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

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

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

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

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.

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.

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

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 . 13