›

Báo cáo Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy điện một chiều công suất đến 200KW

pdf 168 trang yendo 5911
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Báo cáo Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy điện một chiều công suất đến 200KW", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbao_cao_nghien_cuu_thiet_ke_va_che_tao_may_dien_mot_chieu_co.pdf

Nội dung text: Báo cáo Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy điện một chiều công suất đến 200KW

  1. công ty TNHH nhà n−ớc một thành viên chế tạo điện cơ hà nội báo cáo tổng kết đề tài cấp nhà n−ớc m∙ số kc 06.19cn nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy điện một chiều công suất đến 200KW Chủ nhiệm đề tài: ThS Hoàng Thị L−ơng Hòa 5776 24/4/2006 Hà Nội – 2006
  2. Mục lục Mục lục Trang Lời mở đầu 3 Ch−ơng 1 Nhu cầu sử dụng máy điện một chiều công suất đến 200kW ở Việt Nam 9 1.1 Nhu cầu sử dụng máy điện một chiều công suất đến 200kW 9 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài n−ớc và trong n−ớc 11 1.3 Xác định thông số kỹ thuật, yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm mẫu 13 Ch−ơng 2 Thiết kế máy điện một chiều 17 2.1 Thiết kế tính toán máy điện một chiều 17 2.1.1 Thiết kế tính toán điện từ 17 2.1.2 Lập trình phần mềm thiết kế tính toán điện từ 19 2.1.3 Xác định giá trị sử dụng của phần mềm thiết kế tính toán 22 2.1.4 Thiết kế tính toán kết cấu 23 2.2 Thiết kế kết cấu máy điện một chiều 41 2.2.1 Lựa chọn kết cấu của sản phẩm mẫu 42 2.2.2 Giới thiệu về kết cấu và vật liệu sử dụng 42 Ch−ơng 3 Nghiên cứu công nghệ chế tạo máy điện một chiều 50 3.1 Công nghệ chế tạo cổ góp điện 51 3.1.1 ảnh h−ởng của kết cấu và chế độ làm việc đến công nghệ chế tạo cổ góp 51 3.1.2 Công nghệ chế tạo các chi tiết cổ góp điện 52 3.1.3 Định hình cổ góp 63 3.2 Công nghệ chế tạo các bộ dây 64 3.2.1 Công nghệ chế tạo bộ dây phần ứng 64 3.2.2 Công nghệ chế tạo cuộn dây cực từ 67 3.3 Công nghệ chế tạo các chi tiết cơ khí 69 3.3.1 Công nghệ chế tạo thân 69 3.3.2 Công nghệ gia công thân 70 3.3.3 Công nghệ chế tạo các chi tiết cơ khí khác 71 3.4 Công nghệ chế tạo cụm giá than 71 1
  3. 3.4.1 Công nghệ chế tạo giá thanh gá hộp than 71 3.4.2 Công nghệ chế tạo cụm hộp than 72 3.4.3 Kiểm tra cụm hộp than 73 3.5 Lắp ráp máy điện một chiều 73 3.6 Xây dựng bộ quy trình công nghệ chế tạo máy điện một chiều 78 Ch−ơng 4 Chế tạo sản phẩm của đề tài-động cơ một chiều 200kW-750vg/ph-440V 81 4.1 Chuẩn bị điều kiện kỹ thuật cho chế tạo sản phẩm 81 4.2 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ để chế tạo sản phẩm 83 4.3 Giá trị sử dụng của bộ quy trình công nghệ 86 Ch−ơng 5 Thử nghiệm đánh giá chất l−ợng máy điện một chiều 88 5.1 Xác định các tiêu chuẩn thử nghiệm 88 5.1.1 Xác định các tiêu chuẩn thử nghiệm máy điện một chiều 88 5.1.2 Tiêu chuẩn thử nghiệm động cơ một chiều 200kW 90 5.2 Xây dựng ph−ơng pháp và quy trình thử nghiệm 95 5.3 Thử nghiệm sản phẩm của đề tài - ĐCMC 200kW-750vg/ph440V 97 5.3.1 Chuẩn bị điều kiện kỹ thuật cho thử nghiệm 97 5.3.2 Thành lập Tổ công tác nghiệm thu sản phẩm 98 5.3.3 Thử nghiệm động cơ 200kW-750vg/ph-440V 99 5.3.4 Xác định các chỉ tiêu thông số kỹ thuật, đánh giá chất l−ợng sản phẩm 108 5.3.5 Xác định giá trị sử dụng của sản phẩm 110 Ch−ơng 6 Đánh giá kết quả nghiên cứu của đề tài 112 6.1 Kết quả nghiên cứu của đề tài 112 6.2 Khả năng ứng dụng các kết quả nghiên cứu của đề tài 114 6.3 Đánh giá kết quả đào tạo nguồn nhân lực 117 Kết luận và kiến nghị 120 Lời cảm ơn 128 Tài liệu tham khảo 130 Phụ lục 131 2
  4. Lời mở đầu Đề tài khoa học cấp nhà n−ớc "Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy điện một chiều công suất đến 200kW" đ−ợc Bộ Khoa học và Công nghệ giao cho Công ty TNHH Nhà n−ớc một thành viên Chế tạo Điện cơ Hà nội chủ trì thực hiện. Mục tiêu của đề tài là thiết kế và chế tạo đ−ợc máy điện một chiều có công suất đến 200kW đạt tiêu chuẩn quốc tế IEC, có giá thành ≤ 80% sản phẩm nhập ngoại, hoàn thiện đ−ợc công nghệ chế tạo và các ph−ơng tiện kiểm nghiệm máy điện một chiều, nâng cao năng lực chế tạo máy điện một chiều của ngành thiết bị điện Việt Nam và của Công ty Chế tạo Điện cơ Hà nội. Trong các đề tài tr−ớc đây do Công ty CTAMAD thực hiện nh− đề tài KC-04-05 "Nghiên cứu công nghệ chế tạo động cơ điện và thiết bị đồng bộ đến 500kW"; đề tài KHCN-05-02 "Nghiên cứu thiết kế và công nghệ để chế tạo động cơ điện không đồng bộ công suất đến 2100kW"; đề tài 119 "Nghiên cứu thiết kế và công nghệ chế tạo động cơ điện đồng bộ công suất đến 500kW" có các nội dung nghiên cứu có thể áp dụng cho quá trình chế tạo sản phẩm mẫu của đề tài nh−: công nghệ tẩm sấy chân không, cân bằng động, công nghệ gia công các chi tiết cơ khí. Tuy vậy nội dung nghiên cứu của đề tài vẫn rất lớn do máy điện một chiều có kết cấu và công nghệ chế tạo rất phức tạp. ở n−ớc ngoài máy điện một chiều đ−ợc chế tạo từ vài W đến hàng chục nghìn kW. Các hãng sản xuất máy điện-thiết bị điện lớn đều có các dây chuyền sản xuất máy điện một chiều ở châu Âu, châu Mỹ có hãng ABB (Thụy điển), hãng VEM, hãng SIEMEN (CHLB Đức), hãng GENERAL (Mỹ), hãng ALSTOM (pháp), hãng ALSALDO (Italya) ở châu á, Trung Quốc có tập đoàn máy điện Th−ợng Hải, nhà máy điện cơ T−ơng Đàm, Tây An , các n−ớc Nhật Bản, Đài Loan có công nghệ chế tạo máy điện quay rất tiên tiến, sản phẩm máy điện một chiều của các n−ớc kể trên đ−ợc sử dụng nhiều trên các dây chuyền sản xuất và trong các ngành kinh tế quốc dân nh− ximăng, thép, hóa chất, mía đ−ờng, đ−ờng sắt, giao thông vận tải Với sự tiến bộ không ngừng của các ngành khoa học kỹ thuật, nhiều loại vật liệu tiên tiến đ−ợc nghiên cứu chế tạo. Liên quan đến máy điện có các vật liệu dẫn từ, vật liệu cách điện ngày càng đạt chất l−ợng cao với công nghệ chế tạo hiện đại. Trên cơ sở nghiên cứu sử dụng các vật liệu mới, máy điện một chiều ngày càng đ−ợc thiết kế nhỏ gọn nhằm giảm đến mức tối đa các chi phí sản xuất và tăng tuổi thọ của sản phẩm. Các máy điện một chiều có công suất trung bình và lớn đ−ợc chế tạo theo đơn đặt hàng, do vậy khi cần thay thế thì thời gian chế tạo, vận chuyển từ n−ớc ngoài về 3
  5. th−ờng kéo dài 6 đến 7 tháng. Hiện tại ở Việt nam không có cơ sở nào chế tạo đ−ợc máy điện một chiều mặc dù máy điện một chiều đ−ợc sử dụng ngày càng nhiều do có các tính năng −u việt về khả năng điều chỉnh tốc độ và ổn định tốc độ khi tải thay đổi. Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài có 6 ch−ơng với các nội dung chính nh− sau: Ch−ơng 1. Nhu cầu sử dụng máy điện một chiều công suất đến 200kW ở Việt Nam. Qua nghiên cứu khảo sát ở các cơ sở sản xuất, các ngành kinh tế quốc dân, qua các đơn hàng, khách hàng của Công ty, qua hội thảo đề tài đã tìm hiểu nhu cầu thực tế các loại máy điện một chiều đ−ợc sử dụng nhiều ở Việt Nam, các yêu cầu khi sử dụng ở Việt Nam, nơi có môi tr−ờng làm việc và điều kiện làm việc khắc nghiệt. Đề tài đã chọn đối t−ợng nghiên cứu là động cơ một chiều 200kW-750vg/ph- 440V là sản phẩm có công suất tối đa trong phạm vi nghiên cứu, đ−ợc sử dụng nhiều và có điều kiện thử nghiệm thực tế. Căn cứ vào nhu cầu sử dụng, các tiêu chuẩn cần đạt đ−ợc nh− tiêu chuẩn quốc tế IEC, tiêu chuẩn Việt Nam, các yêu cầu kỹ thuật, các thông số kỹ thuật của động cơ đã đ−ợc xác định làm căn cứ cho việc triển khai thiết kế sản phẩm. Ch−ơng 2. Thiết kế máy điện một chiều. Công việc thiết kế sản phẩm đ−ợc chia thành 2 giai đoạn. Giai đoạn 1 là thiết kế tính toán và giai đoạn 2 là thiết kế kết cấu. Thiết kế tính toán đ−ợc bắt đầu từ việc tiến hành lựa chọn ph−ơng pháp thiết kế tính toán. Qua nghiên cứu các tài liệu, sách, các giáo trình, đề tài đã lựa chọn ph−ơng pháp tính toán thiết kế của Liên Xô (cũ) đ−ợc dựa trên cơ sở lý thuyết vững chắc và Liên xô có nền công nghệ chế tạo máy điện phát triển mạnh. Ph−ơng pháp tính đ−ợc sử dụng để tiến hành tính toán phần điện từ, viết các thuật toán, thiết kế giao diện, đồ hoạ, thiết kế các môdul nhập dữ liệu cho phần mềm tính toán phần điện từ. Phần mềm tính toán vận dụng ngôn ngữ lập trình tiên tiến, thuật toán phù hợp, kết quả chính xác đã nhanh chóng thực hiện hàng trăm phép tính và cho ra nhiều ph−ơng án sản phẩm khi thay đổi các dữ liệu cho phép ng−ời thiết kế chọn đ−ợc ph−ơng án tối −u cho sản xuất (ph−ơng án sản phẩm đạt thông số kỹ thuật với chi phí thấp nhất). Phần mềm tính toán xác định đ−ợc toàn bộ các kích th−ớc và thông số cơ bản của các bộ phận dẫn điện và dẫn từ nh− gông thân, phần ứng, các bộ dây, các cực từ.v.v Thiết kế tính toán kết cấu bao gồm tính toán các kích th−ớc cơ bản của cổ góp, tính kiểm tra độ cứng vững của trục, tính chuỗi kích th−ớc.v.v Các kết quả nhận đ−ợc 4
  6. từ phần mềm tính toán và tính toán thông th−ờng đ−ợc kiểm chứng bằng cách so sánh với nhau và so sánh với kết quả của các thông số kỹ thuật của động cơ do Liên xô (cũ) chế tạo và động cơ do đề tài chế tạo cho thấy độ tin cậy và khả năng sử dụng phần mềm cho công tác thiết kế máy điện một chiều. Đề tài tổ chức nghiên cứu kết cấu tổng quan của động cơ do Liên xô chế tạo và phân tích lựa chọn kết cấu, vật liệu để chế tạo. Kết cấu của động cơ phải chắc chắn, dễ dàng tháo lắp, phù hợp để lắp đặt lên máy xúc, có tính công nghệ. Vật liệu phải là các vật liệu mới đang đ−ợc sử dụng để chế tạo máy điện một chiều tại các n−ớc có công nghiệp phát triển đ−ợc lựa chọn để chế tạo sản phẩm, đề tài sử dụng cách điện cấp F để tăng khả năng làm việc quá tải cho động cơ. Dựa vào các kích th−ớc cơ bản nhận đ−ợc từ thiết kế tính toán để thực hiện thiết kế kết cấu trên máy tính toàn bộ các chi tiết, cụm chi tiết, tổng đồ của động cơ 200kW. Ch−ơng 3. Nghiên cứu công nghệ chế tạo máy điện một chiều Nghiên cứu công nghệ là nội dung quan trọng của đề tài, trong đó bao gồm các công việc lập ph−ơng án công nghệ; thiết kế và chế tạo các thiết bị chuyên dùng, khuôn, gá, d−ỡng, dụng cụ cho các b−ớc công nghệ; chế tạo thử chi tiết, cụm chi tiết để hiệu chỉnh hoàn thiện; xây dựng quy trình công nghệ. Đề tài tập trung nghiên cứu công nghệ để chế tạo các cụm chi tiết đặc thù của máy điện một chiều nh−: - Công nghệ chế tạo các bộ dây máy điện một chiều (cuộn dây cực chính, cực phụ, bộ dây phần ứng); - Công nghệ chế tạo cổ góp điện; - Công nghệ chế tạo cực từ (cực chính, cực phụ); - Công nghệ chế tạo cụm giá than; - Công nghệ chế tạo các chi tiết cơ khí; - Công nghệ băng đai; - Công nghệ tẩm sấy và cân bằng động; - Công nghệ lắp ráp máy điện một chiều; Nghiên cứu chế tạo cổ góp điện là nhiệm vụ khó khăn phức tạp nhất và cũng là quan trọng nhất của đề tài. Cổ góp đ−ợc ghép từ nhiều chi tiết rời (cổ góp động cơ 200kW có 348 chi tiết), bề mặt lắp ghép là mặt côn hình nón. Khi làm việc cổ góp chịu tác động của lực li tâm, lực ma sát, của nhiệt độ, tia lửa điện, bụi than nên các lam đồng có xu h−ớng bung ra, bị xây x−ớc, đánh lõm, ăn mòn bề mặt dẫn đến làm hỏng bộ dây phần ứng, gây h− hỏng cổ góp và phá huỷ máy điện một chiều. Chế tạo một chi 5
  7. tiết không đạt dung sai kích th−ớc, yêu cầu kỹ thuật, thực hiện sai hay nhầm lẫn một b−ớc nguyên công, một thao tác cũng có thể làm hỏng cổ góp. Trong công nghệ chế tạo cổ góp đề tài tập trung giới thiệu: - Công nghệ chế tạo lam đồng; - Công nghệ chế tạo vành góp; - Công nghệ gia công các cốc ép; - Công nghệ chế tạo phễu cách điện; - Công nghệ định hình cổ góp; Quy trình công nghệ để chế tạo các chi tiết, cụm chi tiết máy điện một chiều 200kW đ−ợc xây dựng thành bộ quy trình và đ−ợc sử dụng để chế tạo ra sản phẩm. Bộ quy trình công nghệ đã đ−ợc hoàn thiện và ban hành để sử dụng theo các quy định trong các tiêu chuẩn quản lý chất l−ợng ISO 9001:2000. Ch−ơng 4. Chế tạo sản phẩm của đề tài-động cơ một chiều 200kW-750vg/ph- 440V. Đề tài đã tiến hành thiết kế, chế tạo toàn bộ các thiết bị chuyên dùng, các khuôn gá, d−ỡng kiểm, các dụng cụ để thực hiện các b−ớc công nghệ; tổ chức nghiên cứu chế tạo thử các chi tiết, cụm chi tiết để hoàn thiện và đ−a các thiết bị khuôn gá vào chế tạo sản phẩm của đề tài. Động cơ một chiều 200kW đ−ợc tổ chức chế tạo tại Công ty CTAMAD. Có nhiều công nghệ phức tạp nh− chế tạo phễu cách điện, chế tạo cổ góp, chế tạo cuộn cực phụ, chế tạo bộ dây phần ứng gặp không ít lần thất bại. Trong khi chế tạo cổ góp điện đã bị loại bỏ khi đã qua hầu hết các b−ớc công nghệ phức tạp chỉ vì lý do là đã phay xẻ rãnh sau khi ghép hoàn thiện cổ góp. Đề tài đã tổ chức đoàn khảo sát các cơ sở sản xuất máy điện một chiều ở Trung Quốc, tổ chức hội thảo khoa học "Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy điện một chiều công suất đến 200kW" nhằm học tập, lắng nghe, nhận đ−ợc các ý kiến đóng góp cho đề tài của các nhà chế tạo; các chuyên gia, các giáo s−, tiến sỹ và các cơ sở sử dụng máy điện một chiều. Ch−ơng 5. Thử nghiệm đánh giá chất l−ợng máy điện một chiều. Nhiệm vụ thử nghiệm đánh giá chất l−ợng động cơ một chiều 200kW rất quan trọng. Chất l−ợng của động cơ cũng là chất l−ợng nghiên cứu của đề tài. Dựa vào các yêu cầu kỹ thuật, các thông số kỹ thuật, các tiêu chuẩn quốc tế (IEC), tiêu chuẩn Việt Nam liên quan đến thử nghiệm, các sách tham khảo đề tài đã nghiên cứu để xây dựng tiêu chuẩn thử nghiệm, ph−ơng pháp thử nghiệm, quy trình thử nghiệm động cơ một 6
  8. chiều và biên soạn các tiêu chuẩn cơ sở "Máy điện một chiều, tiêu chuẩn thử nghiệm, TCCS 35-05", "Máy điện một chiều, quy trình thử nghiệm, TCCS 35-06". Tổ chức tiến hành thử nghiệm điển hình đối với động cơ một chiều 200kW là nhiệm vụ phức tạp do động cơ có chế độ làm việc đặc biệt mà phòng thí nghiệm của Công ty CTAMAD không đáp ứng hết đ−ợc. Động cơ có chế độ làm việc danh định gián đoạn, có tốc độ quay thay đổi, có đảo chiều quay th−ờng xuyên, tốc độ của động cơ có thể lên đến 1,28 lần tốc độ danh định, tải của động cơ luôn thay đổi. Động cơ đ−ợc thử nghiệm theo 3 giai đoạn: - Giai đoạn 1: Thử nghiệm đến 45% tải tại phòng thí nghiệm máy điện quay của Công ty. - Giai đoạn 2: Thử nghiệm tại hiện tr−ờng theo đúng chế độ làm việc và công suất thiết kế (động cơ đ−ợc lắp trên máy xúc ]7∋-5A của Công ty Apatit Việt Nam) - Giai đoạn 3: Thử khả năng làm việc lâu dài của động cơ. Động cơ tiếp tục đ−ợc vận hành phục vụ sản xuất. Giai đoạn này do đơn vị chủ trì đề tài đề xuất thực hiện nhằm chứng minh tính ổn định của công nghệ, chất l−ợng chế tạo và giá trị sử dụng thực tế của sản phẩm. Tham gia thử nghiệm đề tài ngoài cơ quan chủ trì đề tài còn có Tổ công tác gồm các chuyên gia trong lĩnh vực máy điện, các giáo s−, tiến sỹ và các cán bộ kỹ thuật, công nhân vận hành của Công ty Apatit Việt Nam. Qua thử nghiệm đã xác định đ−ợc toàn bộ các thông số kỹ thuật, các đ−ờng đặc tính của động cơ. Động cơ đ−ợc thống nhất đánh giá có kiểu dáng, mẫu mã công nghiệp, đạt toàn bộ các thông số kỹ thuật đề ra. Động cơ làm việc ổn định, vận hành 3ca/ngày phục vụ sản xuất đạt năng suất thiết kế từ ngày 21/11/2005 đến nay, các thông số kỹ thuật t−ơng đ−ơng động cơ do Liên xô chế tạo. Ch−ơng 6. Đánh giá kết quả nghiên cứu của đề tài. Các nghiên cứu của đề tài đã đ−a ra các kết quả là các sản phẩm theo yêu cầu mà Bộ KH&CN đề ra cho đề tài. Các kết quả nghiên cứu chính của đề tài nh− phần mềm thiết kế tính toán, tập thiết kế sản phẩm, các quy trình công nghệ, các tiêu chuẩn tiếp tục đ−ợc sử dụng nh− tài liệu kỹ thuật của Công ty. Các thiết bị, khuôn gá, dụng cụ đã đ−ợc thiết kế chế tạo để nghiên cứu công nghệ và chế tạo động cơ 200kW tiếp tục đ−ợc sử dụng để chế tạo các sản phẩm khác. 7
  9. Động cơ một chiều 200kW-750vg/ph-440V qua thử nghiệm đã chứng minh đ−ợc phần mềm tính toán, tập thiết kế sản phẩm, các nghiên cứu công nghệ, quy trình công nghệ là đạt yêu cầu; Công nghệ chế tạo ổn định; Động cơ có khả năng làm việc lâu dài đạt công suất thiết kế. Quá trình thực hiện đề tài, cơ quan chủ trì đề tài đã tổ chức và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho đông đảo các kỹ s− thiết kế, công nghệ, kỹ thuật x−ởng, công nhân kỹ thuật, cử nhân kinh tế tham gia nghiên cứu thực hiện các nội dung của đề tài (có trên 70 ng−ời tham gia). Qua đó đã nâng cao đ−ợc trình độ chuyên môn, tay nghề, ph−ơng pháp nghiên cứu khoa học, tính năng động sáng tạo cho đội ngũ CBCNV còn rất trẻ của Công ty. 8
  10. ch−ơng 1. Nhu cầu sử dụng máy điện một chiều công suất đến 200kW ở việt nam 1.1 Nhu cầu sử dụng máy điện một chiều công suất đến 200kW Cùng với khó khăn của kinh tế đất n−ớc từ cuối những năm 70 nhu cầu về máy điện một chiều không nhiều, đơn hàng lại lẻ tẻ, việc sản xuất đơn chiếc phải kéo dài thời gian chế tạo và đẩy giá thành máy điện một chiều sản xuất trong n−ớc lên cao hơn cả sản phẩm nhập ngoại nên Công ty CTAMAD - đơn vị duy nhất có khả năng chế tạo máy điện một chiều công suất nhỏ dừng hẳn việc chế tạo máy điện một chiều. Nh− vậy là trong hơn 25 năm từ cuối những năm 1970 đến nay ở Việt Nam không có doanh nghiệp nào sản xuất máy điện một chiều. Tr−ớc năm 1980 máy điện một chiều lớn nhất đ−ợc chế tạo thử là động cơ một chiều 21kW chỉ đạt công suất 16kW, không đạt yêu cầu kỹ thuật và các chỉ tiêu thông số kỹ thuật. B−ớc vào thời kỳ đổi mới, các ngành kinh tế từng b−ớc v−ợt qua khó khăn của thời kỳ đầu xoá bỏ bao cấp, phục hồi sản xuất. Từ những năm 1990 việc đầu t− các dây truyền đồng bộ sản xuất xi măng, thép, điện, giấy, phân bón hoá chất, khai thác mỏ, chế biến thực phẩm mía đ−ờng, giao thông đ−ờng bộ, đ−ờng sắt phát triển mạnh mẽ. Từ cuối những năm 90 bắt đầu xuất hiện nhu cầu sửa chữa các máy điện một chiều. Sau một thời gian sử dụng với điều kiện môi tr−ờng làm việc khắc nghiệt: khí hậu Việt Nam nóng ẩm, độ ẩm tại miền Bắc nhiều khi lên đến 90-100%, môi tr−ờng làm việc có nhiều bụi bẩn (bụi xi măng, bụi than, hoá chất, hơi n−ớc ); Ngoài ra còn do hạn chế về trình độ quản lý, sử dụng thiết bị, việc thực hiện các quy trình bảo d−ỡng ch−a nghiêm túc nên nhiều máy điện một chiều bị h− hỏng hoặc đến thời kỳ cần sửa chữa và cần thay thế. Việc sản xuất của các ngành hàng trong cơ chế thị tr−ờng yêu cầu phải liên tục. Các dây truyền sản xuất xi măng, thép, dây và cáp điện chỉ cần ngừng sản xuất có thể gây thiệt hại hàng tỷ đồng mỗi ngày. Trong các thời vụ sản xuất của ngành mía đ−ờng, ngành sản xuất chế biến thực phẩm dừng sản xuất sẽ ảnh h−ởng đến cả vùng dân c−. Trong những năm qua Công ty CTAMAD đã đ−ợc tham gia sửa chữa nhiều các loại máy điện một chiều trong đó có các động cơ 3700kW, 1650kW, máy phát 830kW, động cơ 400kW, động cơ 315kW, động cơ 250kW, động cơ 200kW, động cơ 118kW và nhiều máy điện một chiều d−ới 100kW. 9
  11. Các khách hàng của Công ty là các doanh nghiệp thuộc Tổng công ty xi măng (Xi măng Bỉm sơn, xi măng Hà tiên, xi măng Hoàng Thạch, xi măng Hải phòng ), các công ty xi măng liên doanh với n−ớc ngoài (Xi măng Sao mai, Chinfon, Nghi sơn), Công ty gang thép Thái nguyên, Công ty thép Việt ý, Công ty thép Miền trung, Công ty mía đ−ờng Nông cống, Công ty mía đ−ờng Lam sơn, Nhà máy nhiệt điện Ninh bình, xí nghiệp đầu máy Hà nội, Công ty Apatít Việt nam, Nhà máy nhiệt điện Phả lại Có nhiều sản phẩm đ−ợc sử dụng rất rộng rãi nh− các động cơ 200kW- 750vg/ph-440V đ−ợc lắp đặt trên các máy xúc tại các cơ sở khai thác quặng, cát, sỏi, đá các động cơ 200kW dùng trong ngành đ−ờng sắt, trong ngành mía đ−ờng, các động cơ nhỏ hơn 200kW đ−ợc sử dụng rất nhiều trên các dây truyền sản xuất. Qua khảo sát trên thị tr−ờng, nhóm đề tài b−ớc đầu xác định nhu cầu sử dụng máy điện một chiều và lập bảng nh− sau: Bảng 1. Nhu cầu sử dụng máy điện một chiều trong một số ngành kinh tế. Số nhà máy, doanh Ngành sử dụng Nhu cầu nghiệp Ngành đ−ờng sắt Trong 1 đầu máy diezen D18E cần: 100 đầu máy 01 máy phát một chiều 830kW; 04 động cơ một chiều 200kW Giấy, hoá chất Động cơ một chiều đến 200kW Trên 40 cái Khai thác mỏ, khai Trong một máy xúc ]7∋-5A: 02 máy Hàng trăm cơ sở khai thác thác xi măng, cát, sỏi, phát 1 chiều 250kW đá 02 máy phát 1 chiều 65kW 01 động cơ 1 chiều 200kW 02 động cơ 1 chiều 60kW 02 động cơ 1 chiều 54kW Ngoài ra còn nhiều động cơ điện loại nhỏ khác Ngành thép Nhà máy cán thép: 10 nhà máy 20 động cơ 1 chiều 315kW 02 động cơ 1 chiều 1600kW Ngành Xi măng Động cơ một chiều đến 500kW 35 doanh nghiệp Mía đ−ờng Động cơ một chiều đến 250kW 27 nhà máy 10
  12. Dạng h− hỏng của các máy điện một chiều (chập nổ hoặc suy giảm cách điện) th−ờng liên quan đến phần dẫn điện nh− bộ dây phần ứng, cuộn dây cực, cổ góp điện. Máy điện một chiều bị sự cố phải thay mới cổ góp điện, thì khách hàng mua máy mới vì trong n−ớc không chế tạo đ−ợc cổ góp điện. Qua nhu cầu thực tế, Công ty CTAMAD đã nhận định phải v−ơn lên để làm mới đ−ợc cổ góp điện phục vụ sửa chữa và để chế tạo đ−ợc máy điện một chiều thay thế các máy điện một chiều bị h− hỏng cho khách hàng. Công ty CTAMAD đã khảo sát các cơ sở dùng nhiều máy điện một chiều, tham khảo ý kiến của khách hàng, đánh giá nhu cầu của thị tr−ờng và đã xác định đ−ợc nhu cầu lớn nhất đối với thị tr−ờng Việt Nam là các máy điện một chiều có công suất đến 200kW. 1.2 tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài n−ớc và trong n−ớc ở n−ớc ngoài, MĐMC đ−ợc chế tạo từ vài W đến hàng chục nghìn kW. Các hãng sản xuất máy điện - thiết bị điện lớn đều có các dây chuyền sản xuất MĐMC. ở châu Âu, châu Mỹ có hãng ABB (Thụy điển); hãng VEM, hãng SIEMENS (Cộng hoà liên bang Đức); hãng GENERAL (Mỹ); hãng ALSTOM (Pháp); hãng ANSALDO (Italia). ở châu á, Trung Quốc có tập đoàn máy điện Th−ợng Hải; nhà máy điện cơ T−ơng Đàm, Tây An ; các n−ớc Đài Loan, Nhật Bản có công nghệ chế tạo máy điện quay rất tiên tiến. Sản phẩm MĐMC của các n−ớc kể trên đ−ợc sử dụng nhiều trên các dây truyền sản xuất và trong các ngành kinh tế của n−ớc ta nh− ximăng, thép, hoá chất, mía đ−ờng, đ−ờng sắt, giao thông v.v Với sự tiến bộ không ngừng của các ngành khoa học kỹ thuật, nhiều thiết bị công nghệ tiên tiến, nhiều loại vật liệu mới đ−ợc nghiên cứu chế tạo. Liên quan đến máy điện có các vật liệu dẫn từ, vật liệu cách điện ngày càng đạt chất l−ợng cao với công nghệ chế tạo hiện đại. Trên cơ sở nghiên cứu sử dụng các công nghệ hiện đại của vật liệu mới, MĐMC ở n−ớc ngoài đ−ợc nghiên cứu, thiết kế ngày càng nhỏ gọn nhằm giảm đến tối đa các chi phí sản xuất và tăng tuổi thọ của sản phẩm. Các máy điện một chiều có công suất trung bình và lớn đ−ợc chế tạo theo đơn đặt hàng do vậy khi cần thay thế thì thời gian chế tạo, vận chuyển từ n−ớc ngoài về th−ờng kéo dài đến 6-7 tháng. Trong khi đó ở Việt Nam hiện tại không có cơ sở nào chế tạo đ−ợc MĐMC. Tr−ớc những năm 80 Công ty CTAMAD là cơ sở duy nhất ở Việt Nam đã chế tạo đ−ợc một số loại MĐMC có công suất đến 3,6kW phục vụ cho các ngành mỏ, đánh cá và đã 11
  13. chế tạo thử động cơ một chiều 21kW nh−ng không thành công do cổ góp chế tạo không đảm bảo chất l−ợng. Sau gần 25 năm ngừng sản xuất máy điện một chiều, đội ngũ cán bộ kỹ thuật, các tài liệu, các công nghệ đều không còn. Với trình độ sản xuất, công nghệ, vật t−, thiết bị nh− hiện nay thì các vật t− lạc hậu, công nghệ thủ công chắp vá của những năm 60,70 không còn phù hợp nữa. Nhận thấy nhu cầu to lớn của thị tr−ờng, Công ty CTAMAD đã đề xuất đề tài, đ−ợc sự ủng hộ của các nhà khoa học, các chuyên gia trong ngành và các cơ sở sử dụng máy điện một chiều, đ−ợc sự cho phép của bộ Khoa học và công nghệ, Công ty CTAMAD đ−ợc chủ trì đề tài với mục tiêu qua việc thực hiện đề tài công ty có đủ năng lực thiết kế, chế tạo, thử nghiệm đ−ợc máy điện một chiều phục vụ cho nhu cầu của các ngành sản xuất, các doanh nghiệp trong n−ớc. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài đ−ợc Bộ KH&CN giao cho Công ty CTAMAD thực hiện gồm các nội dung sau: TT Nội dung Sản phẩm phải đạt 1 Khảo sát tìm hiểu thực tế nhu cầu và yêu Báo cáo "nhu cầu và yêu cầu sử dụng" cầu sử dụng máy điện một chiều công suất đến 200kW trong các ngành kinh tế quốc dân 2 Chọn và xác định các thông số kỹ thuật - Bảng thông số kỹ thuật cơ bản, các yêu cầu kỹ thuật của động - Bảng yêu cầu kỹ thuật cơ mẫu 3 Xác định ph−ơng pháp tính và lập trình - Phần mềm ch−ơng trình tính toán phần mềm tính toán, thiết kế phần điện - Kết quả tính toán động cơ điện một từ máy điện một chiều công suất đến chiều 200kW 4 Nghiên cứu lựa chọn các vật liệu mới sẽ - Bản kê vật t− chính sử dụng cho máy điện một chiều 5 Thiết kế động cơ điện một chiều công Bộ bản vẽ thiết kế động cơ điện một suất 200kW chiều 6 Nghiên cứu học tập công nghệ n−ớc Tổ chức khảo sát cơ sở sản xuất máy ngoài điện một chiều ở Trung Quốc 12
  14. 7 Nghiên cứu thiết kế và chế tạo khuôn gá, - Tập bản vẽ thiết bị, khuôn gá d−ỡng cho quy trình. Nghiên cứu xây - Các thiết bị khuôn gá và các biên dựng quy trình công nghệ và thực hiện bản nghiệm thu quy trình công nghệ chế tạo. - Tập quy trình công nghệ chế tạo động cơ một chiều 8 Tổ chức hội thảo về thiết kế chế tạo máy Báo cáo về kết quả và biên bản hội điện một chiều công suất đến 200kW thảo 9 Chế tạo 01 động cơ điện một chiều công Hoàn thành 01 sản phẩm suất 200kW 10 Nghiên cứu h−ớng dẫn sử dụng và vận Bản h−ớng dẫn sử dụng và vận hành hành máy điện một chiều công suất đến máy điện một chiều công suất đến 200kW 200kW 11 - Xây dựng quy trình và tiêu chuẩn thử - Bản quy định các b−ớc và tiêu chuẩn nghiệm thử nghiệm - Thử nghiệm, đánh giá các thông số cơ - Hồ sơ thử nghiệm sản phẩm bản và xây dựng các đ−ờng đặc tính của sản phẩm - Xác định giá trị sử dụng của sản phẩm - Bản xác nhận giá trị sử dụng của sản phẩm. 12 Viết báo cáo tổng kết khoa học và kỹ Báo cáo khoa học tổng kết đề tài thuật của đề tài 1.3 Xác định thông số kỹ thuật, yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm Máy điện một chiều đ−ợc chia thành hai loại máy điện thông dụng và máy điện một chiều chuyên dùng. Máy điện một chiều chuyên dùng có đặc tính cơ khác nhau, dải điều chỉnh tốc độ rộng. Máy điện một chiều chuyên dùng th−ờng đ−ợc sử dụng ở các lĩnh vực đặc thù nh− cầu trục, máy xúc, tàu thuỷ Mỗi dạng máy điện đều có các đặc điểm riêng. Căn cứ vào nhu cầu sử dụng và các tiêu chuẩn liên quan mà mỗi loại máy điện một chiều đếu có các thông số kỹ thuật và yeeu cầu kỹ thuật khác nhau. 13
  15. 1.3.1 Xác định sản phẩm của đề tài. Các nghiên cứu của đề tài phải đ−ợc cụ thể hóa vào một sản phẩm. Sản phẩm sẽ đ−ợc thiết kế, chế tạo, thử nghiệm, do đó sản phẩm đ−ợc lựa chọn với các tiêu chí nh− sau: - Sản phẩm có công suất lớn nhất trong dãy sản phẩm cần nghiên cứu - Sản phẩm phải đ−ợc chế tạo theo các kết quả nghiên cứu - Sản phẩm đ−ợc đánh giá toàn diện + Đ−ợc thử nghiệm trong phòng thí nghiệm + Đ−ợc thử nghiệm trên dây truyền sản xuất trong một thời gian dài để xác định đ−ợc khả năng sử dụng. - Sản phẩm phải có nhu cầu trên thị tr−ờng, có các địa chỉ tiêu thụ. Với các tiêu chí nh− trên, đề tài đã lựa chọn động cơ một chiều 200kW- 750vg/ph-440V đ−ợc lắp trên máy xúc ]7∋-5A. 1.3.2 Thông số kỹ thuật của sản phẩm. Tất cả các loại máy điện đều đ−ợc tính toán và thiết kế để trong điều kiện làm việc danh định không có bộ phận nào trong máy điện một chiều có độ tăng nhiệt v−ợt quá giá trị cho phép và không đ−ợc phép đánh lửa ở cổ góp v−ợt quá cấp tia lửa quy định. Thông số kỹ thuật là hàng loạt các quy định về gía trị danh định của máy điện một chiều. Thông số kỹ thuật của sản phẩm đ−ợc đề ra ngay khi đặt vấn đề nghiên cứu thiết kế sản phẩm. Thông số kỹ thuật có thể là do khách hàng yêu cầu khi có nhu cầu đặt hàng hoặc do nhà chế tạo đề ra khi chế tạo các máy điện một chiều thông dụng. Thông số kỹ thuật bao gồm: Tên của máy điện một chiều: Tên của máy điện một chiều có thể là "động cơ điện một chiều" hoặc "máy phát điện một chiều" Công suất danh định: Công suất danh định P2 của động cơ là công suất trên đầu trục, đơn vị tính là kW. Công suất danh định phải nằm trong dãy công suất đ−ợc quy định trong các tiêu chuẩn quốc tế IEC và phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam TCVN. Điện áp danh định: Điện áp danh định Uđm (V) phải phù hợp với tiêu chuẩn IEC và TCVN. Đối với động cơ một chiều có các cấp điện áp danh định nh− sau: 110; 220 và 440V 14
  16. Tốc độ quay danh định: Tốc độ quay danh định n(vg/ph). Đối với máy điện một chiều giới hạn tốc độ quay danh định phụ thuộc vào công suất danh định. Đối với từng loại máy sẽ có giới hạn tốc độ quay riêng, bảo đảm cho hiệu quả trong sử dụng vật t− chính và giảm giá thành của sản phẩm. Ph−ơng pháp kích thích: Ph−ơng pháp kích thích của máy điện một chiều có thể là kích thích song song, kích thích nối tiếp, kích thích hỗn hợp, kích thích độc lập. Kiểu kết cấu: - Kết cấu ngang hoặc kết cấu trục đứng - Cấp bảo vệ đối với môi tr−ờng (kín, hở, nửa hở ) Chế độ làm việc danh định của máy: Chế độ làm việc danh định của máy gồm các chế độ từ S1 (chế độ làm việc danh định liên tục) đến S8 (chế độ làm việc danh định gián đoạn có tốc độ quay thay đổi) Các yêu cầu thông số kỹ thuật đặc biệt: Các yêu cầu đặc biệt nếu có nh− phạm vi điều chỉnh tốc độ, tốc độ quay, momen đà, độ ồn, độ rung Thông số kỹ thuật đối với động cơ một chiều 200kW-750vg/ph-440V. Động cơ một chiều - sản phẩm của đề tài đ−ợc Công ty CTAMAD đăng ký với Bộ KH&CN sau khi chế tạo sẽ đạt đ−ợc các chỉ tiêu thông số kỹ thuật t−ơng đ−ơng nh− động cơ có cùng công suất, tốc độ do Liên Xô chế tạo. Động cơ 200kW-750vg/ph - 440V đ−ợc chế tạo trong khuôn khổ của đề tài có các thông số kỹ thuật nh− sau: Bảng 2. Thông số kỹ thuật động cơ một chiều 200kW Mức chất l−ợng Tên sản phẩm và chỉ Đơn vị Mẫu t−ơng tự Ghi TT tiêu chất l−ợng chủ Chỉ tiêu đo Trong chú yếu đăng ký Thế giới n−ớc 1 Động cơ điện một chiều Không có Nga 2 Công suất kW 200 200 Đạt chỉ 3 Tốc độ định mức vg/ph 750 750 tiêu 4 Điện áp phần ứng V 440 440 TSKT 5 Điện áp kích từ V 115 115 t−ơng tự 6 Kiểu kích từ Độc lập Độc lập động cơ 7 Hiệu suất % 88 88 Nga 8 Cấp cách điện F B 9 Độ rung àm ≤ 30 ≤ 30 Đạt IEC 10 Độ ồn dB (A) ≤ 85 ≤ 85 11 Cấp bảo vệ IP23 Chế độ làm việc danh Tải danh định gián đoạn, đảo chiều quay và thay đổi 12 định tốc độ theo chu kỳ 13 Cách kết cấu: động cơ trục ngang với 2 đầu trục côn 14 Kích th−ớc lắp đặt: Lắp lẫn đ−ợc với động cơ do Nga chế tạo 15
  17. 1.3.3 Yêu cầu kỹ thuật đối với sản phẩm Các kết quả nghiên cứu của đề tài nh−: + Thiết kế tính toán; + Thiết kế kết cấu; + Bộ quy trình công nghệ, các thiết bị gá lắp phục vụ công nghệ chế tạo; + Các tiêu chuẩn thử nghiệm; đ−ợc sử dụng để chế tạo và đánh giá chất l−ợng sản phẩm mẫu của đề tài. Trên cơ sở nghiên cứu chế tạo thử các nội dung nghiên cứu đ−ợc điều chỉnh và hoàn thiện. Sản phẩm mẫu của đề tài đ−ợc Công ty CTAMAD chế tạo phải đạt các yêu cầu kỹ thuật sau: - Sản phẩm phải đạt đ−ợc các yêu cầu kỹ thuật t−ơng đ−ơng các sản phẩm của các n−ớc tiên tiến cùng loại. Động cơ 200kW-750vg/ph-440V phải đạt đ−ợc các chỉ tiêu kỹ thuật t−ơng đ−ơng động cơ của Liên xô sản xuất và phù hợp với các tiêu chuẩn quốc tế IEC - Các vật liệu dùng để chế tạo sản phẩm phải là các vật liệu mới đ−ợc các n−ớc tiên tiến sử dụng trong chế tạo máy điện một chiều. - Cấp chịu nhiệt của sản phẩm đ−ợc nâng từ cấp B thành cấp F để tăng khả năng làm việc quá tải, phù hợp với môi tr−ờng và điều kiện làm việc khắc nghiệt của Việt Nam. - Sản phẩm chế tạo phải có tính công nghệ cao, lắp ráp, lắp đặt, vận hành sửa chữa thuận lợi, có hình thức mẫu mã đẹp không thua kém hàng ngoại nhập, đ−ợc khách hàng chấp nhận. - Sản phẩm có khả năng lắp đặt trên dây truyền sản xuất hoặc trên thiết bị đồng bộ để thử nghiệm. * Kết luận: Máy điện một chiều có công suất đến 200kW đặc biệt là các động cơ đ−ợc sử dụng rộng rãi trong rất nhiều ngành kinh tế quan trọng ở Việt Nam. Các cơ sở trong n−ớc phải nghiên cứu chế tạo đ−ợc máy điện một chiều thay thế hàng nhập ngoại nhằm tiết kiệm ngoại tệ, đáp ứng yêu cầu của thị tr−ờng. Các thông số kỹ thuật và các yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm phải t−ơng đ−ơng với sản phẩm do các n−ớc tiên tiến sản xuất và phải phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế IEC, cấp cách điện đ−ợc nâng đến cấp F để phù hợp với điều kiện làm việc khắc nghiệt ở Việt Nam. 16
  18. Ch−ơng 2 Thiết kế máy điện một chiều 2.1 thiết kế tính toán máy điện một chiều Đối với một sản phẩm máy điện tr−ớc khi thiết kế sản phẩm mới phải tiến hành nhiều phép tính toán để xác định thông số kỹ thuật, các kích th−ớc của sản phẩm, kích th−ớc cơ bản của mạch từ, của bộ dây điện từ, tính trục, tính thông gió tản nhiệt, tính quạt, tính độ phát nhiệt, trong máy điện một chiều còn phải tính các kích th−ớc của cổ góp .v.v. Trong phạm vi của đề tài chúng tôi chỉ tập trung giới thiệu một số phép tính đặc thù của máy điện một chiều, đó là: - Tính toán thiết kế điện từ. - Tính toán thiết kế kết cấu, gồm: • Tính các kích th−ớc cơ bản của cổ góp; • Tính toán trục ( tính độ võng trục, tính ứng suất, tính ổ bi); • Tính chuỗi lắp ghép của động cơ mẫu; Đề tài đã phân tích các ph−ơng pháp tính toán qua tài liệu tham khảo của các n−ớc ngoài để lựa chọn ph−ơng pháp phù hợp với trình độ công nghệ, có tính thực tiễn và đảm bảo tính học thuật. Tính toán điện từ là nội dung quan trọng nhất đ−ợc tập trung nghiên cứu vì quá trình tính cho ra các thông số điện từ quan trọng, các kích th−ớc cơ bản của phần điện, từ cũng nh− xác định các đặc tính làm việc của máy. Mỗi ph−ơng án sản phẩm với hàng trăm phép tính, để có ph−ơng án tối −u (sản phẩm đạt chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cao nhất), ta phải thực hiện tính toán rất nhiều ph−ơng án. Xây dựng phần mền tính toán thiết kế để rút ngắn tối đa thời gian thực hiện tính toán, loại trừ đ−ợc các sai sót khi thực hiện các thao tác tính. Lập trình tính toán thiết kế máy điện một chiều là một nhiệm vụ nghiên cứu mới ở Việt Nam. Các kết quả tính toán do phần mềm đ−a ra đ−ợc kiểm định tính chính xác và giá trị sử dụng khi so sánh đối chứng với kết quả thử nghiệm của sản phẩm mẫu. 2.1.1 Tính toán thiết kế điện từ a. Xác định ph−ơng pháp tính toán Tính toán phần điện từ của máy điện một chiều phức tạp và có nhiều phép tính phải thực hiện để có một ph−ơng án. 17
  19. Ph−ơng pháp tính đ−ợc nghiên cứu giảng dạy ở Việt Nam là ph−ơng pháp do Liên Xô (cũ) xây dựng. Các ph−ơng pháp tính của một số n−ớc nh− Trung Quốc, Bungari, Tiệp Khắc.v.v. cũng đ−ợc biên soạn từ ph−ơng pháp của Liên Xô có thêm một số các hệ số công nghệ, tính toán đ−ợc rút gọn hơn. Chúng tôi lựa chọn ph−ơng pháp tính theo các tài liệu của Liên Xô, vì đây cũng là ph−ơng pháp đ−ợc các tr−ờng Đại học tại Việt Nam lựa chọn để giảng dạy. Liên Xô là đất n−ớc có nền công nghiệp chế tạo máy điện phát triển, công tác nghiên cứu lý thuyết cơ bản rất mạnh. Các tài liệu, sách về lý thuyết cơ bản, sách tra cứu, sách giới thiệu về công nghệ cũng phong phú. Ph−ơng pháp tính trong sách của Liên Xô có nh−ợc điểm là mang nặng tính lý thuyết. Các hệ số trong các công thức tính phải lựa chọn theo kinh nghiệm, khả năng công nghệ cụ thể của nơi sản xuất, vật liệu chế tạo.v.v. Khi thực hiện tính toán thiết kế và khi chế tạo thử sản phẩm kết quả cũng có các sai số nhất định. Trong một ph−ơng án khi tính toán phải lặp đi lặp lại các phép tính nhiều lần để các thông số lựa chọn giả định ban đầu phù hợp với kết quả sẽ nhận đ−ợc. b. Tính toán thiết kế điện từ Các dữ liệu ban đầu của phần tính toán điện từ là một số các thông số kỹ thuật của sản phẩm, cụ thể là: + Công suất định mức ( Pđm); + Điện áp định mức phần ứng (Uđm); + Tốc độ quay định mức (n); + Chế độ kích thích của máy điện một chiều; + Cấp bảo vệ; + Hiệu suất của máy theo yêu cầu của khách hàng hoặc tra theo các đồ thị trong sách; + Chế độ làm việc; Thực hiện theo ph−ơng pháp tính toán đã lựa chọn cho động cơ 200kW- 750vg/ph – 440V chúng tôi đã nhận đ−ợc kết quả tính toán nh− sau (bảng 3): 18
  20. Bảng 3: Kết quả tính toán điện từ Thông số điện từ Kích th−ớc phần điện từ Tên gọi Số liệu Tên gọi Số liệu Công suất 200kW Đ−ờng kính ngoài lõi cực từ 70,5cm Điện áp một chiều 440V Đ−ờng kính trong lõi cực từ 42,88cm Tốc độ 750vg/ph Số cực từ chính 4 cực Hiệu suất η 92% Số cực từ phụ 4 Φδ (Từ thông khe hở không khí) 0,9305Wb Số rãnh phần ứng 42 Bδ (Mật độ từ thông khe hở 0,8788T Số phiến góp 168 không khí) Bz (Mật độ từ thông răng phần 1,7T Chiều dài lõi tôn phần ứng 50,3cm ứng) Bg2 (Mật độ từ thông gông phần 1,152T Kích th−ớc dây quấn phần 1,8x8,5 ứng) ứng Φc (Từ thông cực từ) 1,070Wb Kích th−ớc dây quấn cực từ 2,24x6 chính Bc (Mật độ từ thông cực từ) 1,206T Số vòng dây cực từ chính 390 Bg1 (Mật độ từ thông gông từ) 1,325T Số vòng dây cực từ phụ 23 Tải đ−ờng A 317A/cm Kích th−ớc dây quấn cực từ 3,8x26,3 phụ Điện áp kích từ 440V Đ−ờng kính cổ góp 38cm Dòng điện kích từ 33,9A Kích th−ớc viên than 50x25 Số giá than/số viên của 01 4/3 giá Ngoài ra qua tính toán còn xác định đ−ợc mật độ dòng điện, kích th−ớc chính của các cực từ, lõi tôn phần ứng và chiều dài làm việc của cổ góp 2.1.2 Lập trình phần mềm tính toán thiết kế điện từ Ph−ơng án thiết kế sản phẩm tối −u phải đạt các yêu cầu nh− sau: + Sản phẩm đạt chỉ tiêu thông số kỹ thuật; + Công nghệ chế tạo phù hợp với thực tế sản xuất; + Sử dụng vật t− hợp lý; + Chi phí sản xuất thấp nhất có thể. 19
  21. Để có đ−ợc ph−ơng án tối −u khi thiết kế máy điện phải tiến hành lập nhiều ph−ơng án tính toán thiết kế khác nhau. Mỗi ph−ơng án đều đ−a ra đ−ợc các thông số kỹ thuật, các kích th−ớc sản phẩm, vật liệu sử dụng và l−ợng tiêu hao vật liệu khác nhau. Trên cơ sở phân tích hiệu quả sử dụng, nhu cầu của từng khách hàng mà lựa chọn ph−ơng án tối −u để thiết kế ra sản phẩm. Tr−ớc đây khi ch−a có các ph−ơng tiện máy tính hoặc ch−a có phần mềm tính toán thiết kế, giai đoạn tính toán thiết kế máy điện nói chung cũng nh− máy điện một chiều nói riêng phải kéo dài hàng tháng. Lập trình phần mềm để thiết kế tính toán phần điện từ máy điện một chiều là một nội dung quan trọng của đề tài nhằm giải quyết các vấn đề nh− sau: + Rút ngắn tối đa thời gian thiết kế tính toán, nhanh chóng chọn đ−ợc ph−ơng án tối −u để đáp ứng nhu cầu cấp bách của khách hàng; + Giảm công lao động của kỹ s− thiết kế; + Tránh đ−ợc các sai sót của con ng−ời trong quá trình thực hiện các phép tính; + Phần mềm đ−ợc lập trình có thể sử dụng để tính toán cho các máy điện một chiều có công suất đến 200kW; Đây là lần đầu tiên Công ty CTAMAD tiến hành nghiên cứu để xây dựng phần mềm tính toán thiết kế phần điện từ của máy điện một chiều, nhóm kỹ s− tham gia đề tài dựa vào ph−ơng pháp tính toán để xây dựng phần mềm "DCS 200V1.0" theo các b−ớc sau: - Xây dựng và kiểm chứng thuật toán tính động cơ điện một chiều; - Lựa chọn ngôn ngữ lập trình phù hợp với yêu cầu thiết kế; - Xây dựng các form giao diện và các modul tính toán - Liên kết và đóng gói dữ liệu. Thuật toán của phần mềm "DCS 200V1.0" đ−ợc viết dựa trên sách "Thiết kế máy điện" kết hợp với kinh nghiệm về lựa chọn hệ số công nghệ trong chế tạo máy điện theo thực tế sản xuất cũng nh− tham khảo sửa chữa các máy điện một chiều do n−ớc ngoài sản xuất. Phần mềm "DCS 200V1.0" đ−ợc xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình Visual Basic. Hiện nay có rất nhiều loại ngôn ngữ lập trình, trong số các ngôn ngữ lập trình đó, Visual Basic đ−ợc biết đến nh− một loại hình ngôn ngữ lập trình mạnh, t−ơng thích với môi tr−ờng Windows là hệ điều hành sử dụng phổ biến rộng rãi nhất trên thế giới. Visual Basic hỗ trợ nhiều công cụ lập trình mạnh với th− viện hàm phong phú đã tạo điều kiện tối đa cho ng−ời lập trình về t− duy và thời gian. Thêm vào đó, nó còn cho 20
  22. phép t−ơng tác với các môi tr−ờng làm việc khác nh− Word, Exel, Autocad , đặc biệt Visual Basic rất mạnh trong việc hỗ trợ đồ hoạ, các công cụ để lập trình giao diện khiến cho ng−ời sử dụng dễ hiểu, trực quan hơn. Chính vì thế mà Visual Basic đ−ợc ứng dụng rộng rãi và đ−ợc lập trình cho các ch−ơng trình lớn nh− Office, lập trình Web "DCS 200V1.0" đ−ợc tạo thành từ các form và các module theo nguyên tắc lập trình h−ớng đối t−ợng tức là coi mục tiêu cần lập trình tính toán là một đối t−ợng và xây dựng lên các thuộc tính cho đối t−ợng đó. Các module có nhiệm vụ tính toán, còn các form giao diện có nhiệm vụ nhập các số liệu đầu vào, tạo giao diện cho ng−ời sử dụng (các bảng, biểu ) và liên kết các module. Các kết quả đầu ra đồng thời đ−ợc đ−a vào form kết quả, ng−ời tính toán có thể quan sát một cách trực diện kết quả tính toán và đ−ợc l−u vào file "Kết quả" để ng−ời thiết kế xem xét hoặc làm tài liệu tham khảo cho các lần thiết kế sau này. Cơ sở dữ liệu dùng cho việc tính toán thiết kế động cơ đ−ợc thể hiện d−ới dạng đồ thị hay bảng để ng−ời thiết kế lựa chọn. Sự lựa chọn các hệ số, các dữ liệu là theo kinh nghiệm của ng−ời thiết kế hoặc từ kinh nghiệm sản xuất thực tế, hoặc theo công nghệ hiện có của Công ty. Ng−ời sử dụng có thể truy cập các đồ thị và các bảng biểu tạo các form dữ liệu để tra cứu các hệ số, số liệu cần thiết cho tính toán. Sau khi nhập các dữ liệu đầu vào, ch−ơng trình sẽ tự động tính toán và đ−a ra các thông số phù hợp cho việc lựa chọn các thông số tiếp theo. Các thông số của máy điện nếu không phù hợp hoặc v−ợt ra ngoài khoảng cho phép, ch−ơng trình sẽ báo lỗi và lý do báo lỗi để từ đó ng−ời thiết kế bằng kinh nghiệm của mình cùng với sự mềm dẻo của ch−ơng trình xác định nguyên nhân gây ra lỗi và quay trở về bất kỳ b−ớc tính nào tr−ớc đó để thực hiện việc hiệu chỉnh các số liệu đầu vào để có các số liệu đầu ra cho phù hợp với các yêu cầu thiết kế. Đây là một −u điểm của ch−ơng trình vì nó cho phép tiết kiệm một cách tối đa thời gian thiết kế bằng việc cho phép quay lại hiệu chỉnh bất kỳ số liệu đầu vào nào đ−ợc nhập ở các b−ớc tr−ớc mà không cần phải quay lại từ đầu hay đợi ch−ơng trình thực hiện xong. Ch−ơng trình sau khi đ−ợc viết xong sẽ đ−ợc biên dịch sang file chạy (dạng đuôi *.exe). Trong quá trình biên dịch nếu không có lỗi sẽ đ−ợc chuyển sang công đoạn tiếp theo là đóng gói dữ liệu. Các dữ liệu và mã ch−ơng trình đã đ−ợc viết ra sẽ đ−ợc liên kết và đóng gói thành phần mềm hoàn chỉnh làm việc độc lập với Visual Basic (tức là chạy mà không cần cài đặt ch−ơng trình Visual Basic). 21
  23. Ch−ơng trình "DCS 200V1.0" đ−ợc cài đặt trên máy tính PC thông th−ờng từ môi tr−ờng Windows là môi tr−ờng làm việc thông dụng hiện nay. Ch−ơng trình "DSC 200V1.0" đ−ợc l−u trên một đĩa CD rom. Ta đ−a đĩa vào ổ CD, sau đó chạy file DCS 200V1.0\Setup.exe, ch−ơng trình sẽ đ−ợc tải tự động vào th− mục Programfiles có sẵn trong hệ điều hành Windows với tên "DCS 200V1.0". Để thực sự làm việc trong môi tr−ờng thiết kế động cơ điện một chiều này, ng−ời sử dụng phải đăng ký tên ng−ời sử dụng và mật khẩu, chỉ khi nhập đúng mới có thể tiếp tục thực hiện các b−ớc tiếp theo. tên và mật khẩu đã đ−ợc định sẵn và l−u trong ch−ơng trình và đ−ợc cung cấp bởi ng−ời sở hữu phần mềm này. Phần mềm tính toán hiện đ−ợc l−u trên đĩa và cài đặt trong ổ cứng của các máy tính tại phòng Kỹ thuật của cơ quan chủ trì đề tài. 2.1.3 Xác định giá trị sử dụng của phần mềm thiết kế tính toán Để xác định độ tin cậy của ph−ơng pháp tính toán đ−ợc đề tài lựa chọn cũng nh− của phần mềm đ−ợc xây dựng nhóm thực hiện đề tài đã tiến hành tính toán bằng tay (xem tập bản tính) cũng nh− bằng phần mềm cho động cơ một chiều 200kW. Các kết quả đ−ợc so sánh với nhau cũng nh− so sánh với kết quả thử nghiệm, đo đạc của sản phẩm do n−ớc ngoài chế tạo và sản phẩm cùng loại do cơ quan chủ trì đề tài chế tạo cho thấy sai số giữa các ph−ơng pháp tính có thể chấp nhận đ−ợc. Bảng 4: Bảng so sánh kết quả Tên gọi Đơn Ph−ơng pháp Ph−ơng pháp Sai số vị tính tay tính bằng (%) tính ch−ơng trình Công suất kW 200 200 0 Điện áp một chiều V 440 440 0 Tốc độ vg/ph 750 748 0.27 Hiệu suất η % 92 91.6 0.43 Φδ (Từ thông khe hở không Wb 0,9305 0,931 0.05 khí) Bδ (Mật độ từ thông khe hở T 0,8788 0,88 0.13 kh.khí) Bz ( Mật độ từ thông răng T 1,7 1,68 1.17 22
  24. ph.ứng) Bg2 ( Mật độ từ thông gông T 1,152 1,152 0 ph.ứng) Φc ( Từ thông cực từ ) Wb 1,070 1,075 0.46 Bc ( Mật độ từ thông cực từ T 1,206 1,207 0.08 ) Bg1 ( Mật độ từ thông gông T 1,325 1,324 0.07 từ ) Tải đ−ờng A A/cm 317 315 0.63 Điện áp kích từ V 440 440 0 Dòng điện kích từ A 33,9 32 5,6 2.1.4 Thiết kế tính toán kết cấu máy điện một chiều Trong kết cấu của máy điện một chiều cũng nh− máy điện xoay chiều có các cụm chi tiết phải tính toán để có các kích th−ớc, các thông số đáp ứng với yêu cầu kỹ thuật của cụm và của tổng thể sản phẩm. Tính toán thiết kế kết cấu đ−ợc tiến hành ngay sau khi hoàn thành tính toán thiết kế điện từ và lên đ−ợc bản vẽ dự kiến về thiết kế tổng quan. Khi thiết kế máy điện quay bao gồm cả động cơ điện, máy phát điện xoay chiều và một chiều đều phải tiến hành tính quạt gió, thông gió tản nhiệt, tính độ tăng nhiệt, tính độ bền trục, tính ổ bi, tính chuỗi lắp ghép của sản phẩm. Ngoài ra trong các máy điện một chiều còn phải tính kích th−ớc của các chi tiết tạo thành cổ góp điện. Trong các đề tài KHCN đã đ−ợc công ty CTAMAD thực hiện tr−ớc đây các phép tính đã đ−ợc chúng tôi nghiên cứu và trình bày trong các báo cáo. Chúng tôi chỉ trình bày trong Ch−ơng 2 những phần tính toán thiết kế kết cấu có đặc thù riêng của máy điện một chiều gồm: - Tính kích th−ớc cổ góp điện; - Tính trục máy điện một chiều; - Tính chuỗi lắp ghép của máy điện một chiều. a. Tính kích th−ớc cổ góp điện Tuỳ theo kết cấu, kích th−ớc, tốc độ của động cơ mà ng−ời thiết kế lựa chọn kết cấu và kích th−ớc của cổ góp điện. Thông th−ờng với máy điện một chiều cỡ trung và cỡ lớn, cổ góp điện đ−ợc tạo thành từ hàng trăm thậm chí đến gần 1000 chi tiết rời với 23
  25. 6 đến 10 loại chi tiết đ−ợc ghép với nhau bằng bulông, đai ốc. Các bề mặt lắp ghép và chịu lực là các bề mặt côn của 3 cụm chi tiết. Do vậy tất cả các chi tiết của cổ góp đều đ−ợc tính các kích th−ớc với số liệu liên quan đến nhau với yêu cầu chính xác cao. Đề tài đã thực hiện nghiên cứu ph−ơng pháp tính toán cổ góp và áp dụng để tính toán cho cổ góp điện động cơ 200kW - 750vg/ph - 440V. Cổ góp điện của động cơ một chiều 200kW có 6 cụm chi tiết (hình 1) và chi tiết phải tiến hành tính kích th−ớc đó là: - Cụm vành góp; - Lá mica cách điện; - Lam đồng; - Phễu cách điện; - Cốc ép sau; - Cốc ép tr−ớc Các thông số các dữ liệu để tính toán thiết kế kết cấu cổ góp điện Trong tính toán điện từ có phần tính toán liên quan đến các thông số điện của cổ góp nh− tính số lam đồng cổ góp (G), chiều dài tác dụng của cổ góp IG, Ngoài ra còn xác định đ−ợc đ−ờng kính làm việc của cổ góp (DG). Tính toán kích th−ớc cổ góp điện bao gồm cả phần tính toán phôi, tính l−ợng d− của các chi tiết và cụm chi tiết. Các dữ liệu để tính đ−ợc toàn bộ kích th−ớc của cổ góp gồm: - Đ−ờng kính làm việc của cổ góp DG; - Đ−ờng kính trục (vị trí lắp cổ góp) d; - Kích th−ớc của viên than bch x Lch; - Số viên than trên một giá than Nch; - Số lam đồng của cổ góp G. Các dữ liệu tính toán cổ góp động cơ 200kW. Các dữ liệu tính toán nhận đ−ợc từ phần tính toán thiết kế điện từ: DG = 380 mm; d = 140 mm; IG = 126 mm; G = 168 cái; bch x Lch = 25 x 50 mm; Nch = 3 cái. 24
  26. b. Phần tính toán Chiều dài làm việc của cổ góp (hình 2) Llv= l1+l2+l3.(Nch-1)+lch.Nch+l4 l1 và l4 – Chiều dài cạnh ngoài l2 – Khoảng xê dịch cho phép của viên than l3 – Khoảng cách giữa các viên than lch – Chiều dài chổi than LG – Chiều dài cổ góp Nch – Số viên than trên một giá than Hình 2: Chiều dài làm việc của cổ góp. Động cơ một chiều 200kW có các kích th−ớc đ−ợc chọn theo viên than nh− sau: l1 = 8 mm; l2 = 2 mm; l3 = 13 mm; l4 = 9 mm; Nh− vậy chiều dài làm việc của cổ góp động cơ 200kW đ−ợc tính: Llv = 8 + 2 + 13.( 3-1 ) + 50.3 + 9 = 195 mm Kích th−ớc của lá Mica cách điện Lá Mica đ−ợc cắt từ tấm Mica có hình chữ nhật với kích th−ớc a x b x δ Hình 3. Kích th−ớc lá mica cách điện Kích th−ớc a x b của lá Mica cách điện đ−ợc cắt bằng với phôi của lam đồng cổ góp. Riêng chiều dài của lá mica trong một số máy điện một chiều khi không có b−ớc công nghệ xén mặt phía đuôi cờ thì kích th−ớc b đ−ợc cộng thêm 2 ữ3mm 25
  27. D − D a = F T + l 2 d1 432 − 264 a = + 1 = 85mm 2 Trong đó: - DF là đ−ờng kính lớn nhất của vành góp tr−ớc khi gia công - DT là đ−ờng kính trong vành góp - ldi là l−ợng d− gia công Chiều dài của lam đồng b: b = LG + ldi = 235 + 13 = 248 mm Chiều dày của lá Mica: Theo đ−ờng kính của cổ góp, cỡ công suất của máy điện một chiều, điện áp làm việc và để chọn chiều dày δMC của tấm cách điện mica: δMC = 0,8 mm Kích th−ớc phôi của lam đồng Phôi của lam đồng đ−ợc cắt thành hình chữ nhật từ đồng tấm với kích th−ớc : δđ: Chiều dày của tấm đồng A: Chiều rộng của phôi B: Chiều dài của phôi Hình 4. Kích th−ớc phôi lam đồng Chiều dày của tấm đồng π.D π.432 δ = F + δ = + δ = 10mm d G 3 168 3 Trong đó: δ3 là l−ợng d− gia công Chiều rộng của phôi lam đồng bằng chiều rộng của lá Mica cộng l−ợng d− gia công: A = a + 2 =87 mm Chiều dài của phôi lam đồng bằng chiều dài của lá Mica cộng thêm l−ợng d− gia công: B = b + 2 = 247 mm Kích th−ớc gia công của lam đồng tr−ớc khi ghép 26
  28. Hình 5: Kích th−ớc gia công lam đồng - Chiều dài b và chiều rộng a nh− lá Mica - Góc α đ−ợc tính nh− sau: 360 360 α = = = 2 0 08'34 '' G 168 - Chiều dày ∆: π.D π.432 ∆ = F − δ = − 0,8 = 7,28mm G MC 168 Tính kích th−ớc gia công vành góp Gia công vành góp hay còn gọi là gia công đuôi én. Để nhận đ−ợc các kích th−ớc cần gia công phải tiến hành tính các kích th−ớc sau: D, l1, l2, c. Hình 6. Kích th−ớc gia công vành góp. - Các kích th−ớc đ−ợc lựa chọn khi dự kiến ph−ơng án kết cấu cổ góp là φ326,1; góc 3o; góc 30o; φ274; các góc l−ợn R = 2 mm - Các kích th−ớc đuôi én đ−ợc tính để làm các d−ỡng khi gia công vì các kích th−ớc không thể trực tiếp đo đ−ợc. - Các phép tính cụ thể xem phần tính toán cổ góp điện. Tính kích th−ớc của cốc ép tr−ớc và cốc ép sau. 27
  29. Một số các kích th−ớc trên cốc ép phải thực hiện tính toán để đảm bảo bề mặt côn trong của cốc, bề mặt này đ−ợc tỳ vào đuôi én của vành góp và mặt côn 3o của cốc ép có khe hở với mặt B của vành góp (hình 6). Các công thức tính và kết qủa tính toán xem phần tính toán cổ góp điện Tính kích th−ớc của phễu cách điện Phễu cách điện là chi tiết nằm giữa vành góp và cốc ép, chi tiết này đ−ợc ghép từ các tấm Mica mền tạo thành. Phần tính toán kích th−ớc phiễu cách điện có 2 phần là: + Tính phễu cách điện + Tính tấm sécmăng Mica ghép phễu - Tính kích th−ớc phễu cách điện Hình 7. Phễu cách điện Các kích th−ớc lựa chọn - Phễu cách điện đ−ợc ép đạt chiều dày đồng đều d = 2 mm - Các bán kính l−ợn phải chọn đạt yêu cầu sau: + R1 phải lớn hơn bán kính l−ợn mặt côn cốc ép + r1 phải nhỏ hơn bán kính l−ợn ở vành góp. o - Đ−ờng kính D1 = 326,1 mm bằng đ−ờng kính chuẩn để gia công mặt côn 3 của vành góp (hình 6) - Các góc côn 3o và 30o (góc quy định) Các kích th−ớc phải tính toán Tất cả các kích th−ớc còn lại của phiễu cách điện có trên hình 7 đều phải tính toán từ các kích th−ớc đã lựa chọn ở mục trên và kích th−ớc cổ góp. 28
  30. Các kích th−ớc đ−ợc thể hiện trong bản vẽ dùng để làm d−ỡng kiểm cũng nh− để chế tạo khuôn ép. Ngoài ra căn cứ vào kích th−ớc sản phẩm ta tính đ−ợc kích th−ớc các tấm sécmăng mica dùng để xếp ép thành phễu cách điện. Các công thức tính và kết quả tính: Các công thức tính và kết quả tính phễu cách điện đ−ợc trình bày trong tập tính toán kích th−ớc cổ góp và thể hiện trên bản vẽ sản phẩm. - Tính tấm sécmăng mica Để chế tạo thành phễu cách điện phải pha cắt mica mềm dày 0,25 thành hính khai triển, sau đó xếp vào khuôn để ép thành phễu. Hình vẽ 8. Tấm sécmăng S – B−ớc răng; l – Chiều sâu đoạn vát răng t – Vát răng; l1 – Chiều sâu cắt răng Tấm mica đ−ợc cắt thành các tấm sécmăng (hình 8). Từ các kích th−ớc thiết kế sản phẩm ta có thể tính đ−ợc toàn bộ các kích th−ớc của tấm sécmăng, số l−ợng tấm để tạo thành phễu mica (xem bản tính cổ góp) Tính kiểm tra độ bền kết cấu cổ góp điện. Hình 9. Kích th−ớc lắp ghép mặt côn 29
  31. Từ toàn bộ kích th−ớc lắp ghép mặt côn của 3 chi tiết vành góp (1), phễu mica cách điện(2) và cốc ép (3) ta xác định đ−ợc kích th−ớc l2 là chiều dài làm việc và l3 là chiều dài chịu tác động của lực ly tâm c, ho là chiều cao dự phòng, trong quá trình sử dụng có thể tiện đi khi bảo d−ỡng bề mặt cổ góp. - Công thức tính lực li tâm c: n c = 11,2.G.R .( max )2 o 1000 Trong đó: G – Trọng l−ợng của phần ngoài đ−ợc tính nh− sau: πD G = F.( o − S).8,9.10 −3 (kG); k F – Diện tích bề mặt ngoài (cm2); k – Số lam đồng cổ góp, k = 168; Do - Đ−ờng kính của trọng lực; S – Chiều dày của lá Mica cổ góp, S = 0,08 cm 8,9 – Trọng l−ợng riêng của đồng M1 ( G/cm3); D R = o bán kính của trọng lực. o 2 - Độ uốn của lam đồng cổ góp d−ới tác động của lực ly tâm C.l f = 3 (cm) 8.E.J Trong đó: E – là môđun cứng vững dạng 1 của đồng M1 E = 1,15.106 kG/cm2 J – Mômen ì đ−ợc tính nh− sau: (h − h )3 .t J = 1 o cm4 R π.D t = o − S k Trong tính toán độ uốn, f (hình 10) không đ−ợc lớn hơn 0,002 cm. Nếu tính toán cho ra kết quả f >0,002 cm thì phải tính toán điều chỉnh lại kích th−ớc của mặt côn, phễu cách điện để tăng kích th−ớc bám giữa các chi tiết (l3) cho đến khi f ≤ 0,002 cm Hình 10. Độ uốn của lam đồng. 30
  32. c. Tính trục máy điện một chiều Tính trục là phép tính phải thực hiện khi thiết kế sản phẩm máy điện quay. Trong phần tính trục có 3 nội dung: - Tính độ cứng vững của trục; - Tính ứng suất ở một số mặt cắt xung yếu trên trục; - Tính toán ổ bi của máy điện một chiều. Các dữ liệu để tính trục: - Công suất máy: P (kW); - Tốc độ: n (vg/ph); - Đ−ờng kính ngoài lõi tôn rôto: D (mm); - Chiều dài lõi tôn rôto: L (mm) - Khe hở không khí giữa rôto và stato: δ (mm); - Ph−ơng pháp truyền tải (khớp mềm, khớp cứng, puly ) và kích th−ớc truyền lực; - Trọng l−ợng rôto: G (kG); - Toàn bộ các kích th−ớc đ−ờng kính và chiều dài của trục (mm). Tính độ cứng vững của trục Máy điện quay nói chung cũng nh− máy điện một chiều khi làm việc chịu tác động của các lực nh−: - Lực ly tâm do trọng l−ợng G của rôto gây ra; - Lực truyền tải của máy điện; - Lực điện từ. Do máy điện một chiều có kết cấu cổ góp – giá than nên máy có trọng l−ợng phần ứng (G) tăng và chiều dài của trục lại dài hơn đáng kể so với các loại máy điện khác, làm tăng độ võng trục khi mang tải. Ph−ơng pháp tính độ võng trục của máy điện một chiều cũng t−ơng tự nh− của máy điện xoay chiều. Khi kết quả tính độ võng trục f > 8% khe hở không khí (δ) thì phải tiến hành điều chỉnh thiết kế theo xu h−ớng: - Làm giảm trọng l−ợng rôto; - Tăng đ−ờng kính trục( tất cả những nơi có thể tăng); - Rút ngắn chiều dài trục (nếu có thể). 31
  33. Tính toán trục cho động cơ 200kW – 750vg/ph – 440V Các thông số để tính trục : Công suất động cơ : 200kW Tốc độ : 750vg/ph Đ−ờng kính ngoài rô to : D = 423 mm Chiều dài lõi tôn : L = 506 mm Khe hở không khí giữa stato và rô to δ = 2.5 mm Động cơ truyền động bằng khớp nối có đ−ờng kính truyền động D0 = 200mm Trọng l−ợng rô to : G = 743.55kG Tính độ cứng vững của trục : - Tính độ võng trục Trong thực tế khi làm việc, trục làm việc ở t− thế nằm ngang nên trong l−ợng của phần quay cùng với lực hút điện từ và momen truyền động qua khớp nối gây nên độ võng trục. Kích th−ớc trục: Hình 11. Kích th−ớc trục động cơ một chiều 200kW Mô men quay định mức của động cơ P 200 M = 97500 H = 97500 = 26000kG.cm H n 750 Phản lực truyền tác động lên đầu trục của động cơ MH PΠ = kΠ R Trong đó: - KΠ hệ số truyền động, trong tr−ờng hợp truyền động bằng khớp nối thì lấy KΠ=0,3 32
  34. - R là bán kính tác dụng của mômen MH tác động lên phần quay. R = 10 (cm) 26000 PΠ = 0,3x = 780kG 10 Độ võng trục d−ới tác động của lực truyền tải PΠ: PΠ.c fΠ = []()1,5lS −Sb a+bSa 3El 2 0 Trong đó: c là khoảng cách từ đầu trục tới gối đỡ gần nhất. c = 40.5 (cm). 3 3 xi − xi−1 Sa = Σ Ji 3 3 yi − yi −1 Sb = Σ Ji 2 2 y i − y i −1 S0 = ∑ J i xi, yi là các khoảng cách từ các mặt cắt nguy hiểm tới gối đỡ (hình 12). π J là mômen quán tính ở các tiết diện i J = d 4 i i 64 i 33
  35. Hình 12. 34
  36. Lập bảng tính toán các giá trị Sa, Sb, S0 nh− sau: Bảng 5. Bảng tính toán độ võng trục. 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 Tiết di Ji yi yi yi -yi - 1 yi -yi -1 yi yi -yi -1 yi -yi -1 4 diện cm Cm cm Ji Ji Phần bên phải trục 1a 13 1401.28 6.25 244.14 244.14 0.174226 39.0625 39.0625 0.0278 2a 14 1884.7820.25 8303.768059.62 4.276159 410.062 370.99 0.1968 3 3 2 2 y − y −1 i i yi − yi −1 Sb = ∑ = 4.450385 S0 = ∑ = 0,225 J i J i Phần bên trái trục 3 3 3 3 Tiết di Ji xi xi xi -xi-1 xi -xi-1 4 diện cm cm cm Ji 1b 13 1401.28 6.25 244.14 244.14 0.174226 2b 15.5 2831.8915.75 3884.7 3640.56 1.285558 3 3 xi − xi−1 Sa = ∑ = 1.459784 J i 780.40,5 fΠ = []()1,5.102,6.0,225 − 4,450385 .68,85 + 46,25.1,45978 3.2,1.106 .102,62 =0,001022(cm) Trọng l−ợng phần ứng : 2 2 G= 6.3(D l+Dg .lg).10-3 = 6.3(42,32.50,6+34,22.23,5).10-3= 743.55Kg 743.55 f = []()1,5.102,6.0,225 − 4,450385 .68,85 + 46,25.1,45978 G 3.2,1.106 .102,62 =0,000245(cm) Trong khi chế tạo động cơ khe hở không khí δ (trong động cơ này khe hở không khí là δ = 0,25 cm) không thể đồng đều trên suốt chiều dài, cũng nh− ở mọi điểm trên đ−ờng kính do sai số cho phép trong khi chế tạo và lắp ráp. Độ lệch ban đầu của rô to là : e0 = 0,1. δ + fG + fΠ =0,1.0,25+0.000245+0,001022 = 0,00262 (cm) 35
  37. Chuyển dịch ban đầu làm xuất hiện lực điện từ T0 : e0 3x42,3x50,6x0,00262 T = 3 D L = = 67,29 (kG) 0 δ 0,25 Độ võng trục ban đầu sinh ra do lực điện từ : T 160.52 f = f . 0 = 0,000245 . = 0,0000221 (cm) T G G 743.55 Tỷ lệ độ võng sinh ra do lực điện từ và độ lệch ban đầu : f 0.0000221 m = T = = 0,00843 e0 0,00262 Độ võng cuối cùng do chuyển dịch tiếp theo d−ới tác động của các lực điện từ bổ sung. f 0,0000221 f = T = = 0,0000223(cm) m 1− m 1− 0,00843 Tổng độ võng của trục : f = fG+ fΠ + fM =0,000245+0,001022+0,0000223 = 0,0012893 (cm) Độ võng cho phép đối với động cơ không đồng bộ là 10% khe hở không khí. 10% . δ = 10% . 0,25 = 0,025 cm Kết quả tính toán cho thấy độ võng trục của động cơ 200kW - 750vg/ph - 440V nằm trong giới hạn cho phép. - Tính ứng suất ở một số mặt cắt xung yếu trên trục : Ta có sơ đồ tác dụng lực lên trục nh− sau : G To M P PB c b a l P n Hình 13. Sơ đồ lực tác dụng lên trục động cơ. + Tính phản lực tại các gối đỡ: Tại gối A: Ta có ph−ơng trình cân bằng mô men sau: ΣMA=0 Pn.c+(G+T0).b-PA.l=0 36
  38. 780.384,5+(743.55+67.29).688,5-1151.PB=0 780.384.5 + (743,55 + 67,29).688.5 P = =745,59 kG A 1151 Tại gối B: Ta có ph−ơng trình cân bằng mô men sau: ΣMB=0 Pn(c+l ) - (G+T0)a- PB.l=0 780(384.5+1151)-(743.55+67.29)462.5-1151.PB=0 780.(384.5 +1151) − (743.55 + 67,29).462,5 P = = 714.75 kG B 1151 Ta vẽ đ−ợc biểu đồ lực và biểu đồ mô men nh− sau: Hình 14. Biểu đồ lực và mômen Tính toán các mặt cắt nguy hiểm trên trục động cơ Mặt cắt 2c : Đầu trục truyền tải có then truyền lực. Theo biểu đồ mô men uốn và xoắn ta thấy rằng tại các vị trí từ giữa rôto đến đầu trục nối tải chịu uốn xoắn đồng thời. - Mô men uốn tại mặt cắt 1b : Mu = Pn . c = 780.38,45=29991 kG.cm 37
  39. - Mô men xoắn : MX = Pn.R = MH = 26000 kG.cm - Mô men chống xoắn : Tại tiết diện này trục có rãnh then do đó ta tính mô men chống uốn và chống xoắn theo công thức sau: πd 3 W = 32 3,14.133 W= =215.68 (cm3) 32 Mô men chống xoắn: πd 3 3,14.133 W = = = 431.37 (cm3) 0 32 16 ở đây d- thiết diện trục d=13(cm) Khi đó ứng suất t−ơng đ−ơng tính theo lý thuyết bền thứ 4 công thức nh− sau: M 2 + (0,75.K.Mx) 2 299912 + (0,75.2,5.26000) 2 σ = u = = 265,38(kG/cm2) tđ W 215.68 - ứng suất uốn pháp ở đầu trục 1 c M 29991 σ= u = = 139,05 (kG/cm2) W 215.68 - ứng suất cắt ổ đầu trục 1 c M x 26000 2 τc= = = 60,27 (kG/cm ) W0 431,36 K = 2,5 hệ số an toàn (Động cơ làm việc trong điều kiện quá tải nặng nhọc nhất). Mặt cắt 2b : - Mô men uốn : Mu = Pn(c+y1) - PB.y1 =780.(38,45+15,75) – 745,59.15,75= 30532,95 kG.cm - Mô men xoắn MX = 26000 kG.cm - Mô men chống xoắn : πd 3 3,14.14,53 W = = = 299,29 (cm3) 32 32 - ứng suất t−ơng đ−ơng ở mặt cắt 1b: 38
  40. M 2 + (0,75.K.M ) 2 30532,952 + (0,75.2,5.26000) 2 σ = u x = = 192,196(kG/cm2) tđ W 299,29 Mặt cắt 2a : - Mô men uốn : Mu = PBy2 = 714.15 .31,85 = 22745,67kG.cm - Mô men xoắn MX = 0 kG.cm - Mô men chống uốn : πd 3 3,14.143 W = = = 269,39 (cm3) 32 32 - ứng suất t−ơng đ−ơng ở mặt cắt 1b: M 22745,67 σ = u = = 84,43(kG/cm2) tđ W 269,39 Giới hạn bền cho phép của thép 45 có tăng bền và khi có ứng suất tập trung là do góc l−ợn đạt giá trị :[σ]=750 kG/cm2 ở tất cả các mặt cắt ứng suất đều nằm d−ới giới hạn cho phép. d. Tính chuỗi lắp ghép của máy điện một chiều Kích th−ớc lắp ghép của máy điện một chiều phải phù hợp thì mới làm việc đ−ợc. Tr−ớc khi chuẩn bị triển khai thiết kế chi tiết phải tiến hành phác hoạ tổng đồ. Trong bản tổng đồ này phải dự kiến toàn bộ kết cấu và cho đủ các kích th−ớc để thể hiện đ−ợc các kích th−ớc lắp ghép cũng nh− kiểm tra đ−ợc chuỗi lắp ghép của máy. Trong máy điện một chiều chuỗi kích th−ớc phải tính kiểm tra bao gồm: - Chiều dài vai bi; - Chiều dài đảm bảo đồng tâm giữa phần ứng và các cực từ; - Vị trí các viên than trên cổ góp. Ngoài ra cũng nh− trong các loại máy điện xoay chiều khác ta phải kiểm tra toàn bộ các khe hở giữa các phần quay và phần tĩnh, vị trí cửa sổ thao tác, kích th−ớc lắp đặt của máy điện một chiều Tính chiều dài vai bi Khi tính chiều dài vai bi ta phải tính đến cả các dung sai đã cho để đảm bảo viên bi nằm đúng vị trí trong ổ bi tạo nên khe hở δ hợp lý. Tuỳ theo kết cấu của loại máy, đặc thù mang tải mà ng−ời thiết kế đã chọn loại bi phù hợp cho sản phẩm. 39
  41. ứng với mỗi loại ổ bi thi khe hở δ của ca bi ngoài với chi tiết nắp mỡ, các chi tiết phần quay nh− vai trục, bạc ngoáy mỡ, bạc đỡ lại hoàn toàn khác. Với ổ bi tròn thì phải có khe hở giữa ca bi ngoài với các nắp mỡ (δ) đủ đảm bảo khi máy điện làm việc ở tải định mức, nhiệt độ tăng đến giới hạn cho phép (theo cấp cách điện), trục máy điện giãn nở ra thì vòng bi vẫn có thể cựa trong ổ bi. Nếu không đảm bảo khe hở (khe hở nhỏ hơn độ giãn trục) khi máy điện làm việc đủ tải sẽ xảy ra kẹt bi dẫn đến phá huỷ vòng bi. Hình 15. Khe hở ca bi ngoài và nắp mỡ Với bi đũa NJ của động cơ 200kW thì do vòng bi có thể tr−ợt trong ca bi ngoài nên không cần khe hở δ nữa. Tính chiều dài bảo đảm đồng tâm phần ứng-cực từ. Tâm phần ứng phải trùng với tâm cực từ. Nếu thiết kế, chế tạo lệch thì phần lệch ra ngoài gần nh− không tham gia tạo mạch từ của máy. Để kiểm tra và điều chỉnh kích th−ớc lõi tôn phần ứng và cực từ đồng tâm ta th−ờng tính toán 2 chuỗi kích th−ớc đó là chuỗi trên thân LC và chuỗi thân trên trục LƯ. Chuỗi trên thân đ−ợc tính từ mép ca bi ngoài đến tâm các cực từ. Chuỗi trên trục đ−ợc tính từ mép ca bi trong đến tâm phần ứng. Hình 16. Chiều dài đồng tâm phần ứng-cực từ 40
  42. Khi tính toán phải điều chỉnh để đạt yêu cầu đồng tâm. LC = LƯ Tính vị trí viên than trên cổ góp Khi tính toán chiều dài làm việc của cổ góp ta đã xác định vị trí làm việc của viên than trên cổ góp, giá than đ−ợc gắn trên nắp máy điện một chiều, trên mỗi giá than đ−ợc lắp 3 hộp than có chứa viên than, cổ góp lại đ−ợc lắp trên trục (hình 17) 1. Nắp máy điện một chiều 2. Giá than 3. Hộp than 4. Viên than 5. Cổ góp Hình 17. Vị trí viên than trên cổ góp. Khi tính toán chuỗi ta nhận đ−ợc l1, l3, l4 phù hợp với kết quả đã tính thì không cần phải điều chỉnh kích th−ớc giá than hoặc trục nữa. e. Kết luận - Kết quả phần tính toán cổ góp đã cho ra toàn bộ kích th−ớc cơ bản cần lắp ráp vào nhau của vành góp, phễu cách điện mica, và các cốc ép. Trên cơ sở các kích th−ớc tính toán ta có thể vẽ đ−ợc các chi tiết của cổ góp và thiết kế đ−ợc các d−ỡng kiểm, d−ỡng dùng khi gia công các mặt côn và thiết kế các khuôn ép phễu mica cách điện. - Kết quả tính độ bền của trục cho thấy tổng độ võng trục t = 0,0012893 cm độ võng trục cho phép là 0,0025 cm. Nh− vậy trục thiết kế đã đủ độ cứng vững. - Các mặt xung yếu trên trục động cơ 200kW đ−ợc tính ứng suất, kết quả tính cho thấy tại tất cả các mặt ứng suất đều nằm trong giới hạn cho phép. 2.2 Thiết kế kết cấu máy điện một chiều Máy điện một chiều có kết cấu phức tạp hơn nhiều so với máy điện xoay chiều do có thêm cụm cổ góp và giá than nằm ngay trong động cơ, ngoài ra máy điện một chiều còn có hệ thống thông gió để làm mát các cụm chi tiết dẫn điện, dẫn từ và cụm cổ góp-giá than. Kết cấu của máy điện một chiều phải hợp lý để việc lắp ráp bảo d−ỡng, sửa chữa, thay thế, mài than, điều chỉnh vành trung tính.v.v. đ−ợc thuận lợi. 41
  43. Đề tài nghiên cứu vào một sản phẩm cụ thể là động cơ 200kW – 750vg/ph – 440V để phân tích về kết cấu, tiến hành tính toán thiết kế, để triển khai thiết kế sản phẩm. Động cơ một chiều 200kW đ−ợc chọn làm mục tiêu nghiên cứu, đ−ợc lắp trên máy xúc ]7∋-5A đ−ợc sử dụng nhiều trong các cơ sở có khai thác quặng, sỏi đá. 2.2.1 Lựa chọn kết cấu của sản phẩm mẫu. Để thuận lợi cho việc lắp đặt thử nghiệm sản phẩm mẫu, có cơ sở đánh giá tính chính xác của ph−ơng pháp tính, đánh giá việc nghiên cứu thiết kế, nghiên cứu công nghệ và xây dựng các quy trình công nghệ đề tài đã lựa chọn ph−ơng án kết cấu. Động cơ một chiều 200kW có một số đặc điểm chính nh− sau: - Động cơ có 2 đầu trục côn giống nh− nhau; - Động cơ có vỏ bằng thép đúc và thép hàn. Thân động cơ đ−ợc chia thành 2 nửa (nửa trên và nửa d−ới); - Động cơ kiểu nửa hở (cấp bảo vệ IP23); - Các cửa sổ tháo lắp giá than, thông gió đều nằm trên thân; - Kích th−ớc lắp đặt của động cơ phải bảo đảm lắp lẫn đ−ợc với các thiết bị đang lắp trên máy xúc do Liên xô chế tạo; 2.2.2 Giới thiệu kết cấu và vật liệu sử dụng của một số cụm chi tiết quan trọng a. Cổ góp điện Cổ góp điện (hình 1) là cụm chi tiết đặc thù của máy điện một chiều, cổ góp điện đ−ợc ghép từ hàng trăm, có khi hàng nghìn chi tiết rời. Trong cổ góp của động cơ 200kW có tổng cộng 348 chi tiết với 7 loại vật liệu chế tạo khác nhau nh− đồng M1, thép đúc, thép Ct5, mi ca cứng, mica mềm, sơn cách điện, sợi tổng hợp. Bộ phận làm việc của cổ góp là vành góp. Vành góp có hình vành khăn đ−ợc tạo thành từ các lam đồng có tiết diện ngang hình thang và lá mica cách điện xếp xen kẽ nhau, mỗi loại có 168 cái khi xếp thành vành và đ−ợc ép chặt lại các chi tiết phải tạo thành một khối vững chắc. Đầu cuộn dây phần ứng đ−ợc hàn nối vào rãnh hoặc đuôi cờ của lam đồng. Dòng điện đảo chiều sẽ đi qua các lam đồng và các viên than. Nh− vậy khi làm việc, cổ góp phải chịu tác động của các yếu tố sau: - Dòng điện đảo chiều qua viên than và lam đồng; - Lực ly tâm của các lam đồng và mica cách điện; - Ma sát giữa các viên than với lam đồng; 42
  44. - Tia lửa điện giữa viên than và lam đồng. - Độ tăng nhiệt của các cụm chi tiết dẫn điện và dẫn từ; - Bụi than bám vào rãnh giữa các lam đồng; Với các tác động của dòng điện, của lực ma sát, tia lửa điện, độ tăng nhiệt của các chi tiết sẽ làm cho cổ góp phát nhiệt. Cổ góp th−ờng làm việc với nhiệt độ lên đến 100-130oC. Ngoài ra khi chịu lực ma sát viên than sẽ bị bào mòn, bụi than sẽ bám dần vào các khe giữa các lam đồng , nếu không kịp thời bảo d−ỡng thì sẽ bị chập lam đồng dẫn đến sự cố phá huỷ cổ góp. Động cơ quay tạo nên lực ly tâm tác động lên vành góp (các lam đồng và mi ca cách điện) nếu chế tạo không tốt sẽ dẫn đến làm bung chi tiết (các chi tiết bị xê dịch ra ngoài) Trong cổ góp các chi tiết còn lại là để giữ vành góp thành một khối vững chắc. Vành góp đ−ợc giữ không bung ra khi quay là nhờ hai cốc ép ở hai bên. Các cốc ép có 2 mặt côn 3o và 30o. Bề mặt côn 30o đ−ợc tỳ vào đuôi én của vành góp, ở giữa hai chi tiết này là phễu cách điện. Nhờ đ−ợc tỳ chặt vào các cốc ép nên vành góp khi chịu lực ly tâm sẽ không bung ra. Cụm vành góp và các cốc ép đ−ợc xiết chặt thành khối nhờ 8 bulông M24. Để bảo vệ lớp mi ca trong phễu cách điện không văng, không vỡ trong quá trình làm việc, sửa chữa, lắp ráp ta phải băng thêm 1 lớp cách điện sợi tổng hợp (1) trên các bề mặt ngoài của phễu cách điện (hình 18). 1. Băng sợi tổng hợp 2. Cốc ép 3. Vành góp 4. Phễu cách điện Hình 18. b. Cực từ. Máy điện một chiều có các cực từ chính và các cực từ phụ. Trong động cơ một chiều 200kW có 04 cực từ chính và 04 cực từ phụ. Các cực từ đ−ợc bắt vào thân động cơ bằng 3 bu lông hoặc gu dông M24. Các cực từ có các chi tiết chính nh− sau: - Lõi cực từ; 43
  45. - Cuộn dây cực từ; - Các tấm cách điện; - Các chi tiết xiết ép (tấm ốp, tấm ép cực từ, các bu lông, gu dông, đinh tán, đai ốc ). Đề tài tập trung nghiên cứu 02 cụm chính của các cực từ là lõi tôn và cuộn dây cực từ của cực chính và cực phụ. Lõi tôn cực từ chính Cực từ chính đ−ợc ghép từ 317 chi tiết rời. Lá tôn cực từ có hai loại chế tạo từ thép kỹ thuật điện ∋3411, các chi tiết còn lại là để giữ các lá tôn thành một khối vững chắc. 04 đinh tán đầu chìm bằng Φ14 đ−ợc tán chặt để giữ các lá tôn cực từ và lá tôn đầu. Để bắt giữ cực từ chính trên thân trong kết cấu lõi cực từ chính có rãnh để luồn thanh lõi cực từ trên đó có các lỗ ren để bắt gu dông. Lá tôn cực từ có gông, có các cung và mỏm cực đ−ợc thiết kế theo hình dạng và các kích th−ớc đã tính toán trong bản tính toán thiết kế điện từ. Lõi tôn cực từ phụ. Lõi tôn của cực từ phụ đ−ợc chế tạo từ phôi thép. Hình dạng, kích th−ớc của thân cực từ nhận đ−ợc từ phần tính toán thiết kế điện từ. Cuộn dây cực từ chính. Các thông số dây của cực từ chính nh− tiết diện dây điện từ, số vòng dây nhận đ−ợc từ bản tính toán thiết kế điện từ. Phải bố trí số vòng dây của từng lớp để có đ−ợc hình dạng kích th−ớc cuộn dây phù hợp khi lắp vào cực từ. Cuộn dây cực từ chính của động cơ 200kW làm từ dây đồng bọc phíp thủy tinh có tiết diện 2,24x5(mm), tổng cộng có 390 vòng chia thành 24 hàng, trong đó có 5 hàng ngoài sẽ giảm dần số vòng để tạo thành cạnh vát ở 2 đầu bối dây. Đầu đầu và đầu cuối của bối dây đ−ợc hàn chặt với dây đấu vào và dây đấu ra làm bằng tấm đồng đỏ dày 2mm bản rộng 16mm, đ−ợc băng 3 lớp mi ca. Vị trí của đầu dây phải đúng nh− thiết kế để đảm bảo khi đấu nối các cuộn dây cực chính, dây đấu đã đ−ợc định hình không bị uốn vặn. Phía ngoài cuộn dây đ−ợc băng 9 lớp cách điện, phía trong là 8 lớp mica quấn chồng 1/2, phía ngoài đ−ợc băng bảo vệ bằng 1 lớp lụa thuỷ tinh quấn chồng 1/2. Cuộn dây đ−ợc tẩm sơn cách điện và sấy khô để tăng c−ờng cách điện và liên kết thành khối. 44
  46. Cuộn dây cực từ phụ Các thông số điện và kích th−ớc của cuộn dây đ−ợc lấy từ bản tính toán thiết kế điện từ. Cuộn dây cực từ phụ đ−ợc quấn bằng dây đồng trần (đồng đỏ) có kích th−ớc 3,8x26,3 (mm) dây đ−ợc chập 2 và quấn thành hình có 2 đầu l−ợn bán kính R20 và 2 cạnh thẳng (hình 19). Hình 19. Cuộn dây cực từ phụ. Dây điện từ đ−ợc uốn theo cung R20 theo bản rộng. Giữa các vòng dây đ−ợc đặt lớp cách điện mi ca dày 0,3 mm. Đầu đầu và đầu cuối của dây cực từ phải đ−ợc uốn theo đúng hình dạng kích th−ớc nh− ở bản vẽ và đ−ợc băng 3 lớp mi ca cách điện vòng. Chỗ đấu nối đ−ợc khoan lỗ Φ11 và tráng thiếc để đấu nối các cực từ phụ với nhau. Phía ngoài cuộn dây cực từ phụ đ−ợc quấn 4 lớp cách điện, bên trong là 3 lớp băng mi ca dày 0,1mm, phía ngoài là một lớp lụa thuỷ tinh đều quấn chồng 1/2. Cuộn dây đ−ợc tẩm sơn cách điện và sấy khô để tăng c−ờng độ bền cơ. c. Phần ứng Phần ứng của máy điện một chiều bao gồm các cụm chi tiết chính nh− sau : - Lõi tôn phần ứng; - Bộ dây phần ứng. Lõi tôn phần ứng đ−ợc xếp ép trực tiếp trên trục, sau khi cổ góp đ−ợc ép vào vị trí mới lồng bộ dây phần ứng lên các rãnh trên lõi tôn và hàn các đầu dây đầu và cuối vào các lam đồng cổ góp. Lõi tôn phần ứng : Lõi tôn phần ứng đ−ợc tạo thành từ 993 chi tiết trong đó có 985 lá tôn phần ứng đ−ợc chế tạo từ thép kỹ thuật điện ∋ 2212 dày 0,5 mm. Các chi tiết còn lại là lá tôn đầu dùng để ép không cho phần răng của lá tôn phần ứng bị xô ra. 2 đầu của lá tôn có 2 45
  47. vành đỡ dây. Chi tiết này vừa có tác dụng ép lõi tôn vừa là vành đỡ trong của bộ dây phần ứng. Lõi tôn phần ứng còn có 12 lỗ Φ20 để thông gió dọc theo trục. Lõi tôn phần ứng có 2 loại lõi tôn để tạo thành các bậc, có 6 bậc thấp hơn dài 26mm là vị trí để quấn dây băng đai giữ bộ dây phần ứng. Để giữ cho lõi tôn không xoay trên trục có then bằng bản rộng 20, lõi tôn đ−ợc giữ dọc trục bởi vai trục và vòng hãm 2 nửa đ−ợc lắp vào rãnh trục khi xếp ép và sau đ−ợc hàn đính lên trục. Bộ dây phần ứng Bộ dây phần ứng của động cơ 200kW đ−ợc thiết kế với hai ôm khít nhau. Lớp ngoài là dây quấn sóng với 04 rãnh ảo, lớp trong là bộ dây quấn xếp cũng có 04 rãnh ảo. Các bộ dây đ−ợc chế tạo bằng dây điện từ có tiết diện 1,8x8,5; mỗi bộ dây có 48 bối, quấn 1 vòng. Bộ dây quấn sóng Dây điện từ đ−ợc chập 4 và quấn tạo thành hình sóng, một đầu đ−ợc uốn với bán kính R=18mm, 2 phần dây ngoài lõi tôn đ−ợc uốn theo cung để ôm khít với các vành đỡ và bộ dây quấn xếp, góc tạo thành của tâm 2 cạnh thẳng của bối dây là 47 010'x2. Phía đầu dây ra đ−ợc cạo sạch và tráng thiếc. Bối dây đ−ợc thực hiện cách điện nh− sau: - Cách điện vòng: giữa 2 dây lót cách điện bằng mi ca dày 0,1mm. - Cách điện bối dây: phần đoạn thẳng quấn 2 lớp mi ca và 1 lớp băng thuỷ tinh chồng 1/2, đầu dây nằm ngoài lõi tôn chỉ quấn 2 lớp mi ca chồng 1/2. Bộ dây quấn xếp Bối dây quấn xếp cũng nh− bối dây quấn sóng có 4 sợi chập, ở giữa có lớp cách điện dày 0,1mm, các đầu dây đ−ợc tráng thiếc và thực hiện cách điện bối dây. Bộ dây quấn xếp có góc uốn R=3, góc tạo thành giữa 2 cạnh thẳng là 42052’x 2. Đầu dây đ−ợc uốn theo các cung để có thể nằm gọn và trùng khít trong bộ dây quấn sóng. Cách điện đ−ợc thực hiện nh− bộ dây quấn sóng. Băng đai bộ dây phần ứng : Bộ dây phần ứng khi làm việc chịu tác động của lực điện từ và lực ly tâm. Nếu không có băng đai hoặc băng đai lỏng sẽ làm sợi dây cựa đ−ợc trong rãnh hoặc văng bộ dây phần ứng ra phía ngoài. Dây cựa trong rãnh có thể gây chập vòng, đầu đấu dây văng ra làm hỏng mối hàn và cổ góp; dây phần ứng khi văng ra có thể chạm vào cực từ, 46
  48. cuộn dây cực từ và các chi tiết lắp trên cực gây sự cố chập nổ dây phá huỷ sản phẩm. Do đó sau khi lồng xong 2 bộ dây ta phải tiến hành băng đai ở các vị trí sau: - ở 2 đầu dây ra; - ở rãnh các thếp tôn phần ứng. Băng đai đ−ợc thực hiện theo 2 cách sau: - Băng đai dây thép lò xo; - Băng bằng sợi tổng hợp chuyên dùng. Tr−ớc đây băng đai đ−ợc thực hiện bằng thép lò xo. Với sự phát triển của các ngành chế tạo vật liệu ngày nay, với các máy điện một chiều có kích th−ớc không lớn thì có thể thực hiện băng đai bằng sợi tổng hợp chuyên dùng. Khi quấn sợi còn dẻo sau khi sấy đủ nhiệt độ sợi sẽ khô cứng và ôm chặt vào chi tiết. Ph−ơng pháp này có −u điểm là giảm lao động, công nghệ giản đơn hơn, trên đai không xuất hiện dòng điện, nh−ng ph−ơng pháp này cũng có hạn chế là dây đai bị già hoá theo thời gian dễ rạn, đứt. d. Các chi tiết cơ khí của máy điện một chiều Cũng nh− máy điện xoay chiều các chi tiết cơ khí của máy điện một chiều bao gồm các chi tiết bao che phần điện từ, đỡ rôto, các ổ bi, các chi tiết bắt xiết và trục. Máy điện một chiều khác với máy điện xoay chiều, thân máy cũng là phần dẫn từ; các kích th−ớc chiều dày, chiều dài đoạn gông thân đ−ợc tính trong phần thiết kế tính toán điện từ. Thân máy điện một chiều Do là chi tiết tham gia dẫn từ nên thân máy điện một chiều đ−ợc chế tạo bằng thép. Động cơ một chiều 200kW có đặc biệt là thân đ−ợc ghép từ 2 nửa: nửa trên các cửa gió và có 2 quai treo, nửa d−ới có các chân đế. Phần thân giữa có tham gia vào mạch từ nên có chiều dày gông là 60mm và chiều dài 680mm (lấy theo bản tính). Hai phía ngoài có các ô cửa để thông gió và để thao tác lắp chỉnh cụm giá than có chiều dày 15mm. Hình tiết diện cắt của thân có hình lục lăng, tạo thuận lợi là giảm tối thiểu khe hở của mối ghép giữa thân và các cực từ. Hai nửa thân đ−ợc bắt với nhau bằng 4 bu lông và 8 đai ốc. Thân của động cơ một chiều 200kW có kích th−ớc chiều ngang 795mm, thân dài 1250mm nên kết cấu của thân đ−ợc chia thành 2 nửa tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắp ráp sửa chữa, bảo d−ỡng, căn chỉnh các cực từ, bộ dây cực từ. 47
  49. Phần thân cực có gia công các lỗ Φ25 để bắt các cực từ. Nắp máy điện một chiều : Máy điện một chiều có nắp tr−ớc và nắp sau đ−ợc chế tạo bằng thép đúc. Các ổ bi đũa NJ 326EC đ−ợc lắp vào nắp. Nắp có tấm chặn ca bi ngoài và giữ mỡ thay cho nắp mỡ ngoài. Hai nắp mỡ các ổ bi đũa NJ 326EC đ−ợc đúc bằng gang xám GX 12-28. Các nắp che lỗ gió, che hộp than, che đáy đ−ợc cắt và gia công từ tôn tấm mỏng CT3. Kết cấu của các chi tiết nắp che, nắp, nắp mỡ cũng không khác biệt so với máy điện xoay chiều. Trên nắp sau có 04 cặp lỗ Φ14 để bắt cụm giá than. Trục máy điện một chiều : Trục của động cơ 200kW có đặc biệt là 2 đầu trục côn. Đ−ờng kính trục của động cơ Φmax = 155, chiều dài L=1960mm. Trục đ−ợc chia thành nhiều bậc để lắp ghép các chi chi tiết, trên trục có 4 rãnh then để lắp phần ứng, cổ góp, và pu ly của máy công tác; hai cổ trục (nơi lắp ổ bi) có độ nhám thấp và dung sai chính xác cao. Hai đầu trục có góc côn 1/20, phía ngoài đ−ợc ren M100x4 để bắt đai ốc hãm. e. Cụm giá than : Máy điện một chiều có cụm giá than gồm thanh gá hộp than và hộp than. Động cơ 200kW có 4 cụm giá than trong mỗi giá than có 3 cụm chi tiết sau: - Hộp than : 03c - Đế thanh giá : 01c - Thanh giá HT : 01c Hộp than là chi tiết phức tạp đ−ợc lắp từ 8 loại chi tiết khác nhau. Để viên than lắp trong hộp than làm việc đ−ợc lâu dài ổn định, các chi tiết của hộp than phải đạt đ−ợc các yêu cầu sau: - Hộp than phải có kết cấu cứng vững; - Viên than đúng chủng loại, kích th−ớc viên than 25x50 phải đồng đều, các góc phải vuông bề mặt thành phải phẳng, đ−ợc lắp tr−ợt xít trong hộp than; - Mỏ cò phải khoẻ, tỳ đúng h−ớng lực (vuông góc với than); - Lò xo có lực phù hợp, ổn định để đảm bảo áp lực của viên than lên vành góp theo quy định. Hộp than đ−ợc chế tạo bằng đồng thau λ62 vừa đảm bảo cứng vững, không bị rỉ và dẫn điện tốt. Hộp than có tấm bắt vào thanh giá hộp than, đ−ợc gia công các răng để 48
  50. cố định vị trí. Hộp than có lỗ ô van để điều chỉnh vị trí t−ơng quan giữa hộp than và cổ góp. Khoảng cách đó ≈ 5mm để đảm bảo cho viên than tỳ ổn định lên cổ góp. Viên than khi máy điện một chiều làm việc phải ổn định, lực tỳ lên viên than phải nằm trong phạm vi cho phép, phải đồng đều trên tất cả các viên than, bề mặt viên than phải tiếp xúc tốt với cổ góp. Khi sử dụng máy điện một chiều phải th−ờng xuyên quan sát tia lửa của viên than và quan sát xem bề mặt cổ góp có bị cháy không. Khi dừng động cơ phải quan sát bụi than giữa các lam đồng, độ mòn, độ tiếp xúc của bề mặt viên than. Dây đấu ở viên than đ−ợc bắt vào hộp than và đ−ợc đấu vào dây dẫn để đ−a ra thân máy tại vị trí bắt hộp cực. Kết luận Trên cơ sở nghiên cứu kết cấu, tính toán các kích th−ớc, kiểm tra độ cứng vững của trục, kiểm tra chuỗi kích th−ớc lắp ghép ta có đầy đủ các điều kiện để triển khai thiết kế máy điện một chiều. Động cơ 200kW đ−ợc triển khai thiết kế trên máy vi tính với 123 chi tiết và cụm chi tiết. Tập bản vẽ thiết kế là tài liệu để chuẩn bị điều kiện kỹ thuật cho việc sản xuất động cơ 200kW-750vg/ph-440V. 49
  51. Ch−ơng 3 Nghiên cứu công nghệ chế tạo máy điện một chiều Máy điện một chiều có giá thành cao và các cơ sở trong n−ớc ch−a chế tạo đ−ợc chủ yếu là do công nghệ chế tạo phức tạp, do đó nội dung chính của nghiên cứu để thiết kế và chế tạo máy điện một chiều là nghiên cứu công nghệ. Công nghệ phức tạp nhất là công nghệ chế tạo cổ góp điện. Khi có sản phẩm mới cơ sở sản xuất phải nghiên cứu bản vẽ thiết kế sản phẩm từ đó đ−a ra các ph−ơng án chế tạo, vạch ra các b−ớc công nghệ để chế tạo các chi tiết, cụm chi tiết sau đó thiết kế và chế tạo các khuôn gá thiết bị chuyên dùng, chuẩn bị các ph−ơng tiện đo kiểm. Tất cả các khâu chuẩn bị đó đ−ợc gọi là chuẩn bị điều kiện kỹ thuật cho sản xuất sản phẩm mới. Sau khi chuẩn bị điều kiện kỹ thuật phải tiến hành chế tạo thử các chi tiết để hoàn thiện lại trang thiết bị và quy trình công nghệ thì mới ban hành thông báo cho phép thực hiện quy trình công nghệ đ−ợc soạn thảo mới. Trong chế tạo máy điện có các quy trình công nghệ đ−ợc ban hành để thực hiện cho nhiều sản phẩm (nh− QTCN sấy chân không, QTCN cân bằng động) vì có chung các b−ớc công nghệ. Một số các quy trình tuy đ−ợc ban hành cho từng sản phẩm nh−ng nội dung các b−ớc công nghệ không khác nhau mà chỉ khác các kích th−ớc cụ thể. Các quy trình đó đối với sản phẩm mới kể cả máy điện một chiều cũng không cần phải nghiên cứu thử nghiệm mà chỉ cần biên soạn thêm để bổ sung vào tập quy trình công nghệ đã có. Máy điện một chiều có các công nghệ đặc thù riêng ch−a đ−ợc nghiên cứu ở Việt Nam, trong đó nghiên cứu công nghệ chế tạo cổ góp là nội dung quan trọng nhất của đề tài mà chúng tôi sẽ giới thiệu trong các ch−ơng sau. Các QTCN đ−ợc đề tài nghiên cứu bao gồm 31 QTCN, trong đó có 11 QTCN liên quan đến chế tạo cổ góp (xem bảng). TT Tên quy trình 1 Quy trình chế tạo lá tôn cực từ chính 2 QTCN xếp ép lõi tôn cực từ chính 3 QTCN chế tạo lõi cực từ phụ 4 Quy trình chế tạo lá tôn và lõi tôn phần ứng 5 Quy trình chế tạo cuộn dây cực từ chính 6 Quy trình chế tạo cuộn dây cực từ phụ 50
  52. 7 Quy trình lắp ghép cực từ chính và cực từ phụ 8 Quy trình chế tạo bối dây phần ứng 9 Quy trình lồng bối dây phần ứng 10 Quy trình đấu bộ dây phần ứng 11 Quy trình băng đai bộ dây rôto 12 Quy trình tẩm sấy, phun sơn cuộn dây cực từ 13 Quy trình gia công trục và rôto trục 14 Quy trình gia công hàn thân 15 Quy trình gia công thân 16 Quy trình tẩm sấy, phun sơn bộ dây phần ứng 17 Quy trình gia công nắp tr−ớc và nắp sau 18 Quy trình chế tạo lam đồng cổ góp 19 Quy trình chế tạo đuôi cờ 20 Quy trình xếp ép vành góp 21 Quy trình chế tạo các phễu, bạc cách điện 22 Quy trình gia công vành góp 23 Quy trình gia công các bạc ép vành góp 24 Quy trình lắp ráp cổ góp 25 Quy trình gia công cổ góp 26 Quy trình định hình động cổ góp 27 Quy trình cân bằng động cổ góp 28 Quy trình kiểm tra thử nghiệm cổ góp 29 Quy trình chế tạo cụm giá than 30 Quy trình cân bằng động Rôto trục 31 Quy trình lắp ráp động cơ 3.1 Công nghệ chế tạo cổ góp điện 3.1.1 ảnh h−ởng của kết cấu và chế độ làm việc đến công nghệ chế tạo cổ góp điện Cổ góp điện của máy điện một chiều là cụm chi tiết phức tạp nhất do đ−ợc hợp thành từ hàng trăm thậm chí là trên 1000 chi tiết. Các chi tiết của cổ góp có dạng hình học rất phức tạp, khó chế tạo. Bề mặt lắp ghép chính là mặt đuôi én có dạng hình nón. Nhiệt độ làm việc của cổ góp rất cao th−ờng là trên 120oC, ngoài nhiệt độ chung của máy điện, cổ góp còn tăng nhiệt độ do lực ma sát của viên than lên vành góp và tia 51
  53. lửa phát sinh giữa viên than và các lam đồng khi có dòng điện đảo chiều đi qua. Các chi tiết cổ góp đ−ợc chế tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau nh− đồng đỏ, thép, mica cứng, mica mềm, các vật liệu này có tính chất giãn nở nhiệt và độ cứng cũng rất khác nhau. Khi máy điện một chiều làm việc cổ góp điện vừa chịu tác động của nhiệt vừa chịu lực ly tâm trong khi qua các phiến góp - viên than luôn có dòng điện đảo chiều, bụi than luôn xuất hiện trên bề mặt làm việc của cổ góp. Chế tạo cổ góp điện đạt yêu cầu kỹ thuật sẽ giảm thiểu đ−ợc hiện t−ợng văng các lam đồng. Lam đồng bung ra gây ra độ nhấp nhô giữa các lam đồng dẫn đến hiện t−ợng tiếp xúc kém giữa viên than và vành góp làm cho mật độ dòng điện qua viên than – lam đồng tăng, than mòn nhanh, bụi than ra nhiều, phát sinh tia lửa điện quá mức cho phép làm cổ góp tăng nhiệt quá giới hạn cho phép làm cháy cách điện, chảy mối hàn dẫn đến lỏng mối hàn, chập nổ cổ góp. Với kết cấu phức tạp, chế độ làm việc khắc nghiệt, cổ góp là cụm chi tiết có công nghệ chế tạo phức tạp và phải vận hành theo quy định; thực hiện bảo d−ỡng rất chu đáo cho dù đ−ợc chế tạo, vận hành, bảo d−ỡng tốt. Tuy vậy cổ góp vẫn là cụm chi tiết có tuổi thọ thấp, dễ h− hỏng nhất. Nh− ta đã biết máy điện một chiều có giá thành rất cao là do có cụm cổ góp. Chi phí chế tạo cổ góp cao chủ yếu là do cổ góp có nhiều chi tiết, khi chế tạo cần rất nhiều khuôn gá, thiết bị chuyên dùng và chi phí lao động rất lớn. ở Việt Nam đây là lần đầu tiên có cơ sở nghiên cứu về công nghệ chế tạo cổ góp. Cổ góp của máy điện một chiều có nhiều kết cấu khác nhau. Đối với một số loại máy điện một chiều nhỏ th−ờng thiết kế cổ góp ép nhựa, các máy điện một chiều còn lại cũng nh− máy điện cỡ trung, cỡ lớn, cổ góp có kết cấu bạc ép, loại cổ góp này có kết cấu và công nghệ phức tạp hơn nhiều so với cổ góp ép nhựa. Động cơ một chiều 200kW – 750vg/ph – 440V có kết cấu bạc ép. Đề tài tập trung nghiên cứu công nghệ chế tạo cổ góp này. 3.1.2. Công nghệ chế tạo các chi tiết cổ góp điện Đối với điều kiện sản xuất đơn chiếc nh− ở Việt Nam, công nghệ chế tạo cổ góp cũng phải có các đặc điểm riêng để phù hợp với trang thiết bị và giảm các chi phí sản xuất. Đề tài tập trung nghiên cứu một số các công nghệ đặc thù trong chế tạo cổ góp, cụ thể: - Công nghệ chế tạo lam đồng; - Công nghệ chế tạo vành góp; 52
  54. - Công nghệ gia công các cốc ép; - Công nghệ chế tạo phễu cách điện; - Công nghệ định hình động cổ góp. Công nghệ chế tạo lam đồng Lam đồng cổ góp điện (hình 20) có số l−ợng rất lớn có thể lên đến gần 300 chi tiết. Động cơ 200kW có 168 lam đồng. Lam đồng đ−ợc chế tạo từ đồng đỏ có tiết diện mặt cắt ngang hình thanh với góc α yêu cầu chính xác và các kích th−ớc có dung sai nh− bảng 6. Hình 20. Kích th−ớc lam đồng Bảng 6. Dung sai kích th−ớc của lam đồng Chiều rộng a Dung sai cho phép Chiều cao h Dung sai cho phép >3 – 6 - 0,05 > 18 - 30 - 0,05 6 – 10 - 0,06 30 – 50 - 0,06 10 - 18 - 0,07 50 – 80 - 0,07 80 - 105 -1,0 Tiết diện lam đồng của động cơ 200kW có kích th−ớc và dung sai: a = 7,28-0,06 h = 85-1 α = 2008’34’’ ở các n−ớc có công nghiệp sản xuất máy điện một chiều phát triển, các cơ sở sản xuất máy điện một chiều sẽ đặt hàng các cơ sở luỵên kim màu chế tạo các thanh đồng có tiết diện cắt ngang theo yêu cầu cần thiết kế. Công nghệ để chế tạo phôi lam đồng có tiết diện hình thang (với góc α và kích th−ớc a, h) ng−ời ta th−ờng dùng công nghệ cán và chuốt. 53
  55. Để chế tạo đơn chiếc công nghệ đó không phù hợp. Đề tài đã nghiên cứu để tự chế tạo lam đồng cổ góp. Với số l−ợng lam đồng rất lớn, phải chế tạo thật chính xác để khi gia công xong xếp xen kẽ với lá mica phải tạo thành một vòng tròn. Chế tạo góc α chính xác khi xếp thành vành góp các lam đồng đ−ợc tỳ sát các mặt với nhau. Chế tạo góc α lớn hơn góc thiết kế hoặc nhỏ hơn góc thiết kế thì khi ghép các lam đồng thành vành góp, lam đồng chỉ tiếp xúc điểm (điểm E) ở phía trong hoặc ngoài vành góp và sẽ tạo thành các khe hở phía trong (xem hình 21a) hoặc khe hở phía ngoài vành góp ( xem hình 21b) a. góc α lớn b. góc α nhỏ Hình 21. Khe hở do góc α không chính xác. Sau khi xếp, vành góp đ−ợc gia công đ−ờng kính trong DT và đ−ờng kính ngoài làm mất các điểm tiếp xúc E. Khi cổ góp quay (khi động cơ làm việc) các lam đồng sẽ bị lệch, bị văng ra làm nhấp nhô mặt làm việc của cổ góp. Góc α của động cơ 200kW rất nhỏ α = 2008’34’’. Trong điều kiện sản xuất đơn chiếc chúng tôi chọn giải pháp công nghệ sau: - Dùng đồng tấm cắt thành hình chữ nhật; - Phay các cạnh để đạt kích th−ớc h và l (hình 20); - Phay các bề mặt để đạt góc α và độ nhám bề mặt Rz20. - Phay rãnh đặt dây. - ép định hình lam đồng. Với số l−ợng lớn, chi tiết rất mảnh, góc chế tạo nhỏ, yêu cầu độ nhám bề mặt cao Rz = 20, các chi tiết phải gia công chính xác. Trong khi đó vật liệu của chi tiết bằng đồng đỏ M1 rất mềm khi gia công dễ bị biến dạng, phát sinh nhiệt. 54
  56. Gia công góc α: Để gia công đ−ợc góc côn rất nhỏ (2o08'34''), yêu cầu độ chính xác cao của lam đồng phải chế tạo gá phay góc α, gá đ−ợc lắp trên máy phay 6M62. Chi tiết đ−ợc kẹp giữ trên gá với yêu cầu trong quá trình gia công chi tiết bị tác động của các lực vẫn luôn đ−ợc tỳ sát mặt gá và đ−ợc làm mát để tránh biến dạng. Góc α sau khi gia công đ−ợc kiểm bằng d−ỡng chuyên dùng, d−ỡng đ−ợc tính toán và chế tạo trên máy cắt dây tia lửa điện để đảm bảo độ chính xác. D−ỡng kiểm đ−ợc tôi để tránh mài mòn, sản phẩm đạt yêu cầu phải có góc α khít với d−ỡng và cạnh a nằm trong giới hạn từ amin đến amax. 1. Lam đồng 2. D−ỡng kiểm lam đồng Hình 22. D−ỡng kiểm lam đồng. Gia công rãnh đặt dây Mỗi lam đồng đều có rãnh để đặt dây rôto. Có máy điện một chiều cần đặt 2 đầu dây phần ứng vào rãnh, cũng có các máy số l−ợng dây đặt vào rãnh nhiều hơn. Động cơ 200kW có 4 đầu dây đ−ợc đặt vào rãnh lam đồng (hình 23). 1. Đầu dây phần ứng 2. Lam đồng Hình 23. Rãnh đặt dây. 55
  57. Rãnh lá đồng có chiều rộng 1,8 mm, đ−ợc xẻ theo cung R = 42mm ở góc có cạnh dày 7,28 mm của lam đồng. Vị trí mảnh nhất sau khi xẻ rãnh chiều dày còn lại là 1,94 mm. Do vậy khi xẻ rãnh yêu cầu phải có gá và phải gia công chính xác, (gá gia công định vị chính xác, vị trí lam đồng, dao phay đ−a vào chính xác, khi gia công không đ−ợc đảo). Chi tiết đ−ợc chế tạo từ đồng mềm M1 nên khi phay dễ bị miết phôi, phát nóng chi tiết. Quá trình gia công cần có thời gian tạm dừng, liên tục t−ới n−ớc làm mát chi tiết, nh−ng khi tiếp tục gia công phải chú ý điều chỉnh dao phay, tránh đ−a vào lệch vị trí, dao bị đảo gây rộng rãnh và gẫy lam đồng cổ góp. Sau khi gia công xong rãnh đặt dây, lam đồng đ−ợc chỉnh sửa (làm sạch dầu mỡ, bavia, nắn lại các má bị cong khi phay rãnh, tráng thiếc và đ−a vào d−ỡng để là phẳng trên máy ép). Công nghệ chế tạo vành góp Các lam đồng và các lá mica đ−ợc xếp xen kẽ với nhau tạo thành một vành tròn gọi là vành góp. B−ớc công nghệ chế tạo vành góp là một trong những công nghệ phức tạp của công nghệ chế tạo máy điện một chiều. Trong công nghệ này có 2 phần chính là: - Xếp ép vành góp; - Gia công vành góp. - Công nghệ xếp ép vành góp Lam đồng và lá mica sau khi kiểm tra đạt kích th−ớc và yêu cầu kỹ thuật đ−ợc làm sạch (lam đồng đ−ợc lau chùi bằng dung môi). Để khi xếp thành vành khuyên các lam đồng và lá mica không bị xiên (h−ớng tâm và song song với trục) phải chế tạo gá xếp vành góp. Gá xếp vàh góp có đĩa dày 20 mm trên đó có xẻ rãnh h−ớng tâm, số rãnh bằng số lam đồng, chiều sâu rãnh bằng chiều dài nhô ra của lá mica (2 mm) chiều rộng lớn hơn chiều dày của mica cách điện. Độ xiên của lam đồng cổ góp đ−ợc tính để đảm bảo viên than không ôm quá số lam đồng cho phép. Kết quả tính toán đ−ợc lập bảng nh− sau: Bảng 7. Bảng quy định độ xiên h−ớng trục của lam đồng. Chiều dài (mm) Độ xiên cho phép Đến 200 -1 200 – 400 -1,5 >400 -2 56
  58. Động cơ 200kW với chiều dài lam đồng 245 mm sau khi xếp ép lam đồng chỉ đ−ợc xiên 1,5 mm trên suốt chiều dài. Sau khi xếp thành vành khuyên, dùng búa gỗ vỗ tròn đều và vỗ cho các lam đồng ép sát mặt với nhau, chỉnh lại độ vuông góc của các lam đồng, tiến hành ép vành góp. Vành góp đ−ợc giữ chặt trong gá ép và đ−ợc ép trên máy ép. 1. Vành ép ngoài 2. Vành ép trong 3. Bìa cách điện Hình 24: Gá ép vành góp Gá ép vành góp (hình 24) gồm có vành ép ngoài chế tạo từ thép 45, đ−ợc nhiệt luyện đạt độ cứng Re = 45 và vành ép trong đ−ợc chế tạo bằng gang. Vành ép trong đ−ợc đánh dấu theo thứ tự và xẻ xiên thành nhiều mảnh. Phía trong đ−ợc dán bìa cách điện ]%, khe của các mảnh từ 2 ữ 4 mm. Chi tiết 1 và 2 có góc côn β = 4o để khi ép có thể tự hãm (không tụt ra khi không còn lực ép). Các mảnh xécmăng của vành ép trong đ−ợc xếp theo đúng thứ tự ra ngoài vành góp đã đ−ợc xếp trên gá. Tấm bìa cách điện ]% tạo điều kiện cho việc kiểm tra cách điện giữa các lam đồng trong quá trình chế tạo. Sau khi chỉnh để các mảnh séc măng (2) ôm sát vành góp, khoảng cách khe δ cân đối thì tiến hành lồng vành ép ngoài (1) lên mặt côn, dùng búa để vỗ cho vành ép ngoài xuống từ từ và vuông góc với trục gá. Toàn bộ kích th−ớc của khuôn ép cũng nh− lực ép của máy đều đ−ợc tính toán để bảo đảm vành góp đ−ợc ép chặt nh−ng không gây biến dạng lam đồng. Các dữ liệu để tính toán là góc vành ép β = 4o, áp lực cần đạt đ−ợc giữa các lam đồng p = 350 kG/cm2. 57
  59. Q – lực ép của máy ép D - Đ−ờng kính trung bình của vành ép ngoài β - Góc của vành ép p - áp lực giữa các lam đồng ρ - góc ma sát, khi hệ số ma sát tgρ = 0,3 thì ρ = 16o q – áp lực thành phần q = Q/πD m – lực thành phần ngang Hình 25. Sơ đồ phân bố lực ép Theo sơ đồ lực ta lập công thức xác định đ−ợc lực ép Q cần thiết để vành góp đ−ợc ép chặt đạt áp lực p yêu cầu. Sau khi ép đủ lực Q trên máy ép phải tiến hành kiểm tra chất l−ợng xếp ép. Nội dung kiểm tra nh− sau: - Gõ lên các lam đồng tiếng gõ phải đanh chứng tỏ lam đồng đ−ợc ép chặt với nhau; - Kiểm tra độ xiên của lam đồng trên suốt chiều dài ≤ 1,5 mm thì đạt yêu cầu kỹ thuật; - Kiểm tra đ−ờng kính vành góp sau khi ép: Đ−ờng kính phải có dung sai nằm trong giới hạn cho phép ± 1,5 mm. Vành góp không méo, không ôvan. Khi không đạt các yêu cầu kỹ thuật nêu trên thì ph−ơng án xử lý là mở bung các vành ép để tiến hành gia công xếp ép lại, cụ thể nh− sau: - Đối với tr−ờng hợp đ−ờng kính vành góp nằm ngoài dung sai cho phép thì phải tiến hành tính toán xem kích th−ớc phải tăng hoặc giảm chiều dày và bao nhiêu lá mica phải xử lý. Nguyên tắc xử lý là bóc mỏng đi hoặc đệm thêm một lớp mica, với chiều dày không đ−ợc quá 0,2mm, số l−ợng tấm cách điện đ−ợc xử lý phải nằm cách đều trên vách tròn. - Đối với tr−ờng hợp quan sát, thăm căn, gõ vào lam đồng và thấy vành góp đã ép đủ lực mà vẫn có khe hở hoặc không chặt thì phải kiểm tra lại từng lam đồng. Loại bỏ, thay thế các lam đồng không đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật - Các tr−ờng hợp còn lại nh− bị xiên, méo thì tiến hành thận trọng lại từ đầu các quy trình công nghệ xếp ép vành góp. 58
  60. - Gia công vành góp Vành góp để cả các vành ép khi gia công. Đầu tiên tiến hành gia công đ−ờng kính trong để tạo mặt chuẩn công nghệ, sau đó mới gia công xén 2 mặt bên và gia công đuôi én (gia công đạt chiều dài cổ góp l, các góc 3o, 30o, và các góc l−ợn (hình 26) Hình 26. Hai mặt nón côn tạo thành đuôi én bên phải và bên trái vành góp đ−ợc gia công 2 đợt, yêu cầu kỹ thuật khi gia công là bảo đảm đồng tâm giữa 2 mặt côn (2 bên), đảm bảo độ nhẵn bóng, bảo đảm kích th−ớc thiết kế. Để đạt đ−ợc yêu cầu đồng tâm khi trở đầu để gia công phải nghiên cứu thiết kế gá bung chuyên dùng. 1. Thanh ép 2. Thân gá 3. Đai ốc ép 4. Côn ép Hình 27. Gá bung chuyên dùng để gia công vành góp 59
  61. Gá bung (hình 27) có trục trên đó đ−ợc lắp các cụm chi tiết, khi vặn xiết răng sẽ đẩy 3 chốt tỳ vào đ−ờng kính d đã đ−ợc gia công tr−ớc. Trục đ−ợc gia công 2 lỗ chống tâm làm định tâm, do vậy khi trở đầu để gia công vành góp vẫn nằm trên một tâm nh− ban đầu. Trong quá trình gia công cũng nh− sau khi gia công, các mặt côn không trực tiếp đo đ−ợc nên đ−ợc gia công theo d−ỡng và nghiệm thu, kiểm tra kích th−ớc bằng d−ỡng kiểm (hình 28). D−ỡng đ−ợc cắt từ thép tấm mỏng theo góc 3o, 30o; bán kính l−ợn; các kích th−ớc và biên dạng của đuôi én. Hình 28. D−ỡng kiểm Vành góp sau khi gia công đạt yêu cầu kỹ thuật đ−ợc làm sạch các phoi đồng bám vào mica và kiểm tra cách điện giữa các lam đồng cạnh nhau bằng bóng đèn đ−ợc nối vào mạch 220V Chế tạo các cốc ép Cổ góp điện có hai cốc ép làm bằng thép đúc đ−ợc lắp ghép vào bên phải và bên trái vành góp. Toàn bộ mặt nón côn 30o của cốc ép đ−ợc tỳ vào đuôi én của vành góp. Bề mặt có góc 3o tạo thành khe hở khi lắp ghép. Gia công không đảm bảo độ bóng, không chính xác đều dẫn đến bung lam đồng cổ góp, do có thể gây ra các hiện t−ợng nh− sau: - Cốc ép tiếp xúc điểm với đuôi én. - Cốc ép tiếp xúc ở góc khác (góc 3o). - Cốc ép không thể vào đúng vị trí thiết kế. Mặt côn và kích th−ớc liên quan (góc l−ợn, đ−ờng kính, chiều dài cốc ép) không thể trực tiếp đo kiểm đ−ợc. Quá trình gia công và để nghiệm thu các cốc ép, đề tài đã nghiên cứu, chế tạo các d−ỡng kiểm chuyên dùng phù hợp với các b−ớc công nghệ (d−ỡng gia công góc 3o, d−ỡng gia công góc 30o, d−ỡng nghiệm thu chi tiết). 60
  62. Chế tạo phễu cách điện. Phễu cách điện là chi tiết cách điện nằm giữa vành góp và bạc ép. Chi tiết này có biên dạng phức tạp (hình 29) đ−ợc chế tạo từ các tấm mica mềm đ−ợc xếp ép sau đó gia công đạt kích th−ớc chiều sâu B theo thiết kế. Hình 29. Phễu cách điện Các tấm mica mềm dùng để chế tạo chi tiết có chiều dầy 0,25 mm. Yêu cầu khi chế tạo cổ góp là chiều dầy mica ở các mặt côn phải có chiều dầy đồng đều và đủ số lớp cách điện; Bề mặt phễu phải phẳng, phễu đ−ợc ép chặt, không đ−ợc lún, có độ cứng, độ bền cơ và độ bền cách điện theo quy định. Với các yêu cầu kỹ thuật nh− vậy phải tính toán để các mảnh mica đ−ợc pha cắt thành hình séc măng có kích th−ớc phù hợp để khi xếp ép thành phễu các tấm trong cùng một lớp không chồng lên nhau. Để có đ−ợc kích th−ớc đồng đều, các tấm séc măng phải cắt theo d−ỡng. Tr−ớc khi dùng d−ỡng để cắt hàng loạt phải cắt thử số tấm của một vành và xếp thử vào khuôn ép xem các kích th−ớc của d−ỡng có phù hợp và đạt yêu cầu không. Số l−ợng tấm mica đ−ợc tính toán để ép đủ chiều dày d. Tr−ớc khi xếp, các mảnh séc măng đ−ợc bôi một lớp sơn cách điện. Để xếp và ép phễu cách điện phải thiết kế chế tạo khuôn xếp và khuôn ép. Khuôn xếp là một vành có biên dạng nh− cốc ép đ−ợc chế tạo với kích th−ớc khớp với lòng trong của phễu cách điện. Các mảnh séc măng đ−ợc xếp vào khuôn, trong một lớp các mảnh đ−ợc nằm khít nh−ng không chồng lên nhau. Lớp sau đ−ợc xếp lân đi một b−ớc theo tính toán sao cho trong tất cả các vị trí đều phải có số lớp đồng đều. Khi xếp nhẹ nhàng đặt mảnh séc măng lên khuôn, các mảnh nằm khít nhau và sau đó vuốt cho các răng ôm vào mặt côn 30o của khuôn. 61
  63. Sau khi xếp xong, tấm phôi đ−ợc sấy nóng và đặt vào đế khuôn ép (hình 30) Hình 30. Đế khuôn ép phễu cách điện Để đạt đ−ợc chiều dầy (d) và chi tiết đ−ợc ép chặt thành một khối cứng phải tiến hành ép khi các tấm mica đ−ợc gia nhiệt làm chảy sơn và làm mềm mica. Lực ép đ−ợc tính nh− sau: P = p1.F (kG) Trong đó: P- lực ép. 2 p1 = 250 kG/cm áp lực ép cần thiết; F- Diện tích bề mặt ép của phễu. Tr−ớc khi đ−a lên máy ép, khuôn ép đ−ợc xiết bằng tay. Bộ khuôn đ−ợc đ−a vào sấy trong lò điện trở có đồng hồ hiển thị nhiệt độ và điều chỉnh đ−ợc nhiệt độ để sấy đến 160o - 180o sau đó đ−a ra ép và để nguội với lực P đ−ợc duy trì cho đến khi khuôn nguội. Tháo phễu cách điện khỏi khuôn ép, tiến hành kiểm tra độ phẳng nhẵn, độ cứng, chiều dày, độ ép chặt, sau đó gia công cắt chiều sâu phễu đạt kích th−ớc B (hình 29), phễu đ−ợc kiểm tra kích th−ớc theo hai d−ỡng (d−ỡng đo mặt ngoài và d−ỡng đo mặt trong). Phễu cách điện đ−ợc kiểm tra độ bền cách điện với điện áp thử trong một phút đ−ợc tính nh− sau: U = 2.5 Uđm + 5500 (V) Uđm: Là điện áp định mức trên cổ góp. 62
  64. 3.1.3 Định hình cổ góp. Trong chế tạo không thể đạt đ−ợc độ chính xác nh− mong muốn, do vậy sau khi lắp ráp cổ góp theo bản vẽ thiết kế để tránh hiện t−ợng lam đồng cổ góp bị bung ra phải tiến hành định hình cổ góp, với mục đích khử hết các độ cựa của các chi tiết trong cổ góp. Quá trình này đ−ợc tiến hành theo hai b−ớc là định hình tĩnh và định hình động. - Định hình tĩnh cổ góp. Cổ góp đ−ợc định hình tĩnh theo hai giai đoạn: Giai đoạn 1: Cổ góp đ−ợc sấy đến 130oC trong thời gian 5 giờ sau đó đ−ợc đ−a lên máy để ép và xiết lại các bu lông đai ốc. Giai đoạn 2: Cổ góp đ−ợc sấy đến 160oC trong 5 giờ để nguội đến 140oC để ép lần thứ nhất, khi cổ góp nguội đến nhiệt độ môi tr−ờng thì tiến hành ép lần thứ hai. Sau mỗi lần ép xiết lại bu lông đai ốc. - Định hình động cổ góp Cổ góp có tốc độ dài > 10 m/giây phải tiến hành định hình động bằng thiết bị chuyên dùng. Định hình động là ph−ơng pháp khử hết khả năng cựa của lam đồng và làm cố định trạng thái của các lam đồng trong điều kiện làm việc của cổ góp. Cổ góp khi làm việc chịu tác động của nhiều yếu tố trong đó các tác động chính làm cựa lam đồng là nhiệt độ và lực ly tâm. Thiết bị định hình động phải tạo đ−ợc điều kiện làm việc khắc nghiệt nhất, điều chỉnh đ−ợc nhiệt độ đến 160oC và điều chỉnh tốc độ đến 1,2 lần tốc độ max ( nmax). Quá trình định hình động đ−ợc thực hiện nh− sau: - Tiện tròn đ−ờng kính ngoài cổ góp, đo kích th−ớc đ−ờng kính bằng Panme, dùng đồng hồ so rà độ nhấp nhô của lam đồng trên máy và ghi lại kết quả. - Lắp cổ góp vào vị trí trong buồng nhiệt, quay lần 1 + Đóng thiết bị điều chỉnh nhiệt độ đến 130oC và điều chỉnh tốc độ quay của cổ góp bằng tốc độ quay max. Thời gian quay tại chế độ này trong 1 giờ. + Tăng tốc độ quay ( quay v−ợt tốc) n = 1,2nmax trong 2 giờ. + Dừng quay, xiết lại toàn bộ các bulông của cổ góp (lực xiết phải đều, xiết từ từ theo vị trí đối xứng). - Quay lần 2: Nhiệt độ buồng nhiệt t = 160oC, lặp lại chế độ quay nh− lần 1. Công việc gia nhiệt và quay đ−ợc lặp đi lặp lại và chỉ dừng lại khi bulông chỉ còn xiết đ−ợc ≤1/6 vòng. 63
  65. - Kiểm tra độ văng của lam đồng sau khi định hình động trên máy bằng đồng hồ so. Cổ góp chế tạo đạt yêu cầu kỹ thuật khi độ nhấp nhô của lam đồng ≤ 0,02 mm trên suốt chiều dài cổ góp. - Nếu cổ góp bung ra hình ô van, méo có nghĩa là các chi tiết của cổ góp chế tạo không đạt yêu cầu kỹ thuật. Cổ góp phải mở rời ra toàn bộ chi tiết để kiểm tra đo đạc gia công lại các chi tiết không đạt yêu cầu kỹ thuật, tiến hành lại từ khâu xếp ép theo đúng quy trình công nghệ. 3.2 Công nghệ chế tạo các bộ dây. 3.2.1 Công nghệ chế tạo bộ dây phần ứng. Công nghệ chế tạo bộ dây phần ứng của động cơ 200kW t−ơng đối phức tạp vì gồm 2 bộ dây là bộ dây quấn sóng và bộ dây quấn xếp. Cả hai bộ dây cùng dùng chung một loại dây điện từ (1,8 x 8,5)mm với số rãnh ảo bằng 4 nên khi chế tạo bin dây phải chập 4 sợi dây để cùng quấn. Dây phần ứng có tỷ lệ chiều rộng trên chiều dày rất lớn ( b/a = 4,7 lần), chiều dày vật liệu lại mỏng (1,8 mm), lại chập 4 sợi nên khi quấn rất dễ bị nhăn, bị chùng, bị biến dạng phần uốn cong. Đặc biệt là bộ dây quấn xếp, bán kính l−ợn chỉ có 3mm. Yêu cầu kỹ thuật khi uốn góc và định hình bối dây nh− sau: - Các góc uốn phải phẳng, dây không nhăn, không rạn nứt; - Các kích th−ớc, hình dạng phải đảm bảo theo bản vẽ; - Khi đặt vào rãnh hai bộ dây nằm khít vào nhau (không có khe hở, không bị chèn). Hai cạnh thẳng nằm đúng góc độ và toạ độ thiết kế. Bộ dây phần ứng máy điện một chiều đ−ợc uốn và vỗ định hình để đạt đ−ợc các bán kính l−ợn, góc nghiêng các cạnh dây trên các gá chuyên dùng đ−ợc thiết kế và chế tạo cho từng loại máy điện một chiều. Sau khi uốn góc tiến hành lót cách điện vòng, băng bảo vệ bin dây và uốn định hình các biên dạng của bối dây. Cách điện ngoài bin dây đ−ợc quấn bằng các loại vật liệu và số lớp theo thiết kế. Phần ứng máy điện một chiều có điện áp thấp nên số lớp cách điện ít không phải ép nóng định hình bối dây. Bộ dây không phải tẩm sấy tr−ớc khi lồng vào rãnh mà đ−ợc tẩm sấy chân không cùng với toàn bộ phần quay (trục, phần ứng, cổ góp). 64