Lời nói đầu
Ngày nay, điện năng đã đi vào hầu hết trong các ngành kinh tế quốc
dân. Trong hầu hết các nhà máy, xí nghiệp đều sử dụng động cơ để truyền
động, hay dùng trong các thiết bị dân dụng. Do đó, việc thiết kế động cơ là
một công việc hết sức quan trọng.nhằm đáp ứng đòi hỏi của nền kinh tế
.tạo sự phù hợp với nền kinh tế của nước nhà.Đặc biệt nó vô cùng cùng
quan trọng với sinh viên ngành điện.Qua việc thiết kế này sẽ làm phong
phú hơn kho tri thức và tích luỹ thêm nhiều kinh nghiệm thực tiễn.
Với mục đích hệ thống lại những kiến thức đã học, cộng với sự rèn
luyện cho sinh viên làm quen với cách thiết kế khí cụ điện nói riêng và
động cơ điện nói chung. Bộ môn Thiết bị Điện - Điện tử đã giao cho em
nhiệm vụ: “Thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc”
Quá trình tìm hiểu và học hỏi dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy
Vũ GIA HANH, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp gồm: 3 phần
- Phần I: Tổng quan về động cơ không đồng bộ
- Phần II: Chọn phương án và tính toán thiết kế
+ Chương I: Tính toán kích thước chủ yếu
+ Chương II: Dây quấn, rãnh stato và khe hở không khí
+ Chương III: Dây quấn, rãnh và gông rôto
+ Chương IV: Tính toán mạch từ
+ Chương V: Tham số của động cơ ở chế độ định mức
+ Chương VI: Tổn hao thép và tổn hao cơ
+ Chương VII: Đặc tính làm việc
+ Chương VIII: Tính toán đặc tính khởi động
- Phần III: Tính toán nhiệt, trọng lượng vật liệu tác dụng và chỉ tiêu sử
dụng
1
- Trong quá trình tính toán thiết kế, do còn Ýt kinh nghiệm nên chắc
chắn em không tránh khỏi những sai sót. Rất mong các thầy cô bỏ qua cho
em.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn

Dây quấn được đặt vào các rãnh của lõi sắt và cách điện tốt với lõi
sắt. Dây quấn stato gồm có ba cuộn dây đặt lệch nhau 120
0
điện.
2. Cấu tạo phần quay (rôto)
a. Trục:
Làm bằng thép, dùng để đỡ lõi sắt rôto
b. Lõi sắt
Gồm các lá thép kỹ thuật điện giống nh ở phần stato. Lõi sắt được
Ðp trực tiếp lên trục. Bên ngoài lõi sắt có xẻ rãnh để đặt dây quấn.
c. Dây quấn rôto
Gồm hai loai: Loại rôto dây quấn và loại rôto kiểu lồng sóc
• Loại rôto kiểu dây quấn: Dây quấn rôto giống dây quấn ở stato và
có số cực bằng số cực stato. Các động cơ công suất trung trở lên thường
dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp để giảm được những đầu nối dây và kết
cấu dây quấn rôto chặt chẽ hơn. Các động cơ công suất nhỏ thường dùng
dây quấn đồng tâm một lớn. Dây quấn ba phan của rôto thường đấu hình
sao (Y). Ba đầu kia nối vào ba vòng trượt bằng động đặt cố định ở đầu trục.
Thông qua chổi than và vòng trượt, đưa điện trở phụ vào mạch rôto nhằm
cải thiện tính năng mở máy và điều chỉnh tốc độ.
Hình: Dây quấn rôto kiểu lồng sóc
làm bằng đồng.
4
• Loại rôto kiểu lồng sóc:Loại dây quấn này khác với dây quấn
Stato. Mỗi rãnh của lõi sắt được đặt một thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm
và được nối tắt lại ở hai đầu bàng hai vòng ngắn mạch đồng hoặc nhôm,
làm thành một cái lồng, người ta gọi đó là lồng sóc.
Dây quấn rôto kiểu lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt.
3. Khe hở:
Khe hở trong động cơ không đồng bộ rất nhỏ (0,2 mm ÷ 1mm). Do

Dây quấn phần ứng của máy điện xoay chiều gồm nhiều phần tử nối với
nhau theo mét quy luật nào đó.Phần tử ớ đây cũng chính là bối dây và được
đặt vào trong các rãnh của phần ứng.Bối dây có thể chỉ là một vòng dây
(gọi là dây quấn kiểu thanh dẫn,bối dây thờng chế tạo 1/2 phần tử và tiết
diện thưởng lớn),cũng có thể có nhiều vòng dây (tiết diện dây nhỏ và gọi là
dây quấn kiểu vòng dây) .Số vòng dây cúa mỗi bối dây, số bối dây của mỗi
pha và cách nối phụ thuộc vào công suất, điện áp, tốc độ, điều kiện làm
việc của máy và quá trình tính toán điện từ. Theo phương pháp bố trí các
cạnh của dây quấn trong rãnh, dây quấn phân làm loaị một lớp và hai líp.
a. Dây quấn một lớp:trong dây quấn một lớp, số rãnh của một pha
dưới một cực q thường là số nguyên, cạnh của bối dây chiếm cả rãnh nên
số cạnh của bối dây của một pha dưới một cực đúng bằng q và dưới mỗi
đôi cực mỗi pha có một tổ bối dây gồm q bối dây. Dây quấn 1 líp thường
được sắp xếp theo 2 kiểu chính: kiểu thứ nhất có đặc điểm là kích thước
các bối dây không giống nhau và xếp đồng tâm với nhau nên không chồng
đè lên nhau và được gọi là kiểu đồng tâm. Kiểu thứ 2 có đặc điểm là kích
thước các bối dây giống nhau nhag phần đầu nối chồng đè lên nhau nên gọi
là dây quấn đối xứng hay đồng khuôn. Mỗi kiểu dây quấn lại chia làm
nhiều loại.
+ Dây quấn kiểu đồng tâm: trong dây quấn 1 lớp, vì dưới mỗi đôi
cực một pha có một tổ bối dây nên cả dây quấn có 3p tổ bối dây. Nếu p là
số chẵn thì dây quấn có số tổ bối dây là số chẵn. Trong trường hợp đó có
6
thể chia 1/2 số tổ bối dây đặt trong một mặt phẳng còn l/2 số tổ còn lại đặt
lên một mặt phẳng khác và được gọi là dây quấn đồng tâm hai mặt phẳng.
Nếu p là số lẻ thì số tổ bối dây chia chẵn cho 3 do đó có thể đặt các
bối dây lên 3 mặt phẳng khác nhau và gọi là dây quấn đồng tâm 3 mặt
phẳng.
Khi q là số chẵn thì có thể chia tổ bối dây ra làm 2 nữa tổ và đầu dây
của các nữa tổ này bẻ ngoặt về hai phía khác nhau. Như vậy trong mét pha

đó số bối dây bằng số rãnh Z, số tổ bối dây trong mét pha bằng Z/mq =2p,
nghĩa là bằng số cực của máy.
Các phần đầu nối của dây quấn đợc bố trí trên các vành Ðp, đồng
thời đóng vài trò của vành giữ dây quấn mà mặt ngoài đợc quấn chặt bằng
những vòng dây đai.
Việc nối điện của dây quấn rôto quay với mạch điện ngoài được thực
hiện nhờ các vành trợt nối với đầu ra của dây quấn và cơ cấu chổi nối với
mạch điện đứng yên. Các vành trượt được chế tạo bằng thép đặc cách điện
với nhau và cách điện với trục bằng đệm cách điện .Tất cả các chi tiết đó
được xiết chặt bằng các bulông có bọc cách điện và Ðp thành mặt bích lên
đầu trục. Các chổi than nối điện với các thanh cái dẫn điện cúa xà đớ chổi
được đè chặt lên vành trượt.Tiếp xúc điện của chổi với các vành trượt được
bảo đầm nhờ bộ giữ chổi.
Với những cấu tạo như trên nên động cơ không đồng bộ rôto dây
quấn đã khắc phục được những nhược điểm của động cơ rôto lồng sóc,
nhưng do có kết cấu phức tạp hơn làm cho giá thành của động cơ không
đồng bộ rôto dây quấn có giá thành cao. Do đó động cơ không đồng bộ rôto
dây quấn chỉ được sử dụng khi điều kiện mở máy nặng nề cũng nh khi cần
phải điều chỉnh bằng phẳng tốc độ quay.
Máy điện không đồng bộ cũng có những dạng đặc biệt khác như máy
phát không đồng bộ, máy biến đổi tần số không đồng bộ, động cơ không
đồng bộ rôto khối, động cơ không đồng bộ rôto rỗng không từ tính, máy
8
bơm cảm ứng điện từ, động cơ không đồng bộ thẳng và cánh cung. Ngoài
ra còn có một số máy không đồng bộ công suất nhỏ dùng trong các thiết bị
tự
động: động cơ điều khiển không đồng bộ và máy phát tốc, máy biến áp
xoay, sensin mét pha.
Các máy phát không đồng bộ thường được chế tạo kiểu dây quấn
ngắn mạch ở rôto và được sử dụng rất hạn chế, chủ yếu ở các trạm thuỷ

lỏng là phần chuyển động. Để làm cho nó chuyển động người ta dùng từ
trường quay hay từ trường chạy được tạo nên nhờ dây quấn xoay chiều 3
pha.
Tuỳ thuộc vào hình dáng của kênh trong đó kim loại dịch chuyển
dưới tác dụng của từ trường, người ta phân máy bơm cảm ứng điện từ ra
kiểu xoắn hay kiểu thẳng.
Động cơ không đồng bộ thẳng và cánh cung:mạch dẫn từ stato của
động cơ thẳng có dạng hình hộp, còn của động cơ cánh cung có dạng một
cung rẽ quạt. Dây quấn sơ cấp 3 pha kiểu cực từ xen kẽ trong động cơ
thẳng được đặt trong các rãnh ở trên một trong hai bờ cúa hình hộp còn
trong động cơ cánh cung thì được đặt trong các rãnh phía mặt trục trong
(hay ngoài) của cung rẽ quạt. Các máy không đồng bộ thẳng có thể dùng để
tạo chuyển động tịnh tiến - lặp lại nhờ sự biến đổi luân phiên pha của dây
quấn stato ví dụ trong các máy gia công kim loại. Máy không đồng bộ cánh
cung được sử dụng trong những trường hợp khi rôto có yêu cầu quay với
tốc độ góc khá nhỏ.Việc áp dụng động cơ cánh cung đặc biệt tiện lợi khi sử
dụng khối trụ sắt từ để làm rôto chính là một bộ phận của máy cần nhận cơ
năng.
10
Động cơ không đồng bộ được sản xuất theo kiểu bảo vệ IP23 và kiểu
kín IP44. Những động cơ điện theo cấp bảo vệ IP23 dùng quạt gió hướng
tâm đặt ở 2 đầu rôto của động cơ, trong các rôto lồng sóc đúc nhôm thì
cánh quạt nhôm đợc đúc trực tiếp lên vành ngắn mạch. Loại động cơ theo
cấp bảo vệ IP44 thường nhờ vào cánh quạt đặt ở ngoài vỏ máy để thổi gió
ngoài vỏ máy, do đó tản nhiệt kém hơn so với loại IP23 nhưng bảo dưỡng
dễ dàng hơn.
I.4. Kết cấu và hoạt động của động cở điện không đồng bộ ba pha
rôto lồng sóc:
A. Kết cấu của động cơ điện không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc:
Bao gồm hai kết cấu chính là mạch từ và dây quấn, ở đó diễn ra sự

3. Rôto:
Nếu đường kính rôto nhỏ hơn 350 mm thì lõi sắt rôto thường được
Ðp trực tiếp lên trục hoặc ống lồng trục, đó là vì đường kính rôto không
lớn, phần trong của lá thép cắt ra không dùng được vào việc gì có giá trị
kinh tế lớn mà kết cấu clia rôto lại được đơn giản hóa.Việc dùng ống lồng
cũng rất hạn chế, chỉ dùng khi cần thiết nh động cơ điện trên tàu điện để
thay trục được dễ dàng. Khi đường kính rôto lớn hơn 350 mm đường kính
trong ôto cố gắng lấy ra lớn hơn để dùng lõi thép lấy ra sử dụng vào việc
khác, do đó cần có giá đỡ rôto. Khi đường kính rôto lớn hơn 1000 mm thì
dùng các tấm tôn silíc hình rẻ quạt ghép lại.Khi đó dùng giá đớ rôto hình
sao giá đỡ rôto trong các máy lớn thường làm bằng thép tấm ghép lại. Lõi
sắt thường được Ðp chặt với áp suất từ 5 Kg/cm2 đối với cõ trung, đến 10
Kg/cm2 với máy cỡ nhỏ và phải có vòng Ðp để giữ chặt áp suất đó, để
tránh lõi sắt ở hai đầu bị tán ra thì trong các máy nhỏ thường dùng những
tấm thép dày 1,5 mm Ðp lại. Trong máy lớn thường dùng những tấm Ðp có
răng, răng phái tán hay hàn vào lá thép Ðp để khi quay không văng ra. Rôto
12
động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc thường có rãnh nửa kín và được
đúc đầy trong rãnh rôto là các thanh dẫn bằng nhôm hoặc đồng, các thanh
dẫn này dài ra khỏi lõi sắt và được nối tắt hai đầu bằng hai vành ngắn mạch
bằng nhôm hoặc đồng làm thành một cái lồng mà người ta quen gọi là lồng
sóc.Trong máy điện cỡ nhỏ rãnh rôto thường được làm chéo đi một góc so
với tâm trục.
4. Quạt gió:
Nhiệm vụ của quạt gió là tạo ra một áp suất đủ lớn để đưa dòng khí
cần thiết qua hệ thống thông gió cúa máy để làm mát máy. Quạt được gắn
trên trục động cơ, tốc độ của quạt là tốc độ của động cơ, kích thước của
quạt bị giới hạn bởi kết cấu của động cơ, trong máy điện thường có ba loại
quạt thường dùng: Quạt ly tâm, quạt hướng trụ và quạt hỗn hợp ly tâm và
hướng trục, nhưng thông dụng nhất vẫn là quạt ly tâm. ở quạt ly tâm khi

g. Kết cấu chắc chắn, có thể chịu được ứng lực cơ khi máy bị ngắn
mạch đột ngột hay khi khởi động.
- Dây quấn động cơ có nhiều kiểu: Dây quấn một lớp, hai lớp, dây
quấn đồng khuôn, dây quấn đồng tâm
6. Trục động cơ:
Ngoài việc phải chịu toàn bộ trọng lượng của rôto ra, trục còn chịu
mô men xoắn và mômen uốn trong quá trình truyền động tải, trục còn chịu
lực hướng trục thường là lực kéo nh ở các máy kiểu trục đứng. Ngoài
những
tải trên, trục còn phải chịu lực từ một phía do khe hở không khí không đều
gây ra. Trục có các yêu cầu sau:
a. Phải có đủ độ bền ở tất cả các tiết diện của trục khi máy làm việc
kể cả khi có sự cố ngắn mạch.
b. Phải có đủ độ cứng để tránh sinh ra độ võng lớn làm rôto chạm
stato.
14
c. Tốc độ giới hạn của trục phải khác nhiều với tốc độ khi máy làm
việc bình thường. Kích thước đầu trục của động cơ được tiêu chuẩn hóa các
kích thước lựa chọn ở bảng VIII sách thiết kế máy điện (TKH - NHT) .
7. Gối trục:
Máy điện có thể dùng gối trục là ổ bi hay ổ trượt. Máy điện nhỏ và
vừa hiện nay dùng ổ bi là chủ yếu, chỉ trong những máy nhỏ yêu cầu không
có tiếng ồn mới dùng bạc. Máy lớn phải dùng ổ bi, ổ bi có các ưu điểm sau
là kích thước nhỏ, kết cấu gọn, độ mài mòn không lớn, bảo dưỡng đơn
giản, tổn hao ma sát nhỏ, điều này rất quan trọng đối với những máy thư-
ờng khởi động.
B. Hoạt động của động cở không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc:
Động cơ làm việc dựa vào định luật về luật điện từ f tác dụng lên
thanh dẫn có chiều dài l khi nó có dòng điện I và nằm trong từ trường có từ
cảm B. Chiều và độ lớn của lực f được xác định theo tích véc tơ f = i.l.B.

máy giặt, Tóm lại theo sự phát triển của nền sản xuất điện khí hoá, tù
động hoá và sinh hoạt hằng ngày, phạm vi ứng dụng của máy điện không
đồng bộ ngày càng rộng rãi.Tuy vặy máy điệ n không đồng bộ có những
nhược điểm: cosϕ 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
chế.
Cùng với sự phát triển của xã hội, ngành công nghiệp điện lực sản
xuất các loại động cơ trong nước cũng đã có những tiến bộ nh đã sản xuất
được những động cơ có công suất đến 2500kW với cấp điện áp 6kV. Tình
hình sản xuất động cơ trên thế giới đã có những bớc phát triển vượt bậc so
với chúng ta, với những công nghệ hiện đại cùng những chuyên gia thiết kế
giàu kinh nghiệm họ đã sản xuất được những động cơ có công suất lớn hơn
chúng ta rất nhiều.
16
Phần II: Tính toán thiết kế động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc
Chương I: Tính toán kích thước chủ yếu
Các kích thước chủ yếu bao gồm đường kính D và chiều dài 1 của
phần ứng. Các kích thước D,1 và các tỷ lệ giữa chúng quyết định trọng, giá
thành các đặc tính kinh tế kỹ thuật và độ tin cậy lúc làm việc của máy. Vì
vậy xác định các kích thước chủ yếu là giai đoạn rất cơ bản và không kém
phần quan trọng của công việc thiết kế máy điện. Mặt khác, các kích thước
chủ yếu phụ thuộc vào công suất P, tốc độ quay n, tải điện từ A, B
δ
của vật
liệu tác dụng của máy. Sau đây là trình tự tính toán và xác định kích thước
chủ yếu của máy điện.
1. Tốc độ đồng bộ :
n
1
=

K
D
= 0,64 ÷ 0,68.
D = K
D
. D
n
= (0,64 ÷ 0,680 . 31,3 = 20,032 ÷ 21,284
Lấy D = 20,5cm
5. Công suất tính toán :
p’ =
88,0.9,0
17.975,0
cos.
p.k
E
=
ϕη
= 20,98 KVA
Trong đó:
k
E
= 0,975 lấy theo hình 10 - 2 trang 231 TKMĐ của (TKH – NHT)
Cos ϕ = 0,88
η = 91% = 0,90 tra bảng 10.1 theo công suất và tốc độ của động cơ
P = 17 kW là công suất định mức
6. Chiều dài tính toán lõi sắt stato :
l
δ


D = 20,5 cm (mục 4)
n
1
= 1500 vòng/phút (mục 1)
Do lõi sắt ngắn nên làm thành một khối
Chiều dài lõi sắt Stato, Rôto bằng:
l
1
= l
2
= l
δ
= 12,16 cm
7. Bước cực :
τ =
4
5,20.
p.2
D. π
=
π
= 16,09 cm
Trong đó:
D = 20,5 cm (mục 4)
2p = 4 cực là số đôi cực từ
8. Lập phương án so sánh :
Hệ sè λ =
09,16
16,12
l

10.17
cos U.3
10.p
3
1
3
=
ϕη
= 32,5 (A)
Trong đó :
P = 17kW là công suất định mức của động cơ.
U
1
= 220V Điện áp định mức pha
η = 0,9 Hiệu suất động cơ cos ϕ = 0,8 Hệ số công suất
19
Chương II: Dây quấn, rãnh stato & khe hở không khí
Dạng rãnh stato phụ thuộc vào thiết kế điện tử và dây dẫn, rãnh phải
được thiết kế sao cho vừa số dây dẫn thiết kế kể cả phần cách điện và công
nghệ chế tạo dễ dàng. Mật độ từ thông trên gông và răng không được vượt
quá một trị số nhất định nào đó để đảm bảo tính năng của máy.
10. Số rãnh stato :
Số rãnh Stato dưới một cực từ là q
1
, thông thường chọn q
1
trong
khoảng từ 3 ÷ 5. Vì ở đây máy có công suất nhỏ nên lấy q
1
= 4. Việc chọn

D.
1
π
=
π
= 1,341 (cm)
Trong đó:
D = 20,5 (mục 4)
Z
1
= 48 rãnh (mục 10)
12. Sè thanh dẫn tác dụng của một rãnh :
Chọn số mạch nhánh song song a
1
= 4
20
u
r1
=
5,32
4.341,1.340
I
a.t.A
1
1
=
= 56,1 (thanh)
Trong đó:
A = 340 A/cm (mục 6)
t

1
= 4 số mạch nhánh song song của dây quấn
14. Tiết diện và đường kính dây dẫn :
Theo hình 10 – 4b trang 237 TKMĐ của ((TKH – NHT), chọn tích
số AJ = 1880 A
2
/cm . mm
2
+ Tính lại tải đường
A =
5,32
5,20.14,3
112.3.2
I
D.14,3
W.m.2
1
1
=
= 339,28 A/cm
Tải đường không sai khác nhiều so với tính chọn nên không cần tính
lại
+ Mật độ dòng điện
J
1
=
340
1850
A
AJ

1
= 5,44 A/mm
2
(mục 14)
Theo phụ lục VI, bảng VI.1 trang 618 TKMĐ của (TKH - NHT)
chọn dây đồng tráng men PETV có đường kính d/d
cđ
= 1 /1,08s = 0,785
mm
2
.
15. Kiểu dây quấn :
Để cải thiện dạng sóng sức điện động ta chọn dây quấn 2 lớp bước
ngắn với y = 10
τ =
4
48
P.2
Z
1
=
= 12
β =
12
10y
=
τ
= 0,833
16. Hệ số dây quấn :
Hệ số bước ngắn k

d
= k
y
. k
r
= 0,966 . 0,958 = 0,925
22
23
17. Từ thông khe hở không khí :
Φ =
112.50.925.0.11,1.4
220.975,0
f.w.k.k.4
U.k
1ds
1e
=
= 0,0093 (wb)
Trong đó:
K
e
= 0,975 lấy theo hình 10 – 2 trang 231 sách TKMĐ của (TKH –
NHT)
U
1
= 220 điện áp pha định mức
k
s
= 1,11
k

= 12,16 (cm): chiều dài lõi sắt stato (mục 6)
19. Sơ bộ chiều bộ rộng răng:
b
z1
=
95,0.16,12.7,1
341,1.16,12.74,0
k.l.B
t.l.B
c11z
11
=
δ
= 0,712 (cm)
Trong đó:
B
δ
= 0,74T
l
1
= 12,46 cm (Mục 6)
t
1
= 1,341 cm (mục 11)
24
k
c
= 0,95 là hệ số Ðp chặt lõi sắt tra theo bảng 2.2 trang 23 sách
“TKMĐ” - (TKH – NHT)
Động cơ kiểu kín IP44,2p = 4,h = 180 mm

Chọn rãnh hình quả lê có các cạnh song song
a. Đường kính đáy rãnh stato d
2
:
• Chiều rộng miệng rãnhL b
41
≥ d
cđ
+ 1,5
= 1,08 + 1,5 = 2,58 (mm)
chọn b
41
= 2,8 (mm)
Trong đó: d
cđ
= 1,08 (mục 14)
• Chiều cao miệng rãnh
Trong thực tế chiều dài miện rãnh h
41
= 0,5 mm chứ không thể nhỏ
hơn vì công nghệ cắt dập không thể cắt dập được.
h
41
= 0,05 (cm)
d
2
=
( )
1z
1