ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM VIỆC MỞ ĐẦU Hiện động điện sử dụng ngày nhiều ngành công nghiệp, giao thông vận tải thiết bị tự động có loại truyền động thiết bị gia dụng sinh hoạt hàng ngày Trong tất loại động động khơng đồng công suất nhỏ sản phẩm công nghiệp sử dụng mạnh mẽ gần nửa kỷ Người ta giới hạn động công suất nhỏ khoảng vài phần ốt đến 750W Nhưng có chế tạo đến 1,5 kW Căn vào cách sử dụng làm việc khởi động chia động thành nhiều loại Động công suất nhỏ loại thông dụng chủ yếu dùng cơng nghiệp nhẹ, cơng nghiệp thực phẩm, xí nghiệp y tế, nông nghiệp ngành tiểu thủ công nghiệp đặc biệt sử dụng rộng rãi sinh hoạt ngày người dân Loại sau dùng trang bị tự động, hàng không tàu thuỷ cấu khống chế khác Động không đồng roto lồng sóc ba pha pha loại phổ biến động xoay chiều công suất nhỏ Có thể dùng động để truyền động máy công cụ dân dụng như: máy tiện nhỏ, máy ly tâm, máy nén, bơm nước, máy giặt… Động không đồng pha dùng nguồn điện pha lưới điện sinh hoạt nên sử dụng ngày rộng rãi có ưu điểm sau: - Kết cấu đơn giản giá thành hạ - Không sinh can nhiễu vơ tuyến - Ít tiếng ồn - Sử dụng đơn giản chắn Hiện phương pháp tính toán thiết kế tối ưu cho loại động khơng đồng ro to lồng sóc thực máy tính Nhưng để thực Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM VIỆC việc thiết kế tự động cần phải nắm vững cách thiết kế phương pháp thông thường Trong đồ án thiết kế tính tốn động pha điện dung làm việc thiết kế bước sau: Phần I: Khái niệm chung động khơng khơng đồng động lưc 2.Tìm hiểu động điện dung Phần II - Xác định kích thước chủ yếu - Dây quấn, rãnh gông stato - Dây quấn, rãnh gơng rơto - Tính tốn mạch từ - Trở kháng dây quấn stato rôto - Tính tốn chế độ định mức - Tính tốn dây quấn phụ - Tính tốn tổn hao sắt dịng điện phụ - Tính tốn chế độ khởi động - Tính vẽ đặc tính làm việc đặc tính Trong thời gian làm đồ án thiết kế tơi bảo tận tình thầy giáo Bùi Văn Thi nên tơi hồn thành nội dung phần tính tốn thiết kế Nhưng thời gian trình độ có hạn nên q trình tính tốn thiết kế khơng tránh khỏi sai sót Tơi mong đóng góp ý kiến để đề tài thiết kế hoàn thiện Cuối xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo môn Thiết Bị Điện khoa Điện tạo điều kiện giúp đỡ trình làm đồ án Đặc biệt thầy giáo Bùi Văn Thi Sinh viên Nguyễn Hữu Hào Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM VIỆC PHẦN I TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ ĐỘNG LỰC KHÁI NIỆN CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐỘNG LỰC CƠNG SUẤT NHỎ: Động động lưc cơng suất nhỏ hệ thống tự động phổ biến động không đồng bộ.Theo cấu tạo,đây động có ro to ngắn mạchthường có dạng lồng sóc, đơi chế tạo thành dạng đặc hay dạng rỗnglàm gang thép,nhằm nhận đặc tính mềm,tăng dộ bền roto quay với vận tốc cao giảm độ ồn động Động không đồng công suất nhỏ với roto dây quấn không chế tạo Trong phần lớn hệ thống tự động,động động lưc không nuôI nguồn điện ba pha, mà pha xoay chiều.Chính vậycác đọng động lực xoay chiều chủ yếu động pha Động ba pha hệ thống tự động sử dụng Động không đồng pha gọi phavì ni nguồn điện pha, cấu tạo phần lớn trường hợp động hai pha Chúng có hai cuộn dây stato thường lệch pha khơng gian góc 90 đIện.Một cuộn nối tiếp với nguồn đIện pha gọi cuộn làm việc cuộn chính,cuộn cịn lại nối với nguồn pha qua phần tử lệch pha Trong toàn thời gian làm việchoặc thời gian mở máy, gọi cuộn phụ cuộn khởi động số động cơ,cuộn phụ hồn tồn khơng nối với nguồn ,sức từ động cuộn dây sinh luồng từ thơng cuộn Phụ thuộc vào chủng loại phần tử lệch pha phương pháp sử dụng cuộn phụ (cuộn khởi động) mà đọng khơng đồng cơng suất nhỏ phân thành nhóm sau: +Động với điện trở khởi động +Động với tụ khởi động Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM VIỆC +Động với tụ khởi động làm việc +Động với vịng ngắn mạch Ngồi động công suất nhỏ không đồng pha ba pha,trong hệ thống tự động sử dụng động co không đồng vạn nănglàm nhiện vụ truyền động.Về cấu tậócc động động ba pha.Khi thay đổi sơ đồ dây với phần tử lệch pha chúng làm việc với lưới điện pha xoay chiều TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG Từ trường động điện dung Động không đồng pha cấu tạo, stato có dây quấn pha, rơto thường lồng sóc hình vẽ (1-A), dây quấn stato nối với lưới điện xoay chiều pha, dòng điện chạy vào dây quấn stato không tạo từ trường quay, biến thiên dòng điện, chiều trị số dòng điện thay đổi phương từ trường cố định không gian từ trường gọi từ trường đập mạch B B1 B11 n1 n1 Hình 1A Hình 1B Vì khơng phải từ trường quay nên có điện dây quấn stato mà động khơng quay cần phải có ngoại lực tác dụng lên rôto k hi Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM VIỆC động quay với hai từ trường thuận nghịch, ta phân tích từ trường đập mạch thành hai từ quay thuận nghịch có tần số quay n1 biên độ nửa từ trường đập mạch n = 60f/p Trong từ trường quay B I có chiều quay trùng chiều quay với rôto gọi từ trường quay thuận B II có chiều quay ngược chiều quay rôto gọi từ trường quay ngược chiều hình (1.b) B từ trường tổng (đập mạch) Trong B I B II quay với tốc độ n1, ta có: B = B I + B II Gọi n tốc độ cao Hệ số trượt ứng với từ trường quay thuận là: S1 = n1 − n =S n1 Hệ số trượt ứng với từ trường quay ngược là: S2 = n1 + n n1 + (1 − S )n1 = = 2; n1 n1 S2 = - S Từ ta có bảng hệ số trượt sau: S = S1 S2 M M N M11 M M11 M11 Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM VIỆC Hình Trên hình 2, ta vẽ mơmen quay M I từ trường quay thuận sinh có trị số dương M II từ trường nghịch sinh có trị số âm, mơmen quay động pha tổng mômen quay thành phần thuận nghịch từ trường elip M = M I + M II Quan hệ mômen với hệ số trượt biểu thị hình Khi rôto đứng yên lúc S = S2 =1, M I = M II ; mômen mở máy M = 0; tác động ngoại lực theo chiều từ trường elip hình thành mômen quay theo hướng chọn ban đầu M I M II trội Đặc tính M = f(S) biểu diễn hình gồm hai thành phần tương đương ứng với chiều quay thuận nghịch khi: S = 1; S = 0; S = 2; →M=0 S = S1; S = - S1; → M = Mmax Lúc có thiết bị mở máy rơto quay, quay chiều từ trường thuận mômen điện từ, mômen vượt q mơmen ngồi (Mơmen ngồi) sau q trình độ chế độ xác lập hình thành hệ số trượt Sđm ứng với giao điểm đường đặc tính M = f(S) MN = f(S) cần thiết phải có biện pháp mở máy động đồng pha, ta xét trường hợp mở máy động không đồng pha làm việc điện dung Động không đồng pha với tụ khởi động Động không đồng với tụ khởi động thường sử dụng trường hợp yêu cầu đặc tính khởi động động cao : dịng khởi động Ik nhỏ mômen khởi động MK lớn Sơ đồ mắc mạch : Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM VIỆC C Sơ đồ mắc mạch điện (a) đặc tính (b) động khơng đồng với tụ khởi động Cuộn chiếm số rãnh NZA = 2/3ZS , cuộn phụ , NZB = 1/3 ZS Số vòng dây cuộn phụ điện dung tụ điện chọn từ giá trị mơmen khởi động cần thiết phải có từ điều kiện nhận từ trường tròn khởi động (với n = ) Mômen khởi động lớn đạt nhờ tăng (cường hố) luồng từ thơng cuộn khởi động góc lệch pha theo thời gian β Trong trường hợp MK = (2- 2,5 ).Mđm IK = (3-6)Iđm Động khởi động giống động hai pha (trường hợp chung không đối xứng ) đạt tốc độ định cuộn khởi động ngắt động chuyển sang chế độ pha cuộn khởi động đóng ngắt tự động ,trong trường hợp không ngắt cuộn khởi động khỏi nguồn , động bị nhiệt dẫn đến cháy Khi muốn có từ trường trịn chế độ khởi động cần phải chọn hệ số biến áp K tụ C có xét tới NZA ≠ NZB đIều kiện nhận từ trường tròn Điện trở điện kháng dây quấn pha B stato : rSB = k.t.a(KdqA/KdqB)2.rSA xSB = ak2(KdqA/KdqB)2.xSA Trong : a = NZA/NZB ; t = qA/qB KdqA , KdqB _ Hệ số dây quấn pha A pha B Lúc khởi động s =1 , tổng trở mạch nhánh song song thứ tự thuận thứ tự nghịch Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM VIỆC rRB1 = rRB2 = rRBK = k2.rRAK xRB1 = xRB2 = xRBK = k2.xRAK Điện trở điện kháng pha B khởi động có dạng sau : rBK = rSB + rRBK = k.t.a(kdqa/kdqB)2.rSA + k2rRAK (2-1) xBK = xSB + xRBK = ak2(kdqa/kdqB)2.xSA + k2xRAK (2-2) Biểu thức xác định điều kiện nhận từ trường tròn động điện dung: IBKrBK = j.IAK.xAK ; ` j.IBKxBK = j.IAK.xC = IAKrAK Thay giá trị IB = j.IAK/k rBK , xBK theo (2-1),(2-2) vào biểu thức Hệ số biến áp k điện kháng tụ C từ trường tròn với s =1 : K = 1/rRAK {xAK- t.a.(kdqA/kdqB)2.rSA] XC = krAK + a.k2(kdqA/kdqB)2.xSA + k2xRAK Đặc tính làm việc động với tụ khởi động không khác so với động với điện trở khởi động chúng làm việc với pha (pha chính) chế độ định mức Động không đồng pha điện dung làm việc Thực chất động điện dung làm việc động hai pha mắc vào lưới điện pha hai dây quấn trì suốt q trình làm việc Do cấu tạo rơto lồng sóc, stato có dây quấn hai pha lệch 900 điện, dịng điện hai dây quấn có biên độ lệch góc 900 tạo máy từ trường quay với tần số quay n1 = 60.f/p Nguyên lý làm việc đặc tính động khơng đồng pha điện dung làm việc giống động ba pha, để tạo lệch pha thời gian dòng điên hai dây quấn ta mắc nối tiếp dây quấn với điện dung C, hai dây quấn nối song song với mắc vào lưới điện pha (hình 3) Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM VIỆC M A C B Mđm Mmax MK s sđm sK Hình Việc phối hợp trị số điện dung C số vòng dây dây quấn phù hợp có từ trường quay trịng (hoặc gần trịn) Máy có tiêu kinh tế kỹ thuật tốt, loại động có ưu điểm là: Cấu tạo đơn giản, hệ số công suất cosϕ cao nên sử dụng phổ biến rộng rãi nhiều lĩnh vực như: Quạt điện, thiết bị hệ thống tự động Mạch điện thay pha chính: Mạch điện thay pha giúp tính tốn đặc tính làm việc đặc tính mơmen M = f(S) dựa theo phương pháp thành phần đối xứng hệ thống hai pha từ mạch điện hình XSA IA1 IRA1 Xμ XSA XRA rSA XmA (Với dòng thứ tự thuận) rRA/S XRA rSA IA1 IRA1 Xμ rRA/(2-S) XmA (Với dòng thứ tự nghịch) Tương ứng với việc phân tích mơmen quay từ hai thành phần thuận, nghịch ta phân tích dịng điện thành hai thành phần sau: I A = I A1 + I A ; Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM VIỆC I B = I B1 + I B ; Dòng I A1 I B1 lệch pha 900 tạo từ trường quay thuận Dòng I A I B lệch pha 900 tạo từ trường quay ngược Tổng trở thứ tự thuận pha A: ZA1 = ZSA + Z'RA1 = rA1 + jxA1 Trong đó: ZSA = rSA + jxSA: Tổng trở dây quấn Stato Z'RA1 = r'RA1 + jx'RA1: Tổng trở mạch phân nhánh từ trường thuận ZA1= (rA1+ jxA1) = (rSA+ r'RA1) + j(xSA+ x'RA1); r' RA1 = α.β.x mA S α2 + s2 x' RA1 = β.x RA (rRA / x RA ).α + s α2 + s2 α= rRA x mA + x RA β= x mA x mA + x RA ; Tổng trở thứ tự nghịch pha A ZA2 = ZSA + Z’RA2 = rA2 + jxA2 Trong đó: Z'RA2 = r'RA2 + jx'RA2: Tổng trở mạch phân nhánh từ trường nghịch => ZA2 = rA2 + jxA2= (rSA + r'RA2) + j(xSA + x'RA2) r' RA = α.β.x mA (2 − s) α + (2 − s) x' RA = β.x RA (rRA / x RA ).α + (2 − s) α + (2 − s) Trang 10 ...ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM VIỆC việc thiết kế tự động cần phải nắm vững cách thiết kế phương pháp thơng thường Trong đồ án thiết kế tính tốn động pha điện dung làm việc thiết. .. không đồng công suất nhỏ phân thành nhóm sau: +Động với điện trở khởi động +Động với tụ khởi động Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM VIỆC +Động với tụ khởi động làm việc +Động. .. Nguyễn Hữu Hào Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM VIỆC PHẦN I TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ĐỘNG LỰC KHÁI NIỆN CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐỘNG LỰC CÔNG SUẤT NHỎ: Động động lưc công suất