Roto lồng sóc

Bộ Công ThươngBộ Công ThươngTrường ĐH Công Nghiệp Hà NộiTrường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN

Đề tài: Thiết kế Rotor lồng sóc động cơ điện không đồng bộ

------------------------------

Phần 1. Giới thiệu về phần quay của động cơ KĐB rôto lồng sóc

Phần quay (Rôto) gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn.

a) Lõi thép Rotor - Lõi sắt rôto được làm bằng các lá thép kĩ thuật

điện, dập như hình 1. - Các lá thép sau khi ghép lại thành khối hình trụ mặt

ngoài hình thành các rãnh để đặt dây quấn rôto, ở giữa có lỗ để ghép trục.

- Trên thực tế, tổn hao sắt ở lõi thép rôto khi máy làm việc là rất nhỏ nên không cần dùng thép kĩ thuật điện. Nhưng để lợi dụng phần thép kĩ thuật điện sau khi dập lõi sắt stato, người ta dùng để ép lõi thép rô to luôn (hình dưới).


Hình ảnh về lá thép của rôto

a) b)

Hình 1. Lá thép rôto của máy điện không đồng bộ


b) Dây quấn rôto

- Dây quấn rôto của máy điện không đồng bộ chia thành hai loại: loại rôto kiểu dây quấn và loại rôto kiểu lồng sóc.

- Động cơ sử dụng Rotor kiểudây quấn có thể điều chỉnh tốc độ trong một chừng mực nhất định, có thể tạo momen khởi động lớn mà dòng khởi động không lớn lắm. Nhưng chế tạo phúc tạp, nên giá thành cao, và việc bảo quản cũng khó khăn.

- Động cơ kiểu Rotor lồng sóc có cấu tạo đơn giản, dễ sản xuất, nên chiếm một số lượng khá lớn trong các loại động cơ công suất nhỏ và trung bình…


Loại rôto kiểu dây quấn:

- Dây quấn được đặt trong rãnh của lõi thép rôto. Dây quấn 3 pha của rôto thường đấu hình sao (Y), ba đầu còn lại được nối với ba vòng trượt làm bằng đồng cố định ở đầu trục (hình 2-a), tì lên ba vòng trượt là ba chổi than (hình 2-b). Thông qua chổi than có thể ghép thêm điện trở phụ hay đưa sức điện động phụ vào mạch rôto để cải thiện đặc tính mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện cos. Khi làm việc bình thường dây quấn rôto được nối ngắn mạch


Hình 2. Rôto kiểu dây quấn (a) và sơ đồ mạch điện (b) tương ứng

a)

R

b)

Vòng trượt

Chổi than

Dây quấn rôto


Loại rôto kiểu lồng sóc (còn gọi là rôto ngắn mạch)

- Trong mỗi rãnh của lõi thép rôto đặt vào thanh dẫn bằng đồng hoặc bằng nhôm, hai đầu dài ra khỏi lõi thép. Các thanh dẫn được nối tắt lại với nhau ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch cũng bằng đồng hoặc nhôm tạo thành một cái lồng (quen gọi là lồng sóc) như ở hình3a.

- Để cải thiện tính năng mở máy, trong các máy có công suất tương đối lớn rãnh rôto thường làm rãnh sâu hoặc lồng sóc kép (2 rãnh lồng sóc). Trong máy điện cỡ nhỏ, rãnh rôto thường làm chéo đi một góc so với tâm trục để cải thiện dạng sóng s.đ.đ (hình 3b).


Hình 3. Dây quấn rôto lồng sóc (a) và rôto lồng sóc rãnh chéo (b)

a) b)


Ngoài ra ở phần quay của động cơ KĐB roto lồng sóc còn có các bộ phận khác như trục máy, cánh quạt làm mát (với động cơ cỡ nhỏ).

Phần 2. Rôto kiểu lồng sóc 2.1 Đặc điểm loại động cơ rotor kiểu lồng sóc

Ưu điểm

- Cấu tạo đơn giản (nhất là loại đúc nhôm). Do đó chiếm một số lượng khá lớn trong loại động cơ điện công suất nhỏ và trung bình.

Nhược điểm

- Điều chỉnh tốc độ khó khăn.

- Dòng khởi động lớn. Thường là gấp 6 ÷7 lần dòng điện định mức.

Để khắc phục nhược điểm này người ta đã chế tạo động cơ KĐB rotor lồng sóc với nhiều cấp tốc độ. Và dùng rotor rãnh sâu, lồng sóc kép để hạ dòng điện khởi động, đồng thời tăng mômen khởi động.

Phần 2. Rôto kiểu lồng sóc 2.2 Thiết kế lõi sắt rotor

Hình ảnh về lõi sắt Rotor

(a)


Chọn số rãnh rotor

- Việc chọn số rãnh rôto lồng sóc (Z2) là một vấn đề quan trọng vì khe hở không khí của máy nhỏ, khi mở máy momen phụ do từ thông sóng bậc cao gây nên ảnh hưởng đến quá trình mở máy và ảnh hưởng cả đến đặc tính làm việc.

- Việc chọn Z2 thích hợp sao cho có thể hạn chế các momen phụ đồng bộ, không đồng bộ. Cũng như momen phụ gây rung và ồn ta tuân theo sự phối hợp số rãnh Stator (Z1) và số rãnh rotor (Z2) như sau:


Để loại trừ momen phụ đồng bộ khi mở máy, cần chọn:

+ Z2 ≠ Z1

+ Z2 ≠ 0,5 . Z1

+ Z2 ≠ 2 . Z1

+ Z2 ≠ 6 . P . g với g=1,2,3…


Để tránh momen đồng bộ khi quay ,ta chọn:

+ Z2 ≠ (6 .p ± 2pg)

+ Z2 ≠ (Z1 ± 2p)

+ Z2 ≠ (2Z1 ± 2p)

+ Z2 ≠ (0,5 ± p)

+ Z2 ≠ (Z1 ± p)


Để tránh lực hướng tâm do momen không đồng bộ

sinh ra trong khi quay ,cần chọn:

+ Z2 - Z1 ≠ 0, 1, 2

+ Z2 – Z1 ≠ p, p+1

+ Z2 – Z1 ≠ 2p, 2p ± 1, 2p ± 2

+ Z2 – Z1 ≠ 2p

Phần 2. Rotor kiểu lồng sóc 2.2 Thiết kế lõi sắt rotor

Để giảm bớt sóng hài bậc cao hay còn gọi là lực điện từ họa tần bậc cao, giúp cho Rotor chạy êm hơn. Người ta thường làm nghiêng rãnh ở Rotor, và nghiêng một bước răng Stator

- Khi làm nghiêng rãnh thì sự phối hợp số rãnh Z1 và Z2 cho phép rộng rãi hơn. Tuy vậy nó sẽ làm cho momen cực đại và cosφ hạ thấp xuống một ít. Vì vậy không nên lấy bn

quá lớn

1n

Db

Z


Thường trong các máy KĐB công suất nhỏ ta chọn

Z2 < Z1 để cho răng rãnh Rotor khỏi quá nhỏ.

Trong các máy KĐB công suất lớn , để giảm điện kháng tản Rotor, ta chọn Z2 > Z1


Chọn dạng rãnh cho Rotor - Thiết kế dạng rãnh Rotor cũng là xác định diện tích rãnh

(tức là diện tích thanh dẫn của lồng sóc)

- Do điện trở r2 và điện kháng tản x2 của Rotor có quan hệ với hình dạng rãnh Rotor nên khi Stator đã thiết kế xong thì việc thiết kế dạng rãnh Rotor trực tiếp ảnh hưởng đến tính năng của máy

- Ngày nay, với những máy có chiều cao tâm trục h = 50 ÷ 355 mm thường lồng sóc được đúc bằng nhôm + Khi h = 50 ÷ 250 mm thường sử dụng phương

pháp đúc áp lực + Khi h > 280 mm dùng phương pháp đúc rung hay

đúc trọng lực


- Dạng rãnh như hình bên thường dùng cho máy KĐB Rotor lồng sóc có chiều cao tâm trục h < 160 mm. Trong đó thường lấy:

b42 = 1mm,h42 = 0,5÷1mm

d1/ d2=(6,5÷7,5)/(4÷6)mm

hr2 = 10÷20 mm

hr2 h12

d2

d1

b42

h42

Hình 4

Một vài dạng rãnh Rotor thông dụng để tham khảo


- Khi h ≥ 180 mm ta dùng rãnh sâu hình ôvan như hình bên. Với các kích thước:

b42 = 1,5 mm,

h42 = 0,5 ÷ 1,5 mm

d1 = d2 = br2= 3,5 ÷ 6mm

h1 hr2

b42

h42

d1

d1


- Động cơ càng lớn, tốc độ càng cao thì chiều sâu của rãnh Rotor hr2 càng lớn

45°

45°

h1

b42

br2

h42

hr2


Thiết kế rãnh Rotor phải làm sao cho mật độ từ thông ở răng và gông Rotor phải nằm trong phạm vi thích hợp (tham khảo các bảng 10.5 trang 240 giáo trình thiết kế máy điện). Trước khi thiết kế rãnh phải định kích thước tối thiểu của răng và gông Rotor.

Mặt khác tiết diện rãnh Rotor cũng chính là tiết diện thanh dẫn lồng sóc vậy nên phải tính toán sao cho mật độ dòng điện trong thanh dẫn Rotor thích hợp:

- Đối với thanh dẫn đúc bằng nhôm, mật độ dòng điện trong thanh dẫn Jtd = 2,5 ÷ 3,5 A/ mm2

- Đối với thanh dẫn đúc bằng đồng mật độ dòng điện trong thanh dẫn Jtd = 4 ÷ 8 A/ mm2


Mật độ dòng điện ở vòng ngắn mạch Jv chọn thấp hơn mật độ dòng điện trong thanh dẫn 20 ÷ 25 %

Dòng điện trong thanh dẫn

- Trong đó kI tra theo hình 10-5 trang 244 giáo trình TKMĐ

Dòng điện trong vòng ngắn mạch

1 1 1 1 12 1 1

2 2 2 2

w 6

wd d

td I Id

m k w kI I k I k I

m k Z

2

2sin

tdv

II

pZ


Tiết diện sơ bộ của thanh dẫn Std

Tiết diện sơ bộ của vành ngắn mạch Sv

Chiều cao vành ngắn mạch thường lấy cao hơn chiều cao rãnh Rotor

tdtd

td

IS

J

vv

v

IS

J

21,2v rb h


Hình ảnh vành ngắn mạch trong Rotor lồng sóc


Ở hai vành ngắn mạch thường đúc liền cánh quạt. Kích thước cánh như hình 10-9 và số cánh theo bảng 10-7 trang 250 giáo trình thiết kế máy điện.

Điều cần chú ý là khi tính chiều cao gông hg2 cần phải biết đường kính trục. Đường kính này được xác định qua tính toán cơ về trục.

Khi Rotor có giá đỡ trục thì đường kính trong lõi sắt Rotor được thiết kế theo yêu cầu đảm bảo mật độ từ thông ở gông Rotor nằm trong phạm vi cho phép.


Đối với lõi sắt Rotor của động cơ điện cao áp U = 6000 V với chiều cao tâm trục h ≥ 400 mm, cũng như lõi sắt Rotor động cơ dây quấn, bề mặt các lá tôn đều được phủ sơn cách điện.

Chiều dài lõi sắt Rotor l2 thường thiết kế bằng chiều dài lõi sắt Stator l1 hoặc dài hơn 4 đến 10 mm


Một vài dạng rãnh Rotor đặc biệt

- Dạng rãnh Rotor lồng sóc kép

Cũng như dạng rãnh sâu, dạng lồng sóc kép làm cho cosφ xấu đi và cosφ càng thấp khi hệ số phẩm chất càng lớn. (mk là bội số momen khởi động, ik là bội số dòng điện khởi động)

kpc

k

mk

i


Một vài kiểu rãnh áp dụng cho Rotor lồng sóc rãnh sâu và Rotor lồng sóc kép


- Đối với những động cơ quay nhanh hay công suất lớn ta có thể dùng rãnh Rotor hình chai hoặc hình chêm. Cấu tạo các kiểu này đơn giản hơn kiểu lồng sóc kép mà tính năng khởi động cũng tốt.

- Đối với những động cơ quay nhanh hay công suất lớn ta có thể dùng rãnh Rotor hình chai hoặc hình chêm. Cấu tạo các kiểu này đơn giản hơn kiểu lồng sóc kép mà tính năng khởi động cũng tốt.

Phần 2. Rotor kiểu lồng sóc 2.3 Thiết kế dây quấn rotor

Dây quấn Rotor lồng sóc là các thanh dẫn bằng đồng hay nhôm đặt trong rãnh Rotor, dài ra khỏi lõi sắt và được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch cũng bằng đồng hay nhôm.

Nếu là rôto đúc nhôm thì trên vành ngắn mạch còn có các cánh khoáy gió.Dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt.

Rotor bar

(b)

Figure 13.2 Pole-specific short circuits: (a) 2-pole short circuit; (b) 4-pole short circuit


Dây quấn Rotor đúc nhôm với các cánh khoáygió trên vành ngắn mạch


Đối với lồng sóc kép: có 2 lớp thanh đồng, thanh đồng lớp trong hơi nhỏ hơn lớp ngoài một chút. Có 2 vành ngắn mạch riêng biệt.

Đối với lồng sóc rãnh sâu: thanh đồng có thiết diện hình chữ nhật, đầu hơi vạt xéo phía trên. Vành ngắn mạch sẽ nằm sát với đáy dưới.


Một vấn đề nữa cần xét đến khi thiết kế dây quấn của Rotor kiểu lông sóc, đó là sự thay đổi của điện trở Rotor r2 và điện kháng Rotor x2 khi khởi động

- Khi khởi động do tần số Rotor cao nên do hiện tượng hiệu ứng mặt ngoài, dòng điện sẽ tập trung lên phía trên rãnh. Vì vậy ta cần xác định độ sâu quy đổi hr của rãnh. Và dựa trên cơ sở đó xác định điện trở của thanh dẫn đặt trong rãnh.

- Tiến hành tương tự như vậy ta tìm được chiều sâu quy đổi của rãnh hx và theo đó sẽ xác định được điện kháng của thanh dẫn.


Trình tự tính toán và các biểu thức tính các tham số r2 và x2 được nêu chi tiết trong các trang 254 ÷ 258 của cuốn giáo trình thiết kế máy điện. (các bạn đọc tham khảo thêm)

Phần 2. Rotor kiểu lồng sóc 2.4 Một số hình ảnh về Rotor lồng sóc

Quạt thổi hơi sử dụng Rotor lồng sóc


Một số sản phẩm Rotor đúc liền khối


Rotor đúc liền khối

The endThe end

Nhóm 6 chân thành cảm ơn sự quan tâm theo dõi của cô giáo và các bạn.

Chúc các bạn học tập tốt!

------------------------------

Documents

Roto lồng sóc