Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha lồng
sóc
1
LỜI MỞ ĐẦU

Máy điện là một thiết bị điện tử ,nguyên lý làm việc dựa trên hiện
tượng cảm ứng điện từ .Về cấu tạo gồm có : mạch từ (lõi thép ) ,mạch điện
(các dây quấn ) .Máy điện dùng để biến đổi năng lượng như cơ năng thành
điện năng (máy phát điện ) hoặc dùng để biến đổi các thông số điện n
ăng như
: Điện áp ,dòng điện ,tần số ,số pha …
Máy điện là thiết bị thường gặp trong các ngành công nghiệp đặc biệt
là máy điện công suất nhỏ và nó chiếm ưu thế trong ngành công nghiệp máy
điện .Và nó đã được phát triển từ rất nhiều năm ,đặc biệt là trong những năm
gần đây song song với sự phát triển mạnh mẽ của máy điệ
n lớn thì máy điện
công suất nhỏ đã được phát triển mạnh mẽ và góp phần không nhỏ trong công
nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước ,đặc biệt trong các thiết bị điện tự động
,trong máy tính ,trong các loại truyền động nhẹ và trong các thiết bị gia dụng
…
Máy điện nhỏ thường có công suất giới hạn từ một vài phần của Walt
đến 750W hoặc có thể hơn nữ
a tuỳ theo mức độ yêu cầu sử dụng .
Phần lớn máy điện công suất nhỏ thường được dùng trong lưới điện
xoay chiều 3 pha và một pha là động cơ điện rôto lồng sóc ,đặc biệt là động
cơ điện một pha dùng nguồn một pha trong lưới điện sinh hoạt công với
những ưu điểm của nó như sau :
- Kết cấu gọn nhẹ
3
PHẦN 1: LÝ THUYẾT CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN NHỎ
A Đặc điểm cấu tạo

I Một số thuộc tính chung của máy điện nhỏ

Xét về cấu tạo ,hình dáng kích thước và các đại lượng cơ bản thì máy
điện nhỏ so với máy điện cỡ lớn về cơ bản là khác nhau nhưng các máy điện
đều có chung nguyên lý làm việc .Dựa vào hai định luật điện từ cơ bản .
Đinh luật thứ nhất là định luật suất điện động và cảm ứng đặt trong
một thanh dẫn có chiều dài l chuyể
n động với vận tốc trong một từ trường
đứng yên có từ cảm B . Chiều và giá trị của sức điện động đó được xác định
từ tích véc tơ
→→→
= Blve ..
. Đó là đinh lụât cơ sở của máy phát điện biến đổi cơ
năng thành điện năng .
Định luật thứ hai là định luật của lực 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 xác định theo tích véc tơ
→→→
= Blve ..
.Đó là đinh lụât
cơ bản của của động cơ biến đổi điện năng thành cơ năng .Dựa trên cơ sở
hai định luật trên dây quấn và các đại lượng liên quan đều phải duy trì được
yếu tố cơ bản của máy điện .
Cũng giống như các máy điện quay khác máy điện không động bộ bao

c) Dây quấn
:
Dây quấn Stato được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt
với lõi sắt .Dây quấn đóng vai trò quan trọng trong máy điện vì nó trực
tiếp tham gia các quá trình biến đổi năng lượng điện năng thành cơ
năng hay ngược lại đồng thời về mặt kinh tế thì giá thành của dây quấn
cũng chiếm một phần khá cao trong toàn bộ giá thành của máy
2) Phần quay Rôto
: Gồm lõi sắt và dây quấn :
a) Lõi sắt
: Nói chung thường dùng các lá thép kỹ thuật điện ghép ép
lại,đặc điểm khác biệt ở đay là không cần sơn cách điện giữa các lá
thép vì tần số làm việc trong ro to rất thấp chỉ vài Hz nên tổn hao do
dòng phu cô trong roto rất thấp.Lõi sắt được ép trực tiếp lên trục máy
hoặc lên một giá rôto của máy .Phía ngoài của lá thép có xẻ rãnh để đặt
dây quấn
b) Rôto: Có hai loại
Rôto kiểu dây quấn và rôto lồng sóc :
Rôto kiểu dây quấn
: Rôto có dây quấn như dây quấn Stato .Trong máy
điện cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp
.Trong máy điện cỡ nhỏ thường dùng dây đồng tâm một lớp .Dây quấn
3 pha của rôto thường đấu hình sao còn 3 đầu kia được nối vào 3 vành
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha lồng
sóc
5
trượt thường làm bằng đồng đặt cố định ở một đầu trục và thông qua

Cũng như tất cả các máy điện khác máy điện không đồng bộ có các trị
số định mức đặc trưng cho điều kiện kỹ thuật của máy .Khi đóng điện
máy phải làm việc về cơ bản phải đạt được các giá trị định mức đã ghi
trên nhãn máy.
5) Nguyên lý làm việc

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha lồng
sóc
6
Khi trong lõi Fe Stato của máy điện không đồng bộ tạo ra một từ
trường quay với tốc độ đồng bộ
p
f
n
1
1
60
=
trong đó f
1
là tần số dòng
điện lưới đưa vào thì từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự
ngắn mạch đặt trên lõi Fe rôto và cảm ứng trong dây quấn đó sức điện
động và dòng điện từ thông do dòng này sinh ra hợp với từ thông của
Stato tạo thành từ thông tổng ở khe hở .Dòng điện trong dây quấn rôto
tác dụng với từ thông khe hở này sinh ra mômen . Tác động đó có quan
hệ mật thiết với tốc

vào dây quấn Stato trong dây quấn
stato sẽ có dòng điện I
1
tần số f
1
trong dây quấn rôto có dòng điện I
2
tần
số cũng là f
1
I
1
và I
2

sinh ra sức từ động quay F
1
và F
2
có trị số :
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha lồng
sóc
7

2
2
2

=

m
1
và m
2
là số pha của dây quấn Stato và rôto
ω
1
, ω
2
, k
dq1
, k
dq2
là số vòng dây nối tiếp trên một pha và hệ số
dây quấn Stato và rôto .
Hai sức từ động này cũng quay với tốc độ đồng bộ n
1
=
p
f
1
60
và tác
dụng với nhau để sinh ra sức từ động tổng trong khe hở F
0
.
Phương trình cân bằng :
⎟

1.1
1
0
.
.
2.
.
2.
I
p
k
m
F
I
p
k
m
F
dq
dq
ω
π
ω
π
−
=
⎟
⎠
⎞
⎜

I
của rôto và thành phần
'
2
•
I
của dòng điện Stato sinh ra ta có :

'
2
11
2
22
2
.
.
2
.
2.
••
= I
p
k
m
I
p
k
m
dqdq
ω

'
2
=

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha lồng
sóc
8
Từ thông chính φ do sức điện động F
0
sinh ra trongkhe hở quét qua
hai dây quấn stato và rôto cảm ứng ở đó những sức điện động mà trị
số bằng :

φω
φω
....44,4
....44,4
2222
1111
dq
dq
kfE
kfE
=
=

Khi rôto đứng yên f


Từ trường khe hở sinh ra F
1
quay với vận tốc đồng bộ n
1
.Nếu Rôto
quay với tốc độ n theo chiều quay của từ trường quay thì tốc độ
tương đối giữa từ trường quay với dây quấn Rôto là n
2
= n
1
-n

và tần
số sức điện động và dòng điện trong dây quấn rôto là :

1
1
1
1
2
2
.
60
.
.
60
fS
pn
n

SS
xjrIE
2222
.0 ++−=

Sau khi quy đổi :
( )
S
S
xJrIE
2
'
'
22
'
2
.0 ++−=

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha lồng
sóc
9
Khi rôto đứng yên so với khi rôto quay tốc độ từ trường quét dây
quấn Rôto tăng theo tỷ lệ và sức điện động của dây quấn rôto cũng
tăng theo tỷ lệ đó và bằng :

'
2

⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+−=
'
2
'
2
'
2
'
2
2
'
'
2
'
2
'
2
.
1
..0 r
S
S
xjrIxj
S

2
'
1
1
'
2
'
2
'
2
'
2
'
2
11111
.0
.
=−
=+
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+−=
++−=

hợp nào đó thì nó mới có ý nghĩa quan trọng
6.Kết cấu của máy điện

Mặc dù kích thước của các bộ phận vật liệu tác dụng và đặc tính
của máy phụ thuộc phần lớn vào tính toán điện từ và tính toán thông
gió nhưng cung có phần liên quan đến kết cấu của máy.Thiết kế là
kết cấu phải đảm bảo sao cho máy gọn nhẹ, thông gió tản nhiệt tốt
mà vẫn có độ cứng vững và độ bền nhất định.Thường căn cứ vào
điề
u kiện làm viẹec của máy đẻ thiết kế một kết cấu thích hợp.Vì
vậy thiết kế kết cấu là 1 phần quan trọng trong toàn bộ thiết kế máy
điện
Máy điện có nhiều kiểu kết cấu khác nhau.Sở dĩ như vậy là vì
các nguyên nhân sau:
Có nhiều loại máy điện và công dụng khác nhau như máy điện 1
chiều,máy đồng bộ,máy không đồng bộ… cho nên yêu cầu về kế
t
cáu máy cũng khác nhau.Công suất của máy khác nhau nhiều.ở
những máy có công suất nhỏ thì giá đỡ trục đồng thời là nắp máy
Tốc độ quay khác nhau.Máy tốc độ cao thì rô to cần phải chắc chắn
hơn,máy tốc độ chậm thì rô to thường lớn
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha lồng
sóc
11
Căn cứ vào tính toán điện từ và tính toán thông gió có thể đưa ra
nhiều phương án khác nhau.Những phương án này vế kích thước
,trọng lượng,tính tiện lợi khi sử dụng,độ tin cậy làm việc,tính giản

máy được cách ly.Kiểu kín là tự thông gió bằng cách thổi gió ở mặt
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha lồng
sóc
12
ngoài vỏ máy hay thông gió độc lập bằng cách đưa gió vào trong
máy
*Tổng quan về nghiên cứu động cơ ba pha ro to lồng sóc

1Ưu điểm

Kêt cấu đơn giảnnên giá thành rẻ
Vận hành dễ dàng bảo quản thuận tiện
Sử dụng rông rãi và phổ biến trong phạm vi công suất vừa và nhỏ
2Khuyết điểm

Hệ số công suất thấp gây tổn thất nhiều công suất phản kháng
Không sử dụng được lúc non tải hoặc không tải
Khó điều chỉnh tốc độ
Đặc tính mở máy không tốt, dòng mở máy lớn
Mômen mở máy nhỏ
3.Biện pháp khắc phục

Hạn chế vận hành non tải
Cải thiện đặc tính mở máy bằng cách điều chỉnh tốc độ(bằng cách
thay đổi điện áp, thêm điện trở phụ vào nạch ro to) hay dùng ro to
có rãnh sâu đồng thời tăng mômen mở máy
Chế tạo roto có khe hở thật nhỏ để hạn chế dòng điện từ hoá và nâng

PHẦN 2 ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN QUAY
1 Tác dụng của sản xuất máy điện trong nền kinh kế quốc dân
tốc độ phát triển của xã hội ngày càng nhanh ,đời sống sinh hoạt của
nhân dân ngày càng được nâng cao nên nhu cầu về phát triển máy điện cũng
là điều tất yếu. Tốc độ phát triển của nền sản suất công nghiệp ngày càng
nhanh thì đòi hỏi ngành công nghiệp điện nói chung và ngành chế tạo máy
điện cần phải có nh
ững bước tiến mạnh mẽ .
Ngành công nghiệp chế tạo máy điện đóng tầm quan trong đặc biệt
trong các ngành công nghiệp ,đặc biệt là các loại động cơ điện :động cơ làm
nguồn động lực ,động cơ điện có công suất bé .
2 Các yêu cầu và quy trình thiết kế máy điện .
- Khi thiết kế máy điện cần phải đảm bảo các tiêu chuẩn nhà nước và các
yêu cầu về kỹ thuật do nhà nước quy định .
- Đảm bảo các yêu cầu từ phía nhà máy và người tiêu dùng qua các hợp
đồng .
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha lồng
sóc
14
Quy trình thiết kế máy điện bao gồm các bước :
1.Tìm hiểu chung về động cơ công suất nhỏ
1 . Tính toán các kích thước cơ bản
2 . Tính toán điện từ
3 . Thiết kế kết cấu
4 . Tính kiểm tra
5 . Tính các đường đặc tính


Với 2p = 4 ta có

1
1
.60
n
f
P =)/(1500
2
50.60
.60
1
1
phvg
P
f
n ===

+ α
δ
: hệ số cung cực từ ,lấy α
δ
= 2/π = 0,64.
+ k
s
: hệ số sóng ,lấy k
s

2 . Đường kính ngoài Stato D :

Theo bảng IV.1- 601 đối với động cơ không đồn bộ rô to lồng sóc kiểu
IP44 theo TCVN- 1987 –94 chon cấp cách điện là B , khi đó với P=
1,5KW và 2p =4
Ta có h =100 (mm) .
Qua bảng 10.3 –230 sách thiết kế máy điện của Trần Khánh Hà chọn
D
n
theo h : D
n
=168 (mm)
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha lồng
sóc
16

3 . Đường kính trong Stato D:

theo bảng 10.2 trang 230 ta có
k
D
=0,64-:0,68
D = K
D
.D
n
= (0,64 ÷ 0,68) .168 = 10,75 ÷ 11,42 (mm)

B
δ
là mật độ khe hở không khí đặc trưng cho mạch từ .
Trong máy điện không đồng bộ thì tỷ số A/B
δ
ảnh hưởng đến kích
thước máy điện ảnh hưởng rất nhiều đến đặc tính khởi động và đặc tính làm
việc .
Nếu A , B
δ
lớn thì tiết kiệm được vật liệu nhưng tổn hao sắt và đồng
tăng làm cho máy nóng lên ảnh hưởng đến tuổi thọ .Do vậy A, B
δ
được
chon phụ thuộc nhiều vào vật liệu .
Nếu dùng vật liệu sắt từ tốt (tổn hao thấp hay độ từ thẩm cao ) .
Nếu dùng dây đồng có cấp cách điện cao thì có thể chọn A lớn .Vậy
A ,B
δ
phụ thuộc vào D
n
và p : D
n
= 168 (mm) và 2p =4 →A = 245(A/cm)
Và B
δ
= 0,85 ( T )
5 . Chiều dài tính toán của lõi sắt
:


17
l
1
=l
2
= l
δ
= 5,62 (cm) .
6 . Bước cực :)(4,8
2.2
7,10.
2
.
cm
p
D
===
ππ
τ

D=10,7(cm):đường kính trong của stato
7 . Lập phương án so sánh :67,0
4,8
62,5


)(55,3
83,0.77,0.220.3
10.5,1
.cos.
10.
3
3
1
A
U
P
I
dm
dm
===
ϕη

trong đó:
)(5,1 kw
p
dm
=
:công suất định mức
)(220 v
u
dm
=
:điện áp pha
:77,0=

Z
D
t ===
ππ

(36
1
=
z
rãnh):số rãnh stato
11. Số thanh dẫn tác dụng lên một rãnh :

Chọn số mạch nhánh song song là : a=1 ( 1nhánh // đầu ra đấu với
đầu ra và 1 nhánh // đầu vào đấu vào đầu vào ).
Ta có :
18,64
55,3
1.93,0.245
..
1
1
1
===
I
atA
U
r

chọn U
r1

=
q
số rãnh của 1 pha dưới một cực
p=2:số đôi cực
65
1
=
u
r
(thanh):số thanh dẫn tác dụng lên 1 rãnh
13. Tiết diện và đường kính dây :

. Để chọn kích thước dây dẫn ta chọn mật độ dòng điện J của dây dẫn
,việc chọn J ảnh hưởng đến hiệu suất và sự phát nóng cảu máy mà sự phát
nóng lại phụ thuộc vào AJ ,AJ phụ thuộc vào tải nhiệt của máy .
Theo hình 10.4 a –237 với 2p = 4 ta có AJ =1700(A/cm)
Ta có mật độ dòng điện :

938,6
245
1700.
'
===
A
JA
J
A/mm
2
.
Tiết diện dây sơ bộ :