Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng

Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc
1

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA
RÔTO LỒNG SÓC

PHẦN I : CÁC THÔNG SỐ ĐỊNH MỨC

- Công suất định mức: P
đm
=15 kW
- Điện áp định mức: U
đm
=380/220 V
- Tổ đấu dây: Y/Δ
- Tần số làm việc: f =50 Hz
- Số đôi cực: 2p = 2
- Hệ số cosϕ
đm
= 0,92
- Hiệu suất của động cơ
dm
η
= 0,875
- Kiểu máy: kín, tự làm mát bằng quạt gió
- Chế độ làm việc liên tục
- Cấp cách điện: cấp B
1. Tốc độ đồng bộ
Từ công thức:


Trong đó:
Hiệu suất của động cơ : η
đm
= 0,875
Hệ số công suất : cosϕ
đm
= 0,92
)(23,28
92,0.875,0.220.3
210,2
cos
10.
3
11
3
A
Um
P
dmdmf
dm
===⇒
ϕη
1dm
IĐồ án môn học Đặng Tuấn Dũng

Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc

D = (0,52 - 0,57)Dn
Ta chọn K
d
= 0,52 – 0,57
⇒D =14,14 – 15,504 cm , ta chọn D = 15 cm
5. Bước cực
)(56,23
2
15.
2
.
cm
p
D
===
π
π
τ

6. Chiều dài tính toán lõi sắt Stato(l
δ
)
- Sơ bộ chọn : α
δ
=0,64 :hệ số cung cực từ
k
s
=1,11: hệ số dạng sóng
k
dq

lấy chuẩn l
δ
=9,6 cm
7. Chiều dài thực của Stato
l
1
= l
δ
=9,6 (cm)
Do lõi sắt ngắn nên làm thành một khối.
Chiều dài lõi sắt stato, Rôto bằng: l
1
=l
2
= l
δ
=9,6 (cm)
8. Lập phương án kinh tế
Hệ số :
41,0
56,23
6,9
===
τ
λ
δ
l

Trong dãy động cơ không đồng bộ công suất 15 kW , 2p = 2 có cùng đường
kính ngoài (nghĩa là cùng chiều cao tâm trục h =160 mm) với máy công suất

= 2.m
1.
p.q
1
=2.3.1.5 =30 (rãnh)
Trong đó: m
1
=3 : là số pha của dây quấn Stato
2p = 2 : số đôi cực ⇒ p = 1
q
1
: số rãnh của mỗi pha dưới mỗi bước cực, vì tốc độ của động
là 3000 vòng/phút nên ta chọn q
1
=5,
10. Bước rãnh Stato

1,57(cm)
===
30
15
1
1
π
π
Z
D
t

11. Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh

100
4
80
.5.1
1
11
===
a
u
qpW
r

13. Tiết diện và đường kính dây
111
1
1
nJa
I
S
dm
=

Trong đó: a
1
= 4 số nhánh song song
n
1
: số sợi dây ghép song song, chọn n
1
= 2

111
1
1
===
nJa
I
S
dm

Theo phụ lục VI ,bảng VI-1 chọn dây quấn tráng men PETV có đường
kính (d/d
cd
= 0,74/0,805 ) có tiết diện bằng S
1
= 0,430 mm
2

14. Kiểu dây quấn
Chọn dây quấn 2 lớp bước đủ, 15
2
30
2
==
Ζ
=
p
τ

Chọn y = 12, từ rãnh 1 ÷ 11, τ = 15
⇒ hệ số bước ngắn :

β
π
SinSinKy

Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng

Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc
5
Hệ số quấn rải: kr= 956,0
)2/12sin(.5
)2/12.5sin(
)2/sin(.
)2/.sin(
==
α
α
q
q

Trong đó q= 5
α=p.360/Z
1
=1.360/30=12
- Hệ số dây quấn Stato: K
d1
= Ky
1.
Kr = 0,8.0,956 = 0,91
15. Từ thông khe hở không khí
)(01067,0

10.
44
T
l
B
S
===
δ
δ
τα
φ

Trong đó: φ =0,01067 (T)
α
δ
= 0,64
τ = 23,56 (cm)
l
δ
= 9,6 (cm)
17. Xác định sơ bộ chiều rộng răng Stato

)(66,0
95,0.6,9.85,1
57,1.6,9.84,011
'
1

Kc
1
: hệ số ép chặt của lõi sắt Stato, ta chọn Kc
1
=0,95
Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng

Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc
6
18. Xác định sơ bộ chiều cao gông

()
cm
KlB
h
Cg
g
77,3
95,0.6,9.55,1.2
10.01067,0
2
10.
4
111
4
1
'
===
φ


= 0,805 (mm)
- Chọn kiểu rãnh hình thang (răng có cạnh song song) như hình vẽ Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng

Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc
7
* Chiều cao rãnh Stato:
() ()
)(3,23)(33,277,3152,27
2
1
2
1
1
'
1
mmcmghDDh
nr
==−−=−−=

h’g
S
= 3,77 (cm) chiều cao gông Stato
D
n
= 27,2 (cm) đường kính ngoài Stato
D = 15 (cm) đường kính trong Stato
∗ Chiều cao thực của răng Stato:

=
−
−+
=
π
π
π
π

Chiều rộng rãnh Stato phía đáy tròn lớn:

)(27,1
30
30.66,0)77,3.22,27(
.).2(
1
111
2
cm
Z
ZbhDn
d
zg
=
+
−−
=
+
−
−

12
21
2
2
2
1
'
172)
2
3.10
95,10(
2
7,123,10
8
)7,123,10(
)
2
(
28
)(
mm
d
h
dddd
S
r
=−
+
+
+

()
()
2
'
1
2112
2
34
5,0.
2
3,10
.4,0.7,123,1095,10.2
2
7,12.
.
2
.)(.2
2
.
mm
c
d
cddh
d
S
cd
=
+
⎥
⎦

)
75,0
138
805,0.80.2

2
2
1
===
r
cdr
S
dun

20. Chiều rộng răng Stato
Chiều rông răng Stato phía đáy rãnh phẳng:

(
)
(
)
()
cmd
Z
dhD
b
Z
66,003,1
30
03,105,0.215.

h2D.
2
1
1241
''
1
=−
++
=−
++
=
π
π

Chiều rộng răng Stato trung bình:
()
cm
bb
b
ZZ
Z
6,0
2
54,006,0
2
''
1
'
1
1

Trong đó: D
n
= 27,2 (cm)
D = 15 (cm)
h
r1
=2,33 (cm)
d
2
= 1,27 (cm)
22. Khe hở không khí
Khí chọn khe hở không khí δ ta cố gắng lấy nhỏ để cho dòng điện không
tải nhỏ và cosϕ cao, Nhưng khe hở không khí nhỏ sẽ khó khăn trong việc chế
tạo và quá trình làm việc của máy: Stato rất dễ chạm với Rôto (sát cốt), làm
tăng thêm tổn thất phụ, điện kháng tản tạp của động cơ cũng tăng lên,
Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng

Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc
9
Theo công thức 10- 20 trang Giáo trình TKMĐ- Trần Khánh Hà, đối với
loại Động cơ có công suất không lớn P = 15kW < 20 kW, 2p = 2 ta có:

()
mm
D
525,0
1000
15.5,1
3,0
1000

D’= D – 2.δ = 15 - 2.0,8 = 14,84 (cm)
D = 15 (cm) đường kính trong stato
δ = 0,08 (cm) khe hở không khí
Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng

Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc
10
25. Đường kính trục Rôto
D
t
= 0,3.D = 0,3 .15 = 4,5 (cm)
26. Bước răng Rôto

()
cm
Z
D
t 94,1
24
84,14.'.
2
2
===
π
π

27. Xác định sơ bộ chiều rộng răng Rôto
Theo công thức :
222
2

=0,95
B
Z2
: mật độ từ cảm trong răng Rôto ,ta chọn B
Z2
= 1,85 (T)

()
cm0,82
95,0.6,9.85,1
94,1.6,9.74,0222
2
'
2
===⇒
CZ
Z
klB
tlB
b
δδ

28. Dòng điện trong thanh dẫn Rôto

()
A
Z

Giáo trình TKMĐ- Trần Khánh Hà, ứng với cosϕ
đm
=0,91 thì k
I
=0,94
29. Dòng điện trong vành ngắn mạch
Theo công thức ta có:
Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng

Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc
11

b
42
h
42
d
1
d
2
b
Z2
b’
Z2
b”
Z2
D’
h
r2


2
'
===
J
I
S
td
td

31. Tiết diện vành ngắn mạch
Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong vành ngắn mạch:
J
V
=2,5 (A/mm
2
)

()
2
778
5,2
1945
mm
J
I
S
V
V
V
===⇒

r2
= 1,22 (cm) = 12,2 (mm)
* Chọn bề rộng miệng rãnh Rôto: b
42
= 1 (mm)
h
42
= 0,5 (mm)
* Chiều rộng rãnh Rôto phía rộng nhất:

()
(
)
() ()
cmmm
Z
bZhD
d
Z
98,08,9
24
2,8.245,0.24,148
2'.
2
2242
1
'
==
+
−−

Z
d
td
58,08,5
)
2
24
(
7,169.4)
2
24
(8,9
)
2
(
.4)
2
(
2
2
'
2
2
1
==
−
−+
=
−
−+

2
/2-h
42
= 12,2 – 4,9 – 5,8 – 0,5 = 3,9(mm)
33. Vành ngắn mạch
Chiều cao vành ngắn mạch, thông thường lấy sơ bộ:
b’
V
=1,2,h
r2
=1,2.12,2 = 14,64 (mm)
h’
r2
=12,2 (mm)
Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng

Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc
13
Chiều rộng vành nhắn mạch (sơ bộ):

()
mm
b
S
a
V
V
V
14,53
64,14

2
2
2
1
2
34,819,3.
2
8,58,9
8
8,5.
8
8,9.
.
28
.
8
.
mm
h
dddd
S
r
=
+
++=
=
+
++=
ππ
ππ

)
(
)
()
cmd
Z
hdD
b
Z
Z
056,158.0
24
46,1.258,084,14.
.2'.
2
2
22
''
2
=−
−+
=−
−+
=
π
π

- Bề rộng răng Rôto chỗ rộng nhất:

()

d
1
= 0,98 (cm)
d
2
= 0,58 (cm)
h
42
=0,05 (cm)
Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng

Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc
14
- Bề rộng trung bình của răng Rôto:

)(9385,0
2
056,1821,0
2
''
2
'
2
2
cm
bb
b
ZZ
Z
=

222
=+−
−
=+−
−
=

Trong đó: d
2
= 0,58 (cm): đường kính đáy tròn Rôto chỗ nhỏ nhất,
xác định ở trên
h
Z2
= 1,46 (cm): chiều cao của rãnh Rôto, xác định ở trên
37. Độ nghiêng rãnh Stato
Để giảm bớt biên độ của các sóng bậc cao, ta có thể làm rãnh Stato, Rôto
nghiêng, với cách dùng rãnh nghiêng ta sẽ có nghiều kiểu phối hợp rãnh Stato
và Rôto
b
n
= t
1
= 1,57 (cm)
PHẦN IV : TÍNH TOÁN MẠCH TỪ
38. Hệ số khe hở không khí
- Phía Stato:
δν

⎝
⎛
=
+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
δ
δ
ν
b
b

Trong đó: b
41
= 2,5 (mm) là miệng rãnh Stato
t
1
= 1,57 (cm) bước rãnh Stato
Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng

Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc
15
δ =0,8 (cm) khe hở không khí
Thay số vào ta được:
065,1

Trong đó:
25,0
8,0
1
5
8,0
1
5
2
42
2
42
2
=
+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=

=k
δ1
.k
δ2
= 1,065.1,0104 = 1,076
39. Sức từ động trên khe hở không khí
Mạch từ có 2 đoạn qua khe hở không khí, bề rộng của khe hở không khí
theo hướng hướng kính
F
δ
= 1,6.B
δ
.k
δ
.δ.10
4
= 1,6.0,74.1,076.0,08.10
4
= 1019 (A)
Trong đó: B
δ
=0,74 (T) mật độ từ thông khe hở không khí
δ =0,08 (cm) bề rộng khe hở không khí
k
δ
= 1,076
40. Mật độ từ thông ở răng Stato

()
T

H
Z1
= 77,9 (A/cm)
Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng

Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc
16
42. Sức từ động trên răng Stato
F
Z1
=2.h
Z1
.H
Z1
=2.2,28.77,9 = 355,224 (A)
Trong đó: h
Z1
=22,8 (mm) =2,28 (cm)
43. Mật độ từ thông trên răng Rôto
Theo công thức :

()
T
klb
tlB
B
CZ
Z
1,610
95,0.6,9.9385,0

Z2
.H
Z2
= 2.1,46.15,6 = 45,552 (A)
Trong đó: h
Z2
=1,46 (cm), chiều cao rãnh Rôto
46. Hệ số bão hoà răng
Tính lại hệ số bão hoà răng đã chọn sơ bộ, theo công thức :

39,1
1019
552,45224,3551019
21
=
++
=
++
=
δ
δ
F
FFF
k
ZZ
Z

Trong đó: F
δ
= 1019 (A)

17
l
1
= 9,6 (cm)
k
C1
= 0,95
h
g1
= 3,98 (cm)
48. Cường độ từ trường trên gông Stato
Theo bảng V- 9 ,trong phụ lục V,ta tra được :
H
g1
= 10 (A/cm)
49. Chiều dài mạch từ ở gông Stato
Theo công thức :

(
)
(
)
()
cm36,47
2
98,32,27.
2
.
1
1

222
4
2
==
Φ
=
Cg
g
klh
B

Trong đó: Φ = 0,01067 (Wb)
l
2
= 9,6 (cm)
k
C2
= 0,95 , h
g2
= 53,1 (mm) = 5,31(cm)
52. Cường độ từ trường trên gông Rôto
Theo bảng V- 9 ,trong phụ lục V,ta tra được :
H
g2
= 3,32 (A/cm)
53. Chiều dài mạch từ ở gông Rôto
Theo công thức

(
)


Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc
18
54. Sức từ động trên gông Stato
F
g2
=L
g2
.H
g2
= 15,41.3,32 = 51,16 (A)
55. Sức từ động tổng của toàn mạch
Theo công thức :
F
∑
= F
δ
+ F
Z1
+ F
Z2
+ F
g1
+ F
g2

Trong đó: F
δ
= 1019 (A) Sức từ động khe hở không khí
F


()
A
kWm
Fp
I
d
47,7
91,0.100.3.9,0
636,1835.1
9,0
.
111
===
Σ
μ

Trong đó: F
∑
=1835,636 (A)
W
1
100 (vòng) số vòng dây của dây quấn Stato
k
d1
=0,91 hệ số dây quấn Stato
∗ Dòng điện từ hoá tính theo đơn vị phần trăm:

%46,26%100.
23,28


CHƯƠNG V: THAM SỐ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN

58. Chiều dài phần đầu nối dây quấn Stato
Theo công thức Giáo trình TKMĐ ta có:
l
đ1
=K
đ1

r
y
+
=
π
τ
là bề rộng trung bình của phần tử
Trong đó: D = 15 (cm) đường kính trong Stato
h
r1
=2,33 (cm) chiều cao rãnh Stato
Z
1
=30 số rãnh Stato
y
1
= 12 là bước ngắn của dây quấn Stato
Thay số vào ta được:
(
)
(
)
78,21
30
12.33,215.
.
1
11
1
=

k
f1
= 0,26 và B
1
=1 được tra trong Giáo trình TKMĐ

τ
y1
= 21,78 (cm)
60. Chiều dài trung bình
2
1
vòng dây của dây quán Stato
l
1/2 tb
= l
1
+ l
đ1
= 9,6 + 28,136 = 37,736 (cm)
61. Chiều dài dây quấn của 1 pha Stato
l
1
= 2.W
1
.l
1/2 tb
.10
-2
= 2.100.37,736.10

= 0,430 (mm
2
) tiết diện dây dẫn
Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng

Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc
21

()
(
)
m
mm
Cu
2
0
.
0217,0
46
1
75
Ω
≈=
ρ
điện trở dây dẫn đồng

(
)
()
Ω===⇒ 42,0


63. Điện trở tác dụng của dây quấn Rôto
∗ Điện trở thanh dẫn:

()
Ω===
−
−
5-
2
2
2
2
5,13.10
81,34
10.6,9
.
23
1
10.
.
r
Altd
S
l
r
ρ

Trong đó:
()

r
.
10
.
2
2
−
=
π
ρ

Trong đó: D
V
= D’- a
V
=14,84 - 5,3 = 9,54 (cm) đường kính trung bình
của vành ngắn mạch
D’ = 14,84 (cm) đường kính ngoài Rôto
a
V
= 5,3 (cm) kích thước vành ngắn mạch
S
V
= 795 (mm
2
) diện tích vành ngắn mạch
Do đó:
()
Ω===
−

⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+=
Δ
+=
−
− 5-
2
7
5
2
2
7,13.10
24
sin.2
10.83,6.2
10.13,5
.2
π
V
td
r
rr

Trong đó: r
td
=5,13.10

22
64. Hệ số quy đổi điện trở Rôto về Stato
Theo công thức 5- 16 Tr77 Giáo trình TKMĐ ta có:
()
(
)
5,4140
24
91,0.100.3.4
4
2
2
2
111
===
Z
kWm
dq
γ

65. Điện trở Rôto sau khi quy đổi về Stato
r’
2
=γ.r
2
= 4140,5.7,13.10
-5
= 0,3229 (
Ω
)

h
bb
h
b
h
k
b
hh
.4
.
.2
.3
.
.3
5
'
41
41
41
3112
1
51
1
+
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜

31
= 23,3 - 0,5 -1 = 21,8 (mm)
h
5
= 0,5 (mm)
b
41
= 2,5 (mm)
Với
9197,0
4
89275,0.31
4
.31
89275,0
4
857,0.31
4
.31
857,0
14
12
'
'
=
+
=
+
=⇒
=

⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
+
++
−
=
r
λ

∗ Hệ số từ dẫn tạp Stato: theo công thức Giáo trình TKMĐ ta có
Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng

Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc
23

(
)
1
411
2
111
1
.
.


t1
=0,0044
+ ρ
t1
: Tra theo Giáo trình TKMĐ với loại rãnh làm nghiêng: q
1

=5
tỉ số
24
1
24
2
==
p
Z
ta tra được ρ
t1
= 0,67
+
9731,0
8,0.7,15
5,2
.033,01
.
.033,01
2
1
2
41

∗ Hệ số từ tản đầu nối: đối với dây quấn 2 lớp
λ
đ1
=0,34.
δ
l
q
1
.(l
đ1
- 0,64.β.τ) = 0,34.
6,9
5
.(28,136 - 0,64.0,833.23,56) = 3,197
Trong đó: l
đ1
= 28,136 (cm) chiều dài phần đầu nối dây quấn Stato
β = 0,833
τ = 23,56 (cm)
∗ Hệ số từ dẫn tản:
Σλ
1
=λ
r1
+ λ
t1
+ λ
đ1
= 1,1853 + 0,9676 + 3,197 = 5,3499
Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng

.
.
100
.
100
.158,0
2
1
1
2
1
1
λ
δ
qp
l
W
f
x

Tính theo đơn vị tương đối:
0891,0
220
052,21.9307,0
.
1
11
1
*
===

+
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
−+
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−=
π
λ

Trong đó: S
r2
= 81,34 (mm
2
) diện tích rãnh Rôto
b = 6,19 (mm) bề rộng rãnh Rôto phía miệng rãnh
h
r2

⎣
⎡
−+
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−=
π
λ
r

∗ Hệ số từ tản tạp Rôto: Theo công thức 5- 40 Tr 83

(
)
2
22
2
222
2
.
.

.9,0
σ

2
của dây Rôto lồng sóc là:
()
002059,02059,0
6667,6
15,915,9
100
2
2
2
2
2
=⇒===
σσ
q

Đồ án môn học Đặng Tuấn Dũng

Thiết kế động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc
25
Thay số ta được:
(
)
165,1002059,0.
396,11.8,0
1.1.1.6667,6.65,11
.9,0
2
2
==

δ
’’
≈ l
2
=9,6 (cm) đối với Rôto lồng sóc không có rãnh thông gió

24
sin.2
.
sin.2
2
π
π
==Δ
Z
p

a
V
=5,3 (cm) và b
V
=1,464 (cm) kích thước vành ngắn mạch
Thay số:
4876,2
464,1.23,5
54,9.7,4
lg.
24
sin.2.6,9.24
54,9.3,2

∗ Hệ số từ dẫn Rôto:
Σλ
2
= λ
r2
+ λ
t2
+ λ
đ2
= 1,2986 + 1,0525 + 2,4876 = 4,8387
69. Điện kháng tản dây quấn Rôto
Theo công thức với Rôto lồng sóc:
x
2
=7,9.f
1
.l
2
.Σλ
2
.10
-8
=7,9 .50.9,6.4,8387.10
-8
= 1,8157.10
-4
(
Ω
)
70. Điện kháng tản Rôto đã quy đổi về Stato

2
'
2
*
===
U
Ix
x
dm

71. Điện kháng hỗ cảm (Khi không xét rãnh nghiêng)

()
Ω=
−
=
−
= 8402,39
47,7
9307,0.47,7220
.
11
12
μ
μ
I
xIU
x

Trong đó: U