Tài liệu 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 L m2 .............................................................. 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 dây quấn kép ............ 17 Hình 2.2. Quy trình thiết kế phần khung máy điện KĐB rotor lồng 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 học vật 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 Hình 3.6. Hình dạng stato ................................................................................ 58 Hình 3.7. Thông số roto ................................................................................... 59 Hình 3.8. Hình dạng của máy điện .................................................................. 59 Hình 3.9. Sơ đồ cuộn dây 4 cực và 12 cực ...................................................... 60 Hình 3.10. Đồ thị dòng điện đầu vào theo tốc độ (máy 4 cực) ...................... 60 Hình 3.11. Đồ thị công suất theo tốc độ máy (máy 4 cực) ............................. 60 Hình 3.12. Đồ thị hệ số công suất theo tốc độ (máy 4 cực) ........................... 61 Hình 3.13. Đồ thị tốc độ và mô men (máy 4 cực) .......................................... 61 Hình 3.14. Đồ thị tốc độ và hiệu suất (máy 4 cực)......................................... 62 Hình 3.15. Đồ thị dòng điện theo tốc độ (máy 12 cực) .................................. 62 Hình 3.16. Đồ thị công suất theo tốc độ (máy 12 cực) .................................. 63 Hình 3.17. Đồ thị hệ số công suất theo tốc độ (máy 12 cực) ......................... 63 Hình 3.18. Đồ thị mô men theo tốc độ (máy 12 cực) ..................................... 64 Hình 3.19. Đồ thị hiệu suất theo tốc độ (máy 12 cực) ................................... 64 Hình 3.20. Mô hình đƣợc nhập trên nền Maxwell 2D ................................... 65 Hình 3.21. Điện áp stato thời gian Vs ............................................................ 65 Hình 3.22. Tốc độ theo thời gian.................................................................... 66 Hình 3.23. Từ thông theo thời gian (4 cực).................................................... 66 Hình 3.24. Từ thông theo thời gian (12 cực).................................................. 66 Hình 3.25. Sự phân bố từ thông trên stator và rotor. ...................................... 67 Hình 3.26. Dòng điện trên stator .................................................................... 67 Hình 3.27. Dòng điện rotor ở chế độ hoạt động bình thƣờng ........................ 68 Hình 3.28. Mô men theo thời gian ................................................................. 68 Hình 3.29. Tốc độ quay theo thời gian ........................................................... 68 Hình 3.30. Dòng điện rotor ............................................................................ 69 Hình 3.31. Dòng điện stator ........................................................................... 69 Hình 3.32. Đặc tính tốc độ theo thời gian ...................................................... 70 Hình 3.33. Đặc điểm dòng điện stator theo thời gian ..................................... 70 Hình 3.34. Đặc điểm dòng điện rotor theo thời gian ...................................... 71 Hình 3.35. Tốc độ quay theo thời gian ........................................................... 71 1 MỞ ĐẦU 1.1. Lý do chọn đề tài Máy điện cảm ứng nhờ kết cấu chắc chắn, chi phí hợp lý, hiệu suất hiệu quả, chi phí bảo dƣỡng, bảo trì thấp và độ tin cậy cao trong các tình huống tải khác nhau. Máy điện cảm ứng đƣợc sử dụng phổ biến trong lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp và cùng với xu thế phát triển, cạnh tranh của ngành công nghiệp ô tô điện hiện nay. Do đó, các nhà nghiên cứu rất quan tâm đến việc ngày càng nâng cao hiệu suất, hệ số công suất của máy. Một trong những cải tiến của máy điện không đồng bộ đó là máy điện cảm ứng Stator dây quấn kép và loại máy này có các ƣu điểm nhƣ:  Dòng điện trên thanh Rotor thấp  Hai cuộn dây quấn Stator đƣợc cách ly về điện.  Cả hai cuộn dây quấn Stator đƣợc phân bố hình sin  Khe hở không khí xung quanh Rotor đều  Độ bão hòa thấp Việc thiết kế máy điện cảm ứng Stator bộ dây quấn kép đáp ứng một số lợi thế nhƣ giảm chi phí sản xuất, thuận tiện trong quá trình điều khiển tốc độ. Điều này rất quan trọng đối với các ứng dụng thực tế của máy, để quá trình sản xuất và chi phí sẽ tƣơng tự nhƣ máy cảm ứng Stator một bộ dây quấn thì cần phải có thiết kế cơ sở, tính toán thông số cơ bản, phân tích và đánh giá. Vì những lý do trên, em chọn đề tài nghiên cứu của mình: “Nghiên cứu, thiết kế động cơ cảm ứng Stator dây quấn kép" 1.2. Tổng quan về tài liệu và tình hình nghiên cứu Hiện nay, khái niệm về máy điện cảm ứng stator dây quấn kép vẫn còn mới đối với quá trình nghiên cứu và chế tạo máy điện trong nƣớc. Tuy nhiên, vấn đề này đã đƣợc nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trên quốc tế. Đầu tiên, Munoz và Lipo [3] đã thảo luận về một thiết kế mới và phƣơng pháp điều khiển tốc độ của động cơ cảm ứng lồng sóc 3 pha và phát triển một nguyên mẫu có hai cuộn dây stato theo tỷ lệ cực 1: 3. Thử nghiệm này đã đƣợc thực 2 hiện trên một động cơ nguyên mẫu và Bộ xử lý tín hiệu kỹ thuật số (DSP) đƣợc sử dụng cho mục đích điều khiển tốc độ với kết quả đã đƣợc công bố. Bên cạnh đó, các phƣơng pháp điều khiển để điều chỉnh tốc độ của DSIM đƣợc đề xuất bởi Lili Bu và các cộng sự. [4]. Tốc độ rotor đƣợc điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp cung cấp cho một trong các cuộn dây stator, đƣợc gọi là cuộn dây máy phát. Các tác giả cho rằng đây là cấu trúc liên kết đơn giản nhất để kiểm soát tốc độ tốt hơn. Tuy nhiên, quan sát thấy rằng điều này có nhƣợc điểm là kém hiệu quả và giảm mô-men xoắn cực đại và làm kích thƣớc máy cồng kềnh hơn. Feifei Bu và cộng sự [5] đã thảo luận về việc sử dụng Máy phát điện cảm ứng cuộn dây Stator kép (DSIG) trong hệ thống phát điện gió để giảm công suất của bộ điều khiển kích từ tĩnh. Mô phỏng và thử nghiệm đƣợc thực hiện để kiểm tra thuật toán điều khiển rời rạc. Kết quả thực nghiệm đã đƣợc đối sánh với kết quả mô phỏng. Tuy nhiên, thiết kế và tối ƣu hóa hệ thống này chỉ áp dụng đặc biệt cho hệ thống điện gió. Hadiouche và cộng sự đã nghiên cứu việc xử lý các sóng hài không mong muốn khi DSIM đƣợc cấp nguồn bởi bộ nghịch lƣu. Các dòng điện hài này trong cuộn dây stator làm tăng tổn hao gây quá nhiệt máy và tử đó một mô hình của DSIM đã đƣợc phát triển và thảo luận trong bài báo này. Nó cho thấy rằng chiều cao của cuộn dây ảnh hƣởng đến trở kháng của cuộn dây, từ đó ảnh hƣởng đến dòng điện hài lƣu thông trong stator. Ngoài ra, các tác giả đã chỉ ra sự giảm đáng kể sóng hài của từ thông trong khe hở không khí. 1.3. Nội dung và mục đích nghiên cứu - Trình bày quy trình thiết kế bao gồm đánh giá tải từ tính cho máy cảm ứng Stator dây quấn kép và phƣơng pháp để ƣớc tính tƣơng đƣơng các thông số của máy. - Trình bày mô hình mô phỏng máy tính của máy cảm ứng Staror dây quấn kép với khe hở không khí không đổi, trong đó có sóng hài không gian của cuộn dây Stator và mạch Rotor.. 3 1.4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu + Máy điện cảm ứng Stator dây quấn kép. 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu + Nghiên cứu cấu tạo + Tìm hiểu và tính toán các thông số của máy điện. + Phân tích và đánh giá dựa trên phần mềm. 1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu + Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về cấu tạo, nguyên lý và phạm vi ứng dụng. + Tìm hiểu các tài liệu liên quan để phục vụ tính toán các tham số của máy điện + Phân tích và đánh giá kết quả dựa trên phần mềm. 4 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐIỆN CẢM ỨNG STATOR DÂY QUẤN KÉP 1.1. Giới thiệu Động cơ điện cảm ứng (IM) là một loại động cơ điện xoay chiều không đồng bộ trong đó nguồn điện đƣợc cung cấp cho thiết bị quay bằng cảm ứng điện từ. Động cơ cảm ứng đã đƣợc sử dụng phổ biến và chiếm vài trò quan trọng trong các ngành công nghiệp vì thiết kế và các tính năng cấu tạo đơn giản, khả năng chịu tải tốt, chi phí vốn và bảo trì thấp, độ trƣợt nhỏ và hiệu suất đạt yêu cầu trong mọi điều kiện làm việc. Với những phát triển mới nhất về Điện tử Công suất và Lý thuyết Điều khiển Kỹ thuật số (thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính) và sự sẵn có của các vật liệu tốt hơn, động cơ cảm ứng đã chứng tỏ mình là máy điện linh hoạt nhất trong các ngành công nghiệp trong các ứng dụng tốc độ không đổi /thay đổi. Luận văn này đề cập đến thiết kế mới của động cơ cảm ứng thông thƣờng dẫn đến hoạt động với tốc độ thay đổi phạm vi rộng. Điều này đạt đƣợc bằng cách cung cấp thêm một cuộn dây stator hay còn đƣợc gọi là máy điện cảm ứng stator dây quấn kép [6]. Ý tƣởng sử dụng máy cuộn dây stator kép có thể đƣợc tìm thấy trong một số bài báo đƣợc xuất bản từ đầu thế kỷ 20. Tuy nhiên, việc điều khiển các máy này ở hiệu suất cao thƣờng gặp rất nhiều khó khăn. Điều này là do sự thiếu hụt về các bộ chuyển đổi điện tử công suất và sự phân tích không đầy đủ về cơ sở lý thuyết cũng nhƣ mô phỏng số. Gần đây, các máy cuộn dây kép thuộc nhiều loại khác nhau đang đƣợc chế tạo nhiều hơn và ứng dụng rộng rãi trong thực tế, bởi vì hai bộ cuộn dây stator cung cấp khả năng chuyển đổi năng lƣợng linh hoạt hơn. Ví dụ, năng lƣợng có thể đƣợc truyền không chỉ giữa stator và rotor nhƣ những gì đƣợc tìm thấy trong các máy cuộn dây đơn, mà còn gián tiếp giữa các bộ cuộn dây stator. 1.2. Cấu tạo, nguyên lý máy điện cảm ứng stator dây quấn kép Về cấu tạo của máy điện cảm ứng stator dây quấn kép cũng bao gồm các thành phần cơ bản nhƣ: stator, rotor, hộp đấu dây, quạt làm mát.... Tuy nhiên phần dây quấn trên stator không giống với các máy điện thông thƣờng mà nó 5 có thể bao gồm hai, hoặc nhiều cuộn dây có cùng số cực hoặc là khác nhau về số cực. 1.2.1. Kết cấu stator của máy điện 1.1.2.1. Vỏ máy Hình 1.1. Vỏ máy động cơ Vỏ máy là nơi cố định lõi thép, dây quấn và đồng thời là nơi ghép nối nắp hay gối đỡ trục. Vỏ máy có thể đƣợc làm từ gang nhôm hay thép. Để chế tạo vỏ máy, ngƣời ta có thể đúc, hàn, rèn. Vỏ máy có hai kiểu: vỏ kiểu kín và vỏ kiểu bảo vệ. Vỏ kiểu kín yêu cầu phải có diện tích tản nhiệt lớn. Vì vậy ngƣời ta làm nhiều rãnh tản nhiệt trên thân máy. Vỏ kiểu bảo vệ thƣờng có bề mặt nhẵn, gió làm mát thổi trực tiếp trên bề mặt ngoài lõi thép và trong vỏ máy. Hộp cực là nơi để đấu điện từ lƣới điện vào. Đối với động cơ kiểu kín, hộp cực yêu cầu phải kín, giữa thân cực và vỏ máy với nắp hộp cực phải có gioăng cao su. Trên vỏ máy phải có bulông vòng để cẩu máy khi nâng hạ, vận chuyển và bulông tiếp đất. Khi thiết kế kết cấu vỏ stator phải kết hợp với yêu cầu về truyền nhiệt và thông gió, đồng thời phải có đủ độ cứng và độ bền, không những sau khi lắp lõi thép và cả khi gia công vỏ. Thƣờng đủ độ cứng thì đủ độ bền. Vỏ có thể chia làm hai loại: loại có gân trong và loại không có gân trong. Loại không có gân trong thƣờng dùng đối với máy điện cỡ nhỏ hoặc kiểu kín, lúc đó lƣng lõi thép áp sát vào mặt trong của vỏ máy và truyền nhiệt trực tiếp lên vỏ máy. Loại có gân trong có đặc điểm là trong lúc gia công, tốc độ cắt gọt chậm nhƣng phế liệu bỏ đi ít hơn loại không có gân trong. Loại vỏ bằng thép tấm hàn gồm ít nhất là hai vòng thép tấm trở lên và những gân ngang làm thành khung. Những dạng khác đều xuất phát từ dạng cơ bản đó. 1.1.2.2. Lõi thép stator 6 Hình 1.2. Lõi thép stator động cơ. Lõi thép là phần tử dẫn từ. Vì từ trƣờng đi qua lõi thép là từ trƣờng quay, nên để giảm tổn hao lõi thép đƣợc làm từ những lá théo kỹ thuật điện dày 0.5mm ép lại. Yêu cầu lõi thép phải dẫn từ tốt, tổn hao sắt nhỏ và chắc chắn. Mỗi lá thép kỹ thuật điện đều đƣợc phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây lên (dòng điện phucô). Khi đƣờng kính ngoài lõi thép nhỏ hơn 1m thì dùng tấm nguyên để làm lõi thép. Lõi thép sau khi ép vào vỏ sẽ có một chốt cố định với vỏ để khỏi bị quay dƣới tác động của mômen điện từ Nếu đƣờng kính ngoài của lõi thép lớn hơn 1m thì dùng các tấm hình rẻ quạt ghép lại. Khi ấy để ghép lõi thép, thƣờng dùng hai tấm thép dầy ép hai đầu. Để tránh lực hƣớng tâm và lực hút các tấm, thƣờng làm những cách đuôi nhạn hình rẻ quạt trên các tấm vào các gân trên vỏ máy. 1.1.2.3. Dây quấn Hình 1.3. Dây quấn stator động cơ Dây quấn stator đƣợc đặt vào rãnh của lõi thép và đƣợc cách điện tốt với lõi thép. Dây quấn đóng vai trò quan trọng trong máy điện vì nó trực tiếp tham gia các quá trình biến đổi năng lƣợng điện năng thành cơ năng hay ngƣợc lại, đồng thời về mặt kinh tế, dây quấn cũng chiếm giá thành khá cao trong một động cơ. DSIM thông thƣờng đƣợc cấu tạo bằng cách tách cuộn dây stator thành hai cuộn dây giống nhau dẫn đến sự ghép nối lẫn nhau giữa hai cuộn dây stator. 7 Điều này dẫn đến các dòng điện tuần hoàn đƣợc tạo ra khi có sự mất cân bằng nhỏ trong điện áp cung cấp. Nếu chúng ta sử dụng các cuộn dây không giống nhau, tức là khác nhau về số cực thì mô-men xoắn tạo ra bởi hai cuộn dây này có thể triệt tiêu với nhau. Loại này còn có thể đƣợc phân loại trên cơ sở độ lệch pha giữa hai cuộn dây. 1.2.2. Kết cấu rotor của máy điện Hình 1.4. Rotor và trục động cơ Rotor của động cơ không đồng bộ gồm lõi thép, dây quấn và trục (đối với động cơ rotor dây quấn còn có vành trƣợt). 1.2.2.1. Lõi thép Lõi thép của rotor bao gồm các lá théo kỹ thuật điện nhƣ của stator, điểm khác biệt ở đây là không cần sơn cách điện giữa các lá thép vì tần số làm việc của rotor rất thấp, chỉ vài Hz, nên tổn hao do dòng điện Phucô trong rotor rất thấp. Lõi thép đƣợc ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá rotor của máy. Phía ngoài của lõi thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn rotor. 1.2.2.2. Dây quấn rotor Có hai loại chính: rotor kiểu dây quấn và rotor kiểu lồng sóc a. Loại rotor kiểu dây quấn Rotor dây quấn có dây quấn giống nhƣ dây quấn stator. Máy điện kiểu trung bình trở lên có dây quấn kiểu sóng hai lớp, vì bớt những đầu dây nối, kết cấu dây quấn trên rotor chặt chẽ. Máy điện cỡ nhỏ dùng kiểu dây quấn đồng tâm một lớp. Dây quấn ba pha của rotor thƣờng đấu hình sao. Đặc điểm của loại động cơ kiểu dây quấn là có thể thông qua chổi than đƣa điện trở phụ hay sức điện động phụ vào mạch rotor để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hay cải thiện hệ số công suất của máy. 8 b. Loại rotor kiểu lồng sóc Kết cấu của loại dây quấn này rất khác với dây quấn stator. Trong mỗi rãnh của lõi thép rotor, đặt các thanh dẫn bằng đồng hay nhôm và đƣợc nối tắt ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch bằng đồng hoặc nhôm. Nếu là rotor đúc nhôm thì trên vòng ngắn mạch còn có các cánh khuấy gió. Rotor thanh đồng đƣợc chế tạo từ đồng hợp kim có điện trở suất cao nhằm mục đích nâng cao mômen mở máy. Để cải thiện tính năng mở máy, đối với máy có công suất lớn, ngƣời ta làm rãnh rotor sâu hoặc dùng lồng sóc kép. Đối với máy điện cỡ nhỏ, rãnh rotor đƣợc làm chéo góc so với tâm trục. c. Trục Trục máy điện mang rotor quay trong lòng stator, vì vậy nó cũng là một chi tiết rất quan trọng. Trục của máy điện tùy theo kích thƣớc có thể đƣợc chế tạo từ thép Cacbon. Trên trục của rotor có lõi thép, dây quấn, vành trƣợt và quạt gió. Khi xét đến kết cấu của rotor cần phải chú ý đến các lực tác động lên rotor khi máy làm việc. Nếu đƣờng kính của rotor nhỏ hơn 350 mm thì lõi thép rotor thƣờng đƣợc ép trực tiếp lên trục hoặc ống lồng trục. Đó là vì đƣờng kính rotor không lớn, phần trong của lõi thép cắt ra không dùng đƣợc vào việc gì có kinh tế lớn mà kết cấu rotor lại đƣợc đơn giản hóa. Việc dùng ống lồng cũng hạn chế, chỉ dùng khi cần thiết nhƣ ở động cơ điện trên tàu để thay trục đƣợc dễ dàng. Khi đƣờng kính rotor lớn hơn 350 mm, đƣờng kính trong rotor cố gắng lấy lớn hơn để dùng lõi lấy ra làm việc khác, do đó cần giá đỡ rotor. Khi đƣờng kính rotor lớn hơn 1000 mm thì dùng các tấm tôn silic hình rẻ quạt ép lại. Lúc đó dùng giá đỡ rotor hình cánh sao. Giá đỡ rotor trong các máy lớn thƣờng làm bằng thép tấm hàn lại. Lõi thép cần đƣợc ép chặt với áp suất từ 5 kg/cm2 đối với máy cỡ trung, đến 10 kg/cm2 đối với máy cỡ nhỏ và phải có những vòng ép để đảm bảo giữ áp suất đó. Để tránh lõi thép ở hai đầu bị tản ra thì trong máy nhỏ dùng những tấm thép dầy l,5mm ép lại. Trong máy lớn dùng tấm thép có răng. Răng phải tán hay hàn vào tấm thép ép để đảm bảo khi quay không văng ra.