Tài liệu Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế động cơ điện không đồng bộ một pha điện dung dùng cho quạt ppt

Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế động cơ điện
không đồng bộ một pha
điện dung dùng cho quạt












Đ
ồ án tốt nghiệp

1
đồ án này là thiết kế động cơ không đồng bộ một
pha điện dung dùng cho quạt

PHẦN I
TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG

1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VÀ PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ ĐIỆN CÔNG
SUẤT NHỎ

Máy điện công suất nhỏ là được dùng rất rộng rãi trong gần nửa thế kỷ
nay.Giới hạn công suất của nó thường trong khoảng một vài phần của oát
đến 750W song cũng có những loại máy điện công suất nhở có công suất
lớn hơn. Với sự phát triển nhanh của công nghiệp, tự động hoá cao, do vậy
mà việc đòi sử dụng động máy điện nhỏ trong điề
u khiển tự động, công
nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm, xí nghiệp y tế, nhà ăn công cộng, các
nghành tiểu thủ công nghiệp và sinh hoạt hàng ngày là một đIũu không thể
thiếu được trong thời đạI ngày nay. Trong động cở không đồng bộ Roto
lồng sóc là loạI phổ biến nhất hiện nay trong các loại động cơ xoay chiều
công suất nhỏ. Động cơ không không đồng bộ một pha dùng nguồn điệ
n
một pha của lưới điện sinh hoạt nên được dùng ngày càng rất rộng rãI ở mọi
nơi. Ví dụ như nó có thể được dùng để kéo các máy tiện nhỏ, máy ly tâm,
máy nén, bơm nước, máy xay sát nhỏ, quạt điện, máy xay sinh tố, máy ghi
âm, máy lạnh, máy giặt.
Động cơ không đồng bộ công suất nhỏ so với những loại đông cơ điện
khác nhất là dộng cơ có vành đổi chiều thông dụng có nhữ
ng ưu điểm sau:
+ Kết cấu đơn giản, giá thành hạ
+ Không sinh ra can nhiếu vô tuyến

+ ít tiến ồn
Đ
ồ án tốt nghiệp

2
+ Sử dụng đơn giản và chắc chắn
Song nhược điểm của động cơ Roto lồng sóc là có đặc tính điều chỉnh
tốc độ thấp.

Tất cả động cơ không đồng bộ một pha công suất nhỏ đều có nhược
điểm là luôn có chốt li tâm hoặc rơle chuyên dụng để ngắt phần tử khởi động
sau khi động cơ khởi động .Điều đó dẫn đến tăng giá thành của động cơ và
giảm độ tin cậy của chúng.Trong trường hợp khi độ tin cậy của động cơ
Ba pha
Động cơ KĐB bộ
động lựcCSN
Giảm tốc
Một pha
Với giảm tốc điện từ Với Roto lăn
Với roto
đặc
Với roto
lồng sóc
Vạn năng
Ba pha
Một pha
Bình thường
PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ KĐB CÔNG SUẤT NHỎ
Đ
ồ án tốt nghiệp

3
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. Động cơ
không đồng bộ điện dung có hai pha trên stato thường được cấp điện qua
điện dung để tạo ra điện áp hai pha cho quá trình mở máy. Kết thúc quá trình
mở máy phần tử điện dung vẫn tham gia vào quá trình làm việc.
Trong những trường hợp đặc bi
ệt, yêu cầu lúc mở máy và lúc tải định

mức từ trường quay gần tròn nhất để đảm bảo các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ
thuật người ta dùng hai điện dung(một để mở máy và một để làm việc).
Động cơ điện dung được cấp điện từ lưới một pha với hai cuộn dây
trên stato gồm cuộn chính(Cuộn A) nối trực tiếp với nguồn và cuộ
n
phụ(Cuộn B) nối với nguồn qua tụ điện.Chúng được đặt lệch nhau 90
0
.














Động cơ với tụ làm việc có đặc tính làm việc tương đối tốt : η = 0,5 –
0,9; Cosϕ = 0,8 –0.95; M
max
= (1,6 – 2,2)M
đm
; song nhược điểm của loại
động cơ này là momen khởi động nhỏ M
K

= (0,3-0,6)M
đm
.

Dưới đây sẽ tiến hành khảo sát về các phương pháp diễn tả toán học của
mỗi loại và phân biệt cách xác định kích thước cơ bản để cải tiến cho phù
hợp với công tác nghiên cứu.
U
I
B

K§
LV
I
A
I
C
SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN ĐỘNG CƠ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG:
Đ
ồ án tốt nghiệp

4
1.2. MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ĐIỆN DUNG Ở
CHẾ ĐỘ XÁC LẬP DÙNG CHO BÀI TOÁN THIẾT KẾ.


Trong quá trình thiết kế máy điện nói chung, mô hình toán diễn tả chế
độ xác lập được dùng để xác định các đặc tính làm việc. Mô hình toán học
phản ánh bản chất của máy điện được thiết kế qua các đặc tính tĩnh. Nếu như
các đặc tính nhận được từ mô hình chưa đảm bảo tiêu chuẩn thì phải tính

toán lại từ đầu. Mô hình toán học của máy điện xoay chiều ở chế độ xác lậ
p
được trình bày bởi hệ thống các phương trình cân bằng điện áp ở dạng phức
số và biểu thức mômen điện từ ở dạng trị số hiệu dụng.
Động cơ đang nghiên cứu thuộc loại động cơ không đồng bộ một pha
điện dung thông dụng. Trên stato có hai cuộn dây đặt lệch nhau một góc 90
0

điện trong không gian. Góc lệch pha về thời gian được tạo nên nhờ điện
dung C nối vào một trong hai cuộn. Động cơ được cung cấp điện từ lưới một
pha. Roto có cấu tạo kiểu lồng sóc. Hai cuộn dây trên stato là hai pha A và B
có tiết diện dây và số vòng dây không đối xứng. Cả hai cuộn dây đều tham
gia làm việc trong suốt quá trình quá độ và quá trình xác lập. Có hai phương
pháp diễn tả toán học động cơ không đồng bộ
điện dung một pha là: phương
pháp phân lượng đối xứng và phương pháp trực tiếp tự nhiên.
1.2.1. phương pháp phân lượng đối xứng
Nguyên lý xây dựng mô hình này xuất phát từ dòng điện một pha tạo
ra từ trường đập mạch có thể phân tích thành hai từ trường quay thuận và
ngược. Trong động cơ điện dung, trên stato có hai cuộn dây tương ứng với
bốn động cơ đối xứng, trong đó có một động c
ơ quay thuận và một động cơ
quay ngược. Gọi U
A
,

U
B
là điện áp đóng vào hai cuộn dây stato thì phân
lượng thuận và ngược của σđiện áp được xác định:

U
A(1,2)
=
2
1
(U
A
m
j U
B
)
U
B(1,2)
=
2
1
(U
A
j U
A
)
Gọi tổng trở các cuộn dây stato là: Z
σA
, Z
σB

±
Đ
ồ án tốt nghiệp

5
-
Tổng trở từ hoá Z
σA
, Z
σB
;

- Điện trở và điện kháng của roto tương ứng với các pha A và B là
r
rA
, r
rB,
X
σ2A
, X
σ2B
;
- Tỷ số giữa tốc độ quay của roto
ω
và tốc độ quay của từ trường
ω
1

là
γ
:

1
ω

ω
γ
=

Khi đó bốn hệ thống phương trình cân bằng điện áp được thể hiện trên
các mạch điện thay thế ở hình sau:










Trong phương trình của mạch điện thay thế các dòng điện thực tế có
dạng :

21
...
AA
III
A
+=


2
...
1

BB
III
B
+=

Để xác định được I
A(1,2)
và I
B(1,2)
đối với động cơ điện dung thì các
phương trình điện áp của nó có dạng:
U
A(1,2)
=
)()1(
2
1
.
2
.
1
A
AcA
IIjXjU −mm

U
B(1,

I
rA(1,2

I
A(1,2)
I
oA(1,
Z
oA(1,2)
U
A(1,2
Z
σ
A
A
rA
jX
r
2
1
σ
γ
+
±
I
rB(1,2
I
B(1,2)
I
oB(1,2
Z
oB(1,2)
Z

σ
B
B
rB
jX
r
2
1
σ
γ
+
±
Hình vẽ: Mạch điện thay thế ứng với các thành phần thuận và ngược
của các pha A và B
Đ
ồ án tốt nghiệp

6
U
B(1,2)
=
)()1(
2
1
.
2
.
1
B
BcA

IIjXjU +±±

Mô men điện từ được tính toán như sau:
M
dt
=
c
ω
1
[r
rA
I
2
rA1
+ r
rB
I
2
rB1
] -
c
ω
1
[ r
rA
I
2
rA2
+ r
rB

I
2
rB2
]
Tính toán các đặc tính làm việc của động cơ điện dung theo phương
pháp này khá cồng kềnh, số lượng phép tính lớn. Vì thế trong thời gian gần
đây người ta đưa ra phương pháp xây dựng mô hình trực tiếp, không sử dụng
phương pháp phân lượng đối xứng.
1.2.2. Phương pháp trực tiếp
Phương pháp trực tiếp là phương pháp không sử dụng nguyên lý xếp
chồng từ trường quay thuận và ngược trong khe hở không khí. Phương pháp
này cho phép thu g
ọn số lượng các phương trình và biểu thức tính toán trong
thiết kế động cơ điện dung.
Từ hệ thống bốn phương trình vi phân của máy điện tổng quát được
viết trong hệ toạ độ quay α, β sau khi chuyển về phức số ở trạng thái xác lập
có dạng:

U
α
= Z
A
σ
.
I
α
+Z
0A
(
.

I
α
+
.
I
rα
)
0 = Z
0A
(
.
I
α
+
.
I
rα
) + (
γ
+1
2
r
+ jx
σ2
)
.
I
rα
+
2

2
1
γ
γ
−
r
(
.
I
rα
-j
.
I
r
β

)
jU
α
=Z
σB
j
.
I
β
+Z
0B
(j
.
I

β
+j
.
I
r
β
) -jX
c
j
.
I
β
0 = Z
oB
(j
.
I
β
+j
.
I
r
β
)+(
γ
+1
2
r
+ jx
σ2

) j
.
I
r
β
+
2
2
1
γ
γ
−
r
( j
.
I
r
β
-
.
I
rα
)
Từ hệ thống bốn phương trình này vẽ được mạch điện thay thế trên hình 2-2:



Z
oA
jI

β
r
-I
r
α

I
r
α

jI
r
β

Z
oB
jI
β

U
α

I
α

jU
α

2
2

1
γ
r
Z
A
σ

γ
+1
2
r
γ
+1
2
r
jX
2
σ
Z
B
σ

JX
C

jX
2
σ

Đ

ồ án tốt nghiệp

7

















Hệ thống 4 phương trình trên đây chứa 4 ẩn số dòng điện là
.
I
A,
,
.
I
B
,
.

I
rα
,
.
I
rβ
. Giải hệ thống bốn phương trình này sẽ tìm được dòng điện trong các
cuộn dây. Khi đó mô men điên từ được tính theo biểu thức sau:
M
dt
=
0
2
ω
r
[γ(I
2
r
α
+I
2
r
β
) + 2I
r
α
I
r
β
sin

ϕ
r
]
trong đó
ϕ
r
là góc lệch pha thời gian giữa I
r
α
,I
r
β
.
Mặc dù phương pháp này có nhiều hơn phương pháp phân lượng đối
xứng
song không thấy rõ ảnh hưởng trực tiếp đến mô men điện từ.






Đ
ồ án tốt nghiệp

8
PHẦN II
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG
BỘ MỘT PHA ĐIỆN DUNG DÙNG CHO QUẠT

CHƯƠNG 1
XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU VÀ THÔNG SỐ PHA
CHÍNH
- Các yêu cầu đặt ra cho động cơ không đồng bộ công suất nhỏ
thường mâu thuẫn với nhau, vì vậy việc xác định kích thước chủ
uếu trở nên phức tạp. Kích thước chủ yếu ở đây là đường kính
trong D, đường kính ngoài D
n
và chiều dài tính toán l của lõi sắt
stato.
1. Tốc độ đồng bộ của động cơ
n
đb=

1500
2
50.60.60
==
p
f
vòng/phút
trong đó :
p :Số đôi cực p= 2
f: Tần số nguồn
2. Đường kính ngoài stato
Trong thực tế hiẹn nay đối với loại quạt công suất này người ta thường chế
tạo với dường kính :
Dn=7,9 cm.
3. Đường kính trong stato
D = k

D
.D
n
= 0,6.168 = 100,8 (mm)
Trong đó :
k
D
:Hệ số kết cấu
k
D
= (0,485 – 0,615) với 2p = 4. Trong trường hợp bài toán này ta
chọn k
D
= 0,58.

Đ
ồ án tốt nghiệp

9
4. Bước cực stato
áp dụng công thức:
τ
)(11,36
2.2
46.
.2
.
mm
p
D

===
ππ
≈ 36 (mm)

5. Chiều dài tính toán của stato
l = λ.D = 0,391.46 = 18 (mm)

Trong đó:
λ:Hệ số kết cấu, là tỷ lệ chiều dài lõi sắt stato với đường kính trong
λ = (0,22 – 1,57) :Theo tài liệu I
Trong tính toán trên ta chọn λ = 0, 391;

6. Chiều dài khe hở không khí
Để giảm nhỏ dòng điện không tải và nâng cao cosϕ ,khe hở không
khí thường chọn nhỏ, nhưng khe hở không khí càng nhỏ thì vấn đề công
nghệ không đáp ứng được và làm tăng sóng bậc cao lên.
Khe hở không khí trong máy điện công suất nhỏ thường chọn trong
khoảng sau:
δ =0,2-0,3 (mm).
Ta dùng kết cấu ổ đỡ là bạc đỡ,do có khả năng bị lệch tâm nên lấy lớn
một ít
ta chọn δ = 0,3 mm.
7. Đường kính ngoài lõi sắt rôto
D’ = D – 2.δ = 1046– 2.0,3 = 45,4 (mm)
8. Đường kính trục rôto
d
t
= 0,3.D = 0,3.46 = 13,8 (mm)
Chọn d
t

=14 (mm).
Đ
ồ án tốt nghiệp

10
Việc chọn số rãnh stato Z
s
của động cơ điện dung và số rãnh rôto Z
r
có
quan hệ mật thiết với nhau, khi chọn ta phải xét đến các mối quan hệ sau:
+ Trên đặc tính mômen M = f(n) không có chỗ lõm nhiều do những
mômen 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 phần răng sinh ra nhỏ nhất.
9. Với những lý do trên ta quyết định chọn số răng như sau:
Với 2p = 4 ta có Z
s
= 16; Z
r
= 17.
Sự tương ứng giữa Z
s
và Z
r
theo bảng 2.1 trang 29 tài liệu [I]
10. Trong động cơ điện dung, thường số rãnh của hai pha dưới mỗi cực
bằng nhau.

2

2.2.2
16
..2
====
pm
Z
qq
s
BA


11. Chọn dây quấn
Chọn dây quấn 1 lớp, đồng tâm phân tán hai mặt phẳng
Dây quấn bước đủ y=τ = Z
s
/2.p =16/4 = 4










1
2
3
45

6
8
7
9
10
11
12
13
14
15 16
B A Y X
Đ
ồ án tốt nghiệp

11
12. Hệ số dây quấn stato

924,0
2.4
1.
sin.2
707,0
.4
.
sin.
707,0
===
πνπ
q
q

k
dq

ở đây :
ν
= 1- bậc của sóng cơ bản
13. Từ thông khe hở không khí
φ
δ
= α
δ
.τ.l.B
δ
.10
-4
= 0,64.3,6.1,8.0,5.10
- 4
= 2,0736.10
-4
(Wb)
Trong đó:
α
γ
:Hệ số cung cực từ, α
γ
=0,64
B
δ
- từ thông khe hở không khí: B
δ

= (0,3 - 1)T, ta chọn B
δ
= 0,5T;
14. Số vòng dây sơ bộ của cuộn chính

52,3620
924,0.10.0736,2.50.11,1.4
220.7,0
....4
.
4
===
−
dqAs
Edm
sA
kfk
kU
W
δ
φ
(vòng)
Trong đó:
U
đm
-điện áp pha định mức
k
s
:hệ số sóng phụ thuộc vào độ bão hoà răng stato và rô to.
k

s
= 1,11 là trị số ở sóng cơ bản
k
E
=
dm
dm
U
E
= (0,7 ÷ 0,9); ở đây ta chọn k
E
= 0,7;

15. Số thanh dẫn trong rãnh

13,905
2.2
52,3620
.1
.
. ===
qp
W
au
sA
sA
(vòng)
quy chuẩn u
aA
= 905 (vòng)

Trong đó
a:số mạch nhánh song song ,chọn a=1.
Tính lại:

3620905.2.2.1...
1
===
sAsA
uqp
a
W
(vòng)
Đ
ồ án tốt nghiệp

12
16. Dòng điện định mức

186,0
220.2.38,0
22
.2.cos.
===
dmIIII
dm
dmA
U
P
I
ϕη

(A)
Theo yêu cầu thiết kế:
η
II
.cosϕ
II
= 0,38
17. Tiết diện dây quấn chính sơ bộ

)(031,0
6.1
186,0
.
2
mm
Ja
I
S
dm
sA
===

Trong đó:
I
dm
- Dòng điện pha định mức.
a:số mạch nhánh song song , a=1.
J - mật độ dòng điện J = (6 ÷ 8,5) A/mm
2
, ở đây ta chọn J = 6 A/mm

2
.
Ta quy chuẩn s
sA
= 0,0314 mm
2
.
Do cách điện là cấp B nên ta chọn loại dây men chịu nhiệt Π∋TB
Dựa vào phụ lục II trong tài liệu [I] ta chọn được:
- Đường kính chuẩn của dây dẫn không cách điện d = 0,20 mm;
- Đường kính chuẩn của dây dẫn kể cả cánh điện d
cđ
= 0,23 mm.
18. Bước răng stato.

)(03,9
16
46..
mm
Z
D
t
s
s
===
ππ

19. Bước răng rôto

)(39,8

17
4,45.'.
mm
Z
D
t
r
r
===
ππ




CHƯƠNG 2

XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC RĂNG RÃNH STATO

Đ
ồ án tốt nghiệp

13
1. Chọn loại thép
Ta chọn thép cán nguội kí hiệu 2211. Chiều dày lá thép là 0,5 mm có
hệ số ép chặt k
c
= 0,97.

2. Xác định dạng rãnh stato
Stato của động cơ điện dung có thể dùng cho các dạng rãnh sau:

- Hình qủa lê.
- Hình nửa quả lê.
- Hình thang.
Với các dạng rãnh này chiều rộng răng sẽ đều suốt cả chiều cao rãnh.
Rãnh hình quả lê có khuôn dập đơn giản nhất, từ trở ở đáy rãnh so với
2 rãnh kia nhỏ hơn vì vậy đơn giản được sức từ động cần thiế
t trên răng.
Rãnh hình nửa quả lê có diện tích lớn hơn dạng rãnh hình quả lê.
Diện tích rãnh dạng hình thang lớn nhất nhưng tính công nghệ kém
hơn dạng rãnh nửa quả lê.
3. Với căn cứ như vậy ta chọn rãnh hình nửa quả lê






4. Chiều cao miệng rãnh
Theo tài liệu [I] thì chiều cao miệng rãnh h
4s
= (0,5 ÷ 0,8)mm. Ta chọn
h
4s
= 0,8 mm.
5. Chiều rộng miệng rãnh
b
4s
=d
cd
+ (1,1- 1,5) (mm) =0,22+ (1,1 –1,5) (mm)

Trong đó:
d
cd
là dường kính dây dẫn kể cả cách điện của dây quấn stato
d1s
b4s
h4s
hrs
h12s
b2
Đ
ồ án tốt nghiệp

14
Ta lấy b
4s
= 1,5 mm.
6. Kết cấu cách điện rãnh
Dùng giấy cách điện có bề dày c = 0,5 mm.
7. Chiều rộng răng stato ( Sơ bộ)
Được xác định theo kết cấu, tức là xét đến:
• Độ bề của răng;
• Giá thành của khuôn dập; độ bền của khuôn;
• Đảm bảo mật độ từ thông qua răng nằm trong phạm vi cho phép,
thường B
zs
≤ 2 T.

b
zs

)(32,3
97,0.4,1
03,9.5,0
.
.
mm
kB
tB
czs
s
===
δ

Trong đó:
Chọn mật độ từ thông răng stato B
zs
= 1,4 (T).
Hệ số ép chặt k
c
=0,97.
8. Chiều cao gông stato.
Chiều cao này bị hạn chế bởi mật độ từ thông cho phép trên gông:
h
gs
)(312,5
2
16
.32,3.2,0.2,0 mm
p
Zs

b
zs
===

Chọn h
gs
=5,3 (mm).
9. Đường kính phía trên stato
Đối với rãnh hình nửa quả lê:


()
( )
)(49,7
16
16.32,38,0.246.
..2.
4
1
mm
Z
ZbhD
d
s
szss
s
=
−
−+
=

−
−+
=
π
π
π
π

Chọn d
1s
=7,5 (mm).
10. Chiều rộng rãnh dưới stato
b
2
( )
( )
)(1,1032,3
24
3,5.279.
.2.
mmb
Z
hD
zs
s
gsn
=−
−
=−
−

=
π
π

Đ
ồ án tốt nghiệp

15
11. Chiều cao rãnh stato.
Đối với rãnh hình nửa quả lê:


)(2,11
2
3,5.24679
2
.2
mm
hDD
h
gsn
rs
=
−−
=
−−
=

12. Chiều cao phần thẳng của rãnh.
h

12s
= h
rs
– 0,5.(d
1s
+ 2.h
4s
) =
= 11,2 – 0,5.(7,5 + 2.0,8) = 6,65 (mm)











13. Sau khi chọn kích thước rãnh thì kích thước thực của gông stato là:

)(3,5
2
2,11.24679
2
.2
mm
hDD
h

rsn
gs
=
−−
=
−−
=

b2=10.1
h12s=6.65
hrs=11.2
h4s=0.8
b4s=1.5
d1s=7.5
Đ
ồ án tốt nghiệp

16
14. Bình quân bề rộng răng stato:

b’
zs

()
( )
)(3134,35,7
16
8,0.25,746.
.2.
1

1
mmd
Z
hdD
s
s
rss
=−
++
=−
++
=
π
π

b’’
zs
=
( )
( )
)(3235,31,10
16
3,5.279.
.2.
2
mmb
Z
hD
s
gsn

=−
−
=−
−
π
π

Bình quân:
b
zs
=
)(32,3
2
3235,33134,3
2
zs'b' zsb'
mm=
+
=
+

15. Diện tích rãnh stato

()
)(6,801,105,7.65,6.5,0
8
5,7.
).(.5,0
8
.

2
2
2112
2
1
mm
bdh
d
S
ss
s
rs
=++=
=++=
π
π

16. Kiểm tra hệ số lấp đầy

65,0
1,74
23,0.905
2
2
.
===
r
cdrA
ld
S

du
k

Trong đó:
Diện tích cách điện rãnh
S
cd
= c.(d
2s
+ 2.h
rs
)= 0,5.(10,1 + 2.11,2)=6,5 (mm
2
)
Diện tích rãnh có ích
S
r
= S
rs
– S
cd
= S
rs
– c.(d
2s
+ 2.h
rs
) =
= 80,6 – 6,5 = 74,1 (mm
2

)



Đ
ồ án tốt nghiệp

17
CHƯƠNG 3
XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC RĂNG RÃNH RÔTO
1. Rãnh rô to có dạng tròn, quả lê.
Thường là rãnh miệng kín để đảm bảo độ bền của khuôn dập và tiện
cho việc đúc nhôm.
Theo quan điểm về chế tạo khuôn dập thì rãnh tròn đơn giản nhất
nhưng tiết diện thanh dẫn rôto có thể không đủ.Do đó thường chọn rãnh quả
lê,với dạng này thì chiều rông răng được đều theo chiều cao của rãnh hơn.
2. Chọn rãnh hình quả lê


3. Chiều cao miệ
ng rãnh.
Đối với động cơ công suất nhỏ,để đảm bảo độ bền của khuôn dập,
chiều cao miệng rãnh nhỏ nhất lấy vào khoảng
h
4r
= (0,3 ÷ 0,4) mm
Ta chọn h
4r
= 0,4 mm
4. Chiều rộng miệng rãnh

b
4r
= (1 ÷ 1,5) mm
Chọn b
4r
= 1 mm

5. Làm rãnh nghiêng ở rôto và chọn thanh dẫn bằng nhôm nhằm làm
giảm tiếng ồn và mômen ký sinh.

bn
h4r
b4r
d2r
d1r
h12r
Đ
ồ án tốt nghiệp

18






6. Hệ số dây quấn rôto

9974,0
795,0

2
795,0
sin.2
2
sin.2
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
==
n
n
ndqr
kk
α
α

Trong đó:

n

α
: góc ở tâm rãnh nghiêng


)(328,047,0.
18
.2.2
.
..2
radian
Z
p
n
r
n
===
π
β
π
α

β
n
:Độ nghiêng rãnh biểu thị bằng phân số của bước răng stato

076,1
39,8
03,9
====
r

s
r
n
n
t
t
t
b
β

b
n
- độ nghiêng của rãnh tĩnh theo cung tròn của rôto và nghiêng
1/16 vòng tròn nghĩa là một bước rãnh stato⇒ b
n
=t
s
=9,03 (mm)
7. Dòng điện tác dụng trong thanh dẫn rôto

)(27,138
974,0.17
924,0.3620.2.2.186.0.92,0
.
...2..
A
kZ
kWmIk
I
dqrr

dqAsAdmI
td
===

Ta có quan hệ k
I
= f(cosϕ), cosϕ = 0,9 , tra hình 10.5 tài liệu [I] ta có
k
I
= 0,92.
8. Bề rộng răng rôto
b
zr
)(3,3
97,0.3,1
39,8.5,0
.
.
mm
kB
tB
czr
r
===
δ

Trong đó :

αn
bnnnnnnnnbnn

d
53.4509187 553.45091875
Đ
ồ án tốt nghiệp

19
B
zr
-Mật độ từ thông răng stato,chọn B
zr
=1,3 (T).
K
c
-Hệ số ép chặt,k
c

9. Đường kính phía trên rôto

()
( )
)(168,4
17
17.3,34,0.23,0.246.
..2.2.
4
1
mm
Z
ZbhD
d

r
rzrr
r
=
+
−−−
=
+
−−−
=
π
π
π
δπ

Chọn d
1r
=4,2 (mm)
10. Đường kính phía dưới rôto
Chọn d
2r
=2,4 (mm)
11. Chiều cao phần thẳng rãnh rôto

( )
()
)(77,4
4,23,3.18
2,43,0.246.5,0
.

.2.2.5,0
2
4112
mm
dbZ
hdDh
rzrr
rrr
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
−−−
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
−−−−=
π
π
δ

Chọn h
12r
=4,8 (mm).
12. Chiều cao rãnh rôto
h
rr
= h
12r
+ 0,5.(d
1r
+ d
2r
) + h
4r
= (mm)
= 4,8 + 0,5.(4,2 + 2,4) + 0,4 = 8,5 (mm)


13. Vì rãnh hình quả lê nên chiều cao tính toán của răng rôto khác với
chiều cao tính toán của rãnh rôto (h
zr
# h
rr
).
h
zr
= h
rr
– 0,1.d
2r

= 8,5 – 0,1.2,4 = 8,26 (mm)

h12r=4.8
d1r=4.2
d2r=2.4
b4r=1
h4r=0.42
Đ
ồ án tốt nghiệp

20
14. Chiều cao gông rôto.

)(61,826,8
2
6/14.53,0.246
2
6/.5.2
mmh
dD
h
zr
t
gr
=−
−−
=−
−−
=
δ

15. Diện tích rãnh rôto.

()
()
()
()
)(02,254,22,4.8,4.5,04,22,4.
8
..5,0.
8
222
2112
2
2
2
1
mm
ddhddS
rrrrrrr
=+++=
=+++=
π
π


16. Dòng điện trong vòng ngắn mạch

)(191
17

2.
sin.2
27,138
.
sin.2
A
Z
p
I
I
r
td
v
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=

π
π


17. Mật độ dòng điện trong vòng ngắn mạch
J
v
= (0,6 ÷ 0,8)J
td
= (0,6 ÷ 0,8).(2 ÷ 3) A/mm
2

Chọn J
v
= 2,5 A/mm
2

18. Tiết diện vành ngắn mạch

)(4,76
5,2
191
2
mm
J
I
S
v
v
v

===

19. Chiều cao vành ngắn mạch
b
v
≥1,2h
12r
=1,2.8,5=10,2

Chọn b
v
= 11 mm

)(95,6
11
4,76
mm
b
S
a
v
v
v
===

Chọn a
v
= 7 mm.
20. Tiết diện vành ngắn mạch sau khi đã làm tròn
S

v
= a
v
.b
v
= 7.11= 77 (mm
2
)
Đ
ồ án tốt nghiệp

21
21. Mật độ dòng điện lúc này

)A/mm(48,2
77
191
2
===
v
v
v
S
I
J

22. Đường kính vành ngắn mạch
D
v
= D – a

v
– 2.δ = 46 -7 – 2.0,3 = 38,4 (mm)















CHƯƠNG 4
XÁC ĐỊNH TRỞ KHÁNG STATO VÀ RÔTO
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, điện kháng dây
quấn stato và rôto là rất quan trọng.
1. Chiều dài phần đầu nối của dây quấn stato
l
đ
= k
I
.τ
y

+2.B =1,3.3,37 +2.1 =6,38 (cm)
Đ
ồ án tốt nghiệp

22
trong đó:
k
I
- hệ số kinh nghiệm, k
I
= 1,3 khi 2p =4
B – hệ số kinh nghiệm B = (0,5 ÷ 1,5), ở đây ta chọn B = 1
Vì là dây quấn đồng khuôn nên:
.τ
y

( )
( )
)(37,3
4
3
.
2.2
12,16,4.
.
.2
.
. cm
p
hD

rs
=
+
=
+
=
π
β
π

Bước dây bình quân y=3 ;
β
=3/4
2. Chiều dài trung bình nửa vòng dây quấn stato
l
tb
= l
đ
+ l = 1,8 + 6,381 = 8,181 (cm)
3. Tổng chiều dài dây quấn stato
l
sA
= 2.l
tb
.W
sA
.10
-2
= 2.8,181.366.10
-2

= 592,3 (m)
4. Điện trở tác dụng của dây quấn stato

)(8,401
0314,0
3,592
.10.13,2
.
.
2
75
0
Ω===
−
aS
l
R
sA
sA
sA
ρ

trong đó ρ
75
= 2,13.10
-2
Ω.mm
2
/m - điện trở suất của kim loại bằng đồng
dùng trong động cơ ở nhiệt độ 75

0
C.
5. Điện trở stato tính theo đơn vị tương đối

34,0
8,1182
8,401
*
===
dm
sA
sA
R
R
R

với:

)(8,1182
186,0
220
Ω===
dm
dm
dn
I
U
R

6. Hệ số từ dẫn của từ tản rãnh λ

rs

Nó phụ thuộc vào kích thước và hình dạng rãnh cũng như loại dây
quấn(một lớp hay hai lớp). Khi ta tính toán chỉ xét đến từ tản ở miệng rãnh
và thành rãnh; không xét đến từ tản ở ngoài rãnh
Hệ số từ dẫn rãnh hình nửa quả lê được xác định theo công thức:
Đ
ồ án tốt nghiệp

23

189,11.
5,1
8,0
5,7
55,3
5,7.2
5,1
785,01.
5,7.3
10
.
.2
785,0.
.3
1
4
4
1
2

1
4
1
1
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
++−+=
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜

⎜
⎝
⎛
++−+=
ββ
λ
k
b
h
d
h
d
b
k
d
h
s
s
ss
s
s
rs

trong đó:
Ta sử dụng dây quấn một lớp bước đủ nên ta có hệ số k
β
= k
β1
= 1;
h

2
= b
cđ
- d
1s
/2 = 0,2 - 7,5/2 = -3,55 (mm)
h
1
= h
rs
– h
4s
– d
1s
/2 - b
cđ
- h
2
– d
2s
/10 =
= 11,2 – 0,8 – 7,5/2 – 0,2 –(-3,55) –4,2/10 =10 (mm)
7. Hệ số từ dẫn của từ tản tạp λ
t

Xét đến ảnh hưởng của từ trường sóng bậc cao (sóng điều hoà răng và
sóng điều hoà dây quấn) gây nên 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 số liệu dây quấn.Bề rộng miệng rãnh stato và rôto cũng có
ảmh hưởng nhất định đến từ tản tạp (hệ số khe hở không khí k
δ
phụ thuộc
vào bề rộng miệng rãnh).

788,181,0.
3,0.146,1.9,11
03,9
.
..9,11
===
s
s
ts
k
t
ζ
δ
λ
δ

Trong đó:
t
s
= 9,03 mm;
δ = 0,3 mm – bề rộng khe hở không khí;

k
δ
= k
δs
.k
δr
= 1,091.1,05 = 1,146 – hệ số khe hở không khí;

091,1
03,9
5,103,9
.
3,0
5,1
5
3,0
5,1
5
.5
5
44
4
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−

+
+
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
+
+
=
s
sss
s
s
t
btb
b
k
δ
δ
δ

Đ
ồ án tốt nghiệp

24

05,1
39,8
139,8
.
3,0
1
5
3,0
1
5
.5
5
44
4
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
+
+
=
⎟
⎟
⎠

⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
+
+
=
r
rrr
r
r
t
btb
b
k
δ
δ
δ

Có: Z
s
/Z
r
=16/17 và Z
s
/2p=16/4=4
Theo hình 4-9 tài liệu I.Tra ra
s

ζ
=0,81
8. Hệ số từ tản phần đầu nối của dây quấn stato
Từ tản đầu nối cũng rất phức tạp, phụ thuộc vào loại dây quấn và góc độ
nghiêng của phần đầu nối.
Hệ số từ tản phần đầu nối dây quấn phân tán hai mặt phẳng:

() ()
223,16,3.64,0381,6.
83,1
2
.27,0.64,0..27,0 =−=−=
τλ
d
d
ds
l
l
q

9. Tổng hệ số từ dẫn stato
∑λ
s
= λ
rs
+ λ
ts
+ λ
ds
= 1,189 + 1,788 + 1,223 = 4,2

10. Điện kháng tản dây quấn chính stato
)(66,1952,4.
2.2
8,1
.
100
3620
.
100
50
.158,0..
.
.
100
.
100
.158,0
2
2
Ω=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
⎟
⎠
⎞

⎜
⎝
⎛
=
∑
s
ssA
sA
qp
lW
f
X
λ

11. Điện kháng tản của dây quấn chính stato tính theo đơn vị tương đối

165,0
220
186.0
.66,195.
*
===
dm
dm
sAsA
U
I
XX

12. Điện trở tác dụng của rôto lồng sóc

pt
r
v
t
drr
dssA
r
rk
Z
p
r
r
kZ
kWm
r .
.
sin.2
.
.
...4
12
2
2
22
=
⎟
⎟
⎟
⎟

⎠
⎞
⎜
⎜
⎜
⎜
⎝
⎛
+=
π


4
22
2
22
12
10.99,554
974,0.17
924,0.3620.2.4
.
...4
===
drr
dssA
kZ
kWm
k

Trong đó:

k
ds
= 0,924-Hệ số dây quấn stato
k
dqr
= k
n
= 0,974 – Hệ số dây quấn rôto lồng sóc khi làm rãnh nghiêng