Tài liệu Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế động cơ điện không đồng bộ một pha điện dung dùng cho quạt ppt

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ điện không đồng bộ một pha điện dung dùng cho quạt Đ ồ án tốt nghiệp 1 đồ án này là thiết kế động cơ không đồng bộ một pha điện dung dùng cho quạt PHẦN I TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VÀ PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ ĐIỆN CÔNG SUẤT NHỎ Máy điện công suất nhỏ là được dùng rất rộng rãi trong gần nửa thế kỷ nay.Giới hạn công suất của nó thường 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 điề u 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 được 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 điệ n một pha của lưới điện sinh hoạt nên được dùng ngày càng rất rộng rãI ở mọi nơi. Ví dụ như nó có thể được dùng để kéo các máy tiện nhỏ, máy ly tâm, máy nén, bơm nước, 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 nhữ ng ưu điểm sau: + Kết cấu đơn giản, giá thành hạ + Không sinh ra can nhiếu vô tuyến + ít tiến ồn Đ ồ án tốt nghiệp 2 + Sử dụng đơn giản và chắc chắn Song nhược điểm của động cơ Roto lồng sóc là có đặc tính điều chỉnh tốc độ thấp. Tất cả động cơ không đồng bộ một pha công suất nhỏ đều có nhược điểm là luôn có chốt li tâm hoặc rơle chuyên dụng để ngắt phần tử khởi động sau khi động cơ khởi động .Điều đó dẫn đến tăng giá thành của động cơ và giảm độ tin cậy của chúng.Trong trường hợp khi độ tin cậy của động cơ Ba pha Động cơ KĐB bộ động lựcCSN Giảm tốc Một pha Với giảm tốc điện từ Với Roto lăn Với roto đặc Với roto lồng sóc Vạn năng Ba pha Một pha Bình thường PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ KĐB CÔNG SUẤT NHỎ Đ ồ án tốt nghiệp 3 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. Động cơ không đồng bộ điện dung có hai pha trên stato thường được cấp điện qua điện dung để tạo ra điện áp hai pha cho quá trình mở máy. Kết thúc quá trình mở máy phần tử điện dung vẫn tham gia vào quá trình làm việc. Trong những trường hợp đặc bi ệt, yêu cầu lúc mở máy và lúc tải định mức từ trường quay gần tròn nhất để đảm bảo các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật người ta dùng hai điện dung(một để mở máy và một để làm việc). Động cơ điện dung được cấp điện từ lưới một pha với hai cuộn dây trên stato gồm cuộn chính(Cuộn A) nối trực tiếp với nguồn và cuộ n phụ(Cuộn B) nối với nguồn qua tụ điện.Chúng được đặt lệch nhau 90 0 . Động cơ với tụ làm việc có đặc tính làm việc tương đối tốt : η = 0,5 – 0,9; Cosϕ = 0,8 –0.95; M max = (1,6 – 2,2)M đm ; song nhược điểm của loại động cơ này là momen khởi động nhỏ M K = (0,3-0,6)M đm . Dưới đây sẽ tiến hành khảo sát về các phương pháp diễn tả toán học của mỗi loại và phân biệt cách xác định kích thước cơ bản để cải tiến cho phù hợp với công tác nghiên cứu. U I B K§ LV I A I C SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN ĐỘNG CƠ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG: Đ ồ án tốt nghiệp 4 1.2. MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ĐIỆN DUNG Ở CHẾ ĐỘ XÁC LẬP DÙNG CHO BÀI TOÁN THIẾT KẾ. Trong quá trình thiết kế máy điện nói chung, mô hình toán diễn tả chế độ xác lập được dùng để xác định các đặc tính làm việc. Mô hình toán học phản ánh bản chất của máy điện được thiết kế qua các đặc tính tĩnh. Nếu như các đặc tính nhận được từ mô hình chưa đảm bảo tiêu chuẩn thì phải tính toán lại từ đầu. Mô hình toán học của máy điện xoay chiều ở chế độ xác lậ p được trình bày bởi hệ thống các phương trình cân bằng điện áp ở dạng phức số và biểu thức mômen điện từ ở dạng trị số hiệu dụng. Động cơ đang nghiên cứu thuộc loại động cơ không đồng bộ một pha điện dung thông dụng. Trên stato có hai cuộn dây đặt lệch nhau một góc 90 0 điện trong không gian. Góc lệch pha về thời gian được tạo nên nhờ điện dung C nối vào một trong hai cuộn. Động cơ được cung cấp điện từ lưới một pha. Roto có cấu tạo kiểu lồng sóc. Hai cuộn dây trên stato là hai pha A và B có tiết diện dây và số vòng dây không đối xứng. Cả hai cuộn dây đều tham gia làm việc trong suốt quá trình quá độ và quá trình xác lập. Có hai phương pháp diễn tả toán học động cơ không đồng bộ điện dung một pha là: phương pháp phân lượng đối xứng và phương pháp trực tiếp tự nhiên. 1.2.1. phương pháp phân lượng đối xứng Nguyên lý xây dựng mô hình này xuất phát từ dòng điện một pha tạo ra từ trường đập mạch có thể phân tích thành hai từ trường quay thuận và ngược. Trong động cơ điện dung, trên stato có hai cuộn dây tương ứng với bốn động cơ đối xứng, trong đó có một động c ơ quay thuận và một động cơ quay ngược. Gọi U A , U B là điện áp đóng vào hai cuộn dây stato thì phân lượng thuận và ngược của σđiện áp được xác định: U A(1,2) = 2 1 (U A m j U B ) U B(1,2) = 2 1 (U A j U A ) Gọi tổng trở các cuộn dây stato là: Z σA , Z σB ± Đ ồ án tốt nghiệp 5 - Tổng trở từ hoá Z σA , Z σB ; - Điện trở và điện kháng của roto tương ứng với các pha A và B là r rA , r rB, X σ2A , X σ2B ; - Tỷ số giữa tốc độ quay của roto ω và tốc độ quay của từ trường ω 1 là γ : 1 ω ω γ = Khi đó bốn hệ thống phương trình cân bằng điện áp được thể hiện trên các mạch điện thay thế ở hình sau: Trong phương trình của mạch điện thay thế các dòng điện thực tế có dạng : 21 . AA III A += 2 . 1 BB III B += Để xác định được I A(1,2) và I B(1,2) đối với động cơ điện dung thì các phương trình điện áp của nó có dạng: U A(1,2) = )()1( 2 1 . 2 . 1 A AcA IIjXjU −mm U B(1, I rA(1,2 I A(1,2) I oA(1, Z oA(1,2) U A(1,2 Z σ A A rA jX r 2 1 σ γ + ± I rB(1,2 I B(1,2) I oB(1,2 Z oB(1,2) Z σ B B rB jX r 2 1 σ γ + ± Hình vẽ: Mạch điện thay thế ứng với các thành phần thuận và ngược của các pha A và B Đ ồ án tốt nghiệp 6 U B(1,2) = )()1( 2 1 . 2 . 1 B BcA IIjXjU +±± Mô men điện từ được tính toán như sau: M dt = c ω 1 [r rA I 2 rA1 + r rB I 2 rB1 ] - c ω 1 [ r rA I 2 rA2 + r rB I 2 rB2 ] Tính toán các đặc tính làm việc của động cơ điện dung theo phương pháp này khá cồng kềnh, số lượng phép tính lớn. Vì thế trong thời gian gần đây người ta đưa ra phương pháp xây dựng mô hình trực tiếp, không sử dụng phương pháp phân lượng đối xứng. 1.2.2. Phương pháp trực tiếp Phương pháp trực tiếp là phương pháp không sử dụng nguyên lý xếp chồng từ trường quay thuận và ngược trong khe hở không khí. Phương pháp này cho phép thu g ọn số lượng các phương trình và biểu thức tính toán trong thiết kế động cơ điện dung. Từ hệ thống bốn phương trình vi phân của máy điện tổng quát được viết trong hệ toạ độ quay α, β sau khi chuyển về phức số ở trạng thái xác lập có dạng: U α = Z A σ . I α +Z 0A ( . I α + . I rα ) 0 = Z 0A ( . I α + . I rα ) + ( γ +1 2 r + jx σ2 ) . I rα + 2 2 1 γ γ − r ( . I rα -j . I r β ) jU α =Z σB j . I β +Z 0B (j . I β +j . I r β ) -jX c j . I β 0 = Z oB (j . I β +j . I r β )+( γ +1 2 r + jx σ2 ) j . I r β + 2 2 1 γ γ − r ( j . I r β - . I rα ) Từ hệ thống bốn phương trình này vẽ được mạch điện thay thế trên hình 2-2: Z oA jI β r -I r α I r α jI r β Z oB jI β U α I α jU α 2 2 1 γ r Z A σ γ +1 2 r γ +1 2 r jX 2 σ Z B σ JX C jX 2 σ Đ ồ án tốt nghiệp 7 Hệ thống 4 phương trình trên đây chứa 4 ẩn số dòng điện là . I A, , . I B , . I rα , . I rβ . Giải hệ thống bốn phương trình này sẽ tìm được dòng điện trong các cuộn dây. Khi đó mô men điên từ được tính theo biểu thức sau: M dt = 0 2 ω r [γ(I 2 r α +I 2 r β ) + 2I r α I r β sin ϕ r ] trong đó ϕ r là góc lệch pha thời gian giữa I r α ,I r β . Mặc dù phương pháp này có nhiều hơn phương pháp phân lượng đối xứng song không thấy rõ ảnh hưởng trực tiếp đến mô men điện từ. Đ ồ án tốt nghiệp 8 PHẦN II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA ĐIỆN DUNG DÙNG CHO QUẠT CHƯƠNG 1 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU VÀ THÔNG SỐ PHA CHÍNH - Các yêu cầu đặt ra cho động cơ không đồng bộ công suất nhỏ thường mâu thuẫn với nhau, vì vậy việc xác định kích thước chủ uếu trở nên phức tạp. Kích thước chủ yếu ở đây là đường kính trong D, đường kính ngoài D n và chiều dài tính toán l của lõi sắt stato. 1. Tốc độ đồng bộ của động cơ n đb= 1500 2 50.60.60 == p f vòng/phút trong đó : p :Số đôi cực p= 2 f: Tần số nguồn 2. Đường kính ngoài stato Trong thực tế hiẹn nay đối với loại quạt công suất này người ta thường chế tạo với dường kính : Dn=7,9 cm. 3. Đường kính trong stato D = k D .D n = 0,6.168 = 100,8 (mm) Trong đó : k D :Hệ số kết cấu k D = (0,485 – 0,615) với 2p = 4. Trong trường hợp bài toán này ta chọn k D = 0,58. Đ ồ án tốt nghiệp 9 4. Bước cực stato áp dụng công thức: τ )(11,36 2.2 46. .2 . mm p D === ππ ≈ 36 (mm) 5. Chiều dài tính toán của stato l = λ.D = 0,391.46 = 18 (mm) Trong đó: λ:Hệ số kết cấu, là tỷ lệ chiều dài lõi sắt stato với đường kính trong λ = (0,22 – 1,57) :Theo tài liệu I Trong tính toán trên ta chọn λ = 0, 391; 6. Chiều dài khe hở không khí Để giảm nhỏ dòng điện không tải và nâng cao cosϕ ,khe hở không khí thường chọn nhỏ, nhưng khe hở không khí càng nhỏ thì vấn đề công nghệ không đáp ứng được và làm tăng sóng bậc cao lên. Khe hở không khí trong máy điện công suất nhỏ thường chọn trong khoảng sau: δ =0,2-0,3 (mm). Ta dùng kết cấu ổ đỡ là bạc đỡ,do có khả năng bị lệch tâm nên lấy lớn một ít ta chọn δ = 0,3 mm. 7. Đường kính ngoài lõi sắt rôto D’ = D – 2.δ = 1046– 2.0,3 = 45,4 (mm) 8. Đường kính trục rôto d t = 0,3.D = 0,3.46 = 13,8 (mm) Chọn d t =14 (mm). [...].. .Đồ án tốt nghiệp Việc chọn số rãnh stato Zs của động cơ điện dung và số rãnh rôto Zr có quan hệ mật thiết với nhau, khi chọn ta phải xét đến các mối quan hệ sau: + Trên đặc tính mômen M = f(n) không có chỗ lõm nhiều do những mômen 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 +... 0,974 ⎠ ⎠ 19 Điện kháng rôto quy đổi sang stato X rA = X sA ∑ λ ' = 195,66 3,303 = 153,87(Ω) 4,2 ∑λ r s 26 Đồ án tốt nghiệp 20 Điện kháng rôto tính theo đơn vị tương đối X r* = X r I dm 0,186 = 153,87 = 0,13 220 U dm 27 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN MẠCH TỪ Hệ số ép chặt có phủ sơn cách điện của thép cán nguội 2211 chọn trong bảng 5-1 trang 89 tài liệu I Hệ số ép chặt : KC =0,95 Điện trở suất:... của động cơ điện dung 1 Tham số ban đầu của mạch điện thay thế pha chính rrA = 262,51 Ω XRA =153,87 Ω rsA = 401,8 Ω XSA = 195,66 Ω XmA = 1412,84 Ω 30 Đồ 2 án tốt nghiệp Tính hệ số từ kháng của mạch điện α= β= 3 rrA 262,51 = = 0.168 X mA + X rA 1412,84 + 153,87 X mA 1412,84 = = 0,902 X mA + X rA 1412,84 + 153,87 Chọn hệ số trượt định mức Động cơ thiết kế là động cơ điện dung dùng làm quạt gió nên có... kháng ứng với từ trường khe hở không khí tương đối * X mA = X mA I dm 0,186 = 1412,84 = 1,19 220 U dm 29 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ ĐỊNH MỨC Từ trường đập mạch của pha chính được phân tích thành tổng hai từ trường quay thuận và quay ngược, ứng với mỗi từ trường quay ta có một sơ đồ thay thế 1-Với dòng thứ tự thuận 2-Với dòng thứ tự thuận Hình : Sơ đồ thay thế pha chính của động cơ điện. .. 46 -7 – 2.0,3 = 38,4 (mm) CHƯƠNG 4 XÁC ĐỊNH TRỞ KHÁNG STATO VÀ RÔTO I Xác định thành phần trở kháng stato Độ chính xác của tính toán động cơ điện dung phụ thuộc vào độ chính xác của tính toán tham số Vì vậy việc xác định điện trở, điện kháng dây quấn stato và rôto là rất quan trọng 1 Chiều dài phần đầu nối của dây quấn stato lđ = kI.τy +2.B =1,3.3,37 +2.1 =6,38 (cm) 21 Đồ án tốt nghiệp trong đó: kI -. .. 29 tài liệu [I] 10 Trong động cơ điện dung, thường số rãnh của hai pha dưới mỗi cực bằng nhau q A = qB = Zs 16 = =2 2.m p 2.2.2 11 Chọn dây quấn Chọn dây quấn 1 lớp, đồng tâm phân tán hai mặt phẳng Dây quấn bước đủ y=τ = Zs/2.p =16/4 = 4 1 B 2 3 4 5 6 7 8 10 9 A 11 12 13 Y 10 14 15 X 16 Đồ án tốt nghiệp 12 Hệ số dây quấn stato k dq = 0,707 0,707 = = 0,924 π ν π 1 2 sin q sin 4.q 4.2 ở đây : ν = 1- bậc... cả cánh điện dcđ = 0,23 mm 18 Bước răng stato ts = π D Zs = π 46 16 = 9,03(mm) 19 Bước răng rôto tr = π D' Zr = π 45,4 17 = 8,39(mm) CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC RĂNG RÃNH STATO 12 Đồ án tốt nghiệp 1 Chọn loại thép Ta chọn thép cán nguội kí hiệu 2211 Chiều dày lá thép là 0,5 mm có hệ số ép chặt kc = 0,97 2 Xác định dạng rãnh stato Stato của động cơ điện dung có thể dùng cho các dạng rãnh sau: - Hình... rãnh Theo tài liệu [I] thì chiều cao miệng rãnh h4s = (0,5 ÷ 0,8)mm Ta chọn b4s h4s = 0,8 mm 5 Chiều rộng miệng rãnh b4s =dcd + (1, 1- 1,5) (mm) =0,22+ (1,1 –1,5) (mm) Trong đó: dcd là dường kính dây dẫn kể cả cách điện của dây quấn stato 13 Đồ án tốt nghiệp Ta lấy b4s = 1,5 mm 6 Kết cấu cách điện rãnh Dùng giấy cách điện có bề dày c = 0,5 mm 7 Chiều rộng răng stato ( Sơ bộ) Được xác định theo kết cấu,... chính sơ bộ S sA = I dm 0,186 = = 0,031(mm 2 ) a.J 1.6 Trong đó: Idm- Dòng điện pha định mức a:số mạch nhánh song song , a=1 J - mật độ dòng điện J = (6 ÷ 8,5) A/mm2, ở đây ta chọn J = 6 A/mm2 Ta quy chuẩn ssA = 0,0314 mm2 Do cách điện là cấp B nên ta chọn loại dây men chịu nhiệt Π∋TB Dựa vào phụ lục II trong tài liệu [I] ta chọn được: - Đường kính chuẩn của dây dẫn không cách điện d = 0,20 mm; - Đường... trở mạch điện thay thế thứ tự thuận ZA1 = rA1 + j.XA1 = (rsA + rrA1) + j.(XsA + XrA1) = 31 Đồ án tốt nghiệp = (401,8 + 635,68) + j.(195,66 + 730,35) = 1037,5 + j.926,01 (Ω) CHƯƠNG 7 TÍNH TOÁN PHA PHỤ Tính toán dây quấn phụ theo điều kiện đạt được từ trường quay tròn ở chế độ định mức Tham số của phụ đối với động cơ điện dung nó quyết định tính năng làm việc và đặc tính khởi động, vậy nội dung của phần . Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ điện không đồng bộ một pha điện dung dùng cho quạt Đ ồ án tốt nghiệp 1 đồ án này là thiết kế động cơ không đồng bộ một. hưởng trực tiếp đến mô men điện từ. Đ ồ án tốt nghiệp 8 PHẦN II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA ĐIỆN DUNG DÙNG CHO QUẠT CHƯƠNG 1 XÁC ĐỊNH