Đồ án

Thiết kế động cơ không đồng bộ
roto dây quấn

1Đồ án : Thiết kế động cơ không đồng bộ roto dây quấn

LỜI NÓI ĐẦU

Trong sản xuất hiện nay của nền kinh tế quốc dân hiện nay thì ứng dụng
động điện vào việc truyền động cơ cấu để tạo ra các nguyên công nhằm tạo ra
các sản phẩm phục vụ cho đời sống con người là rất phổ biến. Động cơ điện
không đồng b
ộ rôto dây quấn nói riêng và động cơ không đồng bộ nói chung
có kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ đây là
loại động cơ được sử dụng rộng rãi nhất trong các nghành kinh tế quốc dân
với dải công suất rộng từ vài chục tới hàng nghìn kilooat.
Trên cơ sở các môn học về thiết kế máy điện em xin được trình bày bản
thiết kế gồm có ba phần :
Phần 1: Thiết kế điện từ
Phần 2: Thiết kế kết cấu
Phần 3: Thiết bị và công nghệ chế tạo rôto dây quấn của máy điện
quay.
Sau thời gian làm việc dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn

không cho người ngoài đến gần.
+Kiểu bảo vệ có bảo vệ chống sự tiếp xúc ngẫu nhiên các bộ phận quay
hay mang điện, bảo vệ các vật ở ngoài hoặc nước rơi vào theo các góc độ
khác nhau. Loại này thường là tự thông gió. Theo cấp bảo vệ thì kiểu này
thuộc các c
ấp bảo vệ từ IP11 đến IP33.
+Kiểu kín là loại máy mà không gian bên trong máy và môi trường bên
ngoài được cách ly. Tùy theo mức độ kín mà cấp bảo vệ là từ IP44 trở lên
Kiểu kín thường là tự thông gió bằng cách thổi gió ở mặt ngoài vỏ hay thông
gió độc lập bằng cách đưa gió vào trong máy bằng đường ống. Thường dùng
loại này ở môi trường nhiều bụi, ẩm ướt, v.v…
-Theo kết cấu của rôto, máy điện không đồng bộ chia làm hai loại: lo
ại
rôto kiểu dây quấn và loại rôto kiểu lồng sóc.
-Theo số pha trên dây quấn stato có thể chia thành các loại: một pha, hai
pha và ba pha.
1.2. Kết cấu

3
Máy điện không đồng bộ bao gồm các bộ phận chính là phần tĩnh hay
stato và phần quay hay rôto.
1. Phần tĩnh hay stato
Trên stato máy điện không đồng bộ có vỏ, lõi sắt và dây quấn.
a. Vỏ máy
Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, 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 đượ
c 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

Yêu cầu chính đối với dây quấn như sau:
1.Điện áp của ba pha bằng nhau trong dây quấn ba pha , điện áp ba pha
lệch nhau 120
0
góc độ điện.
2.Điện trở và điện kháng của các mạch song song và của ba pha bằng
nhau
3.Có thể đấu thành các mạch song song một cách dễ dàng khi cần thiết.
4.Dùng vật liệu dây dẫn điện ít nhất.Phần đầu nối càng ngắn càng tốt để
thu ngắn chiều dài của máy và đỡ tốn vật liệu .
5.Dễ chế tạo và sửa chữa .
6.cách điện giữa các vòng dây, các pha và vớ
i đất ít tốn kém và chắc
chắn
7.Kết cấu chắc chắn, có thể chịu được ứng lực cơ khi máy bị ngắn mạch
đột ngột hay khi khởi động.
2. Phần quay hay rôto
Phần này gồm hai bộ phận chính là lõi sắt và dây quấn.
a. Lõi sắt.
Người ta dùng các lá thép kĩ thuật điện giống như ở stato. Lõi sắt được
ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá rôto của máy. Phía ngoài của lá
thép có x
ẻ rãnh để đặt dây quấn.
b. Rôto và dây quấn rôto.
Rôto có hai loại chính là: rôto kiểu dây quấn và rôto kiểu lồng sóc.
- Loại rôto kiểu dây quấn: Rôto có dây quấn giống như dây quấn stato
Trong máy điện cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp
vì bớt được những dây đầu nối, kết cấu dây quấn trên rôto chặt chẽ. Trong

5

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 đ
ó thường bao gồm: công suất định mức ở đầu
trục P
đm
(kW hay W), dòng điện dây định mức I
dm
(A), điện áp dây định mức

6
U
dm
(V), cách đấu dây ( Y hay Δ ), tốc độ quay định mức n
đm
( vg/ph ), hiệu
suất định mức η
đm
và hệ số công suất định mức cosϕ
đm
,…
4. Công dụng của máy điện không đồng bộ
Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu làm động
cơ điện. Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ
nên động cơ không đồng bộ là loại máy được dùng rộng rãi nhất trong các
nghành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng nghìn kilôoat
Trong công nghiệp th
ường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động
lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máy công cụ ở các
nhà máy công nghiệp nhẹ, v.v…Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt
gió. Trong nông nghiệp dùng để làm máy bơm hay máy gia công nông sản

t liệu sử dụng chế tạo ra máy mà còn sét đến quá trình chế tạo
trong nhà máy như khuôn dập, vật đúc, các kích thước được tiêu chuẩn hoá…
Tra bảng P1.3 .Các thông số kĩ thuật của động cơ 4A (trang 236)sách
“Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí của Trịnh Chất và Lê Văn Uyển với
động cơ không đồng bộ có công suất P=90kW, 2p=4, n
đb
=1500vg/ph ta tra
được kiểu động cơ như sau: 4A250M4, cos
ϕ
=0,91 và
93,0=η
; n
đm
=1480
vg/ph; m
max
=2,2.
2.1.2.Lựa chọn tính toán các kích thước chủ yếu
a.Các số liệu định mức
1.Công suất định mức: P
đm
=90 kW
2.Điện áp định mức: U
đm
=220/380 V đấu
ΥΔ /

3.Tần số: f=50 Hz
4.Tốc độ đồng bộ: n
đb

1
- điện áp pha định mức đặt vào dây quấn stato(V);

m®
η
- hiệu suất định mức của động cơ;
cos
ϕ
đm
- là hệ số công suất định mức của động cơ.
Thay số ta có:
I
1
=
91,0.93.0.220.3
10.90
3
= 161,129 A
b.Xác định kích thước chủ yếu
10.Công suất tính toán :
P’ =
dmdm
dmE
.cos
P.k
ϕη
kVA (2.2)
Trong đó :
P’ - công suất tính toán(kVA);
k

= 43,7 cm
12.Đường kính trong của stato:
D = D
n
.k
D
cm (2.3)
=(0,64 ~ 0,68).43,7=(27,968~29,716) cm
Trong đó:
k
D
= 0,64 ~ 0,68 , tra bảng 10.2 sách “TKMD”
ở đây ta chọn D =29,7 cm
13.Bước cực của stato:

τ
=
p2
D.π
, cm (2.4)
Trong đó :

τ
- là bước cực(cm);
D – là đường kính trong stato, D=29,7 cm (đã tính ở mục 12) ;
p – là số đôi cực từ , p=2 .
Thay số ta có:

τ
=

- hệ số dạng sóng , chọn k
S
= 1,11;
k
d1
– hệ số dây quấn stato, lấy k
d1
= 0,92;
với máy có chiều cao tâm trục h= 180
÷
250 mm thì thường chọn dây quấn
hai lớp đặt vào rãnh nửa kín thì k
d
= 0,91
÷
0,92 ở đây ta chọn k
d1
= 0,92
A - tải đường(A/cm);

δ
B
- từ cảm qua khe hở không khí (T);

10

Tra hình 10-3 (trang 234) sách “TKMĐ” có: A=430 A/cm ;
T74.0=Β
δ
;

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 .
Chiều dài toàn bộ lõi sắt stato được chọn bằng:
l
1
=
δ
l
=23 cm.
15.Lập phương án so sánh :

λ
=
τ
δ
l
=
3145,23
23
≈
0,9865 (2.7)
trong dãy động cơ không đồng bộ , công suất 110 kW và 2p =4 có cùng
đường kính ngoài (cùng chiều cao tâm trục h) với máy công suất 90 kW và 2p
=4 .Hệ số tăng công suất của máy là :

γ
===
90
110

ện tròn .
+Căn cứ vào điện áp và chiều cao tâm trục để chọn loại dây quấn ; với
điện áp U
V660≤
, chiều cao tâm trục h
≤
160 mm có thể chọn dây quấn đồng
tâm đặt vào rãnh 1/2 kín.Với h=180 – 250 mm dùng dây quấn hai lớp đặt vào
rãnh 1/2 kín.Với h
≥
280 mm, dùng dây quấn hai lớp phần tử cứng đặt vào
rãnh 1/2 hở.
Với máy đang thiết kế có P=90 kW ,chiều cao tâm trục h=250 mm , điện
áp dây quấn stato U
đm
=380 V thì chọn dây quấn 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
hay thép 2212 , khi h=280
÷
355 mm dùng thép 2312 có phủ sơn bề mặt và
khi h
≥
400 mm điện áp 6000V dùng thép 2411 phủ sơn bề mặt .Với máy
đang thiết kế thì ta dùng thép có mác 2212 để chế tạo lõi sắt stato.
2.2.2.Tính toán dây quấn và lõi sắt stato:
16.Chọn số rãnh một pha dưới một cực :
q

nhiều sóng bậc cao.Trị số q
1
nên chọn số nguyên .
17.Số rãnh stato:
Z
1
=2.m
1
.p.q
1
= 2.3.2.4 =48 rãnh (2.8)
Trong đó :
Z
1
- số rãnh stato ;
m – là số pha của động cơ, m=3;
p – là số đôi cực từ của động cơ, p =2;
q
1
- là số rãnh của một pha dưới một cực, q
1
=4.
18.Bước răng stato:
t
1
=
1
Z
D.π
, cm (2.9)

1
– bước rãnh stato, t
1
=1,943 cm (đã được xác định ở mục 18);
I
1
– dòng điện pha stato định mức, I
1
=161,129A( tính ở mục 9);
a
1
– là số mạch nhánh song song của một pha, a
1
=4;
chọn số mạch nhánh song song là ước số chung của số cực từ .
Thay số ta được :

13
u
r1
=
129,161
4.943,1.430
=20.74 thanh
với dây quấn hai lớp ta chọn u
r1
=20 (là số nguyên chẵn)
20.Số vòng dây nối tiếp của một pha:
w
1

4
20
=40 vòng
21.Tiết diện dây quấn và đường kính dây quấn stato:
Mật độ dòng điện :
J
1
’ =
A
J.Α
, A/cm.mm
2
(2.12)
Trong đó:
AJ =3060 -25%.3060 =2295 A
2
/cm.mm
2
- là tích số được chọn theo
hình 10-4d(trang 237) sách “TKMĐ”. Ở hình này là ứng dụng cho động cơ
không đồng bộ cấp cách điện cấp F , với cấp cách điện B hoặc E thì tích số AJ
được lấy thấp hơn vào khoảng 25
÷
30%.
A - tải đường, A=430 A/cm (đã biết ở mục 14)
Thay số :
J’ =
430
2295
=5,3372 A/mm

’
- là mật độ dòng điện(A/mm
2
)(đã được tính ở trên).
Thay số ta được :
s
1
’
=
337,5.4.4
129,161

≈
1.887 mm
2

Theo phụ lục VI , bảng VI .1 chọn dây đồng loại PETV có đường kính
d/d
cđ
=1,56/1,645 , s
1
=1,911 mm
2

22.Mật độ dòng điện trong dây quấn stato:

27,5
4.4.911,1
129,161
n.a.s

24.Hệ số dây quấn:
Hệ số bước ngắn :
k
y1
= sinβ.
2
π
= sin
2
.
12
10
π
=0,966 (2.15)
Hệ số bước rải :

15
k
r1
=
2
sin.q
2
.qsin
1
1
α
α
=
2

= 0,966.0,958
≈
0,925 (2.18)
25.Từ thông khe hở không khí:

11dqs
1E
w.f.k.k.4
U.k
=Φ
, Wb (2.19)
Trong đó :
k
E
– là hệ số biến áp, k
E
=0,98 (xem mục 10);
U
1
- điện áp pha định mức đặt vào dây quấn stato, U
1
=220 V;
k
s
– hệ số đã xác định ở mục 13, k
s
=1,11;

1dq
k

Trong đó :

Φ
-từ thông khe hở không khí,
Φ
=0,02625 Wb(mục 25);

16

δ
α
- hệ số xung cực từ,
δ
α
=0,64(chọn ở mục 14);

τ
- bước cực,
τ
=23,3145 cm (tính ở mục 13);
l
1
– chiều dài toàn bộ lõi sắt stato, l
1
=23 cm (theo mục 14) .
Thay số ta được :

23.3145,23.64,0
10.02625,0
4

l
- chiều dài tính toán của stato,
δ
l
=23 cm (tính ở mục 14);
l
1
- chiều dài toàn bộ lõi sắt stato, l
1
=23 cm(tính ở mục 14);
t
1
- là bước rãnh stato, t
1
=1,943 cm (tính ở mục 18);
k
c1
- là hệ số ép chặt lõi sắt của stato, k
c1
= 0,95;

1z
Β
- là trị số trung bình mật độ từ thông trên răng stato;
Tra bảng 10.5b (trang 241) sách “TKMĐ”, lấy
1z
Β
=(1,8~2 )T.
Thay số ta tính được:


- là từ thông khe hở không khí,
Φ
=0,02625 Wb(tính ở mục 25);

17
l
1
- là chiều dài toàn bộ lõi sắt stato, l
1
=23 cm (mục 14);
k
c1
- là hệ số ép chặt lõi sắt, lấy k
c1
= 0,95;

1g
Β
- là mật độ từ thông trong gông stato, T;
Tra bảng 10.5a (trang 240)sách “TKMĐ’’, lấy
1g
Β
=1,5 T.
Thay số ta được :
cm4
95,0.23.5,1.2
10.02625,0

h
2
DD
h −
−
=
cm (2.23)
Trong đó:
D
n
- là đường kính ngoài của stato, D
n
=43,7 cm (theo mục 11);
D - là đường kính trong stato, D=29,7cm (xác định ở mục 12);

1g
'
h
- là chiều cao sơ bộ của gông stato,
1g
'
h
=4 cm (mục 28).
Thay số ta được:

34
2
7,297,43
h
1r


1Z
'
b
- chiều rộng sơ bộ của răng stato, b
’
Z1
=0,846 cm ( ở mục 27);
Z
1
- là số rãnh stato, Z
1
=48 rãnh (tính ở mục 18);
h
41
= 0,05 cm .
Thay số ta được :

cm1811,1
48
48.846,0)05,0.27,29(
d
2
≈
π−
−+π
=

Ta chọn d
2

≈
π+
−+π
=
cm
chọn d
1
=1,4 cm=14 mm
- Tính chiều cao h
12

h
12
= h
r1
- h
41
– d
1
/2

=30 - 0,5 - 14/2=22.5 mm
•

Tính tiết diện rãnh:
+Diện tích rãnh trừ nêm:

2
2
12

)148,11.(
S
=−
+
+
+π
=

+Diện tích cách điện của rãnh:
Theo bảng VIII-1 ở phụ lục VIII với chiều cao tâm trục h=250mm ta tra
ra chiều dày cách điện rãnh là c= 0,4 mm và chiều dày cách điện giữa hai lớp
là c
’
= 0,5 mm 1

- là tấm cách điện
phía trong có chiều dày là bằng
0,4 mm
2

- là tấm cách điện
giữa hai lớp có bề dày là 0,4 mm
Hình 1.2 cách điện rãnh
stato
3

- là tấm cách điện

14.
[S =
π
++++
π
=

+Diện tích có ích của rãnh stato:
S
r
=S
’
r
-S
cđ
= 345,722- 46,375 =299,347 mm
2 30.Hệ số lấp đầy:

k
đ
=
r
2
cdr1
S
d.u.n
(2.28)

Hình 1.3 kích thước răng rãnh stato
•

Bề rộng răng stato phía đáy tròn nhỏ (d
2
)

21
Từ hình học ta có

12
'
1z241
Z)db()dh.2D( +≈++π
(2.29)
biến đổi ta có

cm8466,018,1
48
)18,105,0.27,29(
d
Z
)dh.2D(
b
2
1
241
'
1Z
=−

"
1Z
≈−
++π
=−
++π
=

•

Bề rộng răng trung bình của stato

cm8452,0
2
844,08466,0
2
bb
b
"
1Z
'
1Z
1Z
=
+
=
+
=
(2.31)
32.Chiều cao gông stato:

ta cố gắng lấy nhỏ để cho dòng điện không
tải nhỏ và cos
ϕ
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 .
Theo công thức 11- 27b trang 277, Giáo trình TKMĐ- Trần Khánh Hà
đối với loại Động cơ có công suất lớn P=90
KW)
>20
(KW)
, 2p=2ta có:

22

()
mm8,0)
4
9
1(
1200
297
)
p.2
9
1(
1200
D
=+=+≈δ
(2.33)

2
=6.p.q
2
(2.34 )
Trong đó:
q
1
là số rãnh dây quấn rôto của một pha dưới một cực được chọn như
sau
q
2
=q
1
+1=5
Z
2
=6.2.5=60
35.Đường kính ngoài rôto:
D’=D-2.
δ
=29,7-2.0,1=29,5 cm (2.35)

23
36.Đường kính trong rôto(hay đường kính trục):
D
2
= D
t
=0,3.D=0,3.29,7=8,91 cm (2.36)
Lấy D

- là số rãnh của rôto ( xem ở mục 24).
t
2
=
cm544,1
60
5,29.
=
π

39.Kiểu dây quấn :
Chọn dây quấn hai lớp dạng sóng kiểu thanh dẫn, quấn bước đủ
Với hệ số rút ngắn bước dây rôto
β
2
=
2
2
y
τ
=
15
15
= 1 (2.38)
Trong đó :
Bước cực rôto được tính như sau

2
τ
=

sin.q
2
.qsin
2
2
α
α
=
2
12
sin.5
2
12
.5sin
0
0
=0,9567 (2.41)
Trong đó :góc lệch liên tiếp giữa hai rãnh liền kề

2
0
z
360.p
=α
=
60
360.2
0
=12
0

m
1
, m
2
là số pha dây quấn của stato và rôto;
w
1
- là số vòng dây quấn một pha của stato,w
1
=40(tính ỏ mục 20);
w
2
- là số vòng dây quấn một pha của rôto, w
2
= 20 (tính ỏ mục 41);
k
dq1
=0,925 (tính ở mục 24);
k
dq2
= 0,9567 (tính ở mục 40).
I
2
=
619,286
9567,0.20.3
925,0.40.3
.129,161.92,0
=
A