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

 

PHẦN I

 THIẾT KẾ ĐIỆN TỪ

 Chương 1. ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

1.1. Phân loại

1.2. Kết cấu 2

1.3. Các đại lượng định mức 5

1.4. Công dụng của máy điện không đồng bộ 5

Chương 2.TÍNH TOÁN ĐIỆN TỪ

2.1.Tính toán kích thước chủ yếu

2.1.1.Tìm hiểu chung

2.1.2.Lựa chọn tính toán các kích thước chủ yếu

a.Các số liệu định mức 7

b.Xác định kích thước chử yếu 8

2.2.Thiết kế stato và khe hở không khí 10

2.2.1.Tìm hiểu về dây quấn và lõi sắt stato 10

2.2.2.Tính toán dây quấn và lõi sắt stato 11

2.3.Dây quấn, rãnh và gông rôto 21

2.3.1.Tìm hiểu về dây quấn và lõi sắt rôto 21

2.3.2.Tính toán dây quấn, rãnh và gông rôto 22

2.4.Tính toán mạch từ 27

2.4.1.Tìm hiểu về mạch từ trong máy điện không đồng bộ 27

2.4.2.Tính toán mạch từ 27

2.5.Tham số của động cơ điện ở chế độ định mức 33

2.5.1.Tìm hiểu về tham số của động cơ điện 33

2.5.2.Tính toán tham số của động cơ điện 34

2.6.Các loại tổn hao trong dộng cơ điện 42

2.6.1.Tìm hiểu về các loại tổn hao trong động cơ điện 42

2.6.2.Tính toán tổn hao thép và tổn hao cơ 44

2.7.Đặc tính làm việc 50

2.8.Tính toán nhiệt 53

2.8.1.Tìm hiểu về phát nóng máy điện 53

2.8.2.Tính toán nhiệt theo phương pháp đơn giản 54

 PHẦN II

 KẾT CẤU VÀ TÍNH TOÁN CƠ CÁC BỘ PHẬN CHỦ YẾU

 CỦA MÁY ĐIỆN

 Chương 3.LỰA CHỌN KẾT CẤU CƠ BẢN

3.1.Đại cương về kết cấu máy điện 61

3.2.Tính toán trục 62

3.3.Tính toán trọng lượng vật liệu tác dụng và chỉ tiêu sử dụng 74

 PHẦN III

 THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO RÔTO DÂY QUẤN

 CỦA MÁY ĐIỆN QUAY

Chương 4.THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO RÔTO DÂY QUẤN CỦA MÁY ĐIỆN QUAY

4.1.Tìm hiểu chung về rôto dây quấn của máy điện quay 77

4.2.Công nghệ và thiết bị chế tạo mạch tử rôto 78

dây quấn máy điện quay

 

4.3.Công nghệ và thiết bị chế tạo rôto dây quấn máy điện quay 81

Tài liệu tham khảo 85

 

 

doc91 trang | Chia sẻ: huong.duong | Lượt xem: 1745 | Lượt tải: 2download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Thiết kế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
i đường đi của từ thông ở phần gông rôto : cm (2.70) Trong đó: hg2 = 6,02 cm (tính ở mục 47); Dt = 8,9 cm là đường kính trục rôto (tính ở mục 36). 64.Sức từ động ở gông rôto: 65.Sức từ động tổng mạch từ: (2.71) Trong đó: Fd =1328,85 A (tính ở mục 50); FZ1=169,39 A (tính ở mục 52); FZ2 = 157,883 A (tính ở mục 56); Fg1=214,683 A (tính ở mục 61); Fg2=41,8424 A (tính ở mục 65). F=1328,85+169,39+157,883+214,683+30,861902 A 66.Hệ số bão hoà mạch từ: (2.72) 67.Dòng điện từ hoá lõi thép: (2.73) Trong đó: w1=40 vòng (tính ở mục 12); kdq1=0,925 (tính ở mục 15). Dòng điện từ hoá phần trăm: (2.74) 2.5.Tham số của động cơ điện ở chế độ định mức 2.5.1.Tìm hiểu về tham số của động cơ điện Những tham số chủ yếu của máy điện là điện trở và điện kháng.Điện kháng được xác định bởi trị số từ thông móc vòng (gồm từ thông móc vòng cảm ứng tương hỗ và từ thông móc vòng tản từ) trên đơn vị dòng điện và tần số. Từ điện trở để xác định được các tổn hao của dây quấn máy điện ở chế độ làm việc ổn định và quá trình quá độ .Trong thiết kế máyđiện thì việc xác định điện trở và điện kháng của dây quấn là một việc rất quan trọng.Đây là những giá trị ảnh hưởng lớn đến đặc tính làm việc, đặc tính cơ và các đặc tính khác trong máy điện. 2.5.2.Tính toán tham số của động cơ điện 68.Chiều dài phấn đầu nối của dây quấn stato: (2.75) Trong đó: kđ1=1,3 với phần đầu nối không băng cách điện; B=1 với phần đầu nối không băng cách điện tra bảng 3.4 (trang 69) sách “TKMĐ” của Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh; hr1=3 cm –là chiều cao rãnh stato(tính ở mục 29); (2.76) lđ1=1,3.21,39 +2.1=29,81 cm 69.Chiều dài phần đầu nối stato nhô ra khỏi lõi sắt: cm (2.77) Trong đó: kf = 0,4 là hệ số tra bảng 3.4 sách “TKMĐ”; =21,39 cm (tính ở mục 69); . 70. Chiều dài trung bình nửa vòng dây của dây quấn stato: ltb1=l1 +lđ1 = 23+ 29,81 =52,81cm (2.78) 71. .Chiều dài dây quấn một pha stato: L1= 2 . ltb1 .w1 . 10-2 =2.52,81.40 .10-2=42,25 m (2.79) 72. .Điện trở tác dụng của dây quấn stato: (2.80) Trong đó: - là điện trở suất của đồng ở 1150 c tra bảng 5.1(trang 117) sách “TKMĐ” của Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh; L1=42,25 m (tính ở mục 71); s1 = 2,011 mm2 (tính ở mục 21). Tính theo đơn vị tương đối: (2.81) Với động cơ không đồng bộ thì trị số này nằm trong khoảng như sau:(0,01 0,08) 73.Chiều dài phần đầu nối của dây quấn rôto: lđ2= A+(10~15) cm (2.82) Tính A: A= cm (2.83) Với (6.10) (2.84) fc=br2-0,3=6-0,3= 5,7 mm =0,57 cm A= lđ2=23,3868+10=33,3868 cm 33,4 cm 74.Chiều dài phần đầu nối nhô ra khỏi lõi sắt rôto: (2.85) Trong đó: fc=0,57 cm (tính ở mục 74); tc=1,2 cm (tính ở mục 74); A=23,4 cm (tính ở mục 74); M=2,56 cm ; N=2,54 cm (trị số lớn ứng với điện áp dây quấn và công suất lớn). Hình 1.6 Để xác định f 75.Chiều dài trung bình nửa vòng dây của dây quấn rôto: ltb2=l2+lđ2 =23,5+33,4=56,9 cm (2.86) 76.Chiều dài của một pha dây quấn rôto: L2=2.W2.ltb2.10-2 , [m] (2.87) Trong đó: w2=20 vòng (tính ở mục 41); ltb2=56,9 cm (tính ở mục 75). L2=2.20.56,9.10-2=22,7547 m 77.Điện trở tác dụng của dây quấn rôto: r2= (2.88) Trong đó: -điện trở suất của đồng ở 1150c (tra bảng 5.1 sách “TKMĐ”); n2=1- số sợi chập của dây quấn rôto; a2 = 1 - số mạch nhánh song song của dây quấn rôto; s2 = 49,14 mm2 - tiết diện thanh dẫn của rôto (chọn ở mục 45). r2= 78.Hệ số quy đổi: (2.89) Trong đó: w1 = 40 vòng (tính được ở mục 20); w2 = 20 vòng (tính được ỏ mục 40); kdq1=0,925 (tính ở mục 24); kdq2=0,9567 (tính ỏ mục 40). 79.Điện trở rôto quy đổi: r’2=r2.=0,01129.3,7384=0,04222 (2.90) Trị số tương đối của điện trở rôto quy đổi: (2.91) 80.Từ tản rãnh stato: (2.92) Trong đó: b41=3 mm; h41 = 0,5 mm; b= d2 =11,8 mm; với 2/3<=0,833<1 ta có công thức tính sau (2.93) (2.94) h1 = hr1 - 0,1.d1 -2.c- c’ = 30 - 0,1.14 - 2.0,4 - 0,5=27,3 mm h2=-(d2/2 -2.c - c,) = - (11,8 /2 -2.0,4 - 0,5) = - 4,6 mm Hình 1.7 .Kích thước rãnh stato để tính từ rãnh tản 81.Hệ số từ tản tạp stato: (2.95) Trong đó: t1 = 1,943 cm (tính ở mục 18); kd1 = 0,925 (tính ở mục 24); = 1,0858 (tính ở mục 48); theo bảng 5-2a (trang 134) với q=4, bước ngắn theo rãnh là 12-10 =2 ; với rôto dây quấn theo sách “TKMĐ” trang ‘130’; ta sử dụng công thức sau để tính kt1 82.Từ tản đầu nối stato: (2.96) Trong đó: lđ1 = 29,81 cm (tính ở mục 69); (tính ở mục 13); (tính ở mục 14). 83. Hệ số từ dẫn tản stato: (2.97) =1,07927+1,34571 +1,02735 =3,45232 Trong đó: (tính ở mục 80); (tính ở mục 81); (tính ở mục 82). 84.Điện kháng tản dây quấn stato: (2.98) =0,158. Trong đó: (2.100) Với ng1 và bg1 là số dẫy lỗ thông gió và đường kính lỗ thông gió hướng kính stato , ng1=0 , bg1=0 . 85.Hệ số từ tản rôto: 1.Từ tản rãnh rôto: (2.101) Trong đó: br=br2=6 mm; b4=b42=1,5 mm; h4=h42=1 mm h2=0,5+2,2/4+0,15=1,2 mm; h3= 2,5 mm (tính theo chiều cao cách điện); h1=29,3-2.1,2=26,9 mm; h5=0,5+2,2/2=1,6 mm (phần cách điện giữa hai lớp); ; . Hình 1.8.Kích thước rãnh rôto để xác định từ tản rãnh rôto 2.Từ tản tạp rôto: (2.102) Trong đó: ; ; ; (2.103) t2=1,544 cm(tính ở mục 38). 89417 3.Từ tản phần đầu nối rôto: (2.104) = Trong đó: lđ2=33,4 cm (tính ở mục 74) 4.Tổng hệ số từ dẫn của rôto: (2.105) =6,4022 86.Điện kháng tản rôto: (2.106) 87.Điện kháng rôto quy đổi: x’2= (2.107) Tính theo đơn vị tương đối: =0,17773.161,129/220=0,13 (2.108) 88.Điện kháng từ hoá: (2.109) Trong đó: - là dòng điện từ hoá lõi sắt(tính ở mục 68). Tính theo đơn vị tương đối: x12*= (2.110) 89.Tính lại kE: (2.111) 2.6.Các loại tổn hao trong động cơ và đặc tính làm việc 2.6.1.Tìm hiểu các loại tổn hao trong động cơ điện Tổn hao trong máy điện gồm có những tổn hao chính sau: +Tổn hao trong thép ở stato và rôto do từ trễ và dòng điện xoáy khi từ thông chính biến thiên .Trong tổ hao thép còn có cả tổn hao phụ đó là tổn hao bề mặt và tổn hao đập mạch do sự thay đổi từ trở (sự thay đổi của khe hở không khí )và sự thay đổi lần lượt vị trí tương đối của răng rãnh stato và rôto khi máy điện làm việc. +Tổn hao đồng do hiệu ứng Jun gây nên ở dây quấn và ở nơi tiếp xúc giữa chổi than với vành trượt. +Tổn hao phụ khi có tải do dự đập mạch của từ thông tản ở máy điện xoay chiều. +Tổn hao cơ do ma sát giữa chổi than với vành trượt và giữa không khí với các bộ phận quay.Tổn hao quạt gió cũng phải kể vào tổn hao cơ. ở những động cơ điện làm việc với điện áp và tốc độ quay không đổi, khi chuyển từ chế độ làm việc không tải đến chế độ làm việc tải định mức, tổn hao thép và cơ thay đổi ít, cho nên các tổn hao này được gọi là tổn hao không tải nó được xác định bằng thí nghiệm không tải. Tổn hao chính thép trong thép chính là vì từ trễ và dòng điện xoáy xuất hiện đồng thời.Nguyên nhân là do hiện tượng từ hoá lõi thép bởi dòng điện xoay chiều gây nên. Tổn hao phụ trong thép sinh ra bởi dòng điện xoáy và hiện tượng từ trễ trong thép ở phần răng và trên bề mặt stato và rôto tạo nên bởi các sóng điều hoà bậc cao và sóng điều hoà răng (do công nghệ chế tạo không thể làm khe hở không khí giữa bề mặt stato và bề mặt rôto một cách đều tuyệt đối do phải làm răng rãnh ở stato và rôto để lồng dây quấn cho nên khi động cơ làm việc thì có sự tiếp xúc răng rãnh lẫn nhau làm cho khe hở không khí không đều nghĩa là từ trở khe hở không khí biến thiên làm cho từ trường khe hở không khí biến thiên liên tục không phải là hình sin mà sinh ra các sóng điều hoà bậc cao và sóng điều hoà răng). Động cơ điện lấy năng lượng điện từ lưới vào với công suất điện từ P1=m1.U1.I1.cos .Một phần nhỏ của công suất này biến thành tổn hao đồng của dây quấn stato Pcu1=m1.I12.r1 và tổn hao trong lõi sắt stato PFe=m1.I02.rm còn lại phần lớn công suất đưa vào chuyển thành công suất điện từ Pđt truyền qua rôto(Pđt=P1-Pcu1-PFe=m1.I’22.).Công suất này bị tiêu hao một phần rơi trên dây quấn rôto đó chính là tổn hao đồng trong rôto Pcu2=m1.I’22.r’2 , Phần lớn công suất còn lại chyển thành công suất cơ của động cơ điện Pcơ=Pđt-Pcu2 =m1. .Công suất cơ này một phần sẽ bị chuyển thành tổn hao cơ và tổn hao phụ khi máy làm việc , còn phần lớn còn lại trở thành công suất đưa ra đầu trục của động cơ điện P2 = Pcơ-(pcơ+pf).Như vậy tổng tổn hao trong động cơ điện là bằng: +pcơ+pf Hình 1.9 .giản đồ năng lượng của động cơ không đồng bộ 2.6.2.Tính tổn hao thép và tổn hao cơ 90.Tính tổn hao thép ở stato: a.Trọng lượng thép ở stato: Trọng lượng răng stato: GZ1= .Z1.bZ1.h’z1.l1.kc1.10-3 (2.112) Trong đó: ; bZ1=0,8452 cm (mục 31); Z1 =48 h’Z1=25,33 mm (tính ở mục 53); GZ1=7,8.48.0,8452.2,533.23.0,95.10-3=17,52 kg Trọng lượng gông từ stato: Gg1= .l1.Lg1.hg1.2p.kc1.10-3 kg (2.113) Trong đó: Lg1 =30,9813 cm (tính ở mục 60) hg1 =4,233 cm (tính ở mục 32) Gg1=7,8.23.30,9813.4,233.4.0,95.10-3 =89,4105 kg b.Trọng lượng răng rôto: kg (2.114) Trong đó: bz2tb=0,754 cm(tính ở mục 47) kc2=0,95 là hệ số ép chặt lõi sắt rôto h’z2=hr2 =3,28 cm c.Tổn hao trong răng stato: (2.115) Trong đó: kgcZ = 1,8 (theo kinh nghiệm) - là hệ số gia công răng; P1/50 - là suất tỏn hao thép ở tần số từ hoá f=50 Hz và mật độ từ thông B = 1 T .Ta tra phụ lục V bảng V.14 với loại thép 2211 sách thiết kế máy điện của Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh(trang 618) ta có: P1/50 = 2,5 W/kg; - là hệ số phụ thuộc vào loại thép(với thép cán nguội 2212); BZ1=1,85083T(đã tính ở mục 51); GZ1=17,52 kg. d.Tổn hao trong gông stato: PFeg1 = kgc.P1/50.Bg12..Gg1.10-3 , kW (2.116) Trong đó: kgc = 1,6 (theo kinh nghiệm) là hệ số gia công gông; Bg1 = 1,41897 T(tính ỏ mục 58). PFeg1 = 1,6.2,5.1,418972..89,4105.10-3 =0,72011 kW e.Tổn hao thép rơi trên lõi sắt stato: PFe=PFeZ1 + PFeg1 (2.117) = 0,27001+0,72011=0,99012 kW 91.Tổn hao phụ rơi trên stato: a.Tổn hao bề mặt rơi trên răng stato: (2.118) Trong đó: t1 =1,943 cm – là bước răng stato (tính ở mục 18); b41=3 mm – là bề rộng miệng rãnh stato; l1 = 23 cm – là chiều dài lõi sắt stato; Z1=48 rãnh – là số rãnh stato; pbm1- là suất tổn hao bề mặt trung bình trên một đơn vị bề mặt stato(1m2); pbm1= (2.119) Với : k0=1,4 ~1,8 là hệ số kinh nghiệm; là hệ số khe hở không khí (tính ở mục 48); - là mật độ từ thông khe hở không khí; t2=1,544 cm – là bước răng rôto(tính ở mục 38); tra hình 6-1 trang 141 sách “TKMĐ” với ; B0 == 0,13.1,0858.0,7649=0,10797 - là biên độ dao động của mật độ tử thông tại khe hở không khí. pbm1=W/m2 b.Tổn hao đập mạch trên stato: (2.120) Trong đó: Z2 = 60 rãnh , là số rãnh của rôto; n =1500 v/ph là tốc độ quay của rôto; T (2.121) ; BZ1 =1,85083T (tính ở mục 50); GZ1 =17,52 kg (tính ở mục 90). 92.Tổn hao phụ trên rôto: a.Tổn hao bề mặt trên răng rôto: (2.122) Trong đó: t2 =1,544 cm – là bước răng stato (tính ở mục 37); b42=1,5 mm – là bề rộng miệng rãnh stato; l2 = 23,5 cm – là chiều dài lõi sắt rôto; Z2=60 rãnh – là số rãnh rôto; Pbm2- suất tổn hao bề mặt trung bình trên một đơn vị bề mặt rôto( 1m2); pbm2= (2.123) Với : k0=1,7 ~2 là hệ số kinh nghiệm; là hệ số khe hỏ không khí (tính ở mục 48); - là mật độ từ thông khe hở không khí; t1=1,943 cm – là bước răng rôto(tính ở mục 18); tra hình 6-1 trang 141 sách “TKMĐ” với ; B0 = = 0,19.1,0858.0,7649=0,1578 - là biên độ dao động của mật độ tử thông tại khe hở không khí. pbm2=W/m2 b.Tổn hao đập mạch trên răng rôto: (2.124) Trong đó: Z1 = 48 - là số rãnh của stato; n =1500 v/ph là tốc độ quay của rôto; (2.125) ; BZtb2 =1,61379 T; GZ2 =25,8347 kg (tính ở mục 90); 93.Tổn hao sắt phụ: PFef=Pbm1+Pbm2+Pđm1+Pđm2 (2.126) PFef=0,00953+0,03569+0,006721+0,03216=0,0841 kW 94.Tổn hao cơ: Pcơ=kcơ.(n/1000)2(D/100)3.10-3 kW (2.127) Trong đó: kcơ = 7 tra trang 145 sách “TKMĐ” . Pcơ = 7.(1500/1000)2(297/100)3.10-3=0,41262 kW 95.Tổn hao tiếp xúc của chổi than lên vành trượt: (2.128) Trong đó: kms=0,15~0,17 – hệ số ma sát; là áp suất chổi than; sv – là tổng diện tích tiếp xúc của chổi than, cm2; - là tốc độ của bề mặt vành trượt, m/s; Lấy mật độ dòng điện trong chổi than Jt=12 A/cm2 thì tiết diện chổi than được tính như sau: theo phụ lục vẽ chổi than (phụ lục X trang 645) ta chọn các kích thước sau: lt = 16 mm là kích thước theo phương tiếp tuyến; bt = 25 mm là kích thước hướng trục; Số chổi than trên một vành trượt: ta chọn nt=6 Mật độ dòng điện trên chổi: Tiết diện tiếp xúc trên cả ba vành trượt: St=bt.lt.nt.m2=1,6.2,5.6.3=72 cm2 (2.129) Với đường kính ngoài vành trượt là Dv=20 cm thì tốc độ đường bề mặt vành trượt bằng: (2.130) 96.Tổn hao không tải: P0=PFe+PFef+Pms+Pcơ ,kW (2.131) P0=0,99012+0,0841+0,28278+0,41262 P0=1,76961 kW. 97.Tổn hao phụ: Pf=0,005.= kW (2.132) 98.Điện trở từ hoá: r12= (2.133) Tính theo đơn vị tương đối: (giá trị này nên ở khoảng 0,050,35 ). 99.Dòng điện không tải: Thành phần điện trở : Trong đó: là dòng từ hoá lõi thép (tính ở mục 67); r1=0,0304 (tính ở mục 72); Thành phần điện kháng: Dòng điện không tải: A 100.Hệ số công suất lúc không tải: cosj0 (2.134) 2.7.Đặc tính làm việc 102.đặc tính làm việc: 1.Các thông số : r1=0,0337 (tính ở mục 72); 0,04222 (tính ở mục 79); (tính ở mục 84); (tính ở mục 87); (tính ở mục 88). 2.các thông số cần tính : , Iđbx= Iđbr= (2.135) = E1=U1- (2.136) (2.137) I’2=I2/= (2.138) Sđm (2.139) Sm= (2.140) 3.Bảng đặc tính : số TT s đơn vị 0.005 0.01 0.025 0.029 0.031 0.05 0.14 1 8.86 4.447 1.8 1.552 1.467 0.917 0.35 2 0.314 0.314 0.314 0.314 0.314 0.314 0.31 3 8.866 4.458 1.827 1.583 1.5 0.969 0.47 4 A 25.37 50.45 123.1 142.1 149.9 232 479 5 0.999 0.998 0.985 0.98 0.978 0.946 0.74 6 0.035 0.07 0.172 0.198 0.209 0.324 0.67 7 A 26.65 51.08 120.5 138.1 145.2 216.6 350 8 A 39.17 41.77 59 65.86 68.98 111.8 352 9 A 47.38 65.98 134.2 153 160.8 243.7 497 10 0.562 0.774 0.898 0.903 0.904 0.889 0.71 11 KW  17.59 33.71 79.52 91.12 95.85 142.9 231 12 KW 0.227 0.44 1.82 2.365 2.613 6.007 24.9 13 KW  0.082 0.322 1.92 2.557 2.846 6.82 29.1 14 KW  0.088 0.176 0.428 0.494 0.522 0.808 1.67 15 KW  0.088 0.169 0.398 0.456 0.479 0.715 1.16 16   P0 KW 1.77 1.77 1.77 1.77 1.77 1.77 1.77 17 KW 2.027 2.436 4.516 5.276 5.617 10.11 33.7 18 KW 15.56 31.27 75.01 85.84 90.24 132.8 197 19 0.885 0.928 0.943 0.942 0.941 0.929 0.85 Hình 1.10 Đặc tính làm việc của động cơ điện rôto dây quấn P=90 kW 4.Các thông số định mức: Pđm=90,24 kW; ; cosjđm; I1đm=160,8 A; Sđm=0,031; Sm=0,14; I2’đm=149,9 A; I2m’=479 A. 5.Bội số mô men cực đại: (2.141) 2.8.Tính toán nhiệt 2.8.1.Tìm hiểu về phát nóng máy điện Khi làm việc , trong máy điện sinh ra các tổn hao, năng lượng tiêu tốn đó biến thành nhiệt năng và làm nóng các bộ phận của máy. Khi trạng thái nhiệt trong máy đã ổn định thì toàn bộ nhiệt lượng phát ra từ máy đền toả ra môi trường xung quanh nhờ sự chênh lệch nhiệt độ giữa các bộ phận của máybị đốt nóng với môi trường .Khi thiết kế một máy mới thì việc tính toán nhiệt và giải quyết vấn đề tản nhiệt cho máy điện là một việc tối quan trọng.Ta cần xác định được độ tăng nhiệt độ cho phép giữa dây quấn với môi trường. Độ tăng nhiệt này phụ thuộc chủ yếu vào tính chất vật liệu cách điện , chế độ làm việc của máy, môi trường làm việc và công nghệ chế tạo. Nguồn nhiệt chủ yếu trong máy điện là tổn hao trong dây quấn và lõi sắt. Một số bộ phận khác cũng phát nóng (mặt cực từ máy điện đồng bộ , vành ép lõi sắt ..) Động cơ thiết kế sử dụng hệ thống thông gió dọc trục, dùng quạt gió hướng tâm đặt ở hai đầu của động cơ điện, gió thổi trực tiếp trên bề mặt lõi sắt và phần đầu nối của dây quấn. 2.8.2.Tính toán nhiệt theo phương pháp đơn giản 103.Tính toán độ tăng nhiệt độ ở chế độ nhiệt độ ổn định(chế độ định mức): *.Độ tăng nhiệt của dây quấn stato: a.Độ tăng nhiệt theo chiều dày lớp cách điện rãnh: , 0c (2.142) Trong đó: -là chiều dày lớp cách điện rãnh của một phía , 0,04 cm A - tải điện từ (A/cm) , tính lại như sau = (2.143) J=5,27 A/mm2 - là mật độ dòng điện trong dây quấn stato (mục 22); t1=1,943 cm –là bước răng stato C1 – là chu vi rãnh stato (cm) , với rãnh quả lê thì C2 được tính như sau: C1= cm (2.144) C1= C1=7,38 cm - là điện trở suất của dây dẫn ở nhiệt độ cho phép , với cấp cách điện B thì là hệ số dẫn nhiệt của cách điện b.Độ tăng nhiệt của mặt ngoài lõi sắt stato so với môi trường: b.1.Dòng nhiệt qua đơn vị diện tích bề mặt : (2.145) Trong đó: PFe1=0,99012 kW – là tổn hao sắt của stato lúc không tải ( mục 91); Pf – là tổn hao phụ khi có tải , Pf=479 W (tính ở bảng đặc tính làm việc ở chế độ định mức); Dn=43,7 cm – là đường kính ngoài stato; D=29,7 cm – là đường kính trong stato; l1= 23 cm là chiều dài lõi sắt stato. b.2.Hệ số tản nhiệt bề mặt : (2.146) Trong đó: với thông gió hướng trục; v-tốc độ dài ở bề mặt rôto hay vành ngoài của quạt khi thông gió hướng trục(tính ở mục cánh quạt); v= (2.147) nđm=(1-sđm).nđb=(1-0,031).1500=1453,5 vg/ph (2.148) b.3.Độ tăng nhiệt của mặt ngoài lõi sắt stato: (2.149) c.Độ tăng nhiệt độ của mặt ngoài phần đầu nối dây quấn stato: (2.150) Trong đó: (2.151) t1=1,943 cm là bước răng stato; C1=7,38 cm là chu vi phần rãnh stato (tính ở mục trên); v=22,44 m/s – là tốc độ dài ở bề mặt rôto hay vành ngoài của quạt khi thông gió hướng trục (tính ở mục trên). d.Độ tăng nhiệt của dây quấn stato: , 0c (2.152) Trong đó: (tính ở mục a); (tính ở mục b); (tính ở mục c); lđ = lđ1 là chiều dài đầu nối của dây dẫn stato , lđ1=29,81 cm (mục 81); l1=29,7 cm là chiều dài lõi sắt stato (tính ở mục 14); *.Độ tăng nhiệt của dây quấn rôto: a.Độ tăng nhiệt theo chiều dày lớp cách điện rãnh rôto: , 0c (2.153) Trong đó: A- là tải đường của dây quấn rôto; (2.154) =0,085 cm - là chiều dày lớp cách điện rãnh của một phía; J2=5,8327 A/mm2 - là mật độ dòng điện trong dây quấn rôto ( đã tính ở mục 45) t2=1,544 cm –là bước răng rôto C2 – là chu vi rãnh stato (cm) , với rãnh rôto thì C2 được tính như sau: (2.155) C2=2.2,93+0,6+2. C2= 7,2 cm (dựa vào hình 1.4) b.Độ tăng nhiệt mặt ngoài lõi sắt rôto so với nhiệt độ môi trường: ,0c (2.156) b1. Tính dòng nhiệt qua đơn vị diện tích bề mặt: (2.157) -Tổn hao sắt của rôto: ở rôto thì tần số của rôto f2=sf1=0,031.50=1,55 Hz rất nhỏ nên có thể coi tổn hao sắt trong răng và gông rôto là không có , như vậy thì tổn hao sắt ở rôto chỉ còn hai tổn hao phụ là tổn hao bề mặt và tổn hao đập mạch. Trong đó: Pbm2=35,69 W – là tổn hao bề mặt trên răng stato(mục 93); Pđm2=32,16 W – là tổn hao đập mạch trong răng stato(mục 93). -Tổn hao phụ lúc có tải Pf=479 W tính ở bảng đặc tính làm việc ứng với sđm b2.Hệ số tản nhiệt bề mặt: (2.158) Trong đó: ; v=22,44 m/s- là vận tốc bề mặt rôto hay quạt ( tính ở mục trên). b3.Độ tăng nhiệt mặt ngoài lõi sắt rôto so với môi trường: c.Độ tăng nhiệt mặt ngoài phần đầu nối dây quấn rôto so vớí nhiệt độ môi trường : (2.159) c1.Dòng nhiệt qua đơn vị diện tích bề mặt của phần đầu nối dây quấn rôto: (2.160) Trong đó: - là điện trở suất của dây dẫn ở nhiệt độ cho phép A2=371,3 A/cm – là tải đường (được tính ở phần trên) J2=5,8327 A/mm2 – mật độ dòng điện trong dây quấn rôto (mục 45) c2.Hệ số tản nhiệt bề mặt : (2.161) Trong đó: ; v=22,44 m/s- là vận tốc bề mặt rôto hay quạt ( tính ở mục trên) c3.Độ tăng nhiệt của phần đầu nối dây quấn rôto: d.Độ tăng nhiệt dây quấn rôto: Trong đó: lđ2=33,4 cm – là chiều dài phần đầu nối dây quấn rôto(mục 74) Phần hai Kết cấu và tính toán cơ các bộ phận chủ yếu của máy điện Chương 3 Lựa chọn kết cấu cơ bản 3.1.Đại cương về kết cấu của máy điện Thiết kế kết cấu phải bảo đảm sao cho máy gọn nhẹ ,đảm bảo độ tin cậy của máy lúc làm việc , đảm bảo bảo dưỡng máy thuận tiện đảm bảo chế tạo đơn giản , đảm bảo bảo chế tạo đơn giản ,giá thành hạ , thông gió tản nhiệt tốt mà vẫn có độ cứng và độ bền nhất định.Thường căn cứ vào điều kiện làm việc của máy để thiết kế ra một kết cấu thích hợp , sau đó tính toán cơ các bộ phận để xác định độ cứng và độ bền của các chi tiết máy.Vì vậy thiết kế kết cấu là một phần quan trọng trong toàn bộ thiết kế máy điện. 1.Kết cấu stato của máy điện a.Vỏ máy Khi thiết kế kết cấu vỏ máy stato phải phối hợp yêu cầu về truyền nhiệt và thông gió , đồng thời phải có đủ độ cứng và độ bền , không những sau khi lắp đặt lõi sắt mà cả khi gia công vỏ.Với máy điện không đồng bộ rôto dây quấn công suất đầu trục P2=90 KW ta sử dụng vỏ máy có gân trong có đặc điểm là lúc gia công , tốc độ cắt gọt chậm nhưng phôi liệu bỏ đi ít hơn là vỏ không có gân trong. Hình 1.11 Vỏ máy đúc bằng gang gân trong. b.lõi sắt stato Với đường kính ngoài của lõi sắt máy đang tính toán Dn=43,7 cm thì ta dùng tấm nguyên để làm lõi sắt.Lõi sắt sau khi ép vào vỏ có một chốt cố định với vỏ máy để khỏi bị quay dưới tác dụng của mômen điện từ. 2.Kết cấu rôto máy điện xoay chiều Với đường kính rôto nhở hơn 350 mm thì lõi sắt rôto thường được ép trực tiếp lên trục Khi đường kính rôto không lớn, phần trong lõi thép cắt ra không được dùng vào mục đích gì có giá trị kính tế lớn mà kết cấu rôto của lại được đơn giản hoá.như vậy thì với động cơ không đồng bộ rôto dây quấn đang thiết kế thì ta dùng phương pháp này.Ta dùng vành ép để ép chặt lõi thép và dùng để làm giá đỡ đầu dây quấn rôto.Với dạng rãnh rôto dạng nửa kín thì ta dùng nêm để cố định dây trong rãnh. Hình 1.13 Dùng chốt cố định lõi sắt rôto 3.2.Tính toán trục Trục của động cơ điện ngoài chịu toàn bộ trọng lượng của rôto ra ,thì nó còn chịu mômen xoắn và mômen uốn trong quá trình truyền động tải .Trục của máy còn chịu lực hướng trục với máy trục đứng .Ngoài ra trục còn chịu lực từ một phía do khe hở không khí không đều sinh ra , lực do cân bằng động không tốt gây nên , nhất là khi quá tốc độ giới hạn. Yêu cầu cơ bản đối với một trục khi thiết kế : -Phải có đủ độ bền ở tất cả các tiết diện của trục khi máy làm việc , kể cả lúc có sự cố ngắn mạch. -phải có đủ độ cứng để tránh sinh ra độ võng quá lớn làm chạm rôto với stato. - tốc độ giới hạn của trục phải khác nhiều cới tốc độ lúc máy làm việc bình thường. Với máy đang thiết kế ở đây ta chọn phôi liệu là thép cán để gia công trục máy. 1.Tính độ võng của trục *Xác định mômen quay định mức ở đầu trục: Mđm= , Nm (3.1) Trong đó: Pđm=P2 =90 kW là công suất cơ ở đầu trục là tốc độ góc định mức của rôto , rad/s nđm-tốc độ của rôto ở chế độ dịnh mức nđm=(1-sđm).nđb=(1-0,031).1500=1453,5 vg/ph = ,rad/s (3.2) = rad/s Mđm= Nm Hoặc tính mômen ở đầu trục theo đơn vị sau Mđm=0,975. ,kGm (3.3) Mđm=0,975. kGm = 6037 kG.cm * Dựa vào phụ lục I và III sách “TKMĐ” để xác định các kích thước lắp đặt Với máy có kí hiệu 4A250M4 ( động cơ không đồng bộ có h=250 mm kích thước lắp đặt loại M , có 4 cực , được chỉnh sửa đến lần thứ 4 ). -l30=955 mm; -h31=640mm; -h=250mm; -Khoảng cách giữa các lỗ bu lông chân máy là b10=406 mm; -Đường kính lỗ chân máy d10=24 mm; -Khoảng cách giữa hai lỗ chân máy theo chiều dọc trục l10=349 mm; -Khoảng cách từ lỗ chân máy tới bậc cuối của trục l31=168 mm; -Đường kính đầu trục d1=65 mm; -Chiều dài của đầu trục l1=140 mm; - khối lượng, 510 kg. *Lựa chọn ổ bi: Dựa vào phụ lục XII sách ‘TKMĐ”của Trần Khánh Hà và Nguyễn Hồng Thanh ta chọn loại ổ bi loại trung bình với các kích thước sau + Kí hiệu ổ bi : 214 + đường kính trong ổ bi : d=70 mm + Đường kính ngoài ổ bi : D=150 mm + Bề rộng ổ bi : B=35 mm + Bán kính góc lượn : r=3,5 mm + Tốc độ quay của ổ bi : nbi=5000 vg/ph *Lựa chọn vành trượt : Ta có thể dựa vào kích thước của chổi than theo tiêu chuẩn ở phụ lục X sách “TKMĐ” để xác định kích thước vành trượt.Với kích thước chổi than đã được chọn ở mục 97 là 16x25 cm thì ta chọn kích thước vành trượt có chiều rộng lớn hơn chiều kích thước hướng trục của chổi than mà cụ thể như sau Hình 1.15 kích thước chổi và vành trượt Với kích thước chổi than là l=16mm , b= 25 mm ta chọn bề rộng vành trượt là bv=30 mm.Đường kính ngoài vành trượt là Dv=20 cm (đã chọn ở mục 97). *Lựa chọn nối trục bằng khớp nối mềm Mômen lớn nhất sinh ra ở trục động cơ: Mmax=mmax.Mđm=2,261.6037=13649,657 kG.cm (3.4) Theo phụ lục XI bảng XI.2 khớp nối đàn hồi ta chọn được loại khớp nối sau Loại MYBII8 có mômen lớn nhất Mmax=28200 kG.cm - Đường kính ngoài của khớp nối D=295 mm , - Đường kính tính ở tâm các vấu là D1=210 mm - Chiều dài thò ra của các vấu là l=56 mm - Số vấu hay số chốt là 8 - Đường kính lỗ d mm(nhỏ nhất dmin=60mm , lớn nhất dmax=75 mm) - chiều dài khớp nối không kể đầu thò vấu L=142 mm *Lựa chọn rãnh then: Hình 1.16 kích thước then đầu trục Tra bảng 9.1a các thông số của then bằng ( sách tính toán thiết kế hệ

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docDA0368.DOC