Đồ án tốt nghiệp

Nguyên lý hoạt động của động cơ
Đồ án tốt ngiệp

Trường ĐHBK Hà Nội


tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Nếu lõi sắt ngắn thì có thể ghép thành
một khối. Nếu lõi sắt dài quá thì thường ghép thành từng thếp ngắn, mỗi thếp
dài 6 đến 8 cm,đặt cách nhau 1cm để thông gió cho tốt. Mặt trong của lá thép
có xẻ rãnh để đặt dây quấn.
c. dây quấn:
Dây quấn Stator được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt
với lõi sắt. Bối dây có th
ể là một vòng (gọi là dây quấn kiểu thanh dẫn) bối
dây thường được chế tạo dạng phần tử và tiết diện dây thường lớn, hay cũng
có thể: bối dây gồm nhiều vòng dây (tiết diện dây nhỏ gọi là dây quấn kiểu
vòng dây). Số vòng dây mỗi bối, số bối dây mỗi pha và cách nối dây là tuỳ
Đồ án tốt ngiệp

Trường ĐHBK Hà Nội

Trang: 2
thuộc vào công suất, điện áp, tốc dộ, điều kiện làm việc của máy và quá trình
tính toán mạch từ.
2. Phần quay hay Rotor:
phần này có hai bộ phận chính là lõi sắt và dây quấn.
a. Lõi sắt:
Lõi sắt là các lá thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau. Lõi sắt được ghép
trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá Rotor của máy. Phía ngoài của lá thép
có xẻ rãnh để đặt dây quấn.
a. Rotor và dây quấn Rotor:
Rotor có hai loại chính: Rotor kiểu dây quấn và Roto kiểu lồ
ng sóc.
- Loại Rotor kiểu dây quấn : Rotor có dây quấn giống như dây quấn Stator.
Trong máy điện cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp
vì bóp được những đầu dây nối, kết cấu dây quấn trên Rotor chặt chẽ. Trong


Trường ĐHBK Hà Nội

Trang: 3
* Khi cho dòng điện 3 pha đi vào dây quấn 3 pha đặt trong lõi sắt
Stator, trong lõi sắt Stator của máy tạo ra một từ trường quay với tốc độ đồng
bộ n
1
= 60.f/p với p là số đôi cực, f là tần số lưới. Từ trường quay cắt các
thanh dẫn của dây quấy Stator, cảm ứng các sư6t1 điện động. Vì dây quấn
rôtor nối ngắn mạch, nen sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện trong
các thanh dẫn của rôtor. Lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường quay của máy
với thanh dẫn mang dòng điện rôtor, kéo rôtor quay cùng chiều quay từ
trường với tốc độ n

Hình : Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ
Để minh hoạ vẽ từ trường quay tốc độ n
1
, chiều sức điện động và dòng
điện cảm ứng trong thanh dẫn rôtor, chiều lực điện từ F
đt
.
Khi xác định chiều sức điện động cảm ứng theo qui tắc bàn tay phải ta
căn cứ vào chuyển động tương đối của thanh dẫn rôtor với từ trường. Nếu coi


F
dt
s
N
N
s
F
dt
F
dt
F
dt
F
dt
n
1
n
1
n
n
s
s
F
dt
n
F
dt
n
1

1. Tốc độ đồng bộ :

1
1
60.f
60.50
p 2(vøong / phùut)
n1500
== =

trong đó : n
1
=1500 là tốc độ của động cơ
f
1
=50 hz là tần số của lưới điện
2. Đường kính ngoài Stator :
Với P
đm
= 90 kw và p =2 tra phụ lục 10-6 tài liệu thiết kế máy điện . Ta
có chiều cao tâm trục của động cơ điện không đồng bộ Rotor lồng sóc kiểu
IP23 theo tiêu chuẩn Việt Nam 1987-1994 cách điện cấp B với h=250 mm.
Tra bảng 10.3 trang 230 ta được đường kính ngoài Stator theo tiêu
chuẩn trong dãy 4A của nga D
n
= 43,7cm.
3. Đường kính trong Stator :
Theo bảng 10.2 trang 230 có K
D
=(0,64

+ K
E
= 0,98 :Tỉ số giữa sức điện động và điện áp.Tra hình 10.2
trang 231 sách TKMĐ theo D
n
= 43,7cm.
+ P = 90 kw

91,0cos
93,0η
=+
=+
ϕ
Theo bảng 10.1 trang 228 sách TKMĐ
Đồ án tốt ngiệp

Trường ĐHBK Hà Nội

Trang: 6
5. Chiều dài tính toán của lõi sắt Stator :

δ
δδ
α
7'
2
sd
7
2
6,1.10 .P

= l
2
=l
δ
= 21,8 cm
6. Bước cực :

cm3323
4
729143
p2
D
,=
,.,
=
.
=
π
τ

Trong đó :
2p = 4 số đôi cực
D = 29,7 cm
7. Lập phương án so sánh :
Hệ số :

930
3323
821
l

90
.γ =1,11.0,93=1,032
Theo hình 10.3b trang 233 ta thấy hệ số λ
90
và λ
100
nằm trong vùng
gạch chéo cho phép tức là thỏa mãn điều kiện kinh tế và kỹ thuật. Do đó việc
chọn phương án trên là hợp lý.
8. Dòng điện pha định mức :

A13161
910930220
1090
U
10P
I
3
1
3
1
,
,.,.
.
cos..
.
===
η

Trongđó :

một trị số nhất định, để đảm bảo tính nă
ng của máy.
Đối với khe hở không khí ta cố gắn lấy nhỏ để cho dòng điện không tải
nhỏ và hệ số công suất cao. Nhưng nếu khe hở không khí quá nhỏ thì công
nghệ chế tạo khó và đễ sát cốt làm tăng tổn hao phụ.
9. Số rãnh Stator :
Số rãnh của một pha dưới một cực là q
1
, thông thường chọn q
1
trong
khoảng từ 2 đến 5. ở đây vì máy có công suất vừa nên lấy q
1
= 4. Việc chọn q
1

ảnh hưởng trực tiếp đến số rãnh Stator Z
1
. số rãnh này không nên nhìêu quá vì
như vậy diện tích cách điện chiếm chỗ so với số rãnh ít sẽ nhiều hơn do đó hệ
số lợi dụng rãnh sẽ kém đi. Mặt khác về phương diện độ bền cơ thì số rãnh
lớn làm cho độ bền cơ của răng yếu đi. Nếu số rãnh ít sẽ làm cho dây quấn
phân bố không đều trên bề mặt lõi sắt nên suất từ độ
ng phần ứng có nhiều số
bậc cao.
Z
1
=6.p.q
1
= 6 . 2. 4 =48 rãnh

phải dược qui về số
nguyên. Vì dây là dùng dây quấn hai lớp nên nó phải là số nguyên chẵn do đó
lấy U
r1
= 20 thanh.
12. Số vòng dây nối tiếp của một pha :

r1
11
U20
W =p.q . =2.4. =40
a4
(vòng)
Trong đó :
Chọn số mạch nhánh song song a
1
= 4
13. Tiết diện và đường kính dây dẫn :
Theo hình 10.4a tri số AJ của máy điện không đồng bộ kiểu bảo vệ
IP23 với h = 250 mm, trang 237 sách TKMĐ ta lấy giá trị AJ = 2370
A
2
/cm.mm
2

Mật độ dòng điện

2
AJ 2370
J= = =5,7A mm


'
1
5, 7
J
=
2
A
mm

Ta chọn n
1
=3 là số sợi chập song song
Đồ án tốt ngiệp

Trường ĐHBK Hà Nội

Trang: 10
- Theo phụ lục VI bảng VI-1 trang 619 sách TKMĐ chọn dây đồng tráng
men FET-155 có đường kính
=
1, 74
1,825
cd
d
d
với S
1
= 2,38 mm
2

1
1
15
sin . sin 4.
22
0,958
15
.sin 4.sin
22
r
q
k
q
α
===
α

Trong đó:

1
.360 2.360
15
48
p
Z
°
α= = =

+ Hệ số dây quấn: k
d

s
k

k
d
= 0,925
f = 50 Hz là tần số
W
1
= 40 vòng
17.Mật độ từ thông khe hở không khí:

44
11
.10 0,02625.10
0,806
. . 0,64.23,33.21,8
δ
δ
φ
== =
BT
atl

Đồ án tốt ngiệp

Trường ĐHBK Hà Nội

Trang: 11
Trong đó:


0,806
BT
δ
=

t
1
= 1,944 cm
k
c
=0,93 là hệ số ép chặt lõi sắt tra theo bảng 2.2 trang
sách TKMĐ
+ Động cơ kiểu bảo vệ IP23, 2p = 4, h = 250 mm.
Treo bảng 10.5b trang 241 sách TKMĐ
Ta chọn B
z1
= 1,85 T
19.Sơ bộ định chiều cao gông Stator:

44
'
g1
11
.10 0,02625.10
h4,05
2. . . 2.1,6.21,8.0,93
φ
== =
gc

2
= 13 mm
b
41
= 3,4 mm
Đồ án tốt ngiệp

Trường ĐHBK Hà Nội

Trang: 12
h
41
= 0,5 mm

'
n
r1 g1
D-D
h= -h
243,7 29,7
4,05 2,95
2
cm
−
=−=

Trong đó:

1
'
r1 z1 1
2
1
D+2.h -d
b= -d]
Z
D+2.h -b .Z 29,7+2.2,97 -48.0,911
d= = =1,33cm
+Z +48
π
ππ
ππ

+ Chiều rộng miệng rãnh:
+ Chiều cao:

12
12 r1 41
d+d
1,3+1,1
h =h - -h =2,95- -0,05=2,25cm
22

Trong đó:
h
r1
= 2,95 cm là chiều cao răng Stator
d

2
(
8
).(
h
dddd
S
r
+
+
+
=
π22
2
.(11 13 ) 11 13 11
( ).(22,5 ) 317
82 2
mm
π+ +
=+ −=

+ Chiều rộng của miếng các tông nêm là (
2
.
1
d
π

⎡
+++

=
2
.13 .11
2.22,5 (11 13) .0,4 .0,5 44
22
mm
ππ
⎡⎤
+++ + =
⎢⎥
⎣⎦

+ Diện tích có ích của rãnh:
S
cđ
=
−
'
r
S
S
cđ
= 317 – 44 = 273
+ Hệ số lấp đầy rãnh:
k
đ
=

29,7 2.0,05 1,1
1,1 0,922
48
cm
π+ +
=−=[]
12
''
12
1
.2. )
r
z
Dhd
b d
Z
π+ −
=−[ ]
.29,7 2.2,95 1,3
1, 3 0, 945
48
cm
π+ −
=−=

D
m
m
p

Việc chọn khe hở không khí
δ
sao cho nhỏ nhất để có thể công nghệ
chế tao được và làm giảm dòng không tải, cos
ϕ
… nhưng không quá nhỏ vì
nếu quá nhỏ dễ bị chạm giữa rôtor và Stator trong quá trình làm việc. Do đó
theo những máy đã chế tạo bảng 10.8 trang 253 sáchTKMĐ
ta lấy
0,8 0,08
mm cm
δ= =Đồ án tốt ngiệp

Trường ĐHBK Hà Nội

Trang: 15
SƠ ĐỒ DÂY QUẤN STATOR

Z = 48 ; Y = 10;
τ
=12; q = 4; a = 4
1

= 40 rãnh
25. Đường kính ngoài Rôtor:

'
229,72.0,0829,54
DD cm
=−δ= − =

26.Bươc răng Rôtor:

'
2
2
..29,54
2,32
40
D
tc
m
Z
ππ
== =

27.Sơ bộ định chiều rộng ranh Rôtor:

'
22
z2
z2 2 c
B.l.t

Z40

Trong đó:
I
1
= 161,13 A
W
1
= 40 vòng
k
d
= 0,925
Z
2
= 40 rãnh
K
I
= 0,94 được chọn theo cos
ϕ
trong hình 10.5.
30. Dòng điện trong vành ngắn mạch:
Đồ án tốt ngiệp

Trường ĐHBK Hà Nội

Trang: 17

vtd
0
2

A
. Chọn J
td
=3
2
mm
A
.
32.Sơ bộ chọn mật độ dòng điện trong vành ngắn mạch:
Mật độ dòng điện trong vành ngắn mạch J
v
chọn thấp hơn J
td
trong
khoảng từ (20
÷
25)%. Ta chọn J
v
= 2,5
2
mm
A
.
Tiết diện vòng ngắn mạch:

2
v
v
v
I

23,86
45
v
S
mm
a
==
lấy b= 23,9 mm
lấy S
v
= a.b = 1075,5 mm
2

D
v
= D – (a+1) = 297 – (45+1) = 251 mm =25,1 cm
34. Diện tích rãnh Rôtor:
S
r2
=
22 2
12
.d +h .d= .7,8 +29.7,8=274mm
44
ππ

Đồ án tốt ngiệp

Trường ĐHBK Hà Nội


mm
⎛⎞
π− − +
⎜⎟
⎝⎠
=−=37. Làm rãnh nghiêng ở Rôtor với độ nghiêng bằng một bước rãnh
Stator.
Để giảm lực ký sinh tiếp tuyến và hướng tâm người ta thường làm
nghiêng rãnh Stator hay rôtor. Vì như vậy có thể triệt tiêu sóng điều hoà răng.
Ơû đây ta làm nghiêng rãnh ở rôtor và làm nghiêng bằng 1 bước răng Stator
b
n
= t
1
= 1,944 cm
38. Chiều cao gông rôtor:
h
g2
=
'
t
r2 2
D-D
1 29,54-9 1
-h + d = -3.73+ 0,78=6,67cm
262 6



Với
2
2
41
1
41
3,4
b
()
()
0,8
d
== =1,953
b3,4
5+
5+
0,8
d
γ2
d2
22
2
2
42
2
42


Trong đó:

0,806
BT
δ
=1,10 8
k
δ
=0,08
cm
δ=

42.Mật độ từ thông răng Stator:

11
z1
z1 c 1
B.t.l
0,806.1,944
B = = =1,806T
b .k .l 0,933.0,93
δ


44. Sức từ động trên răng Stator:

'
111
2. . 2.2,516.27,6 139
zzz
FhH A
== =

Trong đó:

'
1
11
13
29,5 25,16
33
zr
d
hh mm
=−= −=

45.Mật độ từ thông ở răng Rôtor:

22
z2
z2 2 c
B.l.t
0,806.2,32
B = = =1,753T

'
222
2. . 2.22,5.3,47 156
zzz
FhH A
== =

Trong đó:

'
2
2
0,78
3,73 3, 47
33
zr
d
hh cm
=− = − =

48. Hệ số bão hoà răng:

12
1143 139 156
1, 26
1143
zz
z
FF F
k

.10 0,02625.10
B = = =1,516T
2.h .l .k 2.4,27.21,8.0,93
φ

Trong đó:

0,02625
cm
φ=

h
g1
= 4,27 cm
l
1
=21,8 cm
k
c
= 0,93 Hệ số ép chặc lõi sắt lấy theo bảng 2.2
50. Cường độ từ trường ở gông Stator:
Theo bảng V – 9 ở phụ lục V trang 611 sách TKMĐ
Ta tra được H
g1
= 10,9 A/cm
51.Chiều dài mạch từ ở gông Stator:

( )
( )
ng1

53. Mật độ từ thông trên gông rôtor :

44
2
22
.10 0,02625.10
0,97
2. . . 2.6,67.21,8.0,93
g
gc
BT
hlk
φ
== =

Trong đó :

g2
2
=0,02625Wb
h =6,67cm
l=21,8cm
φ

54. Cường độ từ trường ở gông rôtor :
Theobảng V-9 của phụ lục V trang 611 sách TKMĐ.
Đồ án tốt ngiệp

Trường ĐHBK Hà Nội


g2
= 2,6 A
57. Tổng sức từ động của mạch từ :
F = F
δ
+ F
z1
+ F
z2
+ F
g1
+ F
g2

= 1143 + 139 + 156 + 338 + 32 = 1808 A
Trong đó : F
δ
= 1143 A
F
z1
= 139 A
F
z2
= 156 A
F
g1
= 338 A
F
g2
= 32 A

Đồ án tốt ngiệp

Trường ĐHBK Hà Nội

Trang: 23

ñm
I
36,2
I %= .100%= .100%=22,5%
I 161,13
μ
μ

Trong đó :
I
μ
= 36,2 A
I
đm
= 161,13 A (dòng điện định mức)
Đồ án tốt ngiệp

Trường ĐHBK Hà Nội

Trang: 24
CHƯƠNG VI :
THAM SỐ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Ở CHẾ ĐỘ ĐỊNH MỨC

60. Chiều dài phần đầu nối của dây quấn Stator :

, B theo số cực 2P =4)
y =10
h
r1
= 2,95 cm chiều cao răng Stator
61. Chiều dài trung bình nữa vòng dây quấn Stator :
l
tb
= l
1
+ l
d1
= 21,8 + 29,82 = 51,62 cm
Trong đó :
l
1
=21,8 cm
L
đ1
= 29,82 cm
62 . Chiều dài dây quấn 1 pha của Stator :
L
1
= 2 . l
tb
.W .10
-2
= 2 . 51,62 . 40 . 10
-2
= 41,3 m

1
= 4 là số mạch nhánh song song của dây quấn
S
1
= 2,38 mm
2
tiết diện dây quấn
Tính theo đơn vị tương đối :