Đồ án tốt nghiệp : Thiết kế động cơ KĐB ba pha rôto lồng sóc
MỤC LỤC
Lời nói đầu.............................................................................7
Chương 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ............9
1.1 Phân loại .......................................................................................9
1.2 Kết cấu.........................................................................................9
1.3 Các đại lượng đònh mức................................................................11
1.4 Công dụng của máy điện không đồng bộ.....................................12
Chương 2: XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU.......................14
2.1 Số đôi cực từ....................................................................................14
2 .2 Đường kính ngoài stato...................................................................14
2.3 Đường kính trong stato...................................................................14
2.4 Công suất tính toán........................................................................15
2.5 Chiều dài lõi sắt stato....................................................................15
2.6 Bước cực.........................................................................................16
2.7 Hệ số kinh tế..................................................................................16
2.8 Dòng điện pha đònh mức................................................................16

Chương 3: THIẾT KẾ STATO
3.1 Số rãnh stato....................................................................................18
3.2 Bước rãnh stato...............................................................................18
3.3 Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh..............................................19
SV thực hiện : Võ Bảo Ngọc
Trang 1
Đồ án tốt nghiệp : Thiết kế động cơ KĐB ba pha rôto lồng sóc
3.4 Số vòng dây nối tiếp của 1 pha......................................................19
3.5 Tiết dòên, đường kính dây quấn .....................................................19
3.6 Kiểu dây quấn.................................................................................20
3.7 Hệ số dây quấn...............................................................................20
3.8 Từ thông khe hở không khí ............................................................22
3.9 Mật độ từ thông khe hở không khí .................................................22

5.1..2 Dùng thép kỹ thuật điện cán nguội 2312.....................................34
5.1..3 Sức từ động khe hở không khí.....................................................34
5.1.4 Mật độ từ thông ở răng stato........................................................34
5.1.5 Cường độ từ trường trên răng stato..............................................34
5.1.6 Sức từ động trên răng stato...........................................................34
5.1.7 Mật độ từ thông ở răng rôto……………………………………... 35
5.1.8 Cường độ từ trường trên răng rôto………………………………. 35
5.1.9 Sức từ thông trên răng rôto……………………………………… 35
5.1.10 Hệ số bảo hoà răng……………………………………………… 36
5.1.11 Mật độ từ thông trên gông stato…………………………………. 36
5.1.12 Cường độ từ trường ở gông stato………………………………... 36
5.1.13 Chiều dài mạch từ ở gông stato…………………………………. 36
5.1.14 Sức từ động ở gông stato………………………………………… 37
5.1.15 Mật độ từ thông trên gông rôto ………………………………….37
5.1.16 Cường độ từ trường ở gông rôto ………………………………….37
5.1.17 Chiều dài mạch từ ở gông rôto …………………………………..37
5.1.18 Sức từ động trên gông rôto ………………………………………38
SV thực hiện : Võ Bảo Ngọc
Trang 3
Đồ án tốt nghiệp : Thiết kế động cơ KĐB ba pha rôto lồng sóc
5.1.19 Tổng sức từ động của mạch từ…………………………………... 38
5.1.20 Hệ số bão hoà toàn mạch……………………………………….. 38
5.1.21 Dòng điện từ hoá………………………………………………… 38

5.2. Tham số của động cơ ở chế độ đònh mức.............................................39
5.2. 1 Chiều dài phần đầu nối của dây quấn stato..................................39
5.2. 2 Chiều dài trung bình nửa vòng dây của dây quấn stato...............39
5.2. 3 Chiều dài dây quấn một pha của stato........................................39
5.2. 4 Điện trở tác dụng của dây quấn stato...........................................39
5.2. 5 Điện trở tác dụng của dây quấn rôto............................................39

5.3.6 Tổng tổn hao thép...........................................................................53
5.3.7 Tổn hao cơ.......................................................................................53
5.3.8 Tổn hao không tải...........................................................................54
Chương 6 : TÍNG TOÁN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC VÀ KHỞI ĐỘNG
6.1. Đặc tính làm việc .............................................................................55
6.1.1. Đặc tính làm việc............................................................................56
6.1.2. Bội số momen cực đại....................................................................58
6.2. Tính toán đặc tính khởi động..................................................................59
6.2.1 Tham số của động cơ điện khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài
với s =1.......................................................................................59
6.2.2 Tham số của động cơ điện khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài và
sự bão hoà của mạch từ tản với s =1........................................62
6.2.3 Các tham số ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài và
sự bão hoà của mạch từ tản .......................................................66
6.2.4 Dòng điện khởi động......................................................................67
6.2.5 Bội số dòng điện khởi động............................................................67
SV thực hiện : Võ Bảo Ngọc
Trang 5
Đồ án tốt nghiệp : Thiết kế động cơ KĐB ba pha rôto lồng sóc
6.2.6 Bội số mômen khởi động................................................................67
Chương 7: XÁC ĐỊNH TRỌNG LƯNG VẬT LIỆU VÀ
CHỈ TIÊU SỬ DỤNG
7.1 Trọng lượng thép silic cần chuẩn bò..................................................69
7.2 Trọng lượng đồng của dây quấn stato...............................................69
7.3 Trọng lượng nhôm rôto......................................................................70
7.4 Chỉ tiêu kinh tế về vật liệu tác dụng.................................................70
SV thực hiện : Võ Bảo Ngọc
Trang 6
Đồ án tốt nghiệp : Thiết kế động cơ KĐB ba pha rôto lồng sóc
LỜI NÓI ĐẦU

Sinh viên
Võ Bảo Ngọc
SV thực hiện : Võ Bảo Ngọc
Trang 8
Đồ án tốt nghiệp : Thiết kế động cơ KĐB ba pha rôto lồng sóc
CHƯƠNG 1
ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
1.1. Phân loại
Theo kết cấu vỏ, máy điện không đồng bộ có thể chia thành các kiểu
chính sau: kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín, kiểu phòng nổ, v.v…
Theo kết cấu của rôto, máy điện không đồng bộ chia làm hai loại :loại
rôto kiểu dây quấn và loại rôto kiểu lồng sóc.
Theo số pha trên dây quấn stato có thể chia thành các loại : một pha,
hai pha và ba pha.
1.2. Kết cấu
Giống như các máy điện quay khác, máy điện không đồng bộ gồm các
bộ phận chính sau.
a. Phầøn tónh (stato)
Trên stato có vỏ, lõi sắt và dây quấn
- Vỏ máy
Vỏ máy có tác dụng cố đònh lõi sắt và dây quấn, không dùng để làm
mạch dẫn từ. Thường vỏ máy làm bằng gang. Đối với máy có công suất
tương đối lớn (1000kw) thường dùng thép tấm hàn lại thành vỏ. Tuỳ theo
cách làm nguội máy mà dạng vỏ cũng khác nhau
- Lõi sắt
Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên
để giảm tổn hao, lõi sắt được làm từ những lá thép kỹ thuật điện dày 1,5mm
ép lại. Khi đường kính ngoài lõi sắt nhỏ hơn 990 mm thì dùng cả tấm thép
tròn ép lại. Khi đường kính ngoài lớn hơn trò số trò số trên thì dùng những
tấm hình rẻ quạt ghép lại thành khối tròn.

Trang 10
Đồ án tốt nghiệp : Thiết kế động cơ KĐB ba pha rôto lồng sóc
+ Loại rôto kiểu lồng sóc . Kết cấu của loại dây quấn này rất khác với
loại dây quấn stato. Trong mỗi rãnh của lõi sắt rôto được đặt vào thanh đồng
hay nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vành ngắn
mạch bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng gọi là lồng sóc.
Dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt. Để cải thiện tính
năng mở máy, trong máy công suất tương đối lớn, rãnh rôto có thể làm thành
dạng rãnh sâu hoặc làm thành hai rãnh lồng sóc gọi là lồng sóc kép. Trong
máy điện cỡ nhỏ, rãnh rôto thường được làm chéo đi một góc so với tâm trục.
1.3. Các đại lượng đònh mức
Cũng như tất cả các loại máy điện khác, máy điện không đồng bộ có các
trò số đònh mức đặc trưng cho đều kiện kỹ thuật của máy. Các trò số này do
nhà máy thiết kế, chế tạo quy đònh ghi trên nhãn máy. Vì máy điện không
đồng bộ chủ yếu làm việc ở chế độ động cơ điện nên trên nhãn máy ghi các
trò số đònh mức của động cơ điện khi tải đònh mức. Các trò số đó thường bao
gồm: công suất đònh mức ở đầu trục P
đm
(kW hay W); dòng điện dây đònh
mức I
đm
(A); điện áp dây đònh mức U
đm
(V); cách đấu dây (Y hay ∆); tốc độ
quay đònh mức n
đm
(vg/ph); hiệu suất đònh mức η
đm
và hệ số công suất đònh
mức cosϕ

dm
p
dm
dm
p
η
, kGm
SV thực hiện : Võ Bảo Ngọc
Trang 11
Đồ án tốt nghiệp : Thiết kế động cơ KĐB ba pha rôto lồng sóc
Trong đó : ω =
60
n..2
dm
π
là tốc độ quay tính bằng r/s.
1.4. Công dụng của máy điện không đồng bộ
Máy điện không đồng bộ do kết cấu đơn giản ,làm việc chắc chắn, sử
dụng và bảo quản thuận tiện, giá thành rẻ nên được sử dụng rộng rải trong
nền kinh tế quốc dân, nhất là loại công suất dưới 100 kW.
Động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc cấu tạo đơn giản nhất (nhất
là loại rôto lồng sóc đúc nhôm) nên chiếm một số lượng khá lớn trong loại
đông cơ công suất nhỏ và trung bình. Trong công nghiệp thường dùng máy
điện không đồng bộ làm ngồn động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ,
động lực cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ, v.v…Trong
hầm mỏ dùng làm máy tời hay máy quạt gió. Trong nông nghiệp dùng để
làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm. Trong đời sống hàng ngày,
máy điện không đồng bộ cũng dần dần chiếm một vò trí quan trọng : quạt gió
máy quay đóa, động cơ trong tủ lạnh,…Tóm lại, theo sự phát triển của nền sản
xuất điện khí hoá, tự động hoá và sinh hoạt hàng ngày, phạm vi ứng dụng

lại lần thứ 3 chiều cao tâm trục 160 mm, kích thức lắp đặc dọc trục là M và
máy có 4 cực.
Nhiệm vụ của tính toán điện từ một động cơ điện không đồng bộ rôto
lồng sóc là lựa chọn và tính toán kích thước của lõi sắt stato, rôto, kích thước
dây quấn sao cho máy đạt được tính năng mà tiêu chuẩn đã quy đònh. Ngoài
ra còn phải thiết kế kết cấu để tính thông số tản nhiệt cho độ tăng nhiệt phù
hợp với tiêu chuẩn .Vì vậy tính toán điện từ và kết cấu có liên quan trực tiếp
trong việc tìm ra một phương án tốt nhất .
SV thực hiện : Võ Bảo Ngọc
Trang 13
Đồ án tốt nghiệp : Thiết kế động cơ KĐB ba pha rôto lồng sóc
CHƯƠNG 2
XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU
Những kích thước chủ yếu của máy điện không đồng bộ là đường kính
trong stato D và chiều dài lõi sắt L. Mục đích của việc chọn kích thước này là
để chế tạo ra máy kinh tế hợp lý nhất mà tính năng phù hợp với tiêu chuẩn
nhà nước. Tính kinh tế của máy không chỉ là vật liệu sử dụng đểû chế tạo ra
máy mà còn xét đến quá trình chế tạo trong nhà máy, như tính thông dụng
của các khuông dập ,vật đúc, các kích thước và chi tiết tiêu chuẩn hoá …
2.1. Số đôi cực từ ( P ) :
P =
1
.60
n
f
=
1500
50.60
= 2
trong đó:

kW
PK
E
72,9
86,0.875,0
5,7.975,0
cos.
.
==
ϕη
trong đó k
E
là hệ số công suất đònh mức. Chọn k
E
= 0,975 theo hình 10-2 [3].
2.5. Chiều dài của lõi sắt stato (L
1
):
Chiều dài của lõi sắt stato được xác đònh:
nDBAkk
P
l
dS
......
.10.1,6
2
'7
1
δδ
α

22
π
= 1,11 , theo [3]
Việc chọn A và B
δ
ảnh hưởng rất nhiều đến kích thước chủ yếu của D và
L. Đứng về mặt tiết kiệm vật liệu thì nên chọn A và B
δ
lớn, nhưng nếu A và
B
δ
quá lớn thì tổn hao đồng và sắt tăng lên, làm máy quá nóng, ảnh hưởng
đến tuổi thọ sử dụng máy. Do đó khi chọn A và B
δ
cần xét đến chất liệu vật
liệu sử dụng.Nếu sử dụng vật liệu sắt từ tốt (có tổn hao ít hay độ từ thẩm cao)
thì có thể chọn B
δ
lớn. Dùng dây đồng có cấp cách điện cao thì có thể chọn A
SV thực hiện : Võ Bảo Ngọc
Trang 15
Đồ án tốt nghiệp : Thiết kế động cơ KĐB ba pha rôto lồng sóc
lớn .Ngoài ra tỷ số giữa A và B
δ
củng ảnh hưởng đến đặt tính làm việc và
khởi động của động cơ không đồng bộ , vì A đặt trưng cho mạch điện , B
δ
đặt
trưng cho mạch từ.
Tra bảng 10-3a [3], chọn: A = 220 A/cm ;

2
= 15,5 cm
2.6. Bước cực
cm
p
D
11
2.2
14.
.2
.
===
ππ
τ
2.8. Dòng điện pha đònh mức:

86,0.875,0.220.3
10.5,7
cos...3
10.
3
1
3
1
==
ϕη
U
P
I
= 15,1 (A)

nhiều hay ít có ảnh hưởng đến số rãnh stato Z
1
.
Số rãnh này không nên nhiều quá ,vì vậy diện tích cách điện rãnh chiếm chỗ
so với số rãnh ít sẽ nhiều hơn, do đó hệ số lợi dụng rãnh sẽ giảm đi. Mặt
khác về phương diện độ bền cơ mà nói răng sẽ yếu. Ít răng quá sẽ làm cho
dây quấn phân bố không đều trên bề mặt lõi sắt nên sức từ động phần ứng có
nhiều sóng bật cao.
Trò số q
1
nên chọn theo số nguyên vì cải thiện dược đặt tính làm việc
và khả năng làm giảm tiếng kêu của máy .Chỉ trong trường hợp không thể
tránh được mới dùng q
1
với mẫu số phân bố là 2 sở dó như vậy là vì sức từ
đôïng sóng bật cao và sóng răng của dây quấn với q là phân bố trong máy
điện không đồng bộ là máy có sự phân bố nhỏ, dễ sinh ra rung , mômen phụ
làm tăng tổn hao phụ.
Ta có:

11
..6 qpZ
=
trong đó:
q
1
: số rãnh của một pha dưới mỗi cực. Lấy q
1
= 3
p : số đôi cực từ, p = 2

= 36

6,35
1,15
2.222,1.220
..
1
11
1
===
I
atA
u
r
trong đó: - a
1
là số mạch nhánh song song, chọn a
1
= 2.
- I
1
:Dòng điện đònh mức, tính ở 2.8
3.4. Số vòng dây nối tiếp của 1 pha (w
1
):

)(108
2
36
.3.2..

2
1
mmA
A
JA
J
===
SV thực hiện : Võ Bảo Ngọc
Trang 18
Đồ án tốt nghiệp : Thiết kế động cơ KĐB ba pha rôto lồng sóc
63,0
98.5.2.2
1,15
..
111
1
1
===
Jna
I
s
trong đó: n
1
: số sợi chập, chọn n
1
=2 sợi
Theo mục 6 bảng 6.1 [3]. Chọn dây đồng tráng men PETV có các
thông số: d / d
c
= 0,90 / 0,965 (mm); s = 0,636 (mm

y
β
τ
= = =
3.7. Hệ số dây quấn (k
d
):
- Hệ số bước ngắn :

1
2
sin
==
π
β
y
k
- Hệ số bước rải:

96,0
2
20
sin.3
2
20.3
sin
==
r
k
SV thực hiện : Võ Bảo Ngọc

220.975,0
....4
.
1
===
φ
trong đó:
- w
1
: số vòng dây nối tiếp một pha, được xác đònh ở 3.4
- k
d
: hệ số dây quấn, xác đònh ở 3.7
3.9. Mật độ từ thông khe hở không khí (B
δ
):

T
l
B 852,0
5,15.11.64,0
10.0093,0
..
10.
4
1
4
===
−
τα

222,1.5,15.825,0
1
==
trong đó :
SV thực hiện : Võ Bảo Ngọc
Trang 20
Đồ án tốt nghiệp : Thiết kế động cơ KĐB ba pha rôto lồng sóc
- B
Z1
: mật độï từ thông ở răng stato, theo bảng 10.5b [3] chọn B
Z1
=1,75
- k
c
: hệ số ép chặt lõi sắt, k
c
= 0,95
3.11. Sơ bộ chiều cao gông stato (h
g1
):

cm
klB
h
Cg
g
63,2
95,0.5,15.2,1.2
10.0093,0
...2

= 0,19 cm
h
41
= 0,05 cm
trong đó:
SV thực hiện : Võ Bảo Ngọc
Trang 21
Hình 3.2: Hình dạng rãnh stato
h
r1
Đồ án tốt nghiệp : Thiết kế động cơ KĐB ba pha rôto lồng sóc

( )
'
11
1
'
1
1
'
1
2
1
1
1141
1
2
893,0
36
1

−
−
=
=
+
−
−
=
+








−
−
=
=
−
−+
=
−
−+
=
π
π
π

1 2
1 2 1
12
2 2
.
'
8 2 2
. 5,9 7,2
7,2 5,9 5,9
' 10,4
8 2 2
r
r
d d
d d d
S h
S
π
π
+
+
 
= + −
 
 
+
+
 
= + −
 


=22,72mm
2
trong đó: c là chiều dày cách điện rãnh, theo bảng V3.1 ở phụ lục V3 [3]có
c = 0,4mm, c
’
= 0,45
* Diện tích có ích rãnh (S
r
):

* Hệ số lấp đầy rãnh (K
d
):
3.13. Bề rộng răng stato (b
Z1
):
b"
Z1
=
1
1
141
).2.(
d
Z
dhD
−
++
π

 
'
1
'
1
1
2
1
2.
.
1
22,5 2.2,8
3,14. 0,69
36
0,72
3,14
1
36
n g
Z
D h
b
Z
d
Z
cm
π
 
−
−

1
1241
].2.[
d
Z
hhD
−
++
π

=
( )
.[14 2. 0,05 1,04 ]
0,72
36
π
+ +
−

= 0,692 (cm)
b
Z1
=
2
'"
11 ZZ
bb
+
=
0,692 0,692

Khi chọn khe hở không khí ta cố găng lấy nhỏ để cho dòng điện không
tải nhỏ và cosϕ cao, nhưng khe hở không khí quá nhỏ làm cho việc chế tạo
và lắp ráp thêm khó khăn, stato rất dễ chạm với rôto làm tăng thêm tổn hao
phụ và điện kháng tản tạp của máy cũng tăng.

225
0,25 0,25 0,475
1000 1000
D
mm
δ
= + = + =
= 0,4875 mm
SV thực hiện : Võ Bảo Ngọc
Trang 24
Đồ án tốt nghiệp : Thiết kế động cơ KĐB ba pha rôto lồng sóc
Theo những máy đã chế tạo bảng 10.8 [3] ta lấy :
H =132mm δ = 0.35 mm = 0.035 cm
CHƯƠNG 4
THIẾT KẾ RÔTO
Sự khác nhau giữa các kiểu máy không đồng bộ là ở rôto,tính năng của
máy tốt xấu cũng là ở rôto.Để thoả mãn các yêu cầu khác nhau có thể chế
tạo thành rôto dây quấn , rôto lồng sóc đơn, rôto lồng sóc sâu, rôto lồng sóc
kép…
Loại rôto dây quấn không có yêu cầu về khởi động mà chỉ thoả mãn
tiêu chuẩn nhà nước về hiệu suất, cosϕ, bội số mômen cực đại trong điều
kiện làm việc đònh mức. Đối với loại rôto lồng sóc ,tính năng của máy còn
phải thoả mãn tiêu chuẩn về khởi động là bội số mômen khởi động và bội số
dòng khởi động. Khi ấy rôto chọn 1/2 kín hình ôvan hay quả lê với miệng
rãnh b