Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đổi nguồn điện 1 pha thành 3 pha kiểu quay 1,0 HP sử dụng trong nông nghiệp, ngành chế biến gỗ

Bộ Công thơng
Tổng công ty thiết bị điện việt nam
Công ty cổ phần chế tạo máy điện
Việt nam hungary

************

Báo cáo tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài :

Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo
máy đổi nguồn điện 1 pha thµnh 3 pha
kiĨu quay 1,0 HP sư dơng trong nông nghiệp,
ngành chế biến gỗ
MÃ số: 245.08RD/HĐ-KHCN

7148
25/02/2009

Hà nội - 2008


Bộ Công thơng
Tổng công ty thiết bị điện việt nam
Công ty cổ phần chế tạo máy điện
Việt nam hungary

************

Báo cáo tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài :

Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo

máy đổi nguồn điện 1 pha thµnh 3 pha
kiĨu quay 1,0 HP sư dơng trong nông nghiệp,
ngành chế biến gỗ

Cơ quan chủ trì

Chủ nhiệm Đề tài

Bạch Đình Nguyên

Hà Đình Minh

Hà nội - 2008


mục lục
Lời nói đầu ........................................................................................................................................2
Phần I: Tham khảo mẫu sản phẩm và tính toán thiết kế....................................................................3
máy đổi nguồn 1pha thành 3pha........................................................................................................3
I. Tổng quan về máy đổi nguồn 1pha thành 3pha .........................................................................3
II. Tham khảo mẫu sản phẩm của nớc ngoài ...............................................................................4
III. Tính toán thiết kế máy đổi nguồn 1pha thành 3pha ................................................................4
Phần II: Quy trình Công nghệ chế tạo máy đổi nguồn 1pha thành 3pha.........................................17
I. Công nghệ chế tạo phần điện từ: ..............................................................................................17
II. Công nghệ chế tạo các chi tiết cơ khí và Quy trình lắp ráp ....................................................18
Phần III : Khảo nghiệm và đánh giá kết quả thử nghiệm ................................................................22
I. Kiểm tra xuất xởng.................................................................................................................22
II. Đặc tính kỹ thuật đạt đợc và số lợng sản phẩm máy đổi nguồn 1pha thành 3pha chế tạo thử
nghiệm.........................................................................................................................................23
Kết luận và kiến nghị.......................................................................................................................24

Phụ lục 1: Tài liệu tham khảo..........................................................................................................25
Phụ lục 2: Các bản vẽ thiết kế máy đổi nguồn 1pha thành 3pha .....................................................26

1


Lời nói đầu
Ngày nay cùng với sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá của đất nớc, các
ngành công nghiệp nói chung, ngành sản xuất máy điện nói riêng, không ngừng
nghiên cứu chế tạo sản phẩm mới, nhằm đáp ứng nhu cầu trong nớc thay thế hàng
nhập ngoại. Máy đổi nguồn 1pha thành 3pha là một trong những sản phẩm mới
đợc phát triển trớc mắt nhằm phục vụ cho nhu cầu trong nớc
Máy đổi nguồn 1pha thành 3pha là loại động cơ điện không đồng bộ 3 pha rôto
lồng sóc. Nhng đợc thiết kế để làm việc ở chế độ c¶m øng tõ tr−êng quay(c¶m øng
ra pha thø 3 dùa trên từ trờng quay của bộ dây động cơ 3pha, với nguồn vào một
pha). Đại lợng điện áp ở đầu ra phụ thuộc vào điện áp nguồn cấp, tải ở đầu ra và
quan trọng hơn là việc phối hợp trở kháng của bộ đổi nguồn. Đặc điểm nổi bật của
máy đổi nguồn 1pha thành 3pha là loại máy điện đợc sử dụng ở những nơi có nhu
cầu sử dụng nguồn điện áp 3 pha trong các máy gia công cắt gọt kim loại CNC, máy
xay xát trong nông nghiệp, chế biến gỗ ở các vùng xa xôi hẻo lánh, v.v... mà không
có sẵn nguồn điện 3pha
Với năng lực sẵn có, Công ty VIHEM đà chủ động khảo sát, nghiên cứu thiết kế
máy đổi nguồn 1pha thành 3pha và đà đợc Bộ Công Thơng giao cho thực hiện đề
tài cấp Bộ: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đổi nguồn ®iƯn 1 pha thµnh 3 pha
kiĨu quay(Rotary phase converter) 1,0 HP sử dụng trong nông nghiệp, ngành chế
biến gỗ nhằm đa dạng hoá chủng loại sản phẩm, thay thế hàng nhập ngoại. Nội
dung đề tài gồm các phần sau:
Phần I:
Tham khảo mẫu sản phẩm và tính toán thiết kế máy đổi nguồn 1pha
thành 3pha

Phần II: Quy trình công nghệ chế tạo máy đổi nguồn 1pha thành 3pha
Phần III: Khảo nghiệm và đánh giá kết quả thử nghiệm
Kết luận
Phụ lục1:

Tài liệu tham khảo

Phụ lục2:

Các bản vẽ thiết kế máy đổi nguồn 1pha thµnh 3pha

2


Phần I: Tham khảo mẫu sản phẩm và tính toán thiết kế
máy đổi nguồn 1pha thành 3pha
I. Tổng quan về máy đổi nguồn 1pha thành 3pha
Hiện nay, trên thế giới máy đổi nguồn 1pha thành 3pha đợc phân làm 2loại chính:
máy đổi nguồn 1pha thành 3pha kiểu quay và máy đổi nguồn 3pha kiểu tĩnh.
Máy đổi nguồn 1pha thành 3pha kiểu tĩnh đợc thiết kế làm việc gần giống với bộ
biến tần, nó làm việc theo nguyên lý: chỉnh lu nguồn điện xoay chiều 1pha thành nguồn
điện 1 chiều rồi dùng bộ nghịch lu bán dẫn nghịch lu từ nguồn một chiều thành nguồn
xoay chiều 3pha. Ưu điểm của bộ ®ỉi ngn 1pha thµnh 3pha kiĨu tÜnh lµ nã lµm việc đợc
với dải nguồn điện áp rộng từ 180Vac đến 250Vac 1pha. Nhng nhợc điểm của bộ biến
đổi kiểu tĩnh là dạng điện áp đầu ra xung chữ nhật(xung điều chế PWM) dễ gây quá điện
áp cục bộ trên tải, bộ biến đổi tĩnh là thiết bị điện tử nên giá thành rất cao(gần bằng giá bộ
biến tần cùng công suất)
Máy đổi nguồn 1pha thành 3pha kiểu quay: theo nguyên lý máy điện: khi có hệ
thống dòng điện 3 pha chạy qua bộ dây đặt lệch nhau 1200 trong không gian thì tạo thành
từ trờng quay(nguyên lý động cơ điện 3 pha) và khi có từ trờng quay có đờng sức từ

quét ngang các thanh dẫn của bộ dây bố trí lệch nhau 1200 trong không gian thì tạo thành
hệ thống dòng điện 3 pha lệch nhau 1200 về thời gian(nguyên lý của máy phát 3pha). Với
máy đổi nguồn 1pha thành 3pha kiểu quay làm nhiệm vụ phát ra 3pha từ nguồn 1pha,
máy đổi nguồn này làm việc ở chế độ: dây quấn 2 pha nối với nguồn 1pha làm việc nh
dây quấn động cơ và dòng điện chạy qua 2 dây quấn này làm quay trục của máy đổi
nguồn(trục máy đổi nguồn không mang tải cơ khí nh dộng cơ) , dây quấn pha thứ 3 làm
nhiệm vụ phát ra pha thứ 3 tạo thành 3pha đầu ra cấp điện cho tải 3pha: tải 3pha thông
thờng là động cơ 3pha, cũng có thể là thiết bị điện khác nh máy hàn,v.v,...
Cấu trúc chính của máy đổi nguồn 1pha thành 3pha là động cơ không đồng bộ rôto lồng
sóc làm nhiệm vụ phát ra 3pha tạm gọi là động cơ phát và hệ tụ điện làm nhiệm vụ
kích cho động cơ phát quay, tạo ra sự lệch pha ở đầu ra khi động cơ phát quay và để cân
bằng điện áp 3pha (xem hình 1)
Sau đây ta xét nguyên lý làm việc của máy đổi nguồn 1pha thành 3pha nh sau: Khi dây
quấn của pha A và B nối với nguồn điện 1pha 220V thì có dòng điện chạy qua, nhờ có tụ
điện C13 và C23 và Ckđ mà dòng điện chạy qua dây quấn pha A và dây quấn pha B cã sù
3


lệch pha, kết quả là tạo ra từ trờng quay ở khe hở không khí giữa Stato và Rôto làm quay
rôto của động cơ phát. Từ trờng quay này sinh ra trong ba pha dây quấn của stato hệ
thống dòng ®iƯn c¶m øng 3pha lƯch pha nhau víi ®iỊu kiƯn lý tởng là 1200, nhng do có
sự phối hợp các thành phần trở kháng giữa 3pha dây quấn nên sai lệch dòng điện và điện
áp giữa các pha trên tải với sai số 10% là chấp nhận đợc

Hình1- Sơ đồ đấu dây của máy đổi nguồn 1pha thành 3pha
II. Tham khảo mẫu sản phẩm của nớc ngoài
Trớc khi triển khai tính toán thiết kế chế tạo, chúng tôi đà tham khảo các sản phẩm
của nớc ngoài(các hÃng TEMCo; Boost Energy Systems; v.v,... ) và nghiên cứu các tài
liệu, các bài viết về bộ đổi nguồn 1pha thành 3pha của các tác giả trên thế giới nh tác giả:
Rick Christopherson; Jim Hanrahan và tính toán , hiệu chỉnh thiết kế dựa trên đặc

tính sản phẩm động cơ điện do VIHEM chế tạo và những kinh nghiệm quý báu của các
nhà khoa học Quốc tế đà chia sẻ trên Internet. Sau khi tham khảo một vài kiểu dáng sản
phẩm của một số hÃng. Chúng tôi quyết định chọn thiết kế máy đổi nguồn 1pha thành
3pha dựa theo mẫu của MTxxx chế tạo vì kết cấu đơn giản, công nghệ chế tạo phù hợp với
dây chuyền sản suất hiện có của Công ty

III. Tính toán thiết kế máy đổi nguồn 1pha thành 3pha
A. Tính toán thiết kế Phần điện từ cho động cơ phát
ã

Yêu cầu của phần thiết kế điện từ:

Tính toán thiết kế máy đổi nguồn 1pha thành 3pha phải đáp ứng đợc các yêu cầu kỹ thuật
dới đây:
4


Công suất máy đổi nguồn định mức P : 0,75 (kW)
Tần số nguồn điện

f:

50 (Hz).

Điện áp nguồn 1 pha

U1: 220 (V).

Điện áp ra 3pha

U2 : 220 10%

Cấp bảo vệ:

IP44

Cấp cách điện:

F

Từ các yêu cầu trên, việc tính toán thiết kế điện từ máy đổi nguồn 1pha thành 3pha đợc
thực hiƯn theo c¸c b−íc nh− sau:
1- KÝch th−íc chđ u
Sè đôi cực: p =2
Đờng kính ngoài stato Dn:
Với chiều cao tâm trục h= 90 mm theo bảng 10.3 sách Thiết kế máy điện Trần Khánh
Hà (STKMĐ). Sơ bộ chọn đờng kính ngoài Dn = 132mm.
Đờng kính trong stato D:
Dn= (1,55 ÷ 1,66).D víi 2p =4.
Chän kD=1,65
D = Dn/kD = 132/1,65 = 80 mm
Công suất tính toán:
P' =

KE * P
0,97 * 0,75
=
= 1,36kVA
η * cos ϕ 0,72 * 0,74

ChiỊu dµi tÝnh toán của lõi sắt stato l:
Sơ bộ chọn hệ số cung cùc tõ αδ=0,67; hƯ sè b·o hßa kz=1,1; hƯ sè sãng ks=1,11; hƯ sè
d©y qn kd1=0,933; D=8 (cm); tèc độ từ trờng n=1500 (vg/ph).Trị số A, B đợc chọn
theo kinh nghiệm thiết kế tải đờng Ar= (240 A/cm); B=0,8 (T)
lδ =

6,1 * 10 7 * S
= 6,5(cm)
α δ * k s * k d 1 * A * Bδ * D 2 * n

Chän lδ =6,5 (cm), lâi s¾t làm thành khối. Sử dụng tôn silíc 2212 dày =0,5 mm của Nga.
2- Dây quấn, rnh stato và khe hở kh«ng khÝ
B−íc cùc Stato τ:
5


τ=

πD

=

2p

π *8
4

= 6,2832(cm)

Chän sè r∙nh cđa 1 pha d−íi mét cùc q1.

Chän q1=3 sè r·nh stato Z1= 2pmq1=2*2*3*3=36 r·nh
Chän t¶i ®−êng A=240 (A/cm)
2 * m * W faS * I 1dm

A=

⇒ W faS =

π *D

A *π * D
240 * π * 8
=
= 456,727(vg )
2 * m * I 1dm
2 * 3 * 2,2

Kiểu dây quấn:
Chọn dây quấn đồng tâm 2 líp cã b−íc lång y = 1÷7 ;9 ;11(8/9) ;
W *a
2 * WS
456,727 * 1
⇒ WS = faS 1 =
= 38,06 ≈ 38 (vg)
a1
p1 * q1 * 2
2*3* 2

W faS = p1 * q1 *

tÝnh l¹i WfaS :

W faS = p1 * q1 *

2 * WS
2 * 38
= 2 *3*
= 456(vg )
a1
1

Với dây quấn hai lớp bớc ngắn y = 8
βS =

y 8
= = 0,889
τ 9

- HƯ sè d©y qn stato kdqS:
π
8 π
k y S = sin( β S * ) = sin( * ) = 0,985 ;
2
9 2

+ HÖ số bớc ngắn

k rS

+ Hệ số bớc rải

S
20
sin 3
0
0
2 =
2 = 0,96 ; α = p1 360 = 2 * 360 = 20 0
=
S
α
20
z1
36
q S sin S 3 sin
2
2
sin q S

kdqS=kyS*krS = 0,985*0,96 = 0,9452
Bớc răng stato t1:
t1 =

.D
Z1

=

*8
36

= 0,698(cm)

Tõ th«ng khe hë kh«ng khÝ Φ:
Φ=

k E *U 1
0,97 * 220
=
= 2,2307186 * 10 −3 (Wb)
4 * k s * k dqs * f1 * W fas 4 * 1,11 * 0,945 * 50 * 456

MËt ®é tõ th«ng khe hë kh«ng khÝ Bδ :

6


Bδ =

Φ * 10 4
2,2307186 * 10 4 * 10 −3
=
= 0,8152(T )
αδ *τ 1 * l δ
0,67 * 6,2832 * 6,5

Sơ bộ định chiều rộng răng Stato:
b z1 =

B * lδ * t1 0,8152 * 0,698

=
= 0,363(cm)
B z1 * l * k c
1,6 * 0,98

Với động cơ công st nhá th× theo kinh nghiƯm ta chän Bz1=1,6 (T)

2,2307186 * 10 −3 * 10 4
Φ * 10 4
=
= 1,251(cm)
2 *B g1 *lδ * k c
2 * 1,4 * 6,5 * 0,98

9,5

hg1 =

Chọn mật độ từ cảm trên gông Bg1=1,4 (T)

3,7
0,2

Kích thớc rnh stato:
Hình dạng và kích thớc rÃnh stato (Hình bên)

2
RÃnh Stato

hr1=14,2mm ; h12=9,5 mm

R1 = 1,85 mm ; b41 =2,0 mm
R2 = 2,65 mm ; h41 =0,2 mm
KiÓm tra hệ số lấp đầy rnh stato klđS:
- Tổng diện tÝch r·nh stato:
R 12 * π

π * R 22

R1 + R 2
* h12 + h41 * b41
2
2
1
1,85 2 * π 2,65 2 * π 1,85 + 2,65
=
+
+
* 9,5 + 0,2 * 2 = 59,55( mm 2 )
2
2
1
S rS =

+

+

- Chän dây Stato: dây 1sợi 0,6(scuS1 = 0,2826 mm2)
Diện tích dây ®ång trong r·nh stato:
ScuS=scuS1 *urS = 0,2826*38*2 = 21,48 (mm2)

⇒ Hệ số lấp đầy k ld S =

S cu S 21,48
=
= 0,36 đảm bảo lồng dây không chắt quá
S rS
59,55

Bề rộng răng stato :
bz' 1 =
bz''1 =

( D + 2h41 + d1 )
Z1

π ( D + 2 hr 1 − d 2 )
Z1

− d1 =
− d2 =

π (80 + 2 * 0,2 + 3,7)
36

− 3,7 = 3,635(mm)

π (80 + 2 * 14,2 5,3)
36

7

5,3 = 3,693(mm)

14,2

5,3

Sơ bộ định chiỊu cao g«ng stato hg1:


btb1 =

b z' 1 + b z"1 3,635 + 3,693
=
= 3,644(mm)
2
2

ChiỊu cao g«ng stato :
hg1 =

Dn − D
1
132 − 80
1
− hr 1 + d 2 =
− 14,2 + 5,3 = 12,68(mm) = 1,268(cm)
2
6
2

6

Khe hë kh«ng khÝ δ:
δ = 0,25 + D.10 −3 = 0,25 + 80 *10 −3 = 0,33(mm) ;

Chän khe hë kh«ng khÝ δ = 0,3 mm = 0,03 cm
3- Dây quấn, rnh và gông rôto
Chọn số rnh cđa 1 pha d−íi mét cùc q2
Chän sè r·nh r«to Z2= 2pmq2 = 28 r·nh --> q2 = 2,333
Trong ®ã: m số pha m =3;
2p là số cực 2p=4;
Đờng kính ngoài rôto:
D=D - 2=80 - 2*0,3=79,4 mm =7,94cm
Bớc răng rôto t2:
t2 =

.D '
Z2

=

* 79,4
28

= 0,8904(cm)

Sơ bộ định chiều rộng răng rôto:
bz 2 =

B * l * t 2

0,8152 * 0,8904
=
= 0,463(cm)
B z 2 * lδ * k c
1,6 * 0,98

Chọn Bz2=1,6 (T)
Đờng kính trục rôto:
Dt=0,31*D = 0,31*80 =24,8 mm chọn đờng kính trục 25 (mm)
Tính toán dòng ®iƯn trong thanh dÉn r«to:
I td = I 2 = K I * I 1 *

6 * W faS * K dqS
Z2

= 0,57 * 2,2 *

6 * 456 * 0,945
= 115,79( A)
28

- Chọn thanh dẫn nhôm có mật độ: JR = 3,5 (A/mm2), tra KI = 0,57
- TiÕt diÖn thanh dÉn S R =

I R 115,79
=
= 33(mm 2 )
jR
3,5
8

Tính toán dòng điện trong vành chập rôto:
1

IV = I td

2 * sin

π*p

1

= 115,79

2 * sin

Z2

π *2

= 260,18( A)

28

chän mËt ®é vµnh chËp JV = 1,5 (A/mm2) ta cã Sv = Iv/Jv = 260,18/1,5 = 173 mm2
Sv = avc x bvc = (18)x(13,5) = 243 (mm2) --> Jvc = Iv/Sv = 260,18/243 = 1,07 (A/mm2)
KÝch th−íc r∙nh r«to:
hr2 = 12,25 mm ; h12=9 mm
d1 =3,9 mm ; b42 =1 mm

d2 =1,8 mm ; h42 =0,4mm
Bề rộng răng rôto:

bz'' 2 =

( D ' − d1 − 2h42 )
Z2

− d1 =

π ( D ' − 2 * hr 2 + d 2 )
Z2

π (79,4 − 3,9 − 2 * 0,4)

− d2 =

28

− 3,9 = 4,48(mm)

π (79,4 − 2 *12,25 + 1,8)
28

− 1,8 = 4,56(mm)

bz' 2 + bz" 2 4,48 + 4,56
=
= 4,52(mm)
2

2

btb 2 =

1

0,4

bz' 2 =

- Tỉng diƯn tÝch r·nh r«to:

ChiỊu cao g«ng r«to:
D − Dt
1
79,4 − 25
1
− hr 2 + d 2 =
− 12,25 + * 1,8 = 15,25mm
2
6
2
6

HÖ sè khe hë kh«ng khÝ:

ν1 =

t1

t1 − ν 1 * δ

=

1,8

R·nh rôto

'

4- Tính toán mạch từ

k 1 =

9

d + d2
+
+ 1
* h12 + h42 * b42
S rS =
8
8
2
3,9 2 * π 1,8 2 * π 3,9 + 1,8
=
+
+
* 9 + 0,4 * 1 = 33,29 ( mm 2 )
8

8
2

hg 2 =

3,9

π * d 22

12,25

d 12 * π

0,698
= 1,196
0,698 − 3,81 * 0,03

(b41 / δ ) 2
(2,0 / 0,3) 2
=
= 3,81
5 + b41 / δ 5 + 2,0 / 0.3

9


kδ 2 =

ν2 =

t2

t 2 −ν 2 * δ

=

0,8904
= 1,047
0,8904 − 1,333 * 0,03

(b42 / δ ) 2
(1,0 / 0,3) 2
=
= 1,333
5 + b42 / δ 5 + 1,0 / 0.3

k = k1*k2 = 1,196*1,047 =1,252
Lá tôn dùng thép kỹ thuật điện ký hiệu 2212:
Sức từ động khe hở không khí:
F = 1,6*B*k**104 = 1,6* 0,8152*1,252*0,03*104= 489,903(A)
Mật độ từ thông ở răng stato:
BZ 1 =

B * l * t1
0,8152 * 0,698
=
= 1,593(T )
btb1 * lδ * k c
0,3644 * 0,98

C−êng độ từ trờng trên răng stato theo bảng V-6 ở phụ lục V (STKMĐ):
Hz1 = 14,22(A/cm)
Sức từ động trên răng stato:
Fz1 = 2hz1*Hz1= 2*1,243*14,22 = 35,35(A)
hz1 = hr1 −

d2
5,3
= 14,2
= 12,43mm = 1,243cm
3
3

Mật độ từ thông ở răng rôto:
Bz 2 =

Bδ * lδ * t 2
0,8152 * 0,8904
=
= 1,639(T )
btb 2 * lδ * k c
0,452 * 0,98

C−êng ®é từ trờng trên răng rôto theo bảng V-6 ở phụ lục V (STKMĐ):
Hz2 = 16,05 (A/cm)
Sức từ động trên răng r«to:
Fz2 = 2hz2*Hz2=2*1,125*16,05 = 36,11 (A)
hz 2 = hr 2 − h42 −

d2

1,8
= 12,25 − 0,4 −
= 11,25mm = 1,125cm
3
3

HÖ số bo hòa răng kz :
kz =

F + Fz1 + FZ 2 489,903 + 35,35 + 36,11
=
= 1,146
F
489,903

Trị số này gần đúng với trị số giả thiết ban đầu nên không cần tính lại
Mật độ từ thông trên gông stato:
10


Φ * 10 4
2,2307186 * 10 −3 * 10 4
=
= 1,381(T )
2 * h g 1 * lδ * k c
2 * 1,268 * 6,5 * 0,98

B g1 =

C−êng ®é từ trờng trên răng stato theo bảng V-9 ở phụ lục V (STKMĐ):

Hg1 = 6,197(A/cm)
Chiều dài mạch từ ở gông stato:
π ( Dn − hg 1 )

L g1 =

2p

=

π (13,2 1,268)
4

= 9,367cm

Sức từ động trên gông stato:
Fg1 = Lg1*Hg1=9,367*6,197= 58,04(A)
Mật độ từ thông trên gông rôto:
Bg 2 =

* 10 4
2,2307186 * 10 −3 * 10 4
=
= 1,148(T )
2 * h g 2 * lδ * k c
2 * 1,525 * 6,5 * 0,98

Cờng độ từ trờng trên răng stato theo bảng V-9 ở phụ lục V (STKMĐ):
Hg2 = 3,65 (A/cm).
Chiều dài mạch từ ở gông Rôto:

Lg 2 =

( Dt + hg 2 )
2p

=

π (2,5 + 1,525)
4

= 3,16cm

Søc từ động trên gông Rôto:
Fg2 = Lg2*Hg2=3,16*3,65 = 11,53 (A)
Tổng sức từ động của mạch từ:
F = F + FZ1+FZ2+Fg1+Fg2=489,903 + 35,35 + 36,11+ 58,04+ 11,53 = 630,933 (A)
HÖ sè bo hòa toàn mạch:
kà =

F 630,933
=
= 1,288
F
489,903

Dòng điện từ hóa :
I µ=

p * F∑
2 * 630,933

=
= 1,09( A)
2,7 * w faS * k dqS 2,7 * 456 * 0,945

5- tham số ở chế độ định mức
Chiều dài phần đầu nối của dây quấn stato:
lđ1 = kđ1*y + 2B = 1,3*6,57 + 2*1,5 = 11,54 (cm)
11


- k®1 - hƯ sè kinh nghiƯm
- B =1,5 cm phần thẳng bin dây kéo dài ra ngoài lõi thÐp
Trong ®ã: τ y =

π ( D + hr1 ) * y
Z1

=

π (80 + 14,2) * 8
36

= 65,7(mm) = 6,57(cm)

ChiÒu dài trung bình nửa vòng dây của dây quấn stato::
ltb = lδ + l®1 = 6,5 + 11,54 = 18,04 (cm)
Chiều dài dây quấn một pha của stato:
L1 = 2*ltb*W1*10-2 = 2*18,04*456*10-2 = 164,525 (m)
Điện trở tác dụng của dây quÊn stato:
r1 = ρ 75

L1
1
164,525
=
*
= 12,66(Ω)
n1 * a1 * s1 46 1 * 1 * 0,2826

Điện trở của dây quấn stato tính theo đơn vị tơng đối:
r1* = r1

I1
3,8
= 12,66
= 0,1546
U1
220 * 2

Điện trở tác dụng của dây quấn rôto:
rtd = ρ AL

l 2 * 10 −2
1 6,5 * 10 2
=
*
= 8,4893 * 10 5 ()
Sr2
23
33,29

Điện trở tác dụng vành chËp r«to:
rv = ρ AL

π * Dv *10 −2
Z 2 * Sv

=

1 π * 6 * 0,01
*
= 1,2045 * 10 6 ()
23 28 * 18 * 13,5

Điện trở rôto:
r2 = rtd +

2 * rv
2 * 1,2045 * 10 −6
= 8,4893 * 10 −5 +
= 9,706 * 10 −5 (Ω)
∆2
0,44504 2

∆ = 2 * sin

π*p
Z2

= 2 * sin

π *2
28

= 0,44504

HÖ sè quy ®ỉi:
γ =

4 * m * (W faS * k dqS ) 2
Z2

=

4 * 3 * (456 * 0,945) 2
= 79582,306
28

Điện trở rôto quy đổi về Stato:
r2 = * r2 = 79582,306 * 9,706 *10 −5 = 7,724(Ω)
'

12


HƯ sè tõ dÉn t¶n r∙nh stato:
λ r1 =

h1
b

h
h
'
k β + (0,785 − 41 + 2 + 41 )k β
3b
2b
b b 41

λ r1 =

13,35
2,0
0,45 0,2
0,94 + (0,785 −
+
+
)0,92 = 1,508
3 * 5,3
2 * 5,3 5,3 2,0
1+ 3

8
9 = 0,92

'
kβ =

1 + 3β
=
4

'
kβ =

1 3 ' 1 3
+ k β = + 0,92 = 0,94 ; h2 = 0,45; h41=0,2
4 4
4 4

4

; h1=14,2-0,2-0,2-0,45 = 13,35; b=5,3 ; b41=2,0

HÖ sè tõ dÉn tản tạp rnh stato:
t1 = 0,9

t1 * (q1 * k dqS ) 2 * ρ t 2 * k t1 * σ t1

δ * kδ

= 0,9

0,698 * (3 * 0,945) 2 * 0,93 * 0,937 * 1,11 * 10 −2
= 1,3
0,03 * 1,252

kt1 = 0,937
Hệ số từ tản phần đầu nèi:
λ d 1 = 0,34 *

∑λ

1

q1
3
8
* (l d 1 + 0,64 * β * τ ) = 0,34 *
* (11,54 − 0,64 * * 6,2832) = 1,25
lδ
6,5
9

=λ r1 + λt1 + λ d = 1,508 + 1,3 + 1,25 = 4,058

Điện kháng dây quấn stato :
x1 = 0,158 *

w faS 2 lδ
f1
*(
) *
pq1
100 100

∑ λ1 = 0,158 *

2

50 ⎛ 456 ⎞

6,5
*⎜
* 4,058 = 7,22(Ω)
⎟ *
100 ⎝ 100 ⎠ 2 * 3

Hệ số từ dẫn tản rnh rôto:
h
b h
* b2 2
λr 2 = ⎢ 1 (1 −
) + 0,66 − 4 ⎥ + 4
8 * Sr
2 * b ⎦ b4
⎣3* b
⎡ 10,62
π *1,8 2 2
1 ⎤ 0,4
=⎢
(1 −
) + 0,66 −
= 2,201
⎥+
8 * 33,29
2 * 1,8 ⎦ 1
⎣ 3 * 1,8
h1=9+0,9*1,8 = 10,62 mm; b = 1,8 mm ; b42 =1,0 mm; h42=0,4
DiƯn tÝch r·nh r«to SrR = 33,29 mm2

Hệ số từ dẫn tản tạp rôto:

t 2 = 0,9

t 2 * (q 2 * k dq 2 ) 2 * ρ t 2 * k 42 * σ 2

* k

= 0,9

Hệ số từ dẫn tản phần đầu nèi r«to :
13

0,8904 * (

28 2
) * 1 * 1 * 1,68 * 10 − 2
3* 4
= 1,952
0,03 * 1,252


λđ 2 =

2,3 * Dv
4,7 Dv
2,3 * 6
4,7 * 6
lg
lg
=
= 0,3051

2
2
a + 2 * b 28 * 6,5 * 0,44504
1,8 + 2 * 1,35
Z 2 lδ ∆

Dtrv = 42; Dnv = 78 --> Dv = (42+78)/2 = 60 mm
a=18 mm; b = 13,5 mm ;

Hệ số từ tản rnh nghiêng r«to :
λ rn = 0,5 * λt 2 * (

bn 2
0,698 2
) = 0,5 * 1,952 * (
) = 0,6
t2
0,8904

HÖ số từ tản phần đầu nối:



2

= r 2 + t 2 + λ d 2 + λ rn = 2,201 + 1,952 + 0,3051 + 0,6 = 5,0581

Điện kháng rôto :
x 2 = 7,9 * f 1 * lδ * (∑ λ 2 ) * 10 −8 = 7,9 * 50 * 6,5 * 5,0581 * 10 −8 = 1,298667 * 10 4 ()

Điện kháng rôto quy đổi :
x 2 = γx 2 = 79582,306 * 1,298667 * 10 −4 = 10,335()
'

Tính lại kE :
kE =

U 1 I à * x1
U1

=

220 1,09 * 7,22
= 0,9642
220

Trị số này không sai khác so với trị số ban đầu 0,6% nên không cần tính lại
Tính điện kháng hỗ cảm:
x12 =

U 1 I à x1
Ià

=

220 1,09 * 7,22
= 194,615()
1,09

B-Tính toán tơ ®iƯn cho bé ®ỉi ngn:

Theo Rick Christopherson ta lùa chọn tụ điện lần lợt nh sau:
C13 = 4 ữ5 lần công suất máy tính bằng mà lực(1HP = 0,75 kW)
C23 = 10 ữ15 lần công suất máy tính bằng HP
Ckđ = 40 ữ100 lần công suất máy tính bằng HP
ở đây máy đổi nguồn có công suất 0,75 kW = 1HP do vËy s¬ bé ta chän C13 = 4 đến
5àF, C23 = 10 đến 15àF và tụ khởi ®éng Ck® = 40 ®Õn 100µF

14


Theo tác giả Jim Hanrahan chọn C13 bằng 25 đến 30 microfarads cho 1HP công suất.
Với động cơ 0,75kW(1HP) do VIHEM chế tạo tính toán chọn tụ điện theo kinh nghiệm
theo điện kháng tơng đơng của động cơ phát, ở đây điện kháng tơng đơng của mạch
điện thay thế của máy điện không đồng bộ là xtđ = 0.5*(x12 + x1) = 0,5*(194,615+7,22) =
0.5*201,835 = 100,9175 (), vậy để tạo ra sự lệch pha giữa các pha dây quấn ta chän
xC13 = xtd => C13 = 32 µF, tơ C23 = 40 µF

15


Bảng kết quả tính toán thiết kế điện từ máy đổi nguồn 1pha thành 3pha 1HP:
Kích thớc cơ bản

Thông số dây quấn
: 0,6

Đờng kính ngoài Stato Dn= 132 mm

Dây quấn Stato

Đờng kính trong Stato D = 80 mm

Số vòng dây 1 bin Ws =38 Vòng

Chiều dài lõi thép

Lfe= 65 mm

Dây qn 2 líp b−íc lång :

Sè r·nh Stato/R«to

Z1/ Z2 = 36/28

y = 1 ữ 7; 9; 11;

Khe hở không khí

= 0,3 mm

Số mạch nhánh song song a=1
Tụ điện:
C13 = 32àF/400Vac; C23 = 40àF/400Vac;

Kích thớc rÃnh Stato và Rôto

1

3,9
9

12,25

14,2

9,5

5,3

0,4

Ckđ = 150àF/250Vac

0,2

3,7
1,8

2
RÃnh Stato

RÃnh Rôto

16


Phần II: Quy trình Công nghệ chế tạo máy đổi nguồn 1pha
thành 3pha
Quy trình chủ yếu sản xuất máy đổi nguồn 1pha thành 3pha đợc thể hiện trong bảng 2-1:
Bảng 2-1

Các quá trình công nghệ gia công Chi tiết hoặc nhóm chi tiết chế tạo hoặc gia công
- Đúc gang có độ bền cao hoặc
gang xám.

- Thân, nắp, nắp mỡ, thân nắp hộp cực động cơ
phát 3pha.

- Dập nguội.

- Lá tôn stato, rôto, nắp che quạt gió.

- Gia công cắt gọt cơ khí.

- Thân, nắp, nắp mỡ, thân nắp hộp cực, thân nắp

- Công nghệ chế tạo bối dây, gia

hộp bánh vít-trục vít, trục, bánh vít, trục vít, v v...

công vật nối mềm và cứng.

- Quấn, bọc cách điện bối dây và cuộn dây, tẩm

- Chế tạo các chi tiết cách điện.

cách điện và ép bối dây, hàn đấu dây.

- Sơn chống gỉ .

- Cắt gọt nêm rÃnh, giấy cách điện.

- Các chi tiết: Thân, nắp, nắp mỡ, hộp cực, rôto,

- Lắp ráp .

lòng trong stato v. v...
- Lắp ráp cụm chi tiết và lắp ráp hoàn chỉnh máy

- Sơn trang trí.

đổi nguồn 1pha thành 3pha.

I. Công nghệ chế tạo phần điện từ:
Phần điện từ trong động cơ phát của máy đổi nguồn 1pha thành 3pha bao gồm: lá tôn
stato, lá tôn rôto, lõi thép stato, lõi thép rôto, bối dây stato. Nói chung các bớc công nghệ
chế tạo điện từ của máy đổi nguồn 1pha thành 3pha gồm các bớc:
1. Công nghệ chế tạo lá tôn:
- Vật liệu: tôn silíc của Nga 2212, =0,5 mm
- Các lá tôn đợc dập nguội trên máy dập SD63 lực dập phù hợp đảm bảo tôn ít bị biến
dạng, khuôn dập đợc chế tạo trên máy CNC có độ chính xác cao để giảm độ ba via.
2. Công nghệ ép lõi thép:
Quy trình công nghệ ép lõi thép của máy đổi nguồn 1pha thành 3pha đợc ép đúng kích
thớc thiết kế, đạt hệ số ép chặt kc= 0,98 và đợc hÃm giữ bằng gông ép.
3. Công nghệ chế tạo bối dây stato, rôto:

17


Bối dây stato và của rôto của máy đổi nguồn 1pha thành 3pha chế tạo đảm bảo đúng
tiết diện dây, số sợi chập và số vòng:
- Dây quấn stato là dây đồng cách điện cấp F, ký hiệu: PEW của Hàn Quốc.

- Bin dây đợc quấn trên máy quấn dây chuyên dùng có hệ thống đếm số vòng dây tự
động.
4. Lồng đấu bối dây vào stato và rôto:
- Lót cách điện rÃnh stato và rôto bằng bìa cách điện cấp F.
- Lồng bin dây vào rÃnh.
- Lót cách điện giữa các tổ bối dây, giữa các pha bằng bìa cách điện cấp F.
- Nêm miệng rÃnh bằng Téctôlít thuỷ tinh.
- Hàn đấu các tổ bối dây trên máy hàn chuyên dùng.
- Cách điện các mối nối bằng gen sợi thuỷ tinh tẩm sơn cách điện.
- Đầu bin dây đợc băng cách điện thuỷ tinh.
- Kiểm tra cách điện pha-pha, pha-vỏ b»ng m¸y H2 CPS.
- Thư cao ¸p b»ng m¸y thư cao áp HS 0110, điện áp thử 1500 V.
5. Sấy stato, rôto lồng dây:
- Sấy mộc cụm stato, rôto lồng dây.
Tẩm sơn cách điện bằng sơn (SPV128) của Hàn Quốc, sấy cụm stato, rôto lồng dây trong
lò sấy tuần hoàn SZLB 112.
6. ép stato lồng dây vào thân.
7. Kiểm tra cao áp và đo điện trở một chiều của máy đổi nguồn 1pha thành 3pha.

II. Công nghệ chế tạo các chi tiết cơ khí và Quy trình lắp
ráp
1. Công nghệ chế tạo thân máy đổi nguồn 1pha thành 3pha (Hình 1):
Thân động cơ phát và hộp chứa máy đổi nguồn là bộ phận cơ bản nhất quyết định hình
dáng bên ngoài và độ bền kết cấu, bởi vậy thân máy phải đạt đợc các yêu cầu:
-

Đối với thân đợc chế tạo bằng phơng pháp đúc phải có hệ thống rót đảm bảo dẫn kim
loại vào khuôn êm.

-

Kết cấu của thân phải đảm bảo các chỗ chuyển tiếp từ thành dày sang thành mỏng
không đột ngột vì khi nguội đi sẽ gây ra ứng lực bên trong ở những chỗ thành máng.

18


ã Lu đồ chế tạo thân:
Các bớc gia công

Thiết bị gia công

Yêu cầu kỹ thuật cần đạt đợc
- Dung sai đúc cấp chính xác II

Đúc thân động cơ phát

Đúc trên khuôn cát

theo TCVN385-70.
- Không rỗ, nứt, cong vênh.

Làm sạch

Kiểm tra công
nghệ đúc

Máy phun bi SJW- 2

Các bề mặt sạch và nhẵn.

- Đúng mác vật liệu

- Dụng cụ đo.

- Kích thơc đạt đợc dung sai

- Máy kiểm tra đa chức đúc
Tiện bớc 1

năng H2/CPS

Tiện bớc 2

- Máy tiện CNC- SML

Phay chân đế,
hộp cực
Khoan +Tarô lỗ
bắt nắp

- Không rỗ, rạn nứt.

530
- Máy tiện CNC- SML
530

- Đạt đợc các kích thớc và
yêu cầu kỹ thuật nh bản vẽ.

Kiểm tra gia công cơ khí

Nhập kho

- Trung tâm gia công

- Đạt đợc các kích thớc nh

ngang MINIMA TIC

bản vẽ.

- Trung tâm gia công

- Đạt đợc các kích thớc nh

ngang MINIMA TIC

bản vẽ.

- Trung tâm gia công

- Đạt đợc các kích thớc nh

ngang MINIMA TIC

Khoan lỗ chân đế và các hệ
lỗ còn lại

bản vẽ.

2. Công nghệ chế tạo thân, nắp (Hình 2 và Hình 3):
Yêu cầu kỹ thuật của công nghệ chế tạo nắp :
- Công nghệ đúc không nên có những chuyển tiếp đột ngột từ thành vách dày sang thành
vách mỏng
- Có độ cứng vững cao để không bị biến dạng do kẹp chặt khi gia công và để đảm bảo độ
đồng tâm giữa gờ nắp và lỗ nắp ổ bi
19


ã Lu đồ chế tạo nắp:
Các bớc gia công

Thiết bị gia công

Yêu cầu kỹ thuật cần đạt
đợc
- Dung sai đúc cấp chính xác

Đúc thân và nắp máy

Đúc trên khuôn cát

II theo TCVN385-70.
- Không rỗ, nứt, cong vênh.

Làm sạch

Máy phun bi SJW- 2

Các bề mặt sạch và nhẵn.

- Đúng mác vật liệu

Kiểm tra công nghệ
đúc

- Máy kiểm tra đa chức
năng H2/CPS

- Kích thơc đạt đợc dung
sai đúc
- Không rỗ, rạn nứt.

Tiện bớc 1

- Máy tiện CNC- SML 530

- Đạt đợc các kích thớc và

Tiện bớc 2

- Máy tiện CNC- SML 530
Khoan hệ lỗ

- Máy khoan OF22

yêu cầu kỹ thuật nh bản vẽ.
- Đạt đợc các kích thớc
nh bản vẽ.

Kiểm tra gia công

cơ khí

- Đạt đợc các yêu cầu nh
bản vẽ chi tiÕt
NhËp kho

20


3 .Quy trình lắp ráp máy đổi nguồn 1pha thành 3pha:
Việc lắp ráp máy đổi nguồn 1pha thành 3pha đợc thực hiện trên dây truyền lắp ráp hiện
có của công ty. Quá trình lắp ráp máy đổi nguồn 1pha thành 3pha đợc mô tả theo sơ đồ
dới đây:
Các chi tiêt, cụm chi tiết
cơ khí

Các chi tiết, cụm chi tiết
điện từ

ép lõi thép Stato lồng dây
vào thân

ép bi vào rôto trên trục
Đa Rôto trên trục vào
lòng trong Stato

Lắp hai nắp, át- tô- mát,
công tắc điều khiển, cầu
chí và các tụ điện vào
trong vỏ máy

Kiểm tra bớc 1

Lắp ráp hộp máy

Sơn trang trí máy đổi
nguồn 1pha thành 3pha

Kiểm tra bớc 2

Nhập kho

21


Phần III : Khảo nghiệm và đánh giá kết quả thư nghiƯm
I. KiĨm tra xt x−ëng
1. KiĨm tra h×nh thøc bên ngoài:
- Các chi tiết của máy đổi nguồn 1pha thành 3pha đợc lắp ráp đầy đủ.
- Sơn trang trí bên ngoài phải đều, bóng, đẹp
- Thân, nắp hộp máy đổi nguồn phải không vỡ, rạn và có vết nứt
2. Kiểm tra điện trở cách điện megomh 500V
- Điện trở cách điện giữa các pha của cuộn dây stato
Rpha-pha ( M ) 10 (M).
- Điện trở cách điện giữa các cuộn dây với vỏ máy
Rpha-vỏ ( M ) 10 (M).
3. Kiểm tra độ bền cách điện (thời gian 1 phút):
- Độ bền cách điện giữa các pha cuộn dây stato ở điện áp.
Upha-pha ( V ) = 2Uđm ( V ) + 1000 V.
-

Độ bền cách điện cuộn dây stato với vỏ máy.
Upha-Vỏ ( V ) = 2Uđm ( V ) + 1000 V.

Trong ®ã: U®m ( V ) là điện áp định mức của máy đổi nguồn
Iđm ( A ) là dòng điện định mức của máy đổi nguồn
4. Kiểm tra điện trở thuần của cuộn dây stato:
Víi sai sè ± 5% so víi sè liƯu thiÕt kế
5. Kiểm tra đo điện áp và dòng điện ra tải
Sai số không quá 10% so với số liệu thiết kế
Kểm tra điện áp và dòng điện 3pha trên động cơ tải

22


II. Đặc tính kỹ thuật đạt đợc và số lợng sản phẩm máy
đổi nguồn 1pha thành 3pha chế tạo thử nghiệm
TT

Tên gọi

Đơn vị
đo

(1)

(2)

(3)

1.

Kiểu máy

2.

Công suất

3.

Kết
quả đạt
đợc
(4)

Số lợng sản phẩm
(Máy)
(5)

3PC90S4
kW

0,75

Điện áp vào 1pha

V

220

4.

Tần số nguồn điện

Hz

50

5.

Điện áp ra U12

V

220

6.

Điện áp ra U23

V

218

7.

Điện áp ra U13

V

222

8.

Dòng điện ra I1

A

2,2

9.

Dòng điện ra I2

A

1,8

10.

Dòng ®iÖn ra I3

A

2,0

23

02