datn thiet ke dong co khong dong bo mot pha dien dung 3835

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐIỆN DUNG

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA

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 với 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

1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐIỆN DUNG

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA

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 điều 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
2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐIỆN DUNG

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA

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 BẰNG 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
Ul

3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐIỆN DUNG

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA

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

4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐIỆN DUNG

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA

PđmIII = β1Pđm =1,5.180 =270 W
Trong đó:
Đối với động cơ điện dung: β1 =(1,25 ÷ 1,7); Chọn β1 =1,5
2.Công suất tính toán của động cơ 3 pha đẳng trị
PsIII =

PdmIII
270
=
= 459,184 W
η III cos ϕ III 0,588

Tra bảng (1-1) trang 20 theo tài liệu [1] ta có: ηIII .cosϕIII = 0,588
3.Tốc độ đồng bộ của động cơ

n

db

=

60. f 60.50

=
= 3000 vg/p
p
1

4.Đường kính ngoài Stato được xác định theo công thức
Dn =

PSIII .P
44
44
459,184.1
3
3
= 11,484 cm
=
k D Bδ . A.λ..ndb 0,55 0,5.115.0,9.3000

Trong đó:
Từ thông khe hở không khí Bδ = (0.3 ÷ 1)T: mật độ từ thông khe hở
không khí ; chọn Bδ =0,5T
Tải đường A=(90 ÷ 180) ; chọn A=115 A/cm
Hệ số

λ

= l

D

= ( 0,22 ÷1,57 ): tỷ lệ giữa chiều dài lõi sắt Stato

với đường kính trong ; chọn
Hệ số

k

D

λ

= 0,9 .

= ( 0,485 ÷ 0,615 ) : hệ số giữa đường kính trong và

= D
Dn

đường kính ngoài, chọn

k

D

= 0,55

Dựa vào bảng 26 theo tài liệu [1]
Ta quy chuẩn: Dn = 116 mm
Chiều cao tâm trục: H =71 mm
5.Đường kính trong Stato

D =kD . Dn =0,55.116 =63,8 mm

5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐIỆN DUNG

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA

6.Bước cực của Stato
τ=

π .D
2p

=

π .63,8
2.1

=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
dt =0,3 .D = 0,3. 63,8 =19,14 mm
Việc chọn số rãnh Stato ZS của động cơ điện dung và số rãnh Roto ZR
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: ZS = 24 ; ZR = 19
12.Chọn dây quấn:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Y A

B

6

X

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


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐIỆN DUNG

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA

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)
ZA =ZB =

Z S 24
=
= 12 rãnh
2
2

14.Số rãnh dưới một đôi cực của mỗi pha
qA =qB =

ZS
24
=
=6
2mp 2.2.1

15.Hệ số dây cuốn Stato
0,707
0,707
= 0,903
=
π .υ
π .1
q.Sin

6. sin
4.q
4 .6

KdqA=

Chọn ν =1: Bậc của sóng sức từ động
16.Hệ số bão hoà răng
kZ = ( 1,1 ÷1,5) ; Chọn kZ =1,1
17.Hệ số cung cực từ
αδ =0,66 ÷ 0,73 ; Chọn αδ =0,66
Hệ số này phụ thuộc vào độ bão hoà răng Stato và Roto
18.Từ thông khe hở không khí
φδ = αδ.τ.l .Bδ.10-4 = 0,66.10,017.5,742.0.5. 10-4
=18,981. 10-4 wb
19.Số vòng của cuộn dây chính
WSA =

Udm.k E
0,82.220
=
= 479,42 vòng
4.kδ . f .φδ k dqA
4.1,1.50.19,981.10 − 4.0,903

Quy chuẩn : WSA = 480 vòng
Trong đó:

7

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐIỆN DUNG

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA

Hệ số KE =

E
= (0,7÷0,9) ; Chọn KE= 0,82
U dm

20. Số thanh dẫn trong rãnh
urA =a.

W SA
480
=1.
=80 thanh
1.6
p.q

Chọn a=1: số mạch nhánh song song
21. Dòng điện định mức
IđmA =

Pdm

η II cos ϕ II 2 .Udm

=

180
0,407. 2 .220

=1,422 A

Từ đường biến thiên hình (1-3) trang 21 theo tài liệu [1]
với P= 180 W thì ηII.cosϕII = 0,407
22.Tiết diện dây cuốn chính sơ bộ
SSA =

I dm 1,422
=0,237 mm2
=
a.J
1 .6

Trong đó mật độ dòng điện J= (6÷7) A/ mm2 ; Chọn J = 6 A/ mm2
Từ phụ lục 2 trang 269 theo tài liệu [1]
Quy chuẩn SSA=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: dcđ=0,615 mm
Căn cứ vào tiết diện dây, ta chọn loại dây có kí hiệu π∋B-2
23.Bước răng Stato
ts =

πD
ZS

=

π .63,8
24

= 8,347 mm

24.Bước răng Roto
tR =

πD '
ZR

=

π .63,2
19

= 10,445 mm

8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐIỆN DUNG

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA

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 dày
lá thép 0,5 mm, do đó có hệ số ép chặt KC =0,97
2.Xác định dạng rãnh Stato
Stato của động cơ điện dung có thể dùng các dạng rãnh sau:
ƒ Hình quả lê
ƒ Hình nửa quả lê
ƒ 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

9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐIỆN DUNG

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA

- 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
b4S

h4S

d1S

hrs
h12s
d2S

4.Chiều cao miệng rãnh
h4s = (0,5 ÷0,8) mm ; Chọn h4s = 0,5 mm
5.Chiều rộng miệng rãnh
b4S = dcđ + (1,1÷ 1,5) = 0,615 +(1,1+1,5); Chọn b4S = 2 mm
6.Kết cấu cách điện rãnh:
Dùng giấy cách điện có bề dày 0,2mm , chiều cao 2mm
7.Chiều rộng Stato bZS 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.
Fs

F

Fgs

Fzs

0

h*rs

10

§å thÞ Fs = f(hrs)

hrS


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐIỆN DUNG

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA

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:
Fs = Fzs + Fgs → min
Trong đó:
Fs là tổng sức từ động rơi trên stato
Fzs là sức từ động rơi trên răng stato
Fgs là sức từ động rơi trên gông stato
*)Các rằng buộc:
- Hệ số lấp đầy:
0,7[ Kld [ 0,75
- Mật độ từ thông trong răng Bzs và gông Bgs stato
1,2 [ Bzs [ 1,6 T
0,9 [ Bgs [ 1,3 T
+ Giới hạn trên và giới hạn dưới của bề rộng răng, chiều cao gông
bzsmin =

Bδ .lδ .t s
0,5.5,742.8,347
=

=2,689 mm
1,6.5,742.0,97
B zs max .l s .k c

bzsmax =

Bδ .lδ .t s
0,5.5,742.8,347
=3,586 mm
=
1,2.5,742.0,97
B zs min .l s .k c

hgsmin =
hgsmax =

φ .10 4
2.B gs max .l s .k c

φ .10 4
2.B gs min .l s .k c

=

=

0,01898.10 4
= 13,106 mm
2.1,3.5,742.0,97

0,01898.10 4
= 18,932
2.0,9.5,742.0,97

mm

Khi hgsmin thì hrsmax ; hgsmax thì hrsmin ; Vậy ta có giới hạn trên và giới hạn dưới
của chiều cao rãnh stato như sau:
hrsmin =

Dn − D
116 − 63,8
- hgsmax =
- 18,932 = 7,168 mm
2
2

11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐIỆN DUNG

hrsmax =

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA

Dn − D
116 − 63,8
- hgsmin =

- 13,106 = 12,994 mm
2
2

- Điều kiện công nghệ: bzs ≥ 1,8 mm
*)Biến số độc lập :
Chiều cao rãnh stato hrs
hrs↑ thì hgs↓ → Bgs↑

→

Hgs↑

hrs↓ thì hzs↑ thì bzs↓ → Bzs ↓

→

Fgs↑

→ Hzs ↓ →

Fzs ↓

Miền giới hạn của biến số độc lập là:
7,168= hrsmin [ hzs [ hrsmax =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
Δhrs =

hrs max − hrs min
mm
M

Tại các mắt lưới trong không gian hai chiều xác định véc tơ X:
X = ( d1s, d2s, hrs, hzs, Srs, Bzs, Bgs, ...) 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 :
hgs =

Φ δ .10 4
0,0018981 .10 4
=
=18,9
2.B gs .l s .k c 2.0,91.57,42.0,97.10 − 2

mm

10.Đường kính phía trên Stato
d 1s =

π ( D + 2.h4 s ) − bZS .Z S 3,14(63,8 + 2.0,5) − 3,6.24
=
=5,6 mm
24 − 3,14
ZS −π

11.Đường kính phía dưới Stato

12


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐIỆN DUNG

d 2s =

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA

π ( Dn − 2.hgs ) − bZS .Z S 3,14(116 − 2.18,9) − 3,6.24
=
=5,9 mm
ZS + π
24 + 3,14

12.chiều cao rãnh Stato

h

rs

=

Dn − D − 2h gs

=

2

116 − 63,8 − 2.18,9
=7,2 mm
2

13.Chiều cao phần thẳng rãnh
h12S = hrs- 0,5(d1s +d2s –2.h4s) =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 (hzs ≠ hrs)
hzs = hrs – 0,1.d1s = 7,2- 0,1.5,6=6,6 mm
15.Diện tích rãnh Stato
Srs =

π (d12s + d 2 s 2 )
8

=

+ 0,5h12 s (d 1s + d 2 s )

3,14(5,6 2 + 5,9 2 )
+ 0,5.1,9(5,6 +5,9) = 36,98 mm2
8

16.Kiểm tra hệ số lấp đầy:

k

ld

=

π .u rA .d cd2
4( S rs − S cd )

=

3,14.80.0,615 2
=0,723
4(36,98 − 4,06)

Trong đó : Scđ=c.(d2s+2.hrs)=0,2.(5,9 + 2.7,2)=4,06 mm2
17.Sức từ động ở răng Stato
FZS =2. HZS .hZS =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

F

gS

=

H

gS

.

π ( Dn − hgS )
2. p

= 1,42. 3,14(11,6 − 1,89) =21,62 A
2. 1

19.Tổng sức từ động Stato min
FS =FZS +FgS =6,56 + 21,62 = 28,18 A
20.Khi thực hiện tính toán ta chọn M=80

13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐIỆN DUNG

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA

Vậy ta có kích thước răng, rãnh Stato như sau:
d1s = 5,6 mm

hrs = 7,2 mm

hzs = 6,6 mm

FSmin= 28,18 A

d2s = 5,9 mm

hgs = 18,9 mm

Bzs = 1,19 T

Kld= 0,723

h12s = 1,9 mm

bzs = 3,6 mm

Bgs = 0,91 T

Srs=36,98 mm2

14


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐIỆN DUNG

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA

CHƯƠNG 3
XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC RĂNG RÃNH ROTO
1.Rãnh Roto được chọn theo sự phối hợp rãnh Stato ZS và rãnh Roto ZR
2.Ở đầu bài toán thiết kế số rãnh Roto ít ZR = 19 < ZR =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
d2r

h12r
d1r

hrR

h4r
b4r

4.Để đảm bảo độ bền của khuôn dập thì chiều cao miệng rãnh phải nhỏ.
h4R = (0,3÷0,4) mm; Chọn h4R=0,3 mm
5.Chiều rộng miệng rãnh
b4R = (1÷1,5) mm; Chọn b4R = 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:
K n = k dqR =

αn

15,18
2 =
2 = 0,998
αn
0,2641

2 Sin

2Sin

Trong đó:

αn =

2.1.π
2 p.π
. βn =
.0,7991= 0,2641 radian: Góc ở tâm rãnh
19
zR

15


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐIỆN DUNG

βn =

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA

bn 8,347
=
=0,7991: Độ nghiêng rãnh biểu thị bằng phân số của
t R 10,445

bước răng Roto
bn : Độ nghiêng rãnh tính theo cung tròn của Roto
8.Dòng điện tác dụng trong thanh dẫn Roto:
I td =

k I .I dm .2.m.wSA .k dqA

z R .k dqR

=

0,798.1,422.2.2.480.0,903
=102,739 A
19.0,998

Theo hình (10-5) trang 244 theo tài liệu[2] : kI=f(Cosϕ);
Cosϕ = 0,74 thì kI = 0,789
9.Người ta thường chọn: bn = tR =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.
FR

F

FgR

FZR

0

h*rR

hrR

§å thÞ FR = f(hrR)

*)Hàm mục tiêu:
FR = FzR + FgR → min
Trong đó:
FR là tổng sức từ động rơi trên Roto
FzR là sức từ động rơi trên răng Roto
FgR là sức từ động rơi trên gông Roto

16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐIỆN DUNG

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA

*) Các rằng buộc:
Mật độ dòng cho phép trong thanh dẫn lồng sóc
A/mm2

2[ Jld [ 3

Mật độ từ thông trong răng BzR và gông BgR Roto
1 [ BzR [ 1,8 T
0,8 [ BgR [ 1,5 T
+ Giới hạn trên và giới hạn dưới của bề rộng răng ,chiều cao gông và chiều
cao rãnh Roto
bzRmin =

Bδ .lδ .t R

0,5.5,742.10,445
=
= 3,054 mm
B zR max .l R .k c
1.5,742.0,97

bzRmax =

Bδ .lδ .t R
0,5.5,742.10,445
= 5,479 mm
=
1,8.5,742.0,97
B zR min .l R .k c

hgRmin =
hgRmax =

φ .10 4
2.B gR max .l R .k c

φ .10 4
2.B gR min .l R .k c

0,01898.10 4
= 11,358 mm
2.1,5.5,742.0,97

=

=

0,01898.10 4
= 21,298 mm
2.0,8.5,742.0,97

Khi hgRmin thì hrRmax ; hgRmax thì hrRmin ; Vậy ta có giới hạn trên và giới hạn
dưới của chiều cao rãnh roto như sau:
hrRmin=

Dn − D
116 − 63,8
- hgRmax=
- 21,298 =4,802 mm
2
2

hrRmax=

Dn − D
116 − 63,8
- hgRmin=
- 11,358 =14,742 mm
2
2

Điều kiện công nghệ: bzR / 1,8 mm
Đáy rãnh Roto d2R / 2,5 mm
*)Biến số độc lập
Chiều cao rãnh roto hrR

hrR↑ thì hgR↓ → BgR↑

→

HgR↑

→

FgR↑

hrR↑ thì bzR↑ → BzR ↓

→ HzR ↓ →

FzR ↓

17


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐIỆN DUNG

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA

Miền giới hạn G của biến số độc lập là:
4,802=hrRmin [ hrR[ hrRmax =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

ΔhrR =

hrR max − hrR min
K

mm

Tại các mắt lưới trong không gian hai chiều xác định véc tơ Y:
Y = ( d1R, d2R, hrR, hzR, SrR, BzR, BgR, ...) 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
d 1R =

π ( D − 2δ − 2.h4 R ) − bzR .z R 3,14(63,8 − 2.0,3 − 2.0,3) − 4,6.19
=
=4,9 mm
zR + π
19 + 3,14

13.Đường kính phía dưới Roto:Điều kiện công nghệ d2R ≥ 2,5 mm
d2R =

π (dt + 2.hgR ) − bzR .z R 3,14(19,14 + 2.12,6) − 4,6.19
=
=3,2 mm
zR − π

19 − 3,14

Trong đó hgR : chiều cao gông Roto
hgR =

φδ .10 4
2.B gr .l R .k c

=

0,001898.10 4
=12,6
2.1,355.57,42.0,97.10 − 2

14.Chiều cao phần thẳng rãnh Roto:
⎡

h12R = 0,5.⎢ D ' − d1R − 2.h 4 R −
⎣

Z R (bzR + d 2 R ) ⎤
⎥
π
⎦

18

mm

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐIỆN DUNG

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA

=0,5.[63,2- 4,9- 2.0,3 -

19( 4,6 + 3,2)
] = 5,1 mm
3,14

15.Chiều cao rãnh Roto
hrR = h12R+ 0,5(d1R+d2R) +h4R
= 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 (hzR ≠hrR)
hzR = hrR– 0,1.d2R=9,5 – 0,1.3,2 = 9,2 mm
17.Diện tích rãnh Roto:
π

SrR= (d 1R 2 + d 2 R 2 ) + 0,5.h12 R (d12 R + d 2 R )
8

=

3,14
2
( 4,9 2 + 3,2 2 ) + 0,5.5,1(4,9 + 3,2) = 34,27 mm
8

18.Sức từ động ở răng Roto
FZR =2. HZR .hZR= 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

F

=
gR

H

π .(dt + hgR )
gR

2. p

= 3,25. 3,14(1,914 + 1,26) =16,19 A
2.1

20.Tổng sức từ động Roto min
FR =FZR+FgR = 9,34+16,19 = 25,53 A
21. Với K= 80 ta có kết quả kích thước răng rãnh roto như sau:
d1R = 4,9 mm

hrR = 9,5 mm

hzR = 9,2 mm

d2R = 3,2 mm

hgR = 12,6 mm BzR = 1,165 T

FRmin= 25,53 A
SrR=34,27
mm2

h12R = 5,1 mm

bzR = 4,6 mm

BgR = 1,355 T

19

Itd=102,739 A


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐIỆN DUNG

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA

22.Dòng điện trong vành ngắn mạch
I td

Iv =

2.Sin

π.p
ZR

=

102,739
= 312,255
π .1
2.Sin
19

A

23.Mật độ trong vành ngắn mạch:
Jv =(0,6÷0,8)Jtđ = (0,6÷0,8)(2÷3) ; chọn Jv =2,3 A
24.Tiết diện vành ngắn mạch
Sv =

I V 312,225
=
=135,75
2,3
JV

mm2

25.Chiều cao vành ngắn mạch
bV ≥ 2.h12R =2.5,1=10,2 mm ; chọn bv=11 mm
av =

Sv
135,75
=
=12,34 ; chọn av=12 mm
11
bv

26.Tiết diện vành ngắn mạch sau khi đã làm tròn
Sv = av.bv =11.12=132 mm2
27.Đường kính vành ngắn mạch:
Dv = D’ – av – 2.δ =63,2 – 12 – 2.0,3=50,6 mm

20


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐIỆN DUNG

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA

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
lđ =k1.τY+2B =1,2.8,185 +2.1= 11,822 cm
Trong đó: Hệ số kinh nghiệm: k1 = 1,2
Hệ số kinh nghiệm: B = (0,5÷1,5); chọn B =1

τy=

π ( D + 2.hrs )
2p

.β =

π (6,38 + 2.0,72) 2

. =8,185 cm

2 .1

3

2.Chiều dài trung bình 1/2 vòng dây quấn Stato
ltb = lđ+l =11,822 +5,742= 17,564 cm
3.Tổng chiều dài dây dẫn của dây quấn Stato
LSA = 2.ltb .wSA.10-2=2.17,564.480.10-2 =168,61 m
4.Điện trở tác dụng của dây quấn Stato
RSA = ρ75 o

LSA
168,61
= 2,13.10-2
=14,6 Ω
S SA .a
0,246.1

Trong đó:

ρ75 o =2,13.10-2 Ωmm2/m: Điện trở suất của kim loại bằng
đồng dùng trong động cơ
5.Điện trở Stato tính theo đơn vị tương đối
R * SA =

RSA
14,6
=
=0,09436 Ω
Rdm 154,71

Trong đó:
Rđm =

U dm
220
=
=154,71 Ω : Điện trở định mức
1,422
I dm

21


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐIỆN DUNG

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA

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:
h1
b4s h2
h4s
.kβ + ( 0,785 +
).kβ1 ]
+
3.d1
2.d1 d1
b4s

λ rs= [
=[

3,11
2
0,6
0,5
.1 +( 0,785 +
).1 ] = 0,965
−
3.5,6
2.5,6 5,6
2

Ta sử dụng dây quấn một lớp bước đủ nên ta có hệ số kβ = kβ 1 =1
h2 : chiều cao nên ta có

h2 = hn + bcđ h1 = hrs-h4s -

d 1S
5,6
=2 + 0,2 = -0,6 mm
2
2

d 1S
d
-bcđ -h2 - 2 S
2
10

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

8,374
ts
=
=1,879
11,9.k δ .δ 11,9.1,2482.0,3

Trong đó:
tS = 8,347 mm: Bước răng Stato
δ = 0,3 mm

: Bề rộng khe hở không khí

22


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐIỆN DUNG

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA

kδ=kδS .kδR =1,1586.1,0774 =1,2482 : Hệ số khe hở không khí
Ta có:
2
0,3
δ
=
=1,1586
kδS =
2 8,347 − 2
t S − b4 S
b4 z
(
)
5+
) 5+

+(
0,3 8,347
δ
tS

5+

b4 S

5+

1,5
0,3
δ
=
=1,0774
kδR =
b4 S t R − b4 R
1,5 10,445 − 1,5
)
(
5+
5+
(
)
0,3 10,445
δ
tR
b4 R

5+

5+

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
λđS = 0,27.
= 0,27.

q
(l d − 0,64. τ)
l ld
6
(11,822 − 0,64.12 ) = 0,568
11,822

9.Tổng hệ số từ dẫn Stato

∑λ

S

= λ rs + λ ts + λ ds =0,965 +1,879 +0,568=3,412

10.Điện kháng tản dây cuốn chính Stato

XSA = 0,158.
= 0,158.

f WS 2 l S

(
) . .2.∑ λ S
100 100 pq

50 480 2 5,742
(
).
.2.3,412 = 11,887 Ω
100 100
1 .6

11.Điện trở kháng tản dây quấn chính Stato tính theo đơn vị tương đối

X

*
SA

=

X

SA

.

I
U

dm

= 11,887.

dm

1,422
=0,0768
220

12.Điện trở tác dụng của Roto lồng sóc
rR=

4m.wS2 .k dS2
( rt +
2
Z R .k dR

rv
2 Sin 2

πp

)

=k12 .rpt

zr

23

Ω


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐIỆN DUNG

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA

4.2.480 2.0,903 2
4m.wS2 .k dS2
=
= 77,375.103 :Hệ số quy đổi điện
2
2
Z R .k dR
19.0,998

k12 =

trở Roto sang dây quấn Stato
kds =0,903
kdqR =kn =0,998: Hệ số dây quấn Roto lồng sóc khi cần làm rãnh
nghiêng
13.Điện trở của phần trở Roto lồng sóc
0,275.10 −4
1 57,42
=
+
= 1,6896.10-4
.

rpt = rt +
.
1
π
πp
23 34,272
2Sin 2
2 Sin 2
19
ZR
rv

Ω

Trong đó:
rt = S 75 .
0

lR
:Điện trở thanh dẫn Roto
S rR

rv:Điện trở vành ngắn mạch
St : tiết diện thanh dẫn Roto mm2
lR : chiều dài thanh dẫn Roto mm
rv =

π .Dv .10 −2. ∫
Z R .av .bv

=

π .50,6 .10 −2.1
19.11.12.23

=0,275.10-4 Ω

rR= k12.rpt = 77,375.103.1,6896.10-4 = 13,074 Ω
14.Điện trở Roto tính theo đơn vị tương đối
rR* = rR .

I dm
1,422
= 0,0885 Ω
= 13,704.
220
U dm

15.Hệ số từ tản rãnh Roto

λrR= [

π .d12R 2
h1R
b
h
(1 −
) + 0,66 − 4 r ] . k μ + 4 R =0,969
3.d1R
8.S rR

2.d1R
b4 R

h1R =h12r +0,9.d2R=5,1 +0,9.3,2=7,98 mm
kμ =1: Hệ số cản
16.Hệ số từ tản tạp Roto

24

Trong đó:


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐIỆN DUNG

λtR =

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA

tR
10,445
=
=2,278
11,9.δ .k δR
11,9.0,3.1,2843

17.Hệ số từ dẫn phần đầu nối
2,9.DV

λđR =

Z R .l R ( 2 Sin

π.p
ZR

)2

.l g .

4,7.DV
a
2( + b )
2

2,9.50,6

=

π.1 ⎞
⎛
19.57,42. ⎜ 2sin
19 ⎟⎠
⎝

2

lg

4,7.50,6

=2,661
2(5,5 + 12)

18.Tổng hệ số từ tản Roto

∑λ

R

= λ dR + λ tR + λ rR =2,661+2,278+0,969 =5,908

∑λR = ∑λR.
'

57,42.24.0,9032
l R .Z S k dqA 2
(
) =5,908.
=5,977
l S .Z R k dqR
57,42.19.0,9982

19.Điện kháng Roto quy đổi sang Stato
XRA

= XSA. ∑ λ
∑λ

'
R

=11,887.

S

5,977
=12,07 Ω
5,908

20.Điện kháng Stato tính theo đơn vị tương đối

X

*
R

=

X

R

.

I
U

dm
dm

=12,07.

1,422
=0,078 Ω
220

25