Thiết kế động cơ không đồng bộ một pha với tụ khởi động (Kèm bản vẽ Autocad)

Ưu điểm của động cơ điện một pha công suất nhỏ là kết cấu đơn giản, giá thành thấp, không sinh ra cản nhiễu vô tuyến, ít tếng ồn, sử dụng - Động cơ có vành chập, gồm có: Động cơ không đ

Lời nói đầu

Hiện nay động cơ điện đợc sử dụng ngày càng nhiều trong các ngànhcông 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

Động cơ công suất nhỏ rất đa dạng và phong phú về chủng loại và chứcnăng Loại thông dụng chủ yếu trong các nghành công nghiệp nhẹ, côngnghiệp thực phẩm Loại đặc biệt sử dụng trong trang bị tự động, hàng không,tàu thuỷ

động cơ không đồng bộ một pha vì nó sử dụng đợc nguồn điện một pha của

l-ới điện sinh hoạt Ưu điểm của động cơ điện một pha công suất nhỏ là kết cấu

đơn giản, giá thành thấp, không sinh ra cản nhiễu vô tuyến, ít tếng ồn, sử dụng

- Động cơ có vành chập, gồm có:

Động cơ không đồng bộ với tụ khởi động thờng đợc sử dụng trong trờnghợp yêu cầu mômen khởi động cao Đặc điểm của loại động cơ này là cuộndây phụ mắc nối tiếp với tụ điện Vì có tụ điện C khởi động nên tăng đợcluồng từ thông của cuộn khởi động và góc lệch pha theo thời gian, nên mômenkhởi động lớn hơn rất nhiều so với các loại động cơ khác Với tầm quan trong

đó, em đợc giao thực hiện đề tài “Thiết kế động cơ không đồng bộ một pha

với tụ khởi động” cho đồ án tốt nghiệp cuối khóa của mình.

Đồ án hoàn thành với 8 chơng:

Chơng 1: Tổng quan về động cơ không đồng bộ một pha

Mục lục

Lời nói đầu

Chơng 1

TổNG QUAN Về ĐộNG CƠ KHÔNG ĐồNG Bộ MộT PHA

1.1 Giới thiệu chung về động cơ không đồng bộ một pha 10

1.2 Cấu tạo và đặc điểm 10

1.3 Nguyên lý làm việc 13

1.4 Mở máy động cơ một pha không đồng bộ 18

Chơng 2 xác định kích thớc chủ yếu và thông số pha chính 2.1 Công suất đẳng trị 25

2.2 Công suất tính toán của động cơ 26

2.3 Tốc độ đồng bộ của động cơ 26

2.4 Đờng kính ngoài stato 26

2.5 Đờng kính trong stato 26

2.6 Bớc cực của stato 27

2.7 Chiều dài tính toán của stato 27

2.8 Chiều dài khe hở không khí 27

2.9 Đờng kính ngoài lõi sắt rôto 27

2.10 Đờng kính trục rôto 27

2.11 Số rãnh stato và rôto 27

2.12 Số rãnh pha chính (pha A) và pha phụ (pha B) 28

2.13 Số rãnh của mỗi pha dới một cực 28

2.14 Dây quấn stato 28

2.15 Hệ số dây quấn stato 29

2.16 Hệ số bão hoà răng 30

2.17 Hệ số cung cực từ 30

2.18 Từ thông khe hở không khí 30

2.19 Số vòng của cuộn dây chính 30

2.20 Số thanh dẫn trong rãnh 31

2.21 Dòng điện định mức 31

2.22 Tiết diện dây quấn chính 31

2.23 Bớc răng stato 32

2.24 Bớc răng rôto 32

Chơng 3 xác định kích thớc răng rãnh stato 3.1 Chọn thép cán nguội mã hiệu 2211 33

3.2 Xác định dạng rãnh stato 33

3.3 Chọn rãnh dạng hình quả lê 33

3.4 Chiều cao miệng rãnh 34

3.5 Chiều rộng miệng rãnh 34

3.6 Kết cấu cách điện rãnh 34

3.7.Chiều rộng răng stato sơ bộ (bZS) 34

3.8.Mật độ từ thông trong gông 34

3.9.Chiều cao gông 34

3.10.Đờng kính phía dới của rãnh stato 35

3.11.Đờng kính phía trên của rãnh stato 35

3.12.Chiều cao rãnh stato 36

3.13.Chiều cao phần thẳng rãnh 36

3.14.Chiều cao rãnh stato không kể chiều cao miệng rãnh 36

3.15.Diện tích rãnh stato 36

3.16 Kiểm tra hệ số lấp đầy 36

3.17.Tính lại chiều rộng răng stato 37

3.18.Kiểm tra mật độ từ cảm trên gông và trên răng stato 37

Chơng 4

xác định kích thớc rĂNG RãNH Rôto

4.1.Chiều cao miệng rãnh 38

4.2.Chiều rộng miệng rãnh 38

4.3.Làm rãnh nghiêng 39

4.4.Dòng điện tác dụng trong thanh dẫn rôto 39

4.5.Mật độ từ thông trong gông và trong răng rôto sơ bộ 40

4.6.Chiều rộng răng rôto sơ bộ 40

4.7.Chiều cao gông rôto 40

4.8.Đờng kính phía trên rãnh rôto 41

4.9.Đờng kính phía dới rãnh rôto 41

4.10.Chiều cao phần thẳng rãnh rôto 41

4.11.Chiều cao rãnh rôto 42

4.12.Chiều cao rãnh rôto không kể chiều cao miệng rãnh 42

4.13.Tiết diện rãnh rôto 42

4.14.Tính lại bề rộng răng rôto 42

4.15.Tính lại mật độ từ thông trong răng và trong gông rôto 42

4.16.Kết quả kích thớc răng rãnh rôto 43

4.17.Tiết diện vành ngắn mạch 43

4.18.Kích thớc vành ngắn mạch 43

4.19.Tính lại tiết diện vành ngắn mạch 43

4.20.Đờng kính vành ngắn mạch 43

4.21.Dòng điện trong vành ngắn mạch 44

Chơng 5 xác định trở kháng dây quấn Stato và rôto 5.1.Chiều dài phần đầu nối của dây quấn stato 45

5.2.Chiều dài trung bình 1/2 vòng dây quấn stato 45

5.3.Tổng chiều dài dây dẫn của dây quấn stato 45

5.4.Điện trở tác dụng của dây quấn stato 46

5.5.Điện trở stato tính theo đơn vị tơng đối 46

5.6.Hệ số từ dẫn của từ tản rãnh 46

5.7.Hệ số từ dẫn của từ tản tạp 47

5.8.Hệ số từ tản phần đầu nối dây cuốn stato 48

5.9.Tổng hệ số từ dẫn stato 48

5.10.Điện kháng tản cuộn dây chính stato 48

5.11.Điện kháng tản dây quấn chính stato tính theo đơn vị tơng đối 49

5.12.Điện trở của phần tử rôto lồng sóc 49

5.13.Điện trở của rôto đã quy đổi sang stato 50

5.14.Điện trở rôto tính theo đơn vị tơng đối 50

5.15.Hệ số từ tản rãnh rôto 50

5.16.Hệ số từ tản tạp rôto 51

5.17.Hệ số từ dẫn phần đầu nối 51

5.18.Tổng hệ số từ tản rôto 51

5.19.Điện kháng rôto quy đổi sang stato 52

5.20.Điện kháng rôto quy đổi tính theo đơn vị tơng đối 52

Chơng 6 TíNH TOáN MạCH Từ và tổn hao sắt 6.1.Tính toán mạch từ 53

6.2.Tính tổn hao sắt 56

chơng 7 tính toán đặc tính làm việc 7.1.Tính hệ số từ kháng của mạch điện 60

7.2.Điện trở tác dụng thứ tự thuận và nghịch của mạch điện pha chính 60

7.3.Điện kháng thứ tự thuận và nghịch của mạch điện pha chính 60

7.4.Tổng trở thứ tự thuận và nghịch mạch điện thay thế 60

7.5.Tổng trở mạch điện thay thế thứ tự thuận và nghịch 61

7.6.Thành phần thứ tự thuận và nghịch trong pha chính của dòng điện stato 61

7.7.Suất điện động thứ tự thuận và nghịch 61

7.8.Tổng suất từ động 62

7.9.Dòng điện pha chính thứ tự thuận và nghịch do tổn hao gây nên 62

7.10.Dòng điện dây quấn chính stato khi xét đến tổn hao 62

7.11.Mật độ dòng điện dây quấn chính 63

7.12.Tốc độ của động cơ 63

7.13.Công suất điện từ 63

7.14.Mômen điện từ 63

7.15.Tổn hao cơ 63

7.16.Tổn hao phụ 63

7.17.Tổng công suất cơ 64

7.18.Công suất cơ tác dụng lên trục 64

7.19.Mômen tác dụng 64

7.20.Tổn hao đồng trên stato và rôto 64

7.21.Tổng tổn hao sắt 64

7.22.Tổng tổn hao 64

7.23.Công suất tiêu thụ 65

7.24.Hiệu suất .65

7.25.Hệ số công suất 65

7.26.Hệ số trợt định mức 68

7.27.Tốc độ định mức 68

7.28 Mômen định mức 68

7.29 Bội số momen cực đại 68

chơng 8 tính toán dây quấn phụ 8.1.Tính chọn sơ bộ tỉ số biến áp 69

8.2.Hệ số dây quấn phụ 69

8.3.Tham số mạch điện thay thế pha chính khi s = 1 70

8.4.Số vòng dây của dây quấn phụ 70

8.5.Số thanh dẫn trong một rãnh 71

8.6.Điện trở tác dụng của mạch điện thay thế pha phụ lúc khởi động 71

8.7.Điện trở tác dụng sơ bộ pha phụ B 71

8.8.Chiều dài dây dẫn của dây quấn phụ 71

8.9.Tiết diện dây dẫn pha phụ sơ bộ 72

8.10.Kiểm tra hệ số lấp đầy pha phụ 72

8.11.Điện trở tác dụng pha phụ sau khi hiệu chỉnh 72

8.12.Điện trở tác dụng của mạch điện thay thế pha phụ lúc khởi động 72

8.13 Điện kháng pha phụ lúc không có phần tử khởi động 72

8.14 Điện kháng phụ khi có phần tử khởi động 73

8.15 Dung kháng của phần tử khởi động 74

8.16.Điện dung của tụ điện lúc khởi động 74

8.17.Dòng khởi động 74

8.18.Bội số dòng điện khởi động .75

8.19.Hệ số cosϕ của cuộn chính lúc khởi động 75

8.20.Dòng điện pha phụ lúc khởi động 75

8.21.Mật độ dòng điện lúc khởi động 75

8.22.Điện áp trên dây quấn phụ lúc mở máy 75

8.23.Điện áp trên tụ 758.24.Mômen khởi động tính toán 768.25.Bội số mômen khởi động tính toán 76

Kết luận

Tài liệu tham khảo

k

Chơng 1

TổNG QUAN Về ĐộNG CƠ KHÔNG ĐồNG Bộ MộT PHA1.1 Giới thiệu chung về động cơ không đồng bộ một pha.

Động cơ điện một pha thờng đợc dùng trong các dụng cụ thiết bị sinhhoạt và công nghiệp, công suất từ vài oát đến vài trăm oát và nối vào lới điệnxoay chiều một pha Do nguyên lý mở máy khác nhau và yêu cầu tính năngkhác nhau mà xuất hiện những kết cấu khác nhau, nhng nói chung vẫn có thểquy về một kết cấu cơ bản giống nhau nh một động cơ điện ba pha, chỉ khác làtrên stato có hai dây quấn: dây quấn chính (hay dây quấn làm việc) và dâyquấn phụ (hay dây quấn mở máy) Rôto thờng là loại lồng sóc

Dây quấn chính đợc nối với lới điện trong suốt quá trình làm việc, còndây quấn phụ thờng chỉ nối vào khi mở máy Trong quá trình mở máy, khi tốc

độ đạt đến 75 ∼ 80% tốc độ đồng bộ thì dùng bộ ngắt điện kiểu ly tâm cắt dâyquấn phụ ra khỏi lới Đó là loại động cơ điện một pha kiểu điện dung

So với động cơ điện không đồng bộ ba pha cùng kích thớc, công suấtcủa động cơ điện một pha chỉ bằng 70% công suất của động cơ điện ba pha,nhng do các động cơ điện một pha có khả năng quá tải thấp nên trên thực tế,trừ các động cơ kiểu điện dung ra, công suất của động cơ điện một pha bằng 40

ữ 50% công suất động cơ điện ba pha

1.2 Cấu tạo và đặc điểm

1.2.1 Câu tạo

a Caỏu taùo phaàn túnh (stato): goàm voỷ maựy, loừi saột vaứ daõy quaỏn.

- Voỷ maựy: thửụứng laứm baống gang ẹoỏi vụựi maựy coự coõng suaỏt lụựn (1000kW), thửụứng duứng theựp taỏm haứn laùi thaứnh voỷ Voỷ maựy coự taực duùng coỏ ủũnhvaứứ khoõng duứng ủeồ daón tửứ

- Lõi sắt: được làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,35 mm đến 0,5

mm ghép lại Lõi sắt là phần dẫn từ Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trườngxoay chiều, nhằm giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, mỗi lá thép kỹthuật điện đều có phủ lớp sơn cách điện Mặt trong của lõi thép có dậprãnh để đặt dây quấn

- Dây quấn: dây quấn được đặt vàøo các rãnh của lõi sắt vàø cách điện tốtvới lõi sắt Dây quấn stato gồm cóhai cuộn dây đặt lệch nhau 90 o điện đốivới động cơ điện xoay chiều một pha Dây quấn stato có ba cuộn dây đặtlệch nhau 1200điện đối với động cơ xoay chiều ba pha

b Cấu tạo phần quay (rôto): gồm có hai bộ phận chính:

- Lõi sắt: gồm các lá thép kỹ thuật điện giống như ở phần stato Lõi sắtđược ép trực tiếp lên trục Bên ngoài lõi sắt có xẻ rãnh để đặt dây quấn

- Dây quấn rôto: Loại rôto dây quấn vàø loại rôto kiểu lồng sóc

+ Loại rôto kiểu dây quấn: dây quấn rôto giống dây quấn ở stato vàøcó số cực bằng số cực stato Các động cơ công suất trung trở lên thườngdùng dây quấn kiểu sóng hai lớp để giảm được những đầu nối dây vàø kếtcấu dây quấn rôto chặt chẽ hơn Các động cơ công suất nhỏ thường dùngdây quấn đồng tâm một lớp Dây quấn ba pha của rôto thường đấu hìnhsao (Y) Ba đầu kia nối vàøo ba vòng trượt bằng đồng đặt cố định ở đầutrục Thông qua chổi than vàø vòng trượt, đưa điện trở phụ vàøo mạch rôtonhằm cải thiện tính năng mở máy vàø điều chỉnh tốc độ

+ Loại rôto kiểu lồng sóc: loại dây quấn này khác với dây quấn stato.Mỗi rãnh của lõi sắt được đặt một thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm vàø

ủửụùc noỏi taột laùi ụỷ hai ủaàu baống hai voứng ngaộn maùch ủoàng hoaởc nhoõm,laứm thaứnh moọt caựi loàng, ngửụứi ta goùi ủoự laứ loàng soực.

Daõy quaỏn roõto kieồu loàng soực khoõng caàn caựch ủieọn vụựi loừi saột

c Khe hụỷ khoõng khớ:

Khe hụỷ trong ủoọng cụ khoõng ủoàng boọ raỏt nhoỷ (0,2mm ữ 1mm) ủeồ haùncheỏ doứng tửứ hoaự laỏy tửứ lửụựi ủieọn vaứo nhử theỏ mụựi coự theồ laứm cho heọ soỏcoõng suaỏt cuỷa maựy cao hụn

1.2.2 Đặc điểm của động cơ không đồng bộ

- Caỏu taùo ủụn giaỷn, gia thaứnh thaỏp

- Khoõng sinh ra nhieóu voõ tuyeỏn

- Maựy laứm vieọc ớt tieỏng oàn

- Sửỷ duùng chaộc chaộn, baỷo trỡ deó daứng

- ẹaỏu trửùc tieỏp vaứứo lửụựi ủieọn xoay chieàu

- Toỏc ủoọ quay cuỷa roõto nhoỷ hụn toỏc ủoọ tửứ trửụứng quay cuỷa stato n < n1.Trong ủoự:

n: toỏc ủoọ quay cuỷa roõto

n1: toỏc ủoọ quay tửứ trửụứng quay cuỷa stato (toỏc ủoọ ủoàng boọ cuỷa ủoọng cụ )ẹoọng cụ khoõng ủoàng boọ ủửụùc chia thaứnh 2 loaùi: ủoọng cụ khoõng ủoàngboọ roõto loàng soực vaứứ ủoọng cụ khoõng ủoàng boọ roõto daõy quaỏn Trong ủoự ủoọng

cụ khoõng ủoàng boọ roõto loàng soực ủửụùc sửỷ duùng phoồ bieỏn nhaỏt vỡ giaự thaứnh reỷvaứứ vaứọn haứnh deồ daứng, caực ủoọng cụ naứy coự ủaởc tớnh cụ cửựng ( khi taỷi thayủoồi tửứ khoõng taỷi ủeỏn ủũnh mửực thỡ toỏc ủoọ quay cuỷa chuựng giaỷm khoaỷng

2ữ5%) ẹoọng cụ khoõng ủoàng boọ roõto loàng soực coự moõmen mụỷ maựy khaự lụựn,tuy nhieõn doứng mụỷ maựy lụựn, heọ soỏ coõng suaỏt thaỏp

Đối với những động cơ công suất nhỏ thường là động cơ không đồngbộ xoay chiều một pha Mạch dẫn từ vàø dây quấn là những phần tử tácdụng của stato, đặc biệt được dùng để sinh ra từ trường quay, thân máy chỉlàm chức năng cố định các bộ phận tác dụng ở những vị trí xác định.

e m

B + 2 −j(ω +1t α1)

e m B

hình thành từ trờng quay elip Từ trờng

quay thuận B1 tác dụng với dòng điện rôto

sẽ tạo ra mômen quay thuận M1 (hình 1.2)

còn từ trờng quay thuận B2 tác dụng với

dòng điện rôto sẽ tạo ra mômen quay

ngợc M2 (hình 1.2) Tổng đại số hai

mômen này cho ta đặc tính M = f(s)

M = M1 + M2 = f(s)

Từ đặc tính trên ta thấy rằng lúc mở máy (n = 0, s = 1), M1 = M2 và ngợcchiều nhau nên M = 0, vì vậy động cơ không thể quay đợc Nếu ta quay độngcơ theo một chiều nào đó, s ≠ 1 tức M ≠ 0, động cơ sẽ tiếp tục quay theo chiều

đó Vì vậy để động cơ một pha làm việc đợc, ta phải có biện pháp mở máy,

khi s =1)

Tửứ trửụứng cuỷa ủoọng cụ ủieọn dung.

Trần Minh Trình Lớp: ĐKT-K27,Khoa: KT&CN13

Hình 1.2: Mômen của

động cơ KĐB một pha

B

A

ẹoọng cụ khoõng ủoàng boọ moọt pha goùi laứ moọt pha vỡ ủửụùc nuoõi baốngnguoàn ủieọn moọt pha nhửng veà caỏu taùo trong phaàn lụựn caực trửụứng hụùp laứủoọng cụ hai pha Moọt cuoọn ủửụùc noỏi trửùc tieỏp vụựi nguoàn ủieọn moọt pha goùilaứ cuoọn laứm vieọc hay cuoọn chớnh cuoọn coứn laùi noỏi vụựi nguoàn moọt pha quaphaàn tửỷ leọch pha trong toaứn boọ thụứi gian laứm vieọc hoaởc chổ trong thụứi gianmụỷ maựy goùi laứ cuoọn phuù hay cuoọn khụỷi ủoọng

Động cơ không đồng bộ một pha về cấu tạo, stato chỉ có dây quấn mộtpha, rôto thờng là lồng sóc trên (hình vẽ 1.3-A), dây quấn stato đợc nối với lới

điện xoay chiều một pha, dòng điện chạy vào dây quấn stato không tạo đợc từtrờng quay, do sự biến thiên của dòng điện, chiều và trị số dòng điện thay đổinhng phơng của từ trờng cố định trong không gian từ trờng này gọi là từ trờng

Hình 1.4 - A Hình 1.4 -BVì không phải là từ trờng quay nên khi có điện trong dây quấn stato mà

động cơ không quay đợc và cần phải có ngoại lực tác dụng lên rôto khi đó

động cơ sẽ quay với hai từ trờng thuận nghịch, ta phân tích từ trờng đập mạch

nửa từ trờng đập mạch n1 = 60f1/p Trong đó từ trờng quay B→I có chiều quaytrùng chiều quay với rôto đợc gọi là từ trờng quay thuận và

II B

Gọi n là tốc độ cuỷa roto

Hệ số trợt ứng với từ trờng quay thuận sẽ là:

S n

n n

1

1 1

Hệ số trợt ứng với từ trờng quay ngợc sẽ là:

1

1 1

1

1 2

)1(

n

n S n

n

n n

N 0

động cơ một pha là tổng các mômen quay của các thành phần thuận nghịch của từ trờng elip

II

I M M

Quan hệ của các mômen này với hệ số trợt biểu thị trên (hình 1.5) Khi

I M

động một ngoại lực theo một chiều nào đó thì từ trờng elip đợc hình thành vàmômen quay theo hớng chọn ban đầu

I

M→ hoặc

II

M→ sẽ trội hơn

Đặc tính M = f(S) đợc biểu diễn trên (hình 1.5) gồm hai thành phần tơng

đơng nhau ứng với các chiều quay thuận và nghịch khi:

S = S1; S = 2 - S1; → M = Mmax

Lúc này nếu có thiết bị mở máy thì rôto sẽ quay, nếu quay cùng chiều từtrờng 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 Sđm

thiết phải có biện pháp mở máy động cơ đồng bộ một pha, ở đây ta xét trờnghợp mở máy động cơ không đồng bộ một pha làm việc bằng điện dung

1.4 Mở máy động cơ không đồng bộ một pha

Muốn động cơ tự mở máy cần phải thêm một dây quấn mở máy Từ ờng của dây quấn này sẽ cùng với từ trờng của dây quấn chính hợp thành một

tr-từ trờng quay tạo nên mômen quay ban đầu Muốn nh vậy, tốt nhất dây quấn

trong dây quấn đó phải lệch pha nhau một góc 900 về thời gian Có thể tạo ragóc lệch pha đó bằng cách nối mạch điện dây quấn phụ với một điện cảm haythờng dùng là điện dung

1.4.1 Động cơ không đồng bộ dùng cuộn dây quấn phụ

Loại động cơ này đợc dùng khá phổ biến nh máy điều hòa, máy giặt,dụng cụ cầm tay, quạt, bơm ly tâm

Các phần chính của động cơ này cho trên (hình 1.6-a), gồm dây quấnchính NC (dây quấn làm việc), dây quấn phụ (dây quấn mở máy NP) Hai cuộndây này đặt lệch nhau một góc 900 trong không gian và rôto lồng sóc

Để có đợc mômen mở máy, ngời ta tạo ra góc lệch pha giữa dòng điệnqua cuộn chính IC và dòng điện qua cuộn dây phụ IP bằng cách mắc thêm một

điện trở nối tiếp với cuộn dây phụ hoặc dùng dây quấn cỡ nhỏ hơn cho cuộnphụ Dòng trong dây quân chính và trong dây quấn phụ sinh ra từ trờng quay

Hình 1.6:

để tạo ra momen mở máy Đồ thị vectơ lúc mở máy đợc trình bày trên (hình1.6-b)

Khi tốc độ đạt đợc 70 ữ 75% tốc độ đồng bộ, cuộn dây phụ đợc cắt ranhờ công tắt ly tâm K và động cơ tiếp tục làm việc với cuộn dây chính Đặctính mômen đợc trình bày trên (hình 1.6 - c)

điện mắc nối tiếp với cuộn phụ chọn giá trị thích hợp thì góc lệch pha giữa IC

lúc làm việc, ta có các loại động cơ tụ điện nh sau:

1 Động cơ dùng tụ điện mở máy (hình 1.7a) Khi mở máy tốc độ độngcơ đạt đến 75 ữ 85% tốc độ đồng bộ, công tắt K mở ra và động cơ sẽ đạt đếntốc độ ổn định

2 Động cơ dùng tụ điện thờng trực (hình 1.7b) Cuộn dây phụ và tụ

điện mở máy đợc mắc luôn khi động cơ làm việc bình thờng Loại này cócông suất thờng nhỏ hơn 500W và có đặc tính cơ tốt

1.4.3 ẹoọng cụ khoõng ủoàng boọ moọt pha vụựi ủieọn trụỷ khụỷi ủoọng

Thụứi gian giửừa caực doứng ủieọn chaùy trong daõy quaỏn ủaùt ủửụùc nhụứ taờngủieọn trụỷ trong cuoọn khụỷi ủoọng B toồng ủieọn trụỷ pha B Trong thửùc teỏ thoõng

Hình 1.7: Động cơ một tụ điện

a) Tụ điện mở máy, b) Tụ điện thờng trực, c) Đồ thị vectơ

thường ở những nơi không có yêu cầu mômen khởi động lớn, người ta sửdụng động cơ không đồng bộ với điện trở khởi động góc lệch pha theo trởphụ Rf với cuộn khởi động hoặc chế tạo cuộn B từ dây dẫn có tiết diệnnhỏ.

Động cơ khởi động như động cơ hai pha không đối xứng khi rôto đạtđến tần số quay nhất định 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 ápnguồn

u

I A

IA Rf

Hình1.8 : Sơ đồ mắc mạch điện và đặt tính cơ của động cơ không đồng bộ

với điện trở khởi động

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

Cuộn làm việc có số vòng dây lớn cho nên có điện kháng XSA lớn (X

w2) điện trở của cuộn làm việc tương đối nhỏ và ngược lại với cuộn khởiđộng có số vòng dây nhỏ điện kháng XSB nhỏ, điện trở rSB rất lớn do đó:

K

0 SK 0,5 1 S

XSA XSB

rSArSB

Động cơ không đồng bộ với điện trở khởi động thường có mômenkhởi động thấp MK = (0,5- 0,7) Mđm, nhưng đôi khi đạt tới Mk = (1,0 -1,5)Mđm Điều đó thực hiện được không chỉ do góc lệch pha theo thời gianmà nhờ sự tăng cường luồng từ thông của cuộn khởi động φB khi giảm số

44,44f.k B

θ ≈

Với KdqB là hệ số dây quấn pha B

Tuy nhiên, việc tăng luồng từ thông φB cần phải tiến hành thận trọngbỡi nó sẽ dẫn đến sự tăng đáng kể dòng điện của cuộn khởi động và dòngđiện tiêu thụ của động cơ khi khởi động

1.4.4 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 định mức động cơ không đồng bộ một pha vòng chập Dòng từ hoáchạy trong cuộn kích thích O tạo ra luồng từ thông đi qua cực từ không bao bọc bởi vòng ngắn 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 SĐĐ cuộn ứng EK chậm sau φV góc 900 theo thời gian Dòng điện IK

chạy trong vòng ngắn mạch do điện cảm của vòng chậm sau EK một góc

ϕK và tạo ra luồng từ thông φK trùng pha với Ik

Ta có φV = φ”+φK

Như vậy φV và φ’ lệch pha nhau gócβ theo thời gian và φ theo không

gian tạo ra từ trường elip vì: φ ≠ φ ; θ + β ≠1800

Mômen khởi động Mkđ =(0,2- 0,5) Mđm

Tốc độ quay: n = nđb

η = 25- 40%

cosϕ = 0,4- 0,6 Mômen cực đại : Mmax = (1,1 - 1,25)Mđm

1.4.5 Động cơ không đồng bộ một pha với tụ khởi động và tụ làm việc.

Nhỵc điểm chung của các loại động cơ với điện trở khởi động và tụkhởi động là chúng có chỉ số năng lượng (η, cosϕ) tương đối thấp bởi vì ởchế độ làm việc chỉ có pha chính được nối với nguồn nên tạo ra từ trườngđập mạch không phải là từ trường quay

Trong tất cả các trường hợp yêu cầu chỉ số năng lượng cao và đặt tínhkhởi động tốt người ta thường sử dụng động cơ với tụ khởi động và tụ làmviệc Trong mạch, cuộn B có hai tụ mắt song song với tụ làm việc CL luônnối với mạch còn cuộn khởi động CK chỉ nối vào mạch trong thời giankhởi động

Hình1.9 : Sơ đồ mắc mạch điện và đặt tính cơ của động cơ không đồng bộ

với tụ khởi động và tụ làm việcTừ thông đập mạch φ một phần luồng từ khi khởi động cũng như khilàm việc động cơ luôn làm việc với hai pha do đó các cuộn dây A và Bchiếm số rãnh như nhau trên stato

NZA = NZB = NZS/ 2 với NZS: số rãnh stato Nhằm mục đích nhận được chỉ số năng lượng cao các thông số củađộng cơ và điện dung của tụ điện làm việc cần tính chọn sao cho đảm bảotừ trường ở chế độ định mức là từ trường tròn

K = WB/ WA = tgϕAđm

Xc = XAđm+ XBđm = XAđm / cosϕAđm

Trong đó : ϕAđm , XAđm , XBđm các thông số của động cơ ở tần số quayđịnh mức

Điện dung của tụ khởi động chọn sao cho tổng điện dung (CK+CL) đảm bảo được giá trị cần thiết của mômen khởi động MK=(2,0 - 2,2)Md ;

Chơng 2

xác định kích thớc chủ yếu

và thông số pha chính

Vieọc choùn taỷi ủửụứng A vaứ Bδ aỷnh hửụỷng raỏt nhieàu ủeỏn kớch thửụực chuỷ

yeỏu D vaứ l ẹửựng veà maởt tieỏt kieọm vaọt lieọu thỡ neõn chọn A vaứ Bδlụựn, nhửngneỏu choùn quaự lụựn thỡ toồn hao ủoàng vaứ saột taờng leõn, laứm maựy quaự noựng, aỷnh

hửụỷng ủeỏn tuoồi thoù cuỷa maựy Do ủoự khi choùn A vaứ Bδ caàn xeựt ủeỏn chaỏtlửụùng vaọt lieọu sửỷ duùng Neỏu duứng vaọt lieọu daón tửứ toỏt (coự toồn hao ớt hay coựủoọ tửứ thaồm cao) thỡ coự theồ choùn Bδ lụựn Duứng daõy ủoàng coự caỏp caựch ủieọn

cao thỡ coự theồ choùn A lụựn Ngoaứi ra tổ soỏ giửừa A vaứ Bδ cuừng aỷnh hửụỷng ủeỏnủaởc tớnh laứm vieọc vaứ khụỷi ủoọng cuỷa ủoọng cụ khoõng ủoàng boọ, vỡ A ủaởc trửngcho maùch ủieọn, Bδ ủaởc trửng cho maùch tửứ

Khi xaực ủũnh kớch thửụực chuỷ yeỏu, ngửụứi ta thửụứng quy ủoồi coõng suaỏtmaựy moọt pha ra maựy ba pha coự cuứng kớch thửụực

Kích thớc chủ yếu ở đây là đờng kính trong D (có khi là đờng kính ngoài

Dn) và chiều dài tính toán l của lõi sắt stato Ngoài ra cần chú ý đến sự liênquan giữa các kích thớc chủ yếu ấy thể hiện ở các hệ số kết cấu nh tỷ lệ giữa

đờng kính trong và đờng kính ngoài kD = D/Dn, tỷ lệ giữa chiều dài lõi sắt với

đờng kính trong lõi sắt λ = l/D hay với đờng kính ngoài lõi sắt k1s = l/Dn

2.1 Công suất đẳng trị

PđmIII = β1Pđm= 2,409.150 = 316.35 (W)trong đó: β1 là hệ số biểu thị tỷ số giữa công suất có ích của máy ba pha vàmáy thiết kế có cùng kích thớc Theo tài liệu [1], trang 19, với động cơ điệnmột pha có tụ khởi động thì: β1 = (2,2 ữ 2,78); Chọn β1 = 2,409

2.2 Công suất tính toán của động cơ 3 pha đẳng trị

PsIII =

III III

=

trong đó: Theo hình (1-1) của tài liệu [1] ta có: ηIII cosϕIII = 0,515

2.3 Tốc độ đồng bộ của động cơ

30001

50.60

.44

db

SIII

P P

k δ λ = 0,5.120.0,9.3000 13,04

1.695,70155

,0

k = = ( 0,485 ữ 0,615 ), chọn kD =0,55.Khi đợc xác định đờng kính ngoài lõi sắt cần chú ý đến chiều cao tâmtrục của máy thiết kế Do đó dựa vào đờng kính ngoài theo tiêu chuẩn ở tàiliệu [1], trang 25 ta có: đờng kính ngoài Dn = 131 (mm), chiều cao tâm trục: H

05,72

2.8 Chiều dài khe hở không khí

thờng chọn nhỏ, nhng khe hở càng nhỏ càng khó chế tạo do đó giá thành chế

tạo cao Khe hở còn có ảnh hởng đến sóng bậc cao, khe hở càng nhỏ thì ảnh ởng đó càng lớn.

mômen ký sinh đồng bộ và không đồng bộ gây ra

• Động cơ khi làm việc, tiếng ồn do lực hớng tâm sinh ra nhỏ nhất

• Tổn hao do phần răng sinh ra nhỏ nhất

Ngoài ra khi đã cho đờng kính ngoài stato, việc chọn số rãnh stato cònphụ thuộc vào chiều rộng răng nhỏ nhất mà công nghệ cho phép Sự phối hợpgiữa số rãnh stato (ZS) và số rãnh rôto (ZR) theo bảng 2-1 và 2-2 của tài liệu[1] Dựa vào các bảng này, chọn: ZS = 24 ; ZR = 19

tổng số rãnh stato, pha phụ chiếm 1/3 Với sự phân bố rãnh nh vậy có thể triệttiêu sóng bậc 3 trong đờng biểu diễn sức từ động của pha chính

2.12 Số rãnh pha chính (pha A) và pha phụ (pha B)

3

24.23

.2

QA = = =

1.1.2

8

2mp

Z B

4 (rãnh)trong đó:

- m = 1: số pha

- p = 1: số đôi cực

2.14 Dây quấn stato:

Ta chọn dây quấn hai lớp bớc ngắn đồng khuôn để giảm sóng bậc 3 của

từ thông, làm ảnh hởng đến đặc tính khởi động của động cơ điện

Hỡnh 2.1: Sơ đồ khai triển của dây quấn động KĐBmột pha mở máy bằng tụ

với ZS = 24; p=1; QA = 8; QB = 4; A là pha chính; B la pha phụ

2.15 Hệ số dây quấn stato

2.sin(

sin

πβπ

π

S A

S A

Z

p Sin Q Z

Q p

)2.3

.2sin(

.24

1.sin.824

8.1

ππ

Vì động cơ khởi động bằng tụ nên dây quấn pha chính chiếm 2/3, còndây quấn pha phụ chiếm 1/3 tổng số rãnh stato Vì là dây quấn 2 lớp bớc ngắnnên bớc dây quấn thờng lấy bằng 2/3 bớc cực.

Hệ số bớc ngắn: β =

3

212

=τ

y

trong đó:

1.2.3

24.2

2.3

.2

- τ = 11,312 (mm): la bớc cực stato, xác định ở 2.6

- Bδ = 0,5 (T): mật độ từ thông khe hở không khí, xác định ở 2.4

- l = 64,845 (mm): chiều dài tính toán stato, xác định ở 2.7

2.19 Số vòng của cuộn dây chính

WSA =

dqA Z

E dm

k f k

k U

δ

φ

4

718,0.10.21,24.50.1,1.4

220.8,0

Quy chuẩn : WSA = 448 (vòng)

trong đó:

- kdqA: hệ số dây quấn stato, đợc xác định ở 2.15

W SA

448

1 = (thanh)

Chọn urA= 56 (thanh)

trong đó: a là số mạch nhánh song song, chọn a = 1

Hiệu chỉnh lại số vòng dây

1

56.8.1

a

u q

dm

U

P

.cosϕ

η =0,405.220 1,684

150

= (A)trong đó:

684,1

=

J a

- Đờng kính chuẩn của dây dẫn không cách điện: d = 0,6 (mm)

- Đờng kính chuẩn kể cả cách điện: dcđ = 0,655 (mm)

C¨n cø vµo tiÕt diÖn d©y, ta chän lo¹i d©y dÉn men cã kÝ hiÖu π∋B-2,

víi

655,0

6,0

05,72

=π π

S S

=

=

=π π

R R

Chơng 3

xác định kích thớc răng rãnh stato 3.1 Chọn thép lá kỹ thuật điện cán nguội mã hiệu 2211 có chiều dày lá

- Rãnh hình quả lê: có khuôn dập đơn giản nhất, từ trở ở đáy rãnh sovới 2 rãnh kia nhỏ, vì vậy giảm đợc suất từ động cần thiết trên răng

- Rãnh hình nửa quả lê: có diện tích lớn hơn dạng rãnh hình quả lê

- Diện tích rãnh hình thang lớn nhất nhng tính công nghệ kém hơn haidạng rãnh trên

Chiều rộng rãnh stato bZS đợc đợc xác định theo kết cấu, tức là xét đến:

độ bền của răng, giá thành của khuôn dập, độ bền của khuôn dập, độ bền của

cho phép, thờng BZS≤ 2 (Tesla)

C ZS

S

k B

t B

97,0.2,1

427,9.5,0

k l B

h

2

104 δ

Φ

=

10.97,0.65.91,0.2

10.002421,

3.10 Đờng kính phía dới của rãnh stato

=

S

S ZS s

s

Z

Z b h

24.4)6.0.205,72(14,3

=+

−

trong đó:

- h4s = 0,6 (mm): chiều cao miệng rãnh stato, đợc xác định ở 3.4

- D = 72,05 (mm): đờng kính trong lõi sắt stato, đợc xác định

s

Z

Z b h D

14,324

24.4)15,21.2131(14,3

=+

−

trong đó:

- hgs = 21,15 (mm): chiều cao gông stato, đợc xác định ở 3.9

- Dn = 131 (mm): đờng kính ngoài lõi sắt stato, đợc xác định

h D D

2

15,21.205,72131

3.15 DiÖn tÝch r·nh stato

8

)(

2 1 12

2 2

2 1

s s s s

d

++

+π

8

)7,69,4.(

14,

++

3.16 KiÓm tra hÖ sè lÊp ®Çy

)(

2

cd rs

cd rA

d u

)66,41,38(

655,0

24.9,4)9,46,0.205,72(14,3

.)2

'

mm Zs

Zs d d

h D

zs

=

−+

+

=

−+

+

= π

)(9,314

,324

24.7,6)15,21.2131(14,3

14,3

.)2

''

mm Zs

Zs d h

Dn

zs

=+

'' '

mm b

21,24

2 =

97,0.4

427,9.5,0

S zs

k b

t B

điện Số rãnh Rôto ít (chọn ZR = 19 < ZR =24) có lợi cho việc đúc nhôm bằng

áp lực vào Rôto, đồng thời có thể đảm bảo thanh dẫn của lồng sóc rôto có tiếtdiện đủ lớn Chọn rãnh hình quả lê (hình 4.1) để đảm bảo độ bền khuôn dập

và tiện cho việc đúc nhôm

Hình 4.1: rãnh rôto hình quả lê 4.1 Chiều cao miệng rãnh

ở động cơ công suất nhỏ, để đảm bảo độ bền của khuôn dập, chiều caomiệng rãnh nhỏ nhất lấy từ (0,3ữ0,4) mm, chọn h4R = 0,3 (mm)