(Đồ án) đồ án thiết kế thiết bị điện đề tài thiết kế động cơ không không chổi than

1

Đồ án Thiết kế thiết bị điện

Khoa Điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN
====o0o====

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG KHÔNG CHỔI THAN
Giáo viên hướng dẫn

: TS. Nguyễn Việt Anh

Sinh viên thực hiện

Mã sinh viên

Phạm Xuân Hiệp

2019606782

Đào Tất Đức

2019607234

Trần Ngọc Hải

2019607071

Lớp

: Điện 8- K14

Hà nội, 2022

1
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh

h


Đồ án Thiết kế thiết bị điện

2

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI

Khoa Điện

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN
Số: 06
1. Tên lớp: 20214EE6023001
2. Họ và tên sinh viên: Nhóm 2
STT

Họ và tên

Mã SV

Lớp

1

Phạm Xuân Hiệp

2019606782

2019DHDIEN08 - ĐH K14

2

Đào Tất Đức

2019607234

2019DHDIEN08 - ĐH K14

3

Trần Ngọc Hải

2019607071

2019DHDIEN08 - ĐH K14

3. Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Việt Anh
NỘI DUNG
Đề tài: Tính tốn, thiết kế động cơ một chiều khơng chổi than BLDC, rotor bên
trong có công suất Pđm=250W.
YÊU CẦU THỰC HIỆN
A. Phần thuyết minh
1. Tổng quan về động cơ khơng đồng bộ rơto lồng sóc.
2. Tính tốn thiết kế:
⮚
Tính tốn mạch từ, dây quấn stato, rơto.
⮚
Tính tốn nhiệt và kết cấu động cơ.
⮚
Xây dựng đặc tính mở máy và tính tốn tham số khơng tải.
3. Mô phỏng kết quả thiết kế động cơ trên phần mềm.
4. Nội dung trình bày báo cáo ĐAMH theo đúng quy cách chung
(BM03-Quy định số 815/QĐ-ĐHCN, ngày 15 tháng 8 năm 2019).
B. Bản vẽ kỹ thuật
STT

Tên bản vẽ

Khổ giấy

Số lượng

1
2

Sơ đồ kích thước mạch từ stato, rơto.
Sơ đồ trải dây quấn stato.

A4
A4

01
01

3

Sơ đồ kết cấu, lắp ráp động cơ.

A4

01

Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh

h


3

Đồ án Thiết kế thiết bị điện

Ngày giao đề tài: 04/7/2022

Khoa Điện

Ngày hoàn thành: 22/8/2022
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

TS. Nguyễn Việt Anh

3
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh

h


(BM01)

4

Đồ án Thiết kế thiết bị điện

Khoa Điện

PHIẾU HỌC TẬP NHĨM 2
I. Thơng tin chung

1. Tên lớp: 20214EE6023001
2. Họ và tên sinh viên: Nhóm 2
TT

Họ và tên

Mã SV

Lớp

1

Phạm Xuân Hiệp

2019606782

2019DHDIEN08 - ĐH K14

2

Đào Tất Đức

2019607234

2019DHDIEN08 - ĐH K14

3

Trần Ngọc Hải

2019607071

2019DHDIEN08 - ĐH K14

II. Nội dung học tập
1. Tên chủ đề: Tính tốn, thiết kế động cơ một chiều khơng chổi than BLDC, rotor
bên trong có cơng suất Pđm=250W.
u cầu thực hiện:
1. Tổng quan về động cơ không chổi than BLDC.
2. Tính tốn thiết kế:
⮚
⮚
⮚
⮚

Thiết kế kích thước cơ bản của động cơ.
Thiết kế nam châm.
Thiết kế dây quấn, rãnh stator
Tính toán điện trở, điện cảm, kiểm tra mật độ từ thơng nam
châm tại điểm làm việc
⮚ Xây dựng đặc tính mở máy và tính tốn tham số khơng tải.
3. Mơ phỏng kết quả thiết kế động cơ trên phần mềm.
2. Hoạt động của sinh viên.
2.1. Hoạt động/Nội dung 1: Tổng quan về động cơ không chổi than BLDC
- Mục tiêu/chuẩn đầu ra: Kiến thức về thiết kế máy điện.
2.2. Hoạt động/Nội dung 2: Tính tốn, thiết kế.
- Mục tiêu/chuẩn đầu ra: Xây dựng được quy trình thiết kế động cơ khơng
chổi than BLDC, cách thiết kế kích thước mạch từ, dây quấn stato và rôto.
2.3. Hoạt động Nội dung 3: Mơ phỏng kết quả tính tốn, thiết kế trên phần
mềm.

- Mục tiêu/chuẩn đầu ra: Biết được cách sử dụng phần mềm để mô phỏng
xác định kết quả, so sánh đối chiếu với kết quả tính tốn giải tích.

4
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh

h


5

Đồ án Thiết kế thiết bị điện

Khoa Điện

3. Sản phẩm nghiên cứu.
- Bản báo cáo thuyết minh đồ án môn học và các bản vẽ kỹ thuật kèm theo.
III. Nhiệm vụ học tập
1. Hoàn thành ĐAMH theo đúng thời gian quy định (từ ngày 04/7/2022 đến ngày
22/8/2022)
2. Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề được giao, trước giảng viên và
những sinh viên khác.
IV. Học liệu thực hiện ĐAMH
1. Tài liệu học tập: Giáo trình Máy điện đặc biệt (Nguyễn Trọng Thắng);
Padmaraja Yedamate, Microchip Technology Inc, AN885, “Brushless DC
(BLDC) Motor Fundamental”.
2. C. Hanselman, ‘Brushless Permanent-Magnet Motor Design’, New York:
McGraw-Hill, 1994

3. Phương tiện, nguyên liệu thực hiện ĐAMH (nếu có): Máy tính cá nhân, bản
vẽ.
4. International Journal of Research Publications In Engineering And Technology
[IJRPET], ‘DESIGN OF INTERNAL PERMANENT MAGNET
BRUSHLESS DC MOTOR USING ANSYS’, April -2016

5
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh

h


(BM02)
6

Đồ án Thiết kế thiết bị điện

Khoa Điện

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC
1. Tên lớp: 20214EE6023001
2. Họ và tên sinh viên: Nhóm 2
TT

Họ và tên

Mã SV

Lớp

1

Phạm Xuân Hiệp

2019605724

2019DHDIEN08 - ĐH K14

2

Đào Tất Đức

2019607234

2019DHDIEN08 - ĐH K14

3

Trần Ngọc Hải

2019607071

2019DHDIEN08 - ĐH K14

3. Tiến độ thực hiện: Tính tốn, thiết kế động cơ một chiều không chổi than
BLDC, rotor bên trong có cơng suất Pđm=250W.

Người thực hiện

Phạm Xn Hiệp
Trần Ngọc Hải

Nội dung công việc

Phương pháp thực hiện

Chương 1: Tổng quan về động cơ Tìm hiểu tài liệu, viết báo
khơng chổi than.
cáo.
Chương 2: Tính tốn, thiết kế

Phạm Xn Hiệp

Tìm hiểu tài liệu, viết báo
- Thiết kế kích thước cơ bản của
cáo.
động cơ.
Chương 2: Tính tốn, thiết kế

Phạm Xn Hiệp

- Thiết kế nam châm.
- Thiết kế dây quấn, rãnh stator.

Tìm hiểu tài liệu, thiết kế
theo yêu cầu đề tài, viết
báo cáo.

Chương 2: Tính tốn, thiết kế

Trần Ngọc Hải
Đào Tất Đức

Đào Tất Đức
Phạm Xuân Hiệp

Người thực hiện
Phạm Xuân Hiệp

Tìm hiểu tài liệu, thiết kế
theo yêu cầu đề tài, viết
- Kiểm tra mật độ từ thơng nam báo cáo.
châm tại điểm làm việc.
- Tính tốn điện trở, điện cảm.

Tìm hiểu tài liệu, nhập số
Chương 3: Mơ phỏng tính tốn,
liệu kỹ thuật cho chương
thiết kế.
trình, theo dõi quá trình
- Xác định kết quả và so sánh giải
chạy phần mềm và xuất
tích.
dữ liệu kết quả.

Nội dung cơng việc

Phương pháp thực hiện

Trình bày nội dung báo cáo ĐAMH Tổng hợp tất cả các nội

6
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh

h


7

Đồ án Thiết kế thiết bị điện

Khoa Điện
dung đã được trao đổi,
thống nhất trong nhóm và
các kết quả đạt được.

Đào Tất Đức
Trần Ngọc Hải

Ngày 04 tháng 7 năm 2022.
XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN
TS. Nguyễn Việt Anh

7
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh

h


(BM04)

8

Đồ án Thiết kế thiết bị điện

Khoa Điện

BÁO CÁO HỌC TẬP NHÓM
1. Tên lớp: 20214EE6023001
2. Họ và tên sinh viên: Nhóm 2
TT

Họ và tên

Mã SV

Lớp

1

Phạm Xuân Hiệp

2019606782

2019DHDIEN08 - ĐH K14

2

Đào Tất Đức

2019607234

2019DHDIEN08 - ĐH K14

3

Trần Ngọc Hải

2019607071

2019DHDIEN08 - ĐH K14

Tên chủ đề: Tính tốn, thiết kế động cơ một chiều khơng chổi than BLDC, rotor
bên trong có cơng suất Pđm=250W.
Người thực hiện
Phạm Xuân Hiệp
Trần Ngọc Hải
Phạm Xuân Hiệp

Nội dung công việc

Kiến nghị với
GVHD

Chương 1: Tổng quan về động Bản báo cáo
cơ khơng chổi than BLDC.

đồ án
Chương 2: Tính tốn, thiết kế
- Thiết kế kích thước cơ bản DC.
Chương 2: Tính toán, thiết kế

Phạm Xuân Hiệp

Kết quả đạt
được

- Thiết kế nam châm
- Thiết kế dây quấn, rãnh stator

Không

Bản báo cáo
đồ án

Không

Bản báo cáo
đồ án

Khơng

Chương 2: Tính tốn, thiết kế
Trần Ngọc Hải
Đào Tất Đức

Đào Tất Đức

Phạm Xuân Hiệp
Đào Tất Đức
Trần Ngọc Hải

- Tính tốn điện trở, điện cảm.

Bản báo cáo
đồ án
- Kiểm tra mật độ từ thông nam
châm tại điểm làm việc.

Không

Chương 3: Mơ phỏng tính tốn,
thiết kế.
Bản báo cáo
đồ án
- Xác định kết quả và so sánh
giải tích.

Khơng

Trình bày nội dung báo cáo Bản báo cáo
ĐAMH
đồ án

Không

Ngày 04 tháng 7 năm 2022
XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN

TS. Nguyễn Việt Anh

8
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh

h


9

Đồ án Thiết kế thiết bị điện

Khoa Điện

MỤC LỤC
MỤC LỤC

9

DANH MỤC HÌNH ẢNH

10

LỜI NĨI ĐẦU

11

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ BLDC

12

1.1.

Khái quát về động cơ không chổi than

12

1.2.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

12

1.3.

Cấu trúc động cơ

13

1.3.1.

Stator (Phần tĩnh)

13

1.3.2.

Rotor trong (phần quay)

14

Đặc tính cơ của động cơ BLDC

15

1.4.

CHƯƠNG 2:

TÍNH TỐN THAM SỐ ĐỘNG CƠ

16

2.1 Thuật toán thiết kế động cơ BLDC

16

2.2. Các thơng số hình học mạch từ và dây quấn

17

CHƯƠNG 3:

MÔ PHỎNG KIỂM NGHIỆM THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ BLDC

CÙNG PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KẾ QUẢ

3.1.

27

Ứng dụng mơ phỏng trong thiết kế động cơ điện BLDC

27

KẾT LUẬN

36

TÀI LIỆU THAM KHẢO

36

DANH MỤC HÌNH ẢNH
9
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh

h


10

Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Điện

Khoa

Hình 1- 1 Sơ đồ khối chức năng

12

Hình 1- 2 Cấu tạo một động cơ BLDC điển hình

12

Hình 1- 3: Các dạng thiết kế thường gặp

13

Hình 1- 4. Cấu tạo của Stator có rãnh và khơng rãnh

13

Hình 1- 5: Các dạng thiết kế cấu trúc stator thường gặp

14

Hình 1- 6: Các dạng thiết kế cấu rotor thường gặp

14

Hình 1- 7: Đồ thị đặc tính cơ

15

Hình 2- 1 Sơ đồ thuật tốn thiết kế động cơ

17

Hình 2- 2: Thiết kế kích thước cơ bản động cơ

18

Hình 2- 3: Tính tốn nam châm

19

Hình 2- 4: Thiết kế dây quấn, rãnh stator

20

Hình 2- 5: Tính tốn điện trở, điện cảm và kiểm tra mật độ từ thông khi có phẩn ứng
phần ứng

21

Hình 2- 6: Thuật tốn kiểm tra tổn hao động cơ

22

Hình 2- 7: Thuật tốn hiệu chỉnh mật độ từ thơng động cơ

23

Hình 2- 8: Dạng hình học mạch từ

25

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2- 1: Các thơng số cố định

17

Bảng 2- 2: Thơng số tính tốn mạch từ

18

Bảng 2- 3: Thơng số tính tốn vật liệu

23

Bảng 2- 4: Một số hệ số đặc tính động cơ

25

Bảng 3- 1. Kết quả tính tốn tự động trên mơ đul Rm-xprt-Ansys Maxwell

27

10
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh

h


11

Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Điện

Khoa

DANH MỤC KÍ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT
❖ Các từ viết tắt
Từ viết

Ý nghĩa

tắt
BLDC Brushless Direct current
EMF

Động cơ một chiều không chổi than

Electromotive force

Sức điện động

b-EMF Back-Electromotive force

Sức phản điện động

MMF

Magnetomotive force

Sức từ động

TRV

Torque per rotor volume.

Hằng số thiết kế động cơ

PM

Permanent Magnet

Nam châm vĩnh cửu

PMSM Permanent Magnet Synchronous Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu
Motors
IM

Induction motors

Động cơ cảm ứng

PWM

Pulse width modulation

Điều chế độ rộng xung

FEM

Finite Element Method

Phương pháp phần tử hữu hạn

❖ Các ký hiệu cơ bản
Ký hiệu

Ý nghĩa

A

Diện tích

B

Mật độ từ thơng

D, r

Đường kính, bán kính

E

Cường độ điện trường.

E, eb

Sức điện động, sức phản điện động

F

Sức từ động, lực.

f

Tần số, lực

fLGK

Hệ số từ tản

G
g, ge
H

Trọng lượng, điện dẫn
Độ dài khe hở khơng khí
Cường độ từ trường

11
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh

h

12

Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Điện

I, i

Dòng điện

J

Mật độ dòng điện

k

Hệ số

L, l
L, M

Độ dài mạch từ
Độ tự cảm, hỗ cảm

m

Khối lượng

N, W

Số vịng dây

Nm
P
PC
Ph, Pe

Khoa

Số cực nam châm
Cơng suất
Hệ số độ dốc của đặc tính tải làm việc
Tổn thất từ trễ, dịng xốy

R

Từ trở, điện trở

n

Tốc độ quay

T

Mơ men, mơ men định mức, mơ men phụ

V

Thể tích

w

Độ dài thông số rãnh

W, Wco

Năng lượng, đối năng lượng

αm

Tỉ số độ dài nam châm trên cực

Γbi

Hàm tổn thất của vật liệu

η

Hiệu suất

θm, θe

Vị trí góc

λ

Tỉ số bước cực và độ dài mạch từ, từ thơng móc vịng

μ

Độ từ thẩm vật liệu

ρ

Điện trở suất

σ

Độ thấm sâu, ứng xuất

τ, τp
Φ
φ, A

Bước cực, bước rãnh
Từ thơng
Điện thế, từ thế

ω

Vận tốc góc

γ

Điện dẫn suất

ε

Độ điện thẩm

12
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh

h


13

Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Điện

Khoa

LỜI NÓI ĐẦU
Khi nhận và thực hiện đồ án này, nhóm sinh viên mong muốn có một phần
đóng góp nhỏ vào việc tổng hợp lý thuyết và đưa ra các công thức sử dụng tính tốn
thiết kế động cơ BLDC. Một điều cần thiết để những đồ án cùng cấp tiếp sau bứt
phá ra khỏi lối mòn “truyền thống” khi nghiên cứu những dạng động cơ “truyền
thống” mà thế giới bắt đầu ít sử dụng. Nội dung bản tổng hợp với ba phần cơ bản:
nghiên cứu lý thuyết; xây dựng các cơng thức tính cơ bản; mô phỏng kiểm nghiệm
trên công cụ số; đưa ra kết luận và định hướng phát triển.
Tuy nhiên với tầm hiểu biết còn hạn chế, nội dụng đề tài trải rộng, thời gian
thực hiện gấp rút. Cho nên đồ án này khơng thể tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy
nhóm sinh viên thực hiện đồ án ln cần nhiều ý kiến đóng góp hồn thiện từ mọi ý
kiến phản biện để những nghiên cứu tiếp theo có thể hồn thiện hơn.
Trong một khoảng thời gian ngắn chắc rằng bài làm của nhóm sẽ khơng
tránh khỏi những thiếu sót. Nhóm em rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy
Nguyễn Việt Anh để đồ án của chúng em hoàn thiện hơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn

13
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh

h


14

Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Điện

Khoa

CHƯƠNG 1:
TỔNG
QUAN
VỀ
ĐỘNG
CƠ
BLDC
1.1.

Khái quát về động cơ không chổi than
Động cơ không chổi than - Brushless Direct Current (BLDC) là loại động cơ

được hoạt động dựa vào từ trường vĩnh cữu và cảm biến xác định vị trí, khơng sử

dụng chổi than (bàn chải) giúp loại bỏ những nhược điểm của động cơ một chiều
trong khi vẫn giữ được đặc tính mơmen/ tốc độ tuyến tính và những ưu điểm trong
điều khiển của động cơ một chiều.
1.2.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Hình 1- 1 Sơ đồ khối chức năng
Động cơ khơng tiếp xúc một chiều có cấu tạo từ ba thành phần chính sau:

14
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh

h


15

Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Điện

Khoa

1. Động cơ không tiếp xúc với cuộn ứng m- pha trên stato và rotor kích thích
bằng nam châm vĩnh cứu.
2. Cảm biến vị trí rotor, đặt cùng vỏ máy với động cơ, thực hiện chức năng tạo
ra tín hiệu điều khiển nhằm xác định thời điểm và thứ tự đổi chiều.
3. Bộ đổi chiều khơng tiếp xúc, thực hiện đổi chiều dịng điện trong cuộn ứng

trên stator theo tín hiệu điều khiển của cảm biến vị trí rotor

Hình 1- 2 Cấu tạo một động cơ BLDC điển hình
Về các đặc tính, khả năng sử dụng, tính kinh tế. Đặc điểm của loại máy điện
này là làm việc tin cậy, không tạo tia lửa điện, khơng gây nhiễu và có tuổi thọ cao
hơn so với các loại động cơ một chiều thông thường.
1.3.

Cấu trúc động cơ
Cấu trúc động cơ quay được thiết kế dưới dạng trụ. Phần lớn thiết kế 4 dạng:

Rotor ở phía trong stator (hình 1.3a), Rotor ở phía ngồi stator (hình 1.3b), Động cơ
dạng địa, từ trường ngang theo trục ngang 1.3c, d.

Hình 1- 3: Các dạng thiết kế thường gặp
1.3.1. Stator
Stator bao gồm vỏ máy, lõi thép và dây quấn.

15
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh

h


16

Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Điện

Khoa

Hình 1- 4. Cấu tạo của Stator có rãnh và khơng rãnh
Với stator có rãnh như hình 1.5 a, độ dài khe hở khơng khí nhỏ nên có độ từ
thẩm cao dẫn đến mật độ từ trường của khe hở khơng khí cao hơn. Nhờ dây quấn
được đặt trong rãnh với hệ số dẫn nhiệt của vật liệu sắt từ cao nên khả năng tỏa
nhiệt tốt hơn. Nhưng nó có nhược điểm là gây ra mơ men đập mạch lớn và khó khăn
trong q trình quấn dây do yêu cầu thiết kế độ rộng miệng rãnh.
Với stator khơng có rãnh như hình 1.5 b, các vịng dây được quấn trên gơng
stator. Với cách quấn dây này khơng có mơ men đập mạch và dây quấn được phân
bố đều trên khắp stator. Tuy nhiên chính vì điều này mà khe hở khơng khí lớn và từ
trở của khe hở khơng khí tăng lên. Vì vậy khó tản nhiệt trong dây quấn cũng như
mạch từ, mật độ dòng điện trong dây quấn giảm xuống và hiệu hiệu suất của động
cơ loại này luôn thấp hơn loại stator có rãnh.
Với stator có rãnh kín như hình 1.5 c, khắc phục những nhược điểm của stator
không rãnh. Tuy nhiên do ảnh hưởng của miệng rãnh kín gây ra ngắn mạch mạch từ
của những cuộn dây, giảm từ trường liên kết giữa stator và rotor ảnh hưởng đến giá
trị của b-EMF. Vì vậy nhằm tránh những ảnh hưởng này thì cầu nối kín miệng rãnh
phải được thiết kế tính tốn với mức nhỏ nhất có thể sản xuất được. Răng và gông
từ được chế tạo tách rời, cho nên khi lắp ráp phải đảm bảo tính đồng tâm và giảm
thiểu khe hở khơng khí giữa răng và gơng từ.

16
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh

h

17

Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Điện

Khoa

Hình 1- 5: Các dạng thiết kế cấu trúc stator thường gặp
1.3.2. Rotor trong

Hình 1- 6: Các dạng thiết kế cấu rotor thường gặp
Kiểu đặt nam châm như hình 1.6 a-d gọi là kiểu nam châm gắn bề mặt. Nam
châm hình dạng cung trịn hướng tâm ở hình 3.9a là kiểu cổ điển được chế tạo.
Tương tự, kiểu gắn nam châm hình 1.6 b,c nhưng các cạnh bên của nam châm song
song với nhau. Các nam châm hình 1.6 a,b,c được chế tạo từ các miếng nam châm
ban đầu hình khối và được từ hóa trước khi lắp vào rotor, khác với hình 1.6d được
chế tạo để bao quanh mạch từ rotor và được từ hóa khi đã lắp vào mạch từ. Phân bố
nam châm hình cánh quạt như hình 1.6 e, có diện tích mặt nam châm lớn hơn so với
kiểu phân bố trên bề mặt cho nên sử dụng được những loại nam châm có tính từ
thấp như ferrite với dạng khối. Nhúng nam châm vào trong rotor như hình 1.6 f đảm
bảo máy hoạt động ổn định khi với tốc độ cao, tuy nhiên sẽ làm tăng từ trở khi từ
thông từ nam châm qua khe hở khơng khí, tạo ra sự nhấp nhơ mơ men lớn hơn.
1.4.

Đặc tính cơ của động cơ BLDC
Đặc tính cơ của động cơ BLDC giống đặc tính cơ của động cơ điện một

chiều thơng thường như hình 1.7. Tức là mối quan hệ giữa mơ men và tốc độ là các
đường tuyến tính nên rất thuận tiện trong quá trình điều khiển động cơ để truyền

động cho các cơ cấu khác. Vì vậy vùng điều chỉnh của động cơ có thể được mở
rộng hơn.

17
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh

h


18

Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Điện

Khoa

Hình 1- 7: Đồ thị đặc tính cơ

18
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh

h


19

Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Điện

Khoa

CHƯƠNG 2:
TÍNH
TỐN
THAM
SỐ
ĐỘNG
CƠ
2.1.

Thuật tốn thiết kế động cơ BLDC

19
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh

h


20

Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Điện

Khoa

Các thông số yêu cầu thiết kế động
cơ
Thiết kế kích thước cơ bản động
cơ

Thiết kế nam châm

Thiết kế dây quấn, rãnh stator

Tính tốn điện trở, điện cảm
Kiểm tra mật độ từ thông nam châm tại điểm làm
việc

Khơng đạt

Khơng đạt

Thuật tốn kiểm tra
(η, Eph, cosφ)

Đạt

Mơ phỏng phần mềm Ansys Maxwell
Hình 2- 1 Sơ đồ thuật tốn thiết kế động cơ

2.2.

Các thơng số hình học mạch từ và dây quấn
20

Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh

h


21

Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Điện

Khoa

Bảng 2- 1: Các thông số cố định
TT

Thông số

Ký hiệu

Đơn vị

Giá trị

1

Công suất định mức

Pn

W

250

2

Tốc độ định mức

Sr

rpm

2250

3

Nguồn DC lớn nhất

Umax

V

24

4

Cấp cách điện

F

0

C

155

5

Hiệu suất giả thiết

ηn

%

90

6

Mật độ dòng điện lớn nhất

Jmax

A/mm2

5

7

Chế độ làm việc

S

[S1-S10]

S1

8

Số pha

Nph

3

9

Số cực nam châm

Nm

8

10

Số rãnh của một pha

Nsp

Rãnh/ pha

4

11

Độ dài khe hở khơng khí

g

mm

0,3

12

Tổn thất lõi thép từ trường và tần số

p10(B, f)

W/Kg

0,8

[0.91-0.97]

0,93

Ω.m

1,72*10-8

13

Hệ số ép chặt, khối lượng riêng
mạch từ

kst

14

Điện trở suất dây quấn 200C

ρCu20

15

Nhiệt độ môi trường làm việc

T0

0

C

40

16

Nhiệt độ làm việc giả thiết

Tl

0

C

60

17

Hệ số sử dụng tiết diện rãnh

kcp

<0.50

0,42

18

Độ rộng miệng rãnh

ws

mm

3,5

19

Kiểu quấn dây

Xếp, bước ngắn

20

Kiểu bố trí nam châm

Bề mặt, cực ẩn

21

Kiểu rãnh stator

Hình quả lê

22

Dạng điều khiển

Phát xung 1200

2.2.1. Thiết kế tính tốn thơng số mạch từ
Bảng 2- 2: Thơng số tính tốn mạch từ

21
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh

h


22

Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Điện
TT

Thông số

Ký
hiệu

Khoa

Đơn vị

Công thức tính
ωm=Sr*

π
30

Kết quả

1

Vận tốc góc cơ

ωm

Rad/s

2

Vận tốc góc điện

ωe

Rad/s

ωe= ωm* Nm/2

1151,92

3

Sức điện động lớn nhất

Emax

V

Emax= Umax*0.615

14,75

4

Mô men định mức

Tn

N.m

Tn =Pn/ ωm

0,87

5

Tần số cơ

fm

Hz

fm = ωm/2π

45,83

6

Tần số điện

Fe

Hz

Fe = ωe/2π

183,33

7

Góc hình học/cực

θp

rad

θp =2π/ Nm

0,79

8

Hệ số điện cơ

Tra bảng

15

9

Hệ số thể tích lựa chọn

[0.6-3.0]

2,5

10 Đường kính trong stator

TRV kNm/m3
λ

287,98

Dis

mm

11 Độ dài bước cực

τ

mm

τ = π Dis/ Nm

14

12 Chiều dài mạch từ

l

mm

l= λ* τ

35

13 Hệ số carter lựa chọn

kc

Lựa chọn từ hình 2.11

1,1

14 Độ dài từ nam châm- stator

g’e

mm

g’e = kc*g

0,33

15 Đường kính ngồi rotor

Dro1

mm

Dro1= Dis-2g

35,05

16 Số rãnh stator

Ns

rãnh

Ns = Nsp* Nph

12

17 Số rãnh stator/pha/ cực

Nspp

int

Nspp = int(Nsp/Nm)

1

18 Tỉ số cuộn dây/ cực

αcp

int

αcp =int(Nspp)/ Nspp

2

19 Độ dài bước rãnh

τp

mm

τp = τ/ Nsp

3,5

20 Góc hình học bước rãnh

θs

rad

θs= 2π/ Ns

0,52

21 Số rãnh/ cực

Nsm

rãnh

Nsm= Nspp* Nph

1,5

22 Góc điện bước rãnh

θse

rad

θse = π/ Nsm

2,09

23 Hệ số PC lựa chọn

PC

24 Hệ số từ thẩm tương đối.

μrec

Dải giá trị [1-1,1]

1,1

25 Lựa chọn hệ số từ tản

fLKG

Dải giá trị [0,75-0,95]

0,8

lm =PC* fLKG*g’

2,09

26 Độ dày nam châm tính tốn

lm

Nhóm 2

35,65

8

mm

22

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh

h


23

Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Điện

27 Độ dày nam châm lựa chọn

lm1

28 Chọn hệ số phủ nam châm

km

29
30
31
32

Độ phủ dài nam châm tính
tốn
Độ phủ dài nam châm lựa
chọn
Hệ số phủ nam châm tính
tốn
Góc phủ hình học nam châm

Khoa

mm

2,1
0,65

lPM

mm

lPM1

mm

km1

lPM = km* τ

9,10
9,2

km1= lPM1/ τ

0,66

αPMm

rad

αPMm = km1* θp

0,52

33 Góc phủ điện nam châm

αPMe

rad

αPMe = αPMm*Nm/2

2,08

34 Độ dài từ stator -rotor

g”e

mm

g”e = g’e+ lPM1/ μrec

2,25

35 Hệ số từ tản tính tốn

fLKG

fLKG =2* km1/(1+ km1)

0,8

36 Hệ số PC tính tốn

Pc1

Pc = lPM1/( fLKG* g’e)

7,99

37 Hệ số carter tính tốn

kc

tính tốn

1,15

38 Sức từ động nam châm

FPM

A.m

FPM =Hl* lm1

252

39 Lực kháng từ thực tế

Fcj

A.m

Fcj =Hcj* lm1

1858,5

40 Đường kính gơng rotor

Dro2

mm

Dro2= Dro1-2* lm1

30,85

41 Từ trường khe hở khơng khí

Bg

T

42 Lực từ động khe hở

Fg

A.m

43 Hệ số bão hịa răng stator

kf

44 Từ thơng khe hở khơng khí

Φg

Wb

45 Bước quấn dây

y

rãnh

46 Góc hình học quấn dây

θc

rad

θc = 2π*y/ Ns

0,52

47 Độ dài bước quấn dây

τc

mm

τc= y* τ+10

24,00

0,67
Fg = Bg*g/μ0

211,98

[1.05-1.1]

1,05

Φg = Bg*π Dro1*l

2,58*10-3
1

23
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh

h


24

Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Điện

Khoa

48 Số mạch nhánh song song

a

49 Hệ số phân dây quấn rải

kd

0,966

50 Hệ số bước dây quấn

kq

0,87

51 Hệ số quấn dây

kw1

52 Số lớp dây quấn

ncl

int

53 Tổng số cuộn dây

nc

Bối

54 Số vòng dây của một pha

Wph

Vịng

55 Số vịng dây/ cuộn tính tốn

Ns

Vịng

56 Số vịng dây/ cuộn lựa chọn

Ns1

Vòng

57 Số vòng dây lựa chọn/ pha

Wph1

Vòng

Wph1= Ns1* Nsp

56

58 Số thanh dẫn trong một rãnh

ns

Thanh

ns =Ns1* ncl

28

59 Dòng điện trong thanh dẫn

Ic

A

10,12

60 Sức phản điện động

Eb

V

10,6

At

mm2

dc

mm

2,2

dc1

mm

2,2

64 Tiết diện thanh dẫn lựa chọn

Acs

mm2

4,08

65 Tổng tiết diện thanh dẫn/rãnh

Ac

mm2

Ac = Acs* Ws

14,28

66 Tiết diện hữu ích rãnh

ACu

mm2

Acu = kcp* Ac

6,0

61
62
63

Tiết diện tính tốn của thanh
dẫn
Đường kính thanh dẫn tính
tốn
Đường kính thanh dẫn lựa
chọn

int

1

kw1= kq* kd

0,84
2

nc = ncl* Ns/2

12
55,55

Ns = Wph/ Nsp

13,89
14

At = Ic/ Jmax

3,77

24
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh

h


25

Đồ án Thiết kế thiết bị điện
Điện

Khoa

67 Độ cao gông stator tính tốn

wbi

mm

5,5

68 Độ cao gơng stator lựa chọn

wbi1

mm

6

69 Chiều cao cổ rãnh lựa chọn

d1

mm

2

70 Bán kính vát cạnh đáy lớn

rs

mm

1

71 Độ rộng răng tính tốn

L

mm

72 Độ rộng răng lựa chọn

wtb1

mm

5,6

73 Độ rộng đáy nhỏ

wsb1

mm

6,65

74 Độ cao đáy nhỏ

d2

mm

wts =2* wbi1/ αcp

Lựa chọn

5,65

0,5

75 Độ rộng đáy lớn chưa vát góc. wsb2

mm

8,0

76 Độ cao của răng stator

d3

mm

6,5

77 Đường kính ngồi stator

Dso

mm

63,65

78 Lực từ động răng stator

Fst

A.m

79 Lực từ động gông stator

Fsy

A.m

28,03

80 Độ cao gơng rotor

Wbr

mm

7,5

81 Đường kính trục lớn nhất

Dri

mm

82 Đường kính trục lựa chọn

Dri1

mm

15

83 Độ cao gơng rotor tính tốn

Wbr1

mm

10

84 Lực từ động gơng rotor

Fsr

A.m

6,903

85 Tổng sức từ động tính toán

F∑

A.m

Fst = Hl* d3

Dri = Dro2 -2* wbr

F∑= Fsr+ Fsy + Fst + Fg
+ FPM

11,51

16,05

497,5

25
Nhóm 2

GVHD:TS. Nguyễn Việt Anh

h