đồ án tốt nghiệp - thiết kế động cơ không đồng bộ một pha điện dung

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế động cơ không đồng bộ một
pha điện dung

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

1
MỞ ĐẦU
Động cơ công suất nhỏ ngày nay được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều
lĩnh vực như trong công,nông nghiệp,trong tự động hoávà máy tính,trong
hàng không,trong sinh hoạt gia đình Động cơ công suất nhỏ rất đa dạng và
phong phú về chủng loại và chức năng Tất cả động cơ không đồng bộ một
pha công suất nhỏ đều có nhược điểm là luôn có chốt li tâm hoặc rơ le chuyên
dụng để ngắt phần tử khởi động. Điều đó dẫn tới làm tăng giá thành động cơ
và làm giảm độ tin cậy của chúng.Trong trường hợp khi độ tin cậy của động
cơ 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.
Nghĩa là cả hai dây quấn luôn được nối v
ới nguồn một pha .Cuộn chính nối
trực tiếp với nguồn(Cuộn A), cuộn phụ(Cuộn B) nối với nguồn qua tụ C. Các

cuộn dây A và B chiếm số rãnh như nhau trên stato.
Như vậy động cơ điện dung đóng một vị trí rất lớn,bởi vì nó có ưu điểm là
dùng nguồn cấp một pha, hệ số cosϕ cao, độ tin cậy cao….
Do những ứng dụng rộng rãi trên nên
đặt ra vấn đề là phải cải tiến công
nghệ nhằm tạo ra những sản phẩm có chất lượng cao hơn, giá thành rẻ hơn và
thích hợp với người tiêu dùng. Cùng với sự phát triển của nền kinh tế và nhu
cầu về máy điện, trong đó động cơ điện dung được sử dụng ngày càng nhiều
với số lương ngày càng lớn. Đặt ra yêu cầu là phải tìm ra phương án thiết kế

tốt nhất. Nhờ có máy tính mà ta có thể tính toán được nhiều phương án và
chọn ra phương án tốt nhất.
Trong quyển đồ án này, nhiệm vụ của em là:
*Tính toán, lập trình thiết kế động cơ, chọn kích thước răng rãnh stato
và roto sao cho tổng suất từ động rơi trên stato và roto là bé nhất. Mục đích là
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

2
làm giảm được dòng từ hoá, làm tăng hiệu suất của máy điện và hệ số cosϕ.
Em sử dụng phương pháp duyệt toàn bộ trên lưới đều trong quá trình thiết kế.
*Nghiên cứu ảnh hưởng của mômen phụ đối với động cơ không đồng
bộ: Phân loại, nguyên nhân và cách khắc phục.
*Một số chú ý khi sử dụng động cơ điện dung.
Do trình độ của em còn hạn chế và đ
iều kiện thời gian có hạn nên trong bản
thiết kế này còn nhiều phần tính toán chưa được tối ưu. Em rất mong được sự
hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo để em được hiểu sâu hơn
về máy điện nói chung và động cơ điện dung nói riêng.
Sau một thời gian nghiên cứu, học tập và được sự giúp đỡ tận tình của

các thầy, cô giáo.Đặc biệt là cô giáo-
TIẾN SỸ NGUYỄN HỒNG THANH trong
bộ môn Thiết Bị Điện-Điện tử, Khoa Điện, Trường Đại Học Bách Khoa Hà
Nội đã nhiệt tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành tốt nhiệm vụ thiết kế của
mình.
Hà Nội ngày tháng năm
Sinh viên thiết kế









MỤC LỤC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

3
LỜI NÓI ĐẦU

PHẦN I THUẬT TOÁN THIẾT KẾ
SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG
Chương I Xác định kích thước chủ và thông số pha chính
Chương II Xác định kích thước răng rãnh stato
Chương III Xác định kích thước răng rãnh roto
Chương IV Tính toán trở kháng stato , roto
Chương V Tính toán mạch từ

Chương VI Tính toán chế độ định mức
Chương VII Tính toán dây quấn phụ
Chương VIII Tính toán tổn hao sắt và dòng điện phụ
Chương IX Tính toán chế độ khởi động
PHẦN II CHƯƠNG TRÌNH THIẾT KẾ B
ẰNG NGÔN NGỮ C VÀ C
++

PHẦN III CHUYÊN ĐỀ MÔMEN PHỤ
PHẦN IV TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHẦN V PHỤ LỤC

PHẦN I
THUẬT TOÁN THIẾT KẾ
SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG

C
U
l
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

4

CHƯƠNG 1
XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU VÀ THÔNG SỐ PHA
CHÍNH
Yêu cầu của bài toán là thiết kế động cơ kiểu kín, cách điện cấp B.
Kích thước chủ yếu ở đây là đường kính trong D (đường kính ngoài Dn) và
chiều dài tính toán l của lõi sắt Stato.
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. Lúc đó công suất máy ba pha
quy đổi là:
1.Công suất đẳng trị
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

5


P
đmIII
= β

1
P
đm
=1,5.180 =270 W
Trong đó:
Đối với động cơ điện dung: β
1
=(1,25 ÷ 1,7); Chọn β
1
=1,5
2.Công suất tính toán của động cơ 3 pha đẳng trị
P
sIII
=
IIIIII
dmIII
P
ϕη
cos
184,459
588,0
270
==
W
Tra bảng (1-1) trang 20 theo tài liệu [1] ta có: η
III
.cosϕ
III
= 0,588
3.Tốc độ đồng bộ của động cơ

3000
1
50.60.60
===
p
f
n
db
vg/p
4.Đường kính ngoài Stato được xác định theo công thức
D
n
=
3

.
44
db
SIII
D
nAB
PP
k
λ
δ
=
484,11
3000.9,0.115.5,0
1.184,459

55,0
44
3
=
cm
Trong đó:
Từ thông khe hở không khí B
δ
= (0.3 ÷ 1)T: mật độ từ thông khe hở
không khí ; chọn B
δ
=0,5T
Tải đường A=(90 ÷ 180) ; chọn A=115 A/cm
Hệ số
D
l
=
λ
= ( 0,22 ÷1,57 ): tỷ lệ giữa chiều dài lõi sắt Stato
với đường kính trong ; chọn
9,0=
λ
.
Hệ số
==
D
D
n
D
k

( 0,485 ÷ 0,615 ) : hệ số giữa đường kính trong và
đường kính ngoài, chọn
55,0=
k
D


Dựa vào bảng 26 theo tài liệu [1]
Ta quy chuẩn: D
n
= 116 mm
Chiều cao tâm trục: H =71 mm
5.Đường kính trong Stato
D =k
D
. D
n
=0,55.116 =63,8 mm
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

6
6.Bước cực của Stato
τ =
p
D
2
.
π
=

1.2
8,63.
π
=100,17 mm
7.Chiều dài tính toán của Stato
l = λ xD =0,9 . 63,8 = 57,42 mm
8.Chiều dài khe hở không khí
Chọn khe hở không khí : Khe hở không khí càng lớn thì tổn hao
không tải và hệ số cosϕ nhỏ nhưng nếu như chọn khe hở không khí nhỏ quá
thì vấn đề công nghệ không đáp ứng được và làm tăng sóng bậc cao lên.
δ =0,2+D/200 mm; Ta chọn δ =0,3 mm
9.Đường kính ngoài lõi sắt Roto
D’ =D –2. δ =63,8 –2.0,3 =63,2 mm
10.Đường kính trục Roto
d
t
=0,3 .D = 0,3. 63,8 =19,14 mm
Việc chọn số rãnh Stato Z
S
của động cơ điện dung và số rãnh Roto Z
R

có quan hệ mật thiết với nhau, khi chọn ta phải xét đến các quan hệ sau:
- Trên đặc tính momem M= f(n) không có chỗ lồi, lõm nhiều do
những momem 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.
- Tổn hao do phần răng sinh ra nhỏ nhất.
11.Ta quyết định chọn: Z
S
= 24 ; Z

R
= 19
12.Chọn dây quấn:
S¬ ®å khai triÓn d©y quÊn ®éng c¬ K§B 1 pha ®iÖn dung
Víi Zs = 24; p = 1; qA = qB =6;AX pha chÝnh; BY pha phô
2123221817 19
15
14
16
2010 1211
6
9873
5
4132124
A
X
B
Y
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

7
Ta chọn dây quấn một lớp bước đủ đồng khuôn phân tán hai mặt phẳng.

13.Động cơ điện dung người ta thường chọn số rãnh pha chính (pha A)
bằng số rãnh pha phụ (pha B)
Z
A
=Z
B

=
12
2
24
2
==
S
Z
rãnh
14.Số rãnh dưới một đôi cực của mỗi pha
q
A
=q
B
=
==
1.2.2
24
2mp
Z
S
6
15.Hệ số dây cuốn Stato
K
dqA
=
q
Sinq
.4
.

.
707,0
υπ
6.4
1.
sin.6
707,0
π
=
= 0,903
Chọn ν =1: Bậc của sóng sức từ động
16.Hệ số bão hoà răng
k
Z
= ( 1,1 ÷1,5) ; Chọn k
Z
=1,1
17.Hệ số cung cực từ
α
δ
=0,66 ÷ 0,73 ; Chọn α
δ
=0,66
Hệ số này phụ thuộc vào độ bão hoà răng Stato và Roto
18.Từ thông khe hở không khí
φ
δ
= α
δ
.τ.l .B

δ
.10
-4
= 0,66.10,017.5,742.0.5.

10
-4

=18,981. 10
-4
wb
19.Số vòng của cuộn dây chính
W
SA
=
dqA
E
kfk
kUdm
δδ
φ
4
.
=
903,0.10.981,19.50.1,1.4
220.82,0
4−
= 479,42 vòng
Quy chuẩn : W
SA

= 480 vòng
Trong đó:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

8
Hệ số K
E
=
dm
U
E
= (0,7÷0,9) ; Chọn K
E
= 0,82
20. Số thanh dẫn trong rãnh
u
rA
=a.
qp
W
SA
.
=1.
6.1
480
=80 thanh
Chọn a=1: số mạch nhánh song song
21. Dòng điện định mức
I

đmA
=
Udm
Pdm
IIII
.2cos
ϕη
=
220.2.407,0
180
=1,422 A
Từ đường biến thiên hình (1-3) trang 21 theo tài liệu [1]
với P= 180 W thì η
II
.cosϕ
II
= 0,407
22.Tiết diện dây cuốn chính sơ bộ
S
SA
=
6.1
422,1
.
=
Ja
I
dm
=0,237 mm
2

Trong đó mật độ dòng điện J= (6÷7) A/ mm
2
; Chọn J = 6 A/ mm
2

Từ phụ lục 2 trang 269 theo tài liệu [1]
Quy chuẩn S
SA
=0,246 mm
2

Suy ra:
- Đường kính chuẩn của dây dẫn không cách điện: d=0,56mm
- Đường kính chuẩn kể cả cách điện: d
cđ
=0,615 mm
Căn cứ vào tiết diện dây, ta chọn loại dây có kí hiệu
π∋
B-2
23.Bước răng Stato
t
s
=
==
24
8,63.
π
π
S

Z
D
8,347 mm
24.Bước răng Roto
t
R
=
==
19
2,63.
'
ππ
R
Z
D
10,445 mm

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

9

CHƯƠNG 2
XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC RĂNG RÃNH STATO
1.Ta chọn thép cán nguội mã hiệu 2312 có oxy hoá bề mặt và chiều dà
y

lá thép 0,5 mm, do đó có hệ số ép chặt K
C
=0,97
2.Xác định dạng rãnh Stato
Stato của động cơ điện dung có thể dùng các dạng rãnh sau:
 Hình quả lê
 Hình nửa quả lê
 Hình thang
- Rãnh hình quả lê: có khuôn dập đơn giản nhất, từ trở ở đáy rãnh so
với 2 rãnh kia nhỏ, vì vậy giảm được suất từ động cần thiết trên
răng.
- Rãnh hình nửa quả lê: có diện tích lớn hơn dạng rãnh hình quả lê
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

10

- Diện tích rãnh hình thang lớn nhất nhưng tính công nghệ kém hơn
hai dạng rãnh trên
3.Ta chọn dạng rãnh hình quả lê
4.Chiều cao miệng rãnh
h
4s
= (0,5 ÷0,8) mm ; Chọn h
4s
= 0,5 mm
5.Chiều rộng miệng rãnh
b
4S
= d
cđ
+ (1,1÷ 1,5) = 0,615 +(1,1+1,5); Chọn b
4S
= 2 mm
6.Kết cấu cách điện rãnh:
Dùng giấy cách điện có bề dày 0,2mm , chiều cao 2mm
7.Chiều rộng Stato b
ZS
được xác định theo kết cấu , tức là xét đến :
- Độ bền của răng
- Gía thành của khuân dập, độ bền của khuôn
- Đảm bảo mật độ từ thông qua răng nằm trong phạm vi cho phép
- Yêu cầu của phần này là chọn kích thước răng ,rãnh stato sao cho để
sức từ đông rơi trên stato là nhỏ nhất.

0
F
hrS
F
gs
Fzs
F
s
§å thÞ Fs = f(hrs)
h*rs
d2S
b4S
d1S
h4S
hrs
h12s
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

11
8.Đây thực chất là bài toán tối ưu hoá tìm chiều cao rãnh stato
(Trên đồ thị là điểm h
*
rs
) sao cho sức từ động rơi trên stato là nhỏ nhất.
*)Hàm mục tiêu:
F
s
= F

zs
+ F
gs
→ min
Trong đó:
F
s
là tổng sức từ động rơi trên stato
F
zs
là sức từ động rơi trên răng stato
F
gs
là sức từ động rơi trên gông stato
*)Các rằng buộc:
- Hệ số lấp đầy:
0,7[ K
ld
[ 0,75
- Mật độ từ thông trong răng B
zs
và gông B
gs
stato
1,2 [ B
zs
[ 1,6 T
0,9 [ B
gs
[ 1,3 T

+ Giới hạn trên và giới hạn dưới của bề rộng răng, chiều cao gông
b
zsmin
=
cszs
s
klB
tlB


max
δδ
=
97,0.742,5.6,1
347,8.742,5.5,0
=2,689 mm
b
zsmax
=
=
cszs
s
klB
tlB


min
δδ

97,0.742,5.2,1

347,8.742,5.5,0
=3,586 mm
h
gsmin
=
=
csgs
klB 2
10.
max
4
φ
=
97,0.742,5.3,1.2
10.01898,0
4
13,106 mm
h
gsmax
=
=
csgs
klB 2
10.
min
4
φ

=
97,0.742,5.9,0.2

10.01898,0
4
18,932 mm
Khi h
gsmin
thì h
rsmax
; h
gsmax
thì h
rsmin
; Vậy ta có giới hạn trên và giới hạn dưới
của chiều cao rãnh stato như sau:
h
rsmin
=
2
DD
n
−
- h
gsmax
=
2
8,63116
−
- 18,932 = 7,168 mm
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

12
h
rsmax
=
2
DD
n
−
- h
gsmin
=
2
8,63116
−
- 13,106 = 12,994 mm
- Điều kiện công nghệ: b
zs
≥ 1,8 mm
*)Biến số độc lập :
Chiều cao rãnh stato h
rs

h
rs↑
thì

h
gs↓

→

B
gs↑ →
H
gs↑ →
F
gs↑
h
rs↓
thì h
zs↑
thì b
zs↓ →
B
zs ↓ →
H
zs ↓ →
F
zs ↓

Miền giới hạn của biến số độc lập là:
7,168= h
rsmin
[ h
zs
[ h
rsmax
=12,994 mm
*)Phương pháp giải bài toán:
Vì số biến độc lập không lớn (n = 1) và miền giới hạn G không rộng
nên ta chọn phương pháp duyệt toàn bộ trên lưới đều.

Trên miền giới hạn G phủ lưới với bước xác định
Δh
rs
=
M
hh
rsrs minmax
−
mm
Tại các mắt lưới trong không gian hai chiều xác định véc tơ X:
X = ( d
1s
, d
2s
, h
rs
, h
zs
, S
rs
, B
zs
, B
gs
, ) xác định các giá trị của hàm rằng buộc
và hàm mục tiêu. Nếu một trong các rằng buộc không thoả mãn ta loại ngay
và chuyển sang các điểm tiếp theo. Các điểm thoả mãn được lưu lại.
Điểm tối ưu là điểm có hàm mục tiêu nhỏ nhất.
*)Lưu đồ thuật toán (hình 2)
9.Chiều dài gông :

csgs
gs
klB
h
2
10
4
.
δ
Φ
=
=
2
4
10.97,0.42,57.91,0.2
10.0018981,0
−
=18,9 mm
10.Đường kính phía trên Stato

π
π
−
−+
=
S
SZSs
s
Z

ZbhD
d
.).2(
4
1
=
14,324
24.6,3)5,0.28,63(14,3
−
−
+
=5,6 mm
11.Đường kính phía dưới Stato
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

13

π
π
+
−−
=
S
SZSgsn
s
Z
ZbhD
d
.).2(

2
=
14,324
24.6,3)9,18.2116(14,3
+
−
−
=5,9 mm
12.chiều cao rãnh Stato

2
2
gsn
rs
hDD
h
−−
=
=
2
9,18.28,63116
−
−
=7,2 mm
13.Chiều cao phần thẳng rãnh
h
12S
= h
rs
- 0,5(d

1s
+d
2s
–2.h
4s
) =7,2 – 0,5(5,9+5,6)=1,9 mm
14.Vì rãnh hình quả lê nên chiều cao tính toán răng Stato khác với chiều
cao rãnh Stato (h
zs
≠ h
rs
)
h
zs
= h
rs
– 0,1.d
1s
= 7,2- 0,1.5,6=6,6

mm
15.Diện tích rãnh Stato
S
rs
=
)(5,0
8
)(
2112
2

2
2
1
sss
ss
ddh
dd
++
+
π

=
8
)9,56,5(14,3
22
+
+ 0,5.1,9(5,6 +5,9) = 36,98 mm
2

16.Kiểm tra hệ số lấp đầy:

)(4

2
cdrs
cdrA
ld
SS
du
k

−
=
π
=
)06,498,36(4
615,0.80.14,3
2
−
=0,723
Trong đó : S
cđ
=c.(d
2s
+2.h
rs
)=0,2.(5,9 + 2.7,2)=4,06 mm
2
17.Sức từ động ở răng Stato
F
ZS
=2. H
ZS
.h
ZS
=2.4,97.0,66 = 6,56 A
Dựa vào bảng quan hệ H=f(B) ở phụ lục I trang 268 theo tài liệu[1]
18.Sức từ động ở gông Stato

p
hD

gSn
gSgS
HF
.2
)(
.
−
=
π
= 1,42.
1.2
)89,16,11(14,3
−
=21,62

A
19.Tổng sức từ động Stato min
F
S
=F
ZS
+F
gS
=6,56 + 21,62 = 28,18

A
20.Khi thực hiện tính toán ta chọn M=80
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

14
Vậy ta có kích thước răng, rãnh Stato như sau:
d
1s
= 5,6 mm h
rs
= 7,2 mm h
zs
= 6,6 mm F
Smin
= 28,18 A
d
2s
= 5,9 mm h
gs
= 18,9 mm B
zs
= 1,19 T K
ld
= 0,723
h
12s
= 1,9 mm b
zs
= 3,6 mm B
gs
= 0,91 T S
rs
=36,98 mm
2

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

15
CHƯƠNG 3
XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC RĂNG RÃNH ROTO
1.Rãnh Roto được chọn theo sự phối hợp rãnh Stato Z
S
và rãnh Roto Z
R

2.Ở đầu bài toán thiết kế số rãnh Roto ít Z
R
= 19 < Z
R
=24 có lợi cho việc
đúc nhôm bằng áp lực vào Roto .
3.Chọn rãnh hình quả lê để đảm bảo độ bền khuôn dập và tiện cho việc
đúc nhôm
4.Để đảm bảo độ bền của khuôn dập thì chiều cao miệng rãnh phải nhỏ.
h
4R
= (0,3÷0,4) mm; Chọn h
4R
=0,3 mm
5.Chiều rộng miệng rãnh
b
4R

= (1÷1,5) mm; Chọn b
4R
= 1,5 mm
6.Làm rãnh nghiêng ở Roto và chọn thanh dần bằng nhôm nhằm làm
giảm tiếng ồn và Mômen ký sinh
7.Hệ số dây quấn Roto:

n
n
Sin
kK
dqRn
α
α
2
2
==
=
2641,0
2
18,15
2Sin
= 0,998

Trong đó:

R
n
z
p

π
α
.2
=
.
n
β
=
19
.1.2
π
.0,7991= 0,2641 radian: Góc ở tâm rãnh
b4r
h4r
d2r
d1r
h12r
hr
R
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

16

R
n
n
t
b
=

β
=
445,10
347,8
=0,7991: Độ nghiêng rãnh biểu thị bằng phân số của
bước răng Roto
b
n
: Độ nghiêng rãnh tính theo cung tròn của Roto
8.Dòng điện tác dụng trong thanh dẫn Roto:

dqRR
dqASAdmI
td
kz
kwmIk
I
.
2
=
=
998,0.19
903,0.480.2.2.422,1.798,0
=102,739 A
Theo hình (10-5) trang 244 theo tài liệu[2] : k
I
=f(Cosϕ);
Cosϕ = 0,74 thì k
I
= 0,789

9.Người ta thường chọn: b
n
= t
R
=10,445 mm
10.Yêu cầu của phần này là chọn kích thước răng ,rãnh Roto sao cho để
sức từ động rơi trên Roto là nhỏ nhất.
11.Đây thực chất là bài toán tối ưu hoá tìm chiều cao rãnh stato (Trên đồ
thị là điểm h
*
rR
) sao cho sức từ động rơi trên stato là nhỏ nhất.
*)Hàm mục tiêu:
F
R
= F
zR
+ F
gR
→ min
Trong đó:
F
R
là tổng sức từ động rơi trên Roto
F
zR
là sức từ động rơi trên răng Roto
F
gR
là sức từ động rơi trên gông Roto

0
F
FZR
FR
FgR
h*rR
§å thÞ FR = f(hrR)
hrR
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

17
*) Các rằng buộc:
Mật độ dòng cho phép trong thanh dẫn lồng sóc
2[ J
ld
[ 3 A/mm
2

Mật độ từ thông trong răng B
zR
và gông B
gR
Roto
1 [ B
zR
[ 1,8 T
0,8 [ B
gR
[ 1,5 T

+ Giới hạn trên và giới hạn dưới của bề rộng răng ,chiều cao gông và chiều
cao rãnh Roto
b
zRmin
=
=
cRzR
R
klB
tlB


max
δδ

=
97,0.742,5.1
445,10.742,5.5,0
3,054 mm
b
zRmax
=
=
cRzR
R
klB
tlB


min

δδ
=
97,0.742,5.8,1
445,10.742,5.5,0
5,479 mm
h
gRmin
=
=
cRgR
klB 2
10.
max
4
φ

=
97,0.742,5.5,1.2
10.01898,0
4
11,358 mm
h
gRmax
=
=
cRgR
klB 2
10.
min
4

φ
=
97,0.742,5.8,0.2
10.01898,0
4
21,298 mm
Khi h
gRmin
thì h
rRmax
; h
gRmax
thì h
rRmin
; Vậy ta có giới hạn trên và giới hạn
dưới của chiều cao rãnh roto như sau:
h
rRmin
=
2
DD
n
−
- h
gRmax
=
2
8,63116
−
- 21,298 =4,802 mm

h
rRmax
=
2
DD
n
−
- h
gRmin
=
2
8,63116
−
- 11,358 =14,742 mm
Điều kiện công nghệ: b
zR
/ 1,8 mm
Đáy rãnh Roto d
2R
/ 2,5 mm
*)Biến số độc lập
Chiều cao rãnh roto h
rR
h
rR↑
thì h
gR↓

→
B

gR↑ →
H
gR↑ →
F
gR↑
h
rR↑
thì b
zR↑ →
B
zR ↓ →
H
zR ↓ →
F
zR ↓

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

18
Miền giới hạn G của biến số độc lập là:
4,802=h
rRmin
[ h
rR
[ h
rRmax
=14,742 mm
*) Phương pháp :
Vì số biến độc lập không lớn (n = 1) và miền giới hạn G không rộng

nên để đơn giản và dễ lập trình chọn phương pháp duyệt toàn bộ trên lưới
đều. Trên miền giới hạn G phủ lưới với bước xác định
Δh
rR
=
K
hh
rRrR minmax
−
mm
Tại các mắt lưới trong không gian hai chiều xác định véc tơ Y:
Y = ( d
1R
, d
2R
, h
rR
, h
zR
, S
rR
, B
zR
, B
gR
, ) xác định các giá trị của hàm
rằng buộc và hàm mục tiêu.
Nếu một trong các rằng buộc không thoả mãn ta loại ngay và chuyển
sang các điểm tiếp theo. Các điểm thoả mãn được lưu lại.
Điểm tối ưu là điểm có hàm mục tiêu nhỏ nhất.

*)Lưu đồ thuật toán( hình 3)
12.Đường kính phía trên Roto

π
δπ
+
−−−
=
R
RzRR
R
z
zbhD
d
.).22(
4
1
=
14,319
19.6,4)3,0.23,0.28,63(14,3
+
−
−
−
=4,9 mm
13.Đường kính phía dưới Roto:Điều kiện công nghệ d
2R
≥ 2,5 mm
d
2R

=
π
π
−
−+
R
RzRgR
z
zbhdt
.).2(
=
14,319
19.6,4)6,12.214,19(14,3
−
−
+
=3,2 mm
Trong đó h
gR
: chiều cao gông Roto
h
gR
=
cRgr
klB 2
10.
4
δ
φ
=

2
4
10.97,0.42,57.355,1.2
10.001898,0
−
=12,6 mm
14.Chiều cao phần thẳng rãnh Roto:
h
12R
=
(
)
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
−−−
π
RzRR
RR
dbZ
hdD
2
41
'
.2.5,0

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

19
=0,5.[63,2- 4,9- 2.0,3 -
]
14,3
)2,36,4(19
+
= 5,1 mm
15.Chiều cao rãnh Roto
h
rR
= h
12R
+ 0,5(d
1R
+d
2R
) +h
4R

= 5,1+0,5(4,9 + 3,2) +0,3 =9,5 mm
16.Vì rãnh hình quả lê nên chiều cao tính toán của răng Roto khác
chiều cao tính toán của rãnh Roto (h
zR
≠h
rR
)
h

zR
= h
rR
– 0,1.d
2R
=9,5 – 0,1.3,2 = 9,2 mm
17.Diện tích rãnh Roto:
S
rR
=
)(.5,0)(
8
21212
2
2
2
1
RRRR
R
ddhdd +++
π

=
)2,39,4(1,5.5,0)2,39,4(
8
14,3
22
+++
= 34,27 mm
2

18.Sức từ động ở răng Roto
F
ZR
=2. H
ZR
.h
ZR
= 2.5,08.0,92 = 9,34 A


Dựa vào bảng quan hệ H=f(B) ở phụ lục I trang 268 theo tài liệu[1]
19.Sức từ động ở gông Roto


p
hdt
gR
gRgR
HF
.2
).( +
=
π
= 3,25.
1.2
)26,1914,1(14,3
+

=16,19 A

20.Tổng sức từ động Roto min
F
R
=F
ZR
+F
gR
= 9,34+16,19 = 25,53 A
21. Với K= 80 ta có kết quả kích thước răng rãnh roto như sau:

d
1R
= 4,9 mm h
rR
= 9,5 mm h
zR
= 9,2 mm F
Rmin
= 25,53 A
d
2R
= 3,2 mm h
gR
= 12,6 mm B
zR
= 1,165 T S
rR
=34,27
mm
2

h
12R
= 5,1 mm b
zR
= 4,6 mm B
gR
= 1,355 T I
td
=102,739 A

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

20
22.Dòng điện trong vành ngắn mạch
I
v
=
=
R
td
Z
p
Sin
I
.
.2
π
255,312

19
1.
.2
739,102
=
π
Sin
A
23.Mật độ trong vành ngắn mạch:
J
v
=(0,6÷0,8)J
tđ
= (0,6÷0,8)(2÷3) ; chọn J
v
=2,3 A
24.Tiết diện vành ngắn mạch
S
v
=
V
V
J
I
=
3,2
225,312
=135,75 mm
2

25.Chiều cao vành ngắn mạch
b
V
≥ 2.h
12R
=2.5,1=10,2 mm ; chọn b
v
=11 mm

v
v
v
b
S
a =
=
11
75,135
=12,34 ; chọn a
v
=12 mm
26.Tiết diện vành ngắn mạch sau khi đã làm tròn
S
v
= a
v
.b
v
=11.12=132 mm
2

27.Đường kính vành ngắn mạch:
D
v
= D’ – a
v
– 2.δ =63,2 – 12 – 2.0,3=50,6 mm

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

21
CHƯƠNG 4
XÁC ĐỊNH TRỞ KHÁNG DÂY QUẤN STATO VÀ ROTO
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 và điện kháng dây
quấn Stato, Roto là rất quan trọng.
1.Chiều dài phần đầu nối của dây quấn Stato
l
đ
=k
1
.τ
Y
+2B =1,2.8,185 +2.1= 11,822 cm
Trong đó: Hệ số kinh nghiệm: k
1
= 1,2

Hệ số kinh nghiệm: B = (0,5÷1,5); chọn B =1
τ
y
=
p
hrsD
2
).2( +
π
.β =
1.2
)72,0.238,6(
+
π
.
3
2
=8,185 cm
2.Chiều dài trung bình 1/2 vòng dây quấn Stato
l
tb
= l
đ
+l =11,822 +5,742= 17,564 cm
3.Tổng chiều dài dây dẫn của dây quấn Stato
L
SA
= 2.l
tb
.w

SA
.10
-2
=2.17,564.480.10
-2
=168,61

m
4.Điện trở tác dụng của dây quấn Stato
R
SA
= ρ
75
o
aS
L
SA
SA
.
= 2,13.10
-2

1.246,0
61,168
=14,6 Ω
Trong đó:

ρ
75
o

=2,13.10
-2

Ωmm
2
/m: Điện trở suất của kim loại bằng
đồng dùng trong động cơ
5.Điện trở Stato tính theo đơn vị tương đối

dm
SA
SA
R
R
R =
*
=
71,154
6,14
=0,09436 Ω
Trong đó:
R
đm
=
dm
dm
I
U
=
422,1

220
=154,71 Ω : Điện trở định mức
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

22
6.Hệ số từ dẫn của từ tản rãnh: λ
rs

Nó phụ thuộc vào kích thước và hình dạng rãnh. Khi ta tính toán chỉ
xét đến từ tản ở thành rãnh và miệng rãnh, không xét đến từ tản ở ngoài rãnh
Hệ số từ dẫn rãnh hình quả lê được xác định theo công thức sau:
λ
rs
= [
1.3
1
d
h
.k
β
+ ( 0,785 -
1
2
1.2
4
d
h
d
sb

+
+
sb
sh
4
4
).kβ
1
]
=[
6,5.3
11,3
.1

+( 0,785 -
6,5
6,0
6,5.2
2
−
+
2
5,0
).1 ] = 0,965
Ta sử dụng dây quấn một lớp bước đủ nên ta có hệ số k
β
= k
β
1
=1

h
2
: chiều cao nên ta có
h
2
= h
n
+ b
cđ
-
2
1S
d
=2 + 0,2 -
2
6,5
= -0,6 mm
h
1
= h
rs
-h
4s
-
2
1S
d
-b
cđ
-h

2
-
10
2S
d

=7,2 - 0,5 - 2,8 – 0,2 – 0,59 =3,11 mm
7.Hệ số từ dẫn của từ tản tạp: λ
t

Xét đến ảnh hưởng từ trường bậc cao (sóng điều hoà răng và sóng điều
hoà dây quấn) gây lên từ thông móc vòng tản trong dây quấn Stato, có khi còn
gọi là từ tản trong khe hở không khí, và từ trường tương ứng chủ yếu phụ
thuộc vào sự dẫn từ của các đường sức từ trong khe hở không khí
Hệ số λ
t
phụ thuộc vào kích thước máy điện (bước răng, khe hở không
khí) và các số hiệu dây quấn. Bề rộng miệng rãnh Stato và Roto cùng có ảnh
hưởng nhất định đến từ tản tạp.
λts =
δ
δ
9,11 k
ts
=
3,0.2482,1.9,11
374,8
=1,879
Trong đó:
t

S
= 8,347 mm: Bước răng Stato
δ = 0,3 mm : Bề rộng khe hở không khí
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

23
k
δ
=k
δS
.k
δR
=1,1586.1,0774 =1,2482 : Hệ số khe hở không khí
Ta có:
k
δS
=
)(5
5
4
4
4
S
SS
z
S
t
bt
b

b
−
++
+
δ
δ
=
)
347,8
2347,8
(
3,0
2
5
3,0
2
5
−
+
+
=1,1586
k
δR
=
)(5
5
4
4
4
R

RR
S
R
t
bt
b
b
−
+
+
δ
δ
=
)
445,10
5,1445,10
(
3,0
5,1
5
3,0
5,1
5
−
+
+
=1,0774
8.Hệ số từ tản phần đầu nối dây cuốn Stato
Dùng dây quấn đồng khuôn phân tán hai mặt phẳng một lớp bước đủ
λ

đS
= 0,27.
.64,0( −
d
ld
l
l
q
τ)
= 0,27.
12.64,0822,11(
822,11
6
−
) = 0,568
9.Tổng hệ số từ dẫn Stato

dstsrs
S
λλλλ
++=
∑
=0,965 +1,879 +0,568=3,412
10.Điện kháng tản dây cuốn chính Stato
X
SA
= 0,158.
S
SS
pq

lW
f
∑
λ
.2 )
100
(
100
2

=
0,158.
412,3.2.
6.1
742,5
.)
100
480
(
100
50
2
= 11,887 Ω
11.Điện trở kháng tản dây quấn chính Stato tính theo đơn vị tương đối

U
I
XX
dm
dm

SASA
.
*
=
=
220
422,1
.887,11
=0,0768 Ω
12.Điện trở tác dụng của Roto lồng sóc
r
R
=
)
2
(
.
4
2
2
22
z
r
p
Sin
r
r
kZ
kwm
v

t
dRR
dSS
π
+
=k
12
.r
pt

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

24

k
12
=
2
22
.
4
dRR
dSS
kZ
kwm
=
2
22
998,0.19

903,0.480.2.4
= 77,375.10
3
:Hệ số quy đổi điện
trở Roto sang dây quấn Stato
k
ds
=0,903
k
dqR
=k
n
=0,998: Hệ số dây quấn Roto lồng sóc khi cần làm rãnh
nghiêng
13.Điện trở của phần trở Roto lồng sóc

R
v
tpt
Z
p
Sin
r
rr
π
2
2
+=
=
272,34

42,57
.
23
1
+
19
1.
2
10.275,0
2
4
π
Sin
−
= 1,6896.10
-4
Ω
Trong đó:
r
t
=
rR
R
S
l
S .
0
75
:Điện trở thanh dẫn Roto
r

v
:Điện trở vành ngắn mạch
S
t
: tiết diện thanh dẫn Roto mm
2

l
R
: chiều dài thanh dẫn Roto mm
r
v
=
vvR
v
baZ
D

.10
2
∫
−
π
=
23.12.11.19
1.10.6,50.
2−
π
=0,275.10
-4

Ω
r
R
= k
12
.r
pt
= 77,375.10
3
.1,6896.10
-4
= 13,074 Ω
14.Điện trở Roto tính theo đơn vị tương đối

dm
dm
RR
U
I
rr .
*
=
220
422,1
.704,13
=
= 0,0885 Ω
15.Hệ số từ tản rãnh Roto

λ

rR
= [
R
r
rR
R
R
R
d
b
S
d
d
h
1
4
2
2
1
1
1
.2
66,0)
.8
.
1(
.3
−+−
π
] .

R
R
b
h
k
4
4
+
μ
=0,969 Trong đó:
h
1R
=h
12r
+0,9.d
2R
=5,1 +0,9.3,2=7,98 mm
k
μ
=1: Hệ số cản
16.Hệ số từ tản tạp Roto