Bộ Công thơng
Công ty cổ phần chế tạo máy điện
Việt nam hungari
************

Báo cáo tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài :
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo
ĐộNG CƠ ĐIệN MÔMEN KHởI ĐộNG CAO
Có CÔNG SUấT 90 kW
Mã số: 108.11RD/HĐ-KHCN

Chủ nhiệm đề tài: KS. Trần Quang Tâm
8972

5, KS. Lê Sỹ Phú
6, KS.Vũ Văn Thông
7, KS. Phạm Thái Sơn
8, KS. Nguyễn Văn Hiếu

Hà Nội 12/2011
Cơ quan chủ trì
Hà Đình Minh
Chủ nhiệm Đề tài

3.2 Chọn tham số thiết kế 28
3.3 Trình tự tính toán thiết kế động cơ mô men khởi độ
ng cao trên phần mềm SPEED 39
4. Công nghệ sản xuất động cơ mô men khởi động cao 41
4.1 Công nghệ chế tạo phần điện từ của động cơ điện 41
4.2 Công nghệ chế tạo các chi tiết cơ khí 43
4.3 Công nghệ lắp ráp 45
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN 47
1. Các chỉ tiêu chất lượng chủ yếu động cơ 47
2. Hướng dẫn vận hành và bảo dưỡ
ng động cơ 48
2.1 Hướng dẫn vận hành 48
2.2 Bảo dưỡng và bảo quản 48
3, Những khó khăn khi thực hiện hiện đề tài 48
4, Hiệu quả thực hiện đề tài 49
Phụ lục I: Bảng so sánh chất lượng chủ yếu của động cơ mô men khởi động cao 52
Phụ luc II: Kết quả thí nghiệm động cơ mô men khởi động cao 53
Phụ lục III: Kết quả tính toán độ
ng cơ mô men khởi động cao trên phần mềm 54
thiết kế động cơ Speed 54
Phụ lục IV: Một số hình ảnh chế tạo động cơ mô men khởi động cao công suất 63
90 kW-1000 r/min tại Công ty VIHEM 63
Phụ lục V: Một số hình ảnh động cơ mô men khởi động cao 90 kW-1000 r/min gắn trên máy búa
rung đóng cọc tại đơn vị thi công 65
Phụ lục VI: Quyết định giao, Hợp đồng, Thuyết minh, Biên bản nghiệm thu cấp c
ơ sở, Bài phản
biện của hội đồng cấp cơ sở 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

2


Mức chất lượng
Mẫu tương tự
TT
Tên sản phẩm và chỉ tiêu
chất lượng chủ yếu
Đơn
vị đo
Kết quả
đạt được
Trong
nước
Thế giới
Số lượng
sản phẩm
tạo ra
(bộ)
1.
Động cơ điện mô men khởi
động cao có công suất 90kW;
tốc độ 1000 r/min
3K355-6-MC IPNNPY 02
- Điện áp định mức V 380/660 200
- Dòng điện định mức A 190/110 358
- Tần số nguồn điện Hz 50 50

- Mô men khởi động/Mô men
định mức
Lần 3,0 2,85


kgt
(kVA)

Công suất khởi động gián tiếp
của động cơ
x’
2
(Ω)
Điện kháng tản dây quấn rô to
quy đổi về Stato
P’
k
(kVA)

Công suất khởi động của động cơ
x
n
(Ω)
Điện kháng ngắn mạch
P
đm
(kW)

Công suất định mức của động cơ x
*
n
(%) Điện kháng ngắn mạch tương
đối
M
đm

(A) Dòng điện khởi động pha I
nh
(A) Dòng điện ngắn hạn
i
k
(lần) Bội số dòng điện khởi động động
cơ so với dòng điện định mức
I
dh
(A) Dòng điện dài hạn
I
µ
(A)

Dòng điện từ hóa của động cơ t
nh
(s) Thời gian chạy ngắn hạn
I
0
(A) Dòng điện không tải T
ck
(s) Chu kỳ làm việc ngắn hạn
U
L
(V) Điện áp lưới J
nhS2
(A/mm
2
) Mật độ dòng điện ngắn hạn theo
chế độ làm việc S

Tốc độ góc trên đầu trục động cơ
∆t
Độ tăng nhiệt dây quấn stato
ω
1
(rad/s)
Tốc độ góc của từ trường stato S
2
-60 min Chế độ làm việc ngắn hạn S
2
,
thời gian mang điện là 60 phút
C
1
Hệ số Carter NEMA tiêu chuẩn Quốc gia của hiệp
hội các nhà sản xuất máy điện
Mỹ (National Electrical
Manufacturers Association) 5
TÓM TẮT NHIỆM VỤ
1. Phương pháp thực hiện nhiệm vụ
- Khảo sát có chọn lọc và phân tích các loại động cơ điện mô men cao đang sử
dụng trong thiết bị nâng hạ, cầu trục, máy búa rung đóng cọc
- Nghiên cứu, thiết kế sản phẩm dựa trên:kết quả phân tích thực nghiệm, số liệu
khảo sát sản phẩm mẫu, yêu cầu của khách hàng và nghiên cứu các giải pháp công

2 Điện áp định mức V 380/660
3 Dòng điện định mức A 190/110
4 Tần số nguồn điện Hz 50
5 Tốc độ đầu trục r/min 960
6
Tỷ số mô men khởi
động
Lần 3,2
7
Tỷ số dòng điện khởi
động
Lần 6,5
8 Chế độ làm việc S
2
-60min 7
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1. Tổng quan về động cơ điện không đồng bộ
1.1 Đại cương về động cơ điện không đồng bộ
Động cơ điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều có kết cấu đơn
giản, làm việc chắc chắn, sử dụng và bảo quản thuận tiện, giá thành hạ, nên được
sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống dân sinh
Trong nông nghiệp, động cơ điện không đồng bộ được sử dụng trong máy
xay xát gạo, máy bơm, máy tuốt lúa, máy nghiền ngô, nghiền sắn, v.v,
Trong công nghiệp, động cơ không đồng bộ được sử dụng chủ yếu, nó
chiếm tới trên 90% trên tổng số các loại động cơ điện được sử dụng, động cơ điện
được ứng dụng cho máy cán thép, máy tời, cẩu tháp, cẩu trụ
c, máy nén khí, máy

dựa trên các dạng rãnh rô to có hình dạng đặc biệt.
Ngày nay trong thiết kế người ta đã phân loại động cơ không đồng bộ rô to
lồ
ng sóc theo các tiêu chí về hiệu suất, chế độ làm việc và đặc tính khởi động, đặc
tính cực đại, v.v, để việc lựa chọn động cơ theo ứng dụng được thuận lợi và
chính xác.
Ở Việt Nam, hiện nay có tiêu chuẩn TCVN 1987-94 và IEC 60034-1, tiêu
chuẩn TCVN 7540, quy định về hiệu suất, cosϕ, phương pháp thử nghiệm điện,
chế độ làm việc, nhưng chưa có tiêu chuẩn quy định chi tiết phân loại đặc tính kh
ởi
động, đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ
Trên thế giới, mỗi vùng lãnh thổ đều có những tiêu chuẩn riêng quy định chi
tiết phân loại thiết kế động cơ không đồng bộ theo hiệu suất, phân loại theo đặc
tính khởi động, chế độ làm việc. Để cụ thể hóa, ở đây ta lấy tiêu chuẩn Quốc gia
của hiệp hội các nhà sản xuất máy điệ
n Mỹ (National Electrical Manufacturers
Association) viết tắt là NEMA làm căn cứ thiết kế, chế tạo động cơ mô-men cao.
Tiêu chuẩn NEMA phiên bản MG10 ban hành năm 2001 hướng dẫn lựa chọn tính
năng động cơ không đồng bộ, rô to lồng sóc nhiều pha, công suất trung bình. Sau
đây ta nghiên cứu nội dung của tiêu chuẩn này quy định về mô men khởi động của
động cơ không đồng bộ
1.2 Tiêu chuẩn quy định tính năng khởi
động của động cơ không đồng bộ
1.2.1 Theo tiêu chuẩn NEMA, động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc được chia
làm 4 loại tùy theo thiết kế(Design): A, B, C và D

9
Bảng 1.1
Đặc tính theo thiết
kế

kđ
I
I

(%)
Hệ số
trượt
s(%)
Mức hiệu suất
Thiết kế A
70÷275* 65÷190* 175÷300*
Không quy
định
0,5÷5
Trung bình hoặc
cao
Thiết kế B
70÷275* 65÷190* 175÷300* 600÷800 0,5÷5
Trung bình hoặc
cao
Thiết kế C
200÷285* 140÷195* 200÷225* 600÷800 1÷5
Trung bình
Thiết kế D 275 Không
quy định
275
600÷800 ≥ 5
Trung bình
Theo IEC
IEC thiết kế H

động thường(thấp hơn so với thiết kế C và D), hệ số trượt nhỏ, hiệu suất động cơ ở
mức trung bình(động cơ thông dụng EFF2) hoặc mức cao(động cơ hiệu suất cao
EFF1)
- Thiết kế C(NEMA) hay H(theo IEC) là dạng động cơ đặc biệt để nâng mô men
khởi động, mô men khởi động của động c
ơ thiết kế C lớn hơn động cơ thiết kế A

11
và B nhưng nhỏ hơn D, động cơ thiết kế C có hệ số trượt không quá cao (1%≤ s ≤
5%). Hiệu suất của động cơ thiết kế C cao hơn thiết kế D và nhỏ hơn so với A và B
- Thiết kế D(NEMA) có tỷ số mô men khởi động cao nhất nhưng thiết kế D cũng
có hệ số trượt lớn nhất (s ≥ 5%), do vậy động cơ thiết kế D có hiệu suấ
t thấp nhất,
nên chỉ những ứng dụng khởi động nặng nề, tần xuất khởi động lớn mới lựa chọn
động cơ kiểu này.
2. Đặc tính khởi động của động cơ không đồng bộ
2.1 Quá trình khởi động của động cơ không đồng bộ
Trong quá trình khởi động động cơ điện, mô men khởi động là đặc tính chủ
yếu nhấ
t trong những đặc tính khởi động của động cơ điện. Muốn cho máy quay
được thì mô men khởi động của động cơ điện phải lớn hơn mô men tải tĩnh và mô
men ma sát tĩnh. Trong quá trình tăng tốc, phương trình cân bằng động về mô men
như sau:
dt
d
JMM
cđt
ω
=− (1.1)
4

, nghĩa là M
đt
> M
c
. Với một quán tính như
nhau,

12
M
đt
-M
c
càng lớn thì tốc độ tăng càng nhanh. Ngược lại những máy có quán tính
lớn thì thời gian khởi động lâu. Đối với trường hợp có yêu cầu khởi động nhiều lần
thì thời gian khởi động ảnh hưởng nhiều đến năng suất lao động.
Khi bắt đầu khởi động thì rôto đang đứng yên, hệ số trượt s=1 nên trị số dòng điện
khởi động có thể tính được theo mạch
điện thay thế:
2
211
2
211
1
)'()'( xCxrCr
U
I
k
+++
=
(1.2)

Đây là phương pháp khởi động đơn giản nhất, chỉ việc đóng trực tiếp động
cơ điện vào lưới điện(hình H1.2). Nhưng lúc khởi động trực tiếp, dòng
điện khởi
động tương đối lớn(i
k
= 6÷8 lần). Nếu quán tính của tải tương đối lớn, thời gian
khởi động quá dài thì có thể làm cho máy nóng và ảnh hưởng đến điện áp của lưới
điện. Vì vậy phương pháp này chỉ sử dụng cho động cơ công suất nhỏ

2.2.2 Khởi động động cơ không đồng bộ bằng cách hạ điện áp khởi động
Mục đích của phương pháp này là giảm dòng điện khởi động nhưng đồng
thời mô men khởi động cũng giảm xuống, do đó đối với những tải yêu cầu có mô
men khởi động lớn thì phải tính toán kỹ hệ số suy giảm mô men theo sự suy giảm
điện áp. Có những cách h
ạ điện áp sau:
a, Nối điện kháng nối tiếp vào mạch điện stato:
Khi khởi động trong mạch điện stato đặt nối tiếp một điện kháng. Sau khi
khởi động xong bằng cách đóng cầu dao D
2
(hình H1.3) thì điện kháng này bị nối
ngắn mạch. Điều chỉnh trị số của điện kháng thì có thể có được dòng điện khởi
động cần thiết. Do có điện áp giáng trên điện kháng nên điện áp khởi động trên

14
đầu cực động cơ điện U’
k
sẽ nhỏ hơn điện áp lưới U
1
(hình H1.3). Gọi dòng điện
khởi động và mô men khởi động khi khởi động trực tiếp là I

= 0,6I
k
và
M’
k
= 0,36M
k
, nghĩa là chỉ bằng 0,36 lần mô men khởi động lúc khởi động trực
tiếp với điện áp U
1
. Ưu điểm của phương pháp này là thiết bị đơn giản, nhưng
nhược điểm là khi giảm dòng điện khởi động thì mô men khởi động giảm xuống
bình phương lần.

b, Dùng biến áp tự ngẫu hạ điện áp khởi động:
Sơ đồ lúc khởi động như ở hình H1.4, trong đó T là biến áp tự ngẫu, bên cao
áp nối với lưới điện, bên hạ áp nối với động cơ điện. Sau khi khởi động xong thì
cắt T ra (bằng cách đóng cầu dao D
2
vào và mở D
3
ra). Gọi tỷ số biến đổi điện áp
của biến áp tự ngẫu là k
T
(k
T
< 1) thì U
k
= k
T

T
= 0,6 thì mô men khởi động vẫn là
M’
k
= 0,36M
k
nhưng dòng điện khởi động lấy từ lưới vào nhỏ hơn nhiều:
I
1
= I’
k
= k
2
T
I
k
= 0,36I
k
.
Nói cách khác, với cùng một dòng điện khởi động lấy từ lưới vào thì phương pháp
khởi động bằng biến áp tự ngẫu có mô men khởi động lớn hơn so với khởi động
bằng cuộn kháng. Đó là ưu điểm của phương pháp dùng biến áp tự ngẫu hạ thấp
điện áp khởi động.

c, Khởi động bằng phương pháp Y -
∆
:
Phương pháp khởi động Y - ∆ thích ứng với những máy khi làm việc bình
thường đấu tam giác. Khi khởi động ta đổi thành Y, như vậy điện áp đưa vào hai
đầu mỗi pha chỉ còn

MM
3
1
'
=
Do khi đấu Y để khởi động thì dòng điện pha bằng dòng điện dây mà khi
khởi động trực tiếp thì máy đấu ∆ (khi ấy U
kf
= U
1
và
kfk
II 3= cho nên khi khởi
động đấu Y thì dòng điện bằng
kkfkf
IIII
3
1
3
1
'
1
=== , nghĩa là dòng điện và mô
men khởi động đều bằng
3
1
dòng điện và mô men khi khởi động trực tiếp. Trên
thực tế trường hợp này tương tự như dùng một biết áp tự ngẫu để khởi động mà tỷ
số biến đổi điện áp
3

Với cùng tỷ lệ giảm điện áp thì phương pháp khởi động b
ằng biến áp tự
ngẫu có dòng điện khởi động giảm nhiều hơn so với khởi động bằng điện kháng(
dòng điện khởi động giảm tỷ lệ với bình phương tỷ lệ giảm điện áp đặt vào stato)
trong khi mô men khởi động vẫn giảm tỷ lệ với bình phương điện áp giảm. Nhưng
phương pháp này có giá thành cao hơn phương pháp khởi độ
ng bằng điện kháng.
Phương pháp khởi động bằng cách đổi nối sao sang tam giác có ưu điểm là
đơn giản, giá thành thấp nhưng nhược điểm là mô men khởi động chỉ còn 1/3 so
với khởi động trực tiếp nên thích hợp với những ứng dụng yêu cầu mô men khởi
động thấp như tải quạt gió hoặc khởi động không tải.
Đối với những tải có yêu cầu khởi
động dưới tải, nếu áp dụng phương pháp
khởi động này thì động cơ phải có mô men khởi động trực tiếp gấp khoảng 3 lần
mô men định mức, như vậy phải chọn động cơ thiết kế C theo tiêu chuẩn NEMA,

18
hoặc thiết kế H theo IEC thì mới đủ điều kiện khởi động dưới tải khi đổi nối sao
tam giác.
Nói tóm lại, để vừa giảm được dòng điện khởi động vừa giữ được mô men
khởi động, đáp ứng được yêu cầu khởi động dưới tải thì ta dùng phương án khởi
động đổi nối sao-tam giác kết hợp với các phương pháp thiết kế nhằm nâng cao mô
men kh
ởi động của động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc. Đây cũng là mục tiêu
chính của đề tài này

19
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
1. Sự cần thiết chế tạo động cơ mô men khởi động cao và tính chọn công suất
máy phát cho hệ máy phát-động cơ

== ; (2.1)
Vậy, khi khởi động trực tiếp thì công suất toàn phần máy phát phải gấp 6,5 lần
công suất động cơ

20
+Nếu dùng phương pháp đổi nối Y-∆ thì dòng điện khởi động bằng 1/3 dòng điện
khởi động trực tiếp, do vậy công suất toàn phần của máy phát lúc này là P’
kgt
chỉ
bằng 2,17 lần công suất tính toán của động cơ
)('*17,23/1*)**3(*5,6)(' kVAPIUkVAP
đmđmđmkgt
== (2.2)
Áp dụng cho trường hợp đang nghiên cứu trong đề tài này là động cơ mô men khởi
động cao công suất P
đm
= 90 kW; đấu ∆: U
đm
= 380V; I
đm
= 190A; i
k
=6,5; m
k
=
3,0; ký hiệu: 3K355-6-MC; chế độ làm việc S
2
– 60 min, ta có công suất tối thiểu
của máy phát là:
)(951,270)3/1*190*380*3(*5,6)(' kVAkVAP

60
**2
1
1
n
π
ω
= là tốc độ góc đồng bộ của từ trường quay

60
**2
n
π
ω
= là tốc độ góc trên đầu trục động cơ
Từ (2.4) rút ra được:

21
đtđtđtco
PsP
n
n
PP *)1(
11
−===
ω
ω
(2.5)
Và tổn hao đồng trên rô to bằng:
p

2
(2.8)
Do
φπ
*****2
2212 dq
kwfE =
, trong đó tần số lưới
60
*
1
1
np
f =
và tốc độ góc của rô
to
60
**2
*)1(
1
n
s
π
ω
−=
nên đem thay vào (2.8) ta được mô men điện từ của động cơ
điện không đồng bộ:
22222
cos*******
2

+++
=
(2.10)

22
và
2
211
2
211
2
2
11
2
2
2
1
)'()/'*(
/'
/''*
xCxsrCr
srUm
srImP
đt
+++
==
(2.11)
Từ đó ta được quan hệ giữa mô men điện từ với hệ số trượt s:
])'()/'*[(***2
/'

- Với tần số và tham số cho trước, mô men điện từ tỷ lệ với bình phương của điện
áp
- Mô men điện từ tỷ lệ nghịch với điện kháng (x
1
+ C
1
x’
2
) khi tần số cho trước,
muốn tìm mô men ta lấy đạo hàm dM/ds = 0 và được hệ số trượt s
m
ứng với mô
men cực đại M
max
đối với động cơ không đồng bộ:
2
211
2
1
21
)'(
'
xCxr
rC
s
m
++
=
(2.13)
và mô men cực đại bằng:

x’
2
)
2
nên có thể bỏ qua. Như vậy ta có:
)]'([2
*
2
1
21111
2
11
1
max
xCxrf
pUm
C
M
++
≈
π
(2.15)
Ta rút ra nhận xét về mô men cực đại:
- Với tần số và tham số cho trước M
max
tỷ lệ với U
2
1

- Điện trở rô to r’

π
(2.16)

23
2
211
2
211
1
)'()'( xCxrCr
U
I
k
+++
=

Muốn tăng mô men khởi động M
k
= M
max
thì phải tăng điện trở r’
2
lên. Theo công
thức (2.16) điều đó được thực hiện khi
1
)'(
'
2
211
2

k
tỷ lệ nghịch với điện kháng
(x
1
+ C
1
x’
2
)
-Dòng điện khởi động I
k
tỷ lệ nghịch với điện kháng và điện trở
Vậy để tăng mô men khởi động, trong thiết kế ta phải:
-Tăng điện trở rô to r’
2
, trường hợp ứng với mô men khởi động lớn nhất là C
1
r’
2
≈
(x
1
+ C
1
x’
2
)
-Giảm điện kháng (x
1
+ C