Thiết kế động cơ không đồng bộ một pha

1 Thiết kế động cơ không đồng bộ một pha MỞ ĐẦU Động cơ công suất nhỏ ngày nay được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như trong công,nông nghiệp,trong tự động hoávà máy tính,trong hàng không,trong sinh hoạt gia đình .Động cơ công suất nhỏ rất đa dạng và phong phú về chủng loại và chức năng Tất cả động cơ không đồng bộ một pha công suất nhỏ đều có nhược điểm là luôn có chốt li tâm hoặc rơ le chuyên dụng để ngắt phần tử khởi động. Điều đó dẫn tới làm tăng giá thành động cơ và làm giảm độ tin cậy của chúng.Trong trường hợp khi độ tin cậy của động cơ đóng vai trò quan trọng nhất còn yêu cầu mô men khởi động không quá cao, người ta thường dùng động cơ một pha với tụ làm việc mắc cố định. Nghĩa là cả hai dây quấn luôn được nố i với nguồn một pha .Cuộn chính nối trực tiếp với nguồn(Cuộn A), cuộn phụ(Cuộn B) nối với nguồn qua tụ C. Các cuộn dây A và B chiếm số rãnh như nhau trên stato. Như vậy động cơ điện dung đóng một vị trí rất lớn,bởi vì nó có ưu điểm là dùng nguồn cấp một pha, hệ số cosϕ cao, độ tin cậy cao…. Do những ứng dụng rộ ng rãi trên nên đặt ra vấn đề là phải cải tiến công nghệ nhằm tạo ra những sản phẩm có chất lượng cao hơn, giá thành rẻ hơn và thích hợp với người tiêu dùng. Cùng với sự phát triển của nền kinh tế và nhu cầu về máy điện, trong đó động cơ điện dung được sử dụng ngày càng nhiều với số lương ngày càng lớn. Đặt ra yêu cầu là phải tìm ra phương án thiết k ế tốt nhất. Nhờ có máy tính mà ta có thể tính toán được nhiều phương án và chọn ra phương án tốt nhất. Trong quyển đồ án này, nhiệm vụ của em là: 2 *Tính toán, lập trình thiết kế động cơ, chọn kích thước răng rãnh stato và roto sao cho tổng suất từ động rơi trên stato và roto là bé nhất. Mục đích là làm giảm được dòng từ hoá, làm tăng hiệu suất của máy điện và hệ số cosϕ. Em sử dụng phương pháp duyệt toàn bộ trên lưới đều trong quá trình thiết kế. *Nghiên cứu ảnh hưởng của mômen phụ đối với động cơ không đồng bộ : Phân loại, nguyên nhân và cách khắc phục. *Một số chú ý khi sử dụng động cơ điện dung. 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 chưa được tối ưu. Em rất mong được sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo để em được hiểu sâu hơn về máy điện nói chung và động cơ điện dung nói riêng. Sau một thời gian nghiên cứu, học tập và được sự giúp đỡ tận tình của các thầy, cô giáo.Đặc biệt là cô giáo- TIẾN SỸ NGUYỄN HỒNG THANH trong bộ môn Thiết Bị Điện-Điện tử, Khoa Điện, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã nhiệt tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành tốt nhiệm vụ thiết kế của mình. Hà Nội ngày tháng năm Sinh viên thiết kế 3 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU PHẦN I THUẬT TOÁN THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG Chương I Xác định kích thước chủ và thông số pha chính Chương II Xác định kích thước răng rãnh stato Chương III Xác định kích thước răng rãnh roto Chương IV Tính toán trở kháng stato , roto Chương V Tính toán mạch từ Chương VI Tính toán chế độ định mức Chương VII Tính toán dây quấn phụ Chương VIII Tính toán tổn hao sắt và dòng điện phụ Chương IX Tính toán chế độ khởi động PHẦN II CHƯƠNG TRÌNH THIẾT KẾ B ẰNG NGÔN NGỮ C VÀ C ++ PHẦN III CHUYÊN ĐỀ MÔMEN PHỤ PHẦN IV TÀI LIỆU THAM KHẢO PHẦN V PHỤ LỤC PHẦN I THUẬT TOÁN THIẾT KẾ 4 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG CHƯƠNG 1 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU VÀ THÔNG SỐ PHA CHÍNH Yêu cầu của bài toán là thiết kế động cơ kiểu kín, cách điện cấp B. Kích thước chủ yếu ở đây là đường kính trong D (đường kính ngoài Dn) và chiều dài tính toán l của lõi sắt Stato. A C B I B I A U l 5 Khi xác định kích thước chủ yếu, người ta thường quy đổi công suất máy một pha ra máy ba pha có cùng kích thước. Lúc đó công suất máy ba pha quy đổi là: 1.Công suất đẳng trị P đmIII = β 1 P đm =1,5.180 =270 W Trong đó: Đối với động cơ điện dung: β 1 =(1,25 ÷ 1,7); Chọn β 1 =1,5 2.Công suất tính toán của động cơ 3 pha đẳng trị P sIII = IIIIII dmIII P ϕη cos 184,459 588,0 270 == W Tra bảng (1-1) trang 20 theo tài liệu [1] ta có: η III .cosϕ III = 0,588 3.Tốc độ đồng bộ của động cơ 3000 1 50.60.60 === p f n db vg/p 4.Đường kính ngoài Stato được xác định theo công thức D n = 3 . 44 db SIII D nAB PP k λ δ = 484,11 3000.9,0.115.5,0 1.184,459 55,0 44 3 = cm Trong đó: Từ thông khe hở không khí B δ = (0.3 ÷ 1)T: mật độ từ thông khe hở không khí ; chọn B δ =0,5T Tải đường A=(90 ÷ 180) ; chọn A=115 A/cm Hệ số D l = λ = ( 0,22 ÷1,57 ): tỷ lệ giữa chiều dài lõi sắt Stato với đường kính trong ; chọn 9,0= λ . Hệ số == D D n D k ( 0,485 ÷ 0,615 ) : hệ số giữa đường kính trong và đường kính ngoài, chọn 55,0= k D Dựa vào bảng 26 theo tài liệu [1] 6 Ta quy chuẩn: D n = 116 mm Chiều cao tâm trục: H =71 mm 5.Đường kính trong Stato D =k D . D n =0,55.116 =63,8 mm 6.Bước cực của Stato τ = p D 2 . π = 1.2 8,63. π =100,17 mm 7.Chiều dài tính toán của Stato l = λ xD =0,9 . 63,8 = 57,42 mm 8.Chiều dài khe hở không khí Chọn khe hở không khí : Khe hở không khí càng lớn thì tổn hao không tải và hệ số cosϕ nhỏ nhưng nếu như chọn khe hở không khí nhỏ quá thì vấn đề công nghệ không đáp ứng được và làm tăng sóng bậc cao lên. δ =0,2+D/200 mm; Ta chọn δ =0,3 mm 9.Đường kính ngoài lõi sắt Roto D’ =D –2. δ =63,8 –2.0,3 =63,2 mm 10.Đường kính trục Roto d t =0,3 .D = 0,3. 63,8 =19,14 mm Việc chọn số rãnh Stato Z S của động cơ điện dung và số rãnh Roto Z R có quan hệ mật thiết với nhau, khi chọn ta phải xét đến các quan hệ sau: - Trên đặc tính momem M= f(n) không có chỗ lồi, lõm nhiều do những momem ký sinh đồng bộ và không đồng bộ sinh ra. - Động cơ khi làm việc, tiếng ồn do lực hướng tâm sinh ra nhỏ nhất. - Tổn hao do phần răng sinh ra nhỏ nhất. 11.Ta quyết định chọn: Z S = 24 ; Z R = 19 7 12.Chọn dây quấn: Ta chọn dây quấn một lớp bước đủ đồng khuôn phân tán hai mặt phẳng. 13.Động cơ điện dung người ta thường chọn số rãnh pha chính (pha A) bằng số rãnh pha phụ (pha B) Z A =Z B = 12 2 24 2 == S Z rãnh 14.Số rãnh dưới một đôi cực của mỗi pha q A =q B = == 1.2.2 24 2mp Z S 6 15.Hệ số dây cuốn Stato K dqA = q Sinq .4 . . 707,0 υπ 6.4 1. sin.6 707,0 π = = 0,903 Chọn ν =1: Bậc của sóng sức từ động 16.Hệ số bão hoà răng k Z = ( 1,1 ÷1,5) ; Chọn k Z =1,1 17.Hệ số cung cực từ α δ =0,66 ÷ 0,73 ; Chọn α δ =0,66 S¬ ®å khai triÓn d©y quÊn ®éng c¬ K§B 1 pha ®iÖn dung Víi Zs = 24; p = 1; qA = qB =6;AX pha chÝnh; BY pha phô 2123221817 19 15 14 16 2010 121169873 5 4132124 A X B Y 8 Hệ số này phụ thuộc vào độ bão hoà răng Stato và Roto 18.Từ thông khe hở không khí φ δ = α δ .τ.l .B δ .10 -4 = 0,66.10,017.5,742.0.5. 10 -4 =18,981. 10 -4 wb 19.Số vòng của cuộn dây chính W SA = dqA E kfk kUdm δδ φ .4 . = 903,0.10.981,19.50.1,1.4 220.82,0 4− = 479,42 vòng Quy chuẩn : W SA = 480 vòng Trong đó: Hệ số K E = dm U E = (0,7÷0,9) ; Chọn K E = 0,82 20. Số thanh dẫn trong rãnh u rA =a. qp W SA . =1. 6.1 480 =80 thanh Chọn a=1: số mạch nhánh song song 21. Dòng điện định mức I đmA = Udm Pdm IIII .2cos ϕη = 220.2.407,0 180 =1,422 A Từ đường biến thiên hình (1-3) trang 21 theo tài liệu [1] với P= 180 W thì η II .cosϕ II = 0,407 22.Tiết diện dây cuốn chính sơ bộ S SA = 6.1 422,1 . = Ja I dm =0,237 mm 2 Trong đó mật độ dòng điện J= (6÷7) A/ mm 2 ; Chọn J = 6 A/ mm 2 Từ phụ lục 2 trang 269 theo tài liệu [1] Quy chuẩn S SA =0,246 mm 2 Suy ra: - Đường kính chuẩn của dây dẫn không cách điện: d=0,56mm 9 - Đường kính chuẩn kể cả cách điện: d cđ =0,615 mm Căn cứ vào tiết diện dây, ta chọn loại dây có kí hiệu π∋ B-2 23.Bước răng Stato t s = == 24 8,63. ππ S Z D 8,347 mm 24.Bước răng Roto t R = == 19 2,63. ' ππ R Z D 10,445 mm CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC RĂNG RÃNH STATO 1.Ta chọn thép cán nguội mã hiệu 2312 có oxy hoá bề mặt và chiều dà y lá thép 0,5 mm, do đó có hệ số ép chặt K C =0,97 2.Xác định dạng rãnh Stato 10 Stato của động cơ điện dung có thể dùng các dạng rãnh sau:  Hình quả lê  Hình nửa quả lê  Hình thang - Rãnh hình quả lê: có khuôn dập đơn giản nhất, từ trở ở đáy rãnh so với 2 rãnh kia nhỏ, vì vậy giảm được 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 nhấ t nhưng tính công nghệ kém hơn hai dạng rãnh trên 3.Ta chọn dạng rãnh hình quả lê 4.Chiều cao miệng rãnh h 4s = (0,5 ÷0,8) mm ; Chọn h 4s = 0,5 mm 5.Chiều rộng miệng rãnh b 4S = d cđ + (1,1÷ 1,5) = 0,615 +(1,1+1,5); Chọn b 4S = 2 mm 6.Kết cấu cách điện rãnh: Dùng giấy cách điện có bề dày 0,2mm , chiều cao 2mm 7.Chiều rộng Stato b ZS được xác định theo kết cấu , tức là xét đến : - Độ bền của răng d2S b4S d1S h4S hrs h12s [...]... từ bao gồm tính dòng điện từ hoá Iμ , thành phần phản kháng của dòng điện không tải và điện kháng tương ứng với khe hở không khí XmA 2.Sức từ động ở khe hở không khí Fδ = 1,6 kδ δ Bδ 104 =1,6.1,2482.0,03.0,5.104 =299,568 A 3.Tổng sức từ động Stato FS =FZS +FgS =28,18 A 4.Tổng sức từ động Roto FR =FZR+FgR =25,53 A 5.Tổng sức từ động của mạch từ Fm=Fδ +FR +FS=299,568 +28,18 +25,53 = 353,278 A 6.Dòng... lập không lớn (n = 1) và miền giới hạn G không rộng nên để đơn giản và dễ lập trình chọn phương pháp duyệt toàn bộ trên lưới đều Trên miền giới hạn G phủ lưới với bước xác định ΔhrR = hrR max − hrR min K mm Tại các mắt lưới trong không gian hai chiều xác định véc tơ Y: Y = ( d1R, d2R, hrR, hzR, SrR, BzR, BgR, ) xác định các giá trị của hàm rằng buộc và hàm mục tiêu Nếu một trong các rằng buộc không. .. số biến độc lập không lớn (n = 1) và miền giới hạn G không rộng nên ta chọn phương pháp duyệt toàn bộ trên lưới đều Trên miền giới hạn G phủ lưới với bước xác định Δhrs = hrs max − hrs min mm M Tại các mắt lưới trong không gian hai chiều xác định véc tơ X: 12 X = ( d1s, d2s, hrs, hzs, Srs, Bzs, Bgs, ) xác định các giá trị của hàm rằng buộc và hàm mục tiêu Nếu một trong các rằng buộc không thoả mãn ta... Tham số của pha phụ đối với động cơ điện dung nó quyết định tính năng làm việc và đặc tính khởi động Vậy nội dung của phần này là tính toán, xác định các tham số của pha phụ và tính chọn phần tử phụ (điện dung tụ điện) 1.Tỉ số biến áp k= tgϕA = x A1 156,668 = =0,7354 rA1 213,0.9 2.Dung kháng trong dây quấn phụ xc =k2 xA1 + k rA1 =0,73542.156,668+0,7354.213,029 = 241,403 Ω 3.Điện dung cần thiết của tụ... 2.0,000312.6,639=204,76 W 19.Tổn hao cơ PCơ =0,05 Pđm=0,05.180=9 W 20.Tổn hao phụ 34 Pf =0,005 Pdm η =0,005 180 =1,636 W 0,74 21.Tổng công suất cơ trên trục P’R= Pđt(1- S) =204,76 (1- 0,045)=195,546 W 22.Tổng công suất cơ tác dụng trên trục PR =P’R -PCơ - Pf =204,76- 9-1,636=184,91 W 23.Mômem tác dụng M= PR 10 5 184,91.105 = =6278,3 G.cm 1,028.n 1,028.2865 24.Tổn hao đồng Stato PDs= I2SA.rsA+I2SB.rsB... ,rãnh Roto sao cho để sức từ động rơi trên Roto là nhỏ nhất 11.Đây thực chất là bài toán tối ưu hoá tìm chiều cao rãnh stato (Trên đồ thị là điểm h*rR ) sao cho sức từ động rơi trên stato là nhỏ nhất FR F FgR FZR 0 h*rR hrR §å thÞ FR = f(hrR) *)Hàm mục tiêu: FR = FzR + FgR → min Trong đó: FR là tổng sức từ động rơi trên Roto FzR là sức từ động rơi trên răng Roto FgR là sức từ động rơi trên gông Roto 16... mm : Bề rộng khe hở không khí 22 kδ=kδS kδR =1,1586.1,0774 =1,2482 : Hệ số khe hở không khí Ta có: 2 0,3 δ = =1,1586 kδS = 2 8,347 − 2 t S − b4 S b4 z ( ) 5+ ) 5+ +( 0,3 8,347 δ tS 5+ b4 S 5+ 1,5 0,3 δ = =1,0774 kδR = b4 S t R − b4 R 1,5 10,445 − 1,5 ) ( 5+ 5+ ( ) 0,3 10,445 δ tR b4 R 5+ 5+ 8.Hệ số từ tản phần đầu nối dây cuốn Stato Dùng dây quấn đồng khuôn phân tán hai mặt phẳng một lớp bước đủ λđS... = f(hrs) 8.Đây thực chất là bài toán tối ưu hoá tìm chiều cao rãnh stato (Trên đồ thị là điểm h*rs) sao cho sức từ động rơi trên stato là nhỏ nhất *)Hàm mục tiêu: Fs = Fzs + Fgs → min Trong đó: Fs là tổng sức từ động rơi trên stato Fzs là sức từ động rơi trên răng stato Fgs là sức từ động rơi trên gông stato *)Các rằng buộc: - Hệ số lấp đầy: 0,7[ Kld [ 0,75 - Mật độ từ thông trong răng Bzs và gông... 3,2 2 ) + 0,5.5,1(4,9 + 3,2) = 34,27 mm 8 18.Sức từ động ở răng Roto FZR =2 HZR hZR= 2.5,08.0,92 = 9,34 A Dựa vào bảng quan hệ H=f(B) ở phụ lục I trang 268 theo tài liệu[1] 19.Sức từ động ở gông Roto F = gR H π (dt + hgR ) gR 2 p = 3,25 3,14(1,914 + 1,26) =16,19 A 2.1 20.Tổng sức từ động Roto min FR =FZR+FgR = 9,34+16,19 = 25,53 A 21 Với K= 80 ta có kết quả kích thước răng rãnh roto như sau: d1R = 4,9... dẫn trong một rãnh của dây quấn phụ UrB =k UrA= 0,744 80= 59,2 thanh; Chọn UrB =60 thanh 29 7.Vòng dây của dây quấn phụ WSB = UrB p q=60 1 6=360 vòng 8.Tỉ số giữa số vòng dây hai cuộn t= W SB 360 = = 0,75 W SA 480 9.Sơ bộ tính ra tiết diện dây dẫn pha phụ SB = S SA 0,246 = =0,328 mm2 t 0,75 Dựa vào phụ lục 2 trang 269 tài liệu[1], ta chọn dây men ký hiệu π3T-155 SB = 0,312 mm2 - Đường kính không kể . 1 Thiết kế động cơ không đồng bộ một pha MỞ ĐẦU Động cơ công suất nhỏ ngày nay được sử dụng rất rộng rãi. phương pháp duyệt toàn bộ trên lưới đều trong quá trình thiết kế. *Nghiên cứu ảnh hưởng của mômen phụ đối với động cơ không đồng bộ : Phân loại, nguyên