Nâng cao hiệu suất động cơ điện ba pha roto lồng sóc

Tối ưu hóa kích thước lá thép stato và rôto động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha giúp nâng cao hiệu suất và tiết kiệm năng lượng.

• Trường học: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nâng cao hiệu suất động cơ điện ba pha roto lồng sóc
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2006
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TỔN HAO VÀ HIỆU SUẤT ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA RÔTO LỒNG SÓC
• 1.1. Sự cần thiết phải nâng cao hiệu suất
• 1.2. Tổn hao trong động cơ KĐB 3 pha rôto lồng sóc
• 1.2.1. Tổn hao đồng
• 1.2.2. Tổn hao phụ
• 1.3. Các nghiên cứu về giảm tổn hao và tăng hiệu suất của động cơ
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ TỐI ƯU
• 2.1. Cơ sở lý thuyết về thiết kế tối ưu
• 2.2. Các phương pháp tính tối ưu
• 2.2.1. Nhóm phương pháp tìm kiếm toàn cục
• 2.2.1.1. Phương pháp duyệt toàn bộ trên lưới đều
• 2.2.1.2. Phương pháp thử nghiệm thống kê độc lập
• 2.2.2. Phương pháp tìm cực trị địa phương
• 3. CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH SỨC TỪ ĐỘNG TRÊN LÁ THÉP VÀ HIỆU SUẤT CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ XOAY CHIỀU BA PHA RÔTO LỒNG SÓC
• 3.1. Xây dựng thuật toán tối ưu kích thước lá thép theo sức từ động
• 3.2. Kết quả tính toán
• 3.3. Xây dựng đặc tính làm việc và khởi động
• 3.3.1. Thuật toán xây dựng đặc tính làm việc
• 3.3.2. Thuật toán tính toán kiểm tra đặc tính khởi động
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Hiệu Suất Động Cơ Điện Ba Pha Roto Lồng Sóc

Động cơ điện ba pha roto lồng sóc đóng vai trò then chốt trong nhiều ứng dụng công nghiệp và thương mại, biến đổi năng lượng điện thành cơ năng. Sự phổ biến của chúng đến từ độ tin cậy, chi phí thấp và cấu trúc đơn giản. Tuy nhiên, hiệu suất của động cơ có ảnh hưởng đáng kể đến tiêu thụ năng lượng tổng thể. Việc nâng cao hiệu suất động cơ điện không chỉ giảm chi phí vận hành mà còn góp phần bảo vệ môi trường bằng cách giảm phát thải khí nhà kính. Theo một nghiên cứu của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, động cơ điện tiêu thụ một lượng lớn năng lượng điện toàn quốc. Do đó, tối ưu hóa hiệu suất là một mục tiêu quan trọng. Cần hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất và áp dụng các phương pháp cải thiện để tối đa hóa lợi ích kinh tế và môi trường.

1.1. Vai trò của Động Cơ Điện Ba Pha trong Công Nghiệp

Động cơ điện ba pha là xương sống của nhiều hệ thống công nghiệp, cung cấp năng lượng cho máy bơm, quạt, máy nén và nhiều thiết bị khác. Ưu điểm của chúng bao gồm khả năng khởi động cao, mô-men xoắn ổn định và tuổi thọ dài. Do đó, việc lựa chọn và vận hành động cơ điện ba pha hiệu quả là yếu tố then chốt để duy trì hiệu quả sản xuất và giảm chi phí năng lượng. Các ngành công nghiệp cần đặc biệt chú ý đến hiệu suất động cơ điện để tối ưu hóa lợi nhuận và giảm tác động môi trường. Việc này bao gồm lựa chọn động cơ phù hợp với ứng dụng và bảo trì thường xuyên.

1.2. Tầm Quan Trọng của Hiệu Quả Năng Lượng Động Cơ Điện

Hiệu quả năng lượng của động cơ điện có tác động trực tiếp đến chi phí vận hành và lượng khí thải carbon. Động cơ hiệu suất cao hơn tiêu thụ ít năng lượng hơn để thực hiện cùng một công việc, dẫn đến hóa đơn tiền điện thấp hơn và giảm lượng khí thải nhà kính. Việc cải thiện hiệu suất động cơ là một cách hiệu quả để giảm tiêu thụ năng lượng và bảo vệ môi trường. Các chính sách và quy định khuyến khích sử dụng động cơ hiệu suất cao đang ngày càng phổ biến trên toàn thế giới, thúc đẩy việc áp dụng các công nghệ tiên tiến.

II. Thách Thức Giảm Tổn Thất Năng Lượng Động Cơ Điện Ba Pha

Động cơ điện ba pha roto lồng sóc trải qua nhiều loại tổn thất năng lượng khác nhau, bao gồm tổn thất đồng trong cuộn dây stator và rotor, tổn thất sắt trong lõi từ, tổn thất do ma sát và tổn thất phụ. Việc xác định và giảm thiểu các tổn thất này là rất quan trọng để nâng cao hiệu suất động cơ. Tổn thất đồng phát sinh do dòng điện chạy qua điện trở của cuộn dây, trong khi tổn thất sắt là do hiện tượng trễ và dòng điện xoáy trong lõi từ. Việc giảm khe hở không khí có thể cải thiện hiệu suất, nhưng cũng có thể làm tăng tổn thất sắt. Việc cân bằng các yếu tố này là một thách thức kỹ thuật quan trọng. Hiểu rõ cơ chế gây ra tổn thất năng lượng là bước đầu tiên để phát triển các giải pháp hiệu quả.

2.1. Các Loại Tổn Thất Điện Năng trong Động Cơ Ba Pha

Các tổn thất điện năng trong động cơ điện ba pha bao gồm tổn thất đồng (I²R) trong cuộn dây stator và rotor, tổn thất sắt do trễ và dòng điện xoáy trong lõi từ, và tổn thất phụ do các yếu tố như dòng điện cao tần và từ thông tản. Việc giảm tổn thất đồng có thể đạt được bằng cách sử dụng dây dẫn có điện trở thấp hơn hoặc bằng cách tối ưu hóa thiết kế cuộn dây. Việc giảm tổn thất sắt có thể đạt được bằng cách sử dụng vật liệu lõi chất lượng cao hơn và bằng cách tối ưu hóa hình dạng lõi. Việc phân tích và giảm thiểu từng loại tổn thất là rất quan trọng để cải thiện hiệu suất tổng thể.

2.2. Ảnh Hưởng của Thiết Kế và Vật Liệu Đến Hiệu Suất Động Cơ

Thiết kế động cơ và lựa chọn vật liệu động cơ điện đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu suất. Việc sử dụng vật liệu có độ thấm từ cao hơn và điện trở thấp hơn có thể giảm thiểu tổn thất. Việc tối ưu hóa hình dạng và kích thước của cuộn dây và lõi từ có thể cải thiện hiệu quả từ hóa và giảm tổn thất. Thiết kế khe hở không khí cũng có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất và mô-men xoắn. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng tiên tiến để tối ưu hóa thiết kế động cơ là một phương pháp hiệu quả để cải thiện hiệu suất.

2.3. Ảnh Hưởng của Tản Nhiệt Đến Hiệu Suất Động Cơ Điện

Tản nhiệt động cơ điện hiệu quả là rất quan trọng để duy trì hiệu suất cao và kéo dài tuổi thọ của động cơ. Nhiệt độ hoạt động cao có thể làm tăng điện trở của cuộn dây và đẩy nhanh quá trình lão hóa của vật liệu cách điện, dẫn đến giảm hiệu suất và hư hỏng sớm. Hệ thống làm mát hiệu quả có thể giảm nhiệt độ hoạt động và cải thiện hiệu suất tổng thể. Các phương pháp tản nhiệt phổ biến bao gồm làm mát bằng không khí, làm mát bằng chất lỏng và sử dụng bộ tản nhiệt.

III. Cách Tối Ưu Thiết Kế Roto Lồng Sóc Tăng Hiệu Suất Động Cơ

Thiết kế roto lồng sóc có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất động cơ điện ba pha. Việc tối ưu hóa hình dạng và kích thước của thanh rotor và vòng ngắn mạch có thể giảm thiểu tổn thất đồng trong rotor. Việc sử dụng vật liệu có độ dẫn điện cao hơn cho thanh rotor cũng có thể cải thiện hiệu suất. Thiết kế rãnh rotor cũng có thể được tối ưu hóa để giảm tổn thất và cải thiện đặc tính mô-men xoắn. Các phương pháp như sử dụng rotor có thanh rotor nghiêng hoặc rotor có hai lớp thanh rotor có thể được sử dụng để cải thiện hiệu suất và giảm tiếng ồn.

3.1. Tối Ưu Hóa Hình Dạng và Vật Liệu Thanh Roto

Hình dạng và vật liệu của thanh rotor ảnh hưởng đến mô-men xoắn động cơ điện và tổn thất trong rotor. Thanh rotor có hình dạng đặc biệt, chẳng hạn như hình chữ V hoặc hình giọt nước, có thể cải thiện đặc tính khởi động và giảm tổn thất. Việc sử dụng vật liệu có độ dẫn điện cao hơn, chẳng hạn như đồng, có thể giảm tổn thất đồng trong rotor. Việc lựa chọn hình dạng và vật liệu phù hợp phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể và yêu cầu hiệu suất.

3.2. Ảnh Hưởng Của Rãnh Roto Đến Đặc Tính Động Cơ Điện

Thiết kế rãnh roto có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất và đặc tính mô-men xoắn của động cơ. Rãnh hẹp và sâu có xu hướng cải thiện đặc tính khởi động, trong khi rãnh rộng và nông có xu hướng cải thiện hiệu suất ở tốc độ cao. Việc tối ưu hóa hình dạng và kích thước của rãnh rotor là một quá trình phức tạp đòi hỏi sự cân bằng giữa các yêu cầu hiệu suất khác nhau. Phân tích phần tử hữu hạn (FEA) có thể được sử dụng để mô phỏng và tối ưu hóa thiết kế rãnh rotor.

3.3. Biện pháp giảm rung động và tiếng ồn rotor lồng sóc.

Việc giảm rung động động cơ điện và giảm tiếng ồn động cơ điện là rất quan trọng để cải thiện độ tin cậy và sự thoải mái khi sử dụng. Rung động và tiếng ồn có thể phát sinh do các yếu tố như khe hở không khí không đồng đều, sự mất cân bằng của rotor và các lực điện từ. Việc sử dụng các kỹ thuật như thanh rotor nghiêng, rotor dynamic balancing (cân bằng động rotor) và giảm thiểu sự không hoàn hảo trong quá trình sản xuất có thể giảm rung động và tiếng ồn.

IV. Điều Khiển Biến Tần Bí Quyết Cải Thiện Hiệu Suất Động Cơ

Sử dụng biến tần để điều khiển tốc độ động cơ điện là một phương pháp hiệu quả để tiết kiệm năng lượng và cải thiện hiệu suất. Biến tần cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ theo yêu cầu tải, giảm tiêu thụ năng lượng khi động cơ không hoạt động ở tải đầy. Biến tần cũng có thể cải thiện hiệu suất bằng cách giảm điện áp và tần số cung cấp cho động cơ khi hoạt động ở tải nhẹ. Ngoài ra, biến tần còn cung cấp các tính năng bảo vệ động cơ, chẳng hạn như bảo vệ quá tải và bảo vệ ngắn mạch.

4.1. Lợi ích của Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Bằng Biến Tần

Điều khiển tốc độ động cơ điện bằng biến tần mang lại nhiều lợi ích, bao gồm tiết kiệm năng lượng, cải thiện hiệu suất, kéo dài tuổi thọ động cơ và giảm chi phí bảo trì. Bằng cách điều chỉnh tốc độ động cơ theo yêu cầu tải, biến tần có thể giảm đáng kể lượng năng lượng tiêu thụ. Điều khiển vector có thể cung cấp hiệu suất cao hơn so với điều khiển scalar truyền thống, đặc biệt là ở tốc độ thấp.

4.2. Ứng Dụng Biến Tần trong Các Hệ Thống Tiết Kiệm Năng Lượng

Ứng dụng biến tần trong các hệ thống tiết kiệm năng lượng rất phổ biến, bao gồm hệ thống HVAC (điều hòa, thông gió và sưởi ấm), hệ thống bơm và hệ thống quạt. Trong hệ thống HVAC, biến tần có thể điều chỉnh tốc độ quạt và máy nén theo yêu cầu làm mát hoặc sưởi ấm, giảm tiêu thụ năng lượng đáng kể. Trong hệ thống bơm, biến tần có thể điều chỉnh tốc độ bơm theo yêu cầu lưu lượng, tránh lãng phí năng lượng. Trong các hệ thống này, việc sử dụng biến tần không chỉ giúp giảm chi phí năng lượng mà còn kéo dài tuổi thọ của thiết bị và cải thiện hiệu suất tổng thể.

V. Nghiên Cứu Tối Ưu Kích Thước Lõi Thép Nâng Cao Hiệu Suất Động Cơ

Nghiên cứu về tối ưu hóa kích thước lá thép stator và rotor theo hiệu suất động cơ đã cho thấy những kết quả khả quan. Bằng cách tinh chỉnh kích thước và hình dạng của các lá thép, các nhà nghiên cứu đã có thể giảm thiểu tổn thất sắt và cải thiện hiệu suất tổng thể của động cơ. Các phương pháp tối ưu hóa thường dựa trên thuật toán di truyền hoặc các kỹ thuật tối ưu hóa khác để tìm ra cấu hình tốt nhất. Tuy nhiên, việc áp dụng các kết quả nghiên cứu vào thực tế đòi hỏi sự cân nhắc kỹ lưỡng về chi phí sản xuất và độ tin cậy.

5.1. Phương Pháp Xác Định Sức Từ Động Trên Lá Thép

Xác định sức từ động trên lá thép là một bước quan trọng trong quá trình thiết kế và tối ưu hóa động cơ điện. Sức từ động ảnh hưởng trực tiếp đến từ thông trong lõi thép và tổn thất sắt. Các phương pháp tính toán sức từ động bao gồm phương pháp phần tử hữu hạn (FEA) và phương pháp mạch từ. Kết quả tính toán có thể được sử dụng để điều chỉnh kích thước và hình dạng của lá thép để giảm thiểu tổn thất và cải thiện hiệu suất.

5.2. Ảnh hưởng của Kích Thước Lá Thép Đến Tổn Hao Sắt

Kích thước lá thép có ảnh hưởng trực tiếp đến tổn hao sắt trong động cơ điện. Lá thép mỏng hơn có xu hướng giảm tổn thất dòng điện xoáy, nhưng cũng có thể làm tăng tổn thất do trễ. Việc tối ưu hóa độ dày và kích thước của lá thép là một quá trình phức tạp đòi hỏi sự cân bằng giữa các yếu tố khác nhau. Việc sử dụng vật liệu lá thép chất lượng cao với tổn thất thấp cũng là một yếu tố quan trọng.

VI. Kết Luận Nâng Cao Hiệu Suất Động Cơ Đầu Tư Cho Tương Lai

Việc nâng cao hiệu suất động cơ điện ba pha roto lồng sóc là một mục tiêu quan trọng để tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí vận hành và bảo vệ môi trường. Các phương pháp cải thiện hiệu suất bao gồm tối ưu hóa thiết kế rotor, sử dụng biến tần, tối ưu hóa kích thước lá thép và áp dụng các công nghệ tiên tiến khác. Đầu tư vào động cơ hiệu suất cao và các giải pháp cải thiện hiệu suất là một đầu tư cho tương lai, mang lại lợi ích kinh tế và môi trường lâu dài. Trong tương lai, việc phát triển các vật liệu và công nghệ mới sẽ tiếp tục thúc đẩy việc cải thiện hiệu quả năng lượng của động cơ điện.

6.1. Tương Lai Của Động Cơ Điện Hiệu Suất Cao

Tương lai của động cơ điện hiệu suất cao hứa hẹn nhiều tiến bộ, bao gồm việc phát triển các vật liệu mới với tổn thất thấp hơn, các thiết kế động cơ tiên tiến hơn và các hệ thống điều khiển thông minh hơn. Động cơ điện hiệu suất cao sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong việc giảm tiêu thụ năng lượng và bảo vệ môi trường. Nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực này sẽ tiếp tục thúc đẩy việc cải thiện hiệu suất và giảm chi phí sản xuất.

6.2. Khuyến Nghị Để Áp Dụng Các Giải Pháp Hiệu Quả

Để áp dụng các giải pháp hiệu quả để nâng cao hiệu suất động cơ điện, cần có sự hợp tác giữa các nhà sản xuất, người tiêu dùng và các nhà hoạch định chính sách. Các nhà sản xuất cần tiếp tục phát triển và cung cấp các sản phẩm động cơ hiệu suất cao. Người tiêu dùng cần ưu tiên lựa chọn động cơ hiệu suất cao khi mua sắm thiết bị mới. Các nhà hoạch định chính sách cần ban hành các quy định và chính sách khuyến khích sử dụng động cơ hiệu suất cao và hỗ trợ nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Trêng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi NguyÔn ThÞ minh hiÒn LuËn v¨n th¹c sü khoa häc Ngµnh: kü thuËt ®iÖn tèi u ho¸ kÝch thíc l¸ thÐp stato vµ r«to ®éng c¬ kh«ng ®ång bé xoay chiÒu Kü thuËt ®iÖn ba pha r«to lång sãc theo hiÖu suÊt. 2004 – 2006 NguyÔn thÞ minh hiÒn Hµ néi 2006 17061131624061000000 LuËn v¨n th¹c sü khoa häc 3 Trêng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi Lêi cam ®oan T«i xin cam ®oan nhng kÕt qu¶ nghiªn cøu ®îc tr×nh bÇy trong luËn v¨n lµ do chÝnh b¶n th©n t«i thùc hiÖn. Hµ néi ngµy 20 th¸ng 12 n¨m 2006 NguyÔn ThÞ Minh HiÒn NguyÔn thÞ minh hiÒn Líp Cao häc 2004 - 2006 LuËn v¨n th¹c sü khoa häc 4 Trêng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi Môc lôc Néi dung Trang C¸c tõ viÕt t¾t Danh môc c¸c h×nh vÏ Danh môc c¸c b¶ng Më ®Çu. 9 Ch¬ng 1: Tæng quan vÒ tæn hao vµ hiÖu suÊt ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha r«to lång sãc.

Sù cÇn thiÕt ph¶i n©ng cao hiÖu suÊt. Tæn hao trong ®éng c¬ K§B 3 pha r«to lång sãc. Tæn hao ®ång. Tæn hao phô.

C¸c nghiªn cøu vÒ gi¶m tæn hao vµ t¨ng hiÖu suÊt cña ®éng c¬…. 30 Ch¬ng 2: Ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ tèi u. C¬ së lý thuyÕt vÒ thiÕt kÕ tèi u. C¸c ph¬ng ph¸p tÝnh tèi u.

Nhãm ph¬ng ph¸p t×m kiÕm toµn côc. Ph¬ng ph¸p duyÖt toµn bé trªn líi ®Òu. Ph¬ng ph¸p thö nghiÖm thèng kª ®éc lËp…………………. Ph¬ng ph¸p t×m cùc trÞ ®Þa ph¬ng.

48 NguyÔn thÞ minh hiÒn Líp Cao häc 2004 - 2006 LuËn v¨n th¹c sü khoa häc 5 Trêng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi Ch¬ng 3. X¸c ®Þnh søc tõ ®éng trªn l¸ thÐp vµ hiÖu suÊt cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé xoay chiÒu ba pha r«to lång sãc. X©y dùng thuËt to¸n tèi u kÝch thíc l¸ thÐp theo søc tõ ®éng…49 3. KÕt qu¶ tÝnh to¸n.

X©y dùng ®Æc tÝnh lµm viÖc vµ khëi ®éng .ThuËt to¸n x©y dùng ®Æc tÝnh lµm viÖc. ThuËt to¸n tÝnh to¸n kiÓm tra ®Æc tÝnh khëi ®éng. 72 Tµi liÖu tham kh¶o. 76 NguyÔn thÞ minh hiÒn Líp Cao häc 2004 - 2006 LuËn v¨n th¹c sü khoa häc 6 Trêng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi C¸c tõ viÕt t¾t §C §éng c¬ K®b Kh«ng ®ång bé ST§ Søc tõ ®éng NguyÔn thÞ minh hiÒn Líp Cao häc 2004 - 2006 LuËn v¨n th¹c sü khoa häc 7 Trêng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi Danh môc c¸c h×nh vÏ TT Tªn b¶ng Trang 1 H×nh 1-1: Gi¶n då n¨ng lîng cña ®éng c¬ K§B ba 17 pha r«to lång sãc.

2 H×nh 1-2: Mèi quan hÖ gi÷a tæn hao ®ång, s¾t víi 26 tiÕt diÖn r·nh 3 H×nh 1-3. Quan hÖ gi÷a søc tõ ®éng vµ chiÒu cao 27 r·nh F = (h r ) 4 H×nh 1-4: quan hÖ gi÷a c¸c biÕn vµ c«ng suÊt ra 33 a- cosϕ vµ dßng ®iÖn 5 H×nh 1-4: quan hÖ gi÷a c¸c biÕn vµ c«ng suÊt ra 33 b- hiÖu suÊt vµ hÖ sè trît 6 H×nh 1-4 quan hÖ gi÷a c¸c biÕn vµ c«ng suÊt ra 34 c- m«men 7 H×nh 1-5 a, ®é tõ thÈm vµ tæn hao ë 1,5 T 35 8 H×nh 1-5,b §êng cong B-H cña thÐp 8050 vµ 35 5350 H H×nh 2-1: §å thÞ biÓu diÔn c¸c m¾t líi cña ph¬ng 9 42 ph¸p duyÖt toµn bé trªn líi ®Òu 10 H×nh 3-1 : BiÓu ®å líi bµi to¸n thiÕt kÕ tèi u kÝch 51 thíc l¸ thÐp 11 H×nh 3-2 : H×nh d¹ng m¹ch tõ cña §C 30 KW 58 12 H×nh 3-3 : KÕt qu¶ tÝnh søc tõ ®éng trªn l¸ thÐp 59 13 H×nh 3-4: KÝch thíc tèi u l¸ thÐp stato 60 14 H×nh 3-5: KÝch thíc tèi u l¸ thÐp r«to 60 15 H×nh 3-6. M¹ch ®iÖn thay thÕ cña ®éng c¬ K§B 64 c«ng suÊt 30 KW 16 H×nh 3-7 a: §Æc tÝnh hiÖu suÊt η = f(P2) 65 17 H×nh 3-7 b: §Æc tÝnh tèc ®é s = f (P 2) 65 18 H×nh 3-7 c. §Æc tÝnh lµm viÖc P 1 = f (P2 ) 66 NguyÔn thÞ minh hiÒn Líp Cao häc 2004 - 2006 LuËn v¨n th¹c sü khoa häc 8 Trêng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi 19 H×nh 3-7 d.

§Æc tÝnh cos φ = f (P 2) 66 Danh môc c¸c b¶ng TT Tªn b¶ng Trang 1 B¶ng1-1: Tiªu chuÈn vÒ hiÖu suÊt cña ®éng c¬ NEMA 13 2 B¶ng1-2: Dù th¶o tiªu chuÈn míi vÒ hiÖu suÊt cña ®éng 16 c¬ K§B ba pha kiÓu IP44 3 B¶ng 1-3: Tiªu chuÈn ViÖt Nam1987-1994 vµ TCVN 17 315-85 cña ®éng c¬ K§B ba pha kiÓu IP44 4 B¶ng 1-4: Tû lÖ ph©n phèi trung b×nh c¸c thµnh phÇn tæn 19 hao cña ®éng c¬ B¶ng 1-5: GÝa trÞ biÕn, hµm môc tiªu vµ rµng buéc trong 5 thiÕt kÕ tèi u cña t¸c gi¶ vµ thiÕt kÕ ban ®Çu cho §C 33 K§B 5 hp. 6 B¶ng 1-6: KÕt qu¶ kiÓm tra hiÖu suÊt vµ tæn hao. 37 7 B¶ng 3-1: So s¸nh kÕt qu¶ tÝnh søc tõ ®éng tæng F vµ 62 dßng ®iÖn tõ ho¸ Iµ 8 B¶ng 3-2 So s¸nh c¸c thµnh phÇn tæn hao 68 9 B¶ng 3-3 : So s¸nh ®Æc tÝnh khëi ®éng 72 NguyÔn thÞ minh hiÒn Líp Cao häc 2004 - 2006 LuËn v¨n th¹c sü khoa häc 9 Trêng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi Më ®Çu X· héi kh«ng ngõng ph¸t triÓn, sinh ho¹t cña nh©n d©n kh«ng ngõng ®îc n©ng cao nªn cÇn ph¸t triÓn nhiÒu lo¹i m¸y ®iÖn míi. Tèc ®é ph¸t triÓn cña nÒn s¶n xuÊt c«ng n«ng nghiÖp cña mét níc ®ßi hái mét tèc ®é ph¸t triÓn t¬ng øng cña ngµnh c«ng nghiÖp ®iÖn lùc, nhÊt lµ ngµnh chÕ t¹o m¸y ®iÖn.

§éng c¬ ®iÖn lµ lo¹i m¸y ®iÖn xoay chiÒu ®ãng vai trß trong mét phÇn ph¸t minh tiÕn bé cña KHKT vµ lµ thiÕt bÞ ®iÖn ®îc sö dông réng r·i nhÊt trong hÖ thèng c«ng nghiÖp vµ th¬ng m¹i víi chøc n¨ng biÕn ®æi n¨ng lîng ®iÖn thµnh n¨ng lîng c¬, chóng trë nªn ®Æc biÖt quan träng trong nÒn kinh tÕ quèc d©n. §éng c¬ K§B ba pha ®Æc biÖt lµ ®éng c¬ K§B ba pha r«to lång sãc ®îc dïng phæ biÕn trong c«ng nghiÖp (v× cã u ®iÓm lµ ®é tin cËy cao, gi¸ thµnh thÊp, träng lîng nhÑ, kÕt cÊu ®¬n gi¶n, ch¾c ch¾n, dÔ söa ch÷a vµ b¶o dìng), víi d¶i c«ng suÊt tõ hµng tr¨m Watts ®Õn Megawatts vµ lµ bé phËn chÝnh trong hÖ truyÒn ®éng. Tõ n¨m 1990 trë vÒ tríc, hiÖu suÊt cña §C lµ chØ tiªu thø yÕu. Vµo nh÷ng n¨m 90 cña thÕ kû 20 th× hiÖu suÊt cña ®éng c¬ míi ®îc quan t©m, trong kho¶ng thêi gian nµy, trªn thÕ giíi ®· xuÊt hiÖn nhiÒu c«ng tr×nh nghiªn cøu thiÕt kÕ tèi u hiÖu suÊt ®éng c¬ vµ ®· mang l¹i nhiÒu kÕt qu¶ ®¸ng kÓ.

HiÖn nay nguån n¨ng lîng trªn thÕ giíi bÞ c¹n kiÖt dÇn vµ do sù t¨ng gi¸ cña n¨ng lîng nãi chung nªn hiÖu suÊt §C ®· dÇn trë thµnh tiªu chÝ ¸p dông trong ngµnh c«ng nghiÖp. Nã sÏ mang l¹i lîi Ých rÊt lín kh«ng chØ vÒ mÆt tiÕt kiÖm n¨ng lîng vµ kinh tÕ mµ cßn gi¶m ®¸ng kÓ hiÖu øng nhµ kÝnh. Do vËy, n©ng cao hiÖu suÊt cña §C trë nªn v« cïng cÇn thiÕt. Cã rÊt nhiÒu biÖn ph¸p ®Ó n©ng cao hiÖu suÊt cña §C nh c«ng nghÖ chÕ t¹o phï hîp, thay ®æi vËt liÖu chÕ t¹o ngµy cµng míi, thay ®æi c¸c th«ng sè kÕt cÊu (cÊu tróc r¨ng, r·nh, khe hë kh«ng khÝ….) hoÆc sö dông thuËt to¸n thiÕt kÕ ®Ó gi¶m nhá tæn hao.

NguyÔn thÞ minh hiÒn Líp Cao häc 2004 - 2006 LuËn v¨n th¹c sü khoa häc 10 Trêng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi Víi sù ph¸t triÓn nhanh chãng cña kÜ thuËt m¸y tÝnh, mét cuéc c¸ch m¹ng kÜ thuËt trong c«ng t¸c thiÕt kÕ vµ chØ ®¹o s¶n xuÊt ra s¶n phÈm bïng næ vµ ®ang ®îc øng dông réng r·i. Do kÜ thuËt thiÕt kÕ dùa vµo m¸y tÝnh CAD kÕt hîp ®îc ®Æc ®iÓm tÝnh nhanh vµ chÝnh x¸c cña m¸y tÝnh víi n¨ng lùc ph©n tÝch tæng hîp cña ngêi thiÕt kÕ nªn gia t¨ng qu¸ tr×nh thiÕt kÕ, rót ng¾n thêi gian thiÕt kÕ, n©ng cao chÊt lîng s¶n phÈm, thÝch øng víi yªu cÇu ®a d¹ng cña s¶n phÈm cã s¶n lîng Ýt. So víi thiÕt kÕ cò theo kinh nghiÖm th× gi¸ thµnh chÕ t¹o s¶n phÈm gi¶m xuèng rÊt nhiÒu, rót ng¾n thêi gian chuÈn bÞ s¶n xuÊt vµ n©ng cao n¨ng lùc s¶n xuÊt nhiÒu lÇn. Víi nh÷ng ph©n tÝch trªn, luËn v¨n sö dông thuËt to¸n thiÕt kÕ tèi u kÝch thíc l¸ thÐp theo søc tõ ®éng, nh»m gi¶m tæn hao s¾t vµ tæn hao ®ång, n©ng cao hÖ sè cosφ vµ hiÖu suÊt cña §C.

Víi môc ®Ých ®ã, trong luËn v¨n ®· sö dông c«ng cô m¸y tÝnh ®Ó x©y dùng thuËt to¸n tÝnh to¸n tù ®éng, v× vËy viÖc thiÕt kÕ cã thÓ linh ho¹t h¬n, gi¶m thêi gian thiÕt kÕ vµ cã thÓ øng dông vµo s¶n xuÊt §C ®iÖn trong c¸c nhµ m¸y chÕ t¹o. B¶n luËn v¨n bao gåm ba ch¬ng. Ch¬ng 1: Tæng quan vÒ tæn hao vµ hiÖu suÊt ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha r«to lång sãc. Ch¬ng 2: Ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ tèi u.

X¸c ®Þnh søc tõ ®éng trªn l¸ thÐp vµ hiÖu suÊt cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé xoay chiÒu ba pha r«to lång sãc. Xin ch©n thµnh c¶m ¬n thÇy, c« gi¸o bé m«n ThiÕt BÞ §iÖn - §iÖn Tö, trung t©m §µo T¹o & Båi Dìng S§H trêng §HBK Hµ Néi vµ c« gi¸o TS.NguyÔn Hång Thanh ®· tËn t×nh gióp ®ì t«i hoµn thµnh b¶n luËn v¨n nµy. Trong thêi gian cã h¹n, b¶n luËn v¨n kh«ng thÓ tr¸nh khái thiÕu sãt. RÊt mong sù ®ãng gãp ý kiÕn cña thÇy, c« vµ c¸c b¹n ®ång nghiÖp.

NguyÔn thÞ minh hiÒn Líp Cao häc 2004 - 2006 LuËn v¨n th¹c sü khoa häc 11 Trêng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi Ch¬ng1: tæng quan vÒ tæn hao vµ hiÖu suÊt ®éng c¬ Kh«ng ®ång bé ba pha r«to lång sãc 1.1Sù cÇn thiÕt ph¶i n©ng cao hiÖu suÊt * Nhu cÇu chung cña toµn thÕ giíi: Theo ®¸nh gi¸ cña bé Hoa Kú (United States Department of Engnery) ®· cã h¬n mét tû ®éng c¬ ®íc sö dông trong c«ng viÖc hµng ngµy, trong ®ã cã tõ 70 -90%®îc dïng trong c«ng nghiÖp. Víi hÖ thèng c«ng suÊt ®iÖn cña Mü kho¶ng 700 GW th× 60% nguån c«ng suÊt nµy ®îc sö dông cho ®éng c¬ mét pha vµ ba pha.Tæn hao cña ®éng c¬ hµng n¨m (chØ tÝnh riªng níc Mü) gÇn 400 tû kWh vµ tÝnh ra tæn thÊt cña nã gÇn 3 tû ®« la cho mét n¨m [8]. V× thÕ, nÕu cã gi¶m thÊp nhÊt sù tiªu thô n¨ng lîng cña ®éng c¬ nãi chung vµ ®éng c¬ K§B ba pha nãi riªng sÏ lµ nguån tiÕt kiÖm n¨ng lîng quan träng nhÊt. ThËm chÝ chØ cÇn t¨ng mét phÇn nhá hiÖu suÊt cña ®éng c¬ sÏ rÊt cã ý nghÜa trong viÖc tiÕt kiÖm n¨ng lîng vµ t¸c ®éng ®Õn nÒn kinh tÕ.