Bộ công thơng
Tổng công ty thiết bị điện việt nam
Công ty cổ phần chế tạo máy điện
việt nam hungary
***************
Báo cáo tổng kết
đề tài nghiên cứu khoa học cấp bộ
Số: 169.07RD/HĐ-KHCN
Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy
điều chỉnh cảm ứng thay thế nhập khẩu

Cơ quan chủ quản:
Bộ Công Thơng
Chủ nhiệm đề tài:
KS. Hà Đình Minh
Cơ quan chủ trì:
Công ty cổ phần chế tạo máy điện
Việt Nam Hungary


3

A. Tính toán thiết kế phần điện từ
3

B. Tính toán thiết kế kết cấu cơ khí của hệ bánh vít trục vít
15

C. Thiết kế bộ điều khiển tốc độ động cơ xoay hệ bánh vít- trục vít
18
Phần II: Quy trình công nghệ chế tạo máy điều chỉnh cảm ứng

I. Công nghệ chế tạo phần điện từ
21

II. Công nghệ chế tạo các chi tiết cơ khí và quy trình lắp ráp
22
Phần III: Khảo nghiệm và đánh giá kết quả thử nghiệm

I. Kiểm tra xuất xởng
27

II. Đặc tính kỹ thuật đạt đợc và số lợng sản phẩm máy điều
chỉnh cảm ứng chế tạo thử loạt nhỏ
28

III. Kết quả thử nghiệm máy điều chỉnh cảm ứng
28
Kết luận
29

tự xoaydới tác dụng của mômen điện từ sinh ra trên rôto của máy điều chỉnh
cảm ứng. Đặc điểm nổi bật của máy điều chỉnh điện áp là quá trình điều chỉnh điện
áp vô cấp và không phát sinh tia lửa điện do điều chỉnh không tiếp xúc khác biệt
hoàn toàn với cách điều chỉnh điện áp ở các loại ổn áp dựa trên nguyên lý máy
biến áp tự ngẫu, điều chỉnh điện áp bằng cách điều chỉnh số vòng dây của máy biến
áp nhờ sự dịch chuyển vị trí của chổi than trợt trên bề mặt dây quấn hở của biến
áp tự ngẫu.
Máy điều chỉnh cảm ứng là loại máy điện đặc biệt đợc sử dụng rộng rãi trong
các ngành sản xuất ở những nơi sử dụng điện áp 3 pha có yêu cầu điều áp nh các
nhà máy sản xuất phân bón, các phòng thí nghiệm điện, v.v, máy điều chỉnh cảm
ứng hiện đang sử dụng trong nớc đa phần đợc nhập ngoại từ các nớc: Hungary,
Đức, Đài Loan, Trung Quốc, v.v,
Với năng lực sẵn có, Công ty VIHEM đã chủ động khảo sát, nghiên cứu thiết kế
máy điều chỉnh cảm ứng và đã đợc Bộ Công Nghiệp (Nay là Bộ Công Thơng)
giao cho thực hiện đề tài cấp Bộ:
Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy điều chỉnh cảm
ứng thay thế nhập khẩu n
hằm đa dạng hoá chủng loại sản phẩm, thay thế hàng
nhập ngoại. Nội dung đề tài gồm các phần sau:
Phần I: Lựa chọn mẫu thiết kế và tính toán thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng
Phần II: Quy trình công nghệ chế tạo máy điều chỉnh cảm ứng
Phần III: Khảo nghiệm và đánh giá kết quả thử nghiệm
Kết luận
Phụ lục1: Kết quả thử nghiệm máy điều chỉnh cảm ứng
Phụ lục2: Các bản vẽ thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng
2
Phần I: lựa chọn mẫu thiết kế và tính toán thiết kế

(Ue
k
U
UEUU
jj
S

=+=
12
1
12
1
112
1
1
&
&
&&&&
(2.1)
Đồ thị véctơ tơng ứng đợc trình bày ở hình dới đây. Nh vậy với góc bất kỳ, nếu chỉ
xét về trị số, ta có:

U
2
=
+ cos
kk
U
12
2

Trớc khi triển khai tính toán thiết kế chế tạo, chúng tôi đã khảo sát các sản mẫu có đặc
tính kỹ thuật
tốt, kết cấu vững chắc, kiểu dáng gọn đẹp. Sau khi phân tích các thông số kỹ
thuật của từng loại máy điều chỉnh cảm ứng đã lấy mẫu ở trên. Công ty quyết định chọn
thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng dựa theo kiểu máy VIN xxx do Hungary chế tạo vì sản
phẩm mẫu có đặc tính kỹ thuật tốt, kết cấu đơn giản, công nghệ chế tạo phù hợp với dây
chuyền sản suất hiện có của Công ty.

III. Tính toán thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng.
A. Tính toán thiết kế Phần điện từ
Yêu cầu của phần thiết kế điện từ:
Tính toán thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng phải đáp ứng đợc các yêu cầu kỹ thuật dới
đây:
Công suất cảm ứng định mức S : 2,2 (kVA).
Tần số nguồn điện f : 50 (Hz).
Điện áp sơ cấp U
1
: 380 (V).
Dải điều chỉnh điện áp U
2
: 40 ữ 700 VAC

Cấp bảo vệ: IP44
Cấp cách điện: F
4

Từ các yêu cầu trên, việc tính toán thiết kế điện từ máy điều chỉnh cảm ứng đợc thực

d1
=0,933;
D=12,2 (cm); tốc độ từ trờng n=1500 (vg/ph).Trị số A, B

đợc chọn theo kinh nghiệm
thiết kế tải đờng A
r
= (145 A/cm); B

=0,47 (T).

)cm(,
n*D*B*A*k*k*
S**,
l
ds
71212
1016
2
1
7
=

=



Chọn l



3
3
1
===

3- Dây quấn, rnh và gông rôto.
Chọn số rnh của 1 pha dới một cực q2.
Chọn q
2
=2 số rãnh rôto Z
2
= 2pmq
2
= 2*2*3*2 = 24 rãnh
Trong đó: m số pha m =3;
5
2p số cực; 2p=4;
Đờng kính ngoài rôto:
D

=D-2=122-2*0,3=121,4 mm = 12,14cm
Bớc răng rôto t
2
:

)cm(,
,*

R
r
=== (vòng)
Chọn số vòng u
rR
= 68 (vòng) cho dây quấn 2 lớp
Trong đó: - I
R
: dòng điện pha định mức của động cơ.
- Chọn mạch nhánh song song a
R
=1.
Số vòng dây nối tiếp của một pha W
faR
:

272
1
68
22 === **
a
u
q*pW
R
rR
RfaR
(vòng)
Từ thông khe hở không khí

:


46460
71258199670
101078783363
34
1
==

=



Sơ bộ định chiều rộng răng rôto:

)cm(,
,*,
,*,
k*l*B
t*l*B
b
cz
z
57950
98031
589146460
2
2
2
===



=

=
;

+ Hệ số bớc rải
9660
2
30
2
2
30
2
2
2
,
sin
sin
sinq
qsin
k
r
r
r
r
R
r
==


*U
faR
= 0,97*220 = 213,4 (V)
Tính toán dây dẫn rôto:
- Chọn mật độ dây dẫn rôto J
R
=5,0 (A/mm
2
)
- Tiết diện dây dẫn
)mm(,
,
,
j
I
S
R
R
R
2
6660
05
3333
===
Chọn dây n
2
=; d/d
cđ
= 0,9/0,965; s= 0,636 mm
2

'
z
487628
24
502284121
2
1
2
421
2
=

=

=
)mm(,,
),,*,(
d
Z
)dh*D(
b
r
'
''
z
073523
24
2373024121
2
2

)mm(,,*,,*
,,*,*,
b*hh*
ddd*
*d
S
rS
2
22
424242
21
2
2
2
061710250524
2
2823
8
28
8
23
288
1
=+
+
+

+

=

'
g
533923
6
1
730
2
424121
6
1
2
222
=+

=+

=

2- Dây quấn, rnh stato và khe hở không khí.

Chọn số rnh của 1 pha dới một cực q
1
.
Chọn q
1
=3 số rãnh stato Z
1
= 2pmq
1
=2*2*3*3=36 rãnh

;

+ Hệ số bớc rải 960
2
20
3
2
20
3
2
2
,
sin
sin
sinq
qsin
k
S
S
S
S
S
r
==


= ;
0
0
1

=

=

=
Chọn số rnh của 1 pha dới một cực q
1
.
Chọn q
1
=3 số rãnh stato Z
1
= 2pmq
1
=2*2*3*3=36 rãnh
Bớc răng stato t
1
:

)cm(,
,*
Z
D.
t 0651
36
212
1
1
=


và khi = 180
0
ta có U
2max
= )
k
(U
12
1
1
1 +

Chọn U
2mindây
= 40 V U
2minfa
= 40/ 3 = 23V ; U
1
= 220
8
k
12
= 220/220-23 =1,117
U
2maxdây
= 700 V U
2maxfa

1
a
u
*q*p
rS
S
= 241 = 2*3*u
rS
/ 1 u
rS
= 241/2*3 = 40,2 (vòng) (2.3)
Để bù điện áp rơi trên điện trở và điện kháng tản của bộ dây ta phải chọn số vòng
dây ở Stato lớn hơn khoảng 5% giá trị tính toán. Vậy ta chọn số vòng dây tác dụng
trong một rãnh Stato là: u
rS
= 40*1,05 = 42 (vòng) và thay vào công thức (2.3) ta
đợc số vòng một pha trên dây quấn Stato là W
faS
= 252 (vòng)
Điện áp cảm ứng trên dây quấn Stato E
faS
:

)V(,
,*
,***,
k*w
k*w*U*k
E
dqRfaR

933027243
770
2
1
===

Tiết diện và đờng kính dây stato:
Dây quấn Stato cấp dòng trực tiếp cho tải I
S
= I
2
. Do vậy, để đảm bảo khả năng quá
tải có thể xảy ra, ta chọn mật độ dòng điện trong dây quấn stato nhỏ:
J
S
= 2ữ3(A/mm
2
)
Chọn 2 sợi chập dây êmay cách điện cấp F sản xuất tại Hàn Quốc có kích thớc:
d/d
cđ
= 0,9/0,965; s= 0,636 mm
2
chập 2 sợi (n
1
=2)
Tiết diện tổng s
cuS
=2*0,636=1,272mm
2

,*,
,*,
k*l*B
t*l*B
b
cz
z
945
980850
065146460
1
1
1
===



Sơ bộ định chiều cao gông stato h
g1
:

)cm(,
,*,*,*
**,
k*l*B*
*
h
cg
g
8121

2
=7,7 mm ; h
41
=0,2 mm
Kiểm tra hệ số lấp đầy rnh stato k
lđS
:
- Tổng diện tích rãnh stato:
)mm(,,*,*
,,*,*,
b*hh*
ddd
d
S
rS
2
22
414142
21
2
2
2
06128522014
2
7755
8
77
8
55
288

,
S
S
k
rS
S
cu
S
ld
=== đảm bảo lồng dây không chắt quá.
Bề rộng răng stato :
)mm(,,
),,*(
d
Z
)dhD(
b
'
z
661555
36
55202122
2
1
1
141
1
=
+
+


)mm(,
,,
bb
b
"
z
'
z
tb
7835
2
90556615
2
11
1
=
+
=
+
=
Chiều cao gông stato :
0,2
2,5
14
7,7
20
,
8
5,5

37201012225010250
33
,*,.D, =+=+=

(mm);
Vì máy cảm ứng là máy điện quay đặc biệt chỉ làm việc ở chế độ tĩnh nên ta chọn
khe hở không khí = 0,3 mm = 0,03 cm
4- Tính toán mạch từ.
Hệ số khe hở không khí:

1721
03020850651
0651
11
1
1
,
,*,,
,
*t
t
k =

=

=
2085

*t
t
k =

=

=
813
30025
3002
5
2
42
2
42
1
,
./,
),/,(
/b
)/b(
=
+
=
+

=

k*l*b
t*l*B
B
ctb
Z
8740
9805780
065146460
1
1
1
===



Cờng độ từ trờng trên răng stato theo bảng V-6 ở phụ lục V (STKMĐ):
H
z1
= 3,275(A/cm).
Sức từ động trên răng stato:
F
z1
= 2h
z1
*H
z1
=2*1,823*3,275= 11,941(A)

cm823,1mm23,18
3



Cờng độ từ trờng trên răng rôto theo bảng V-6 ở phụ lục V (STKMĐ):
H
z2
= 7,282 (A/cm).
Sức từ động trên răng rôto:
F
z2
= 2h
z2
*H
z2
=2*2,91*7,282= 42,381(A)

cm,mm,
,
,,
d
hhh
rz
912129
3
23
50730
3
2
4222
====


**,
k*l*h*
*
B
cg
g
780
98071294812
101078783363
2
10
43
1
4
1
==

=



Cờng độ từ trờng trên răng stato theo bảng V-9 ở phụ lục V (STKMĐ):
H
g1
= 1,86(A/cm).
Chiều dài mạch từ ở gông stato:

cm,mm,
),(
p

B
cg
g
5971
98071295302
101078783363
2
10
43
2
4
2
==

=



Cờng độ từ trờng trên răng stato theo bảng V-9 ở phụ lục V (STKMĐ):
H
g1
= 13,46 (A/cm).
Chiều dài mạch từ ở gông stato:

mm,
),(
p
)hD(
L
gt

+ F
Z1
+F
Z2
+F
g1
+F
g2
=606,24 + 11,941 + 42,381+ 26,371+ 54,51 = 741,446(A)
Hệ số bo hòa toàn mạch:

2231
24606
446741
,
,
,
F
F
k ===


à

Dòng điện từ hóa :

)A(,
,**,
,*
k*w*,

1
1r
y
==
+
=
+
=
Chiều dài trung bình nửa vòng dây của dây quấn stato::
l
tb
= l

+ l
đ1
= 12,7 + 15,96 = 28,66 (cm)
Chiều dài dây quấn một pha của stato:
L
1
= 2*l
tb
*W
1
*10
-2
= 2*28,66*252*10
2
= 144,446 (m)
Điện trở tác dụng của dây quấn stato:


*),,(
Z
y*)hD(
r
'
y
93653659
24
57304121
1
22
==

=

=
Chiều dài trung bình nửa vòng dây của dây quấn rôto:
13
l
tb
= l

+ l
đ2
= 12,7 + 10,12 = 22,82 (cm)
Chiều dài dây quấn một pha của rôto:
L

'
41
412411
1r
k)
b
h
b
h
b2
b
785,0(k
b3
h

+++=

3791920
52
20
55
450
552
52
7850940
553
5812
1
,,)
,

=2,5;

94,092,0
4
3
4
1
k
4
3
4
1
k
''
=+=+=

; h
2
= 0,45; h
41
=0,2.
Hệ số từ tản phần đầu nối:

8440589
9
8
6409615
712
3
340640340

w
(*
f
*,x =






==


36122232
32
712
100
252
100
50
1580
100100
1580
2
1
1
2
11
1


,*
),(*
(
,*
,
b
h
b*
b
,)
S*
b*
(
b*
h
r
r
=+






+

=
+



670640670
2
2
2
,),*,,(*,)*,l(
l
q
*,
dd
===
961410551
222
,,,
dr
=+=+=


Điện kháng rôto :

)(,,*
*
,
)(*,*
q*p
l
*)
W

1
21
,
,*,
U
x*IU
k
E
=

=

=
à

Trị số này không sai khác so với trị số ban đầu 0,6% nên không cần tính lại.
Bảng kết quả tính toán thiết kế điện từ máy điều chỉnh cảm ứng 2,2kVA:
Kích thớc cơ bản Thông số dây quấn Đờng kính ngoài Stato D
n
= 200 mm
Đờng kính trong Stato D = 122 mm
Chiều dài lõi thép L
fe
= 127 mm
Số rãnh Stato/Rôto Z
1
/ Z

,
2
0,5
2
Rãnh Rôto
0,2
2,5
14
7,7
20
,
8
5,5
Rãnh Stato
15
B. Tính toán thiết kế kết cấu cơ khí của hệ bánh vít trục
vít:
Để điều chỉnh điện áp ra ta phải điều chỉnh vị trí tơng đối giữa rôto và stato,
để thực hiện đợc thao tác này ta phải có bộ điều chỉnh cơ-điện vừa có tác dụng thay
đổi vị trí của rôto một cách dễ dàng vừa phải thắng đợc mômen điện từ chống trôi
vị trí của rôto trong suốt quá trình làm việc. Từ những yêu cầu trên ta chọn hệ động
cơ-bánh vít trục vít để điều khiển xoay và giữ rôto.
Bộ điều khiển máy điều chỉnh cảm ứng gồm: 01 bộ điều khiển tốc độ động cơ
xoay + 01 bộ bánh vít-trục vít + 01 động cơ một chiều dùng để xoay rôto có công
suất 200W, với dải tốc độ điều chỉnh từ 600 ữ 1500 vg/ph và một hệ bánh vít-trục
vít. Với yêu cầu là điện áp đầu ra từ 40 ữ 700V tơng ứng với góc điều chỉnh từ 0 ữ
180

2
d
2
df
2
d
aM2
2
c
df
1
d
1
da
1
h

16
- Bộ truyền trục vít-bánh vít cấp 1:
+ Vật liệu chế tạo trục vít là thép C45
+ Vật liệu chế tạo bánh vít là thép C45
+ Số mối ren của trục vít: Z
1
= 1
+ Số răng bánh vít: Z
2
= 60

0
3435
+ Đờng kính vòng lăn trục vít: d
1
= dc
1
= 16
+ Đờng kính vòng chia (vòng lăn) bánh vít: d
2
= dc
2
= Z
2
.m = 60.1 = 60
+ Đờng kính vòng đỉnh trục vít: De
1
= dc
1
+ 2f
0
m = 16 + 2.1.1 = 18
+ Đờng kính chân ren trục vít:
Di
1
= dc
1
- 2m(f
0
+ C
0

=
mDe
B

=> = 43
0
1730
+ Khoảng cách trục:
17
38
2
6016
2
21
=
+
=
+
=
dd
A- Bộ truyền trục vít bánh vít cấp 2:
+ Vật liệu chế tạo trục vít là thép C45
+ Vật liệu chế tạo bánh vít là thép C45
+ Số mối ren của trục vít: Z

1
==
+
xq
z
=> 2
0
5145
+ Đờng kính vòng lăn trục vít: d
1
= dc
1
= 25
+ Đờng kính vòng chia (vòng lăn) bánh vít: d
2
= dc
2
= Z
2
.m = 80.1,25 = 100
+ Đờng kính vòng đỉnh trục vít: De
1
= dc
1
+ 2f
0
m = 25 + 2.1.1,25 = 27,5
+ Đờng kính chân ren trục vít:
Di
1

558,0
25,1.5,05,27
15
5,0
sin
1
=

=

=
mDe
B

=> = 33
0
5538
+ Khoảng cách trục:
5,62
2
10025
2
21
=
+
=
+
=
dd
A

K
A1
động cơ xoay
LED
R
LS1
LS2
2
K1
K
A2
31
K2
A1
32
A2
V/4/T2
S/3/L2
Công tắc
K1
R/1/L1
U/2/T1
LS2
LS1
RUN
Th
V/4/T2
K2
S/3/L2
43

Tơng tự nh thế khi chạy ngợc.
Mạch điều khiển chạy động cơ đợc thiết kế theo chế độ nhấn-nhả để chỉnh tinh
điện áp ở đầu ra của máy điều chỉnh cảm ứng, khi ấn nút RUN động cơ xoay rôto
qua bộ bánh vít-trục vít thực hiện thao tác tăng hay giảm điện áp, khi điện áp đầu ra
đạt tới giá trị mong muốn ta chỉ cần nhả nút ấn làm cực G mất điện dẫn tới Th khoá
và động cơ ngừng xoay, vị trí của rôto đợc giữ đứng yên nhờ cơ cấu hãm của hệ
bánh vít-trục vít và nh vậy điện áp ra đợc xác lập. Tuỳ theo yêu cầu đáp ứng
nhanh hay chậm, điều chỉnh thô hay tinh mà ta có thể chỉnh đợc tốc độ của động
cơ xoay nhanh hay chậm bằng cách chỉnh điện áp một chiều cấp vào động cơ xoay
qua bộ chỉnh lu có điều khiển bằng cách điều khiển góc mở của thyristor Th nhờ
20
điều chỉnh chiết áp R9. Khi ta giảm giá trị điện trở giảm dẫn tới thời gian nạp tụ
điện C2 qua R8-R9 giảm khiến góc mở Th giảm làm tăng điện áp dẫn tới động cơ
M, tăng tốc độ động cơ. Ngợc lại, khi ta tăng trị số R9 thời gian nạp tụ điện C2
tăng làm tăng góc mở Th dẫn tới giảm điện áp dẫn qua Th tới động cơ M, giảm tốc
độ động cơ. Theo thiết kế đang sử dụng điện áp cung cấp cho động cơ có thể điều
chỉnh trong giới hạn từ 3 ữ 8 VDC ứng với tốc độ động cơ từ 600 ữ 1500 vg/ph.
Công tắc hành trình LS1 và LS2 lần lợt thiết lập ngỡng quay thuận và ngỡng
quay ngợc của rôto, sự xoay của rôto đợc khống chế trong góc điều chỉnh 180
0

ứng với điện áp điều chỉnh từ 40 ữ 700V, khi rôto xoay đến ngỡng thuận thì tiếp
điểm thờng đóng LS1 ngắt làm công tắc tơ K1 mất điện làm động cơ xoay dừng,
công tắc thờng mở LS1 đóng điện cho đèn LED bật sáng báo vị trí tới hạn. Tơng
tự nh vậy đối với công tắc hành trình LS2 khi động cơ quay tới ngỡng quay
ngợc.


lòng trong stato v. v
- Lắp ráp cụm chi tiết và lắp ráp hoàn chỉnh máy
điều chỉnh cảm ứng.

I. công nghệ chế tạo phần điện từ:
Phần điện từ trong máy điều chỉnh cảm ứng bao gồm: lá tôn stato, lá tôn rôto, lõi thép
stato, lõi thép rôto, bối dây stato. Nói chung các bớc công nghệ chế tạo điện từ của máy
điều chỉnh cảm ứng gồm các bớc:
1. Công nghệ chế tạo lá tôn:
- Vật liệu: tôn silíc của Nga 2212, =0,5 mm
- Các lá tôn đợc dập nguội trên máy dập SD63 lực dập phù hợp đảm bảo tôn ít bị biến
dạng, khuôn dập đợc chế tạo trên máy CNC có độ chính xác cao để giảm độ ba via.
2. Công nghệ ép lõi thép:
Quy trình công nghệ ép lõi thép của máy điều chỉnh cảm ứng đợc ép đúng kích thớc
thiết kế, đạt hệ số ép chặt k
c
= 0,98 và đợc hãm giữ bằng gông ép.
3. Công nghệ chế tạo bối dây stato, rôto:
22
Bối dây stato và của rôto của máy điều chỉnh cảm ứng chế tạo đảm bảo đúng tiết diện
dây, số sợi chập và số vòng đảm bảo tỷ số biến áp giữa sơ cấp và thứ cấp :
- Dây quấn stato là dây đồng cách điện cấp F, ký hiệu: PEW của Hàn Quốc.
- Bin dây đợc quấn trên máy quấn dây chuyên dùng có hệ thống đếm số vòng dây tự
động.
4. Lồng đấu bối dây vào stato và rôto:
- Lót cách điện rãnh stato và rôto bằng bìa cách điện cấp F.
- Lồng bin dây vào rãnh.