Thiết kế lập trình cho động cơ một pha điện dung theo phương pháp tối ưu nhất

DÒ ÁN TỔT NGHIỆP THẾT KẾ DỘNG co KĐB MỘT PHA ĐIỆN DUNGMỒ ĐÀU 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

Trang 1

DÒ ÁN TỔT NGHIỆP THẾT KẾ DỘNG co KĐB MỘT PHA ĐIỆN DUNG

MỒ ĐÀU

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 dụns để ngắt phần tử khởi động Điều đó dẫn tới làm tăns giá thành độns cơ

và làm giảm độ tin cậy của chúng.Trong trường họp 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 cosọ 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 tĩnh toán được nhiều phương án và chọn ra phươns 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

Trang 2

làm giảm được dòng từ hoá, làm tăng hiệu suất của máy điện và hệ số coscp.

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 ỔỸ NGUYỄN HÒNG 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

Trang 3

MUC LUC

LỜI NỚI ĐẦU

PHẦN I THUẬT TOÁN THIẾT KÊ

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 Tĩnh 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 THIÊT KÊ BANG NGÔN NGỮC VÀ e

PHẦN V PHỤ LỤC

Trang 4

DÒ ÁN TÓT NGHIỆP THÉT KẾ DỘNG co KĐB MỘT PHA DIỆN DUNG

PHAN I

THUẬT TOÁN THIẾT KỂ

sơ Đổ MẠCH ĐIỆN ĐỘNG cơ ĐIỆN DUNG

Trang 5

CHƯƠNG I

XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHỦ YÊU 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 1 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:

l Công suất đẳng trị

đmlll = P1Pđm = l,5.180=270 w

Trong đó:

Đối với động cơ điện dung: Ị3, =(1,25 H- 1,7); Chọn p, =1,5

2 Công suất tính toán của động cơ 3 pha đẳng trị

Từ thông khe hở không khí Bg = (0.3 1)T: mật độ từ thông khe hở không khí; chọn Bg =0,5T

Trang 6

Hệ số ^ = j/D = ( 0,22 H-1,57 ): tỷ lệ giữa chiều dài lõi sắt Stato với

5 Đường kính trong Stato

S.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 cosọ 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.

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:

Trang 7

o- K - v £ n.\

- Trên đặc tĩnh 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:

Ta chọn dây quấn một lớp bước đủ đồng khuôn phân tán hai mặt phẳng.

Sư đồ khai triển dây quấn động cư KĐB 1 pha điện dungVới Zs = 24; p = 1; qA = qB =6;AX pha chính; BY pha phụ

13 Động cơ điện dung người ta thường chọn sô rãnh pha chính (pha A) bằng sô rãnh pha phụ (pha B)

Trang 8

Hệ số này phụ thuộc vào độ bão hoà răng Stato và Roto

18 TÙ thông khe hở không khí

Trang 9

Trong đó mật độ dòng điện J= (6-5-7) A/ mm2; Chọn J = 6 A/ mm2

Từ phụ lục 2 trang 269 theo tài liệu [1 ]

Quy chuẩn SSA=0,246 mm2

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 7T3B-2

23 Bước răng Stato

Trang 10

- Rãnh hình nửa quả lê: có diện tích lớn hơn dạng rãnh hình quả lê

- Diện tích rãnh hình thang lớn nhất nhưng tính công nghệ kém hơnhai dạng rãnh trên

Trang 11

DÒ ÁN TÓT NGHIỆP THÉT KỂ DỘNG co KĐB MỘT PHA DIỆN DUNG

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.

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 tù động rơi trên stato là nhỏ nhất.

*)Các rằng buộc:

- Hệ số lấp đầy:

0, 7[Kld[0,75

Trang 12

2 B„.ls.kc 2.1,3.5,742.0,97

0,9[Bgs[ 1,3 T + Giới hạn trên và giới hạn dưới của bề rộng răng, chiều cao gông

min s c “ " ’

mm

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

7.168= h„mi0 [ hls[ hrsm„ =12,994 mm

*)Phưong pháp giải bài toán:

Vì số biến độc lập không lón (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

Trang 13

Tại các mắt lưới trong không gian hai chiều xác định véc tơ X:

X = ( d|S, 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 :

Trang 14

dls = 5,6 mm hrs = 7,2 mm hzs = 6,6 mm Fsmin—28,18 A d2s = 5,9 ram hgs = 18,9 mm BZS=1,19T Kld= 0,723 h12s =1,9 mm bK = 3,6 mm Bgs = 0,91 T Srs=36,98 ram2

Trang 15

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 Ớ đầu bài toán thiết kê sô 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

4 Để đảm bảo độ bền của khuôn dập thì chiều cao miệng rãnh phải nhỏ.

h4R = (0,3*0,4) ram; Chọn h4R=0,3 ram

5 Chiều rộng miệng rãnh

b4R = (l-ỉ-1,5) mm; Chọn b4R = 1,5 mm

ó.Làm rãnh nghiêng 0 Roto và chọn thanh dần bằng nhôm nhằm làm

7.Hệ sô dây quấn Roto:

anK.

Trang 16

DÒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG co KĐỒ MỘT PHA DIỆN DUNG

bước răng Roto

bn: Độ nghiêng rãnh tính theo cung tròn của Roto

S.Dòng điện tác dụng trong thanh dẫn Roto:

FR là tổng sức từ động rơi trên Roto

Trang 17

U7.Rmi

n zR R ì ku max ,(íAf 1.5,742.0,97 hzRma

Trang 18

Đáy rãnh Roto d2R / 2,5 mm

*)Biến sô độc lập

Chiều cao rãnh roto hrR

hrRt thì hgRị BgRt -> HgRt -> FgRt hrRt thì bzRt _> BzR ị HzR ị _> FzR ị 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

Ah,.R = h,RmàX ~ ^’ Kmm mm

Tại các mắt lưới trong không gian hai chiều xác định véc tơ Y:

Y = ( dIR, 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 chuyến 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

Trang 19

16 VÌ rãnh hình quả lê nên chiều cao tính toán của răng Roto khác

chiều cao tính toán của rãnh Roto (hzR *hrR)

Trang 20

DỒ ÁN TỔT NGHIỆP THẾT KẾ DỘNG co KĐB MỘT PHA ĐỆN DUNG

Trang 21

1 Chiều dài phần đầu nôi của dây quân Stato

ld=k,.TY+2B =1,2.8,185 +2.1= 11,822 cm Trong đó: Hệ số kinh nghiệm: kj = 1,2

Hệ số kinh nghiệm: B = (0,5+1,5); chọn B =1rtD + Uưs) P=*( 6,38 + 2.0,72) 2 cm

2 Chiều dài trung bình 1/2 vòng dây quấn Stato

Trang 22

Hệ số Xt 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.

Trang 23

Ta có:

ô = 0,3 mm : Bề rộng khe hở không khí k5=k5S.ksR =1,1586.1,0774 =1,2482 : Hệ số khe hở không khí

5 _|_ ^4S /Ịj b±ỊỊ_\ 5 k5 40,445 1,5

=1,0114

8.Hệ sô từ tản phần đầu nôi dây cuốn Stato

Dùng dây quấn đồng khuôn phân tán hai mặt phẳng một lớp bước đủ

Trang 24

Roto sang dây quấn Stato

Trang 27

n,A + RA

X A 13,704.0,031 + 0,0452

CHƯƠNG ố

TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ ĐỊNH MỨC 1.Tham sô ban đầu mạch điện thay thê pha chính

= 12,07.0,973 12,07 , ——:— =145,427 Q

0,031 +0,045

^.cc + ( 2

-S )2

Trang 28

ó.Tổng trở mạch điện thay thê thứ tự thuận

^A1 = r Al +J- X AI = ( r SA + r RAl) +J (^SA + XRA|)

=( 14,6+189,429)+j( 11,887+145,427)

=213,029+j!56,668 Q

Trang 29

- AI

CHƯƠNG 7

TÍNH TOÁN DÂY QUÂN PHỤ

Tính toán dây quấn phụ theo điều kiện đạt được từ trường quay tròn ở chế độ định mức

Tham số của pha phụ đối với động cơ điện dung nó quyết định tính năng làm việc và đặc tính khởi động Vậy nội dung của phần này là tính toán, xác định các tham số của pha phụ và tính chọn phần tử phụ (điện dung tụ điện)

Trang 30

t 0,75

6.SỐ thanh dẫn trong một rãnh của dây quấn phụ

UrB =k ưrA= 0,744 80= 59,2 thanh; Chọn UrB =60 thanh

7 Vòng dây của dây quấn phụ

13 Trở kháng thứ tự nghịch pha chính

ZẠ2 = 0'A2 + J XA2) =(rSA + r RA2) + J (XSA + x RA2)

Trang 33

14.Dòng điện Stato có xét đến tổn hao sát ở cuộn dây chính

^SAI =( IAI+ITI) +j Í-Al

Trang 34

' k k ' 0,744 0,744

r đt Z '* A AI* 1 RAI z '* 1 A2* 1 RA2 vv

í A1,1A2: Thành phần ảo của IA1, IA2 ISA =ISA1 +ISA=(1,023 +j0,2008)+(0,02742 + j0,00029)

Trang 35

21 Tổng công suất cơ trên trục

Trang 37

rA2 Q 21,106 21,172 21,239 21,307 21,377 21,449 XA2 Q 23,734 23,736 23,738 23,74 23,742 23,744 P(iT w 33,112 158,826 204,76 378,608 473,387 458,737

Trang 38

*)Với dòng điện khởi động đã cho phải đạt được mômen khởi động lớn nhất

*)Với dòns điện khởi động đã cho phải đạt được hệ số phẩm chất lớn nhất tức là tỉ số — lớn nhất.

+) Tăng số cuộn dây phụ tức là tăng tỷ số biến áp

l Tham sô của mạch điện thay thê dây cuốn chính

Trang 39

4 Dòng điện tổng của dây quấn chính

IAk = lAk, +IAk2=(l,2765 -j0,7783)+(0,1652-j0,1318)

=0,869+j 1,4937=1,728l.e159’8 A

Trang 41

uc =IBk zc =(0,869+j 1,4937)(-j244,98)

lỏ.Bảng đặc tính khởi động (trang bên)

Trang 42

r Bl Q 17,146 18,166 19,652 20,894 22,023 22,576

-j X Bl Q 29,62 26,021 24,908 24,425 24,137 24,234

r A 2 Q 26,476 26,502 26,536 26,528 26,664 26,74 XA2 Q 23,764 23,789 23,823 23,987 23,951 24,234

r B2 Q 14,365 15,618 17,037 18,459 20,1 21,164

”j X B2 Q 30,821 26,72 25,376 24,73 24,163 24,234

I A , A 1,1346 1,2756 1,3257 1,3917 1,4065 1,4951 1« A 0,0927 0,1281 0,1463 0,1667 0,1893 0,2113

I A A 1,2187 1,3069 1,4835 1,5935 1,6173 1,7049

I B A 1,3026 1,3175 1,5216 1,6027 1,6934 1,7281 PđT w 538,73 596,53 627,88 667,85 946,83 908,05

PR w 390,72 312,72 254,82 186,38 98,25

M G.cm 9150,87 7548,56 6573,76 5038,5 4241,2 3028,31

Trang 43

PHÁN II

1> Môđun cơ sở dữ liệu và hàm tạo số phức.

for(int i=0;i<50;i++) tg[i]=fabs(tg2-sd[i]);min=tg[0];

for(i=0;i<50;i++) if(min>=tg[i]){ j=i;min=tg[i]; }j++;

Trang 44

for(int i=0;i<9;i++){j=i;if(bl<bgiril) break;}

xi2=xi 1 [j-1 ]+((xi 1 [jl-xi 1 [j-1 l)*(b 1 -bg 1 [j-1 l))/(bg 1 fjl-bg 1

int j;for(int i=0;i<10;i++) {íloat tg=px/50-i;

j=i; if(tg<0) break; Ị;

104,111 ,118,125,133,141 ,149,158,167,176 };

Hgl csHg;

int i,k; float tg,min[170],minl;

for(i=0;i<170;i++){

Trang 45

//hĩnh 10-5 trang 244 sach TKMD Tran KhanhHa,

Nguyên Hong Thanhfloat tra_kl(float cosin){

private: lToat x,y; public:

void create(float,float);//khoi tao truyen vao hai so thuc

Trang 46

sp operator*(sp); //nhan hai so phuc

sp operator/(sp); Ị//chia hai so phuc

void sp::create(float xf,float yf){

float tg= pow((x*x+y*y),0.5); retum tg; Ị

float sp::p_thuc() {retum x;}

Iloat sp::p_ao(){

retum y;}

Trang 47

2>MỎ đun nhập dữ liệu đầu vào

for( int i=2;i<80;i++){

gotoxy(i, 1); printf("%c", 196);gotoxy(i,24); printf("%c", 196); Ị

Định dạng
Số trang	78
Dung lượng	1,48 MB