PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu chung về máy điện không đồng bộ 1.1 Cấu tạo : Máy điện không đồng bộ do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, sử dụng và bảo quản thuận tiện, giá thành rẽ nên được sử dụng rộng rãi trong nền kinh tế quốc dân, nhất là loại công suất dưới 100 kW. Động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc cấu tạo đơn giản nhất (nhất là loại rôto lồng sóc đúc nhôm) nên chiếm một số lượng khá lớn trong loại động cơ công suất nhỏ và trung bình. Nhược điểm của động cơ này là điều chỉnh tốc độ khó khăn và dòng điện khởi động lớn thường bằng 6-7 lần dòng điện định mức. Để bổ khuyết cho nhược điểm này, người ta chế tạo đông cơ không đồng bộ rôto lồng sóc nhiều tốc độ và dùng rôto rãnh sâu, lồng sóc kép để hạ dòng điện khởi động, đồng thời tăng mômen khởi động lên.
Hình 1:Động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc Động cơ điện không đồng bộ rôto dây quấn có thể điều chỉnh tốc được tốc độ trong một chừng mực nhất định, có thể tạo một mômen khởi động lớn mà dòng 8 | Page Đồ án Thiết kế thiết bị điện Đại Học Công Nghiệp Hà Nội khởi động không lớn lắm, nhưng chế tạo có khó hơn so với với loại rôto lồng sóc, do đó giá thành cao hơn, bảo quản cũng khó hơn. Động cơ điện không đồng bộ được sản xuất theo kiểu bảo vệ IP23 và kiểu kín IP44. Những động cơ điện theo cấp bảo vệ IP23 dùng quạt gió hướng tâm đặt ở hai đầu rôto động cơ điện. Trong các động cơ rôto lồng sóc đúc nhôm thì cánh quạt nhôm được đúc trực tiếp lên vành ngắn mạch.
Loại động cơ điện theo cấp bảo vệ IP44 thường nhờ vào cánh quạt đặt ở ngoài vỏ máy để thổi gió ở mặt ngoài vỏ máy, do đó tản nhiệt có kém hơn do với loại IP23 nhưng bảo dưỡng máy dễ dàng hơn. Hiện nay các nước đã sản xuất động cơ điện không đồng bộ theo dãy tiêu chuẩn. Dãy động cơ không đồng bộ công suất từ 0,55-90 kW ký hiệu là K theo tiêu chuẩn Việt Nam 1987-1994 được ghi trong bảng 10-1 (Trang 228 TKMĐ). Theo tiêu chuẩn này, các động cơ điện không đồng bộ trong dãy đều chế tạo theo kiểu IP44.
Ngoài tiêu chuẩn trên còn có tiêu chuẩn TCVN 315-85, quy định dãy công suất động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc từ 110 kW-1000 kW, gồm có công suất sau: 110,160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800 và 1000 kW. Hình 2: cấu tạo của động cơ KĐB 3 pha 9 | Page Đồ án Thiết kế thiết bị điện Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Động cơ không đồng bộ về cấu tạo được chia làm hai loại:động cơ không đồng bộ ngắn mạch hạy còn gọi là động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc và động cơ dây quấn. - Stato ( phần tĩnh) Stato bao gồm vỏ máy, lõi thép và dây quấn. + Vỏ máy : Vỏ máy là nơi cố định lõi sắt, dây quấn và đồng thời là nơi ghép nối nắp hay gối đỡ trục Hình 3: vỏ động cơ KĐB 3 pha Vỏ máy có thể làm bằng gang nhôm hay lõi thép.
Để chế tạo vỏ máy người ta có thể đúc, hàn, rèn. Vỏ máy có hai kiểu: vỏ kiểu kín và vỏ kiểu bảo vệ. Vỏ máy kiểu kín yêu cầu phải có diện tích tản nhiệt lớn người ta làm nhiều gân tản nhiệt trên bề mặt vỏ máy. Vỏ kiểu bảo vệ thường có bề mặt ngoài nhẵn, gió làm mát thổi trực tiếp trên bề mặt ngoài lõi thép và trong vỏ máy.
Hộp cực là nơi để dấu điện từ lưới vào. Đối với động cơ kiểu kín hộp cực yêu cầu phải kín, giữa thân hộp cực và vỏ máy với nắp hộp cực phải có giăng cao su. Trên vỏ máy còn có bulon vòng để cẩu máy khi nâng hạ, vận chuyển và bulon tiếp mát. + Lõi sắt : 10 | Page Đồ án Thiết kế thiết bị điện Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Lõi sắt là phần dẫn từ.
Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay, nên để giảm tổn hao lõi sắt được làm những lá thép kỹ thuật điện dây 0,5mm ép lại. Yêu cầu lõi sắt là phải dẫn từ tốt, tổn hao sắt nhỏ và chắc chắn. Mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên (hạn chế dòng điện phuco). + Dây quấn : Dây quấn stator được đặt vào rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõi sắt.
Dây quấn đóng vai trò quan trọng của máy điện vì nó trực tiếp tham gia các quá trình biến đổi năng lượng điện năng thành cơ năng hay ngược lại, đồng thời về mặt kinh tế thì giá thành của dây quấn cũng chiếm một phần khá cao trong toàn bộ giá thành máy. Hình 4: cấu tạo stato của máy điện không đồng bộ -Phần quay (rôto) Rôto của động cơ không đồng bộ gồm lõi sắt, dây quấn và trục (đối với động cơ dây quấn còn có vành trượt). + Lõi sắt : Lõi sắt của rôto bao gồm các lá thép kỹ thuật điện như của stator, điểm khác biệt ở đây là không cần sơn cách điện giữa các lá thép vì tần số làm việc trong rôto rất thấp, chỉ vài Hz, nên tổn hao do dòng phuco trong rôto rất thấp. Lõi sắt được ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá rôto của máy.
Phía ngoài của lõi thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn rôto. 11 | Page Đồ án Thiết kế thiết bị điện Đại Học Công Nghiệp Hà Nội + Dây quấn rôto : Phân làm hai loại chính: loại rôto kiểu dây quấn va loại rôto kiểu lồng sóc + Loại rôto kiểu dây quấn Rôto có dây quấn giống như dây quấn stato. Máy điện kiểu trung bình trở lên dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp, vì bớt những dây đầu nối, kết cấu dây quấn trên rôto chặt chẽ. Máy điện cỡ nhỏ dùng dây quấn đồng tâm một lớp.
Dây quấn ba pha của rôto thường đấu hình sao. Đặc điểm của loại động cơ kiểu dây quấn là có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch rôto để cải thiện tính năng mở máy ,điều chinh tốc độ hay cải thiện hệ số công suất của máy. + Loại rôto kiểu lồng sóc : Kết cấu của loại dây quấn rất khác với dây quấn stato. Trong mỗi rãnh của lõi sắt rôto, đặt các thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài khỏi lõi sắt và được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch bằng đồng hay nhôm.
Nếu là rôto đúc nhôm thì trên vành ngắn mạch còn có các cánh khoáy gió. 12 | Page Đồ án Thiết kế thiết bị điện Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Hình 5: Động cơ Rotor lồng sóc Rôto thanh đồng được chế tạo từ đồng hợp kim có điện trở suất cao nhằm mục đích nâng cao mômen mở máy. Để cải thiện tính năng mở máy, đối với máy có công suất lớn, người ta làm rãnh rôto sâu hoặc dùng lồng sóc kép. Đối với máy điện cỡ nhỏ, rãnh rôto được làm chéo góc so với tâm trục.
Dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt. + Trục : Trục máy điện mang rôto quay trong lòng stato, vì vậy nó cũng là một chi tiết rất quan trọng. Trục của máy điện tùy theo kích thước có thể được chế tạo từ thép Cacbon từ 5 đến 45. Trên trục của rôto có lõi thép, dây quấn, vành trượt và quạt gió.2 Khe hở : Rôto là một khối đều nên khe hở đều.Khe hở rất nhỏ (từ 0,1 ÷ 1 mm trong máy điện cở nhỏ và vừa ) để hạn chế dòng từ hoá lấy từ lưới vào , nhờ đó hệ số công suất của máy cao hơn.3 Phân loại : - Theo kết cấu vỏ, máy điện không đồng bộ có thể chia làm các kiểu chính sau: Kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín, kiểu phòng nổ.
- Theo kết cấu của rotor, máy điện không đồng bộ được chia làm hai loại: rotor kiểu lồng sóc và rotor kiểu dây quấn - Theo số pha trên dây quấn stator có thể chia làm các loại: một pha, 2 pha và ba pha 1.4 Mạch từ : Trong máy điện, các cực từ có cực tính khác nhau được bố trí xen kẽ 13 | Page Đồ án Thiết kế thiết bị điện Đại Học Công Nghiệp Hà Nội nhau. Từ thông đi từ cực bắc N qua khe hở và vào phần ứng rồi trở về hai cực nam N nằm kề bên. Phần lớn từ thông dưới mỗi cực từ đi qua khe hở vào phần ứng, có một phần rất nhỏ từ thông không qua phần ứng mà trực tiếp qua các cực từ bên cạnh, gông từ, nắp máy. 0 Phần từ thông đi vào phần ứng gọi là từ thông chính hay từ thông khe hở , cảm ứng sđđ trong dây quấn khi phần ứng quay và tác dụng với dòng điện trong C dây quấn để sinh ra mômen.
Đây là phần chủ yếu của từ thông cực từ. Phần từ thông không đi qua phần ứng gọi là từ thông tản Fs. Nó không cảm ứng sđđ và sinh ra mômen trong phần ứng song nó vẫn tồn tại làm cho độ bảo hòa từ của cực từ và gông từ tăng lên.5 Dây quấn : Dây quấn của máy điện quay được bố trí ở hai bên khe hở trên lõi thép của phần tĩnh hoặc của phần quay. Nó là bộ phận chính để thực hiện sự biến đổi năng lượng cơ điện trong máy.
Một cách tổng quát có thể chia dây quấn máy điện quay ra làm hai loại : dây quấn phần cảm (dây quấn kích từ ); dây quấn phần ứng. Dây quấn phần cảm có nhiệm vụ sinh ra từ trường ở khe hở lúc không tải. Từ trường này trong các máy điện quay thường có cực tính thay đổi, nghĩa là bố trí cực N và S xen kẽ nhau. Dây quấn phần ứng có nhiệm vụ cảm ứng được một sđđ nhất định khi có chuyển động tương đối trong từ trường khe hở và tạo ra stđ cần thiết cho sự biến 14 | Page Đồ án Thiết kế thiết bị điện Đại Học Công Nghiệp Hà Nội đổi năng lượng cơ điện.
Rõ ràng rằng nếu từ trường khe hở có cực tính thay đổi thì sđđ cảm ứng là sđđ xoay chiều. Nếu các cực từ N và S xen kẽ nhau quanh khe hở, dây quấn phần ứng được hình thành từ tổ hợp các bối dây (phần tử) với nhau. Yêu cầu của dây quấn: • Đối với dây kích từ thì tạo ra từ trường hình sin ở khe hở, còn dây quấn phần ứng đảm bảo có sđđ và dòng điện tương ứng với công suất điện từ của máy.