Giới Thiệu và Thiết Kế Động Cơ Không Đồng Bộ Roto Dây Quấn

Khóa luận tốt nghiệp nghiên cứu Giới thiệu và thiết kế về động cơ không đồng bộ roto dây quấn luận văn tốt nghiệp, vận dụng lý thuyết vào thực tế, đề xuất giải pháp cụ thể cho vấn

• Tác giả: Đào Nguyên Ngọc
• Người hướng dẫn: Thầy Giáo Vũ Gia Hanh
• Trường học: Trường Đại Học
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Thiết Kế Động Cơ Không Đồng Bộ Roto Dây Quấn
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. A/- GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTO DÂY QUẤN
• 1.1. I/- Máy điều chỉnh cảm ứng
• 1.2. II/- Các phương pháp điều chỉnh điện áp ba pha
• 1.2.1. 1/- Bộ điều chỉnh xoay chiều ba pha bằng Tiristor
• 1.2.2. 2/- Điều chỉnh dòng xoay chiều ba pha dùng biến áp tự ngẫu
• 1.2.3. 3/- Một vài cách điều chỉnh điện áp ba pha khác
• 2. B/- THIẾT KẾ MÁY ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP BA PHA
• 2.1. 1/- Các số liệu ban đầu
• 2.2. 2/- Nội dung phần thuyết minh và tính toán
• 2.3. 3/- Các bản vẽ và đồ thị
• 2.3.1. 3 bản Ao Đối với Stato đã cho theo số liệu động cơ không đồng bộ Roto dây quấn
• 2.4. I/- Dây quấn, rãnh Stato và khe hở không khí
• 2.4.1. 1/- Số rãnh Stato
• 2.4.2. 2/- Bước rãnh Stato
• 2.4.3. 3/- Số thanh dẫn tác dụng trong một rãnh
• 2.4.4. 4/- Số vòng dây nối tiếp một pha
• 2.4.5. 5/- Kiểu dây quấn
• 2.4.6. 6/- Hệ số dây quấn được chọn theo số rãnh của một pha dưới một cực
• 2.4.7. 7/- Từ thông khe hở không khí
• 2.4.8. 8/- Mật độ từ thông trong khe hở không khí
• 2.4.9. 9/- Chiều rộng răng nơi nhỏ nhất
• 2.4.10. 10/- Chiều rộng rãnh hình chữ nhật (Sơ bộ)
• 2.4.11. 11/- Tiết diện dây (Sơ bộ)
• 2.4.12. 12/- Kích thước rãnh Stato và sự điền đầy rãnh
• 2.4.13. 13/- Tổng chiều dày cách cách điện rãnh
• 2.4.14. 14/- Diện tích thực của rãnh trừ nêm
• 2.4.15. 15/- Diện tích lớp cách điện
• 2.4.16. 16/- Diện tích có ích của rãnh
• 2.4.17. 17/- Hệ số lấp đầy rãnh
• 2.4.18. 18/- Mật độ dòng điện dây quấn Stato
• 2.4.19. 20/- Đường kính ngoài Roto
• 2.4.20. 21/- Chiều dài lõi sắt Roto

Tóm tắt

I. Giới thiệu về thiết kế động cơ không đồng bộ Roto dây quấn

Động cơ không đồng bộ Roto dây quấn là một trong những loại động cơ điện phổ biến trong công nghiệp. Thiết kế của nó không chỉ đơn giản mà còn mang lại hiệu suất làm việc cao. Đặc điểm nổi bật của động cơ này là khả năng điều chỉnh điện áp đầu ra, giúp đáp ứng nhu cầu sử dụng đa dạng trong các ứng dụng thực tiễn.

1.1. Nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ

Nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ Roto dây quấn dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi dòng điện chạy qua dây quấn Stato, nó tạo ra từ trường quay, từ đó sinh ra sức điện động trong dây quấn Roto.

1.2. Cấu tạo và các thành phần chính

Cấu tạo của động cơ bao gồm Stato, Roto và các bộ phận phụ trợ. Stato chứa dây quấn ba pha, trong khi Roto có dây quấn thứ hai, tạo ra từ trường cần thiết cho hoạt động của động cơ.

II. Vấn đề và thách thức trong thiết kế động cơ không đồng bộ

Thiết kế động cơ không đồng bộ Roto dây quấn gặp phải nhiều thách thức, từ việc lựa chọn vật liệu đến tính toán các thông số kỹ thuật. Những vấn đề này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất và độ bền của động cơ.

2.1. Các vấn đề về hiệu suất

Hiệu suất của động cơ không đồng bộ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tổn hao điện, từ trường và cấu trúc dây quấn. Việc tối ưu hóa các yếu tố này là rất quan trọng để đạt được hiệu suất cao.

2.2. Thách thức trong việc điều chỉnh điện áp

Điều chỉnh điện áp trong động cơ không đồng bộ là một thách thức lớn. Các phương pháp điều chỉnh hiện tại như sử dụng Tiristor hay biến áp tự ngẫu đều có những hạn chế nhất định.

III. Phương pháp thiết kế động cơ không đồng bộ Roto dây quấn

Có nhiều phương pháp thiết kế động cơ không đồng bộ Roto dây quấn, mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ bền của động cơ.

3.1. Phương pháp tính toán mạch từ

Tính toán mạch từ là bước quan trọng trong thiết kế động cơ. Nó giúp xác định các thông số như từ thông, điện trở và điện kháng, từ đó tối ưu hóa hiệu suất làm việc.

3.2. Tính toán tổn hao và hiệu suất

Tổn hao trong động cơ không đồng bộ có thể ảnh hưởng lớn đến hiệu suất. Việc tính toán chính xác các tổn hao sẽ giúp cải thiện hiệu suất tổng thể của động cơ.

IV. Ứng dụng thực tiễn của động cơ không đồng bộ Roto dây quấn

Động cơ không đồng bộ Roto dây quấn được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ công nghiệp sản xuất đến nông nghiệp. Khả năng điều chỉnh điện áp và hiệu suất cao khiến nó trở thành lựa chọn hàng đầu cho nhiều ứng dụng.

4.1. Ứng dụng trong công nghiệp

Trong công nghiệp, động cơ không đồng bộ được sử dụng để điều khiển máy móc, băng tải và các thiết bị khác. Khả năng điều chỉnh điện áp giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất.

4.2. Ứng dụng trong nông nghiệp

Trong nông nghiệp, động cơ không đồng bộ được sử dụng để điều khiển máy bơm nước và các thiết bị khác. Điều này giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và tiết kiệm năng lượng.

V. Kết luận và tương lai của động cơ không đồng bộ Roto dây quấn

Động cơ không đồng bộ Roto dây quấn có tiềm năng lớn trong tương lai. Với sự phát triển của công nghệ, các phương pháp thiết kế và điều chỉnh sẽ ngày càng được cải tiến, giúp nâng cao hiệu suất và độ bền của động cơ.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ

Công nghệ mới sẽ giúp cải thiện hiệu suất và giảm thiểu tổn hao trong động cơ không đồng bộ. Việc áp dụng công nghệ tiên tiến sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành công nghiệp.

5.2. Tương lai của động cơ không đồng bộ trong ứng dụng

Động cơ không đồng bộ sẽ tiếp tục được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Sự phát triển của các ứng dụng mới sẽ tạo ra nhu cầu cao hơn cho loại động cơ này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Lời mở đầu A/- Giới thiệu về độ n g cơ không đồng bộ Roto dây quan. 2 I/- Máy điều chỉnh cảm ứng. 2 II/- Các phương pháp đieu chĩnh đi n áp ba pha. 11 B/- Thiết kế máy đieu chĩnh đi n áp ba pha.

15 I/- Dây quan rãnh Stato và khe hỡ không khí. 15 II/- Tính toán mạch tù. 22 III/- Tính toán tham so. 26 IV/- Tính toán tổn hao.

33 V/- Ðặ c tính làm vi c. 33 VI/- Tính toán tham so ∆U. 34 1/- Máy điều chỉnh cãm ứng kép. 36 VII/- Tính toán nhiệt.

42 VIII/- TrQng lượng vật liệu tác dụng và chi tiêu sử dụng. 46 IX/- Phương pháp tính toán nhiệt đơn giãn. 47 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn. LỜI NÓI ĐẦU Trên thực tế sản xuất (trong công nghiệp cũng như trong nông nghiệp) các nhà máy điện xoay chiều, đặc biệt là các nhà máy điện xoay chiều ba pha, được sử dụng.

Đối với loại máy điện không đồng bộ có quá trìh chế tạo sản xuất đơn giản, tính năng làm việc rất hiệu quả và chính xác lại thêm giá thành hạ khiến loại máy này luôn là đề tài nghiên cứu để phát huy. Máy điều chỉnh cảm ứng ba pha là một ứng dụng phổ biến của máy điện không đồng bộ. Với điện áp đưa vào là một giá trị nhất định thì ở đầu ra cho điện áp có thể thay đổi được trong một khoảng tương đối rộng từ 0(V) giá trị nào đó theo thết kế. Tất nhiên có nhiều phương pháp làm thay đổi điện áp như phương pháp dùng Tiristor, dùng biến áp tự ngẫu nhưng những phương pháp đó không cho phép điều chỉnh ngay trong khi máy mang tải, không đưa ra điện áp hình sin(dùng Tiristor) hay phương pháp sinh ra nhiệt và tia lửa điện (máy biến áp tự ngẫu dùng chổi than).

Trong khoá luận thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha này, chắc rằng có các số liệu tính toán và các phương pháp chọn không thể không tránh khỏi những sai sót, vì đây là lần đầu tiên em được tiếp xúc với một đề tài khoa học tuy nhỏ nhưng cũng đòi hỏi phải có sự tổng kết về kiến thức. Do vậy em kính mong các thầy cô hết lòng chỉ dẫn để bài khoá luận của em mang tính chính xác, xác thực cao phù hợp với tiêu chuẩn đã đặt ra. Bài khoá luận được hoàn thành mà không thể thiếu sự hướng dẫn hết lòng của thầy giáo Vũ Gia Hanh – Người thầy ưu tú của nhiều thế hệ và các thầy cô trong khoa TBĐ - ĐT những người đã truyền cho em những kiến thức quý báu trong suốt hơn ba năm qua. Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ- 1 ĐT.

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn. A/- GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTO DÂY QUẤN I/- Máy điều chỉnh cảm ứng : Máy điều chỉnh cảm ứng là một máy biến áp có hai dây quấn được đặt trên hai phần riêng biệt của lõi thép, hai phần này có thể quay hoặc dịch chuyển vị trí tương đối với nhau. Máy điều chỉnh cảm ứng thường được cấu tạo như động cơ không đồng bộ một dây quấn được đặt ở phần Stato, phần Roto được đặt dây quấn thứ hai, chuyển động tương đối của Rôto và Stato thực hiện qua bộ truyền trục vít. Máy điều chỉnh cảm ứng ba pha có dây quấn ba pha tương tự như dây quấn Stato và dây quấn Roto của động cơ điện không đồng bộ ba pha Roto dây quấn.

Dây quấn này cũng tạo nên từ trường quay, sức điện động cảm ứng từ ở Roto không thay đổi ứng với mọi vị trí của Roto. Sức điện động sơ cấp và thứ cấp lệch pha nhau như mô tả ở hình (22-19) ( Sách thiết kế MBA ). Vì điện áp thứ cấp là tổng điện áp Stato U1 và điện áp Roto U2 , nó sẽ biến đổi từ trị số cực đại U1 + U2 đến giá trị cực tiểu U1  U2 ; đồng thời cũng biến đổi góc pha. Để điện áp không thay đổi pha, người ta ghép hai máy điều chỉnh pha ngược nhau ở hình (22-20) ( Sách thiết kế MBA), ở hai máy có từ trường quay ngược chiều nhau ( Một vượt pha, một chậm pha ), vì vậy điện áp thứ cấp chỉ thay đổi trị số mà không thay đổi về pha.

Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ- 2 ĐT. Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn. H22-20 : ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP CỦA MÁY ĐIỀU CHỈNH CẢM ỨNG KÉP Điều chỉnh cảm ứng kép có hình dáng như hình (22-22) ( Sách thiết kế MBA). Các vật liệu kết cấu đều đúc bằng gang hoặc gia công bằng cách hàn các tấm gang, cấu tạo theo kiểu trục đứng.

Phía Stato có 36 rãnh mỗi rãnh có 4 thanh dẫn. Dây quấn có dạng thanh và ghép thành hai nhánh nối song song. Roto có 48 rãnh đặt thanh dẫn có kích thước 310 mm (Trong khi thanh dẫn Stato có kích thước 2. Mỗi phần đều có đầu nối của Stato và Roto, phần dây quấn Stato nối ra ngoài ở đầu cuối phần nối ra ngoài của dây quấn Roto được nối bằng cáp mềm và nối qua các thanh dẫn P, giữa các thanh dẫn có tường cách điện M.

Trục quay Roto có hai ổ theo hướng kính và một ổ bi hướng trục. Phía trên có gắn bánh vít, trục vít với ổ trượt bằng đồng. Trục vít quay bằng tay hoặc nhờ một động cơ phụ trợ, có quạt hút gió để thông gió. Bình thường khi làm việc, dây quấn Roto của máy điện không đồng bộ được nối ngắn mạch và máy quay với một tốc độ nào đó ( n  0 ).

Nhưng có một Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ- 3 ĐT. Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn. số quan hệ mà khi Roto đứng yên ( n = 0 ) vẫn tồn tại và qua trạng thái đó có thể hiểu một cách dễ dàng hơn nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ. Vì thế trước hết ta sẽ nghiên cứu trường hợp Roto đứng yên.

Thực ra có thể coi động cơ điện lúc mở máy nằm trong trường hợp này. Đặt một điện áp U1 có tần số f1 vào dây quấn Stato, trong dây quấn Stato sẽ có dòng điện I1, tần số f1; trong dây quấn Roto có dòng điện I2, tần số cũng là f1. I1 và I2 sinh ra s. quay F1 và F2 có trị số (như đã biết trong phần thứ nhất, Chương 3, sách Máy Điện I ) : F1 = m1 2 wk 1 dq1 I1  p F2 = m2 2 wk 2 dq 2 I2  p Trong đó : m1, m2 - Số pha của dây quấn Stato và Roto; p - Số đôi cực; w2, w1, kdq1, kdq2 - Số vòng dây nối tiếp trên một pha và hệ số dây quấn Stato, Roto.

này cũng quay với tốc độ đồng bộ n1 = 60 f1/p và tác dụng với nhau để sinh ra s. tổng trong khe hở F0. Vì vậy phương trình cân bằng về s. có thể viết :    F1 F2  Fo    hay F1  F o  ( F 2 ) Giống như cách phân tích MBA, ở đây có thể coi như dòng điện Stato I1 gồm hai thành phần : Một thành phần là Io tạo nên s.

 2 wk 1 dq1  o = 1 p Io F  Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ- 4 ĐT. Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn.  Và Một thành phần là (- I 2 ) tạo nên s.đ  ) =  m1 2 w 1  (-F  k dq1 I 2 p 2  Bù lại s. F2 của dòng điện thứ cấp I 2.

Như vậy ta có :    I1= I + (- I 2 ) o    hay I 1 + I 2 = I o So sánh s. F2 do dòng điện I2 của Roto và thành phần I 2 của dòng điện Stato sinh ra, ta có : m w k = m1 w k 2 dq 2 2   1 dq1 I  2  2 I  p 2  p 2 Từ đó tìm ra được tỷ số biến đổi dòng điện : k = I1 m w k 1 1 dq1 =i I 2 m w  2 2 dq 2 k Dòng điện quy đổi của Roto sang Stato bằng : I = I2 2 k i Từ thông chính  do s. Fo sinh ra trong khe hở quét qua hai dây quấn Stato và Roto và cảm ứng ở đó những s. mà trị số bằng : E1 = 4.44f Khi 1k đứng dq2f1 = f2 nên tỷ số biến đổi điện áp của máy điện không yên, Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ- 5 ĐT.

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn. đồng bộ bằng : E = w k 1 1 dq1 Ke = E 2 w k 2 dq 2 Quy đổi E2 sang bên sơ cấp ta được: Đào Nguyên Ngọc Lớp K9-B1-TBĐ- 6 ĐT. Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế máy điều chỉnh cảm ứng ba pha Roto dây quấn. E2 = E1 = ke  E2 Do từ thông tản của Stato  1 nên trong dây quấn Stato sẽ cảm ứng nên s.

tản E 1 = - jI1x1, trong đó x1 là điện kháng tản của dây quấn Stato. Nếu xét cả điện áp rơi trên điện trở r 1 của dây quấn Stato I1r1 thì phương trình cân bằng về s. trong mạch điện Stato bằng :       U 1 = - E1  E01 ) I 1  = - Ei I 1  ( r1 + j x1) (  r 1 +  U 1 = - E1  I  z 1 1 Trong đó z1 = r1 + j x1 là tổng trở của dây quấn Stato. Trên dây quấn Roto cũng vậy.

Do dây quấn Roto ngắn mạch nên phương trình cân bằng về s. trong mạch điện Roto như sau :     0 = - E 2 + I 2 ( r2 + j x2 ) = - E 2 + I 2  z2 Trong đó : r2 = - Điện trở Roto bao gồm cả điện trở phụ mắc vào nếu có; x2 = - Điện kháng tản trên dây quấn Roto; z2 = r2 + jx2 – Tổng trở của dây quấn Roto. Cũng giống như ở m. ta có thể viết :    E1  I o  z = I o  (rm + j m xm) Trong đó : Io - Dòng điện từ hoá sinh ra sức từ động Fo; rm - Điện trở từ hoá đặc trưng cho tổn hao sắt; xm - Điện kháng từ hoá biểu thị sự hỗ cảm giữa Stato và Roto.