Đồ Án Tiết kiệm năng lượng điện bằng cách điều khiển hệ số công suất

PHẦN I. THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 5

CHƯƠNG 1. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ KẾT CẤU MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 5

I. Đại cương về máy điện không đồng bộ 5

II. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ 5

III. Cấu tạo của động cơ không đồng bộ 7

IV. Công dụng 9

V. Kết cấu của máy điện 9

CHƯƠNG 2. NHỮNG VẤN DỀ CHUNG KHI THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ RÔTO LỒNG SÓC 13

I. Ưu diểm 13

II. Khuyết điểm 13

III. Biện pháp khắc phục 13

IV. Nhận xét 13

V. Tiêu chuẩn sản suất động cơ 13

VI. Phương pháp thiết kế 14

VII. Nội dung thiết kế 14

VIII. Các tiêu chuẩn đối với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc 14

IX. Trình tự thiết kế 18

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 19

I. Xác định kích thước chủ yếu 19

II. Thiết kế stato 21

III. Thiết kế lõi sắt rôto 23

IV. Khe hở không khí 25

V. Tham số của động cơ điện không đồng bộ trong quá trình khởi động 26

PHẦN II. THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA RÔTO LỒNG SÓC 30

CHƯƠNG 1. KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU 32

1. Số đôi cực 32

2. Đường kính ngoài stato 32

CHƯƠNG 2. DÂY QUẤN, RÃNH STATO VÀ KHE HỞ KHÔNG KHÍ 34

1. Mã hiệu thép và bề dầy lá thép 34

2. Kết cấu stato của vỏ máy điện xoay chiều 34

4. Bước rãnh stato 34

5. Số thanh dẫn tác dụng của một rãnh ur1 35

6. Số vòng dây nối tiếp của một pha 35

7. Tiết diện và đường kính dây dẫn 35

8. Kiểu dây quấn 35

9. Hệ số dây quấn 37

10. Từ thông khe hở không khí Ф 37

11. Mật độ từ thông khe hở không khí Bδ và tải đường A 37

12. Sơ bộ định chiều rộng của răng b’z1 37

13. Sơ bộ chiều cao của gông stato hg1 37

14. Kích thước rãnh và cách điện 38

15. Diện tích rãnh trừ nêmS’r 38

16. Bề rộng răng stator bz1 39

17. Chiều cao gông stato 39

18. Khe hở không khí 39

CHƯƠNG 3. DÂY QUẤN, RÃNH VÀ GÔNG RÔTO 40

1. Số rãnh rôto Z2 40

2. Đường kính ngoài rôto D’ 40

3. Bước răng rôto t2 40

4. Sơ bộ định chiều rộng của răng rôto b’z2 40

5. Đường kính trục rôto Dt 40

6. Dòng điện trong thanh dẫn rôto Itd 40

7. Dòng điện trong vòng ngắn mạch Iv 41

8. Tiết diện thanh dẫn vòng nhôm S’td 41

9. Sơ bộ chọn mật độ dòng điện trong vòng ngắn mạch Sv = 2,5 A/mm2 41

10. Kích thước rãnh rôto và vòng ngắn mạch 41

11. Chiều cao vành ngắn mạch hv 41

12. Đường kính trung bình vành ngắn mạch Dv 41

13. Bề rộng vành ngắn mạch bv 41

14. Diện tích rãnh rôto Sr2 41

15. Bề rộng răng rôto ở 1/3 chiều cao răng 41

16. Chiều cao gông rôto hg2 42

17. Làm nghiên rãnh ở rôto bn 42

CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN MẠCH TỪ 43

1. Hệ số khe hở không khí 43

2. Dùng thép KTĐ cán nguôi 2211 43

3. Sức từ động khe hở không khí Fδ 43

4. Mật độ từ thông ở răng stator Bz1 43

5. Sức từ động trên răng stato 43

6. Mật độ từ thômg ở răng rôto Bz2 44

7. Sức từ động trên răng rôto Fz2 44

8. Hệ số bão hòa răng kz 44

9. Mật độ từ thông trên gông stator Bg1 44

10. Cường độ từ trường ở gông stator Hg1: theo Bảng V-9 (Phụ lục V, trang 611 TKMĐ), ta chọn 44

11. Chiều dài mạch từ ở gông stator Lg1 44

12. Sức từ động ở gông stator Fg1 44

13. Mật độ từ thông trên gông rôto Bg2 44

14. Cường độ từ trường ở gông rôto Hg2: theo Bảng V-9 (Phụ lục V, trang 611 TKMĐ), ta chọn 44

15. Chiều dài mạch hở gông rôto Lg2 44

16. Sức từ động ở gông rôto Fg2 45

17. Tổng sức từ động của mạch từ F 45

18. Hệ số bão hòa toàn mạch kà 45

19. Dòng điện từ hóa Ià 45

20. Dòng điện từ hóa phần trăm 45

CHƯƠNG 5. THAM SỐ ĐỘNG CƠ ĐIỆN Ở CHẾ ĐỘ ĐỊNH MỨC 46

1. Chiều dài phần đầu nối của dây quấn stator Lđ1 46

2. Chiều dài trung bình nửa vòng của dây quấn stator ltb 46

3. Chiều dài dây quấn một pha của stator L1 46

4. Điện trở tác dụng của dây quấn stator r1 46

5. Điện trở tác dụng của dây quấn rôto rtd 46

6. Điện trở vòng ngắn mạch rv 47

7. Điện trở rôto r2 47

8. Hệ số quy đổi γ 47

9. Điện trở rôto đã quy đổi 47

10. Hệ số từ dẫn tản rãnh stator λr1 47

11. Hệ số từ dẫn tản tạp stator 48

12. Hệ số từ tản phần đầu nối λđ1 48

13. Hệ số từ dẫn tản của stator 48

14. Điện kháng dây quấn stator x1 48

15. Hệ số từ dẫn tản rãnh rôto λr2 48

16. Hệ số từ dẫn tản tạp rôto 49

17. Hệ số từ dẫn tản phần đầu nối 49

18. Hệ sốtừ tản do rãnh nghiên 49

19. Hệ số từ tản rôto 49

20. Điện kháng tản dây quấn rôto 49

21. Điện kháng rôto đã quy đổi 49

22. Điện kháng hổ cảm x12 49

23. Tính lai kE 50

CHƯƠNG 6. TỔN HAO THÉP VÀ TỔN HAO CƠ 51

1. 51

2. Trọng lượng gông từ stato 51

3. Tổn hao sắt trong lõi sắt stato 52

4. Tổn hao bề mặt trên răng rôto 52

5. Tổn hao đập mạch trên răng rôto 53

6. Tổng tổn hao thép 53

7. Tổn hao cơ 53

8. Tổn hao không tải 53

CHƯƠNG 7. ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC 54

1. Hệ số C1 54

2. Thành phần phản kháng của dòng điện ở chế độ đồng bộ 54

3. Thành phần tác dụng của dòng điện ở chế độ đồng bộ 54

4. Sức điện động E1 55

5. Hệ số trượt định mức 55

6. Hệ số trượt tại momen cực đại 55

7. Bội số momen cực đại 55

CHƯƠNG 8. TÍNH TOÁN ĐẶC TÍNH KHỞI ĐỘNG 58

1. Tham số của động cơ điện khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s = 1 58

2. Tham số của động cơ điện khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài và sự bão hòa của mạch từ tản khi s=1 59

4. Dòng điện khởi động 61

5. Bội số dòng điện khởi động 61

6. Bội số momen khởi động 61

CHƯƠNG 9 TÍNH TOÁN NHIỆT 62

1. Các nguồn nhiệt trên sơ đồ thay thế nhiệt bao gồm 62

2. Nhiệt trở trên mặt lõi sắt stator 63

3. Nhiệt trở phần đầu nối dây quấn stator 63

4. Nhiệt trở đặc trưng cho độ chênh lệch giữa không khí nóng bên trong máy và vỏ máy 64

5. Nhiệt trở bề mặt ngoài vỏ máy 64

6. Nhiệt trở trên lớp cách điện rãnh 65

7. Độ chênh nhiệt của vỏ máy với môi trường 66

8. Độ tăng nhiệt của dây quấn stato 66

CHƯƠNG 10. TÍNH TOÁN THÔNG GIÓ VÀ LÀM NGUỘI 67

I. Hệ thống thông gió 67

II. Tính toán thông gió 68

1. Xác định lượng không khí cần thiết 68

III. Tính toán quạt gió 69

1. Đặc điểm của quạt ly tâm 69

2. Đặc tính của quạt ly tâm 69

1. Xác định lượng không khí cần thiết Q 70

2. Lượng khong khí tiêu hao cực đại 70

3. Tính toán quạt ly tâm 70

4. Chiều cao cánh quạt 73

5. Số cánh quạt 73

6. Kích thước quạt 73

7. Công suất quạt Pq 73

CHƯƠNG 11. TÍNH TOÁN CƠ 74

I. Tính toán trục 74

II. Chọn kích thước trục 75

2. Kiểm tra độ bền trục 75

3. Tính toán gối trục ở bi 78

4. Chọn vỏ máy 79

5. Chọn nắp máy 80

6. Kích thước tổng quát và chân đế của máy theo phụ lục I trang 598 (TKMD) 80

7. Chọn móc treo 80

CHƯƠNG 12. TRONG LƯỢNG VẬT LIỆU TÁC DỤNG VÀ CHỈ TIÊU SỬ DỤNG 82

1. Trọng lượng thép silic cầu chuẩn b 82

2. Trọng lượng dồng của dây quấn stato 82

3. Trọng lượng nhôm rôto (không kể cánh quạt ở vành ngắn mạch) 82

PHẦN III

TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG ĐIỆN BẰNG CÁCH ĐIỀU KHIỂN HỆ SỐ CÔNG SUẤT 83

1.Điều Khiển Hệ Số Công Suất- Mạch Chi Tiết Cơ Bản 83

2.Mạch Khuếch Đại Chế Độ Không Liên Tục Đến Với Chế Độ Liên Tục Cho Sư Điều Chỉnh Hệ Số Công Suất 85

3.Sự Ổn Định Điện Áp ngõ Vào Trong Bộ Khuếch Đại Chế Độ Liên Tục 88

4.Sự Ổn Định Ngõ Ra Trong Bộ Ổn Định Khuếch Đại Chế Độ Liên Tục .89

PHẦN 1. THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

CHƯƠNG 1. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ KẾT CẤU MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

I. Đại cương về máy điện không đồng bộ

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.

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 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 điều 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.

Ký hiệu của một động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc được ghi theo ký hiệu về tên gọi của dãy động cơ điện, ký hiệu về chiều cao tâm trục quay, ký hiệu về kích thước lắp đặt dọ trục và ký hiệu về số trục.