ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế động cơ không đồng bộ ba
pha roto lồng sóc
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP1Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc
LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hoá hiện đại hoá nhằm đưa
đất nước tiến kịp với các nền kinh tế của các nước trong khu vực và trên thế
giới. Tốc độ phát triển kinh tế của một quốc gia phụ thuộc vào tốc độ phát
triển của ngành năng lượng. Thường tốc độ phát triển của ngành công nghiệp
phải cao hơn tốc độ phát triển chung của n
ền kinh tế. Do đó ngành chế tạo
máy điện đòi hỏi phải luôn đi trước 1 bước về công nghiệp và chất lượng
nhằm đảm bảo tốc độ phát triển chung của toàn ngành và yêu cầu của nền
kinh tế. Ngành chế tạo máy điện sản xuất ra các thiết bị điện phục vụ cho nền
kinh tế như: Máy biến áp, động cơ điện dùng làm nguồ
n động lực cho các loại
thiết bị, công suất từ vài (w) đến hàng trăm (Kw).
Với các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật trong bảng số liệu qua tính toán đã đạt

cực tính xen kẽ những máy như vậy ta gọi tắ
t là máy “không đồng bộ” các
máy không đồng bộ kiểu khác gọi là máy không đồng bộ đặc biệt. Các náy
không đồng bộ được dùng chủ yếu làm động cơ.
Động cơ điện không đồng bọ là động cơ điện xoay chiều thông dụng
nhất.
II. PHÂN LOẠI:
Căn cứ vào tố độ của roto và tốc độ từ trường quay người ta chia động
cơ điện xoay chiều 3 pha ra làm 2 loại:
- Động cơ điện đồng bộ.
- Động cơ điện không đồng bộ.
Theo phạm vi thiết kế, ta chỉ xét đến động cơ điện không đồng bộ 3
pha.
Động cơ điện không đồng bộ 3 pha được nuôi bằ
ng nguồn điện trong
không gian 1 góc 120
0
điện. Khi đưa nguồn 3 pha vào dây quấn Stato, sẽ tạo
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP3
từ trường quay với tốc độ đồng bộ M = 60 f/p với f: là tần số lưới điện đưa
vào và P là số đố cật của máy. Từ trường quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn
mạch đặt trên lõi sắt Rato và cảm ứng trên dây quấn đó là các sức điện động
và dòng điện. Từ thông do dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của Stato
tạo thành từ thông tổng ở khe h
ở. Dòng điện trong dây quấn roto tác dụng với
từ thông khe hở. Dòng điện trong dây quấn roto tác dụng với từ thông khe hở
này sinh ra mômen. Tác dụng đó có quan hệ mật thiết với tốc độ quay (r) của

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP4
Vì nhà điện làm việc ở những tốc độ khác tốc độ đồng bộ của từ trường
quay nên ta gọi là động cơ điện không đồng bộ. Căn cứ vào kiểu Roto có thể
động cơ không đồng bộ 3 pha ra làm 2 loại.
- Động cơ không đồng bộ 3 pha Roto ngắn mạch (lồng sóc).
- Động cơ không đồng bộ 3 pha có dây quấn
Động cơ có dây quấn Roto (ngắn mạch) lồng sóc là phổ
biến nhất do
giá thành rẻ, vận hành đơn giản, đảm bảo. Các động cơ này có đặc tính cơ ứng
(khi tải thay đổi từ thông đến định mức thì tốc độ quay của chúng giảm tất cả
khoảng (2 ÷ 5%)… Các động cơ Roto lồng sóc có mômen mở máy khá lớn,
tuy nhiên bên cạnh những ưu điểm trên chúng ta có những nhược điểm sau:
Khó điều chỉnh tốc độ bằng phẳ
ng trong phạm vi rộng, cần dòng điện
mở máy từ lưới lớn (vượt tới 5 ÷7 lần I
đm
) và hệ số công suất của loại này
thấp. Để bổ khuyết cho nhược điểm này, người ta chế tạo động cơ không đồng
bộ Roto lồng sóc nhiều tốc độ và dùng Roto rãnh sâu lồng sóc kép đẻe hạ
dòng điện khởi động, đồng thời mômen khởi động cũng được tăng lên.
Với động cơ Roto dây quấn (hay động cơ vành trượt) thì loại trừ được
nhữ
ng nhược điểm trên nhưng làm cho kết cấu Roto phức tạp, nên khó chế tạo
và đắt tiền hơn động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc (khoảng 1,5 làn). Do đó
động cơ không đông bộ Roto dây quấn chỉ được sử dụng trong điều kiện mở
máy nặng nề, cũng như khi cần phải điều chỉnh bằng phẳng tốc độ quay. Loại
động cơ này


Tốc độ quay Roto: n
đm

Hệ số công suất: cosϕ
đm

Hiệu suất: η
đm

Nếu dây quấn 3 pha Stato có đưa ra các đầu ra và cuối pha để có thể
đấu thành hình sao cho hay tam giá thì điện áp dây và dòng điện dây với mỗi
một cách đấu có thể (Y/A) được ghi dưới dạng phân số (U
dY
/U
dΔ
) và (I
dy
/ I
dΔ
).
Các số liệu định mức của động cơ không đồng bộ biến đổi trong phạm vi rất
rộng. Công suất định mức từ mấy phần w đến hành chục nghìn Kw. Tốc độ
quay đồng bộ định mức n
1đm
= 60f
1
/p với tần số lưới Hz thì M
đm
từ (300 ÷ 500

- Yêu cầu từ phía Nhà nước bao gồm các tiêu chuẩn Nhà nước các
yêu cầu do đó Nhà nước quy định.
- Yêu cầu phải từ phía nhà máy và người tiêu dùng thông qua các
hợp đồng ký kết.
Nhiệm vụ của người ký kết là đảm bảo các tính năng kỹ thuật của sản
phẩm đạt các chỉ tiêu chuẩn nhà nước quy
định và tìm khả năng hạ giá thành
để đạt hiệu quả kinh tế cao nhất. Các bước thiết kế gồm có:
Thiết kế điện từ
Nhiệm vụ của người thiết kế trong giai đoạn này là theo trình tự thiết kế
điện từ, xác định phương án hợp lý, có thể tính bằng tay hoặc nhờ vào máy
tính, phương án này phải thoả mãn yêu cầu về tính năng kỹ thuật theo tiêu
chuẩ
n nhà nước đồng thời giá thành phải thấp nhất. Trong phương án phải xác
định toàn bộ kích thước: lõi sắt, Stato, Roto, kết cấu cách điện. Ngoài ra còn
phảI tính toán nhiệt để đảm bảo khi làm việc ổn định ở chế độ định mức, độ
tăng nhiệt không vượt quá tiêu chuẩn quy định.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP7
Thiết kế kết cấu:
Trong giai đoạn này phải xác định kết cấu cụ thể về phương thức thông
gió và làm nguội, kết cấu cố định dây quấn trong rãnh là phần đầu nối, kết cấu
cụ thể về cách bôi trơn ở đó, kết cấu thân máy và lắp máy….
Theo yêu cầu và nhiệm vụ của thiết kế tốt nghiệp, trình tự thiết kế được
tiế
n hành như sau:
1. Tính toán kích thước cơ bản
2. Tính toán điện từ

: Hằng số máy điện.
+ n: Tốc độ đồng bộ với 2p = 4 ta có:
p/v1500
2
50.60
p
f60
n
1
===

+
α
5
: hệ số cụm cực từ, lấy
64,0
2
5
=
π
=α

+ K
s
: Hệ số sóng lấy
1,1
22
K
s
=

÷
0,68, Chọn K
D
= 0,65
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP9
+ D
n
: Có quan hệ mật thiết với kết cấu máy, cấp cách điện và chiều cao
tâm trục h đã chuẩn hoá.
Chiều cao tâm trục h chọn theo dãy công suất P theo bảng 1r.1 – 601
đối với động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc kiểu IP 44 theo TCVN – 1987 –
94, chọn cấp cách điện là B. Khi đó với p = 2,2 (Kw) và 2p = 4
Ta có: h = 112 (mm)
Qua bảng 10.3 – 230 chọn Dn = theo h: ta có Dn = 191 (mm)
+ P’ công suất tính toán:
η
=
cos.
PK
'P

+ Suy ra D = 191 = 124 (mm).
Trong đó K = 0,965. theo hình 10.2 – 231 TKMĐ
Vậy
)Kw(,
,.,
,.,

Và B
δ
= 0,865 (T) ta có:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP10
)cm(,
.,.,..,.,.,
,..,
n.D.B.A.K.K.
P..,
P
d
6145
150041286502609550111640
23631016
1016
2
7
2
7
==
α
=
δδδ
δ

Vì l
δ

l
==
τ
=λ
δ

Theo hình 10.3b – 235 (TKMĐ) thì để thiết kế chế tạo máy có tính
năng tốt và tính kinh tế cao thì λ nằm trong phạm vi cho phép. Với 2p = 4 mà
h < 250 (mm).
Đối chiếu kết quả ta chọn phương án này là hợp lý
4. Dòng điện định mức.
)A(,
,.,..
.,
cos..V.
.P
I 085
820802203
1022
3
10
3
1
3
1
==
ϕη
=
7. Số thanh dẫn tác dụng:
Chọn số mạch nhánh song song là: a = 1
Ta có
55
085
10821260
1
1
1
===
,
.,.
I
a.t.A
V
r
thanh
8. Số vòng dây nối tiếpcủa 1 pha:
330
1
55
32
1
1
11
== .,
a
U
.q.p.w
r

7140
115711
085
===

Với S’
1
= 0,714 (mm
2
) theo bảng VI.1-619 TKNĐ chọn dây đồng
PETV có đường kính
d/dcđ = 0,96/1,025
0251
960
,
,
cdd
d
=
và S
1
= 0,724 (mm
2
)
10. Kiểu dây quấn:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP12
Với p = 2,2 Kw ta chọn kiểu dây quấn 1 lớp bước đủ vì có công nghệ

,.,.,
.,
l..
.
B 8580
6157389640
10003010
4
1
4
==
τα
φ
=
δ
δ

13. Sơ bộ định chiều rộng của răng Stato:
cZ
z
K.l.B
t.l.B
'b
1
1
11
1
δ
=


9506156512
100030
2
10
4
11
4
1
==
φ
=

Trong đó Bg
1
= 1,50 ÷ 1,65 (T) là mật độ từ thông trong gông Stato
được xác định qua bảng 10.5a-240 ta chọn Bg
1
= 1,65 (T).
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP13
15. Kích thước rãnh và cách điện:
Chọn rãnh quả kê hình 1:
Miệng rãnh b
41
= dcđ + (1,1 ÷1,5) (mm)
= 1,025 + 1,1 = 2 (mm).
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP


36
3655800502412
2
1
41
1
=
π+
−+π
=
π+
+π
=

ta chọn d
1
= 5 (mm)
Đường kính d
2
được tính theo công thức:
)cm(,
.,),.,(
Z
)h.D(
d
gn
7460
36
36558070512119
2

−−
=
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP15
chọn hr
1
= 1,65 (cm)
Khi đó chiều cao của h
12
là:
H
12
= hr
1
– 0,5 (2h
41
+ d
1
+ d
2
)
= 16,5 – 0,5 (2.0,5 + 5 + 7,5) = 9,75 (mm)
Theo bảng VIII.1 – 629 TKMĐ ứng với dây quấn 1 lơp p = 2 thì ta có
cách điện của dây quấn là:
+ Chiều dày cách điện rãnh: C = 0,25 (mm)
+ Chiều dày cách điện của tấm lót: C’ = 0,35 (mm)
- Diện tích rãnh Stato:
)mm(,,.,.

=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
π
+
π
=

Diện tích có ích của rãnh Stato:
S
r
= S’
r
- S
cđ
= 92,844 – 10,568 = 82,276 (mm
2
)
16. Hệ số lấp đầy của rãnh.
7070
27682
0251155
2
1
,

1
=−
++π
=
−
++π
=

)cm(,,
)],,(,[
d
Z
)]hh(D.[
"b
Z
5550750
36
97500502412
2
2
1
1241
1
=−
++π
=
−
++π
=


6
1
2
211
=+−
−
=
+−
−
=

19. Khe hở không khí:
Do công suất của máy bé p = 2,2 Kw và p =2 nên khe hở không khí
được tính theo công thức sau:
)mm(,,
D
, 3740
1000
124
250
1000
250 =+=+=δ

Theo bảng 10.8-253 – TKMĐ, ứng với chiều cao tâm trục h = 112
(mm) và p =2 thì ta có δ = 0,3 (mm) = 0,03 (cm

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP17

3412
2
2
=
π
=
π
=
23. Sơ bộ định chiều rộng răng roto.
)cm(,
,.,
,.,
K.l.B
t.l.B
bZ
cZ
670
950741
29218580
2
2
22
2
===
δ

Trong đó B
Z2
là mật độ từ thông trong răng roto, chọn B
Z2

=

Trong đó: + K
1
là hệ số phụ thuộc vào cosϕ của máy, qua hình 10,5-
244-TKMĐ ta có K
1
= 0,8
+ K
d1
: hệ số dây quấn Stato, K
d1
= 0,96
26. Dòng điện trong vòng ngắn mạch:
)A(,
.
sin
.,
Z
p
sin
.II
tdV
756597
30
2180
2
1
058251
2

. Chọn J
td
= 2,5 A/mm
2
.
27. Tiết diện vành ngắn mạch:
2
878298
2
756597
mm/A,
,
J
I
S
v
v
v
==

Trong đó J
v
là mật độ dòng điện vòng ngắn mạch, chọn J
v
= 2 (A/mm
2
)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
22
= 5,5
(mm)
Chiều cao rãnh chọn hr
2
= 20 (mm)
Chiều cao phần rãnh thẳng:
H
12
= hr
2
- 0,5 (d
12
+ d
22
+ 2.h
42
)= 20 – 0,5 (7,5 + 5 + 2.0,5) = 12,25
(mm)
29. Chọn kích thước vòng ngắn mạch là: a . b = 20 . 15 (mm)
Đường kính vòng ngắn mạch là:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP20
D
r
= D – (a + 1) = 124 – (20 + 1) = 103 (mm)
30. Diện tích rãnh Roto:
)mm(,,).,,(,),,(

)hdD(
z'b
670750
30
05027503412
1
2
421
2
=−
−−π
=
−
−−π
=

)cm(,,
),.,(
d
Z
)dhr'D(
z"b
5550550
30
05002223412
2
2
2
22
2

6
1
2
2
833412
6
1
2
2222
=+−
−
=+−
−
=
34. Làm rãnh nghiêng ở Roto:
Để giảmlực ký sinh tiếp tuyến và hướng tâm thì ta làm rãnh nghiêng
Roto có thể triệt tiêu sóng điều hoà, cho phép phối hợp rãnh Z
1
và Z
2
rộng rãi
hơn, ta chọn độ nghiêng thường bằng 1 bước rãnh Stato: b
n
= t
1
= 1,082
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN MẠCH TỪ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
),/(
),/(
/b
)/b(
V =
+δ
=
δ+δ
δ
=

Suy ra
K
δ
= K
δ1
. K
δ2
= 1,118.1,032 = 1,154
36. Ta dùng các lá thép kỹ thuật điện loại 2211.
Bảng V.1-603-TKMĐ loại này có hệ số ép chặt K
c
< 0,95.
37. Sức từ động khe hở không khí:
F
δ
= 2.H
δ
.δ = 1,6.B
δ

Z1
= 2(h
Z1
-
3
1
d
1
)H
Z1
= 2 (1,65-
3
1
0,75) 1,65 = 46 (A)
41. Mật độ từ thông trên Roto.
)T(,
,
,.,
H.l.b
t.l.B
B
cZ
Z
71
670
29218580
2
2
22
2

20
3
12
2
2
=−=−=

44. Hệ số bão hoà răng.
2731
84411
5664684411
2
1
,
,
,,
F
FFF
K
ZZ
=
++
=
++
=
δ
δ
δ

45. Mật độ từ thông trên gông:

2
1
1
=
−π
=
−π
=

48.Sức từ động ổ gông Stato:
Fg
1
. Hg
1
= 13,6.12,9 = 175 (A)
49. Mật độ từ thôngở gông Roto:
)T(,
,.,.,.
.,
K.l.hg.
.
Bg
c
191
9506153622
100030
2
10
4
22

=

52. Sức từ động trên gông Roto:
Fg
2
= Lg
2
.Hg
2
= 4,83.3,9 = 19 (A)
53. Tổng sức từ động:
F = F
δ
+ F
Z1
+ F
Z2
+ Fg
1
+ F
g2
.
= 411,84 + 49 + 66,5 + 175 + 19 = 721,34 (A)
54. Hệ số bão hoà toàn mạch:
751
84411
34721
,
,
,

681
100 ===
μ
μ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP24
CHƯƠNG V: THAM SỐ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN Ở CHẾ ĐỘ
ĐỊNH MỨC.
56. Chiều dài phần đầu nối của dây quấn Stato:
lđ
1
= Kđ
1
.τ
y
+ 2B = 1,3.11,035 + 2. 0,5 = 15,35 (cm)
Trong đó:
03511
36
9651412
1
1
,
),,(
Z
Y)hrD(
Y.t

1
.10
-2
= 2.20,96.330.10
-2
= 138,33 (m)
59. Điện trở tác dụng của dây quấn Stato:
)(,
,..
,.
.
.a.n
L
r Ω==δ
δ
= 1454
724011116
331381
75
111
1
1

Tính theo đơn vị tương đối:
09501464
20
085
1
1
1

1
10

61. Điện trở vành ngắn mạch: