đồ án kỹ thuật điện điện tử Thiết kế Động cơ không đồng bộ 1PHA VỚI TỤ KHỞI ĐỘNG VÀ LÀM VIỆC

Mở đầu
Hiện nay động cơ điện đợc sử dụng ngày càng nhiều trong các ngành công
nghiệp, giao thông vận tải trong các thiết bị tự động có các loại truyền động và
trong các thiết bị gia dụng sinh hoạt hàng ngày.
Trong tất cả các loại động cơ hiện nay thì động cơ không đồng bộ công suất
nhỏ là một sản phẩm công nghiệp đợc sử dụng mạnh mẽ trong gần nửa thế kỷ nay.
Ngời ta giới hạn động cơ công suất nhỏ trong khoảng vài phần oát đến 750W. Nhng
cũng có khi chế tạo đến 1,5 kW. Căn cứ vào cách sử dụng và làm việc hoặc khởi
động có thể chia động cơ này thành nhiều loại.
Động cơ công suất nhỏ loại thông dụng chủ yếu đợc dùng trong công nghiệp
nhẹ, công nghiệp thực phẩm, xí nghiệp y tế, nông nghiệp các ngành tiểu thủ công
nghiệp và đặc biệt là sử dụng rộng rãi trong sinh hoạt hằng ngày của ngời dân.
Loại sau dùng trang bị tự động, hàng không tàu thuỷ và các cơ cấu khống chế
khác.
Động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc ba pha và một pha là loại phổ biến
nhất trong các động cơ xoay chiều công suất nhỏ. Có thể dùng động cơ này để
truyền động các máy công cụ dân dụng nh: máy tiện nhỏ, máy ly tâm, máy nén,
bơm nớc, máy giặt.
Động cơ không đồng bộ một pha dùng nguồn điện một pha của lới điện sinh
hoạt nên đợc sử dụng ngày càng rộng rãi vì có những u điểm sau:
- Kết cấu đơn giản giá thành hạ
- Không sinh can nhiễu vô tuyến
- ít tiếng ồn
- Sử dụng đơn giản chắc chắn
Đồ án tốt nghiệp tkđc kđb 1pha với tụ khởi động và làm việc
Hiện nay phơng pháp tính toán thiết kế tối u cho các loại động cơ không
đồng bộ ro to lồng sóc đều thực hiện bằng máy tính. Nhng để thực hiện đợc việc
thiết kế tự động cũng cần phải nắm vững cách thiết kế bằng phơng pháp thông th-
ờng.
Trong đồ án thiết kế này tính toán động cơ một pha điện dung làm việc đợc
thiết kế các bớc sau:

1. Tìm hiểu các loại động cơ một pha
2. Tính toán mạch từ
3. Tính toán dây quấn
4. Tính và vẽ các đặc tính làm việc và đặc tính cơ
Trong thời gian làm đồ án thiết kế này tôi đợc sự chỉ bảo tận tình của cô giáo
Phan Thị Huệ nên tôi đã hoàn thành đợc nội dung các phần tính toán thiết kế. Nh-
ng do thời gian và trình độ có hạn nên trong quá trình tính toán thiết kế không tránh
khỏi những sai sót. Tôi rất mong đợc sự đóng góp ý kiến để tập đồ án thiết kế này
đợc hoàn thiện hơn.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo bộ môn Thiết bị điện
và khoa Điện đã tạo điều kiện giúp đỡ trong quá trình học tập. Đặc biệt là cô giáo
Phan Thị Huệ
Sinh viên
Nguyễn Văn Thành
SV T H : Nguyễn Văn Thành
2
§å ¸n tèt nghiƯp tk®c k®b 1pha víi tơ khëi ®éng vµ lµm viƯc
PhÇn mét
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO CỦA ĐỘNG
CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA
*****
Phần lớn các máy điện một pha được bố trí trên stato , hai cuộn dây A
vàB tương ứng vuông góc với nhau . Sự không đối xứng của máy thường gây ra
bỡi số vòng dây của hai cuộn dây khác nhau hoặc do hai cuộn dây chiếm số
rãnh không bằng nhau . Tuy nhiên cả máy đối xứng và không đối xứng đều có
thể làm việc trong trạng thái đối xứng .nghiã là trong máy có từ trường quay
tròn .
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 ngiồn 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 , ở một số động cơ cuộn phụ hoàn toàn không nối với nguồn,
sức điện động trong cuộn dây sinh ra bỡi luồng từ thông của cuộn chính .

B

A

Phu ïthuộc vào chủng loại phần tử lệch pha hoặc cuộn khởi động và
phương pháp sử dụng cuộn phụ (cuộn khởi động ) mà động cơ không đồng bộ có
thể phân chia thành 5 nhóm:

A. Với tụ khởi động
SV T H : Ngun V¨n Thµnh
3
B
A
M« h×nh m¸y ®iƯn mét pha
§å ¸n tèt nghiƯp tk®c k®b 1pha víi tơ khëi ®éng vµ lµm viƯc
B. Với điện trở khởi động
C. Với tụ khởi động và làm việc
D. Với tụ làm việc
-Với vòng ngắn mạch.
-Động cơ không đồng bộ vạn năng
Căn cư ùvào yêu cầu kỷ thuật , động cơ không đồng bộ có thể thiết kế thành
những kết cấu sau .Kiểu kín ,kiểu bảo vệ ,kiểu hở , trong đó kiểu hở ít được sử
dụng nhất . Trong kết cấu động cơ cần tính đến hệ thống thông gió của máy .
Với động cơ nhỏ thường dùng các kiểu thông gió sau .
-Làm mát tự nhiên .

-Trong máy động cơ cánh quạt để tự thông gió
-Thông gió nhờ quạt đặt ngoài máy
a, b, c,
Hình 2 thông gió tự làm mát bằng quạt
a,hướng trục , b,hướng kính , … c,thổi ngòi vỏ máy

Căn cứ vào chiều luồng gió do kết cấu máy quyết đònh ,hệ thống thông
gió được phân ra làm hai loại hướng kính và hướng trục ,ngoài ra dựa vào đặc
điểm của làm việc của quạt gió có thể phân hệ thống thông gió thành hai loại
quạt hút và loại quạt đẩy khi dùng thông gió kiểu đẩy không khí nguội tiếp xúc
với cánh quạt trước , do tổn hao của quạt mà không khí nóng lên trước khi qua
máy . Khi dùng kiểu hút thì không khí lạnh trực tiếp qua máy trước khi đến
quạt, động cơ kiểu kín dùng phương pháp làm mát tự nhiên và thông gió nhờ
SV T H : Ngun V¨n Thµnh
4
§å ¸n tèt nghiƯp tk®c k®b 1pha víi tơ khëi ®éng vµ lµm viƯc
quạt ngoài . Trong kiểu bảo vệ và kiểu hở thì dùng kiểu thông gió tự nhiên
hay thông gió tự làm mát .
1. Tõ trêng ®éng c¬ ®iƯn mét pha
§éng c¬ kh«ng ®ång bé mét pha vỊ cÊu t¹o, stato chØ cã d©y qn mét pha,
r«to thêng lµ lång sãc trªn h×nh vÏ (1-A), d©y qn stato ®ỵc nèi víi líi ®iƯn xoay
chiỊu mét pha, dßng ®iƯn ch¹y vµo d©y qn stato kh«ng t¹o ®ỵc tõ trêng quay, do
sù biÕn thiªn cđa dßng ®iƯn, chiỊu vµ trÞ sè dßng ®iƯn thay ®ỉi nhng ph¬ng cđa tõ
trêng cè ®Þnh trong kh«ng gian tõ trêng nµy gäi lµ tõ trêng ®Ëp m¹ch.
B
B
1
B
11
n

1
n
1
H×nh 1A H×nh 1B
V× kh«ng ph¶i lµ tõ trêng quay nªn khi cã ®iƯn trong d©y qn stato mµ ®éng
c¬ kh«ng quay ®ỵc vµ cÇn ph¶i cã ngo¹i lùc t¸c dơng lªn r«to k hi ®ã ®éng c¬ sÏ
quay víi hai tõ trêng thn nghÞch, ta ph©n tÝch tõ trêng ®Ëp m¹ch thµnh hai tõ quay
thn nghÞch cã cïng tÇn sè quay n
1
vµ biªn ®é b»ng mét nưa tõ trêng ®Ëp m¹ch n =
60f/p. Trong ®ã tõ trêng quay
I
B
cã chiỊu quay trïng chiỊu quay víi r«to ®ỵc gäi lµ
SV T H : Ngun V¨n Thµnh
5
Đồ án tốt nghiệp tkđc kđb 1pha với tụ khởi động và làm việc
từ trờng quay thuận và
II
B
có chiều quay ngợc chiều quay rôto đợc gọi là từ trờng
quay ngợc chiều trên hình (1.b).
B
là từ trờng tổng (đập mạch).
Trong đó
I
B
và
II
B

quay với tốc độ n
1
, ta có:
B
=
I
B
+
II
B
Gọi n là tốc độ cao
Hệ số trợt ứng với từ trờng quay thuận sẽ là:
S
n
nn
S =

=
1
1
1
Hệ số trợt ứng với từ trờng quay ngợc sẽ là:
2
1
1
11
1
1
2
=

+
=
+
=
n
n)S(n
n
nn
S
; S
2
= 2 - S
Từ đó ta có bảng hệ số trợt sau:
S = S
1
2 1 0
S
2
0 1 2
M
N
0
M
M
11
M
M
11
M
11

Hình 2
SV T H : Nguyễn Văn Thành
6
Đồ án tốt nghiệp tkđc kđb 1pha với tụ khởi động và làm việc
Trên hình 2, ta vẽ mômen quay
I
M
do từ trờng quay thuận sinh ra có trị số d-
ơng và
II
M
do từ trờng nghịch sinh ra có trị số âm, mômen quay của động cơ một
pha là tổng các mômen quay của các thành phần thuận nghịch của từ trờng elip.
M
=
I
M
+
II
M
Quan hệ của các mômen này với hệ số trợt biểu thị trên hình 2. Khi rôto đứng
yên là lúc S = S
2
=1,
I
M
=
II
M
; và mômen mở máy M = 0; nếu tác động một ngoại

lực theo một chiều nào đó thì từ trờng elip đợc hình thành và mômen quay theo h-
ớng chọn ban đầu
I
M
hoặc
II
M
sẽ trội hơn.
Đặc tính M = f(S) đợc biểu diễn trên hình 2 gồm hai thành phần tơng đơng
nhau ứng với các chiều quay thuận và nghịch khi:
S = 1; S = 0; S = 2; M = 0
S = S
1
; S = 2 - S
1
; M = M
max
Lúc này nếu có thiết bị mở máy thì rôto sẽ quay, nếu quay cùng chiều từ tr-
ờng 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 S
đm
ứng với giao
điểm của các đờng đặc tính M = f(S) và M
N
= f(S) vì vậy cần thiết phải có biện pháp
mở máy động cơ đồng bộ một pha, ở đây ta xét trờng hợp mở máy động cơ không
đồng bộ một pha làm việc bằng điện dung
SV T H : Nguyễn Văn Thành
7
§å ¸n tèt nghiƯp tk®c k®b 1pha víi tơ khëi ®éng vµ lµm viƯc

ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA VỚI ĐIỆN TRỞ KHỞI ĐỘNG
Thời gian giữa các dòng điện chạy trong dây quấn đạt được nhờ tăng điện
trở trong cuộn khởi động B tổng điện trở pha B có thể bằng cách nối tiếp điện
trở. Trong thực tế thông thường ở những nơi không có yêu cầu mômen khởi
động lớn ,người ta sử dụng động cơ không đồng bộ với điện trở khởi động góc
lệch pha theo trở phụ R
f
với cuộn khởi động hoặc chế tạo cuộn B từ dây dẫn có
tiết diện nhỏ .
Động cơ khởi động như động cơ hai pha không đối xứng khi rôto đạt đến
tần số quay nhất đònh 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 nguồn
M
I
A
I
A
R
f

I
B
B

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 stato ,đôi khi để sử dụng lõi thép ít tốt hơn rãnh của cuộn khởi
động có tiết diện nhỏ hơn so với cuộn làm việc.
SV T H : Ngun V¨n Thµnh
8

(a) s¬ ®å m¾t m¹ch ®iƯn
K
A
0 S
K
0,5 1 S

(b) ®Ỉc tÝnh c¬
A M
K
(A+B)
M
®m
I
®m
a
§å ¸n tèt nghiƯp tk®c k®b 1pha víi tơ khëi ®éng vµ lµm viƯc
Cuộn làm việc có số vòng dây lớn cho nên có điện kháng X
SA
lớn (X∼
w
2
) điện trở của cuộn làm việc tương đối nhỏ và ngược lại với cuộn khởi động
có số vòng dây nhỏ điện kháng X
SB
nhỏ , điện trở r
SB
rất lớn do đó :
X
SA

>X
SB
r
SA
<r
SB

Động cơ không đồng bộ với điện trở khởi động thường có mômen khởi
động thấp .M
K
=(0,5__0,7) M
đm
, nhưng đôi khi đạt tới M
k
=(1,0__1,5)M
đm
.điều
đó thực hiện được không chỉ do góc lệch pha theo thời gian mà nhờ sự cường
hoá luồng từ thông của cuộn khởi động
φ
B
khi giảm số vòng dây W
B

dq WB
4
4,44f.k .B
θ ≈

Với K

dqB
là hệ số dây quấn pha B .
Tuy nhiên việc tăng luồng từ thông
φ
B
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 .
Hiệu suất :
η
= 0,4__0,7
Hệ số công suất :cos
ϕ
=0,5__0,6
Khả năng quá tải : M
max
=
Mdm
M max
=1,4__2
SV T H : Ngun V¨n Thµnh
9
Đồ án tốt nghiệp tkđc kđb 1pha với tụ khởi động và làm việc
Động Cơ Không Đồng Bộ Một Pha Với Tụ Khởi Động
Động cơ không đồng bộ với tụ khởi động thờng đợc sử dụng trong các trờng
hợp yêu cầu đối với đặc tính khởi động động cao dòng khởi động I
k
nhỏ và mômen khởi động M
K
lớn

Sơ đồ mắc mạch :

Sơ đồ mắc mạch điện (a) và đặc tính cơ
(b) của động cơ không đồng bộ với tụ khởi động
Cuộn chính chiếm số rãnh N
ZA
= 2/3Z
S
, cuộn phụ , N
ZB
= 1/3 Z
S
. Số vòng
dây của cuộn phụ và điện dung của tụ điện đợc chọn từ giá trị mômen khởi động
cần thiết phải có hoặc từ điều kiện nhận từ trờng tròn khi khởi động (với n = 0 ) .
Mômen khởi động lớn đạt đợc nhờ tăng ( cờng hoá ) luồng từ thông của cuộn khởi
động và góc lệch pha theo thời gian .Trong trờng hợp này M
K
= (2- 2,5).M
đm
và I
K
= (3-6)I
đm

Động cơ khởi động giống nh động cơ hai pha (trờng hợp chung là không đối
xứng ) khi đạt tốc độ nhất định cuộn khởi động đợc ngắt và động cơ chuyển sang
chế độ một pha cuộn khởi động đóng ngắt tự động ,trong trờng hợp không ngắt đợc
cuộn khởi động khỏi nguồn , động cơ sẽ bị quá nhiệt và dẫn đến cháy .
SV T H : Nguyễn Văn Thành

10
M
KĐ
I
A
I
I
B
C
K
B
A
K
a
A
A+B
M
M
m
0 S
K
0,5 1 S
Đồ án tốt nghiệp tkđc kđb 1pha với tụ khởi động và làm việc
Khi muốn có từ trờng tròn ở chế độ khởi động cần phải chọn hệ số biến áp K và tụ
C có xét tới N
ZA
N
ZB
đIều kiện nhận từ trờng tròn .
Điện trở và điện kháng dây quấn pha B trên stato :

r
SB
= k.t.a(K
dqA
/K
dqB
)
2
.r
SA

x
SB
= ak
2
(K
dqA
/K
dqB
)
2
.x
SA
Trong đó : a = N
ZA
/N
ZB
; t = q
A
/q

B
K
dqA
, K
dqB
_ Hệ số dây quấn pha A và pha B
Lúc khởi động s =1 , tổng trở của mạch nhánh song song của thứ tự thuận và
thứ tự nghịch bằng nhau .
r
RB1
= r
RB2
= r
RBK
= k
2
.r
RAK
x
RB1
= x
RB2
= x
RBK
= k
2
.x
RAK
Điện trở và điện kháng của pha B khi khởi động có dạng sau :
r

BK
= r
SB
+ r
RBK
= k.t.a(k
dqa
/k
dqB
)
2
.r
SA
+ k
2
r
RAK
(2-1)
x
BK
= x
SB
+ x
RBK
= ak
2
(k
dqa
/k
dqB

)
2
.x
SA
+ k
2
x
RAK
(2-2)
Biểu thức xác định các điều kiện nhận từ trờng tròn trong động cơ điện dung:
I
BK
r
BK
= j.I
AK
.x
AK
;
j.I
BK
x
BK
= j.I
AK
.x
C
= I
AK
r

AK
Thay các giá trị I
B
= j.I
AK
/k và r
BK
, x
BK
theo (2-1),(2-2) vào các biểu thức trên
. Hệ số biến áp k và điện kháng tụ C khi từ trờng tròn với s =1 :
K = 1/r
RAK
{x
AK
- t.a.(k
dqA
/k
dqB
)
2
.r
SA
]
X
C
= kr
AK
+ a.k
2

(k
dqA
/k
dqB
)
2
.x
SA
+ k
2
x
RAK

SV T H : Nguyễn Văn Thành
11
Đồ án tốt nghiệp tkđc kđb 1pha với tụ khởi động và làm việc
Đặc tính làm việc của động cơ với tụ khởi động không khác so với của động
cơ với điện trở khởi động vì chúng đều làm việc với một pha (pha chính) ở chế độ
định mức
Động Cơ Không Đồng Bộ Một Pha Điện Dung Làm Việc
Thực chất động cơ điện dung làm việc là động cơ hai pha đợc mắc vào lới
điện một pha vì cả hai dây quấn đều đợc duy trì trong suốt quá trình làm việc. Do
vậy về cấu tạo rôto lồng sóc, stato có dây quấn hai pha lệch nhau 90
0
điện, khi dòng
điện trong hai dây quấn có biên độ bằng nhau và lệch nhau một góc 90
0
tạo ra trong
máy từ trờng quay với tần số quay
n

1
= 60.f/p.
Nguyên lý làm việc và đặc tính của động cơ không đồng bộ một pha điện
dung làm việc giống nh động cơ ba pha, để tạo ra sự lệch pha về thời gian giữa
dòng điên trong hai dây quấn ta mắc nối tiếp một dây quấn với một điện dung C,
hai dây quấn nối song song với nhau và mắc vào lới điện một pha (hình 3).

C
B
A
SV T H : Nguyễn Văn Thành
12
Sơ đồ mạch điện a , và đặt tính cơ b, động cơ điện dung với tụ là việc
M
đm
M
mã
M
0 S
đm
S
k
0.5 1 S
Đồ án tốt nghiệp tkđc kđb 1pha với tụ khởi động và làm việc
Việc phối hợp các trị số điện dung C và số vòng dây của các dây quấn phù
hợp sẽ có đợc từ trờng quay tròn (hoặc gần tròn). Máy sẽ có các chỉ tiêu kinh tế kỹ
thuật tốt, đối với loại động cơ này có u điểm là: Cấu tạo đơn giản, hệ số công suất
cos cao nên đợc sử dụng phổ biến rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nh: Quạt điện,
trong các thiết bị của hệ thống tự động.
Mạch Điện Thay Thế Pha Chính:

Mạch điện thay thế pha chính sẽ giúp chúng ta tính toán các đặc tính - làm
việc và đặc tính mômen M = f(S) dựa theo phơng pháp thành phần đối xứng của hệ
thống hai pha từ mạch điện hình 4.
X
SA
I
A1
I
RA1
X
RA
X
à
X
mA
r
SA
r
RA/S
X
SA
I
A1
X
à
r
SA
X
mA
X

RA
I
RA1
r
RA/(2-S)
(Với dòng thứ tự thuận) (Với dòng thứ tự nghịch)
Tơng ứng với việc phân tích mômen quay từ hai thành phần thuận, nghịch ta
cũng phân tích dòng điện thành hai thành phần sau:
A
I
=
21 AA
II +
;
B
I
=
21 BB
II +
;
Dòng
1A
I
và
1B
I
lệch pha nhau 90
0
tạo ra từ trờng quay thuận.
Dòng

2A
I
và
2B
I
lệch pha nhau 90
0
tạo ra từ trờng quay ngợc.
Tổng trở thứ tự thuận của pha A:
Z
A1
= Z
SA
+ Z'
RA1
= r
A1
+ jx
A1
SV T H : Nguyễn Văn Thành
13
Đồ án tốt nghiệp tkđc kđb 1pha với tụ khởi động và làm việc
Trong đó:
Z
SA
= r
SA
+ jx
SA
: Tổng trở dây quấn Stato.

Z'
RA1
= r'
RA1
+ jx'
RA1
: Tổng trở mạch phân nhánh từ trờng thuận.
Z
A1
= (r
A1
+ jx
A1
) = (r
SA
+ r'
RA1
) + j(x
SA
+ x'
RA1
);
22
1
s
S.x
'r
mA
RA
+

=
22
2
1
s
s).x/r(
.x.'x
RARA
RARA
+
+
=
;
RAmA
RA
xx
r
+
=
RAmA
mA
xx
x
+
=
Tổng trở thứ tự nghịch của pha A
Z
A2
= Z

SA
+ Z
RA2
= r
A2
+ jx
A2
Trong đó:
Z'
RA2
= r'
RA2
+ jx'
RA2
: Tổng trở mạch phân nhánh từ trờng nghịch.
=> Z
A2
= r
A2
+ jx
A2
= (r
SA
+ r'
RA2
) + j(x
SA
+ x'
RA2
)

22
2
2
2
)s(
)s.(x
'r
mA
RA
+

=
22
2
2
2
2
)s(
)s().x/r(
x.'x
RARA
RARA
+
+
=
Nh vậy trong từ trờng elip nói chung dòng điện thứ tự thuận và nghịch của
pha chính bằng:
SV T H : Nguyễn Văn Thành
14
§å ¸n tèt nghiƯp tk®c k®b 1pha víi tơ khëi ®éng vµ lµm viƯc

1221
22
1
BABA
AB
dmA
Z.ZZ.Z
)Z.k.jZ(
.UI
+
−
=
1221
11
2
BABA
AB
dmA
Z.ZZ.Z
)Z.k.jZ(
.UI
+
+
=
Trong ®ã:Z
B1
= (r
SB
+ k
2

.r'
RA1
) + j(k
2
.x
A1
- X
C
)
Z
B2
= (r
SB
+ k
2
.r'
RA2
) + j(k
2
.x
A2
- X
C
)
k: Tû sè biÕn ¸p
ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA VỚI TỤ
KHỞI ĐỘNG VÀ TỤ LÀM VIỆC
Nhươc điểm chung của các loại động cơ với điện trở khởi động và tụ khởi
động là chúng có chỉ số năng lượng (
η

cos
ϕ
) 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 .
Trong tất cả các trường hợp yêu cầu chỉ số năng lượng cao và đặt tính
khởi động tốt người ta thường sử dụng động cơ với tụ khởi động và tụ làm việc .
trong mạch cuộn B có hai tụ mắt song song với tụ làm việc C
L
luôn nối với
mạch còn cuộn khởi động C
K
chỉ nối vào mạch trong thời gian khởi động .
U M
I a
I
A
K
C
l
C
K
C
l
C
L
+C
k
I
B

M
đm
M
max
M
K

Sơ đồ mắc mạch điện a, và đặt tính cơ b của động cơ không đồng bộ với tụ
khởi động và tụ làm việc
SV T H : Ngun V¨n Thµnh
15
S
đm
S
k
0,5 1 S
A
B
§å ¸n tèt nghiƯp tk®c k®b 1pha víi tơ khëi ®éng vµ lµm viƯc
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 .
N
ZA
=N
ZB
=N
ZS
/2 với N
ZS
số rãnh 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 đònh mức là từ trường tròn
K=W
B
/W
A
= tg
ϕ
m
X
c
=X
m
+X
Bđm
= X
m
/cos
ϕ
m
Trong đó :
ϕ
ϕ
m
, X
m ,
X
Bđm
các thông số của động cơ ở tần số quay

đònh mức .
Điện dung của tụ khởi động chọn sao cho tổng điện dung (C
K
+C
L
) đảm
bảo được giá trò cần thiết của mômen khởi động
M
K
=(2,0__2,2)M
d

η
= (0,5__0,9)
cos
ϕ
= (0,8__0,95) M
max
=(1,8__2,5)
ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA VÒNG CHẬP
Động cơ không đồng bộ một pha có kết cấu đơn giản nhất , nên rẻ nhất là
động cơ vòng chập . động cơ này có mômen khởi động nhỏ và thường được sử
dụng trong trường hợp mômen khởi động chiếm từ 10 - 40% mômen đònh mức.
Dòng từ hoá chạy trong cuộn kích thích O tạo ra luồng từ thông đập mạch
φ
một
phần 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 SĐ Đ cuộn ứng E
K
chậm sau
φ
V
góc
90
0
theo thời gian . dòng điện I
K
chạy trong vòng ngắn mạch do điện cảm của
vòng chậm sau E
K
một góc
ϕ
K
và tạo ra luồng từ thông
φ
K
trùng pha với I
k
ta có
φ
V
=
φ
”+

φ
K
như vậy
φ
V
và
φ
’ lệch pha nhau góc
β
theo thời gian và
φ
theo không
gian tạo ra từ trường elip vì :
φ
’
≠

φ
;
θ
+
β
≠
180
0
SV T H : Ngun V¨n Thµnh
16
§å ¸n tèt nghiƯp tk®c k®b 1pha víi tơ khëi ®éng vµ lµm viƯc
mômen khởi động M
kđ

=(0,2__0,5) M
đm
tốc độ quay : n=n
đb
.
η
=25__40%
cos
ϕ
= o,4__0,6
mômen cực đại : M
max
=( 1,1__1,25)M
đm
PhÇn hai
SV T H : Ngun V¨n Thµnh
17
Đồ án tốt nghiệp tkđc kđb 1pha với tụ khởi động và làm việc
Thiết kế động cơ không đồng bộ một pha công suất nhỏ
điện dung làm việc
Chơng I: Xác định kích thớc chủ yếu
1.> công suất định mức của động cơ không đồng bộ pha đẳng trị :
P
dmIII
=
1
.P
đm
= 1,3. 370 = 481 ( W)
Trong đó :

P
dmIII
= 1.3 là hệ số tra từ TL-1 trang 19.
2.> Công suất tính toán của động cơ ba pha đẳng trị :
dmIII
SIII
III III
P 481
P 641.3(W)
.cos 0,75
= = =


III
cos
III
= 0,75: Hiệu suất điện năng (tra hình 1-1 trang 20TL-1)
3.> Chọn tải đờng nh sau :
-
D
n
D
K 0,65
D
= =
: hệ số tỷ lệ giữa hai đờng kính trong và đờng kính ngoài
- 2p = 4: Số cực
-
l
1

D
= =
: Hệ số tỷ lệ giữa chiều dài lõi thép với đờng kính trong. Nếu ta
chọn nhỏ sẽ làm cho máy ta thiết kế dài ra và ngợc lại
- Chọn tải đờng: A = 220 (A/cm
2
)
- xét đến yêu cầu tiếng ồn ta chọn:B

= 0,7:Mật độ từ thông khe hở không khí
4.> Đờng kính ngoài Stato:
3
44
db
SIII
D
n
n A.B
P.P
K
D

=


3
44 641.3.2
11,9(cm)
0,65 0,7.220.1.1500
= =

SV T H : Nguyễn Văn Thành
18
Đồ án tốt nghiệp tkđc kđb 1pha với tụ khởi động và làm việc
Căn cứ vào bảng đờng kính ngoài tiêu chuẩn theo chiều cao tâm trục trang 20
(TL-1)
Ta chọn: D
n
= 11,6 (cm) = 116 (mm)
5>. Đờng kính trong Stato:
D = K
D
. D
n
= 0,65 . 11,6 = 7,5 (cm)
Lấy D = 7,5 (cm) =75(mm)
6>. Bớc cực:
.D .7,5
5,89(cm)
2P 4

= = =
chọn

1
= 5,9(mm)
7.> Chiều dài lõi sắt Stato và rôto:
Chiều dài lõi sắt stato tính toán đợc xác định theo hệ số kết cấu với =1
Ta có: l
s
= l

R
= .D = 1. 7,5 = 7,5 (cm) = 75(mm)
- Chọn khe hở không khí :chọn khe hở không khí càng nhỏ thì tổn hao
không tải và hệ số cos nhỏ nhng nếu chọn khe hở không khí nhỏ quá thì vấn đề
công nghệ không đáp ứng đợc và làm sóng bậc cao tăng lên . Thờng chọn khe hở
không khí =0,2ữ0,3 trang 26 TL-1 chọn : = 0,03 (cm) = 0,3 (mm)
chiều dài l=l
s
=l
R
=7.5(cm)
SV T H : Nguyễn Văn Thành
19
Đồ án tốt nghiệp tkđc kđb 1pha với tụ khởi động và làm việc
chơng ii: dây quấn ,rãnh và gông stato
Số rãnh stato và rôto:
- Việc chọn số rãnh stato và rôto (Z
S
vàZ
R
) của động cơ điện công suất nhỏ
quan hệ mật thiết với nhau và khi xét đến quan hệ đó phải chú ý những yếu tố sau :
- Trên đặc tính mômen M=f(n) không có chỗ lõm nhiều do mômen ký sinh
đồng bộ và không đồng bộ sinh ra .
- Tổn hao do phần răng sinh ra nhỏ nhất .
- Động cơ khi làm việc , tiếng ồn do lực hớng tâm sinh ra nhỏ nhất
Để giảm tới mức tối thiểu ảnh hởng của mômen ký sinh đồng bộ, không đồng
bộ và tiếng ồn, ta chọn số rãnh Stato và rôto với tỷ lệ
Z
S

= 24 và Z
R
=17
- Ngoài ra khi đã chọn đờng kính ngoài stato việc chọn số rãnh stato Z
S
còn
phụ thuộc vào chiều rộng răng nhỏ nhất mà công nghệ cho phép
- Tỷ số Z
S
/Z
R
chọn đợc phù hợp với quy định trong bảng 2-1 và phù hợp rãnh
stato, rôto này đợc dùng trong bảng thống nhất. Tỷ số rãnh stato của dây quấn chính
và phụ trong động cơ điện dung chọn Z
A
=Z
B
=12.
8.> Số rãnh dây quấn chính và phụ dới mỗi cực :
S
Z
24
q 3
2.mp 2.2.2
= = =
Trong động cơ điện dung thờng lấy số rãnh của 2 pha dới mỗi cực bằng nhau,
do đó: q=Q
A
=Q
B

=3 (rãnh).
9.>Dùng dây quấn đồng khuôn phân tán 2 mặt phẳng. Nh vậy đây là dây
quấn bớc đủ.
S
Z
24
y 6
2p 4
= = = =

SV T H : Nguyễn Văn Thành
20
Đồ án tốt nghiệp tkđc kđb 1pha với tụ khởi động và làm việc
10>. Hệ số dây quấn Stato:
Hệ số dây quấn Stato đợc tính nh sau:
dq
0 0
0,707 0,707
K 0,91
45 45
qsin 3.sin
q 3
= = =

11>. Từ thông trong khe hở không khí:
=

. . l. B

. 10

-4
= 0,64. 5,9. 7,5. 0,7.10
-4
= 19,8.10
-4
(Wb)
Trong đó : chọn sơ bộ K
s
= 1,11: Hệ số sóng tra đờng cong hình 2.16 trang
46 TL-1


= 0,64: hệ số cung cực từ

=5,9 (cm) (mục 6)
l
S
= 7,5 (cm) (mục 7)
B

= 0,7 T
12.> Số vòng dây của dây quấn chính:

= = =

E dm
SA
4
S dA
K .U 0,83.220

W 465,5
4.K .f. .K 4.1,11.50.19,8.10 .0,91
(vòng)
Lấy 456 (vòng)
Trong đó : K
E
= 0,83 theo TL1 trang 44
=19,8 .10
-4
(wb) (mục 11)
f= 50 H
f

K
dqA
= 0.91 (mục10)
SV T H : Nguyễn Văn Thành
21
Đồ án tốt nghiệp tkđc kđb 1pha với tụ khởi động và làm việc
13.> . Số thanh dẫn trong một rãnh
= = =
SA
rA
W .a 456.1
U 76(thanh)
p.q 2.3
lấy U
rA
= 76 (thanh)
Trong đó : a =1 là số mạch nhánh song song .

Vì số vòng dây không thay đổi nên ta không điều chỉnh lại
14.> . Dòng điện định mức của dây quấn chính (xác định sơ bộ):
= = =

dm
dmA
II II dm
P 370
I 1,8(A)
cos . 2.U 0.66 2.220
Số liệu ban đầu:
P
đm
=370W
U
đm
=220V
Trong đó:
III
cos
III
= 0.66 tra từ đờng biểu diễn 1-3 theoTL 1 trang 21
15.> Tiết diện dây quấn chính Stato:
= = =
2
dm
SA
SA
I 1,8
S' 0,225(mm )

n.J 1.8
Trong đó: n = 1: Số mạch nhánh song song
J
SA
= 8 (A/mm
2
): Mật độ dòng điện (sơ bộ) trong dây quấn chính theo TL-1
trang 48
Theo TL- 1 trang 281 chọn tiết diện dây dẫn chuẩn S
SA
=0.221 (mm
2
)
Nh vậy đờng kính của dây d/ d
cđ
= 0.53/0.585(mm)
- Chọn dây dẫn Men ký hiệu B -2
16.> Tổng tiết diện dây dẫn đồng trong rãnh :
S
SAD
= S
SA
. U
RA
=0,221.76 =16,8 (mm
2
)
SV T H : Nguyễn Văn Thành
22
Đồ án tốt nghiệp tkđc kđb 1pha với tụ khởi động và làm việc

Rãnh và gông stato
- Việc chọn rãnh và kích thớc rãnh ta dựa vào tiết diện dây dẫn trong rãnh để
chọn rãnh stato thích hợp có ba dạng rãnh
- Rãnh quả lê có khuôn dập đơn giản nhất ,từ trở ở đáy rãnh tơng đối thấp vì
vậygiảm đợc sức từ động không cần thiết trên răng .
- Dạng rãnh hình nửa quả lê có diện tích lớn hơn quả lê.
- Diện tích rãnh hình thang có diện tích lớn nhất nhng tính công nghệ kém
hơn dạng rãnh nửa quả lê .
- Từ đó theo tổng diện tích rãnh ta tính đợc chọn rãnh hình nửa quả lê
17.> . Sơ bộ định chiều dày của răng.
- Lõi sắt động cơ điện này dùng thép kỹ thuật điện cán nguội ký hiệu 2211.
Hệ số ép chặt k
C
=0,97. Bề mặt lá tôn không phủ sơn cách điện.
+ Sơ bộ chọn chiều rộng răng Stato b
ZS
nh sau:
S
ZS
ZS C
B .t 0,7.9,8
b 4,7(mm)
B .K 1,5.0,97

= = =
Trong đó:
- B

= 0,7 (T) mật độ từ thông khe hở không khí
- B

ZS
= 1,5 (T): Mật độ từ thông răng Stato (Sơ bộ chọn)
- t
S
: bớc răng stato
18.> Bớc răng Stato:
S
S
.D .75
t 9,8(mm)
Z 24

= = =
Trong đó :
SV T H : Nguyễn Văn Thành
23
Đồ án tốt nghiệp tkđc kđb 1pha với tụ khởi động và làm việc
D=75 (mm) (mục 5)
19.> Sơ bộ định chiều cao gông:
= = =
S
gS ZS
Z 24
h 0,2b . 0,2.4,7. 11,3(mm)
p 2
Trong đó : b
ZS
= 4,7 (mm) (mục 17)
2p=4 nên p =2
20.> chọn kích thớc rãnh :

- Theo TL- 1 trang 57 ta chọn
- Chiều rộng miệng rãnh .b
4S
= d
cđ
+ (1.1 ữ1,5) = 0.585+1,21 =1.8 *(mm)
- Chiều cao miệng rãnh h
4S
= 0,6(mm)
21.> Các kích thớc rãnh khác:
+ +
= = =

4S S ZS
1S
S
(D 2.h ) Z .b (65 2.0,6) 24.4,7
d 6 (mm )
Z 24

- - 4,7


= = =
n gs
2S ZS
S
(D 2h )
(116 2.11,3)
b b 7,5 (mm)

Z 24
Trong đó : D = 75 (mm) (mục5)
D
n
= 116 (mm) (mục 4)
b
ZS
= 4,7 (mm) (mục17)
h
gS
= 11,3 (mm) (mục19)
22. >Chiều cao rãnh Stato:


= = =
n gS
rS
D D 2.h
116 75 2.11,3
h 9,2(mm)
2 2
Trong đó : D
n
= 116 (mm) (mục 4)
SV T H : Nguyễn Văn Thành
24
Đồ án tốt nghiệp tkđc kđb 1pha với tụ khởi động và làm việc
D =75 (mm) (mục5)
h
gS

= 11,3 (mm) (mục19)
23.> Chiều cao phần thẳng của rãnh:
( )
( )
= +
= + =
12S rS 1S 4S
h h 0,5 d 2.h
9,2 0,5 6 2.0,6 5,6(mm)
Trong đó : h
rS
= 9,2 (mm) (mục21)
b
2S
=7,5 (mm) (mục 21)
h
n
= 2 (mm) (mục 20)
24.> Diện tích rãnh trừ nêm:
( )
+ +
= = =
' 2
2S 1S
rs rs 4S n
b d 7,5 6
S .(h h h ) 9,2 0,6 2 44,55(mm )
2 2
Trong đó: h
n

= 2(mm): chiều cao nêm
d
1S
= 6(mm) (mục 21)
b
2S
=7,5 (mm) (mục 21)
h
4S
0,6 (mm) (mục20)
25.> Diện tích cánh điện rãnh:
- Cách điện rãnh của động cơ công suất nhỏ 4A là một lớp bìa dán mỏng tổng
hốp chiều dày cách điện là 0,3 (mm)
Tên Vật liệu Kích thớc (mm) Chú thích
Dây dẫn
Cách điện rãnh
Nêm
B 2
tấm cách điện
cách địên
cd
d 0,53
(mm)
d 0,585
=
0,3
0,2
Một mặt của rãnh
26.> Diện tích cách điện :
SV T H : Nguyễn Văn Thành

25