Đồ án thiết kế động cơ điện một chiều 7.5kW - Nhóm 4 ĐHCN Hà Nội

Đồ án thiết kế động cơ điện một chiều hoàn chỉnh. Tài liệu tham khảo gồm thuyết minh, tính toán thông số, bản vẽ và nguyên lý hoạt động chi tiết.

• Tác giả: Nhóm 04
• Người hướng dẫn: Ts.
• Trường học: Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
• Chuyên ngành: Thiết kế Thiết bị Điện
• Đề tài: Thiết Kế Động Cơ Điện Một Chiều 7.5kW
• Loại tài liệu: Đồ án môn học
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. Chương 1: TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU
• 1.1. VÍ DỤ TÍNH TOÁN
• 1.2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ PHẦN ỨNG
• 1.2.1. Chọn kích thước chủ yếu
• 1.2.2. Kiểu và số liệu dây quấn
• 1.2.3. Số thanh dẫn tính toán của dây quấn N
• 1.2.4. Dạng và số liệu lõi sắt phần ứng
• 2. Chương 2: TÍNH TOÁN ROTO VÀ STATO
• 2.1. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHE HỞ KHÔNG KHÍ VÀ PHẦN TĨNH
• 2.1.1. Chọn số đôi cực và bước cực
• 2.1.2. Lõi sắt cực từ chính và các kích thước
• 2.1.3. Gông từ và các kích thước
• 2.1.4. Tính toán mạch từ
• 2.1.5. Dây quấn cực từ chính
• 2.2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỔ GÓP VÀ CHỔI THAN
• 2.2.1. Số phiến góp G
• 2.2.2. Đường kính ngoài cổ góp DG
• 2.2.3. Số chổi và kích thước chổi than
• 2.3. KIỂM TRA ĐỔI CHIỀU VÀ TÍNH TOÁN CỰC TỪ PHỤ
• 2.3.1. Kiểm tra đổi chiều
• 2.3.2. Tính toán cực từ phụ

Tóm tắt

I. Tổng quan mẫu đồ án thiết kế động cơ điện một chiều 7

Việc thực hiện đồ án môn học máy điện về thiết kế động cơ điện một chiều 7.5kW là một nhiệm vụ cốt lõi đối với sinh viên ngành kỹ thuật điện. Đề tài này không chỉ củng cố kiến thức lý thuyết về cấu tạo động cơ điện một chiều và nguyên lý làm việc động cơ DC, mà còn rèn luyện kỹ năng thực hành, áp dụng các công thức và tiêu chuẩn để tạo ra một sản phẩm hoàn chỉnh. Động cơ điện một chiều, mặc dù có giá thành cao hơn động cơ xoay chiều, vẫn giữ vai trò không thể thay thế trong nhiều lĩnh vực như giao thông vận tải, công nghiệp luyện kim và các hệ thống điều khiển tự động yêu cầu điều chỉnh tốc độ trong dải rộng. Một bản thuyết minh đồ án động cơ điện một chiều chất lượng phải trình bày đầy đủ các bước từ việc xác định thông số đầu vào, tính toán kích thước chủ yếu, đến thiết kế chi tiết các bộ phận như stato, roto, và hệ thống cổ góp. Mục tiêu của đồ án là thiết kế một động cơ điện một chiều kích từ song song với công suất định mức Pđm = 7.5kW, điện áp Uđm = 220V, và tốc độ nđm = 1500 vg/ph, đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật. Quá trình này đòi hỏi sự chính xác trong từng bước tính toán, từ việc chọn vật liệu đến xác định tổn hao và hiệu suất, nhằm đáp ứng các yêu cầu phát triển của nền kinh tế quốc dân.

1.1. Mục tiêu và yêu cầu của đồ án thiết kế động cơ 7.5kW

Mục tiêu chính của đồ án là trình bày một quy trình hoàn chỉnh cho việc tính toán thiết kế động cơ điện DC. Các yêu cầu cụ thể bao gồm việc thiết kế một động cơ có công suất cơ đầu trục Pđm = 7.5kW, điện áp định mức Uđm = 220V, và tốc độ quay nđm = 1500 vòng/phút. Động cơ thuộc loại kích từ song song, có dây quấn ổn định tốc độ, chế độ làm việc liên tục, kiểu bảo vệ IP22 và cách điện cấp B. Một yêu cầu quan trọng khác là việc xây dựng bản thuyết minh đồ án động cơ điện một chiều chi tiết, logic, bao gồm các chương tính toán kích thước, thiết kế stato và roto, xây dựng đặc tính làm việc và tính toán nhiệt. Sản phẩm cuối cùng không chỉ là bản thuyết minh mà còn có các bản vẽ CAD động cơ điện một chiều mô tả kết cấu chi tiết.

1.2. Các thông số kỹ thuật đầu vào và giả định ban đầu

Để bắt đầu quá trình thiết kế, các thông số đầu vào cần được xác định rõ ràng. Dựa trên tài liệu gốc, các thông số chính bao gồm:

• Công suất định mức (Pđm): 7,5 kW
• Điện áp định mức (Uđm): 220 V
• Tốc độ quay định mức (nđm): 1500 vg/ph
• Kiểu kích từ: Động cơ điện một chiều kích từ song song
• Chiều cao tâm trục (h): 160 mm
• Chế độ làm việc: Liên tục
• Cấp bảo vệ: IP22
• Cấp cách điện: B Từ các thông số này, một số giả định ban đầu được đưa ra, chẳng hạn như hiệu suất sơ bộ của động cơ. Theo tài liệu tham khảo (hình 3-1, bảng 3.3), với công suất Pđm = 7.5kW, hiệu suất động cơ điện 7.5kW sơ bộ được chọn là η=92%. Giá trị này là cơ sở để tiến hành các bước tính toán dòng điện và công suất điện từ ban đầu, khởi động cho toàn bộ quy trình thiết kế.

II. Thách thức trong tính toán thiết kế động cơ điện DC 7

Quá trình hoàn thiện một luận văn thiết kế động cơ điện phải đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật phức tạp. Thách thức lớn nhất là làm thế nào để cân bằng giữa các chỉ tiêu hiệu suất, chi phí và độ bền cơ học. Việc lựa chọn vật liệu chế tạo động cơ điện như thép kỹ thuật điện và dây quấn ảnh hưởng trực tiếp đến từ thông, tổn hao sắt và hiệu quả tổng thể. Thêm vào đó, việc tính toán mạch từ động cơ điện đòi hỏi sự chính xác cao để tránh bão hòa từ trong lõi thép, một hiện tượng có thể làm giảm đáng kể hiệu suất. Một vấn đề khác là quá trình đổi chiều dòng điện ở cổ góp và chổi than. Nếu thiết kế không tốt, tia lửa điện có thể phát sinh, gây mài mòn nhanh chóng và làm giảm tuổi thọ động cơ. Việc tính toán sức điện động phản kháng và thiết kế cực từ phụ để triệt tiêu tia lửa là một bước cực kỳ quan trọng nhưng cũng rất phức tạp. Cuối cùng, việc đảm bảo tản nhiệt hiệu quả là một thách thức không nhỏ. Tính toán nhiệt phải dự đoán chính xác độ tăng nhiệt của các bộ phận như dây quấn phần ứng và cực từ để đảm bảo động cơ hoạt động ổn định trong giới hạn nhiệt độ cho phép của cấp cách điện, tránh nguy cơ hư hỏng do quá nhiệt.

2.1. Tối ưu hóa kích thước và vật liệu chế tạo động cơ

Việc lựa chọn kích thước chủ yếu như đường kính ngoài phần ứng (D) và chiều dài lõi sắt (lδ) là bước khởi đầu quan trọng, quyết định đến toàn bộ kết cấu và chi phí. Các kích thước này phải được chọn sao cho tỷ số λ = lδ/D nằm trong vùng kinh tế, vừa đảm bảo hiệu năng vừa tối ưu hóa việc sử dụng vật liệu. Việc lựa chọn vật liệu, ví dụ như thép kỹ thuật điện 2411 cho lõi sắt phần ứng và 3411 cho cực từ, phải dựa trên các đặc tính từ và tổn hao của chúng. Sự cân bằng giữa chi phí vật liệu và hiệu suất động cơ điện 7.5kW là một bài toán tối ưu hóa phức tạp, đòi hỏi người thiết kế phải có kiến thức sâu rộng và kinh nghiệm thực tiễn.

2.2. Đảm bảo đặc tính cơ và quá trình đổi chiều ổn định

Động cơ điện một chiều nổi bật với đặc tính cơ ưu việt, cho phép điều chỉnh tốc độ dễ dàng. Tuy nhiên, việc xây dựng và duy trì đặc tính này đòi hỏi thiết kế chính xác dây quấn kích từ và phần ứng. Thách thức lớn nhất trong vận hành là quá trình đổi chiều. Sức điện động phản kháng (ep) sinh ra trong các phần tử dây quấn khi đổi chiều có thể gây ra tia lửa điện. Để giải quyết vấn đề này, việc tính toán và thiết kế cực từ phụ là bắt buộc. Kích thước, vị trí và số vòng dây của cực từ phụ phải được tính toán cẩn thận để tạo ra một từ trường phụ, giúp triệt tiêu sức điện động phản kháng, đảm bảo quá trình đổi chiều diễn ra êm ái, không phát sinh tia lửa, kéo dài tuổi thọ của cổ góp và chổi than.

III. Phương pháp tính toán kích thước chủ yếu và mạch từ động cơ

Bước đầu tiên và quan trọng nhất trong quy trình công nghệ chế tạo động cơ là tính toán các kích thước chủ yếu. Quá trình này bắt đầu bằng việc xác định công suất điện từ (P') dựa trên công suất định mức và hệ số kĐ. Từ đó, các thông số nền tảng như đường kính ngoài phần ứng (D) và chiều dài tính toán phần ứng (lδ) được xác định thông qua các công thức kinh nghiệm và hằng số thiết kế. Ví dụ, với Pđm = 7.5kW, đường kính ngoài rôto chuẩn được chọn là D = 49,3 cm. Tiếp theo là phần thiết kế dây quấn phần ứng, bao gồm việc chọn kiểu dây quấn (ví dụ: dây quấn hỗn hợp xếp - sóng), xác định số rãnh, số thanh dẫn trong một rãnh và tiết diện dây dẫn. Tất cả các lựa chọn này phải đảm bảo mật độ dòng điện J2 nằm trong giới hạn cho phép đối với cấp cách điện tương ứng. Sau khi có kích thước phần ứng, việc tính toán mạch từ động cơ điện được tiến hành. Giai đoạn này bao gồm việc xác định kích thước các bộ phận của mạch từ như răng và gông rôto, cực từ chính, gông stato, và khe hở không khí. Mục tiêu là tính toán sức từ động (F) cần thiết cho từng bộ phận để tạo ra từ thông định mức Φ, đồng thời kiểm soát mật độ từ thông (B) trong các lõi thép để tránh bão hòa từ.

3.1. Hướng dẫn các bước thiết kế dây quấn phần ứng chi tiết

Việc thiết kế dây quấn phần ứng bắt đầu bằng việc lựa chọn kiểu dây quấn phù hợp với dòng điện và điện áp. Trong đồ án này, dây quấn hỗn hợp (xếp đơn và sóng phức) được chọn để tối ưu hóa quá trình đổi chiều. Các bước tính toán tiếp theo bao gồm: xác định số rãnh phần ứng (Z), số thanh dẫn tác dụng trong một rãnh (Nr), và tiết diện dây dẫn (S2). Ví dụ, với dòng điện phần ứng Iư = 395A (giá trị tính toán trong tài liệu), số thanh dẫn thực tế là N = 1248, được bố trí trong 52 rãnh, mỗi rãnh 24 thanh dẫn. Tiết diện dây dẫn được chọn dựa trên mật độ dòng điện cho phép (ví dụ J2 = 7,28 A/mm²), đảm bảo dây không bị quá nhiệt khi hoạt động.

3.2. Quy trình tính toán mạch từ và sức từ động không tải

Quy trình tính toán mạch từ động cơ điện nhằm xác định tổng sức từ động cần thiết để tạo ra từ thông làm việc. Mạch từ được chia thành các đoạn: khe hở không khí, răng phần ứng, gông phần ứng, thân cực từ và gông stato. Sức từ động cho mỗi đoạn được tính bằng công thức F = H * l, trong đó H là cường độ từ trường (tra từ đường cong từ hóa của vật liệu) và l là chiều dài trung bình của đoạn mạch từ. Sức từ động ở khe hở không khí thường chiếm phần lớn nhất. Tổng sức từ động kích từ lúc không tải (FE) là tổng của các sức từ động thành phần: FE = Fδ + Fz + Fc + Fg1 + Fg2. Kết quả tính toán chính xác là nền tảng để thiết kế dây quấn kích từ.

3.3. Các yếu tố cần lưu ý khi thiết kế cổ góp và chổi than

Bộ phận cổ góp và chổi than là trái tim của quá trình đổi chiều. Khi thiết kế, yếu tố quan trọng nhất là đảm bảo điện áp giữa hai phiến góp kề nhau (uGtb) không vượt quá giới hạn cho phép để tránh phóng điện. Đường kính cổ góp (DG) thường được chọn trong khoảng (0,65 ÷ 0,7) lần đường kính phần ứng. Kích thước chổi than (bề rộng bch, chiều dài lch) và số lượng chổi than trên mỗi giá đỡ được xác định dựa trên tổng dòng điện phần ứng và mật độ dòng điện cho phép của vật liệu làm chổi than. Việc bố trí chổi than và thiết kế cổ góp hợp lý sẽ giảm thiểu tổn hao tiếp xúc và mài mòn, tăng độ tin cậy và tuổi thọ của động cơ.

IV. Phân tích đặc tính làm việc và hiệu suất động cơ 7

Sau khi hoàn thành phần thiết kế kết cấu, bước tiếp theo trong đồ án môn học máy điện là phân tích và xây dựng các đặc tính làm việc. Đây là giai đoạn kiểm chứng lại các tính toán lý thuyết và đánh giá xem động cơ có đáp ứng được yêu cầu vận hành hay không. Đặc tính quan trọng nhất là đặc tính cơ của động cơ điện một chiều, biểu diễn mối quan hệ giữa tốc độ (n) và mô-men (M) hoặc dòng điện phần ứng (Iư). Việc xây dựng đồ thị n = f(Iư) cho phép đánh giá độ cứng của đặc tính cơ và khả năng duy trì tốc độ ổn định khi tải thay đổi. Một phần không thể thiếu là tính toán các loại tổn hao, bao gồm tổn hao đồng (trong dây quấn phần ứng, kích từ, cực từ phụ), tổn hao sắt (trong lõi thép), tổn hao cơ (ma sát ở ổ bi, chổi than) và tổn hao phụ. Tổng các tổn hao này quyết định đến hiệu suất động cơ điện 7.5kW. Việc tính toán chính xác hiệu suất ở chế độ định mức (ηđm) là chỉ tiêu cuối cùng để đánh giá chất lượng của bản thiết kế. Trong nhiều đồ án hiện đại, việc mô phỏng động cơ điện bằng Matlab/Simulink cũng được áp dụng để trực quan hóa các đặc tính này, so sánh kết quả mô phỏng với tính toán lý thuyết.

4.1. Xây dựng đồ thị đặc tính cơ và đặc tính làm việc

Để xây dựng đặc tính cơ của động cơ điện một chiều, một dãy các giá trị dòng điện phần ứng (I2i) được chọn (ví dụ: 0.25, 0.5, 0.75, 1, 1.25 lần dòng định mức). Với mỗi giá trị dòng điện, sức điện động phần ứng tương ứng (E2i) được tính theo công thức E2i = U – (I2i * ΣR + ΔUch). Tốc độ (ni) sau đó được xác định dựa trên mối quan hệ tỷ lệ với sức điện động. Từ các cặp giá trị (Ii; ni) và (Ii; Mi), các đồ thị đặc tính tốc độ n=f(I) và đặc tính mô-men M=f(I) được vẽ. Các đồ thị này cung cấp cái nhìn toàn diện về hoạt động của động cơ dưới các mức tải khác nhau.

4.2. Phương pháp tính toán các loại tổn hao và hiệu suất

Tổng tổn hao (ΣP) trong động cơ là tổng của nhiều thành phần. Tổn hao đồng (PCu) được tính bằng I²R cho từng cuộn dây. Tổn hao sắt (PFe) phụ thuộc vào mật độ từ thông và tần số từ hóa trong lõi thép. Tổn hao cơ (Pcơ) bao gồm tổn hao ma sát và quạt gió. Tổn hao tiếp xúc chổi than (PCutx) và tổn hao phụ (Pf) cũng được tính đến. Sau khi xác định tổng tổn hao, hiệu suất động cơ điện 7.5kW được tính theo công thức: η = P2 / P1 = P2 / (P2 + ΣP), trong đó P2 là công suất cơ đầu ra. Mục tiêu thiết kế là tối thiểu hóa tổng tổn hao để đạt được hiệu suất cao nhất có thể, thường phải đạt trên 90% đối với động cơ công suất này.

V. Quy trình công nghệ chế tạo động cơ điện một chiều thực tế

Phần cuối cùng của một luận văn thiết kế động cơ điện thường trình bày về quy trình công nghệ chế tạo động cơ. Đây là cầu nối quan trọng giữa lý thuyết thiết kế và sản xuất thực tế. Quy trình này mô tả chi tiết các công đoạn gia công và lắp ráp từng bộ phận của động cơ. Nó bắt đầu với việc chế tạo các cuộn dây, bao gồm thiết kế dây quấn kích từ và phần ứng. Các công đoạn này yêu cầu máy quấn dây chuyên dụng, khuôn quấn, và quy trình tẩm sấy nghiêm ngặt để đảm bảo chất lượng cách điện. Tiếp theo là công đoạn xếp ép lõi thép cho cực từ và roto, sử dụng các lá thép kỹ thuật điện đã được dập định hình và sơn cách điện. Công đoạn lắp ráp là phức tạp nhất, bao gồm việc lồng bối dây phần ứng vào các rãnh roto, đấu nối các đầu dây vào phiến góp của cổ góp, và lắp ráp các cụm cực từ chính và phụ vào thân động cơ. Mỗi bước trong quy trình đều yêu cầu dụng cụ, gá kẹp chuyên dụng và phải tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn kỹ thuật ghi trong bản vẽ CAD động cơ điện một chiều. Việc kiểm tra chất lượng (KCS) sau mỗi công đoạn là bắt buộc để đảm bảo sản phẩm cuối cùng hoạt động đúng với các thông số thiết kế.

5.1. Các bước chế tạo bối dây phần ứng và cuộn dây cực từ

Chế tạo bối dây bắt đầu từ việc chuẩn bị dây điện từ đúng chủng loại (ví dụ: dây chữ nhật bọc sợi thủy tinh). Dây được quấn trên các khuôn chuyên dụng để tạo hình dạng chính xác theo thiết kế. Đối với cuộn dây cực từ, sau khi quấn đủ số vòng, hai đầu dây được hàn và toàn bộ cuộn dây được quấn cách điện nhiều lớp bằng mica và lụa thủy tinh. Quá trình tẩm sấy chân không sau đó được thực hiện để loại bỏ hơi ẩm và tăng cường độ bền cách điện. Đối với bối dây phần ứng, các thanh dẫn được uốn định hình, lót cách điện và chuẩn bị để lồng vào rãnh roto.

5.2. Công nghệ xếp ép lõi thép và lắp ráp cổ góp động cơ

Lõi thép của roto và stato được tạo thành từ việc xếp chồng các lá tôn kỹ thuật điện đã được dập sẵn. Các lá tôn này được ép lại với nhau dưới áp suất cao bằng máy ép thủy lực để đạt hệ số ép chặt yêu cầu, giảm thiểu tổn hao do dòng điện xoáy. Công đoạn chế tạo và lắp ráp cổ góp và chổi than là một quy trình đòi hỏi độ chính xác cao. Các phiến góp bằng đồng được xếp xen kẽ với các tấm mica cách điện, sau đó được ép chặt trong các vành côn. Cổ góp sau khi ép được gia công tiện chính xác và lắp vào trục roto, sẵn sàng cho việc hàn nối với các đầu dây của bối dây phần ứng.

VI. Hoàn thiện thuyết minh và bản vẽ CAD động cơ điện 7

Giai đoạn cuối cùng của đồ án là tổng hợp tất cả các kết quả tính toán, phân tích và quy trình công nghệ vào một bản thuyết minh đồ án động cơ điện một chiều hoàn chỉnh. Một bản thuyết minh tốt cần có cấu trúc rõ ràng, logic, đi từ tổng quan, cơ sở lý thuyết, các chương tính toán chi tiết, phân tích đặc tính, đến phần thiết kế kết cấu và công nghệ chế tạo. Nội dung phải được trình bày một cách khoa học, sử dụng các thuật ngữ chuyên ngành chính xác và có trích dẫn tài liệu tham khảo đầy đủ. Song song với bản thuyết minh, việc hoàn thiện bộ bản vẽ CAD động cơ điện một chiều là yêu cầu bắt buộc. Bộ bản vẽ này không chỉ bao gồm bản vẽ lắp tổng thể mà còn có các bản vẽ chi tiết của từng bộ phận như roto, stato, cực từ, cổ góp, trục, nắp máy. Các bản vẽ phải tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật về biểu diễn, ghi kích thước và dung sai, là tài liệu cốt lõi để có thể chế tạo động cơ trong thực tế. Hoàn thành tốt cả hai hạng mục này thể hiện năng lực tổng hợp và kỹ năng chuyên môn vững vàng của người thực hiện.

6.1. Cấu trúc chuẩn của một file thuyết minh đồ án máy điện

Một file thuyết minh đồ án động cơ điện một chiều chuẩn thường bao gồm các phần chính sau: Lời nói đầu, mục lục, danh mục hình vẽ và bảng biểu. Nội dung chính được chia thành các chương: Chương 1 giới thiệu tổng quan và xác định các thông số ban đầu. Chương 2 trình bày chi tiết về tính toán thiết kế động cơ điện DC, tập trung vào kích thước chủ yếu và phần ứng. Chương 3 tính toán phần tĩnh và mạch từ. Chương 4 xây dựng các đặc tính làm việc và tính toán hiệu suất. Chương 5 đề cập đến tính toán nhiệt và thông gió. Chương cuối cùng thường là kết luận, kiến nghị và danh mục tài liệu tham khảo. Việc trình bày logic và khoa học giúp người đọc dễ dàng theo dõi và đánh giá chất lượng đồ án.

6.2. Vai trò của bản vẽ kỹ thuật trong thiết kế và chế tạo

Các bản vẽ CAD động cơ điện một chiều đóng vai trò là ngôn ngữ kỹ thuật, chuyển hóa các con số tính toán thành hình ảnh trực quan và thông tin sản xuất. Bản vẽ lắp cho thấy sự tương quan vị trí giữa các chi tiết, trong khi bản vẽ chi tiết cung cấp đầy đủ thông tin về hình dạng, kích thước, dung sai, vật liệu và yêu cầu kỹ thuật để gia công một bộ phận cụ thể. Không có bản vẽ kỹ thuật chính xác, việc chế tạo động cơ sẽ không thể thực hiện được. Vì vậy, kỹ năng vẽ và đọc bản vẽ kỹ thuật là một phần không thể thiếu trong toàn bộ quá trình thực hiện luận văn thiết kế động cơ điện.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU I. VÍ DỤ TÍNH TOÁN P đm = 7,5 kW , U đm = 220 V. Tốc độ quay nđm = 1500 vg / ph; kích từ song song có dây quấn ổn định tốc độ. Chiều cao tâm trục h = 160 mm.

Chế độ làm việc liên tục, kiểu bảo vệ IP22, cách điện cấp B 1. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ PHẦN ỨNG. Chọn kích thước chủ yếu.1 Xác định hiệu suất của máy η Theo ( hình 3-1 ) và tham khảo ( bảng 3.3 ), với Pđm = 7,5 kW lấy η=92%. Sơ bộ xác định dòng điện của động cơ điện I Theo ( 3-2 ): P.

Dòng điện phần ứng I2 Theo ( 3-3 ): I2 = I = 37 ( A ) ’ 1. Công suất điện từ P Theo công thức ( 3-1 ): ’ P đm P = kĐ n đm Với: KĐ – Tra ở ( bảng 2-3 ) ứng với Pđm = 7.5kW lấy: kĐ = 0,95 Thay số ta được: 0,95. Đường kính ngoài phần ứng D Pđm = 7.5 kW, nđm = 1500 vg/ph lấy đường kính ngoài rôto chuẩn là: D = 49,3 ( cm ) 1. Hệ số cung cực từ αδ ứng với D = 49,3 ( cm ) lấy: αδ = 0,68 ’ 1.

Tải điện từ A và Bδ Theo ( hình 3-4 ) và tham khảo ( bảng 3. Chiều dài tính toán của phần ứng lδ 6,1.107 α δ A ' B δ D 2 n Thay số được: 6,1. Nghiệm lại hệ số λ lδ 31,76 λ= = = 0,64 D 49,3 trị số này nằm trong vùng kinh tế. Chiều cao tâm trục h ứng với D = 49,3; 2p = 4; lấy h = 45 ( cm ) 1.

Kiểu và số liệu dây quấn 1. Kiểu dây quấn Iư = I2 = 395 ( A ), kết hợp với điều kiện làm việc đặc biệt của động cơ điện kéo là: chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại. Chọn kiểu dây quấn hỗn hợp có dây quấn xếp là xếp đơn mx = 1, dây quấn sóng là sóng phức có ms = 2. Các bước dây quấn * Dây quấn xếp đơn đặt lớp trên, có mx = 1.

Bước tổng hợp: yx = yGx = mx = 1. G 208 Bước thứ nhất: yx1 = 2 P ± ε = 4 = 52. Bước thứ hai: yx2 = yx1 - yx = 52 – 1 = 51. * Dây quấn sóng phức đặt lớp dưới, có ms = 2.

G± 2 208 - 2 Bước tổng hợp: ys = yGs = P ± ε = 2 = 103 ( ε = 0 ). G 208 Bước thứ hai: ys1= 2 P ± ε = 4 = 52. Bước thứ hai: ys2 = ys - ys1 = 103 – 52 = 51. Ở đây: yx2 = ys2.

Dòng điện của 1 mạch nhánh song song i2 ( inh ) I i2 = 2 a Ở đây: a – Là số đôi mạch nhánh song song. Vì kiểu dây quấn là kiểu hỗn hợp, mà số đôi cực là p = 2. Nên theo ( 3-12 ), ( 3-15 ), có: a = as + ax = ms + mx. Thay số được: 395 i2 = 8 = 49,375 ( A ) ’ 1.

Số thanh dẫn tính toán của dây quấn N π. Số rãnh phần ứng Z π .D Z= t2 ứng với h = 45 cm được: π .D Chọn Z = 52 → Bước rãnh t2 = 52 = 2,977 ( cm ) 1. Số thanh dẫn tác dụng trong một rãnh Nr N 1452 Nr = Z ' = 52 = 24,115 Lấy Nr = 24, lúc đó: Số thanh dẫn của dây quấn thực là N: N = Nr. Tải đường A Ni 1248.

Hiệu chỉnh lại chiều dài lõi sắt phần ứng thực là lδ ’ A 400 lδ = lδ A ' = 31,76. Chiều dài phần sắt của phần ứng lFe lFe = lδ.kc Ở đây: kc là hệ số ép chặt. Thay số được: lFe = 31,92. Dòng điện rãnh Ir = i2Nr = 49,375.

Mật độ dòng điện sơ bộ trong dây dẫn phần ứng J2 ’ AJ J2 = A với động cơ tự làm nguội (quạt gió) cách điện cấp B chọn: AJ = 1900 ’ 1900 2 Thay số được: J2 = 398 = 4,77 ( A/mm ) ’ 1. Tiết diện dây dẫn tính toán là S2 i2 49,375 2 S2 = = = 10,35 ( mm ) J2 4,77 Tra ( phụ lục ) Chọn dây dẫn hình chữ nhật có kích thước chuẩn của dây dẫn theo chiều 2 rộng b = 5 ( mm ), theo chiều hẹp a = 1,4 ( mm ), có tiết diện dây S = 6,785 ( mm ). Tiết diện dây dẫn thực tế là S2 2 S2 = S = 6,785 ( mm ) 1. Mật độ dòng điện trong dây dẫn phần ứng là J2 i2 49,375 2 J2 = = = 7,28 ( A/mm ) S2 6,785 1.

Góc nghiêng α của phần đầu nối dây s+x sinα = t2, Ở đây: s = a + b = 0,14 + 0,04 = 0,18( cm ). Thay số được: 0,18 + 0 , 08 0 sinα = = 0,1015 → α = 5,825 = 0,032π 2,562 1. Chiều dài phần đầu nối dây quấn lđ S π S π b lđ = 2[t+a+(r1+ 2 )( 2 - α)+(r2+ 2 )( 2 - α)+ sin α + d ]đây: ứng với Uđm = 550 ( V ) chọn: t + a = 1,5 ( cm ). b = k tgα k = l1k – ( r1 + r2 + s )( 1 - sinα ) 2πR y l1k = 1 z 2Z Z 52 Với: yz = = = 13 2.2 R1 – Bán kính đến tâm bối dây nằm trên ( cm ) ( hình 3-6 ).2 - Chiều dầy của 2 lớp cáctông lót dưới đáy ( mm ).2 - Chiều cao của 1 bối dây Thay số được: -1 R1 = (49,3-2.tg5,825 = 0,695 ( cm ) d = hd + r hd = ( b +b + 0,2.

Chiều dài trung bình 1/2 vòng dây ltb Theo công thức ltb = l2 + lđ = 31,92 + 24,81 = 56,73 ( cm ). Chiều dài toàn bộ dây quấn là L2 L2 = N. Điện trở của dây quấn phần ứng R2 Theo công thức có: L2 1 707,997 R2= ρ s( 2 a )2 = 41 .4 )2 = 0,04(Ω) 0 Ở đây:Vì máy có cấp cách điện là H tức là nhiệt độ làm việc của máy ở 115 c, nên theo ( bảng 3. Trọng lượng đồng của dây quấn phần ứng GCu2 GCu2 = D.

Ở đây: 3 D - Tỷ khối của đồng, theo ( bảng 2. V - Thể tích của đồng, 2 -2 3 V = L2. Thay số được: GCu2 = 8,9. Dạng và số liệu lõi sắt phần ứng 1.

Chọn thép kỹ thuật điện chọn thép kỹ thuật điện 2411. Dạng rãnh ứng với chiều cao tâm trục h = 450 ( mm ), U = 550 ( V ). Chọn rãnh hở hình chữ nhật 1. Chiều rộng rãnh rôto br Theo công thức có: `br = ( a + b ).

Rãnh hình chữ nhật chọn chiều rộng của rãnh lớn hơn chiều dầy của cuộn dây là:0,2 ( mm ). Thay số được: br = ( 1,4 + 0,4 ). Chiều cao của rãnh rôto hr hr = (b + 0,2. Với nêm tre tẩm sơn cách điện ta chọn chiều dầy của nêm 5 ( mm ).

Thay số được: hr = ( 5 + 0,4 + 0,2. Xét Tỷ số br hr 34,5 b r = 12,5 = 2,76 ≈ 2,78. Được coi là hợp lý về sức bền cơ học, từ thông và quá trình quá độ. Tiết diện rãnh phần ứng Sr 2 Sr = hr.

Hệ số lấp đầy rãnh kđ Diện tích của nêm Sn 2 Sn = Chiều dầy của nêm. ’ Diện tích rãnh trừ nêm Sr ’ 2 Sr = Sr - Sn = 431,25 - 62,5 = 368,75 ( mm ). Diện tích cách điện rãnh Scđ Scđ = br.2 - Chiều dầy của 2 lớp cactông cách điện dưới đáy rãnh ( mm ).2 - Chiều dầy lớp các tông ở cả 2 phía cạnh rãnh ( mm ). Thay số được: 2 Scđ = 12,5.

Diện tích có ích của rãnh Si ’ 2 Si = Sr - Scđ = 368,75 – 16,8 = 351,95 ( mm ). Tổng diện tích của các thanh dẫn tính cả cách điện bản thân thanh dẫn là S2cđ = Nr. Đường kính trong phần ứng D0( Đồng thời là đường kính trục ). Để đảm bảo động cơ làm việc an toàn khi vận hành theo kinh nghiệm chọn: D0 = 0,3D = 0,3.

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN ROTO VÀ STATO 1.TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHE HỞ KHÔNG KHÍ VÀ PHẦN TĨNH 1. Chọn số đôi cực và bước cực 1. Số cực từ 2p ứng với D = 49,3 ( cm ), lấy 2p = 4 1. Từ thông Φ ở mỗi đôi cực 60.

Thay số được: 60. Lõi sắt cực từ chính và các kích thước 1. Vật liệu Thép kỹ thuật điện 3411 dày 1 ( mm ), có hệ số ép chặt kc = 0,98 1. Chiều rộng mặt cực từ chính bm Ở đây máy không có dây quấn bù và khe hở không khí không đều nên theo bm = bδ ( cm ) Ở đây: bδ - Chiều dài tính toán mặt cực ( cm ).

Thay số được: bm = 26,32 ( cm ). Chiều rộng ra của một bên mặt cực từ bn bn ≈ 0,1bm ≈ 0,1. Kích thước thân cực từ bc bc = bm – 2bn = 26,32 – 2. Chiều dài cực từ lc lc = l2 = 31,92 ( cm ) 1.

Tiết diện thân cực từ chính Sc 2 Sc = lcbc. Chiều cao cực từ hc ứng với D = 49,3 ( cm ) lấy hc = 115 ( mm ) = 11,5 ( cm ). Gông từ và các kích thước 1. Vật liệu Thép tấm uốn lại.

Chiều dài thân máy lg1 lg1 = lc + 0,065τ = 31,92 + 0,065. Đường kính trong của gông Dt1 Dt1 = D + 2 ( δ + hc ) = 49,3 + 2 ( 0,75 + 11,5 ) = 73,8 ( cm ) 1. Đường kính ngoài của gông Dn1 Dn1 = D + 2 ( δ + hc + hg1 ) = 49,3 + 2 ( 0,75 + 11,5 + 10,02 ) = 93,84(cm) 1. Tính toán mạch từ 1.

Sức từ động ở răng Fz a. Cường độ từ trường Hzmax * Bước răng ở đường kính D là: π D π 49,3 t1max = Z = 52 = 2,977 ( cm ). * Chiều rộng răng lớn nhất là: bzmax = t1max - br = 2,977 – 1,25 = 1,727 ( cm ) * Mật độ từ thông tính toán tương ứng của răng ở vị trí bzmax là: Theo ( 3-93 ): B’zmax = = φ tmax B δ l δ t lmax 0,821.2,977 S zmax = k c lb zmax = 0,95. kc ứng với loại thép 2411 dày 0,5 ( mm ) lấy kc = 0,95.

Ứng với Bzmax = 1,62 ( T ), tra ( Phụ lục ) tìm được Hzmax = 23,2 (A/cm ).