Tài liệu Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế động cơ điện dung làm việc ppt

Đồ án tốt nghiệp



Thiết kế động cơ điện dung
làm việc










ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC

Trang 1
MỞ ĐẦU

Hiện nay động cơ điện được 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 được sử dụng mạnh mẽ trong gần nửa
thế kỷ
nay. Người ta giới hạn động cơ công suất nhỏ trong khoảng vài phần
oát đến 750W. Nhưng 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 được 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 người dân.
Loại sau dùng trang bị tự động, hàng không tàu thuỷ và các cơ cấu
khống chế khác.
Động cơ không đồng bộ roto 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 như: máy tiện nhỏ, máy ly tâm,
máy nén, bơm nước, máy giặt…
Độ
ng cơ không đồng bộ một pha dùng nguồn điện một pha của lưới
điện sinh hoạt nên được sử dụng ngày càng rộng rãi vì có những ưu điểm sau:
- Kết cấu đơn giản giá thành hạ
- Không sinh can nhiễu vô tuyến
- Ít tiếng ồn

- Sử dụng đơn giản chắc chắn
Hiện nay phương pháp tính toán thiết kế tối ưu cho các loại độ
ng cơ
không đồng bộ ro to lồng sóc đều thực hiện bằng máy tính. Nhưng để thực
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC


Trang 2
hiện được việc thiết kế tự động cũng cần phải nắm vững cách thiết kế bằng
phương pháp thông thường.
Trong đồ án thiết kế này tính toán động cơ một pha điện dung làm việc
được thiết kế các bước sau:
Phần I:
1. Khái niệm chung về động cơ không không đồng bộ động lưc
2.Tìm hiểu động cơ điện dung.
Phần II
- Xác đị
nh kích thước chủ yếu
- Dây quấn, rãnh và gông stato.
- Dây quấn, rãnh và gông rôto.
- Tính toán mạch từ.
- Trở kháng của dây quấn stato và rôto.
- Tính toán chế độ định mức.
- Tính toán dây quấn phụ.
- Tính toán tổn hao sắt và dòng điện phụ.
- Tính toán chế độ khởi động.
- Tính và vẽ các đặc tính làm việc và đặc tính cơ
Trong thời gian làm đồ án thiết kế này tôi được sự chỉ b

ảo tận tình của
thầy giáo Bùi Văn Thi nên tôi đã hoàn thành được nội dung các phần tính
toán thiết kế. Nhưng 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 được sự đóng góp
ý kiến để đề tài thiết kế này được 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 làm đồ án này.
Đặc biệt là thầy giáo Bùi Văn Thi.
Sinh viên

Nguyễn Hữu Hào
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC


Trang 3

PHẦN I
TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ĐỘNG LỰC

1. KHÁI NIỆN CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐỘNG LỰC CÔNG SUẤT NHỎ:
Động cơ động lưc công suất nhỏ của hệ thống tự động phổ biến nhất hiện
nay là động cơ không đồng bộ.Theo cấu tạo,đây là động cơ có ro to ngắn
mạchthường có dạng lồng sóc, đôi khi được chế tạo thành dạng đặc hay dạng
rỗnglàm bằng gang hoặc thép,nhằm nhận được đặc tính cơ mềm,tăng dộ bền
cơ
của roto khi quay với vận tốc cao và giảm độ ồn của động cơ .Động cơ
không đồng bộ công suất nhỏ với roto dây quấn không được chế tạo

Trong phần lớn các hệ thống tự động,động cơ động lưc không được
nuôI bằng nguồn điện ba pha, mà là một pha xoay chiều.Chính vì vậycác
đọng cơ động lực xoay chiều chủ yếu là động cơ mộ
t pha..Động cơ ba pha
trong hệ thống tự động ít được sử dụng.
Động cơ không đồng bộ một pha được gọi là một phavì được nuôi bằng
nguồn điện một pha, nhưng về cấu tạo trong phần lớn các trường hợp là động
cơ hai pha. Chúng có hai cuộn dây trên stato thường lệch pha trong không
gian một góc 90 đIện.Một cuộn được nối tiếp với nguồn đIệ
n một pha gọi là
cuộn làm việc hoặc cuộn chính,cuộn còn lại nối với nguồn một pha qua phần
tử lệch pha. Trong toàn bộ thời gian làm việchoặc chỉ trong thời gian mở máy,
gọi là cuộn phụ hoặc cuộn khởi động. ở một số động cơ,cuộn phụ hoàn toàn
không được nối với nguồn ,sức từ động trong cuộn dây sinh ra bởi luồng từ
thông củ
a cuộn chính.
Phụ thuộc vào chủng loại của phần tử lệch pha và phương pháp sử
dụng cuộn phụ (cuộn khởi động) mà đọng cơ không đồng bộ công suất nhỏ có
thể phân ra thành các nhóm sau:
+Động cơ với điện trở khởi động
+Động cơ với tụ khởi động
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC


Trang 4
+Động cơ với tụ khởi động và làm việc
+Động cơ với vòng ngắn mạch
Ngoài động cơ công suất nhỏ không đồng bộ một pha và ba pha,trong

hệ thống tự động còn sử dụng động co không đồng bộ vạn nănglàm nhiện vụ
truyền động.Về cấu tậócc động cơ này là động cơ ba pha.Khi thay đổi sơ đồ
đấy dây với các phần tử l
ệch pha chúng sẽ làm việc với lưới điện một pha
xoay chiều.
2. TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG
Từ trường của động cơ điện dung
Động cơ không đồng bộ một pha về cấu tạo, stato chỉ có dây quấn một
pha, rôto thường là lồng sóc trên hình vẽ (1-A), dây quấn stato được nối với
lưới điện xoay chiều một pha, dòng điện chạy vào dây quấn stato không tạo
được từ trường quay, do sự biến thiên của dòng điện, chiều và trị số dòng điện
thay đổ
i nhưng phương của từ trường cố định trong không gian từ trường này
gọi là từ trường đập mạch.
B
B
1
B
11
n
1
n
1

Hình 1A Hình 1B
Vì không phải là từ trường quay nên khi có điện trong dây quấn stato
mà động cơ không quay được và cần phải có ngoại lực tác dụng lên rôto k hi
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC

Trang 5
đó động cơ sẽ quay với hai từ trường thuận nghịch, ta phân tích từ trường đập
mạch thành hai từ quay thuận nghịch có cùng tần số quay n
1
và biên độ bằng
một nửa từ trường đập mạch n = 60f/p. Trong đó từ trường quay
I
B
có chiều
quay trùng chiều quay với rôto được gọi là từ trường quay thuận và
II
B
có
chiều quay ngược chiều quay rôto được gọi là từ trường quay ngược chiều
trên hình (1.b).
B
là từ trường 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 trượt ứng với từ trường quay thuận sẽ là:
S
n
nn
S =
−
=
1
1
1

Hệ số trượt ứng với từ trường quay ngược 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 trượt sau:
S = S
1
2 1 0
S
2
0 1 2

M
N
0
M
M
11
M
M
11
M
11

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC


Trang 6
Hình 2
Trên hình 2, ta vẽ mômen quay
I
M
do từ trường quay thuận sinh ra có trị số
dương và
II
M
do từ trường 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
trường elip.

M
=
I
M
+
II
M

Quan hệ của các mômen này với hệ số trượt 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 trường elip được hình thành
và mômen quay theo hướng chọn ban đầu
I
M
hoặc
II
M
sẽ trội hơn.
Đặc tính M = f(S) được biểu diễn trên hình 2 gồm hai thành phần tương
đương 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 trường thuận và mômen điện từ, mômen vượt quá mômen ngoài (Mômen
ngoài) thì sau một quá trình quá độ chế độ xác lập được hình thành và hệ số
trượt S
đm
ứng với giao điểm của các đường 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 trường hợp mở máy động cơ không đồng bộ một pha làm việc bằng điện
dung.
3. Động cơ không đồng bộ một pha với tụ khởi động
Động cơ không đồng bộ với tụ khởi động thường được sử dụng trong
các trường hợ
p yêu cầu đối với đặc tính khởi động động cao : dòng khởi động
Ik nhỏ và mômen khởi động M
K
lớn
Sơ đồ mắc mạch :

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC


Trang 7

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 được chọn từ giá trị mômen
khởi động cần thiết phải có hoặc từ điều kiện nhận từ trường tròn khi khởi
động (với n = 0 ) . Mômen khởi động lớn đạt được nhờ tăng (cường hoá)
luồng từ thông của cuộn khởi động và góc lệch pha theo thời gian β .Trong
trường h
ợp này M
K
= (2- 2,5 ).M
đm
và I
K
= (3-6)I
đm

Động cơ khởi động giống như động cơ hai pha (trường hợp chung là
không đối xứng ) khi đạt tốc độ nhất định cuộn khởi động được ngắt và động
cơ chuyển sang chế độ một pha cuộn khởi động đóng ngắt tự động ,trong
trường hợp không ngắt được cuộn khởi động khỏi nguồn , động cơ sẽ bị quá
nhi
ệt và dẫn đến cháy .
Khi muốn có từ trường 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 trường 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 .
C
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC


Trang 8
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 trường 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 trường 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

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
4. Động cơ không đồng bộ một pha điện dung làm việc
Thực chất động cơ điện dung làm việc là động cơ hai pha được mắc
vào lướ

i điện một pha vì cả hai dây quấn đều được 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 trường 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 như 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 lưới điện một
pha (hình 3).
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC


Trang 9
C
B
A

Hình 3
Việc phối hợp các trị số điện dung C và số vòng dây của các dây quấn
phù hợp sẽ có được từ trường quay tròng (hoặc gần tròn). Máy sẽ có các chỉ
tiêu kinh tế kỹ thuật tốt, đối với loại động cơ này có ưu điểm là: Cấu tạo đơn

giản, hệ số công suất cosϕ cao nên được sử dụng phổ biến rộng rãi trong
nhiều lĩnh v
ực như: Quạt điện, trong các thiết bị của hệ thống tự động.
3. 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 phương pháp thành phần đối
xứng của hệ thống hai pha từ mạch điện hình 4.
X
SA
I
A1
I
RA1
X
RA
X
μ
X
mA
r
SA
r
RA/S
X
SA
I
A1
X
μ
r

SA
X
mA
X
RA
I
RA1
r
RA/(2-S)

(Với dòng thứ tự thuận) (Với dòng thứ tự nghịch)
Tương 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
+
;
M
max
M
đm
s
đm
s
K
1
s

M
M
K
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC


Trang 10
B
I
=
21 BB
II
+
;
Dòng
1
A
I
và
1
B
I
lệch pha nhau 90
0
tạo ra từ trường quay thuận.
Dòng
2
A

I
và
2
B
I
lệch pha nhau 90
0
tạo ra từ trường quay ngược.
Tổng trở thứ tự thuận của pha A:
Z
A1
= Z
SA
+ Z'
RA1
= r
A1
+ jx
A1

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 trường thuận.
Z
A1
= (r
A1
+ jx
A1
) = (r
SA
+ r'
RA1
) + j(x
SA
+ x'
RA1
);
22
1
s
S.x..
'r
mA
RA
+α
βα
=

22
2
1
s
s).x/r(
.x.'x
RARA
RARA
+α
+α
β=
;
RAmA
RA
xx
r
+
=α

RAmA
mA
xx
x
+
=β

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 trường
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
−+α
−βα
=

22
2
2
2
2
)s(
)s().x/r(
x.'x
RARA
RARA
−+α
−+α
β=

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC


Trang 11
Như vậy trong từ trường elip nói chung dòng điện thứ tự thuận và
nghịch của pha chính bằng:
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 đó:
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: Tỷ số biến áp.
Động cơ không đồng bộ một pha với điện dung khởi động và 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 t
ụ 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
.

Sơ đồ mắc mạch điện a, và đặt tính cơ của động cơ không đồng bộ với tụ khởi
động và tụ làm việc

I
A

I

A

U

M

a

C
L
+C
k

C
l

M
max

M
đm
I
B

C
l

K

C
K

B

S
đm
S
k

0,5

1

S

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC

Trang 12
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 định mức là từ trường tròn
K=W
B
/W
A
= tg
ϕ
Ađm

X
c
=X
Ađm
+X
Bđm

= X
Ađm
/cos
ϕ
Ađm

Trong đó :
ϕ ϕ
Ađm
, X
Ađm ,
X
Bđm
các thông số của động cơ ở tần số
quay định mức .
Điện dung của tụ khởi động chọn sao cho tổng điện dung (C
K
+C
L
) đảm
bảo được giá trị 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)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC


Trang 13
PHẦN II
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA CÔNG
SUẤT NHỎ ĐIỆN DUNG LÀM VIỆC
CHƯƠNG I: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU

1. Đường kính ngoài Stato:
3
44
db
SIII
D
n
n..A.B
P.P
K
D
λ
=
δ

Trong đó:
-
D
n
D
K0,65
D
==
: hệ số tỷ lệ giữa hai đường kính trong và đường kính ngoài
- 2p = 4: Số cực
-
l
0,85
D
λ= =
: Hệ số tỷ lệ giữa chiều dài lõi thép với đường kính
trong.
- Chọn tải đường:
A = 210 (A/cm
2
): tải đường
B
δ
= 0,55 (T): Mật độ từ thông khe hở không khí
Công suất định mức của động cơ điện 3 pha đẳng trị
P
dmIII
= β
1
.P

đm
= 1,4. 90 = 126 W:
Trong đó β
1
= 1,4 (Trang 19 tài liệu 1)
η
III
cosϕ
III
= 0,44: Hiệu suất điện năng (tra hình 1-1 trang 20- Sách động
cơ không đồng bộ 3 pha, 1 pha - TG- trần Khánh Hà - NXB Khoa học kỹ
thuật).
dmIII
SIII
III III
P
126
P 286,36(W)
.cos 0,44
===
ηϕ

Vậy:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC


Trang 14
3

n
44 286,36.2
D10,6(cm)
0,65 0,55.210.0,85.1500
==

Căn cứ vào bảng đường kính ngoài tiêu chuẩn theo chiều cao tâm trục
trang 20- Sách Động cơ KĐB ba pha, 1 pha công suất như TG. Trần Khánh
Hà - NXB KHKT.
Ta chọn:
D
n
= 10,0 (cm) = 100 (mm)
2. Đường kính trong Stato:
D = K
D
. D
n
= 0,65 . 10 = 6,5 (cm)
Lấy D = 6,5 (cm) =65(mm)
3. Bước cực:
.D .6,5
5,1(cm) 51(mm)
2P 4
ππ
τ= = = =

Chọn τ
1
= 5,1(cm)

Trong đó: p=2 : số đôI cực từ
4. Chiều dài lõi sắt Stato và rôto:
Chiều dài lõi sắt stato tính toán được xác định theo hệ số kết cấu λ với
λ = 0,85.
Ta có: l
s
= l
R
= λ.D = 0,85. 5,1 = 5,52 (cm) = 55,2(mm)
Trong đó : λ =0,85
5. Khe hở không khí:
Chọn khe hở không khí :khe hở không khí càng nhỏ thi cosϕ càng
lớn.Tuy nhiên nếu khe hở không khí δ qua nhỏ thì vấn đề công nghệ không
đáp ứng được và làm tăng sóng bậc cao lên.Với động cơ điện công suất nhỏ,
thường chọn khe hở không khí δ =0,2÷0,3 (mm)
Ta chọn δ = 0,3 (mm) = 0,03 (cm)


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC


Trang 15
CHƯƠNG II: DÂY QUẤN, RÃNH VÀ GÔNG STATO

6. Số rãnh stato và rôto:
Để giảm tới mức tối thiểu ảnh hưởng của mômen ký sinh đồng bộ,
không đồng bộ và tiếng ồn, ta chọn số rãnh stato và rôto với tỷ lệ
Z

S
/Z
R
=24/17.
Z
S
= 24 và Z
R
=17
Tỷ số Z
S
/Z
R
chọn được phù hợp với quy định trong bảng 2-1 và phù
hợp rãnh stato, rôto này được 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.
Số rãnh dây quấn chính và phụ dưới mỗi cực
S
Z
24
q3
2.mp 2.2.2
= ==

Trong động cơ điện dung thường lấy số rãnh của 2 pha dưới mỗi cực
bằng nhau, do đó: q=Q

A
=Q
B
=3 (rãnh).
Dùng dây quấn đồng tâm phân tán 2 mặt phẳng. Như vậy đây là dây quấn một
lớp bước đủ.

S
Z
24
y6
2p 4
=τ= = =

7. Bước răng Stato:
)cm(,
,.
Z
D.
t
S
S
0331
24
97
=
π
=
π
=

8. Bước dây quấn:
Ta chọn dây quấn đồng tâm phân tán hai mặt phẳng (bước đủ).
6
22
24
2
===τ=
.P.
Z
Y
S

9. Hệ số dây quấn Stato:
Hệ số dây quấn Stato được tính như sau:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC


Trang 16
dq
00
0,707 0,707
K0,91
45 45
qsin 3.sin
q3
== =
10. Sơ bộ chọn:

chọn sơ bộ K
S
= 1,11: Hệ số sóng tra đường cong hình 2.16 trang 47
sách động cơ điện một pha. α
δ
= 0,64: hệ số cung cực từ
11. Từ thông trong khe hở không khí:
φ = α
δ
. τ. l. B
δ
. 10
-4

= 0,64. 5,1. 5,52. 0,55.10
-4

= 0,0988.10
-2
(Wb)
12. Số vòng dây của dây quấn chính:
−
== =
φ
Edm
SA
2
SdA
K.U
0,85.220

W 936
4.K .f. .K
4.1,11.50.0,0988.10 .0,91
(vòng)
13. Số thanh dẫn trong một rãnh
===
SA
rA
W.a
936.1
U 156(vßng)
p.q 2.3

lấy U
rA
= 156 (vòng)
14. Dòng điện định mức của dây quấn chính (xác định sơ bộ):
===
ηϕ
dm
dmA
II II dm
P
90
I0,59(A)
cos . 2.U 0,51.0,96. 2.220

Số liệu ban đầu:
P
đm

=90W công suất định mức
U
đm
=220V điện áp định mức
η > 0,5. chọn η = 0,51
cosϕ > 0,95. chọn cosϕ =0,96
15. Mật độ dòng điện:
Mật độ dòng điện trong dây quấn thường khoảng 6÷8,5 A/mm
2
. Với vật
liệu bằng đồng ta chọn sơ bộ J
SA
=6A/mm
2

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC


Trang 17
16. Tiết diện dây quấn chính Stato:
===
2
dm
SA
SA
I
0,59
S' 0,0894mm

a.J 1.6

Trong đó:
a = 1: Số mạch nhánh song song
J
SA
= 6 (A/mm
2
): Mật độ dòng điện (sơ bộ).
17. Chọn tiết diện dây tiêu chuẩn:
Dựa theo bảng tiết diện tiêu chuẩn (tra phụ lục 2 - trang 281TL-1).
Chọn dây men π∋TB có tiết diện tiêu chuẩn
+ Tiết diện dây tiêu chuẩn: S
SA
= 0,099 (mm
2
)
+ Đường kính dây dẫn: d/d
cd
= 0,345/0,395 (mm
2
)
18. Kích thước rãnh và gông Stato.
Căn cứ vào tiết diện dây dẫn trong rãnh để chọn dạng rãnh và kích
thước rãnh ta chọn rãnh có dạng nửa quả lê. Rãnh nửa quả lê có tiết diện lớn
hơn rãnh quả lê vì vậy tiết diện lớn hơn rãnh quả lê vì vậy tiết diện thanh dẫn
lớn hơn -> dòng điện tăng -> Mômen tăng -> thường dùng cho nhiều loại
động cơ có công suất lớn hơn nhưng có nhược điểm dòng đ
iện từ hoá tăng ->
tổn hao tăng.

Chiều rộng răng Stato được xác định theo kết cấu tức là xét đến độ bền
của răng giá thành và khuôn, mật độ từ thông qua răng nằm trong phạm vi
cho phép.
19. 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
như sau:
S
ZS
ZS C
B.t
b
B.K
δ
=

Trong đó:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC


Trang 18
- B
δ

= 0,55 (T) mật độ từ thông khe hở không khí
-

B
ZS
= 1,35 (T): Mật độ từ thông răng Stato (Sơ bộ chọn)
-

K
c
=
0,
97 Hệ số ép chặt
-

t
S
: bước

răng stato
ππ
== =
⇒= =
S
S
ZS
.D .65
t8,5(mm)
Z24
0,55.8,5

b3,6(mm)
1,35.0,97

20. Sơ bộ định chiều cao gông:
=
==
S
gS ZS
Z
h0,2b.
p
24
0,2.3,6. 8,64(mm)
2

chọn h
gS
= 8,6(mm)
21. Chọn kích thước rãnh:
- Lấy chiều cao miệng rãnh: h
4S
= 0,5 (mm)
Chiều rộng miệng rãnh: b
4S
= d
cđ
+( 1,1÷1,5)

b
4S

= 0,395+( 1,1÷1,5)= (1,495÷1,895) mm.
Chọn b
4S
= 1,8 (mm)
22. Các kích thước rãnh khác:
π+ −
π +−
==
−π −π
=
4S S ZS
1
S
(D 2.h ) Z .b
(65 2.0,5) 24.3,6
d
Z24
5,8 (mm )

trong đó: h
4S
= 0,5(mm): chiều cao miệng rãnh – mục 23
b
ZS
=3,6(mm ) bề rộng răng rôto – mục 21
- - 3,6
π−
π−
==
=

ngs
2ZS
S
(D 2h )
(100 2.8, 6)
bb
Z24
7,2 (mm)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC


Trang 19
trong đó: h
gs
=8,6 (mm) chiều cao gông stato

23. Chiều cao rãnh Stato:
−−
−−
== =
ngS
rS
DD2.h
100 65 2.8,6
h8,9(mm)
22

24. Chiều cao phần thẳng của rãnh:
( )
()
=− +
=− + =
12 rS 1 4S
hh0,5d2.h
8,9 0,5 5,8 2.0,5 5,5(mm)

Trong đó:h
4S
=0,5 (mm) chiều cao nêm – mục 23
25. Diện tích rãnh trừ nêm:

()
+
+
=−−= −−=
' 2
21
rs rs 4S n
bd
7,2 5,8
S .(h h h ) 8,9 0,5 2 41,6(mm )
22

trong đó: h
n
= 2(mm): chiều cao nêm
h

rS
=8,9 (mm)chiều cao rãnh stato – mục 23


26.

Diện tích cánh điện rãnh:
Tên Vật liệu Kích thước (mm) Chú thích
Dây dẫn
Cách điện rãnh
Nêm
π ⊃B –2
Tấm cách điện
cách điên
cd
d 0,345
d 0,395
=

0,3
0,2
Một mặt
của rãnh
S
cđ
= C.(b
2
+ 2.h
rs
)

= 0,3 (7,2+2.8,9) = 7,47 (mm
2
)
Với C = 0,3 (mm) chiều dày cách điện
27. Diện tích rãnh có ích:

S
r
= S’
rs
- S
cđ
= 41,6-7,47 = 34,13 (mm
2
)
Trong đó : S’
rs
=41,6(mm
2
)diện tích rãnh trừ nêm (mục 27)
S
cđ
=7,47(mm
2
)diện tích cách điện (mục 28)
28. Hệ số lấp đầy rãnh
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC

Trang 20
K
d
=
==
2
2
rA cd
r
U.d
156.0,395
0,713
S34,13

Trong đó: U
rA
= 156 (vòng): số thanh dẫn trong một rãnh.
d
cđ
= 0,395(mm): đường kính dây kể cả cách điện.
29. Chiều cao gông stato thực sự:

−
−
=−= −=
2
n
gS rS
DD

100 65
hh 8,98,6(mm)
22


trong đó :h
rS
=8,9 (mm) chiều cao rãnh stato (mục 23)
30
.
Bề rộng răng stato:

ZS
'
4S 1 12
S
(D 2h d 2h
b
z
(652.0,55,82.5,5)
7,2 3,64(mm)
24
π
π
+++
=
+++
=−=

( )

π+ +
π− +
=−= −=
''
n4S1S
ZS 1S
S
. 65 2.0,5 5,8
(D 2.h d )
bd5,83,6(mm)
Z24

++
===
ZS ZS
ZS
b ' b" 3,64 3,6
b3,62(mm)
22

trong đó:h
4S
=0,5 (mm)
h
12
=5,5(mm ) chiều cao phần thẳng của rãnh


b
4s

=1,8
R·nh stato
=5,5
=5,8
=8,9
rs
h
1s
d
12s
h
=0,5
h
4s
=7,2
2s
b
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC


Trang 21


gi¶n ®å khai triÓn d©y quÊn stato.
Zs =24, q= Qa=Qb=3, 2p=4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC

Trang 22
CHƯƠNG III: DÂY QUẤN - RÃNH VÀ GÔNG RÔTO

Căn cứ vào tiết diện dây dẫn trong rãnh để chọn dạng rãnh và kích
thước rãnh. Ta chọn rãnh quả lê vì có thể thiết kế chiều rộng răng được đều
theo chiều cao của rãnh.
Để cho nhôm có thể lấp đầy đáy rãnh khi đúc đường kính đáy d
2R

không được nhỏ hơn 2,5mm. Ta chọn d
2R
= 3mm


31. Đường kính ngoài rôto:
D’= D - 2.δ = 65 – 2. 0,3 = 64,4 (mm)
Với δ =0,3mm (theo mục 9)
32. Bề rộng răng rôto:
δ
== =
R
ZR
ZR c
B.t
0,55.11,9
b4,93(mm)
B .K 1,37.0,97

trong đó : t
R
bước răng rôto

'
R
R
.D .64, 4
t11,9(mm)
z17
ππ
== =

chọn b
ZR
= 4,9(mm)
Trong đó: B
ZR
= 1,37(T) : mật độ từ thông răng rôto (Sơ bộ
chọn)
+ Lấy chiều cao miệng rãnh h
4R
= 0,5mm
rR
h
d
=5,8
1R
2R
d

=11,7
=3
=6,8
h
12R
=1
b
4R
=0,5
h
4R
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC


Trang 23
Chiều rộng miệng rãnh b
4R
= 1mm
33. Đường kính rãnh rôto:

( ) ( )
⎡⎤⎡ ⎤
−δ+π− −+π−
⎣⎦⎣ ⎦
=
+π +π
=
4S ZR R

1R
R
D2 h . b.Z 6520,30,5. 4,9.17
d =
Z17
5,75(mm)

Chọn d
1R
= 5,8(mm)
Trong đó D =65 (mm) (mục 2)
b
ZR
=4,9 (mm) (mục 24)
34. Chiều cao phần thẳng của rãnh roto:

()
+
⎡ ⎤
−− −
⎢ ⎥
π
⎣ ⎦
⎡⎤
+
=−−−
⎢⎥
π
⎣⎦
=

'
RZR ZR
12R 1R 4R
Z(b d )
h = 0,5. D d 2.h
17 4,9 3
0,5 64, 4 5,8 2.0,5
6,75(mm)

Chọn h
12R
= 6,8(mm)
35. Chiều cao rãnh rôto:

h
rR
= 0,5 (d
1R
+ d
2R
) + h
12R
+ h
4R

= 0,5(5,8 +3) + 6,8 + 0,5 = 11,7( mm)
trong đó: d
1R
=5,8 (mm) (mục
d

2R
=3(mm) đường kính đáy rôto
36. Diện tích rãnh rô to:

()
()
()
π
++ +
π
=++ +=
22
rR 1R 2R 12R 1R 2R
22 2
S = (d d)0,5h .d d
8
5,8 3 0,5.6,8. 5,8 3 46,65(mm )
8

trong đó:h
12R
=6,8 (mm) chiều cao phần thăng của rãnh
37. Đường kính trong lõi sắt rôto:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC


Trang 24
D

t
= 0,3.D = 0,3.65 = 19,5(mm)

38.Chiều cao gông:
−−
=−= −=
t
gR rR
D' D 64,4 19,5
h h 11,7 10,75(mm)
22

39. Bề rộng răng rôto:
( ) ( )
()()
π− − π − −
=−= −=
π− − − π − −−
=−= −
=
++
== =
'4R1R
ZR 1R
R
'' 4R 1R 12R
ZR 2R
R
'''
ZR ZR

ZR
. D' 2.h d . 64,4 2.0,5 5,8
bd 5,84,84(mm)
Z17
D' 2.h d 2.h . 64,4 2.0,5 5,8 2.6,8
bd 3
Z17
4,94(mm)
bb 4,844,94
b4,89(mm)
22