Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto
dây quấn 1
ảo của các thày các cô để em có thể hoàn thiện
hơn nữa.
Em xin gửi lời chân thành cảm ơn 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 dạy em
trong những năm qua.

Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

2
PHẦN I
THIẾT KẾ ĐIỆN TỪ

CHƯƠNG 1
ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
1.1. Phân loại
-Theo kết cấu của vỏ, máy điện không đồng bộ có thể chia thành các
kiểu chính sau: kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín, kiểu phòng nổ, v.v…
+Kiểu hở không có trang bị bảo vệ sự tiếp xúc ngẫu nhiên các bộ phận
quay và bộ phận mang điện, cũng không có trang bị bảo vệ các vật bên ngoài
rơi vào máy. Theo cấ
p bảo vệ thì đây là loại IP00. Loại này được chế tạo theo
kiểu tự làm nguội. Loại này thường đặt trong nhà, có người trông coi và
không cho người ngoài đến gần.

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 tấm hàn lại làm thành vỏ.
b. Lõi sắt
Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi s
ắt 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
tấm tròn ép lại. Khi đường kính ngoài lớn hơn 1000 mm thì phải dùng những
tấm hình rẻ quạt ghép lại thành khối tròn.
Mỗi lá thép kĩ thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm
tổn hao do dòng đi
ện 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 thếp ngắn, mỗi thếp dài 4 đến 6 cm, đặt cách nhau 1 cm để thông
gió cho tốt.
c. Dây quấn
Dây quấn stato gồm nhiều phần tử nối với nhau theo một quy luật nào đó
Phần tử ở đay cũng chính là bối dây được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được
cách
điện tốt với lõi sắt.Bối dây quấn xó thể chỉ là một vòng dây (được gọi là
dây quấn kiểu thanh dẫn , bối dây thường được chếtạo dạng 1/2 phần tử và
tiết diện thường lớn) , cũng có thể có nhiều vòng dây (tiết diện nhỏ và gọi là
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

4
qây quấn kiểu vòng dây).Số vòng dây của mỗi bối, số bối của mỗi pha và

máy điện cỡ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp. Dây quấn ba pha
của rôto thường
đấu hình sao, còn ba đầu kia được nối vào ba vành trượt
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

5
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 rôto
kiểu dây quấn là có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ hay sức điện
động phụ vào mạch điện rôto để cải thiện tính năng m
ở máy, điều chỉnh tốc
độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy. Khi máy làm việc bình thường dây
quấn rôto được nối ngắn mạch.
- Loại rôto kiểu lồng sóc: Kết cấu của loại dây quấn rôto này rất khác với
dây quấn stato. Trong mỗi rãnh của lõi sắt rôto đặt các thanh dẫn bằng đồng
hay nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối ngắn mạch ở hai đầu bằng hai vành
ngắn m
ạch bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng mà người ta quen gọi
là lồng sóc.
Dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt. Để cải thiện tính
năng mở máy, trong máy công suất tương đối lớn, rãnh rôto có thể làm thành
dạng rãnh sâu hoặc làm thành hai rãnh lồng sóc hay còn gọi là lồng sóc kép
Trong máy điện cỡ nhỏ rãnh rôto thường được làm chéo đi một góc so với
tâm trục.
c. Khe hở
Vì rôto là một khối tròn nên khe hở đều. Khe hở trong máy đ
iện không
đồng bộ rất nhỏ để hạn chế dòng điện từ hoá lấy từ lưới vào và như vậy mới
có thể làm cho hệ số công suất của máy cao hơn.

nghành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng nghìn kilôoat
Trong công nghiệ
p thường 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
phẩm Trong đời sống hàng ngày, máy điện không đồng bộ cũng dần dần
chiếm một vị trí quan trọng: quạt gió, máy quay đĩa, động cơ trong tủ lạnh,
v.v…Tóm lại theo sự phát tri
ển của nền sản xuất điện khí hoá, tự động hoá và
sinh hoạt hàng ngày, phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ ngày
càng rộng rãi.
Tuy vậy, máy điện không đồng bộ có những nhược điểm như sau: 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 h
ạn chế.
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 trọng.
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

7
CHUƠNG 2

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
=1500[vòng /phút]
5.Kiểu máy : kiểu bảo vệ IP23
6.Chế độ làm việc: liên tục
7.Cấp cách điện : cấp B
8.Số đôi cực : p=60f/n
đb
=60.50/1500=2
9.Dòng điện pha định mức: m®m®11
3
1
cos..U.m
10.P
=
φη
Ι
, A (2.1)
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn


P’ =
dmdm
dmE
.cos
P.k
ϕη
kVA (2.2)
Trong đó :
P’ - công suất tính toán(kVA);
k
E
=
U
E
=0,98 tra hình 10-2 (trang 231) sách “Thiết Kế Máy Điện” của
Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh (“TKMĐ” );
P
đm
- công suất định mức của động cơ(kW);

m®
η
- hiệu suất của động cơ;
cos
ϕ
đm
- hệ số công suất định mức của máy;
Thay số ta được:
P’=
91,0.93,0

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
=
4
7,29.π
=23,3145 cm
14.Chiều dài lõi sắt stato:

δ
l
=
db
2
ds
7
n.D...k.k.
10'.P.1,6
δδ
ΒΑα
cm (2.5)
Trong đó :

A - tải đường(A/cm);

δ
B
- từ cảm qua khe hở không khí (T);
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

10

Tra hình 10-3 (trang 234) sách “TKMĐ” có: A=430 A/cm ;
T74.0=Β
δ
;
D -đường kính trong stato , D=29,7 cm (đã chọn ở mục 12) ;
n
đb
- tốc độ đồng bộ(v/ph);
n
đb
=
p
f60
1
=
2
50.60
= 1500 , v/ph (2.6)
Thay số ta được :


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
P
P
90
110
1,2222
như vậy là
λ
110 =
γ
.
λ
90 =1,2222.0,9865 =1,2
Theo hình 10- 3b , hai hệ số
λ
110 ,
λ

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
1
=4
khi thiết kế dây quấn 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

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)
Trong đó :
t
1
- là bước rãnh stato(cm);
D – là đường kính trong của stato, D=29,7 cm;
Z
1
– là số rãnh của stato, Z=48 rãnh (đã tính ở mục 17).
Thay số ta được :
t
1
=

1
=4;
chọn số mạch nhánh song song là ước số chung của số cực từ .
Thay số ta được :
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

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
=p.q
1
.
1
1r
a
u
vòng (2.11)
Trong đó :
w

, 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
2

Tiết diện dây (sơ bộ):
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

14
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
I
J
111
1
1
===
A/cm
2

2
.
12
10
π
=0,966 (2.15)
Hệ số bước rải :
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

15
k
r1
=
2
sin.q
2
.qsin
1
1
α
α
=
2
15
sin.4
2
15
.4sin
0

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

– hệ số dây quấn stato,
1dq
k
= 0,925(đã xác định ở mục 24);
f – tần số dòng điện, f= 50 Hz;

Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

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
=Β
δ
=0,7649 T
27.Sơ bộ định chiều rộng của răng:

=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:

846,0
95,0.23.85,1
943,1.23.7649,0
b

Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

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
4

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

d
1
≈
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

8,1114
8
)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

2
8,11.
4,0)]8,1114(5,22.2
2
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

31.Bề rộng răng stato:
Hình 1.3 kích thước răng rãnh stato
•

Bề rộng răng stato phía đáy tròn nhỏ (d
2
)
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

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

Z
)]hh(2D.[
b
2
1
4112
"
1Z
≈−
++π
=−
++π
=

•

Bề rộng răng trung bình của stato

cm8452,0
2
844,08466,0
2
bb
b
"
1Z
'
1Z
1Z
=

−
=

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 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:
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

22

()
mm8,0)
4
9
1(
1200
297

vành trượt gây hỏng máy. Rãnh rôto là loại rãnh nửa kín có cạnh song song
dây quấn rôto dạng thanh được nhét vào rãnh rôto bằng cách đưa qua lỗ rãnh
rồi đượ
c hàn lại chứ không phải lồng vào rãnh qua bề rộng miệng rãnh như
dây quấn phần tử mền .
2.3.2.Tính toán dây quấn, rãnh và gông rôto:
34.Số rãnh rôto:
Z
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)
Đồ án tốt nghiệp

'
Z
D.π
cm (2.37)
Trong đó:
D
’
- là đường kính ngoài của rôto(cm) ( đã tính được ở mục 35);
Z
2
- 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
π
=1 (2.40)
Hệ số bước rải :
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

24
k
r2
=
2
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

=
2dq22
1dq11
1I
k.w.m
k.w.m
.I.k
, A (2.45)
Trong đó:
k
I
=0,92 tra hình 10-5 sách “TKMĐ”;
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);

's ===
(2.46)
45.Kích thước rãnh rôto: