản do bão hòa có thể xác định với rãnh 1/2 kín ta có : h 41 + 0,58h 3 C1 Δλ rbh = × b 41 C1 +1,5b 41 0,05 + 0,58× 0,187 0,9603 = × 0,35 0,9603 +1,5× 0,35 = 0,1968 ☻Trong đó : + h3 = 1,87 mm (theo 3.19). 5.12 Hệ số từ dẫn tản rãnh Stato khi xét đến bão hòa mạch từ tản : λr1bh = λr1 -∆λrbh = 1,3449 - 0,1968 =1,1481 7
  51. Đồ án tốt nghiệp 5.13 Hệ số từ dẫn tản tạp Stato khi xét đến bão hòa mạch từ tản : λt1bh = λt1 × χδ =1,6134×0,59 =0,9519 5.14Tổng hệ số từ tản tạp Stato khi xét đến bão hòa mạch từ tản : ∑λ1bh= λr1bh+ λt1bh+ λđn = 1,1481 +0,9519 + 0,6114 = 2,7114 5.15 Điện kháng Stato khi xét đến bão hòa mạch từ tản : Σλ1bh 2,7114 x1bh = x1 = 0,7824 × = 0,5943Ω Σλ1 3,5697 b) Đối với Roto : Tương tự ở Roto ta cũng có : Với Roto lồng sóc,sự biến đổi tương đương của miệng rãnh lấy bằng : C2 = (t2 –b42)(1-χδ) = (1,4054-0,15)(1-0,59) = 0,5147 Sự giảm nhỏ hệ số từ dẫn tản rãnh do bão hòa với rãnh 1/2 kín : h42 C2 0,075 0,5147 Δλr2bh = × = × = 0,3872 b42 C2 +b42 0,15 0,5147+0,15 5.16 Rãnh Roto chịu ảnh hưởng của cả hiệu ứng mặt ngoài lẫn bão hòa mạch từ tản do đó hệ số từ tản rãnh Roto khi xét đến cả hai yếu tố đó bằng : λr2ξbh = λr2ξ - ∆λr2bh = 2,3275 – 1,3872 = 1,9403 5.17 Hệ số từ dẫn tản tạp Roto khi xét đến bão hòa mạch từ tản : λt2bh =λt2 × χδ =2,0873 × 0,59 = 1,2315 5.18 Hệ số từ tản do rãnh nghiêng Roto khi xét đến bão hòa mạch từ tản : λrnbh = λrn × χδ =0,9420 × 0,59 = 0,5558 8
  52. Đồ án tốt nghiệp 5.19 Tổng hệ số từ dẫn Roto khi xét đến hiệu ứng dòng điện mặt ngoài và độ bão hòa mạch từ tản răng bằng : ∑λ2ξbh = λr2ξbh + λt2bh + λrnbh +λđ2 = 1,9403+1,2315+0,5558+0,4344 = 4,1620 5.20 Điện kháng Roto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài và sự bão hòa của mạch từ tản bằng : ' ' Σλ 2ξbh 4,1620 x 2ξbh = x 2 = 1,1743 = 0,7856Ω Σλ 2 6,2209 IV) Các tham số ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài và sự bão hòa của mạch từ tản : rnξ = r1 + r’2ξ = 0,4240 + 0,6139 = 1,0379 Ω xnξ = x1bh + x’2ξbh = 0,5493 + 0,7856 = 1,3799 Ω 2 2 2 2 z nξbh = rnξ + x nξ = 1,0379 +1,3799 = 1,7266Ω 5.21 Dòng điện khởi động là : U1 220 I k = = = 127,4180A z nξbh 1,7266 Ta thấy trị số này không sai khác nhiều so với dòng điện ngắn mạch giả thiết ban đầu đã chọn ở mục 4.9, nên không cần giả thiết tính lại. 5.22 Bội số dòng điện khởi động : 9
  53. Đồ án tốt nghiệp I k 127,4180 i k = = = 5,79 Iđm 22,0196 -Điện kháng hỗ cảm khi xét đến bão hòa : x12n = x12 × kμ = 25,214 × 1,3891 =35,2517 ' x 2ξbh 0,7856 C 2ξbh = 1 + = 1 + = 1,0223 x 12 n 35,2517 ' I k 127,4180 I 2k = = = 124,6385A C 2ξbh 1,0223 5.23 Bội số mômen khởi động : ' 2 ' 2 ⎛ I ⎞ r2 ⎛124,6385⎞ 0,6139 m = ⎜ 2k ⎟ × ξ ×s = ⎜ ⎟ × ×0,047 = 2,52 k ⎜ ' ⎟ ' đm ⎝ I2đm ⎠ r2 ⎝ 18,9625 ⎠ 0,4947 IV) Kết luận : Tóm lại với kết quả tính toán trên các chỉ tiêu kỹ thuật đều đạt yêu cầu so với đầu bài ra . ik = 5,79 ( 2,2 = mk giả thiết ) Vậy kết quả này hoàn toàn chấp nhận được. 10
  54. Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG VI :TÍNH TOÁN NHIỆT I. ĐẠI CƯƠNG Khi máy điện làm việc thì trong máy điện phát sinh các tổn hao, năng lượng tiêu hao đó biến thành nhiệt năng và làm nóng các bộ phận của máy. Khi trạng thái nhiệt trong máu đã ổn định thì toàn bộ nhiệt lượng phát ra từ máy đều tỏa ra môi trường xung quanh nhờ sự chênh nhiệt giữa bộ phận máy với môi trường.Tính toán nhiệt là giải quyết vấn đề tản nhiệt cho máy điện là công việc hết sức quan trọng.Việc tính toán nhiệt liên quan chặt chẽ đến làm nguội máy và cuối cùng là xác định nhiệt độ cho phép giữa dây quấn với môi trường. Độ tăng nhiệt này phụ thuộc vào tính chất của vật liệu cách điện,chế độ làm việc của máy, môi trường làm việc và công nghệ chế tạo . Các chế độ làm việc có ba loại : + dài hạn + ngắn hạn + ngắn hạn lặp lại Trong khuôn khổ cuốn đồ án tốt nghiệp này ta chỉ tính toán cho chế độ làm việc dài hạn. Để tính toán ta áp dụng phương pháp dùng sơ đồ thay thế, phương pháp này người ta dùng khái niệm về nhiệt nguồn nhiệt để lập sơ đồ thay thế theo như các định luật về mạch điện. Các nguồn nhiệt do các tổn hao sinh ra gồm : +Tổn hao đồng dây quấn Stato PCu +Tổn hao sắt PFe +Tổn hao trên Roto RR Các nhiệt trở gồm có : +Nhiệt trở cách điện rãnh Rc 11
  55. Đồ án tốt nghiệp +Nhiệt trở ở phần đầu nối Rđ +Nhiệt trở chỗ tiếp giáp giữa lõi sắt Stato và trên gông Stato RFe +Nhiệt trở đặc trưng cho độ chênh nhiệt độ giữa không khí nóng bên trong máy với vỏ máy R’α +Nhiệt trở tản nhiệt bề mặt giữa vỏ và nắp máy với môi trường Rα II. TÍNH TOÁN CÁC NGUỒN NHIỆT TRONG SƠ ĐỒ THAY THẾ : 6.1Tổn hao đồng trên Stato : Qcu1 =Pcu1 + 0,5Pf =615,40 + 0,5×61,6 =646,20 W 6.2Tổn hao trên Roto : Q Fe = PFe = 277,60 W 6.3Tổn hao sắt trên Roto : QR = Pcu2 + 0,5Pf +Pcơ +Pbm +Pđm = 541,10 + 0,5×61,60 + 66,30 + 20,50 + 22,50 = 681,20 W III. CÁC NHIỆT TRỞ TRÊN SƠ ĐỒ THAY THẾ 6.4 Nhiệt trở trên bề mặt lõi sắt Stato : 1 ⎛ 1 1 ⎞ R = R + R = ⎜ + ⎟ Fe Feg δg ⎜ ⎟ Sg1 ⎝ αg αδg ⎠ ☻Trong đó : - RFeg : nhiệt trở trên gông Stato -Rδg : nhiệt trở phụ do khe hở công nghệ giữa lõi sắt và vỏ máy. Nhiệt trở này rất khó tính chính xác nên người ta đưa ra hệ số αδg. −2 λ Fe 30.10 2 o Ta có : + αg = = = 0,3157 (W / cm C) h g1 2,21 2 o + αδg = 0,09 (W/cm C) 12
  56. Đồ án tốt nghiệp 2 + Sg1 = π.Dn.l1 = π× 23,3× 16 =1171,1857 cm -diện tích bề mặt truyền nhiệt của gông lấy bằng diện tích bề mặt trụ ngoài lõi thép . Vậy ta có : 1 ⎛ 1 1 ⎞ R = R + R = ⎜ + ⎟ Fe Feg δg ⎜ ⎟ Sg1 ⎝ α g α δg ⎠ 1 ⎛ 1 1 ⎞ = ⎜ + ⎟ 1171,1857 ⎝ 0,3157 0,09 ⎠ = 1,58.10 −2 oC/W 6.5Nhiệt trở phần đầu nối dây quấn Stato : Bao gồm nhiệt trở đặc trưng của lớp cách điện phần đầu nối và nhiệt tở đặc trưng cho độ chênh nhiệt giữa bề mặt phần đầu nối và phần không khí bên trong vỏ máy. δ c 1 R đ = + λ c .S đ α đ .S đ ☻Trong đó : + δc = 0,025 cm - cách điện đầu nối bằng băng vải. -2 o + λc =0,16.10 (W/ C)- hệ số dẫn nhiệt đối với cách điện dây quấn Stato cách cấp điện B tra theo bảng 8.2 trang 170 sách TKMĐ của tác giả Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh . 2 -3 2 o + αđ = (1 + 0,56v )10 (W/cm C) : hệ số tản nhiệt đầu dây quấn 60.f 60 × 50 -Ta có : tốc độ đồng bộ của động cơ là n = = = 1500 vg / ph 1 p 2 => tốc độ định mức của động cơ là : n = n1(1- sđm) = 1500(1-0,047) = 1429,5 vg/ph + v : tốc độ gió thổi ở đầu dây quấn lấy bằng tốc độ bề mặt Roto π.D.n π×15,3×1429,5 v = = = 11,4518()m / s 6000 6000 13
  57. Đồ án tốt nghiệp 2 -3 2 -3 -2 2 o =>αđ = (1 + 0,56v )10 = (1+0,56.11,4518 )10 =7,44.10 (W/cm C) + Sđ - diện tích tản nhiệt phần đầu nối.Diện tích này được tính như sau : Đối với dây quấn hai lớp ta có : Sđ = 2Z1Cblđ Ở đây : - Z1 = 36 : số rãnh Stato -Cb chu vi của bối dây; (cm) và bằng : Cb = ( b1 + b2 –2λc)+ 2h12 = (0,98 + 0,71 – 2×0,025) + 2×1,740 =5,165cm - lđ =15,5716 cm chiều dài phần đầu nối của dây quấn Stato. 2 Vậy Sđ = 2× 36× 5,165×15,5716 = 5790,7666 cm Ta có : δ c 1 R đ = + λ c .S đ α đ .S đ ⎛ 0,025 1 ⎞ 1 = ⎜ − 2 + − 2 ⎟ ⎝ 0,16 .10 7,44 .10 ⎠ 5790 ,7666 = 0,5019 .10 − 2 oC/W 6.6 Nhiệt trở đặc trưng cho độ chênh nhiệt giữa khí nóng bên trong máy và vỏ máy : ' 1 R α = ' α × S α ☻Trong đó : -3 -2 2 o + α =αo(1+kovR) =1,42.10 (1+ 0,06×11,4518) =0,2397.10 (W/cm C). Ở đây : -3 2 o - αo = 1,42.10 (W/cm C) hệ số tản nhiệt bề mặt trong môi trường tra theo bảng 8.3 trang 171 sách TKMĐ của tác giả Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh. - ko =0,06 hệ số tính đến sự hoàn hảo của sự chuyển dịch dòng không khí. - vR =11,4518 (m/s) tốc độ bề mặt của Roto + Sα’: diện tích bề mặt truyền nhiệt bên trong vỏ máy bao gồm những phần không tiếp xúc với lõi sắt Stato và bề mặt bên trong của hai nắp máy. 14
  58. Đồ án tốt nghiệp * Tính Sα’: -Ta có chiều dài phần đầu dây thò ra khỏi lõi sắt là : f = kfτy + B= 0,50×10,4397 + 1,0 =6,2198 cm Ở đây - kđ1=0,50 và B =1.0cm tra theo bảng 3.4 trang 69 sách TKMĐ của tac giả Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh . -τy = 10,4397 chiều rộng trung bình của phần tử (theo 4.9). π.D2 π× 23,32 ⇒ S' = π.D l + 2 n = π× 23,3×16,4396+ 2 = 2056,1337cm2 α n t 4 4 Ở đây : - lt = 2(f + a) =2(6,2198 + 2) = 16,4396 cm - với a =2 cm khoảng cách từ bối dây nắp máy. Vậy ta có : ' 1 1 ο R α = ' = −2 = 0,2029 C/W α × S α 0,2397 .10 × 2056 ,1337 6.7 Nhiệt trở bề mặt tỏa nhiệt ngoài vỏ máy : Bề mặt này bao gồm có diện tích tỏa nhiệt của các cánh tản nhiệt và các bề mặt ngoài của hai nắp máy . 1 Rα = ' " " αvSv + αnSn + αnSn Hệ số tản nhiệt của cánh tản nhiệt được xác định bằng cách đưa thêm hệ số kg : αv= kg×αv’ Có thể xác định : -0,2 0,8 -4 αv’ = 3,6.d v .10 hệ số tản nhiệt trên phần phẳng của máy. ☻ Trong đó : + d;(m) - đường kính rãnh thông gió 2ab 2ch 2 × 0,015 × 0,025 d = = = = 0,1875 m a + b c + h 0,015 × 0,025 Ở đây chọn kích thước cánh tản nhiệt như sau : + b = 0,3cm 15
  59. Đồ án tốt nghiệp + c =1,5cm + h =2,5cm + v là vận tốc gió thổi mặt ngoài vỏ máy tính đến sự suy giảm 50% theo chiều dài gân tản nhiệt và đường kính ngoài cánh quạt lấy bằng Dn π × D × n π × 23,3 ×1429 ,5 ⇒ v = 0,5 n = 0,5 = 8,7154 m/s 6000 6000 -0,2 0,8 -4 -3 o Vậy ta có : αv’ = 3,6×(0,01785) ×(8,7514) .10 =4,5074.10 W/ C + Ta có : αg = β×λ×th(β.h) : hệ số tản nhiệt trên gân có chiều dầy b 2α ' 2 × 4,5074 .10 −3 β = v = = 0,8667 λ.b 4.10 −2 × 0,3 -2 -2 2 o =>αg =β×λ×th(β.h) =0,8667×4.10 ×th(0,8667.2,5) =3,377.10 (W/cm C) Vậy ta có : −2 c αg b 1,5 3,377.10 0,3 kg = + ' × = + −3 × = 2,0820 c + b αv b + c 1,5+ 0,3 4,5047.10 0,3+1,5 -3 -3 2 o Vậy : αv= kg×αv’ = 2,0820×4,5074.10 =9,384.10 (W/cm C) +Ở nắp sau tốc độ gió cánh quạt không bị suy giảm cho nên hệ số tản nhiệt trên nắp gió thổi bằng : -0,2 0,8 -4 αn’ = 3,6.d .v 10 = 3,6.(0,01875)-0,2(2×8,7154)0,810-4 =7,848.10-3 (W/cm2 oC) +Hệ số tản nhiệt trên nắp không có gió thổi : -3 2 o αn” = αo =1,42.10 (W/cm C) +Diện tích nắp máy : π.D 2 π × 23,32 S" = S' = S = n = = 426,1686cm 2 n n n 4 4 + ta có số gân của máy là : π.D π × 25 ,3 n = vo = = 44 gân g c + b 1,5 + 0,3 16
  60. Đồ án tốt nghiệp Trong đó: + Dvỏ =Dn +2bvỏ = 23,3 +2× 1 =25,3 cm + ở đây : bvỏ =1cm bề dầy của vỏ máy. + Diện tích mỗi gân là : 2 Sg = lvỏ (c+b+2h) = 32,4396×(1,5+0,3+2×2,5) =220,5893 cm ☻ Trong đó : lvỏ = lδ + lt = 16,0 + 16,4396 =32,4396 cm +Vậy diện tích của vỏ máy là : 2 Sv’ =ng×Sg + 2Sn = 44×220,5893 + 2×426,1686 = 10558,2655cm Tuy nhiên ta phải trừ đi khoảng 30% Sv do có hộp cực và chân máy : 2 Sv = 0,7×Sv’ = 0,7 × 10558,2655 =7390,785 cm +Vậy ta có nhiệt trở tỏa nhiệt bề mặt ngoài vỏ máy là : 1 Rα = ' " " αvSv + αnSn + αnSn 1 = 9,384.10−3 ×7390,785+ 7,848.10−3 ×426,1686+1,42.10−2 ×426,1686 =1,364.10−2 (oC/W) 6.8 Nhiệt trở lớp cách điện rãnh : δc 0,025 −2 o Rc = = −2 = 0,5252.10 ( C/W) λc .Sc 0,16.10 ×2975,04 2 Trong đó : + Sc = Z1.Cb.l1 =36×5,165×16,0 = 2975,04cm -2 o + λc = 0,16.10 (W/ C) 6.9 Độ chênh nhiệt của vỏ máy với môi trường xung quanh : -2 o θα =(PCu + PFe +PR )Rα = (646,2 +277,6 +681,2)1,364.10 = 21,8922 C 6.10 Độ tăng nhiệt của dây quấn Stato : 17
  61. Đồ án tốt nghiệp ' ⎡R Fe + R c ⎤ PCu1 ()R Fe + R c + PFeR Fe + PR R α ⎢ ' ⎥ ⎣ R đ + R α ⎦ θ1 = + θα R Fe + R c 1+ ' R đ + R α ⎛ 2,1052⎞ 646,2× 2,1052 + 277,6×1,58 + 681,2× 20,29×⎜ ⎟ 20,79 = ⎝ ⎠ ⋅10−2 + 21,8922 2,1052 1+ 20,79 = 50,9357o C 6.11 Độ tăng nhiệt độ của lõi sắt là : P .R + (θ − θ ) θ = Fe Fe 1 2 + θ Fe R α 1 + c R Fe 277 ,6 × 1,58 .10 − 2 + ()50 ,9357 − 21,9822 = + 21,9822 0,5252 .10 − 2 1 + 1,58 .10 − 2 = 46 ,9870 o C 6.12 Độ tăng nhiệt độ của dây quấn so với môi trường : o θdq = θ1 + θmt = 50,9357 + 40 = 90,9357 C o Ở đây θmt = +40 C : nhiệt độ môi trường làm việc tiêu chuẩn theo qui định của Việt Nam,. Vậy ta thấy độ tăng nhiệt độ của dây quấn Stato là 90,9357 oC so với độ tăng nhiệt độ cho phép của dây quấn theo cấp chịu nhiệt B là 105oC là hoàn toàn thõa mãn yêu cầu. IV. HỆ THỐNG THÔNG GIÓ : Động cơ có một quạt gió nắp ở trên một đầu trục nhằm thông gió trên vỏ máy.Quạt tạo ra một chu trình lưu thông khí,không khí nguội được thổi 18
  62. Đồ án tốt nghiệp vào máy qua bề mặt bộ phận nóng và mang nhiệt đi nhạnh hơn ra môi trường xung quanh . V.KẾT LUẬN : Như vậy các thông số sau khi tính toán được ta thấy với chế độ làm việc liên tục động cơ có thể chạy trong thời gian vô hạn định mà nhiệt độ trong các bộ phận của máy không vượt quá nhiệt độ cho phép. 19
  63. Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG VII: KẾT LUẬN CHUNG Như vậy sau khi tính toán các chỉ tiêu kinh tế và kĩ thuật mà máy đạt được là : ● Pđm = 10,7648 kw ● mmax = 2,48 ● nđm =1429,5 vg/ph ● mk = 2,52 ● cosφ =0,8492 ● ik = 5,78 ● η = 87,32% Tóm lại các kết quả này hoàn toàn chấp nhận được so với yêu cầu đề ra.Tuy nhiên do trình độ,thời gian có hạn và tài liệu tham khảo không có nhiều nên việc tính toán và trình bày không khỏi thíếu sót .Do vậy em rất mong được các thầy cô đóng góp ý kiến để đồ án này hoàn thiện hơn và có thể áp dụng trong thực tế. Một lần nữa em xin tất cả các thầy cô trong bộ môn Thiết bị điện –điện tử và đặc biệt là cô Nguyễn Hồng Thanh. 20