Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn

Lời nói đầu
Ngày nay, ngành điện - điện tử đã có những bước tiến nhanh chóng
và được ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của cuộc sống. Đặc biệt là ứng
dụng của máy điện nói chung và động cơ không đồng bộ nói riêng trong các
nhà máy xí nghiệp cho tới các thiết bị gia dụng. Với những tính năng riêng
của mình, động cơ không đồng bộ rôto dây quÂn vẫn được sử dụng làm
nguồn động lực trong các máy sản xuất.
Sau một thời gian học tập và tìm hiểu, với sự hướng dẫn tận tình của
thầy Phạm Hùng Phi, cùng sự nỗ lực của bản thân, em đã hoàn thành đề tài
thiết kế động cơ không đồng bộ r«to dây quÂn. Bài thiết kế gồm có ba
chương :
Chương 1: Đại cương về động cơ không đồng bộ
Chương 2: Tính toán thiết kế động cơ không đồng bộ
Chương 3: Điều chỉnh công suất trượt của động cơ không đồng bộ.
Bài thiết kế không thể tránh khỏi những thiếu xót nhất định, em rất mong
nhận được ý kiến đóng góp của các thầy, các cô, các bạn để bài thiết kế của
em có thể được hoàn thiện hơn.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất cả các thầy các cô trong bộ
môn và các thầy cô trong trường đại học Bách khoa Hà nội đã nhiệt tình giảng
dạy em trong những năm vừa qua.

Hà Nội ngày 23 tháng 5 năm 2008
Sinh viên:
NguyÔn §øc Th¸i S¬nNguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 1
-

Trªn stato m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé cã vá, lâi s¾t vµ d©y quÊn.
a/. Vỏ máy
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 2
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quÂn, không dùng để làm
mạch dẫn từ. Thường vỏ máy làm bằng gang. Tuỳ theo cách làm nguội mà vỏ
cũng được chế tạo ở những dạng khác nhau. Loại gang đúc được phân làm hai
loại: loại có gân trong và loại không có gân trong. Loại không có gân trong
thường dùng đối với máy điện cỡ nhỏ hoặc kiểu kín, lúc đó lưng lõi sắt áp sát
vào mặt trong của vỏ và truyền nhiệt trực tiếp lên vỏ máy. Loại có gân trong
có đặc điểm là lúc gia công, tốc độ cắt gọt chậm nhưng phôi liệu bỏ đi ít hơn
loại có gân trong. Đối với máy có công suất tương đối lớn ( 1000kW ) thường
dùng thép tÂm hàn lại làm thành vỏ.
b/. 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 bằng những lá thép kĩ thuật điện dày 0,5
mm ép lại. Khi đường kính ngoài lõi sắt stato nhỏ hơn 990 mm thì dùng cả
tÂm tròn ép lại. Khi đường kính ngoài lớn hơn trị số trên thì phải dùng những
tấm hình rẻ quạt ghép lại thành khối tròn.
Mỗi lá thép kĩ thuật điện đều có phí sơn cách điện trên bề mặt để giảm
tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Nếu lõi sắt ngắn hơn 25 đến 30 cm thì có
thể ghép lại thành một khối. Nếu lõi sắt dài hơn trị số trên thì thường ghép
thành từng thỊp ngắn, mỗi thếp dài 6 đến 8 cm, đặt cách nhau 1 cm để thông
gió cho tốt.
c./ Dây quÂn
Dây quÂn stato gồm nhiều phần tử nối với nhau theo một quy luật nào
đó Phần tử ở đây cũng chính là bối dây được đặt vào các rãnh của lõi sắt và
được cách điện tốt với lõi sắt. Bối dây quÂn có thể chỉ là một vòng dây (được

b/. R«to và dây quÂn r«to.
R«to có hai loại chính là: r«to kiểu dây quÂn và r«to kiểu lồng sóc.
- Loại r«to kiểu dây quÂn: R«to có dây quÂn giống nh dây quÂn stato.
Trong máy điện cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quÂn kiểu sóng hai
lớp vì bớt được những dây đầu nối, kết cấu dây quÂn trên r«to chặt chẽ.
Trong máy điện cỡ nhỏ thường dùng dây quÂn đồng tâm một lớp. Dây quÂn
ba pha của r«to thường đấu hình sao, còn ba đầu kia được nối vào ba vành
trượt thường làm bằng đồng được đặt cố định ở một đầu trục và thông qua
chổi than có thể đấu với mạch điện bên ngoài. Đặc điểm của loại động cơ điện
r«to kiểu dây quÂn là có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ hay sức
điện động phụ vào mạch điện r«to để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh
tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy. Khi máy làm việc bình thường
dây quÂn r«to được nối ngắn mạch.
- Loại r«to kiểu lồng sóc: Kết cÂu của loại dây quÂn r«to này rất khác
với dây quÂn stato. Trong mỗi rãnh của lõi sắt r«to đặt các thanh dẫn bằng
đồng hay nhôm dài ra khái lõi sắt và được nối ngắn mạch ở hai đầu bằng hai
vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng mà người ta
quen gọi là lồng sóc.
Dây quÂn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt. Để cải thiện tính
năng mở máy, trong máy công suất tương đối lớn, rãnh r«to có thể làm thành
dạng rãnh sâu hoặc làm thành hai rãnh lồng sóc hay còn gọi là lồng sóc kép
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 4
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
Trong máy điện cỡ nhỏ rãnh r«to thường được làm chéo đi một góc so với
tâm trục.
c/. Khe hở
Vì r«to là một khối tròn nên khe hở đều. Khe hở trong máy điện không
đồng bộ rất nhỏ để hạn chế dòng điện từ hoá lấy từ lưới vào và nh vậy mới có

3.1/ Sơ đồ thay thế
x
1
x'
2
r
1
r
m
x
m
r'
2
r'
2
(1-S)/S
u
1
I
1
I'
2
I
0

(1
(2
(3
(4
(5

3.2. / Máy làm việc ở chế độ máy phát
c
ơ <0 nghĩa là máy lấy công suất cơ vào.
1 <0 nên máy phát công suất tác dụng vào lưới
1 >0 do đó máy vẫn nhận công suất phản kháng từ lưới vào
3.2. / Máy làm vÞªc ở chế độ hãm
ở chế độ này t ả công st cơ và điện lấy ở ngoài vào đều biến thành tổn hao
đồng trên mạch roto
3.3/ Mô men của động cơ
ô men điện từ
M = =
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 7
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
Trong đó
1
= 1 +
«men cực đại
ma
x =
M«men khởi động
k =
3.4/ Các lượng định mứ
Máy điện không đồng bộ có các trị số định mức đặc trưng cho điều kiện kỹ
thuật của máy. Các chỉ số này do nhà máy thiết kế, chế tạo quy định và được
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 trị số định mức của động cơ điện khi
tải định mức. Các trị số đó thường bao gồm: công suất định mức ở đầu trục
®

Tuy vậy, máy điện không đồng bộ có những nhược đinhểm sau: ϕcos của
máy thường không cao và đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt nên ứng dụng
của máy điện không đồng bộ có phần bị hạn c
.
Máy điện không đồng bộ có thể dùng làm máy phát điện nhưng đặc tính
không tốt so với máy phát điện đồng bộ, nên chỉ trong một số trường hợp nào
đó cần nguồn điện phụ hay tạm thời thì nó cũng có một ý nghĩa quan
g.
V/ nhiệm vụ thiết kế tốt n
ip:
1 / Đầu đề thiết kế tốt ng
ệp :
Thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha roto dây
un.
2 / Các số liệu ba
đầu:
Công
uấ
t P ®m = 22 kw, dây quÂn stat o nối - 380/220 V; 2p=4.
Hiệu suất 0.90 ; cos = 0.87 ; hệ số trượt 2.5%. Điện áp
«
to U 2 = 3
;

I 2 = 45 A. Cách điện cấp B ; kiểu kín ; làm việc liê
tc.
3 / Nội dung phần thuyết minh tính
- án :
Đại cương về động cơ không đn
- bộ .

ng
Những kích thước chủ yếu trong máy điện không đồng bộ là đường kính
trong stato và chiều dài lõi sắt l. Mục đích của việc tính toán lựa chọn kích
thước chủ yếu này để chế tạo ®ù¬c máy điện có tính kinh tế hợp lý nhất mà
tính năng phù hợp với các tiêu chuẩn nhà nước. Tính kinh tế của máy không
phải chỉ là vật liệu sử dụng chế tạo ra máy à x ét đến quá trình chế tạo trong
nhà nhmáy khuôn dập, vật đúc, các kích thước được tiêu chuẩnh
.
2.1.2.Lựa chọn tính toán các kích thước chủ
uA/ .Các số liệu định mứ
1.Công suất định mức: P
®m
=22 kW
2.Điện áp định mức: U
®m
=380/220 V đấu
3.Tần số: f=50 Hz
4.Tốc độ đồng bộ: n
®b
=1500[vòng /phút]
5.Kiểu máy : kiểu bảo vệ IP44
6.Chế độ làm việc: liên tục
7.Cấp cách điện : cấp B
8.Số đôi cực : p = 2
9.Dòng điện pha định mức:
, A (2.1)
Trong đó :
m
1
-là số pha dây quÂn của stato;

- hiệu suất của động cơ;
cosϕ
®m
- hệ số công suất định mức của máy;
Thay số ta được:
P’= = 27,45 kVA
11.Đường kính ngoài của stato:
Từ công suất của động cơ không đồng bộ r«to dây quÂn ta tra
hình10.1(trang 231) sách “TKM§” được chiều cao tâm trục của máy này là
h = 180 mm .Ta tra bảng 10.3 sách(“TKM§”) được
D
n
= 31,3 cm
12.Đường kính trong của stato:
D = D
n
.k
D
cm (2.3)
=(0,64 ~ 0,68).31,3 cm
Trong đó:
k
D
= 0,64 ~ 0,68 , tra bảng 10.2 sách “TKMD”
ở đây ta chọn k
D
= 0.65 nên ta có D = 20.3 cm.
13.Bước cực của stato:
= , cm (2.4)
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN

d1
= 0,92
A - tải đường(A/cm);
- từ cảm qua khe hở không khí (T);
Tra hình 10-3a (trang 233) sách “TKM§” có: A=350 A/cm ;
D -đường kính trong stato, D = 20,3 cm (đã chọn ở mục 12) ;
n
®b
- tốc độ đồng bộ(v/ph);
n
®b
= = = 1500 , v/ph (2.6)
Thay số ta được :
= cm
Trong máy điện không đồng bộ, khi chiều dài lõi sắt =160 mm thì việc
tản nhiệt không khó khăn lắm nên lõi thép có thể ép thành một khối. Do lõi
sắt phần ứng stato ngắn nên làm thành một khối với việc không có rãnh thông
gió làm mát bằng quạt gió .
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 13
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
Chiều dài toàn bộ lõi sắt stato được chọn bằng:
l
1
= =16 cm.
15.Lập phương án so sánh :
= = = 1 (2.7)
Trong dãy động cơ không đồng bộ, công suất 30 kW và 2p = 4 có cùng đường
kính ngoài (cùng chiều cao tâm trục h) với máy công suất 22 kW và 2p = 4.

= 220 V thì chọn dây quÂn xếp hai lớp đặt vào
rãnh 1/2 kín
Lõi sắt stato máy điện không đồng bộ thường làm bằng lá thép kỹ thuật
điện. Trong máy có chiều cao tâm trục h 250 mm thường dùng thép 2211
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 14
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
hay thép 2212, khi h = 280 355 mm dùng thép 2312 có phí sơn bề mặt và
khi h 400 mm điện áp 6000V dùng thép 2411 phí sơn bề mặt. Với máy
đang thiết kế thì ta dùng thép có mác 2211 để chế tạo lõi sắt stato.
B/.Tính toán dây quÂn và lõi sắt stato:
16.Chọn số rãnh một pha dưới một cực :
q
1
= 4
Khi thiết kế dây quÂn stato cần phải xác định số rãnh của một pha dưới
một cực q
1
. Nên chọn q
1
trong khoảng từ 2 5. Thường lấy q
1
= 3 4. Với
máy công suất nhỏ hoặc tốc độ thấp, lấy q
1
= 2. Máy tốc độ cao, công suất lớn
có thể chọn q
1
=6. Chọn q

18.Bước răng stato:
t
1
= , cm (2.9)
Trong đó :
t
1
- là bước rãnh stato(cm);
D – là đường kính trong của stato, D=20,3 cm;
Z
1
– là số rãnh của stato, Z=48 rãnh (đã tính ở mục 17).
Thay số ta được :
t
1
= 1,33 cm
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 15
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
19.Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh:
u
r1
= thanh (2.10)
Trong đó :
A – là tải đường, A=350 A/cm (đã được xác định ở mục 14);
t
1
– bước rãnh stato, t
1

q
1
– số rãnh của một pha dưới một cực, q
1
= 4(chọn ở mục 16);
a
1
- là số mạch nhánh song song, a
1
= 2 (chọn ở mục 19);
u
r1
- là số thanh dẫn của một pha dưới một cực (đã có ở mục 19).
Thay số ta được :
w
1
= 2.4. = 88 vòng
21.Tiết diện dây quÂn và đường kính dây quÂn stato:
Mật độ dòng điện :
J
1
’ = , A/cm.mm
2
(2.12)
Trong đó:
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 16
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
AJ = 1850 - là tích số được chọn theo hình 10-4d(trang 237) sách

s
1
’
= 1.34 mm
2
Theo phụ lục VI , bảng VI .1 chọn dây đồng loại PETV có đường kính
d/d
c®
=1,32/1,405 , s
1
=1,368 mm
2
22.Mật độ dòng điện trong dây quÂn stato:
A/cm
2
23.Kiểu dây quÂn stato:
chọn kiểu dây quÂn là dây quÂn xếp hai lớp bước ngắn với bước dây
quÂn là y=10.và hệ số rút ngắn bước dây quÂn là:
β
1
= = = 0,8333 (2.14)
Trong đó :
= =48/4 =12 , là bưíc cực stato theo bước rãnh.
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 17
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
24.Hệ số dây quÂn:
Hệ số bước ngắn :
k

1
= 220 V;
k
s
– hệ số đã xác định ở mục 13, k
s
= 1,11;

– hệ số dây quÂn stato, = 0,925(đã xác định ở mục 24);
f – tần số dòng điện, f = 50 Hz;
w
1
– số vòng dây nối tiếp của một pha, w
1
= 88 vòng (mục 20).
Thay số ta được:
= 0,0119 Wb
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 18
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
26.Mật độ từ thông khe hở không khí :
T (2.20)
Trong đó :
-từ thông khe hở không khí, = 0,0119 Wb(mục 25);
- hệ số xung cực từ, = 0,64(chọn ở mục 14);
- bước cực, =16 cm (tính ở mục 13);
l
1
– chiều dài toàn bộ lõi sắt stato, l

(2.22)
Trong đó :
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 19
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
- là chiều cao gông sơ bộ của stato, cm;
- là từ thông khe hở không khí, = 0,0119 Wb(tính ở mục 25);
l
1
- là chiều dài toàn bộ lõi sắt stato, l
1
=16 cm (mục 14);
k
c1
- là hệ số ép chặt lõi sắt, lấy k
c1
= 0,95;
- là mật độ từ thông trong gông stato, T;
Tra bảng 10.5a (trang 240)sách “TKM§’’, lấy =1,45 T.
Thay số ta được :29.Kích thước rãnh và cách điện rãnh :
chọn rãnh hình quả lê như hình vẽ sau đây

Hình 1.1 Kích thước rãnh stato
• Chiều cao rãnh stato:
cm (2.23)
Trong đó:

1
= 48 rãnh (tính ở mục 18);
h
41
= 0,05 cm .
Thay số ta được :
Ta chọn d
1
= 0.7 cm =7 mm
- Chiều rộng stato phía đáy tròn lớn(d
2
) :
(2.25)
Trong đó :
D
n
– đường kính trong lõi sắt stato, D
n
= 31.3 cm (theo mục 11).
Thay số ta được :
cm
chọn d
1
=1 cm =10 mm
- Tính chiều cao h
12
h
12
= h
r1

S
r
=S
’
r
- S
c®
= 215 - 36 =179 mm
2
30.Hệ số lấp đầy:
k
®
= (2.28)
Trong đó :
n
1
- là số sợi chập, lấy n
1
= 3 sợi (đã chọn ở mục 21);
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 22
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
u
r
- là số thanh dẫn tác dụng của một nhánh, u
r
= 22(mục 19);
d
c®

32.Chiều cao gông stato:
(2.32)
33.Khe hở không khí:
Khi 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 R«to (sát cốt), làm
tăng thêm tổn thất phụ, điện kháng tản tạp của động cơ cũng tăng lên .
Theo công thức 11- 27b trang 277, Giáo trình TKM§- Trần Khánh Hà
đối với loại Động cơ có công suất lớn P=22(KW) >20 ( KW), 2p=4 ta có:
(2.33)
Tra theo bảng 10.8(trang 253) sách “TKM§” ta chọn khe hở không khí
.
2.1.4. Dây quÂn , rãnh và gông r«to
A/.Tìm hiểu về dây quÂn và lõi sắt r«to
Trong máy điện không đồng bộ thì sự khác nhau chủ yếu ở r«to. Tính
năng máy tốt hay xấu cũng ở r«to. Đối với r«to dây quÂn không có yêu cầu
về khởi động mà chỉ phải thoả mãn tiêu chuẩn nhà nước về hiệu suất, cos ,
bội số m«men cực đại trong điều kiện làm việc định mức .
Dây quÂn r«to thường dùng loại dây quÂn xếp hai lớp phần tư mềm với
các máy có chiều cao tâm trục h=160 200 mm .Khi h 225 mm dùng dây
quÂn sóng kiểu thanh dẫn vì nó có nhiều ưu điểm như là nó giảm khối lượng
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 24
-
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế §CK§B r«to dây quÂn
đồng ở phần đầu nối ra, nâng cao điện áp ở vành trượt để giảm nhỏ dòng điện
qua chổi than tránh hiện tượng phóng điện ở chỗ tiếp xúc giữa chổi than và
vành trượt gây hỏng máy. Rãnh r«to là loại rãnh nửa kín có cạnh song song
dây quÂn r«to dạng thanh được nhét vào rãnh r«to bằng cách đưa qua lỗ rãnh
rồi được hàn lại chứ không phải lồng vào rãnh qua bỊ rộng miệng rãnh như

t
= 60 mm = 6 cm.
37.Chiều dài lõi sắt r«to:
Lõi sắt r«to thường lấy bằng chiều dài lõi sắt stato hoặc là lấy:
l
2
= l
1
+(0,4 1)cm.
ở đây ta chọn nh sau:
l
2
= l
1
= 16 cm
38.Bước răng r«to:
t
2
= cm (2.37)
Nguyễn Đức Thái Sơn - TB§ - §T2 - K48 - BKHN
- 25
-