Nghiên cứu, thiết kế động cơ cảm ứng startor dây quấn kép

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

BÙI ANH TÀI

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ

CẢM ỨNG STARTOR DÂY QUẤN KÉP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Bình Định - Năm 2022

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

BÙI ANH TÀI

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ

CẢM ỨNG STARTOR DÂY QUẤN KÉP

Ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 8520201

Ngƣời hƣớng dẫn: PGS.TS. Đoàn Đức Tùng

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các kết quả khoa học đƣợc trình bày trong luận văn này là

thành quả nghiên cứu của bản thân tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài và

chƣa từng xuất hiện trong công bố của các tác giả khác. Các kết quả đạt đƣợc

là chính xác và trung thực.

Tác giả luận văn

Bùi Anh Tài

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành công trình này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và kính

trọng đến PGS.TS Đoàn Đức Tùng đã trực tiếp hƣớng dẫn, định hƣớng khoa

học trong quá trình nghiên cứu. Thầy đã dành nhiều thời gian, chỉ bảo và hỗ

trợ rất nhiều cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.

Tác giả xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Trƣờng Đại học Quy Nhơn, Phòng

Đào tạo Sau Đại học, Khoa Kỹ thuật & Công nghệ đã tạo mọi điều kiện

thuận lợi cho học viên trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.

Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Trƣờng đã hỗ trợ, tạo điều tạo điều kiện

trong công tác để tôi có thời gia học tập.

Tác giả luận

văn

Bùi Anh Tài

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC HÌNH ẢNH

MỞ ĐẦU................................................................................................................1

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐIỆN CẢM ỨNG STATOR DÂY

QUẤN KÉP ...............................................................................................................4

1.1. Giới thiệu..................................................................................................4

1.2. Cấu tạo, nguyên lý máy điện cảm ứng stator dây quấn kép.....................4

1.2.1. Kết cấu stator của máy điện...............................................................5

1.2.2. Kết cấu rotor của máy điện ................................................................7

1.2.3. Nguyên lý hoạt động..........................................................................9

1.3. Phân loại máy điện cảm ứng stator dây quấn kép..................................12

1.4. Các chế độ vận hành...............................................................................13

1.4.1. Chế độ vận hành với 2 nguồn đồng bộ ............................................13

1.4.2. Chế độ vận hành với 2 nguồn không đồng bộ .................................13

1.5. Kết luận chƣơng 1 ..................................................................................13

CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN CẢM ỨNG STATOR

DÂY QUẤN KÉP................................................................................................15

2.1. Tổng quan...............................................................................................15

2.2. Cơ sở lý tuyết về thiết kế máy điện cảm ứng stator dây quấn kép.........15

2.3. Thiết kế tự động phần khung máy điện cảm ứng stator dây quấn kép...18

2.3.1. Cơ sở tiền đề ....................................................................................18

2.3.2. Nội dung chính bài toán thiết kế tự động động cơ không đồng bộ.18

2.4. Cơ sở dữ liệu bảo đảm công việc tự động thiết kế máy điện không đồng

bộ…….. ...........................................................................................................21

2.4.1. Xác định khích thƣớc chủ yếu .........................................................21

2.4.2. Kết quả thiết kế ................................................................................25

2.5. Thiết kế và tính toán lại các thông số máy cảm ứng stator dây quấn kép

......................................................................................................................27

2.5.1. Cuộn dây Stator...............................................................................27

2.5.2. Mật độ từ thông trong khe hở không khí .........................................28

2.5.3. Số vòng dây mỗi pha.......................................................................32

2.5.4. Ƣớc tính côngsuất ............................................................................33

2.6. Ƣớc lƣợng các thông số của máy điện ...................................................35

2.6.1. Điện cảm từ hóa Lm2 .............................................................. 35

2.6.2. Điện cảm rò của stator .....................................................................40

2.6.3. Điện cảm rò trên rotor......................................................................43

2.6.4. Điện trở thanh rotor rb..........................................................................................................................................................44

2.6.5. Điện trở vòng ngắn mạch re .......................................................................................................................................44

2.6.6. Điện trở Stator rs.............................................................................................................................................................................44

2.7. Mô hình toán học của DSIM..................................................................45

2.7.1. Mạch tƣơng đƣơng của DSIM trong d-q .........................................45

2.7.2. Mô hình Simulink ............................................................................46

2.8. Kết luận chƣơng 2 ..................................................................................49

CHƢƠNG 3. PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ MÁY

ĐIỆN CẢM ỨNG STATOR DÂY QUẤN KÉP.................................................51

3.1. Giới thiệu................................................................................................51

3.2. Phần mềm ANSYS.................................................................................52

3.3. Thiết kế động cơ với ANSYS RMxprt và Maxwell...............................54

3.4. Xây dựng mô hình 2D bằng MAXWELL..............................................55

3.5. Mô hình FEM cho máy 4 cực và 12 cực tiêu chuẩn ..............................56

3.5.1. Mô phỏng máy điện dây quấn kép dựa trên phần mềm Ansys

Maxwell........................................................................................................56

3.5.2. Thiết lập dây quấn............................................................................59

3.5.3. Đặc tính hiệu suất dƣới dạng đồ thị .................................................60

3.5.4. Mô hình FEM cho DSIM.................................................................64

3.5.5. Kết quả mô phỏng cho các chế độ hoạt động khác nhau của DSIM

.............................................................................................................................67

3.6. Kết luận chƣơng 3..................................................................................71

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................73

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................74

PHỤ LỤC.............................................................................................................76

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

DSP: Bộ xử lý tín hiệu kỹ thuật số

DSIG: Máy phát điện cảm ứng cuộn dây Stator kép DSIM:

Máy điện cảm ứng Stator dây quấn kép

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1.Cơ sở dữ liệu hệ số KD theo số đôi cực ........................................... 21

Bảng 2.2.Cơ sở dữ liệu xác định đƣờng kính Dn theo chiều cao tâm trục...... 21

Bảng 2.3. Cơ sở dữ liệu xác định hệ số công suất và hiệu suất theo công suất

động cơ .............................................................................................................21

Bảng 2.4.Cơ sở dữ liệu xác định hệ số KE theo đƣờng kính ngoài Stator ..... 22

Bảng 2.5.Cơ sở dữ liệu xác định A và B

....................................................... 23

Bảng 2.6.Cơ sở dữ liệu xác định hệ số chỉ từ thông tản ................................. 24

Bảng 2.7.Cơ sở dữ liệu xác định tích số AJ.................................................... 24

Bảng 2.8.Sức từ động trung bình một rãnh stator........................................... 25

Bảng 2.9.Các thông số chính của stator.......................................................... 26

Bảng 2.10. Các thông số chính của rotor........................................................ 27

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1. Vỏ máy động cơ................................................................................. 5

Hình 1.2. Lõi thép stato động cơ. ...................................................................... 6

Hình 1.3. Dây quấn stato động cơ ..................................................................... 6

Hình 1.4. Rotor và trục động cơ ........................................................................ 7

Hình 1.5. Nguyên lý của DSIM....................................................................... 10

Hình 1.6. Mặt cắt của DSIM............................................................................ 10

Hình 2.1. Thuật toán thiết kế máy điện cảm ứng stator dâyquấn kép ............ 17

Hình 2.2. Quy trình thiết kế phần khung máy điện KĐB rotorlồng sóc ........ 19

Hình 2.3. Cơ sở dữ liệu cho thiết kế tự động................................................... 25

Hình 2.4. Đặc tính làm việc của động cơ ........................................................ 26

Hình 2.5. Sơ đồ dây quấn độc lập với số cực khác nhau................................. 28

Hình 2.6. Mật độ từ thông theo hàm K1 để xác định điều kiện hoạt động của

máy điện ..........................................................................................................32

Hình 2.7. Cấu hình đầu cuối cuộn dây ............................................................ 41

Hình 2.8. Hệ tọa độ không gian dq.................................................................. 45

Hình 2.9. Mạch d-q tƣơng đƣơng của DSIM .................................................. 46

Hình 3.1. Tích hợp các tam giác trong hình họcvật lý ................................... 55

Hình 3.2. Các loại máy điện ............................................................................ 56

Hình 3.3. Giao diện làm việc........................................................................... 57

Hình 3.4. Thông số stator ................................................................................ 57

Hình 3.5. Thông số rãnh stator........................................................................ 58