đồ án kỹ thuật điện điện tử Thiết kế Động cơ không đồng bộ 1PHA VỚI TỤ KHỞI ĐỘNG VÀ LÀM VIỆC

Mở đầu Hiện nay động cơ điện đợc sử dụng ngày càng nhiều trong các ngành công nghiệp, giao thông vận tải trong các thiết bị tự động có các loại truyền động và trong các thiết bị gia dụng sinh hoạt hàng ngày. Trong tất cả các loại động cơ hiện nay thì động cơ không đồng bộ công suất nhỏ là một sản phẩm công nghiệp đợc sử dụng mạnh mẽ trong gần nửa thế kỷ nay. Ngời ta giới hạn động cơ công suất nhỏ trong khoảng vài phần oát đến 750W. Nhng cũng có khi chế tạo đến 1,5 kW. Căn cứ vào cách sử dụng và làm việc hoặc khởi động có thể chia động cơ này thành nhiều loại. Động cơ công suất nhỏ loại thông dụng chủ yếu đợc dùng trong công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm, xí nghiệp y tế, nông nghiệp các ngành tiểu thủ công nghiệp và đặc biệt là sử dụng rộng rãi trong sinh hoạt hằng ngày của ngời dân. Loại sau dùng trang bị tự động, hàng không tàu thuỷ và các cơ cấu khống chế khác. Động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc ba pha và một pha là loại phổ biến nhất trong các động cơ xoay chiều công suất nhỏ. Có thể dùng động cơ này để truyền động các máy công cụ dân dụng nh: máy tiện nhỏ, máy ly tâm, máy nén, bơm nớc, máy giặt. Động cơ không đồng bộ một pha dùng nguồn điện một pha của lới điện sinh hoạt nên đợc sử dụng ngày càng rộng rãi vì có những u điểm sau: - Kết cấu đơn giản giá thành hạ - Không sinh can nhiễu vô tuyến - ít tiếng ồn - Sử dụng đơn giản chắc chắn Đồ án tốt nghiệp tkđc kđb 1pha với tụ khởi động và làm việc Hiện nay phơng pháp tính toán thiết kế tối u cho các loại động cơ không đồng bộ ro to lồng sóc đều thực hiện bằng máy tính. Nhng để thực hiện đợc việc thiết kế tự động cũng cần phải nắm vững cách thiết kế bằng phơng pháp thông th- ờng. Trong đồ án thiết kế này tính toán động cơ một pha điện dung làm việc đợc thiết kế các bớc sau: 1. Tìm hiểu các loại động cơ một pha 2. Tính toán mạch từ 3. Tính toán dây quấn 4. Tính và vẽ các đặc tính làm việc và đặc tính cơ Trong thời gian làm đồ án thiết kế này tôi đợc sự chỉ bảo tận tình của cô giáo Phan Thị Huệ nên tôi đã hoàn thành đợc nội dung các phần tính toán thiết kế. Nh- ng do thời gian và trình độ có hạn nên trong quá trình tính toán thiết kế không tránh khỏi những sai sót. Tôi rất mong đợc sự đóng góp ý kiến để tập đồ án thiết kế này đợc hoàn thiện hơn. Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo bộ môn Thiết bị điện và khoa Điện đã tạo điều kiện giúp đỡ trong quá trình học tập. Đặc biệt là cô giáo Phan Thị Huệ Sinh viên Nguyễn Văn Thành SV T H : Nguyễn Văn Thành 2 §å ¸n tèt nghiƯp tk®c k®b 1pha víi tơ khëi ®éng vµ lµm viƯc PhÇn mét CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA ***** Phần lớn các máy điện một pha được bố trí trên stato , hai cuộn dây A vàB tương ứng vuông góc với nhau . Sự không đối xứng của máy thường gây ra bỡi số vòng dây của hai cuộn dây khác nhau hoặc do hai cuộn dây chiếm số rãnh không bằng nhau . Tuy nhiên cả máy đối xứng và không đối xứng đều có thể làm việc trong trạng thái đối xứng .nghiã là trong máy có từ trường quay tròn . Động cơ không đồng bộ một pha gọi là một pha vì được nuôi bằng nguồn điện một pha nhưng về cấu tạo trong phần lớn các trường hợp là động cơ hai pha . Một cuộn được nối trực tiếp với nguồn điện một pha gọi là cuộn làm việc hay cuộn chính cuộn còn lại nối với ngiồn một pha qua phần tử lệch pha trong toàn bộ thời gian làm việc hoặc chỉ trong thời gian mở máy .gọi là cuộn phụ hay cuộn khởi động , ở một số động cơ cuộn phụ hoàn toàn không nối với nguồn, sức điện động trong cuộn dây sinh ra bỡi luồng từ thông của cuộn chính . B A Phu ïthuộc vào chủng loại phần tử lệch pha hoặc cuộn khởi động và phương pháp sử dụng cuộn phụ (cuộn khởi động ) mà động cơ không đồng bộ có thể phân chia thành 5 nhóm: A. Với tụ khởi động SV T H : Ngun V¨n Thµnh 3 B A M« h×nh m¸y ®iƯn mét pha §å ¸n tèt nghiƯp tk®c k®b 1pha víi tơ khëi ®éng vµ lµm viƯc B. Với điện trở khởi động C. Với tụ khởi động và làm việc D. Với tụ làm việc -Với vòng ngắn mạch. -Động cơ không đồng bộ vạn năng Căn cư ùvào yêu cầu kỷ thuật , động cơ không đồng bộ có thể thiết kế thành những kết cấu sau .Kiểu kín ,kiểu bảo vệ ,kiểu hở , trong đó kiểu hở ít được sử dụng nhất . Trong kết cấu động cơ cần tính đến hệ thống thông gió của máy . Với động cơ nhỏ thường dùng các kiểu thông gió sau . -Làm mát tự nhiên . -Trong máy động cơ cánh quạt để tự thông gió -Thông gió nhờ quạt đặt ngoài máy a, b, c, Hình 2 thông gió tự làm mát bằng quạt a,hướng trục , b,hướng kính , … c,thổi ngòi vỏ máy Căn cứ vào chiều luồng gió do kết cấu máy quyết đònh ,hệ thống thông gió được phân ra làm hai loại hướng kính và hướng trục ,ngoài ra dựa vào đặc điểm của làm việc của quạt gió có thể phân hệ thống thông gió thành hai loại quạt hút và loại quạt đẩy khi dùng thông gió kiểu đẩy không khí nguội tiếp xúc với cánh quạt trước , do tổn hao của quạt mà không khí nóng lên trước khi qua máy . Khi dùng kiểu hút thì không khí lạnh trực tiếp qua máy trước khi đến quạt, động cơ kiểu kín dùng phương pháp làm mát tự nhiên và thông gió nhờ SV T H : Ngun V¨n Thµnh 4 §å ¸n tèt nghiƯp tk®c k®b 1pha víi tơ khëi ®éng vµ lµm viƯc quạt ngoài . Trong kiểu bảo vệ và kiểu hở thì dùng kiểu thông gió tự nhiên hay thông gió tự làm mát . 1. Tõ trêng ®éng c¬ ®iƯn mét pha §éng c¬ kh«ng ®ång bé mét pha vỊ cÊu t¹o, stato chØ cã d©y qn mét pha, r«to thêng lµ lång sãc trªn h×nh vÏ (1-A), d©y qn stato ®ỵc nèi víi líi ®iƯn xoay chiỊu mét pha, dßng ®iƯn ch¹y vµo d©y qn stato kh«ng t¹o ®ỵc tõ trêng quay, do sù biÕn thiªn cđa dßng ®iƯn, chiỊu vµ trÞ sè dßng ®iƯn thay ®ỉi nhng ph¬ng cđa tõ trêng cè ®Þnh trong kh«ng gian tõ trêng nµy gäi lµ tõ trêng ®Ëp m¹ch. B B 1 B 11 n 1 n 1 H×nh 1A H×nh 1B V× kh«ng ph¶i lµ tõ trêng quay nªn khi cã ®iƯn trong d©y qn stato mµ ®éng c¬ kh«ng quay ®ỵc vµ cÇn ph¶i cã ngo¹i lùc t¸c dơng lªn r«to k hi ®ã ®éng c¬ sÏ quay víi hai tõ trêng thn nghÞch, ta ph©n tÝch tõ trêng ®Ëp m¹ch thµnh hai tõ quay thn nghÞch cã cïng tÇn sè quay n 1 vµ biªn ®é b»ng mét nưa tõ trêng ®Ëp m¹ch n = 60f/p. Trong ®ã tõ trêng quay I B cã chiỊu quay trïng chiỊu quay víi r«to ®ỵc gäi lµ SV T H : Ngun V¨n Thµnh 5 Đồ án tốt nghiệp tkđc kđb 1pha với tụ khởi động và làm việc từ trờng quay thuận và II B có chiều quay ngợc chiều quay rôto đợc gọi là từ trờng quay ngợc chiều trên hình (1.b). B là từ trờng tổng (đập mạch). Trong đó I B và II B quay với tốc độ n 1 , ta có: B = I B + II B Gọi n là tốc độ cao Hệ số trợt ứng với từ trờng quay thuận sẽ là: S n nn S = = 1 1 1 Hệ số trợt ứng với từ trờng quay ngợc sẽ là: 2 1 1 11 1 1 2 = + = + = n n)S(n n nn S ; S 2 = 2 - S Từ đó ta có bảng hệ số trợt sau: S = S 1 2 1 0 S 2 0 1 2 M N 0 M M 11 M M 11 M 11 Hình 2 SV T H : Nguyễn Văn Thành 6 Đồ án tốt nghiệp tkđc kđb 1pha với tụ khởi động và làm việc Trên hình 2, ta vẽ mômen quay I M do từ trờng quay thuận sinh ra có trị số d- ơng và II M do từ trờng nghịch sinh ra có trị số âm, mômen quay của động cơ một pha là tổng các mômen quay của các thành phần thuận nghịch của từ trờng elip. M = I M + II M Quan hệ của các mômen này với hệ số trợt biểu thị trên hình 2. Khi rôto đứng yên là lúc S = S 2 =1, I M = II M ; và mômen mở máy M = 0; nếu tác động một ngoại lực theo một chiều nào đó thì từ trờng elip đợc hình thành và mômen quay theo h- ớng chọn ban đầu I M hoặc II M sẽ trội hơn. Đặc tính M = f(S) đợc biểu diễn trên hình 2 gồm hai thành phần tơng đơng nhau ứng với các chiều quay thuận và nghịch khi: S = 1; S = 0; S = 2; M = 0 S = S 1 ; S = 2 - S 1 ; M = M max Lúc này nếu có thiết bị mở máy thì rôto sẽ quay, nếu quay cùng chiều từ tr- ờng thuận và mômen điện từ, mômen vợt quá mômen ngoài (Mômen ngoài) thì sau một quá trình quá độ chế độ xác lập đợc hình thành và hệ số trợt S đm ứng với giao điểm của các đờng đặc tính M = f(S) và M N = f(S) vì vậy cần thiết phải có biện pháp mở máy động cơ đồng bộ một pha, ở đây ta xét trờng hợp mở máy động cơ không đồng bộ một pha làm việc bằng điện dung SV T H : Nguyễn Văn Thành 7 §å ¸n tèt nghiƯp tk®c k®b 1pha víi tơ khëi ®éng vµ lµm viƯc ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA VỚI ĐIỆN TRỞ KHỞI ĐỘNG Thời gian giữa các dòng điện chạy trong dây quấn đạt được nhờ tăng điện trở trong cuộn khởi động B tổng điện trở pha B có thể bằng cách nối tiếp điện trở. Trong thực tế thông thường ở những nơi không có yêu cầu mômen khởi động lớn ,người ta sử dụng động cơ không đồng bộ với điện trở khởi động góc lệch pha theo trở phụ R f với cuộn khởi động hoặc chế tạo cuộn B từ dây dẫn có tiết diện nhỏ . Động cơ khởi động như động cơ hai pha không đối xứng khi rôto đạt đến tần số quay nhất đònh thì cuộn khởi động B ngắt khỏi nguồn và động cơ chuyển sang chế độ một pha làm việc cuộn A luôn được nối với điện áp nguồn M I A I A R f I B B Bỡi vì ở chế độ làm việc có cuộn A nối với nguồn nên để sử dụng dụng động cơ tốt hơn thường để 2/3 số rãnh cho cuộn chính stato còn cuộn B chiếm 1/3 số rãnh trên stato ,đôi khi để sử dụng lõi thép ít tốt hơn rãnh của cuộn khởi động có tiết diện nhỏ hơn so với cuộn làm việc. SV T H : Ngun V¨n Thµnh 8 (a) s¬ ®å m¾t m¹ch ®iƯn K A 0 S K 0,5 1 S (b) ®Ỉc tÝnh c¬ A M K (A+B) M ®m I ®m a §å ¸n tèt nghiƯp tk®c k®b 1pha víi tơ khëi ®éng vµ lµm viƯc Cuộn làm việc có số vòng dây lớn cho nên có điện kháng X SA lớn (X∼ w 2 ) điện trở của cuộn làm việc tương đối nhỏ và ngược lại với cuộn khởi động có số vòng dây nhỏ điện kháng X SB nhỏ , điện trở r SB rất lớn do đó : X SA >X SB r SA <r SB Động cơ không đồng bộ với điện trở khởi động thường có mômen khởi động thấp .M K =(0,5__0,7) M đm , nhưng đôi khi đạt tới M k =(1,0__1,5)M đm .điều đó thực hiện được không chỉ do góc lệch pha theo thời gian mà nhờ sự cường hoá luồng từ thông của cuộn khởi động φ B khi giảm số vòng dây W B dq WB 4 4,44f.k .B θ ≈ Với K dqB là hệ số dây quấn pha B . Tuy nhiên việc tăng luồng từ thông φ B cần phải tiến hành thận trọng bỡi nó sẽ dẫn đến sự tăng đáng kể dòng điện của cuộn khởi động và dòng điện tiêu thụ của động cơ khi khởi động . Hiệu suất : η = 0,4__0,7 Hệ số công suất :cos ϕ =0,5__0,6 Khả năng quá tải : M max = Mdm M max =1,4__2 SV T H : Ngun V¨n Thµnh 9 Đồ án tốt nghiệp tkđc kđb 1pha với tụ khởi động và làm việc Động Cơ Không Đồng Bộ Một Pha Với Tụ Khởi Động Động cơ không đồng bộ với tụ khởi động thờng đợc sử dụng trong các trờng hợp yêu cầu đối với đặc tính khởi động động cao dòng khởi động I k nhỏ và mômen khởi động M K lớn Sơ đồ mắc mạch : Sơ đồ mắc mạch điện (a) và đặc tính cơ (b) của động cơ không đồng bộ với tụ khởi động Cuộn chính chiếm số rãnh N ZA = 2/3Z S , cuộn phụ , N ZB = 1/3 Z S . Số vòng dây của cuộn phụ và điện dung của tụ điện đợc chọn từ giá trị mômen khởi động cần thiết phải có hoặc từ điều kiện nhận từ trờng tròn khi khởi động (với n = 0 ) . Mômen khởi động lớn đạt đợc nhờ tăng ( cờng hoá ) luồng từ thông của cuộn khởi động và góc lệch pha theo thời gian .Trong trờng hợp này M K = (2- 2,5).M đm và I K = (3-6)I đm Động cơ khởi động giống nh động cơ hai pha (trờng hợp chung là không đối xứng ) khi đạt tốc độ nhất định cuộn khởi động đợc ngắt và động cơ chuyển sang chế độ một pha cuộn khởi động đóng ngắt tự động ,trong trờng hợp không ngắt đợc cuộn khởi động khỏi nguồn , động cơ sẽ bị quá nhiệt và dẫn đến cháy . SV T H : Nguyễn Văn Thành 10 M KĐ I A I I B C K B A K a A A+B M M m 0 S K 0,5 1 S [...]... Mđm CL+Ck Mmax MK B Sđm Sk 0,5 1 S Sơ đồ mắc mạch điện a, và đặt tính cơ b của động cơ không đồng bộ với tụ khởi động và tụ làm việc SVTH: Ngun V¨n Thµnh 15 §å ¸n tèt nghiƯp tk®c k®b 1pha víi tơ khëi ®éng vµ lµm viƯc Khi khởi động cũng như khi làm việc động cơ luôn làm việc với hai pha do đó các cuộn dây A và B chiếm số rãnh như nhau trên stato NZA=NZB=NZS/2 với NZS số rãnh stato Nhằm mục đích nhận... chế độ làm việc chỉ có pha chính được nối với nguồn nên tạo ra từ trường đập mạch không phải là từ trường quay Trong tất cả các trường hợp yêu cầu chỉ số năng lượng cao và đặt tính khởi động tốt người ta thường sử dụng động cơ với tụ khởi động và tụ làm việc trong mạch cuộn B có hai tụ mắt song song với tụ làm việc CL luôn nối với mạch còn cuộn khởi động CK chỉ nối vào mạch trong thời gian khởi động. .. tk®c k®b 1pha víi tơ khëi ®éng vµ lµm viƯc I A1 = U dm ( Z B 2 − j.k.Z A 2 ) Z A1 Z B 2 + Z A 2 Z B1 I A 2 = U dm ( Z B1 + j.k.Z A1 ) Z A1 Z B 2 + Z A 2 Z B1 Trong ®ã:ZB1 = (rSB+ k2.r'RA1) + j(k2.xA1 - XC) ZB2 = (rSB+ k2.r'RA2) + j(k2.xA2 - XC) k: Tû sè biÕn ¸p ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA VỚI TỤ KHỞI ĐỘNG VÀ TỤ LÀM VIỆC Nhươc điểm chung của các loại động cơ với điện trở khởi động và tụ khởi động là... 0,95) Mmax=(1,8 2,5) ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA VÒNG CHẬP Động cơ không đồng bộ một pha có kết cấu đơn giản nhất , nên rẻ nhất là động cơ vòng chập động cơ này có mômen khởi động nhỏ và thường được sử dụng trong trường hợp mômen khởi động chiếm từ 10 - 40% mômen đònh mức Dòng từ hoá chạy trong cuộn kích thích O tạo ra luồng từ thông đập mạch φ một phần luồng từ thông đi qua cực từ không bao bọc bởi... lượng cao các thông số của động cơ và điện dung của tụ điện làm việc cần tính chọn sao cho đảm bảo từ trường ở chế độ đònh mức là từ trường tròn K=WB/WA = tg ϕ m Xc=Xm+XBđm= Xm /cos ϕ m Trong đó : ϕ ϕ m , Xm , XBđm các thông số của động cơ ở tần số quay đònh mức Điện dung của tụ khởi động chọn sao cho tổng điện dung (CK+CL) đảm bảo được giá trò cần thiết của mômen khởi động η = (0,5 0,9) MK=(2,0 2,2)Md... mạch φ ’ và phần còn lại φ ” móc vòng với vòng ngắn mạch K , dưới tác dụng của các luồng từ thông trong vòng ngắn mạch xuất hiện SĐ Đ cuộn ứng E K chậm sau φ V góc 900 theo thời gian dòng điện I K chạy trong vòng ngắn mạch do điện cảm của vòng chậm sau EK một góc ϕ K và tạo ra luồng từ thông φ K trùng pha với Ik ta có φ V= φ ”+ φ K như vậy φ Vvà φ ’ lệch pha nhau góc β theo thời gian và φ theo không. .. ra từ trường elip vì : φ ’≠ φ ; θ + β ≠ 1800 SVTH: Ngun V¨n Thµnh 16 §å ¸n tèt nghiƯp tk®c k®b 1pha víi tơ khëi ®éng vµ lµm viƯc mômen khởi động Mkđ =(0,2 0,5) Mđm tốc độ quay : n=nđb η =25 40% cos ϕ = o,4 0,6 mômen cực đại : Mmax =( 1,1 1,25)Mđm PhÇn hai SVTH: Ngun V¨n Thµnh 17 §å ¸n tèt nghiƯp tk®c k®b 1pha víi tơ khëi ®éng vµ lµm viƯc ThiÕt kÕ ®éng c¬ kh«ng ®ång bé mét pha c«ng st nhá ®iƯn dung... k®b 1pha víi tơ khëi ®éng vµ lµm viƯc *KÝch thíc r·nh Stato bZS = 4,74 (mm) ; hgS = 11,3 (mm) ; b4S = 1,8 (mm) h4S = 0,6 (mm) ; hrS = 9,2(mm) ; b2S = 7,(mm); h12S = 5, 6 (mm) r· nh stato kÝch thíc r·nh stato SVTH: Ngun V¨n Thµnh 27 §å ¸n tèt nghiƯp tk®c k®b 1pha víi tơ khëi ®éng vµ lµm viƯc gi¶n ®å khai triĨn d©y qn stato Zs =24, Qa=Qb=3, y=6 , τ=6 SVTH: Ngun V¨n Thµnh 28 §å ¸n tèt nghiƯp tk®c k®b 1pha. .. r·nh: - C¸ch ®iƯn r·nh cđa ®éng c¬ c«ng st nhá 4A lµ mét líp b×a d¸n máng tỉng hèp chiỊu dµy c¸ch ®iƯn lµ 0,3 (mm) Tªn VËt liƯu D©y dÉn π ⊃B –2 C¸ch ®iƯn r·nh tÊm c¸ch ®iƯn Nªm c¸ch ®Þªn KÝch thíc (mm) Chó thÝch d 0,53 = (mm) d cd 0,585 0,3 Mét mỈt cđa r·nh 0,2 26.> DiƯn tÝch c¸ch ®iƯn : SVTH: Ngun V¨n Thµnh 25 §å ¸n tèt nghiƯp tk®c k®b 1pha víi tơ khëi ®éng vµ lµm viƯc Sc® = C.(b2S + 2.hrs) = 0,3 (7,5+2.9,2)... trªn HƯ sè biÕn ¸p k vµ ®iƯn kh¸ng tơ C khi tõ trêng trßn víi s =1 : K = 1/rRAK {xAK- t.a.(kdqA/kdqB)2.rSA] XC = krAK + a.k2(kdqA/kdqB)2.xSA + k2xRAK SVTH: Ngun V¨n Thµnh 11 §å ¸n tèt nghiƯp tk®c k®b 1pha víi tơ khëi ®éng vµ lµm viƯc §Ỉc tÝnh lµm viƯc cđa ®éng c¬ víi tơ khëi ®éng kh«ng kh¸c so víi cđa ®éng c¬ víi ®iƯn trë khëi ®éng v× chóng ®Ịu lµm viƯc víi mét pha (pha chÝnh) ë chÕ ®é ®Þnh møc §éng . max =1,4__2 SV T H : Ngun V¨n Thµnh 9 Đồ án tốt nghiệp tkđc kđb 1pha với tụ khởi động và làm việc Động Cơ Không Đồng Bộ Một Pha Với Tụ Khởi Động Động cơ không đồng bộ với tụ khởi động thờng đợc sử dụng trong. 11 Đồ án tốt nghiệp tkđc kđb 1pha với tụ khởi động và làm việc Đặc tính làm việc của động cơ với tụ khởi động không khác so với của động cơ với điện trở khởi động vì chúng đều làm việc với một. đối với đặc tính khởi động động cao dòng khởi động I k nhỏ và mômen khởi động M K lớn Sơ đồ mắc mạch : Sơ đồ mắc mạch điện (a) và đặc tính cơ (b) của động cơ không đồng bộ với tụ khởi động Cuộn