tính toán và thiết kế động cơ điện dung

Lời nói đầuNgày nay động cơ công suất nhỏ đợc sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nh trong công nghiệp, nông nghiệp, trong tự động hoá, trong hàng không, trong sinh hoạt gia đình Đ

Trang 1

Lời nói đầuNgày nay động cơ công suất nhỏ đợc sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nh trong công nghiệp, nông nghiệp, trong tự động hoá, trong hàng không, trong sinh hoạt gia đình

Động cơ công suất nhỏ rất đa dạng và phong phú về chủng

…loại, chức năng và công suất Trong đó động cơ điện dung đóng một vị trí rất lớn Bởi vì nó có u điểm là dùng nguồn cấp một pha, hệ số cosϕ cao, phù hợp với lới điện Việt nam,độ tin cậy cao …

Để tính toán và thiết kế động cơ điện dung có nhiều cách tính

và thiết kế song do trình độ của em còn hạn chế và điều kiện thời gian có hạn nên trong bản thiết kế này còn nhiều phần tính toán cha đợc tối u nhất Ví dụ nh sức từ động rơi trên răng ,gông stao và roto, Vì vậy mà em không tránh khỏi những …thiếu sót Em rất mong đợc cô hớng dẫn và chỉ bảo em những thiếu sót đẻ em đợc hiểu sâu hơn về máy điện nói chung và

động cơ điện dung nói riêng Cuối cùng em xin chân thành cảm

ơn cô Nguyến Hồng Thanh đã hớng dẫn em hoàn thành đồ án môn học cuối cùng của em

Hà Nội ngày 20 tháng 10năm 2002

Sinh viên :Nguyễn đình tuân

Nguyên đình tuân - 2 - Lớp tbđ - k43

Trang 2

đt2-Mục lục

-Lời nói đầu

Phần mở đầu Giới thiệu về đề tài thiết kếI-Giới thiệu chung về máy điện công suất nhỏ

II-Phân loại động cơ

III- Động cơ KĐB công suất nhỏ với tụ khởi động

IV- Thiết kế máy điện nhờ máy tính

V-Mục đích của thiết kế tối u

VI-Lu đồ thuật toán thiết kế tối u

VII-Tính toán dây quấn phụ

VII-Tính toán chế độ khởi động

Trang 3

1 Xác định kích thớc chủ yếu

2 Xác định thông số dây quấn pha chính: W a ; d A /d Acđ; k lđA

3 Xác định kích thớc lõi thép Stato và Roto

4 Tính toán dây quấn phụ: W B ; d B /d Bcđ ; k lđB ; C

5 Tính kiểm tra

6 Vẽ bản vẽ tổng lắp ráp

4 nguyễn đình tuân lớp:tbđ - đt2 - k43

Trang 4

-Phần Mở đầu Giới thiệu về đề tài thiết kế

Máy điện công suất nhỏ là đợc dùng rất rộng rãi trong gần nửa thế kỷ nay.Giới hạn công suất của nó thờng trong khoảng một vài phần của oát đến 750W song cũng có những loại máy điện công suất nhở có công suất lớn hơn Với sự phát triển nhanh của công nghiệp, tự động hoá cao, do vậy mà việc đòi sử dụng động máy điện nhỏ trong điều khiển tự động, công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm, xí nghiệp y tế, nhà ăn công cộng, các nghành tiểu thủ công nghiệp và sinh hoạt hàng ngày là một đIũu không thể thiếu đ-

ợc trong thời đạI ngày nay Trong động cở không đồng bộ Roto lồng sóc là loạI phổ biến nhất hiện nay trong các loại động cơ xoay chiều công suất nhỏ Động cơ không không đồng bộ một pha dùng nguồn điện một pha của lới điện sinh hoạt nên đợc dùng ngày càng rất rộng rãI ở mọi nơi Ví dụ nh

nó có thể đợc dùng để kéo các máy tiện nhỏ, máy ly tâm, máy nén, bơm

n-ớc, máy xay sát nhỏ, quạt điện, máy xay sinh tố, máy ghi âm, máy lạnh, máy giặt …

Động cơ không đồng bộ công suất nhỏ so với những loại đông cơ điện khác nhất là dộng cơ có vành đổi chiều thông dụng có những u điểm sau:

+ Kết cấu đơn giản, giá thành hạ

+ Không sinh ra can nhiếu vô tuyến

+ ít tiến ồn

+ Sử dụng đơn giản và chắc chắn

Song nhợc điểm của động cơ Roto lồng sóc là có đặc tính điều chỉnh tốc độ thấp

Trang 5

Hình 1: Phân loại động cơ KĐB công suất nhỏ

Các loại động cơ không đồng bộ một pha công suất nhỏ với điện trở

khởi động, tụkhởi động, tụ khởi động và tụ làm việc đều có nhợc điểm là

luôn luôn phải có chốt ly tâm hoặc rơ le chuyên dụng để ngắt phần tử khởi

động sau khi động cơ khởi động Điều đó làm cho giá thành của động cở

tăng lên và giảm độ tin cậy Vì vậy mà khi ngời ta cần sử dụng lại động cơ

một phâ có độ tin cậy lớn mà không cần mo men khởi động cao thì ngời ta

thờng dùng động cơ một pha với tụ làm việc mắc cố định (Động cơ điện

dung)

Với roto

đặc

Với roto lồng sóc

Vạn năng

Ba phaMột pha

Bình thường

Trang 6

Hình 2 Sơ đồ mạch điện

Động cơ với tụ làm việc có đặc tính làm việc tơng đối tốt : η = 0,5 – 0,9; Cosϕ = 0,8 –0.95; Mmax = (1,6 – 2,2)Mđm; song nhợc điểm của loại động cơ này là momen khởi động nhỏ MK = (0,3-0,6)Mđm

A

Ul

Trang 7

PHần II cơ sở lý thuyết và trình tự tính toán

PđmIII = Pđm β = 180.1,25 =687.5 (W)

- Công suất tính toán của động cơ điện 3 pha đẳng trị :

IIICosη

PSIII

'44

db n A

B SIII

P D

k = 30,7.210.0,82.1500 16.05

2.1,120665

,0

+ Trong đó : Với thép kỹ thuật điện dùng làm mạch từ ta chọn loạI loạI thép cán nguội của Nga 2211 với mật từ thông khe hở không khí trong khoảng Bδ=0.3ữ1 [T]

Trang 8

Dựa vào bảng đờng kính ngoàI tiêu chuẩn trang 36 – sách ĐCKĐBCSN thì chọn:

- Chiều dài stato : ls = λ.D = 0,82.9,7 = 80 [cm]

- Chọn khe hở không khí : Khe hở không khí càng lớn thì tổn hao không tải

và hệ số Cos nhỏ nhng nếu nh chọn khe hở không khí nhỏ quá thì vấn đề công nghệ không đáp ứng đợc và làm tang sóng bậc cao lên Vì vậy để cho phù hợp ta chọn : δ = 0,03[cm]

- Đờng kính ngoài lõi sắt Roto :

Trang 9

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 151617 18 19 20 21 22 23 24

I Tính toán dây quấn

- Theo bảng 2-2 trang 29 thì việc chọn ĐCKĐB điện dung mà để giảm đợc mmô men ký sinh đồng bộ, tiếng ồn xuống trị số cực tiểu thì tâ chọn :…

Chọn số rãnh Stato ZS = 24

Số rãnh Roto ZR = 17

- Trong động cơ điện một pha điện dung thờng lấy số rãnh pha chính (pha A) bằng số rãnh pha phụ(pha B): ZA=ZB ;QA = QB (QA,QB là số rãnh dới một cực của pha chính và pha phụ)

12

p m A

Z

; QB= QA = 3

- Chọn dây quấn : Chọn dây quấn phải đảm bảo các yêu cầu sau:

+ PhảI triệt tiêu hoặc làm yếu đI sóng đIũu hoà bậc cao(đặc biệt là sóng bậc ba)

+ Tăng cờng việc lợi dụng rãnh(klđ tăng lên)

+ Giảm chiều dài phần đầu nối

Dây quấn của máy điịen nhỏ có hai loại cơ bản : Dây quấn một lớp và dây quấn hai lớp Để đảm bảo những yêu cầu trên, giảm từ tản tạp và đơn giản nên chọn dây quấn một lớp đồng tâm bớc đủ

Sơ đồ dây quấn nh sau:

Trang 10

707,0ν

3.4

1.sin.3

707,

410.26,29.50.09,1.4

220.9,0

a

WSA

.

=

3 2

1

Trang 11

S’

SA =

sA J n dm

I

72 ,

2

= 0,45[mm2]

Chọn mật độ dòng điện JSA = 6 [A/mm2 ]

- Chọn dây men π∋B-2 có tiết diện chuẩn SSA = 0,442 [mm2]

+ Đờng kính chuẩn của dây không cách điện d A= 0,75 [mm]

+ Đờng kính chuẩn kể cả cách điện dcdA = 0,865[mm]

- Bớc răng stato : tS = = 1,0935

24

7,9.14,

- Bớc răng roto : tR = = 1,3942

17

548,7.14,

Trang 12

−+

s Z

s Z zs

b s h D

= 3,14(97+242.−0,36,14)−6,14.24=7,72[mm]

d2s = = = 8,4[ mm]

- ChiÒu cao r·nh:

hrS =

2

gsh2Dn

D − − .

=

2

74,14.297

149− −

=11,26 [mm]

- ChiÒu cao phÇn th¼ng cña r·nh :

h12 = hrS - 0,5(d1S +d2s+ 2.h4S) [mm]

Trang 13

d rA

U 2

=

96 , 59

748,0.57

d s h

14.2(π

7,72 = 6,145[mm]

bZS

''

= – d2 = – 8,4= 6,146[mm]

bzs1 =

2

'' '

b

bzs+ zs= + =

2

146,6145,6

6,145[mm]

- Sai số

Trang 14

∆bzs =

b

b b

14,6145,

.100% = 0,0814% có thể chấp nhận đợc

Chơng III- Xác định kích thớc rãnh răng rãnh rôto

ở động cơ công suất nhỏ thì dạng rãnh của roto thờng là hình tròn hoặc hình quả lê.Đối với động cơ một pha điện dung một pha công suất nhỏ chọn

Hình 5 Dạng rãnh roto

dạng ránh hình quả lê để đảm bảo tiết diện thanh dẫn

- Chọn h4R trong khoảng 0,3ữ0,4 [mm] lấy h4R = 0,4 [mm]

- Chọn b4R = 1ữ1,5 [mm] chọn b4R=1,5 [mm]

- Sơ bộ chọn bề rộng răng

Trang 15

bZR = =

95,40,1

781,1.69,0

) 2 '

Z b h

D

=

14,317

17.2,914,3)

4,0.24,96(

- Chiều cao rãnh Roto

Trang 16

-ChơngIV-Trở kháng của dây quấn stato và roto I.Trở kháng dây quấn stato

Thông thờng khi tính toán sơ bộ coi rs ; xs kkhông đổi khi động cơ làm việc với mọi tảI

1 Điện trở tác dụng của dây quấn stato

- Chiều dài phần đầu nối của dây quấn stato:

lđ1 = k1τy + 2.B =k1 + 2B = 1,3 + 2.1,2 = 13,45[cm]

π

[cm]

Chọn B = 1ữ1,5 [T] lấy B = 1,2

k :Hệ số ,với máy có hai đôi cực thì k1 = 1,3 ;

- Chiều dài trung bình 1/2 vòng dây quấn stato :

376,1460213,0

ρ1

2.Điện kháng tản của dây quấn stato

a- Hệ số từ tản rãnh stato( dây quấn một lớp hình quả lê ):

Trang 17

2 1

4 1

2 785 , 0 (

b

h d

b k

d

h

s

s s

6 , 0 72 , 7

46 , 1 72 , 7 2

065 , 2 785 , 0 ( 1 72 , 7

3

06 , 4

=1,132Trong đó :

β

k =kβ1=1:hệ số bớc ngắn của dây quấn(Tra bảng 4.2 trang

72 –ĐCKĐBCSN )

h1=hrS- h4S- hn –2.C –(1/2)d2=11,26 – 0,6-2-2.0,2= 4,06 [mm]

h2= d1/2 – hn - 2.C = 4,2- 2 – 0,4 =1,46 [ mm ]

b-Tính hệ số từ dẫn tản tạp λts :

Hệ số từ dẫn của từ tản tạp xét đến ảnh hởng của từ trờng sóng bậc cao (sóng điêù hoà răng và sóng đIều hoà của dây quấn )

s k s

t

ts .ξδ

δ.δ.9,11

25,1.3,0.9,11

69 , 12

= 3,697Trong đó:

b S

t S b

S b

S

4

45k

065,269,12.3,0

065,2

3,0

065,25

b R

t R b

R b

R

44

45k

5,181,17

3,0

5,15

3 , 0

5 , 1

+

Trang 18

69

d- HÖ sè tõ t¶n phÇn ®Çu nèi d©y quÊn :

λ®s = 0,47 (l® -0,64.τ) =0,47 (134,5 – 0,64.76,18) = 1,52

- Tæng hÖ sè tõ t¶n : ΣλS=λrS +λtS+λ®S= 1,132 + 3,697 + 1,52 = 6,349

- §iÖnkh¸ng t¶n d©y quÊn chÝnh

=Σ

f

.100100158,0

2

= 6,349 7,9( )

3.2

8100

342100

50.158,0

Trang 19

II Trở kháng rôto

1 Tính kích thớc vành ngắn mạch

Mật độ dòng điện của thanh dẫn roto đúc nhôm jt = 3ữ 5(A/mm2)

Mật độ dòng điện của vành ngắn mạch : jv = 0,8jt = 2,4 ữ 4(A/mm2)

10 8 0465 , 0 10

ρ

rR

R Al

l r

10 4 , 8 14 , 3 0465 , 0

.

10 π ρ

v v R

v Al

D r

Trang 20

Điện trở phần tử roto:

[ ] Ω

= +

722 , 0

10 1298 , 0 2 578 , 0

td

r r

r

Trong đó

722,017

2.1802

,0.17

)91,0.342.(

2.4

) (

.4

2

2 2

2

dr r

da SA

k Z

k W m k

r rR

r r

r

h k d

b S

d d

h

4

4 μ 1 4

2 2 1 1

1

2

66 ,

0 8

π 1

4,01.11,7.2

5,166,0

23,64.8

211,7.14,3111,7.3

716,

R

t

tr .ξδ

δ.δ.9,11

25,1.3,0.9,11

81,

Trang 21

vì = = 4,25 < 5 nên

023,12)17

2(1

05,017

.5

2.π12)(1

5

.π1δ

−

−+

=

−

∆

−+

=

r Z

p r

Z r

Z

p r

v 2

r r

v dr

b2

a2

D74

Z

πp2lZ

D92

sin

,

= 0,406

5,42

162

4,88.7,4lg17

180.2sin.28.17

4,88.9,2

λλ

534 , 6 99 , 0

91 , 0 17

24 477 , 5 λ

λ

2 2

=

Σ

dr

da R

S r

k Z Z

- Điện kháng Rôto qui đổi sang stato :

Trang 23

HZR = 8,79[A/cm] : cờng độ từ trờng trên răng Roto khi

Trang 25

2-Với dòng thứ tự thuận

Hình 6 Sơ đồ thay thế pha chính của động cơ điện dung

Tham số ban đầu của mạch điện thay thế pha chính :

013,8113

92,5

+

=+

=

ra ma

ra

x x r

9329,013,8113

113

+

=+

=

ra ma

ma

x x x

Trang 26

ZRA1 = r’RA1 + jx’RA1 = 52,694 + j59,091[Ω]

- Tæng trë thø tù thuËn cña pha A:

ZA1 = ZSA + Z’RA1 = (xSA + x’RA1) + j( rSA + r’RA1) = (7,9 + 59,091) + j(7,05 + 52,694) = 59,744 + j66,991[Ω]

r’RA2 = = =2,6404 [Ω]

x’RA2= β.xRA = 0,9329.8,13 =7,6505[Ω]

ZRA2 = r’RA2 + jx’RA2 = 2,6404 + j7,6505[Ω]

- Tæng trë t¸c dông thø tù nghÞch cña pha chÝnh

ZA2 = rA2 + jxA2 = (rSA +r’RA2) + j(xSA + x’RA2) = (7,05 +2,6404) + j(7,9 +7,6505) = 9,6904 + j15,5505[Ω]

Trang 27

Chơng VII tính toán cuộn dây phụ

Tham số pha phụ của động cơ điện dung quyết điịnh tínhnăng làm việc và

- Điện dung cần thiết

- Số thanh dẫn trong một rãnh stato của dây quấn phụ

u’rB = k urA = 1,1213.57 = 63,91

Chọn urB = 64(thanh dẫn)

Trang 28

Số vòng dây của dây quấn phụ

wSB = u’rB.p.q = 64.2.3 = 384[vòng]

- Tỷ số biến áp

k= = = 1.1213

- Tiết diện dây quấn pha phụ

Sơ bộ tính tiết diện dây dẫn phụ theo tỷ số

= t

ta chọn t = kS’SB = = =0,394[mm2]Dựa theo bảng tiết diện tiêu chuẩn (phụ lục 2 trang269 –

ĐCKĐBCSN ) chọn SSB = 0,396[mm2]

Do ta chọn điện dung CV là số nguyên nên điều kiện đạt từ trờng tròn không

đợc thoả mãn vì vậy phải dùng công thức chung cho từ trờng elíp để tính toán các tham số ở chế độ định mức

- Điện trở tự nghịch của pha phụ

ZB2 = (rSB +k2.r’RA2) + j(k2.xA2 - xC) =

= (8,83 + 1,12132.2,6404) + j(1,12132.15,5505 – 149) = =12,1498 – j129,448[Ω]

Trang 29

Chơng VIII Tính toán tổn hao

Có 4 loạI tổn hao chính:

+ Tổn hao sắt ở Stato và Roto

+ Tổn hao trong dây quấn

Uđm =220[V]

ZB2-j.k ZA2 =(2,1498 -j129,448) -j1,1213(9,6904 + j15,5505)

= 5967,978 – j30869,1

ZA1 ZB2 +ZA2 ZB1

= (59,7441 + j66,9909).( 12,1498 -j129,448 ) + (9,6904 + j15,5505).(75,0831 - j64,7715)

= 11132,53 – j6379,92

- Dòng điện tứ tự nghịch của dây quấn chính:

IA2 = Uđm = = - 0,0194+ j0,0327= 0,0381∠120,690Trong đó

ZB1+j.k ZA1 = 75,0831 - j64,7715 + j1,1213.(59,7441 + j66,9909)

Trang 30

Trong đó

ZRA2 = r’RA2 + j x’RA2 = 2,6404 + j7,6505

- Tổng sức điện động

E. = .E1 + E2 = (193,979 – j3,272) +(- 0,3014 - j0,062) = =193,677 – j3,334 = 193,706∠- 0,9860 [V]

- Kiểm tra lại KE

Trang 31

Trong đó P1,0/50 = 2,6 (w/kg) : suất tổn hao thép tra bảng 6-1 trang 95

- Tổn hao sắt tính toán của stato :

Trang 32

Tổn hao sắt rôto do từ trờng thuận và nghịch gây nên bằng

PTR1= P’TR.()2 s1,3 = 17,24()20,051,3 = 0,3358[W]

PTR2= P’TR.()2.(2 – s)1,3 = = 17,24()2(2- 0,05)1,3 = 0,0000994 [W]

- Dòng điện dây quấn chính stato khi xét đến tổn hao sắt

ISA1=(I’A1 + IT1 )+ j I’’A1 = (1,5998 + 0,091) –j 1,8561 = = 1,6908 – j 1,8561 [ A] = 2,511∠- 47,6680

ISA2 =(I’A2 + IT2 )+ jI’’A2 =

= (- 0,0194+0,000306) +j 0,0327 =

= - 0,01909+ j 0,0327 [ A] = 0,0379∠120,280Trong đó IA1’,IA2’ và IA1’’,IA2’’ là phần thực và phần ảo của dòng IA1 và IA2

ISA = ISA1 + ISA2 = 1,6717 – j1,8234 = 2,4737∠- 47,480

- Dòng điện trong cuộn dây phụ:

ISB1 = j + = j + =1,7365 + j1,4267

ISB2 = - j + = - j + = 0,02944 + j0,01733

ISB = ISB1 + ISB2 = 1,7659 + j1,444 = 2,2812∠39,270

- Dòng điện tổng Stato lấy từ lới :

IS = ISA + ISB = 1,6717 – j1,8234 + 1,7659 + j1,444 = 3,4376 - j0,3794 = 3,4585∠- 6,2980

Trang 33

- Mật độ dòng điện dây quấn chính stato

- Tổn hao cơ :

Pcơ = k.(2.()3 =40,3030 [W]

- Tổn hao phụ :

] [

5 55 , 0

550 005 ,

0 η

005 ,

- Mômen tác dụng :

M =PR =.555,8261 = 37,94291[kG.cm]

- Tổn hao đồng Stato:

PĐS = ISA2.rSA + ISB2.rSB = 2,47272.7,05 + 2,28122.8,83 = 89,0556[W]

- Tổn hao đồng Rôto :

PĐR = 2I2

A1r’RA1.s + 2IA22r’RA2.(2-s) = 2.2,45042.52,6941.0,05 + 2.0,03812.2,6404.(2 – 0,05) = 31,640 + 0,01495 = 31,6549[W]

- Tổng tổn hao :

ΣP = PĐS + PĐR + PT + PCƠ + PF

Trang 34

= 89,0556 + 31,6549 + 35,3358 + 0,0001885 + 40,3030 + 5 = 201,3495 [W]

- Công suất tiêu thụ :

UB1=ISB1(ZB1-ZC)

=(1,7365+j1,4267)(75,083-j64,7115 +j149)

=10,186+j253,435 = 253,64∠97,440

UB2=ISB2(ZB2-ZC)=(0,02944+j 0,01733)(12,1498-j129,448+j149) = 0,01885 + j0,7861 = 0,7864∠88,6260

UB = UB1 + UB2 = 10,186+j253,435 + 0,01885 + j0,7861

= 10,205 + j254,221=254,426∠87,700

- Điện áp rơi trên tụ :

UC=ISB.ZC = (1,7659 + j1,444).(-j149) = 215,156 - j236,119 =339,888∠- 47,600

Chọn tụ có điện áp làm việc là 400V

Bảng 2 Tính toán đặc tính mo men của động cơ điện

Trang 35

0,035 49,9005 77,2642 56,9505 85,1642 2,62025 7,64950 9,67025 15,5495 0,05 52,6941 59,0908 59,7441 66,9908 2,64038 7,65050 9,69038 15,5505 0,07 49,4800 42,1306 56,5300 50,0306 2,66771 7,65188 9,71771 15,5518 0,1 41,5866 27,909 48,6366 35,809 2,70978 7,65403 9,75978 15,5540 0,12 36,8249 22,5822 43,8749 30,4822 2,73857 7,65552 9,78857 15,5555 0,14 32,8024 19,0354 39,8524 26,9354 2,76797 7,65706 9,81797 15,5570 0,16 29,4519 16,5806 36,5019 24,4806 2,79802 7,65865 9,84802 15,5586 0,18 26,6569 14,8221 33,7069 22,7221 2,82872 7,66029 9,87872 15,5602 0,2 24,3083 13,5244 31,3583 21,4244 2,86010 7,66198 9,91010 15,5619 0,5 10,2064 8,58197 17,2564 16,4819 3,43101 7,69612 10,4810 15,5961 0,7 7,32428 8,09570 14,3742 15,9957 3,95747 7,73311 11,0074 15,6331

I A2 '' [A]

Định dạng
Số trang	40
Dung lượng	867 KB