Đồ án tốt nghiệp thiết kế động cơ không đồng bộ vạn năng

Đồ án tốt nghiệp

PHẦN I
TÌM HIỂU PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
VẠN NĂNG
Thực chất của việc thiết động cơ không đồng bộ vạn năng là thiết kế động
cơ không đồng bộ ba pha và một pha. Do đó ta đi tìm hiểu động cơ khơng đồng
bộ vạn năng như sau:
Trong thực tế khi khơng có động cơ một pha ta sử dụng động cơ ba pha để
làm việc với lưới điện một pha. Trong trường hợp này cuộn dây ba pha được nối
với phần tử lệch pha theo một sơ đồ nhất định để tạo ra từ trường quay, thông
thường là từ trường quay không đối xứng. Trên hình 3.20 vẽ các sơ đồ mạch
điện khác nhau thường gặp của động cơ không đồng bộ ba pha khi làm việc với
lưới điện một pha. Các sơ đồ hình 3.20a, b, c sử dụng khi các pha của cuộn dây
stato nối cứng hình sao, các sơ đồ hình 3.20 d, d’, e được sử dụng khi cuộn dây
stato nối cứng theo hình tam giác. Các sơ đồ c, e được coi là tốt nhất trong các
sơ đồ trên vì có thể cho đặc tính khởi động và làm việc tương đối tốt nếu chọn
đúng điện dung của tụ.
Các sơ đồ 3.20 g, h được sử dụng trong trường hợp động cơ có sáu đầu ra.
Khi mắc mạch dây quấn theo các sơ đồ trên động cơ gần như không khác so với
động cơ hai pha thông thường: hai pha mắc nối tiếp tạo ra cuộn dây chính(cuộn
dây làm việc), cuộn còn lại là cuộn phụ (cuộn khởi động) lệch pha 900 điện so
với cuộn chính.
Động cơ khơng đồng bộ vạn năng là động cơ có thể làm việc với lưới điện
ba pha cũng như lưới điện một pha xoay chiều. Những động cơ này được chế tạo
như những động cơ ba pha nhưng được tính tốn sao cho với sơ đồ mắc mạch
nhất định có thể cho ra những đặc tính chấp nhận được khi làm việc với lưới

Trang 1

Đồ án tốt nghiệp
điện một pha. Thông thường khi nuôi bằng nguồn điện một pha động cơ có đặc
tính làm việc và khởi động kém hơn và công suất chỉ bằng 70% đến 85% công
suất của động cơ khi dùng nguồn ba pha.
Cần chú ý rằng không phải bất cứ động cơ khơng đồng bộ ba pha nào
cũng đều có thể chuyển sang làm việc với lưới điện một pha. Tỉ số răng rãnh
giữa stato và gơng rơto phải thích hợp không chỉ cho động cơ không đồng bộ
rôto lồng sóc ba pha mà cả một pha.
U1

U1
R

L

R

a)

b)

U1

U1

C

L Trang 2

R

c)

d)


Đồ án tốt nghiệp

U1

U1

C

L
R

U1

g)

R

U1
h)

L

C

d ')

e)

Trang 3


Đồ án tốt nghiệp
Hình 3.20 Sơ đồ mắc mạch điện của động cơ ba pha để làm việc với
nguồn một pha.
™ Sự khác biệt giữa thiết kế ba pha và một pha của động cơ không đồng bộ
vạn năng:
Khi nghiên cứu thiết kế động cơ không đồng bộ vạn năng là ta đi tìm hiểu
phương pháp thiết kế riêng từng phần cho từng loại riêng biệt (ba pha, một
pha). Sau khi ta thiết kế xong cho ba pha xong ta tiến hành vẽ đặc tính làm việc
cho ba pha và xem tất các yêu cầu mà nhà thiết kế đưa ra. Trước khi đi vào thiết
kế cho một pha ta phải tìm hiểu thêm về thiết kế động cơ khơng đồng bộ một
pha rơto lồng sóc. Mà bài tốn nói về thiết kế cho một pha nó liên quan đến ba
pha mà ta đã thiết kế vừa xong. Do đó ta phải thiết kế nhiều lần mới thoải mãn
mà yêu cầu mà nhà thiết kế đưa ra về tốc độ, công suất, bội số mômen khởi
động, bội số mômen max … Do đó muốn tìm hiểu rõ hơn chúng ta sẽ đi vào
trình tự thiết kế cho ba pha và một pha của động cơ không đồng bộ vạn năng.
Sau đây ta sẽ tiến hành đi thiết kế cho động cơ cho ba pha của động cơ vạn
năng.

Trang 4


Đồ án tốt nghiệp

PHẦN II
CHƯƠNG I
XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU
1.Công suất điện mức của động cơ điện ba pha đẳng trị :
PdmΙΙΙ = β S .Pdm = 1.750 = 750(W )

Với β S = 1 : Hệ số qui đổi tra theo sách động cơ không đồng bộ ba pha và
một pha công suất nhỏ của thầy Trần Khánh Hà (tài liệu 1) trang 19 với động cơ
ba pha.
2.Công suất tính tốn của động cơ điện ba pha :
PSΙΙΙ =

PdmΙΙΙ

η ΙΙΙ . cos ϕ ΙΙΙ

=

750
= 1426,941(W )
0,72.0,73

Trong đó :
ηΙΙΙ ≥ 0,72 Chọn η ΙΙΙ = 0,72
Cosϕ ΙΙΙ ≥ 0,73 Chọn Cosϕ ΙΙΙ = 0,73

3.Xét đến yêu cầu tiếng ồn ít, dùng thép cán nguội ký hiệu 2013:
Chọn mật độ từ thơng khe hở khơng khí Bδ = 0,5(T ) theo tài liệu 1 trang
23.

Trang 5


Đồ án tốt nghiệp
4.Chọn tải đường :
Tải đường A=90 ÷ 180 (A/cm)
Chọn tải đường

A=157,517 (A/cm) theo tài liệu 1 trang 23

5.Đường kính ngồi stato :
Theo tài liệu 1 trang 24 ta chọn như sau :
• Tỷ lệ giữa chiều dài lõi thép với đường kính trong và đường kính trong
lõi sắt
λ=

l
= 0,72
D

• Tỷ lệ giữa đường kính trong và ngồi :
M

KD=(0,485ữ 0,615)

Ta chn

KD =

D

= 0,6
Dn

ã S b ng kớnh ngi :
Dn =

PSΙΙΙ . p
44
1426,94.1
44
.3
.3
=
K D A.Bδ .λ.ndb 0,6 157,517.0,5.0,72.3000

= 14,9(cm)

Trong đó :
ndb =

60. f 60.50
=
= 3000 (vịng/phút)
p
1

Theo tài liệu 1 trang 26 căn cứ vào đường kính ngồi tiêu chuẩn của dãy
4A theo chiều cao tâm trục ta chọn như sau :
Dn = 14,9(cm )
H n = 9(cm )

6.Đường kính trong stato :
D = Dn .K D = 14,6.0,6 = 8,94(cm)

7.Bước cực stato :

Trang 6


Đồ án tốt nghiệp
τ=

π .D
2. p

=

π .8,94
2.1

= 14,036(cm)

8.Chiều dài tính tốn stato :
l = λ.D = 0,72.8,94 = 6,44(cm)

9.Chọn khe hở khơng khí :
Khe hở khơng khí động cơ điện công suất nhỏ thường chọn trong khoảng
sau :
Với 2p=2 và Hn=9 (cm) tra được δ = 0,04(cm) theo sách thiết kế máy điện
của thầy Trần Khánh Hà và cô Nguyễn Hồng Thanh trang 253.

CHƯƠNG II

Trang 7


Đồ án tốt nghiệp
DÂY QUẤN , RÃNH VÀ GÔNG STATO
Việc chọn số rãnh của động cơ điện công suất nhỏ ở stato ZS và số rãnh
rơto ZR có quan hệ mật thiết với nhau. Khi xét đến quan hệ đó phải chú ý đến
các yếu tố sau đây :
™ Đặc

tính mơmen M=f(n) khơng có chổ lõm nhiều do những

mơmen 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 .
Ngồi ra khi cho đường kính ngồi stato việc chọn số rãnh ZS còn phụ
thuộc vào chiều rộng răng nhỏ nhất mà công nghệ cho phép.
Chọn

ZS=24 rãnh
ZR=17 rãnh

10.Chọn kiểu dây quấn :
Chọn dây quấn đồng khuôn bước ngắn. Khi sử dụng động cơ điện ba pha
làm động cơ điện một pha ta nên dùng dây quấn bước ngắn β =

2

để giảm sóng
3

khơng gian bậc 3 của từ thơng làm ảnh hưởng đến đặc tính khởi động của động
cơ điện một pha.
Với

ZS=24 rãnh
2p=2
m=3

• Số rãnh của một pha dưới một cực :
q=

ZS
24
=
=4
2.m. p 2.3.1

β=

2
3

• Hệ số bước ngắn :

• Bước dây quấn :

Trang 8

Đồ án tốt nghiệp
y = β .τ =

2
.12 = 8
3

• Góc điện giữa hai rãnh liên tiếp :
α=

p.360 1.360
=
= 15 0
24
ZS

11.Hệ số dây quấn :
Kd =

0,5
0,5
⎛2 π ⎞
⎛ π ⎞
.Sin⎜ β . .ν ⎟ =
.Sin⎜ . .1⎟
π
.
1

2
⎞
⎛ π .ν ⎞
⎝3 2 ⎠
⎝
⎠ 4.Sin⎛
⎜
⎟
⎟⎟
q.Sin⎜⎜
⎝ 6.4 ⎠
⎝ 6.q ⎠

= 0,8295

Trong đó :
ν = 1 :bậc một của sức từ động

12.Từ thông khe hở khơng khí :
Sơ bộ chọn
Hệ số bão hịa răng :
K Z = 1,11

Hệ số cung cực từ :
α δ = 0,64

Hệ số dạng sóng :
kS=1,11
φ = α δ .τ .l.Bδ .10 −4 = 0,64.14,036.6,44.0,5.10 −4 = 28,9.10 −4 (Wb )

13.Số vòng nối tiếp của một pha :
WS =

k E .U dm
0,9.220
=
= 372 (vòng)
4.k S . f .φ .k d 4.1,11.50.28,9.10 −4.0,8295

Trong đó :
KE=0.7 ÷ 0,9 trang 44 sách tài liệu 1 ta chọn KE=0,9
14.Số thanh dẫn trong một rãnh :

Trang 9


Đồ án tốt nghiệp
Ur =

W S .a 372.1
=
= 93 (thanh dẫn)
1 .4
p.q

Trong đó :
a=1 : số nhánh song song
15.Dịng điện pha định mức của động cơ :
I dm =

PSΙΙΙ
1426,941
=
= 2,162( A)
m.U dm
1.220

Trong đó :
m=3: số pha
16.Chọn mật độ dịng điện trong dây quấn động cơ:
Thường chọn trong khoảng J=6 ÷ 8 (A/mm2) . Đối với vật liệu là đồng ta
chọn J=6,12(A/mm2).
17.Tiết diện dây quấn sợ bộ :
SS =

(

I dm 2,162
=
= 0,353 mm 2
n.J 1.6,12

)

Trong đó :
Chọn n=1 :số sợi ghép song song
18.Chọn tiết diện dây quấn qui chuẩn :
d=0,71(mm)
dcđ=0,77(mm)
SS=0,396 (mm2)

19.Rãnh và gông và stato :
Căn cứ vào tiết diện dây dẫn trong rãnh này chiều rộng răng sẽ điều suốt
chiều cao rãnh hơn nữa rãnh nữa quả lê sẽ có tiết diện lớn hơn dạng rãnh quả lê .

b2

h12

Trang 10
d1

b4 S