Thiết kế động cơ không đồng bộ một pha xoay chiều với tụ khởi động

Đặc điểm của động cơ không đồng bộ - Cấu tạo đơn giản, gia thành thấp

- Tốc độ quay của rôto nhỏ hơn tốc độ từ trường quay của stato n < n1. Trong đú động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc được sử dụng phổ biến nhất vì giá thành rẻ vàứ vàọn hành dể dàng, cỏc động cơ này cú đặc tớnh cơ cứng ( khi tải thay đổi từ không tải đến định mức thì tốc độ quay của chúng giảm khoảng 2÷5%). Động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc có mômen mở máy khá lớn, tuy nhiên dòng mở máy lớn, hệ số công suất thấp.

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

Nguyên lý làm việc

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). Vì vậy để động cơ một pha làm việc đợc, ta phải có biện pháp mở máy, nghĩa là tìm cách tạo ra cho động cơ một mômen lúc rôto đứng yên (M = Mk. Động cơ không đồng bộ một pha gọi là một pha vì được nuôi bằng nguồn điện một pha nhưng về cấu tạo trong phần lớn các trường hợp là động cơ hai pha.

Một cuộn được nối trực tiếp với nguồn điện một pha gọi là cuộn làm việc hay cuộn chính cuộn còn lại nối với nguồn một pha qua phần tử lệch pha trong toàn bộ thời gian làm việc hoặc chỉ trong thời gian mở máy gọi là cuộn phụ hay cuộn khởi động. Động cơ không đồng bộ một pha về cấu tạo, stato chỉ có dây quấn một pha, rôto thờng là lồng sóc trên (hình vẽ 1.3-A), dây quấn stato đợc nối với lới. Trong đó từ trờng quay B→I có chiều quay trùng chiều quay với rôto đợc gọi là từ trờng quay thuận và.

→ có chiều quay ngợc chiều quay rôto đợc gọi là từ trờng quay ngợc chiều trên (hình 1.4 -B). Lúc này nếu có thiết bị mở máy thì rôto sẽ quay, nếu quay cùng chiều từ trờng 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.

Mở máy động cơ không đồng bộ một pha

Loại động cơ này có cuộn dây phụ bố trí lệch so với cuộn dây chính một góc 900 điện trong không gian, để tạo góc lệch về thời gian ta mắc nối tiếp với cuộn dây phụ một tụ điện. Động cơ khởi động như động cơ hai pha không đối xứng khi rôto đạt đến 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 áp nguoàn. 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.

Tuy nhiên, việc tăng luồng từ thông φB cần phải tiến hành thận trọng bỡi nó sẽ dẫn đến sự tăng đáng kể dòng điện của cuộn khởi động và dòng điện tiêu thụ của động cơ khi khởi động. Dòng từ hoá chạy 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. Nhỵc điểm chung của các loại động cơ với điện trở khởi động và tụ khởi động là chúng có chỉ số năng lượng (η, cosϕ) tương đối thấp bởi vì ở chế độ làm việc chỉ có pha chính được nối với nguồn nên tạo ra từ trường đập mạch không phải là từ trường quay.

Từ thông đập mạch φ một phần luồng từ khi khởi động cũng như khi làm việc động cơ luôn làm việc với hai pha do đó các cuộn dây A và B chiếm số rãnh như nhau trên stato. Nhằm mục đích nhận được chỉ số năng lượng cao các thông số của động cơ và điện dung của tụ điện làm việc cần tính chọn sao cho đảm bảo từ trường ở chế độ định mức là từ trường tròn.

Công suất tính toán của động cơ 3 pha đẳng trị P sIII =

Việc chọn tải đường A và Bδ ảnh hưởng rất nhiều đến kích thước chủ yếu D và l. Đứng về mặt tiết kiệm vật liệu thỡ nờn chọn A và Bδlớn, nhưng nếu chọn quá lớn thì tổn hao đồng và sắt tăng lên, làm máy quá nóng, ảnh hưởng đến tuổi thọ của máy. Nếu dùng vật liệu dẫn từ tốt (có tổn hao ít hay có độ từ thẩm cao) thì có thể chọn Bδ lớn.

Ngoài ra tỉ số giữa A và Bδ cũng ảnh hưởng đến đặc tính làm việc và khởi động của động cơ không đồng bộ, vì A đặc trưng cho mạch điện, Bδ đặc trưng cho mạch từ. 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. Kích thớc chủ yếu ở đây là đờng kính trong D (có khi là đờng kính ngoài Dn) và chiều dài tớnh toỏn l của lừi sắt stato.

Ngoài ra cần chỳ ý đến sự liờn quan giữa các kích thớc chủ yếu ấy thể hiện ở các hệ số kết cấu nh tỷ lệ giữa. Khi đợc xỏc định đờng kớnh ngoài lừi sắt cần chỳ ý đến chiều cao tõm trục của máy thiết kế.

Chiều dài tính toán của stato

Chiều dài khe hở không khí

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

Đờng kính ngoài lõi sắt rôto

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

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.

Hệ số dây quấn stato

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

Chọn thép lá kỹ thuật điện cán nguội mã hiệu 2211 có chiều dày lá

Chọn rãnh dạng hình quả lê

Kết cấu cách điện rãnh

Mật độ từ thông trong gông

Đờng kính phía dới của rãnh stato

Đờng kính phía trên của rãnh stato

Chiều cao rãnh stato

Chiều cao phần thẳng rãnh

Diện tích rãnh stato

Kiểm tra hệ số lấp đầy

Tính lại chiều rộng răng stato

TíNH TOáN MạCH Từ và tổn hao sắt