Tính toán dây quấn Stator động cơ cảm ứng 3 phase

PL3.1. YÊU CẦU THỰC HIỆN : 
Lỏi thép stator của động cơ 3 pha có các kích thước ghi nhận như sau: 
 Đường kính trong: Dt = 68mm. 
 Bề dầy lỏi thép stator: L = 66mm. 
 Bề dầy gông lỏi thép stator: bg = 11mm. 
 Bề dầy răng stator: br = 5mm. 
 Tổng số rãnh stator : Z = 24 rãnh. 
 Rãnh hình thang có kích thước như hình vẻ: d1 = 6mm; d2 = 8mm; h = 12mm ; hr = 15mm 
 Xác định số liệu dây quấn stator để động cơ vận hành được trong lưới 3 pha ; stator ra 6 đầu dây với sơ đồ đấu dây vận hành là : Y/∆ - 220V/380V. 
PL3.2. YÊU CẦU THỰC HIỆN : 
 	Các bước tính toán được thực hiện như sau: 
BƯỚC 1: Xác định các kích thước cơ bản . Các số liệu đã cho trong đầu đề. 
BƯỚC 2: Ước lượng số cực 2p tối ưu cho kết cấu của động cơ. 
 	Ta có: 
cho 2p=4
BƯỚC 3: Xác lập quan hệ từ thông cực đại ( Φm ) qua một cực từ với một độ từ thông (hay từ cảm) tại khoảng hở không khí ( Bδ ). 
 	Xác định: 
 Bước cực từ : 
 Diện tích môt cực từ: 
	τ.L =5,34.6,6 = 35,21cm2 	 	 	 	(PL3.1) 
 Quan hệ từ thông cực đại với mật độ từ thông tại khe hở không khí: 
 	Ta có quan hệ: 
 	 	 	(PL3.2) 
BƯỚC 4: Xác lập quan hệ của mật độ từ thông qua gông stator (Bg) với một độ từ thông (hay từ cảm) tại khoảng hở không khí ( Bδ ). 
(PL3.3) 
BƯỚC 5: Xác lập quan hệ của mật độ từ thông qua răng stator (Br) với một độ từ thông (hay từ cảm) tại khoảng hở không khí ( Bδ ). 
 PL3.4) 
BƯỚC 6: Xác định mật độ từ thông tại khoảng hở không khí ( Bδ ) 
 Chọn giá trị tối đa cho mật độ từ thông qua răng stator (Br) là Br max=1,5T, và giá trị tối đa cho mật độ từ thông qua gông stator (Bg) là Bg max = 1,3T. 
 	Theo (PL3.3) ta có: 
T
	Theo (PL3.4) ta có: 
 Với các giá trị Bδ tính được theo các giới hạn cực đại của Brmax và Bgmax , ta chọn giá trị cho mật độ từ thông qua khe hở không khí là: Bδ = 0,68 T . Từ (PL3.2) ta tính được giá trị cực đại của từ thông qua một cực tứ : 
	Φ =m	148,44.10−4 Bδ =24, 64 7.0,68.10−4 .	= 16,76.10−4 [Wb ] 
BƯỚC 7: Chọn kết cấu dây quấn stator, xây dựng sơ đồ dây quấn và tính hệ số dây quấn Kdq . 
CHÚ Ý: Với động cơ có trong thí dụ hiện có trong phụ lục 3; kích thước lỏi thép động cơ khá lớn ( điều này có nghĩa là động cơ có công suất định mức lớn ). Thông thường; với động cơ có cấp công suất lớn hơn 10HP (7,5 KW), dây quấn stator thường sử dụng là dạng 2 lớp. Tuy nhiên trong phần phụ lục này để sinh viên dễ dàng theo dỏi phương pháp tính toán, chúng ta chọn dây quấn dạng 1 lớp (để không biện luận phương án chọn dây quấn stator, phần này sinh viên xem thêm trong lý thuyết máy điện hay các giáo trình Kỹ thuật điện ). 
Khi chọn dây quấn dạng 1 lớp; các thông số của dây quấn được xác định như sau: 
Z =48 rãnh, với 2p = 4 cực; suy ra: 
	Z	24
	τ=	=	=6 rãnh /1 bước	cực 
	2p	4
Tổng số rãnh phân bố cho một pha trên mỗi bước cực: 
	q =	 = 2rãnh /1pha /1bước	cực 
Góc lệch điện giữa hai rãnh liên tiếp: 
	 điện
Với giá trị τ = 6 rãnh, dùng dây quấn đồng khuôn tập trung; bước bối dây (hay bước quấn dây) y = 6 rãnh. 
Hệ số dây quấn: 
Với dây quấn l lớp , hệ số dây quấn được xác định theo quan hệ sau: 
	Kdq = Kr 	 
 	Hệ số quấn rãi (Kr) 
 	Hệ số dây quấn: 
	K dq = K	r = 0,2588= 0,26 
 	Tóm lại: 
Kdq = 0,26 
 Sơ đồ khai triển dây quấn cho một pha tiêu biểu được trình bày trong hình PL3.1, và cho toàn bộ 3 pha trong hình PL3.2 (xem các trang sau). 
HÌNH PL3.1 : Dây quấn đồng khuôn tập trung, dạng l lớp bước đủ ; stator động ccơ có số liệu Z = 48 rãnh; 2p = 4 cực ; y = 12 rãnh; q = 4 rãnh/1pha/1bước cực. 
HÌNH PL3.2 : Dây quấn đồng khuôn tập trung, dạng l lớp bước đủ ; stator động cơ có số liệu Z = 48 rãnh; 2p = 4 cực ; y = 12 rãnh; q = 4 rãnh/1pha/1bước cực. Sơ đồ khai triển trình bày đầy đủ 3 pha dây quấn, khoảng lệch pha các đầu vào 120°. 
BƯỚC 8: Xác định tổng số vòng cho mỗi pha dây quấn (Npha). 
 Đầu tiên, dựa theo tiết diện của cực từ, chúng ta xác định giá trị cho hệ số KE ; trong bước 3 chúng ta tính được diện tích cực từ là (τ.L)= 212 cm2 và giá trị KE = ( 0,93 ÷ 0,95) tương ứng khoảng giá trị (τ.L)= (150cm2 ÷ 400cm2). 
0.93 0.9310.9320.9330.9340.9350.9360.9370.9380.9390.940.9410.9420.9430.9440.9450.9460.9470.9480.9490.95
HÌNH PL3.1: Quan hệ KE theo giá trị (τ.L). 
 Chúng ta có thể dựa trên giản đồ mô tả quan hệ giửa hệ số KE với diện tích cực từ (τ.L) để suy ra giá trị KE khi xác định được giá trị (τ.L)= 212 cm2 . Ta nhận được kết quả : KE = 0,935. 
 Trong trường hợp không dùng đồ thị ta có thể áp dụng phép tính như sau: 
Tại giá trị (KE)1 = 0,93 ta có tương ứng giá trị (τ.L)1 = 150 cm2. 
Tại giá trị (KE)2 = 0,95 ta có tương ứng giá trị (τ.L)2 = 400 cm2. 
Tại giá trị (τ.L)=212 cm2 giá trị KE được xác định theo quan hệ sau: 
Ke=0,93+0,00496
Suy ra: 
	K E .U đmpha	0,935.220
	N pha = 4.K	s . .f	K dq .Φ m = 4.1,07.50.0,96.90,5484.10−4 =110,58 vòng / pha 
 Với sơ đồ dây quấn hai lớp, và tổng số rãnh stator là Z = 48 rãnh , tổng số bối dây chứa trong một pha là 8 bối. Suy ra số vòng của mỗi bối dây là: 
	N pha	110,58
	N b =	=	=13,8 vòng / bối 
	8 bối	8
Tóm lại, khi chọn Nb = 14 vòng /bối; tổng số vòng một pha Npha= 112 vòng/pha. 
 Tóm lại , tại bước 8 ta đã xác định được số liệu dây quấn stator như sau: 
 	 Dây quấn động cơ có 6 đầu ra dây, đấu vận hành theo sơ đồ: 
 	 Y/∆ - 380V/220V. 
 	 Dây quấn một lớp, dạng đồng khuôn tập trung; bước bối dây: y = 12 rãnh. 
 	 Hệ số dây quấn: Kdq = 0,96. 
 	 Dây quấn bố trí mỗi pha hmột mạch nhánh. 
 	 Tổng số bối dây trong một pha là 8 bối/pha. 	 
 	Tổng số vòng một pha là :112 vòng/pha 
 	 Tổng số vòng cho một bối dây là Nb = 14 vòng/bối. 
BƯỚC 9: Xác định tiết diện rãnh stator, căn cứ vào hệ số lấp đầy rãnh để xác định đường kính dây quấn stator. 
 Diện tích rãnh stator, ta có: 
Chon la 96 
Với hệ số lấp đầy là Klđ = 0,43 , ta suy ra tiết diện của một dây quấn luôn cách điện là: 
TroNG ĐO 	Đường kính dây quấn (có tính luôn lớp men cách điện): d
 	Chọn đường kính dây trần không tính lớp men cách điện là: 
d = d cđ − 0,05mm = 2,429 − 0,05 = 2,379mm
d = 2,35mm
CHÚ Ý: 
 Với động cơ không đồng bộ 3 pha; muốn đạt hệ số công suất tại tải định mức có giá trị lớn, đồng thời làm giãm giá trị từ thông tản, miệng rãnh stator không thiết kế quá rộng. Như vậy, khi khi tính toán đường kính dây có giá trị lớn hơn 2mm; chúng ta nên kiểm tra kích thước thực tế của miệng rãnh statot có khả năng bỏ lọt đường kính dây vừa tính toán hay không. 
 Mặt khác; với đường kính dây quá lớn, độ cứng của dây quấn gia tăng, điều kiễn thi công vất vả hơn. Trong trường hợp này để giãm độ cứng dây quấn, chúng ta có thể chập 2 hay nhiều dây có cùng đường kính để thay thế cho dây đơn đã được tính toán. 
 Muốn thay thế tương đương dây quấn chúng ta tính toán dựa trên cơ sở tổng tiết diện của các dây thay thế thành phần bằng với tiết diện của dây đơn cần thay thế. 
 Với trường hợp tính toán trong phụ lục này, giả sử chúng ta dùng hai dây chập thành phần có cùng đường kính thay cho dây đơn có đường kính d (dây trần) vừa tính toán. Chúng ta áp dụng phương pháp tính thay thế tương đương như sau khi dùng 2 dây chập: 
	2.(Tiết	diện	dây	thành	 phần )= Tiết	 diện	 dây	 đơn	 cần	 thay 	thế 
	Suy ra: 
2.d tp2 = d 2 
 	Hay: 
d
d tp = 2
 	Tóm lại; ta có kết quả sau: 
d tp = 2
2,379
 =1,68mm 
 	Chọn đường kính dây trần thành phần có giá trị là : dtp = 1,65 mm. 
 Khi tính toán thực sự, sinh viên cần tính toán theo chọn nhiều phương án chập dây thành phần khác nhau ; từ đó chọn ra phương án tốt nhất. 
BƯỚC 10: Chọn mật độ dòng điện ( J ) ,xác định dòng điện định mức qua mỗi pha dây quấn, suy ra công suất định mức của động cơ . 
 	Chọn mật độ dòng điện qua dây quấn là J=6,5 A/mm2. Với phương án chọn hai dây chập thành phần; dòng điện định mức qua mỗi pha dây quấn là: 
	 A
Như vậy, chúng ta có thể làm tròn giá trị dòng điện định mức qua một pha dây quấn là : 
I đmpha = 27,8 A 
Công suất định mức của động cơ: 
Pđm = 3.U đmpha .I đmpha .(η.cosϕ) = 3.220.27,8.0,8.0,8 =11742,72W
Pđm =11,74 KW (Khoảng 15,65HP )
CHÚ Ý: 
Giá trị tính được là công suất tối thiểu mà động cơ có thể đạt được vì với động cô có cấp công suất Pđm = 11,74KW (tương ứng 15,65HP) thì hiệu suất và hẽ số công suất cao hơn giá trị được chọn dùng tính tóan ở mục trên. 
Muốn biết chính xác công suất của động cơ chúng ta có thể căn cứ theo giá trị dòng điện định mức tính được; tra các bảng số cho sẳn , căn cứ vào giá trị dòng điện định mức suy ra cấp công suất động cơ tương ứng . 
BƯỚC 11: Xác định chu vi khuôn dùng thi công dây quấn và tính toán khối lượng cho bộ dây quấn stator. 
 	Xác định giá trị KL : 
mm	
 	Trong đó, ta đã chọn giá trị γ=1,35 tương ứng với số cực 2p =4 cực. 
 	Chu vi khuôn quấn dây (chu vi của một vòng dây quấn): 
CV = 2.(K L .y + L') = 2.(14,6 673 .5+63) = 658,32 mm = 30 cm CV=30cm
 Trong đó, giá trị L’ = L +10mm ; (10mm là khỏang dư của giấy cách điện lót rãnh); đồng thời để dễ thi công ta làm nguyên giá trị cho chu vi khuôn với đơn vị đo tính theo cm. 
 	Tổng bề dài của một pha dây quấn: 
	L pha = CV .N b .(Tổng	số	bối	dây / pha )
	L pha = 30cm.14.8 = 444 cm	 
L pha = 44,4 dm
Khối lượng của bộ dâyquấn: 
Wdây ≅ 9,3Kg
Tóm lại, số liệu dây quấn dùng thi công được tóm tắt như sau: 
 Đường kính dây quấn thành phần : dcđtp/dtp = 1,7 mm/1,65 mm. 
 Hệ số lấp đầy rãnh : Klđ = 0,43. 
 Chu vi khuôn : CV = 30 cm. 
 Tổng khối lương dây quấn: Wdây = 9,3 Kg.