1
PHầN I: THIếT Kế Động cơ không đồng bộ roto lồng sóc
CHƯƠNG 1 : XáC ĐịNH KíCH THƯớC CHủ YếU
Đối với động cơ điện không đồng bộ thì đờng kính trong (D) và chiều dài lõi thép (l

)
của stato là những kích thớc chủ yếu. Những kích thớc này đợc tính chọn
trên cơ sở đảm bảo cho động cơ khi đợc chế tạo có tính kinh tế cao, đồng
thời có tính năng phù hợp thoả mãn các chỉ tiêu về kỹ thuật mà nhà nớc
qui định. Tính kinh tế của động cơ không chỉ là vật liệu sử dụng để chế
tạo ra nó mà còn xét đến quá trình chế tạo trong nhà máy. Chọn kích thớc
chủ yếu còn phải phù hợp với điều kiện công nghệ nh khuôn dập, vật đúc,
các chi tiết gia công cơ khí, chi tiết tiêu chuẩn hoá
Tuy nhiên trong phạm vi thiết kế tốt nghiệp, công việc tính chọn các kích thớc chủ yếu
của động cơ dựa trên cơ sở đảm bảo thoả mãn những tiêu chuẩn kỹ thuật
mà nhà nớc qui định.
Khi tính toán D và l

phải dựa vào một hằng số đợc gọi là hằng số máy điện (hằng số
Arnold) đợc biểu diễn bởi công thức sau:
p
nlD
BAkk
C
dS
A

==


10.1,6

2
7



D và

l
cùng tỉ lệ sẽ quyết định trọng lợng giá thành, các đặc tính kinh tế kỹ thuật cũng
nh độ tin cậy làm việc của động cơ. Vì vậy việc xác định kích thớc chủ yếu D và

l
là
khâu cơ bản của việc thiết kế . Từ hằng số máy điện ta thấy D và

l
phụ thuộc vào nhiều
yếu tố nh: tốc độ đồng bộ, công suất điện từ, tải điện từ của vật liệu tác dụng. Để xác định
D và

l
trớc tiên ta cần xác định các yếu tố trên.
1.1. Số đôi cực từ (p)
- Ta có hệ số k
D
phụ thuộc vào số đôi cực. Vì vậy để chọn k
D
ta phải tính số đôi
cực.
- Số đôi cực từ:

p =
1
1
n
f.60
=
1500
50.60
= 2
Trong đó:
f
1
: Tần số định mức
n
1
: Tốc độ đồng bộ
2
- Số cực của máy : 2p = 2 x 2 = 4 (cực)
1.2. Xác định đờng kính ngoài của lõi thép stato (D
n
):
-Khi xác định kết cấu của động cơ không đồng bộ giữa đờng kính trong D và ngoài
D
n
của stato có một mối quan hệ nhất định theo hệ số K
D
=
n
D
D

. Quan hệ này phụ thuộc
vào số đôi cực. Mặt khác, đờng kính ngoài D
n
có liên quan đến chiều rộng cuộn tôn kỹ
thuật điện và chiều cao tâm trục máy h đã đợc tiêu chuẩn hóa.
- Trớc hết ta xác định đờng kính ngoài D
n
theo chiều cao h.
- Theo bảng IV.1 của phụ lục IV dãy công suất, chiều cao tâm trục của động cơ
roto lồng sóc kiểu IP44 theo tiêu chuẩn TCVN - 1987- 1994 TL[1],
Với P = 3kW, 2p = 4 ta chọn h = 112 (mm).
- Với h = 112 (mm) theo bảng 10.3 TL[1], ta chọn đờng kính ngoài stato tiêu
chuẩn D
n
= 19,1 (cm).
1.3. Đờng kính trong stato (D)
Đờng kính trong stato xác định theo công thức :

D = k
D
.D
n
Theo bảng 10.2 TL[1] , với 2p = 4, chọn k
D
= 0,64
ữ
0,68
+Với D
n
= 19,1 (cm)

D = k
D
ì
D
n
= ( 0,64 ữ 0,68 )x 191
= ( 122,24 ữ 129,98 ) (mm)
Chọn D = 12,3 (mm)
1.4. Công suất điện từ tính toán (P)
P' =

cos.
.
õmE
Pk

k
E
là hệ số chỉ quan hệ giữa điện áp đặt vào và sức điện động sinh ra trong động
cơ, ứng với D
n
= 19,1cm và 2p = 4 theo hình 10 -2 TL[1] tra đợc k
E
= 0,965.


,cos

,n là hiệu suất,hệ số công suất và tốc độ đồng bộ
Với Dn =19,1 Tra bảng 10.1,TL [1] ta đợc :


%82=

, cos
.83,0=


Suy ra:
3
P
/
=

cos.
.Pk
E
=
83,082,0
3965,0
ì
ì
= 4,2536 (KVA)
1.5. Chiều dài tính toán của lỏi sắt (

l
):

nDBAkk
P
l

ds

.10.1,6
2
/7



=
Với :


: hệ số cung cực từ.

s
k
: hệ số sóng.
k
d
: Hệ số dây quấn.
A: Tải đờng.


B
: Mật độ từ thông tại khe hở không khí.
+ Mà


và k
s

phụ thuộc vào mức độ bão hoà răng k
Z
của mạch từ.
+ Sơ bộ chọn :


= 0,71 và k
S
= 1,12, k
Z
=1,24. (Theo hình 4.7 TL[1].)
+ Vì dây quấn một lớp có kết cấu đơn giản nên thờng dùng cho động cơ có công
suất nhở hơn 10kw.Với dây quấn 1 lớp ta có
96,095,0 ữ=
d
k
ta chọn k
d
= 0,95
+ A và

B
phụ thuộc vào D
n
, 2p.
Việc chọn A ,

B
có ảnh hởng rất lớn đến kích thớc chủ yếu D ,


l
của máy điện.
Đứng về mặt tiết kiệm vật liệu nên cho A và

B
lớn, nếu A và

B
quá lớn thì tổn hao
đồng và thép tăng lên làm động cơ nóng, ảnh hởng đến tuổi thọ của máy.Do đó khi chọn
A và

B
cần xét đến chất liệu của vật liệu sử dụng, nếu sử dụng vật liệu sắt từ tốt ( có tổn
hao ít hay độ từ thẩm cao ) thì có thể chọn A lớn. Ngoài ra, tỉ số A và

B
cũng ảnh hởng
đặc tính làm việc và khởi động của động cơ vì A đặc trng cho mạch điện còn

B
đặc trng
cho mạch từ.
Với 2p=4, Dn =19,1 theo hình 10.2b TL[1] tra đợc:


B
= 0,87 (T)
A = 250 (A/cm)
n : Tốc độ đồng bộ .

n =1500 (vòng / phút): tốc độ đồng bộ của động cơ
- Do đó chiều dài lõi sắt stato là:

l
=
15003,1287,025095,012,171,0
2536,4101,6
2
7
ìììììì
ìì
= 6,9586 (cm)

Lấy l

= 7 (cm).
1.6. Bớc cực (

)
4
Bớc cực đợc xác định theo công thức :
=
p2
D.
=
4
3,1214,3 ì
= 9,65 (cm)
Vì l


= 7 (cm) chiều dài lõi sắt ngắn, việc tản nhiệt không khó khăn nên lõi sắt có
thể ép thành một khối, do đó chiều dài tính toán của lõi sắt phần ứng trên khe hở không
khí bằng chiều dài lõi sắt. Vậy chiều dài lõi sắt stato và rôto là:
l
1
= l
2
= l

= 7 (cm)
Cũng giống nh các động cơ khác, nên việc chọn kích thớc chủ yếu D và

l
cho
một động cơ không chỉ có một nhóm trị số. Vì vậy khi thiết kế phảI căn cứ vào tình trạng
sản xuất mà tiến hành so sánh các phơng án một cách toàn diện để đợc một phơng án
kinh tế và hợp lý nhất. Quan hệ D và

l
đợc biểu thị trong quan hệ:

=


l
- Hệ số kinh tế:
3

=



l
=
65,9
7
= 0,725
Trong dãy động cơ không đồng bộ roto lồng sóc kiểu IP44 cấp cách điện B, với
động cơ P = 3kW, 2p = 4 có cùng đờng kính ngoài D
n
(nghĩa là cùng chiều cao tâm trục
h) có động cơ P = 4 kW, 2p = 4.
Ta có hệ số tăng công suất của máy này là
33,1
3
4
==


Do đó
4

=


l
của máy có công suất P = 4kw, 2p = 4 là:
96,0725,0.33,1.
34
===


Theo hình 10. 3a TL[1] thì
3

và
4

đều nằm trong phạm vi kinh tế nên ta chọn
các thông số trên là hợp lý .
1.7. Dòng điện pha định mức (I
1
)
Dòng điện pha định mức của máy đợc xác định theo công thức sau:
I
1
=

cos 3
10.
1
3
U
P
U
1
: điện áp pha của lới .
U
1
= 220 (V)
P,


, cos

: công suất , hiệu suất và hệ số công suất của máy .
P = 3 (kW).

= 82 %.
5
Cos
ϕ
= 0,83.
Thay vµo:
I
1
=
83,0.82,0.220.3
10.3
3
= 6,68 (A)
6
CHƯƠNG 2 : XáC ĐịNH DÂY Quấn, RãNH STATO Và KHE Hở KHÔNG
KHí
*Chọn rãnh stato
khi thiết kế dây quấn stato cần phải xác định số rãnh của một pha dới một cực từ
(q
1
), thờng ta lấy
43
1
ữ=q
đối với những động cơ có công suất nhỏ. Chọn q

1
nhiều hay ít
đều ảnh hởng đến số rãnh stato (Z
1
). Số rãnh này không nên quá nhiều, vì nh vậy diện tích
cách điện chiếm chỗ so với rãnh ít sẽ nhiều hơn, do đó hệ số lợi dụng rãnh sẽ kém đi, mặc
khác về phơng diện độ bền cơ năng sẽ yếu đi. ít răng quá sẽ làm dây quấn phân bố không
đều trên bề mặt lõi thép, nên sức từ động phần ứng có nhiều sóng bậc cao, do đó khó chọn
hệ số dây quấn thích hợp để triệt tiêu sóng bậc cao đó. Trị số q
1
nói chung nên chọn số
nguyên vì nh vậy có thể cải thiện đặc tính làm việc và có khả năng giảm đợc tiếng kêu
của động cơ.
Trong thiết kế dãy động cơ điện, thờng ta muốn lợi dụng một số khuôn dập rãnh
để dập lá tôn dùng đợc cho nhiều máy khác nhau. Vì vậy muốn có trị số q
1
phù hợp với
những động cơ khác nhau, ta không thể chọn q
1
tuỳ ý đợc.
2.1. số rãnh stato(Z
1
):
- số rãnh của 1 pha dới mỗi bớc cực q
1
. Chọn q
1
= 3.
- m là số pha, m = 3.
- Số rãnh stato:

Z
1
= 2m.p.q
1
= 2.3.2.3 = 36(rãnh)
2.2. Bớc rãnh stato (t
1
)

1
1
.
Z
D
t

=
=
( )
cm07,1
36
3,1214,3
=
ì
2.3. Số thanh dẫn tác dụng của 1 rãnh (u
r1
)
Số thanh dẫn một rãnh xác định theo công thức:

1

11
1

I
atA
u
r
=

40
68.6
107,1250
=
ìì
=
Chọn a
1
= 1: số mạch nhánh song song
Lấy u
r1
= 40 (vòng).
2.4. Số vòng dây nối tiếp của một pha (w
1
)
Số vòng dây nối tiếp một pha xác định nh sau:
7
240
1
4032


1
11
1
=
ìì
==
a
uqp
W
r
(vòng)
2.5. Chọn kích thớc dây dẫn:
- Muốn chọn kích thớc dây dẫn trớc hết ta phải chọn mật độ dòng điện J của dây
dẫn, rồi căn cứ vào dòng định mức để ta tính ra tiết diện cần thiết. Dựa vào h = 112 (mm),
D
n
=19,1 (cm), 2p = 4 ta chọn tỉ lệ suất tải nhiệt của máy
AJ = 1850 A
2
/cm, theo hình 10.4 TL[1]
- Mật độ dòng điện:

)/(4,7
250
1850
2
1
mmA
A
AJ

J ===
- Tiết diện dây sơ bộ:

)(9027,0
4,711
68,6

2
111
1
/
1
mm
Jna
I
S =
ìì
==
n
1
: số sợi ghép song song, chọn n
1
= 1
Theo phụ lục VI, bảng VI.1 TL[1]. Chọn dây đồng tráng men PETV có các
kích thớc sau đây:
+ Tiết diện dây: 0,9027 (mm
2
)
+ Đờng kính dây cha kể cách điện: d = 1,08 (mm)
+ Đờng kính dây kể cả cách điện: d

cđ
= 1,16 (mm)
Động cơ có h = 112cm, do đó ta chọn dây quấn một lớp bớc đủ đặt vào rãnh nữa
kín
- Bớc cực

: khoảng cách giữa hai cực kế tiếp, tính bằng số rãnh.
y
1
= =
9
4
36
2
1
==
p
Z
- Hệ số bớc rãi:

96,0
2
30
sin3
2
30
3sin
2
sin.
2

sin
1
1
===


q
q
k
r
- góc độ điện giữa hai rãnh kề nhau:
0
1
20
36
360.2
360.
===
Z
p

- Hệ số dây quấn:
k
d
=k
r
= 0,96
2.6. Từ thông qua khe hở không khí
( )


- Từ thông khe hở không khí xác định theo công thức sau:
8
)(00411,0
2405096,012,14
220965,0
4
.
11
1
Wb
Wfkk
Uk
ds
E
=
ìììì
ì
==
2.7. Mật độ từ thông khe hở không khí
( )

B
- Mật độ từ thông khe hở không khí xác định theo công thức:

1
4
l
10.
B



=



)(85,0
7.65,9.71,0
10.00411,0
4
T==
2.8. Sơ bộ định chiều rộng của răng (b
Z1
)
- Sơ bộ chiều rộng của răng stato xác định theo công thức sau:
cz
Z
klB
tlB
b


11
1
/
1

=
)(54,0
95,0777,1
07,1785,0

cm=
ìì
ìì
=
Do lõi thép ngắn nên việc tản nhiệt không khó khăn, vì vậy giữa lõi thép không có
rãnh thông gió hớng kính, do đó chiều dài tính toán lõi thép

l
bằng chiều dài thực của lõi
thép stato l
1
B
z1
: mật độ từ thông trong răng stato, ứng với động cơ có chiều cao tâm trục
( )
mmh 13250 ữ=
và số cực 2p = 4 thì
( )
TB
Z
95,175,1
1
ữ=
, ta chọn B
Z1
= 1,77T
k
C
: Hệ số ép chặt. Hệ số ép chặt lõi cực từ chỉ quan hệ giữa chiều dài phần thép với
chiều dài thực của lõi thép. Hệ số này phụ thuộc vào áp suất ép chặt lõi thép, độ không

đồng đều của bề dày lá thép, chiều dày lớp sơn cách điện và chiều dày lõi thép. Khi chiều
dày lõi thép không quá
( )
cm1514 ữ
thì không cần phủ sơn. Lõi thép stato của động cơ
không đồng bộ đợc làm bằng thép kỹ thuật điện dày 0,5mm. Ta chọn k
C
= 0,95.
2.9. Sơ bộ định chiều cao của gông stato (h
g1
)
- Sơ bộ chiều cao của gông xác định nh sau:
cg
g
klB
h
2
10.
11
4
/
1

=
)(93,1
95,076,12
10.00411,0
4
cm=
ììì

=
B
g1
: mật độ từ thông trong gông stato, với chiều cao tâm trục
( )
mmh 13250 ữ=
, 2p
= 4, kiểu máyIP44, B
g1
=
( )
T6,145,1 ữ
, ta chọn B
g1
= 1,6T
2.10. Chọn kích thớc rãnh và cách điện:
Kích thớc rãnh và cách điện của rôto xác đinh nh sau:
+ b
41
= d
cđ
+ 1,5 = 1,16 + 1,5 = 2,66 (mm)
+ h
41
=
( )
8,04,0 ữ
; chọn h
41
= 0,6 (mm)


( )
mmh
d
hh
r
47,106,0
2
26,7
7,14
2
41
2
112
===
9
+
)(7,1493,1
2
3,121,19
'
2
11
mmh
DD
h
g
n
r
=


=

=

+
( )
( )
( )
mm
Z
ZbhD
d
zgn
6
14,336
36.4,56,0212314,3
2
1
1
'
11
1
=

ì
=

+
=



+
( )
( )
( )
mm
Z
ZbhD
d
z
26,7
14,336
364,53,19219114,3
2
1
1141
2
=
+
ìì+
=
+

+
=





Hình 2.1: Kích thớc rãnh stato.
Theo bảng VIII.1 phụ lục VIII chọn chiều dày cách điện rãnh là: c = 0,25 mm , Chiều
dày cách điện phía miệng rãnh c
m
= 0,35 mm
- Diện tích rãnh trừ nêm:(chọn h
n
= 2,5 mm)
=
'
r
S
8
)(
28
2
1
12
21
2
2
d
hh
bdd
n

+
+
+
=

( )
2
22
65,87
8
6.14,3
)5,247,10(
2
26,76
8
26,7.14,3
mm=+
+
+
- Diện tích cách điện rãnh :

mcd
c
d
chh
d
S .
2
.22
2
1
4112
2

+







++=
10
( )
2
68,11
35,0.
2
6.14,3
25,0.6,0.247,10.2
2
26,7.14,3
mm=
+






++=

- Diện tích có ích của rãnh :
=
/

rr
SS
S
c
= 87,65-11,68= 75,97 (mm
2
)
- Hệ số lấp đầy rãnh:
k
đ
=
708,0
97,75
16,1.1.40

2
2
11
==
r
cdr
S
dnu
Trị số của hệ số lấp đầy k
đ
nên lấy trong khoảng
( )
75,07,0 ữ
là hợp lý, k
đ

không
nên lấy quá 0,8 và nh vậy khi đặt dây quấn vào rất khó khăn và dễ làm cho dây bị xây xát,
k
đ
nhỏ quá nhỏ quá thì không lợi dụng triệt để đợc rãnh và khi động cơ làm việc do lực
điện từ dây sẽ bung và sẽ làm h hỏng cách điện của dây.
2.11. Bề rộng răng stato (b
Z1
)
- Bề rộng răng rôto xác định nh sau:
( )
( )
)(35,56
36
66,0.212314,3
2
/
1
1
1
141
/
1
mmb
d
Z
dhD
b
Z
Z

=
++
=

++
=


( )
( )( )
)(39,526,7
36
6,047,10212314,3
)2(
//
1
2
1
4112
//
1
mmb
d
Z
hhD
b
Z
Z
=
++

=

++
=


)(37,5
2
39,535,5
2
//
2
/
1
1
mm
bb
b
zz
z
=
+
=
+
=
2.12. Chiều cao gông stato (h
g1
)

)(1,18

6
26,7
7,14
2
123191
62
1
2
1
mmh
d
h
DD
h
g
r
n
g
=

=


=
2.13. khe hở không khí
( )

Khi chọn khe hở không khí

ta cố gắng lấy nhỏ để dòng không tải nhỏ

và cos

cao. Nhng khe hở nhỏ làm cho việc chế tạo và lắp ráp thêm khó khăn,
stato dễ chạm với roto làm tăng thêm tổn hao phụ và điện kháng tản tạp của động
cơ tăng lên.
11
Việc chọn khe hở không khí

chủ yếu dựa vào công thức kinh nghiệm:

1000
25,0
D
+=


)(35,0
1000
123
25,0 mm=+=
Với động cơ có 2p = 4, h = 112mm. Theo bảng 10.8 TL[1] ta chọn

=0,3
(mm).
Tóm lại: Sau khi thiết kế lá thép stato ta nhận thấy mật độ từ thông trong răng,
gông stato nằm trong phạm vi cho phép, lõi thép stato có đủ độ bền cơ khí,
không bị biến dạng khi gia công cũng nh lắp ráp. Số rãnh cũng nh kích thớc
rãnh đựoc chọn là hợp lý.
Công nghệ chế tạo lõi thép stato:
Để chế tạo lõi thép stato từ thép kỹ thuật điện ta dùng phuơng pháp dập phức

hợp. Đây là phơng pháp mà mỗi lần dập có thể cắt đợc nhiều hình. u điểm của ph-
ơng pháp này là cho năng suất và độ chính xác cao, tuy nhiên việc chế tạo khuôn
dập phức hợp rất khó khăn và đắt tiền.
Phơng pháp dập 3 đờng kính: Đây là phơng pháp thông dụng của các nhà máy.
+ Bớc 1: Dập rãnh stato
+ Bớc 2: Dập rãnh roto, lỗ thông gió
+ Bớc 3: Dập đờng kính ngoài lá thép stato, đờng kính trong và lỗ trục . u
điểm của phơng pháp này là lực dập của các bớc tơng đối đồng đều, bởi vì 3 đờng kính:
đờng kính trục, đờng kính ngoài, đờng kính trong của lá thép stato đều dập một lần nên
độ đồng tâm rất cao.
Việc cách điện các lá thép stato và roto đợc thực hiện bằng phơng pháp oxi hoá
trên bề mặt lá thép. Xử lý độ bavia bằng phơng pháp dũa.
Với dây quấn 3 pha đồng tâm một lớp bớc đủ 2 mặt phẳng có Z
1
= 36, 2p = 4, q
1
=
3 . Ta có góc lệch pha giữa 2 cạnh liên tiếp:
0
1
20
36
360.2
360.
===
Z
p

93.3.
1

==== qmy

* Pha A gồm:
3 phần tử tạo thành bởi các cạnh tác dụng (1-12), (2-11) và (3-10) dới đôi cực thứ
nhất
3 phần tử tạo thành bởi các cạnh tác dụng (19-30), (20-29) và (21-28) dới đôi cực
thứ hai
* Pha B:
3 phần tử tạo thành bởi các cạnh tác dụng (7-18), (8-17) và (9-16) dới đôi cực thứ
nhất
12
3 phần tử tạo thành bởi các cạnh tác dụng (25-36), (26-35) và (27-34) dới đôi cực
thứ hai
* Pha C:
3 phần tử tạo thành bởi các cạnh tác dụng (13-24), (14-23) và (15-22) dới đôi cực
thứ nhất
3 phần tử tạo thành bởi các cạnh tác dụng (31-6), (32-5) và (33-4) dới đôi cực thứ
hai
Đem nối tiếp các phần tử thuộc cùng 1 pha ta đợc dây quấn 3 pha
Hình 2.2. Dây quấn stato
2.14 . Quá trình tẩm sấy dây quấn stato.
Dây quấn động cơ sau khi chế tạo xong đợc chuyển dến phân xởng tẩm sấy. ở
phân xởng này, dây quấn đợc sấy khô rồi đem nhúng vào một loại sơn cách điện nào đó,
sau đó lại đem sấy khô. Mục đích của công đoạn này là nâng cao tuổi thọ cách điện của
dây quấn (Tăng cao tuổi thọ cho động cơ).
Quá trình tẩm sấy: vật liệu cách điện trớc khi tẩm bao giờ cũng nhiễm ẩm kể cả
vật liệu cao cấp. Do đó trớc khi tẩm cần phải sấy khô toàn bộ dây quấn. Hơi ẩm trong
cách điện sẽ hổn hợp với nớc trong sơn và đợc loại trừ khi sấy khô.
Nhiệt độ sấy càng cao thì quá trình bay hơi nớc càng nhanh nhng không đợc cao
quá cấp chịu nhiệt tơng ứng với vật liệu cách điện đó. Có thể đẩy nhanh quá trình sấy khô

T
T T
T
13
dới áp suất thấp, nhng chú ý trớc khi hút chân không phải sấy nóng dây quấn đến nhiệt độ
định mức.
Phơng pháp tẩm cơ bản là nhúng toàn bộ dây quấn đã sấy khô (còn nóng) vào sơn
cách điện. Sơn đợc thấm sâu vào lớp cách điện. Sơn đợc thấm sâu vào lớp cách điện nhờ
mao dẫn và áp suất do khối lợng bên trên tạo ra. Số lần tẩm sơn phụ thuộc vào điều kiện
làm việc của động cơ và loại cách điện dợc dùng.
Khi tẩm trong bình chân không và áp lực phải tuân theo một qui trình định trớc,
đảm bảo thời gian và áp lực qui định(từ 3 đến 5 phút dới áp lực từ 7 đến 8kg/cm
2
).
Sau khi tẩm để ráo sơn, tiếp tục sấy khô sơn. Giai đoạn sấy khô có thể chia thành
2 công đoạn: loại trừ dung môi của sơn và thiêu kết lớp màn sơn. Thời gian sấy và nhiệt
độ sấy tuỳ thuộc vào điện trở của cách điện vật liệu.
CHƯƠNG 3 : XáC ĐịNH dây quấn , RãNH Và GÔNG RÔTO
3.1. Chọn số rãnh roto (Z
2
)
Việc chọn số rãnh roto lồng sóc (Z
2
) là một vấn đề quan trọng vì khe hở không khí
nhỏ. Khi mở máy momen phụ do từ trờng sóng bậc cao gây nên ảnh hởng rất lớn đến quá
trình mở máy và ảnh hởng đến dặc tính làm việc. Vì vậy để có tính năng tốt, khi chọn Z
2
phải tuân theo một sự hạn chế nhất định để giảm mômen phụ. Kết quả của việc nghiên
cứu lý thuyết và thực nghiệm cho phép chọn Z
2

thích hợp có thể hạn chế đợc các mômen
phụ, cũng nh mômen gây rung và tiếng ồn.
Trong những động cơ công suất nhỏ, ta chọn Z
2
<Z
1
để cho răng rãnh roto khỏi quá
nhỏ.
14
Thiết kế dạng rãnh cũng là xác định diện tích rãnh(tức diện tích thanh dẫn lồng
sóc). Ngày nay, với những động cơ có chiều cao tâm trục
( )
mmh 35550 ữ=
lồng sóc đợc
đúc bằng nhôm, trong đó khi
( )
mmh 25050 ữ=
đợc đúc bằng áp lực.
Số rãnh rôto chọn theo số rãnh statovà số đôi cực
Theo bảng 10.6 TL[1] với Z
1
= 36, chọn Z
2
= 28 rãnh
3.2. Đờng kính ngoài rôto (D )
Đờng kính ngoài rôto đợc xác định nh sau:



2

/
=
DD

)(24,1203,0.23,12 cm==
3.3. Bớc răng rôto (t
2
)
Khoảng cách giữa các cạnh cùng một phía của hai răng kề nhau:


2
/
2
.
Z
D
t

=

)(372,1
28
24,12.14,3
cm==
3.4. Sơ bộ định chiều rộng răng roto (b

Z2
)
Chiều rộng răng rôto xác định theo công thức nh sau:


cz
z
klB
tlB
b


22
22
/
2

=

)(7,0
95,075,1
372,185,0
cm=
ì
ì
=
Theo bảng 10.5b TL[1] với h =112mm, 2p = 4, chọn B
Z2
= 1,75 (T): Mật độ từ
thông răng rôto.
3.5. Đờng kính trục roto (D
t
)



t
D
= 0,3.D
= 0,3
ì
12,24 = 3,672 (cm). .
Chọn : D
t
= 3,7 (cm)
3. 6. Dòng điện trong thanh dẫn roto (I
td
)
15
)(5,286
28
96,02406
68,687,0
6
.
2
1
12
AI
Z
kW
IkII
td
d
Itd

=
ìì
ìì=
==
Với cos
83,0=

theo hình 10.5 TL[1] chọn k
I
= 0,87.
3.7. Dòng điện trong vành ngắn mạch (I
v
)
Dòng điện vành ngắn mạch xác định theo dòng điện trong thanh dẫn
)(82,3
28
180.2
sin2
5,286
.
sin2
2
AI
Z
p
I
I
v
td
V

==
=

3.8. Tiết diện thanh dẫn bằng nhôm (S
td
)
Với động cơ không đồng bộ roto lồng sóc , do diện tích rãnh roto đồng thời là tiết
diện thanh dẫn, vì vậy phải thiết kế tiết diện rãnh roto sao cho nằm trong phạm vi cho
phép. Mật độ dòng điện trong thanh dẫn nằm trong phạm vi
( )
2
/5,35,2 mmAữ

)(85,81
5,3
5,286
2
2
mmS
J
I
S
td
td
td
==
=
J
2
: là mật độ dòng điện trong thanh dẫn

Do thanh dẫn đúc nhôm nên J
2
= (2,5
ữ
3,5), chọn J
2
= 3,5(A/mm
2
)
3.9. Tiết diện vành ngắn mạch (S
v
)
Theo trang 234, TL[1] thì mật độ trong vành ngắn mạch thấp hơn mật độ dòng
điện trong thanh dẫn từ
( )
%3020 ữ
, vì vậy ta chọn J
v
= 80% J
2
J
v
= 0,8.3,5 = 2,8
( )
2
/ mmA
)(230
8,2
82,643
2

mm
J
I
S
V
V
V
===
3.10. Kích thớc rãnh roto và vành ngắn mạch
+sơ bộ định chiều cao gông roto

( )
cm
klB
h
cg
g
57,2
95,0.7.2,1.2
10.00411,0
.2
10.
4
22
4
'
2
==

=

B
g2
: mật độ từ thông trong gông roto, theo bảng 3.3 TL[2] chọn B
g2
= 1,2 T
Với động cơ không đồng bộ roto lồng sóc có h < 160 mm ta chọn
16
+ b
42
= 1 (mm)
+ h
42
= 1 (mm)
( )
( )
( )
mm
Z
ZbhD
d
z
84,5
14,328
7.281.24,12214,3
.2
2
2
'
242
'

1
=
+
−−
=
+
−−
=
π
π
( )
( )
( )
mm
Z
ZbhD
d
zgt
28,3
14,328
7.287,25.23714,3
2
2
2
'
2
'
2
2
=

−
−+
=
−
−+
=
π
π
( )
( )
( )
mmh
dbZ
dhDh
z
45,11
14,3
28,3728
84,51.24,122
2
1
2
2
1
12
2
'
22
142
'

12
=






+
−−−=






+
−−−=
π
( )
mmhh
dd
h
r
17145,11
2
28,384,5
2
4212
21

2
=++
+
=++
+
=
+BÒ réng r¨ng roto

( )
( )
( )
mmd
Z
hdD
b
gt
z
728,3
28
7,25.228,33714,3
2
2
2
'
22
'
2
=−
++
=−

++
=
π

( )
( )
( )
mmd
Z
hdD
b
z
784,5
28
84,51.24,12214,3
2
1
2
421
'
''
2
=−
−−
=−
−−
=
π
( )
mm

bb
b
zz
z
7
2
77
2
''
2
'
2
2
=
+
=
+
=
+ChiÒu cao g«ng r«to
( )
mm
d
h
DD
h
r
t
g
15,25
6

28,3
17
2
374,122
62
2
2
'
2
=−−
−
=−−
−
=
+ DiÖn tÝch r·nh r«to :
H×nh 3.1. kÝch thíc r·nh roto
17
( )
( )
)(82,69
2
28,384,5
45,1128,384,5
8
14,3
28
222
2
21
12

2
2
2
12
mmS
dd
hddS
r
r
=






+
++=






+
++=

+ Kích thớc vành ngắn mạch :
Hình 3.2. Kích thớc vành ngắn mạch
Theo trang 234,TL[1], chiều cao vành ngắn mạch

2
2,1
r
hb
ta chọn
( )
mmhb
r
2217.294,1294,1
2
===
( )
mm
b
S
a
v
45,10
22
230
===

+Diện tích vành ngắn mạch:

S
VNM
= a.b = 10,45
ì
22= 230 (mm
2

)
Đờng kính trung bình của vành ngắn mạch
( )
mmbDD
v
4,99224,121
''
===
( )
mmDD 4,12114,1221
'''
===
+ Kích thớc và số cánh quạt đầu vành ngắn mạch:
ở 2 đầu vành ngắn mạch đúc liền cánh giải nhiệt, số cánh và kích thớc nh sau:
Theo bảng 10.7,TL[1] với h = 112 (mm), 2p = 4, chọn số cánh N
c
= 11(cánh)
Theo hình 10.9a, TL[1] với h = 112mm, chọn cánh quạt có L
d
= 30,45mm
h
d
= 20mm, b
1c
= 6mm, b
2c
= 4mm
Hình 3.3. Kích thớc cánh tản nhiệt đầu vành ngắn mạch

3.11. làm nghiêng rãnh roto (b

n
)
Để giảm lực ký sinh tiếp tuyến và hớng tâm, ta làm nghiêng rãnh ở roto hay stato,
vì làm nh thế có thể triệt tiêu sóng điều hoà răng.Thông thờng ta làm nghiêng rãnh ở roto
Độ nghiêng bằng một bớc rãnh stato:
b
n


t
1
= 1,07cm
D
v
a
b
1c
b
2c
18
CHƯƠNG 4 :TíNH TOáN MạCH Từ
Mục đích của việc tính toán mạch từ là xác định sức từ động cần thiết để tạo ra ở khe
hở không khí một từ thông có thể sinh ra sức điện động đã xác định ở phần dây quấn phần
ứng. Do tính chất đối xứng của máy điện, từ thông sinh ra ở mỗi cực từ đợc phân bố thành
hai phần bằng nhau bởi trục cực từ, các phần này cùng với các phần khác của cực từ kế
cận tạo thành những mạch từ khép kín. Số cực từ này bằng đúng số cực từ của máy điện.
Vì vậy khi tính toán ta chỉ cần tính mạch từ ở một đôi cực. Nếu ký hiệu sức từ động của
mạch từ là F thì vì mạch từ gồm nhiều đoạn nối tiếp nhau nên theo định luật toàn dòng
điện ta có:
WIFlHdlHF

xxx
====



H
x
: Cờng độ từ trờng (A/cm)
L
x
: Chiều dài đoạn mạch từ bất kỳ của mạch từ
F
x
; Sức từ động ở đoạn mạch từ l
x
Mạch từ của động cơ gồm 5 đoạn nối tiếp: khe hở không khí, răng roto, răng stato,
gông stato và gông roto. Súc từ động của mỗi đôi cự từ bằng tổng sức từ động của các
đoạn mạch từ
F = F

+ F
Z1
+ F
Z2
+ F
g1
+ F
g2
Trong đó các ký hiệu


, Z, g chỉ khe hở không khí, răng và gông lõi thép, ký hiệu 1, 2
chỉ stato và roto. Căn cứ vào sức điện động cần thiết ở dây quấn phần ứng tịm đợc từ
19
thông

, theo kích thớc của động cơ tìm tiết diện s
x
của từng đoạn mạch từ, sau đó xác
định từ cảm B
x
của mỗi đoạn mạch từ
x
x
S
B

=
Theo trị số B
x
, sử dụng đờng cong từ hoá tơng ứng với loại vật liệu sắt từ tìm H
x
và
tính đợc H
x
.l
x
. Sau đó lấy tổng

5
1

.
xx
lH
để đợc sức từ động F của toàn mạch từ
4.1. Hệ số khe hở không khí (

k
)
Hệ số khe hở không khí đợc tính theo công thức :
+
19,1
03,067,507,1
07,1
.
11
1
1
=
ì
=

=


t
t
k
Với
1
=

+

/b5
)/b(
41
2
41
=
67,5
3,0/66,25
)3,0/66,2(
2
=
+

+
33,1
03,033,1372,1
372,1
.
22
2
2
=
ì
=

=



t
t
k
Với
33,1
3,0
1
5
3,0
1
5
2
42
2
42
2
=
+






=
+







=



b
b
]
20

22,133,119,1.
21
=ì==

kkk
Ta chọn loại thép kỹ thuật điện cán nguội loại 2211
4.2. Sức từ động khe hở không khí (

F
)
)(76,49710.03,022,185,06,110 6,1
44
AkBF =ììì==

4.3. Sức từ động ở răng stato (B
Z1
)
- Mật độ từ thông ở răng stato


)(8,1
95,053,0
07,185,0


11
11
1
T
klb
tlB
B
cZ
Z
=
ì
ì
==

- Cờng độ từ trờng trên răng stato:
ứng với loại thép 2211 và B
z1
= 1,8T Theo bảng V.6 phụ lục V TL[1] chọn H
Z1
=
27 (A/cm)
- Sức từ động trên răng stato:

)(312,6627288,12.2
1

/
11
AHhF
ZZZ
=ìì==
Với :
)(288,1
3
726,0
47,1
3
1
/
1
cm
d
hh
rZ
===
4.4. Sức từ động ở răng roto (B
Z2
)
- Mật độ từ thông ở răng roto:

)(75,1
95,07,0
372,185,0


22

22
2
T
klb
tlB
B
cZ
Z
=
ì
ì
==

- Cờng độ từ trờng trên roto:
ứng với loại thép 2211 và B
z2
= 1,75T Theo bảng V.6 TL[1].ta chọn
H
Z2
=22,2 (A/cm)
- Sức từ động trên răng roto:
)(596,702,2259,12.2
2
/
22
AHhF
ZZZ
=ìì==
Với :
)(59,1

3
328,0
7,1
3
2
/
2
cm
d
hh
zZ
===
- Hệ số bão hoà răng:

27,1
76,497
596,70312,6676,497
21
=
++
=
++
=


F
FFF
k
ZZ
Z

*Nhận xét: giá trị này gần đúng với trị số giả thiết ban đầu nên không cần tính lại.
4.5. Sức từ động ở gông stato (F
g1
)

- Mật độ từ thông trên gông stato:
21

)(7,1
95,0781,12
10.00411,0
2
10.
4
11
4
1
T
klh
B
cg
g
=
ììì
=

=
- Cờng độ từ trờng trên gông stato.
ứng với loại thép 2211 và B
g1

= 1,7T Theo bảng V.9 phụ lục V TL[1] chọn H
g1
=
21,8 (A/cm).
- Chiều dài mạch từ ở gông stato:

( )
)(57,13
4
)81,11,19(14,3
2
.
1
1
cm
p
hD
L
gn
g
=

=

=

- Sức từ động ở gông stato:

)(956,738,21.57,13.25,0.
111

AHLF
ggg
===

hệ số

đợc đa vào công thức trên là do sự phân bố mật độ từ thông không đồng
đều dọc the chiều dài mạch từ. Theo hình 4.16TL [1] ứng với B
g1
= 1,7T ta chọn
25,0=

4.6. Sức từ động trên gông roto (F
g2
)
- Mật độ từ thông trên gông roto:

)(53,1
95,07015,22
10.00411,0
2
10.
4
22
4
2
T
klh
B
cg

g
=
ììì
=

=
- Cờng độ từ trờng trên gông roto.
- Theo bảng V.9 phụ lục V Tl[1], ứng với B
g2
= 1,53T và loại thép 2211, chọn H
g2
= 10 (A/cm).

- Chiều dài mạch từ ở gông roto:
)(48,4
4
)015,27,3.(14,3
2
).(
2
2
cm
p
hD
L
gt
g
=
+
=

+
=

- Sức từ động ở gông roto:
F
g2
=

L
g2
.H
g2
= 0,3.4,48.10 =13,44 (A)
Theo hình 4.16, TL[1] ứng với B
g2
= 1,53T, ta chọn

= 0,3
4.7. Tổng sức từ động của mạch từ (F)
F =

F
+ F
Z1
+ F
Z2
+ F
g1
+ F
g2

F = 497,76 + 66,312 + 70,596 + 73,956 + 13,44
= 722 (A)
- Hệ số bão toàn mạch từ :

45,1
76,497
722
===

à
F
F
k
22
- Dßng ®iÖn tõ ho¸:

)(32,2
96,02407,2
7222
7,2
.
1
A
kW
Fp
I
d
=
××
×

==
µ
- Dßng ®iÖn tõ ho¸ phÇn tr¨m:

0
0
0
0
43,34100.
68,6
32,2
100. ===
dm
I
I
I
µ
µ
23
CHƯƠNG 5: THAM Số CủA ĐộNG CƠ ĐIệN ở CHế Độ ĐịNH MứC
Điện trở và điện kháng là những tham số của động cơ điện không đồng bộ roto lồng
sóc. Điện kháng đợc xác định bởi từ thông móc vòng với đơn vị dòng điện và tần số. Từ
thông móc vòng của động cơ trên có thể chia làm hai loại: Từ thông móc vòng cảm ứng t-
ơng hỗ(từ thông chính) và từ thông móc vòng tản từ. Mỗi loại có tính chất riêng của mình
trong việc xác định các đặc tính làm việc và các đặc tính khác của động cơ.
Dựa vào các điện trở ta có thể xác định các trị số tổn hao của dây quấn của động cơ
điện ở chế độ làm việc ổn định cũng nh trong quá trình quá độ. Trong thiết kế động cơ
điện không đồng bộ roto lồng sóc, việc tính toán điện trở và điện kháng của dây quấn là
một vấn đề khó khăn và là một vấn đề quan trọng.
5.1. Xác định điện trở của dây quấn

5.1.1. Chiều dài phần đầu nối của dây quấn stato (l
đ1
)
l
đ1
= k
đ1
.
y

+ 2B = 1,3.10,8 + 2.1 = 16,04 (cm)
Trong đó:
)(8,109
36
)47,13,12.(14,3
.
).(
1
1
cmy
Z
hD
r
y
=ì
+
=
+
=



Với 2p = 4 theo bảng 3.4 TL[1] = 4, chọn k
đ1
= 1,3; B = 1.
5.1.2. Chiều dài trung bình nửa vòng dây của dây quấn stato (l
tb
)
l
tb
= l
1
+ l
đ1
= 7 + 16,04 = 23,04 (cm)
5.1.3. Chiều dài dây quấn một pha của stato (L
1
)
L
1
= 2.l
tb
.W
1
.10
-2
= 2
ì
23,04
ì
240.10

-2
= 10,6 (cm)
+Chiều dài phần đầu nối dây quấn stato ra khỏi lõi sắt (f)
f = k
f1
.
y

+B = 0,4.10,8 +1 = 5,32(cm)
Với 2p = 4, theo bảng 3.4, TL[1] chọn k
f1
= 0,4
5.1.4. Điện trở tác dụng của dây quấn stato (r
1
)

)(663,2
9027,0.1.1
6,110
.
46
1
.1

.
1
111
1
75
1

0
==
=
r
Sna
L
kr
Cu
r

k
r
: Hệ số xét đến tổn hao tăng lên do từ tản làm cho mật độ dòng phân bố không
đồng đều ở tiết diện dây dẫn, với động cơ điện không đồng bộ khi tính toán điện
trở thờng lấy k
r
= 1
Theo bảng 5.1 TL[1] Điện trở suất của đồng

)m/mm(
46
1
2
75cu
0
=
- Tính theo đơn vị tơng đối:
24

08,0

220
68,6
663,2.
1
1
11
===

U
I
rr
5.1.5. Điện trở tác dụng dây quấn của roto (r
td
)
Điện trở tác dụng tính theo công thức sau :

)(10.43,0
82,69
10.7
.
23
1
10.
.
4
2
2
2
2
===




r
Altd
S
l
r

Theo bảng 5.1 TL[1] ta chọn điện trở suất của nhôm
)m/mm(
23
1
2
Al
=
5.1.6. Điện trở vành ngắn mạch (r
v
)
)(10.021,0
230.28
10.94,914,3
.
23
1
.
10
.
4
2

2
2
=
ì
==



v
v
Alv
SZ
D
r


5.1.7. Điện trở rôto (r
2
)
)(10.64,0
445,0
10.021,02
10.43,0
.2
4
2
4
4
2
2

=
ì
+=

+=



v
td
r
rr
Với
445,0
28
2.180
sin.2
.
sin.2
0
2
===
Z
p

5.1.8. Hệ số quy đổi (

)

4

2
2
2
11
10.275,2
28
)96,0240.(34
) (.4
=
ìì
==
Z
kWm
d

5.1.9. Điện trở roto đã quy đổi (r
;
2
)

)(45,110.64,010.275,2.
44
2
/
2
=ì==

rr

- Tính theo đơn vị tơng đối:


044,0
220
68,6
.45,1.
1
1
/
2
/
2
===

U
I
rr
5.2. Xác định điện kháng của dây quấn
5.2.1. Hệ số từ dẫn tản rãnh stato (
1r

)
25
ββ









++−+=λ 'k.
b
h
b
h
b2
b
785,0k.
b3
h
41
412411
1r

Trong ®ã :

1
4
131
4
31
/
=
×+
=
+
=
β
β

k

11.
4
3
4
1
.
4
3
4
1
/
=+=+=
ββ
kk
b’ = d
2
= 7,26 mm
b = d
1
= 6 mm
b
41
= 2,66mm
h
41
= 0,6 mm
h
1

= h
r1
- 0,1.d
2
- c - h
41
=14,7 - 0,1.7,26 - 0,25 - 0,6 = 13,12 (mm)
h
2
= -((d
1
/2) - c) = -((6/2) - 0,25) = -2,75(mm)

059,11.
66,2
6,0
6
75,2
62
66,2
785,01.
63
12,13
1
=







+−
×
−+
×
=⇒
r
λ

H×nh 5.1: kÝch thíc r·nh stato
b
41
h
41
h
1
h
2
b'
b
’
0,1b'