Đồ Án Thiết Kế Động Cơ Không Đồng Bộ Một Pha Với Tụ khởi động

đợc xác định kích thớc chủ yếu và thông số pha chính Kích thớc chủ yếu ở đây là đờng kính trong D có khi là đờng kínhngoài Dn và chiều dài tính toán l của lõi sắt stato.. • Tổn hao do ph

đợc xác định kích thớc chủ yếu

và thông số pha chính

Kích thớc chủ yếu ở đây là đờng kính trong D (có khi là đờng kínhngoài Dn) và chiều dài tính toán l của lõi sắt stato Ngoài ra cần chú ý đến sựliên quan giữa các kích thớc chủ yếu ấy thể hiện ở các hệ số kết câu nh tỷ lệgiữa đờng kính trong và đờng kính ngoài kD = D/Dn, tỷ lệ giữa chiều dài lõi sắtvới đờng kính trong lõi sắt λ = l/D hay với đờng kính ngoài lõi sắt k1s = l/Dn

44

db

SIII

P P

k δ λ = 0 , 5 120 0 , 9 3000 13,04

1 695 , 701 55

, 0

k ( 0,485 ữ 0,615 ), chọn kD= 0 , 55

trục của máy thiết kế Do đó dựa vào đờng kính ngoài theo tiêu chuẩn ở [1](trang ta có: đờng kính ngoài Dn = 131 mm, chiều cao tâm trục: H =80 mm.

2 5 Đờng kính trong stato

D = kD Dn =0,55.131 =72,05 (mm)

2 6 Bớc cực của Stato

τ = π2.p D= 113 , 12

1 2

05 , 72 =

2 8 Chiều dài khe hở không khí

Để giảm nhỏ dòng điện không tải và nâng cao cosϕ, khe hở không khíthờng chọn nhỏ, nhng khe hở càng nhỏ càng khó chế tạo do đó giá thành chếtạo cao Khe hở còn có ảnh hởng đến sóng bậc cao, khe hở càng nhỏ thì ảnh h-ởng đó càng lớn

Do đó khe hở không khí trong động cơ điện công suất nhỏ thờng chọntrong khoảng : δ = 0,2 + D/200 mm

• Đặc tính mômen M = f(n) không có choó lồi lõm nhiều do nhữngmômen ký sinh đồng bộ và không đồng bộ gây ra

• Động cơ khi làm việc, tiếng ồn do lực hớng tâm sinh ra nhỏ nhất

• Tổn hao do phần răng sinh ra nhỏ nhất

Ngoài ra khi đã cho đờng kính ngoài stato, việc chọn số rãnh stato cònphụ thuộc vào chiều rộng răng nhỏ nhất mà công nghệ cho phép Sự phối hợpgiữa số rãnh stato (ZS) và số rãnh rôto (ZR) theo bảng 2-1 và 2-2 của [1] Dựavào các bảng này, chọn: ZS = 24 ; ZR = 19

Trong động cơ điện một pha có phần tử khởi động, pha chính chiếm 2/3tổng số rãnh stato, pha phụ chiếm 1/3 Với sự phân bố rãnh nh vậy có thể triệttiêu sóng bậc 3 trong đờng biểu diễn sức từ động của pha chính

2 12.Chọn dây quấn

Ta chọn dây quấn hai lớp bớc ngắn đồng khuôn để giảm sóng bậc 3 của

từ thông, làm ảnh hởng đến đặc tính khởi động của động cơ điện

2.13.Số rãnh pha chính (pha A) và số rãnh pha phụ (pha B)

3

24 2 3

2

một pha mở máy bằng tụ Với Zs = 24; p = 1; Q A = 8; Q B = 4; A X pha chính; B Y pha phụ

A

13

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

2.15 Hệ số dây quấn stato

kdqA= )

2 sin(

.

sin

π β π

π

S A

S A

Z

p Sin Q Z

Q p

) 2 3

2 sin(

24

1 sin 8 24

8 1

24 2 2 3

2

E dm

k f k

k U

δ

φ

4

718 , 0 10 21 , 24 50 1 , 1 4

220 8 , 0

Quy chuẩn : WSA = 449 vòng

trong đó:

- kdqA: hệ số dây quấn stato, đợc xác định ở 2.15

W SA

. = 56 , 125

8 1

449

dm

U

P

cos ϕ

684 , 1 = =

=

J a

- Đờng kính chuẩn của dây dẫn không cách điện: d = 0,6 (mm)

- Đờng kính chuẩn kể cả cách điện: dcđ = 0,655 (mm)

Căn cứ vào tiết diện dây, ta chọn loại dây có kí hiệu π∋B-2

2 23.Bớc răng stato

24

05 , 72

=

=

S S

2 24.Bíc r¨ng r«to

19

45 , 71 '

=

=

R R

- Rãnh hình quả lê: có khuôn dập đơn giản nhất, từ trở ở đáy rãnh sovới 2 rãnh kia nhỏ, vì vậy giảm đợc suất từ động cần thiết trên răng.

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

- Diện tích rãnh hình thang lớn nhất nhng tính công nghệ kém hơn haidạng rãnh trên

3 6.Kết cấu cách điện rãnh

Dùng giấy cách điện có bề dày 0,2 mm , chiều cao 2 mm

3 7.Chiều rộng răng stato sơ bộ (b ZS )

Chiều rộng rãnh stato bZS đợc đợc xác định theo kết cấu, tức là xét đến:

độ bền của răng, giá thành của khuôn dập, độ bền của khuôn dập, độ bền củakhuôn và đồng thời đảm bảo mật độ từ thông qua răng BZS nằm trong phạm vichi phép, thờng BZS ≤ 2 Tesla

bZS =

C ZS

S

k B

t B

.

.

97 , 0 2 , 1

427 , 9 5 ,

k l B

h

2

10 4

10 002421 ,

- ls: chiều dài lõi sắt stao, đợc xác định ở 2.7

3 10.Đờng kính phía dới của rãnh stato

=

S

S ZS s s

Z

Z b h D

d ( 2. 4 ) .1

14 , 3 24

24 4 ) 6 0 2 05 , 72 ( 14 ,

+

−

trong đó:

- h4s: chiều cao miệng rãnh stato, đợc xác định ở 3.4

- D: đờng kính trong lõi sắt stato, đợc xác định ở 2.5

s

Z

Z b h D

d2 ( 2. ) .

14 , 3 24

24 4 ) 15 , 21 2 131 ( 14 ,

- hgs: chiều cao gông stato, đợc xác định ở 3.9

- Dn: đờng kính ngoài lõi sắt stato, đợc xác định ở 2.4

3 12 chiều cao rãnh stato

2

2 gs

n rs

h D D

2

15 , 21 2 05 , 72

2 1 12

2 2

2 1

s s s s

d

+ +

+ π

= 0,5.1,9.(4,9 6,7) 38,1

8

) 7 , 6 9 , 4 (

14 ,

= + +

3 16 Kiểm tra hệ số lấp đầy

) (

2

cd rs

cd rA

d u

) 66 , 4 1 , 38 (

655 , 0

24 9 , 4 ) 9 , 4 6 , 0 2 05 , 72 ( 14 , 3

) 2

'

mm Zs

Zs d d h D

zs

=

− + +

=

− + +

) ( 9 , 3 14

, 3 24

24 7 , 6 ) 15 , 21 2 131 ( 14 , 3

14 , 3

) 2

''

mm Zs

Zs d h Dn

= +

'' '

mm b

h gs 2

δ

φ

10 97 , 0 4845 , 6 15 , 21 2

21 , 24

97 , 0 4 , 0

427 , 9 5 , 0

S zs

k b

t B

Chơng 4

đợc xác định kích thớc Rôto

Kích thớc rôto (gông, rãnh, thanh dẫn lồng sóc và vành ngắn mạch) mộtmặt phụ thuộc vào mật độ từ thông cho phép của răng và gông rôto trong điềukiện ít tiếng ồn, mặt khác phụ thuộc vào yêu cầu vào năng lực quá tải của máy

điện Số rãnh Rôto ít (chọn ZR = 19 < ZR =24) có lợi cho việc đúc nhôm bằng

áp lực vào Rôto, đồng thời có thể đảm bảo thanh dẫn của lồng sóc rôto có tiếtdiện đủ lớn Chọn rãnh hình quả lê để đảm bảo độ bền khuôn dập và tiện choviệc đúc nhôm

4.1.Chiều cao miệng rãnh

ở động cơ công suất nhỏ, để đảm bảo độ bền của khuôn dập, chiều caomiệng rãnh nhỏ nhất lấy từ (0,3ữ0,4) mm, chọn h4R = 0,3 mm

4.2.Chiều rộng miệng rãnh

d2R

d1R

h12R hrR

h4R b4R

Chiều rộng miệng rãnh hở lấy bằng b4R = (1ữ1,5) mm, chọn b4R = 1,5 (mm)

4.3.Làm rãnh nghiêng

Để giảm tiếng ồn và mômen ký sinh, stato hoặc rôto động cơ điện rôtolồng sóc thờng làm rãnh nghiêng Với động cơ công suất nhỏ thờng làm rãnhnghiêng ở rôto, bớc nghiêng khoảng một bớc rãnh stato Khi rãnh nghiêng ởstato thì bớc nghiêng bằng khoảng một bớc rãnh rôto Hệ số rãnh nghiêng xét

đến sự giảm sức điện động cảm ứng trong một dây quấn do từ thông chính củadây quấn sinh ra, vì vậy có thể tính gần giống nh hệ số dây quấn rôto:

n

n

dqR n

Sin k

12 , 15 2

427 , 9

= : Độ nghiêng rãnh biểu thị bằng phân số của bớc

răng rôto

- bn : Độ nghiêng rãnh tính theo cung tròn của rôto

4.4.Dòng điện tác dụng trong thanh dẫn rôto

dqR R

dqA SA dm

I td

k z

k w m I k I

.

2

=

997 , 0 19

718 , 0 449 1 2 684 , 1 675 ,

trong đó:

- m =1: số pha

- wSA: số vòng của cuộn dây chính, đợc xác định ở 2.19

- kdqA: hệ số dây quấn stato, đợc xác định ở 2.15

- kdqR: hệ số dây quấn rôto, đợc xác định ở 4.3

- kI: hệ số phụ thuộc chủ yếu vào cosϕ của máy và đợc đợc xác địnhtheo hình 10-5 của [2]

R R

k l B

t l B

.

.

97 , 0 5 , 6 17 , 1

81 , 11 5 , 6 5 , 0

- lR: chiều dài lõi sắt rôto, lR = lS

4.7.Chiều cao gông rôto

hgR =

c R

gr l k

B 2

10 4

δ

φ

10 97 , 0 65 36 , 1 2

10 002421 ,

- lR: chiều dài lõi sắt rôto

4.8.Đờng kính phía trên rãnh rôto

z

z b h D

d ( 2 2. 4 ) .1

14 , 3 19

19 2 , 5 ) 3 , 0 2 3 , 0 2 05 , 72 ( 14 ,

- D: đờng kính trong lõi sắt stato, đợc xác định ở 2.5

- h4R: chiều cao miệng rãnh rôto, đợc xác định ở 4.1

- ZR: số rãnh rôto, đợc xác định ở 2.11

- bZR: chiều rộng răng rôto, đợc xác định ở 4.6

- δ: chiều dài khe hở không khí, đợc xác định ở 2.8

4.9.Đờng kính phía dới rãnh rôto

R

R zR gR

z

z b h

dt 2 ) (

14 , 3 19

19 2 , 5 ) 2 , 14 2 6 , 21 ( 14 ,

- dt: đờng kính trong trục rôto, đợc xác định ở 2.10

- hgR: chiều cao gông rôto, đợc xác định ở 4.7

4.10.Chiều cao phần thẳng rãnh rôto

d b Z h d

4 1

5 , 0

14 , 3

) 6 , 3 2 , 5 ( 19 3 , 0 2 6 , 5 45 , 71 5 ,

0  − − − + =

trong đó:

- D’: đờng kính ngoài lõi sắt stato, đợc xác định ở 2.9

- h4R: chiều cao miệng rãnh rôto, đợc xác định ở 4.1

4.11.Chiều cao rãnh rôto

hrR = h12R + 0,5.(d1R+d2R) + h4R = 6 + 0,5.(5,6 + 3,6) +0,3 = 10,9 (mm)

4.12.Chiều cao rãnh rôto không kể chiều cao miệng rãnh:

= + +

4.14.Tính lại bề rộng răng rôto

) ( 41 , 4 19

24 6 , 5 ) 6 , 5 3 , 0 2 45 , 71 ( 14 , 3

) 2

( / 4 1 11

mm Z

Zs d d h D b

R

R R R zR

19 6 , 3 ) 6 2 6 , 5 3 , 0 2 45 , 71 ( 14 , 3

) 2 2

( / 4 1 12 22

mm Z

Z d h

d h D b

R

R R R R

R zR

h gR 2

δ

φ

10 97 , 0 65 2 , 14 2

21 , 24

81 , 11 4845 , 6 5 , 0

.

=

=

kc l b

t B

I

.

2 π 117,53

19

1 sin 2

69 ,

b2zR b1zR

ChƯơng 5

xác định trở kháng dây quấn Stato và rôto

Độ chính xác của tính toán động cơ điện dung phụ thuộc vào độ chính

xác của tính toán tham số Vì vậy, việc đợc xác định điện trở và điện khángdây quấn stato, rôto là rất quan trọng

5.1.Chiều dài phần đầu nối của dây quấn stato

.β

3

2 1

2

) 83 , 0 2 205 , 7

Với: + β là hệ số bớc ngắn

+ hrs chiều cao rãnh stato, đợc xác định ở 3.12

5.2.Chiều dài trung bình 1/2 vòng dây quấn stato

ltb = lđ+l =13,135 + 6,5 = 19,64 (cm)

trong đó l là chiều dài lõi sắt stato

5.3.Tổng chiều dài dây dẫn của dây quấn Stato

LSA = 2.ltb wSA.10-2 =2.19,64.449.10-2 =176,2 (m)

trong đó wSA là số vòng của cuộn dây chính, đợc xác định ở 2.19

5.4.Điện trở tác dụng của dây quấn Stato

2 , 176 10

13 ,

26 , 13

dm

SA SA

, 1

2 1

4 1

1

2 785 , 0

b

h d

h d

b k

d

h

s

s s s

s s

rs

3

2 ).

2

6 , 0 4 , 6

25 , 0 4 , 6 2

2 785 , 0 ( 3

1 4 , 6 3

63 , 4

= 2 + 0 , 2 − 2 , 45 = − 0 , 25 (mm)

Với: + hn = 2 mm: chiều cao của nêm

+ bcd: chiều dày của giấy cách điện+ d1s: đờng kính dới của rãnh stato, đợc xác định ở 3.10

-

10 2

2 2

1 4

d h b

d h h

Hệ số λt phụ thuộc vào kích thớc máy điện (bớc răng, khe hở khôngkhí) và các số hiệu dây quấn Bề rộng miệng rãnh Stato và Rôto cùng có ảnhhởng nhất định đến từ tản tạp.

δ

λ

δ 9 ,

427 ,

5

5

4 4

4

S

S S s S

t

b t b

b

− + +

+ δ

δ

) 427 , 9

2 427 , 9 ( 3 , 0

2 5

3 , 0

2 5

=

− +

5

5

4 4

4

R

R R S R

t

b t b

b

− +

+ δ

δ

) 81 , 11

5 , 1 81 , 11 ( 3 , 0

5 , 1 5

3 , 0

5 , 1 5

=

− +

+

Q p

= 0,28(1- 0,6 9 , 279 )) 0 , 845

3

2 64 , 0 135 , 13 ( 5 , 6

8 ).

24

8 1

trong đó:

- QA: số rãnh mỗi cực của pha chính

- ZS: số rãnh stato, đợc xác định ở 2.11

- l: chiều dài lõi sắt stao, đợc xác định ở 2.7

- lđ: chiều dài phần đầu nối dây quấn stato, đợc xác định ở 5.1.1

∑λ

2 ) 100

( 100

2

= 0,158 2 3 , 689 9 , 525

8 1

4845 , 6 ) 100

449 ( 100

x

dm

dm SA

9 = (Ω)

5.12.Điện trở của phần tử rôto lồng sóc

) 2

(

R

v t

pt

Z

p Sin

r r

r

π +

=

= 2 4

4

10 2 , 2 ) 19

1 sin 2 (

10 705 , 0 2 45

65 23

1

85 , 58 14 , 3 23

1 10 ) (

.

v v R

V

b a Z

5.13.Điện trở của rôto đã quy đổi sang stato

r R =k12.r pt= 44,02.103.2,2.10-4 = 9,68(Ω)

trong đó: k12: Hệ số quy đổi điện trở rôto sang stato

k12 = 2

2 2

.

8

dqR R

dqA SA

k Z

k w m

2 2

2

10 02 , 44 997

, 0 19

718 , 0 449 1

Với: + m: số pha

+ wSA: số vòng của cuộn dây chính, đợc xác định ở 2.19+ kdqA: hệ số dây quấn stato, đợc xác định ở 2.15

+kdqR: hệ số dây quấn rôto, đợc xác định ở 4.3

5.14.Điện trở rôto tính theo đơn vị tơng đối

dm

dm R R

U

I r

220

684 , 1 68 ,

R R

R

d

b S

d d

h

1

4 2

2 1 1

1

2 66 , 0 ) 8

1 (

3 , 0 1 6 , 5 2

5 , 1 66 , 0 ) 45 8

6 , 5 14 , 3 1 (

6 , 5 3

24 ,

= +

- h4R: chiều cao miệng rãnh rôto, đợc xác định ở 4.1

- d1R: đờng kính trên của rãnh rôto, đợc xác định ở 4.8

- SrR : tiết diện thanh dẫn rôto, đợc xác định ở 4.15

- h1R = h12r + 0,9.d2R = 6 + 0,9.3,6 = 9,24 (mm)

Với: + d2R: đờng kính dới của rãnh rôto, đợc xác định ở 4.9

+ h12R: chiều cao phần thẳng rãnh rôto, đợc xác định ở4.10

11 =11,9.011,3,.811,0678=3,1trong đó:

- δ: chiều dài khe hở không khí, đợc xác định ở 2.8

7 , 4 )

2 (

9 , 2

D l

Z

p Sin l Z

g

R R

R

V

+ π

= .lg24(,27,.558,1285) 1,254

) 19

1 sin 2 ( 65 19

85 , 58 9 , 2

2

= + π

.

dqR

dqA

R S

S R R

k Z l

Z l

λ λ

997 , 0

718 , 0 (

19 845 , 64

24 845 , 64 374 ,

λ

S R

'

689 , 3

52 , 3 525 ,

9 = (Ω)

5.20.Điện kháng stato tính theo đơn vị tơng đối

U I x

x

dm

dm RA

9 = (Ω)

) 115 , 2 1 , 13 ( 14 , 3 35 , 2

2

) (

- Dn: đờng kính ngoài lõi sắt stato, đợc xác định ở 2.4

- Hzs, Hgs: cờng độ từ trờng ở răng và gông stato đợc suy ra từ mật độ

từ thông ở răng và gông stato Từ quan hệ H = f(B) ở phụ lục I của[1]:

Với BZS =1,215 T ta có HZS=5,93 A/cm

) ( + π

1 2

) 42 , 1 1615 , 2 ( 14 , 3 85 ,

- Dn: đờng kính ngoài lõi sắt stato, đợc xác định ở 2.4

- Hzs, Hgs: cờng độ từ trờng ở răng và gông rôto đợc suy ra từ mật độ

từ thông ở răng và gông rôto Từ quan hệ H = f(B) ở phụ lục I của[1]:

m

k w m

F p

8 , 1

.

718 , 0 449 1 8 , 1

1 , 386 1

trong đó:

- m: số pha

- wSA: số vòng của cuộn dây chính, đợc xác định ở 2.19

- kdqA: hệ số dây quấn stato, đợc xác định ở 2.15

, 1

665 ,

220 78 ,

Udm

Idm x

1 ,

- Tổn hao sắt ở ở lõi sắt và rôto

- Tổn hao đồng trong dây quấn

- Tổn hao phụ

- Tổn hao cơ

Phơng pháp cơ bản để tính các tổn hao của động cơ công suất nhỏ là:

- Khi tính tổn hao sắt phải xét đến từ trờng thuận và nghịch trong máy

điện một pha

- Công nghệ gia công và chất lợng lắp ráp các chi tiết máy điện nhỏ có

ảnh hởng rất lớn đến các tổn hao Khi tính tổn hao, yếu tố công nghệ đợc xétbằng một hệ số gia công mà hệ số này thay đổi trong khoảng rất lớn

6.2.1.Trọng lợng răng stato

GZS =7,8 ZS bZS hZS lS kC .10-3

=7,8.24.0,4.0,78.6,5.0,97.10-3 = 0,367 (kg)trong đó:

- Dn: đờng kính ngoài lõi sắt stato

- lS: chiều dài lõi sắt stato

- hgs: chiều cao gông stato, đợc xác định ở 3.9

6.2.4.Trọng lợng gông rôto

GgR =7,8 π (dt + hgR ).hgR lR .kC 10-3

= 7,8.3,14(2,16 +1,42).1,42.6,5.0,97.10 =0,783 kgtrong đó:

- dt: đờng kính kính trục rôto, xác định ở 2.10

- lR: chiều dài lõi sắt rôto

- hgR: chiều cao gông rôto, đợc xác định ở 4.7

- kgC = 1,1: hệ số gia công, tra ở bảng 6.2 của [1]

- P1,0/50=2,6 W/kg: tổn hao riêng của thép

- BZS: mật độ từ thông ở răng stato

6.2.6.Tốn hao sắt trên răng rôto

P’ tZR =1,8 P1,0/50 B2

ZR (f /50)1,3 kgc =1,8.2,6.1,172.(50 /50)1,3 1,1= 7.05 (W)trong đó BZR là mật độ từ thông ở răng rôto

6.2.7.Tốn hao sắt trên gông stato

P’ tgS =1,6 P1,0/50 .B2

gS GgS (f /50)1,3

=1,6.2,6.0,912.3,58.(50 /50)1,3 =12,3 (W)trong đó BgS là mật độ từ thông ở gông stato

6.2.8.Tốn hao sắt trên gông rôto

P’ tgR =1,6 P1,0/50 B2

gR GgR (f /50)1,3 =1,6.2,6.1,3552 0,783.(50 /50)1,3=5,98 (W)trong đó BgR là mật độ từ thông ở gông rôto

6.2.9.Tổn hao sắt tính toán của stato

P’

tS =P’ tZS + P’

tgS = 2,79 +12,3=15,1 (W)

6.2.10.Tổn hao sắt tính toán của rôto

P’

tR =P’ tZR + P’

tgR =7,05 +5,98=13,03 (W)

Tham số ban đầu mạch điện thay thế pha chính đã tính toán đợc:

RA

x x

68 ,

b)

Hình 7-1: Mạch điện thay thế pha chính

a) với dòng thứ tự thuận; b) với dòng thứ tự nghịch

xmA

xmA

RA mA

mA

x x

05 ,

258 = +

7.2.§iÖn trë t¸c dông thø tù thuËn vµ nghÞch cña m¹ch ®iÖn pha chÝnh

Chän s = 0,03 lµm gi¸ trÞ tÝnh to¸n

2 2

' 1

.

s

s x

RA

+

= α

β α

03 , 0 036 , 0

03 , 0 05 , 258 966 , 0 036 , 0

) 2 (

.

s

s x

RA

− +

−

= α

β α

) 03 , 0 2 ( 036 , 0

) 03 , 0 2 (

05 , 258 966 , 0 036 , 0

2

− +

7.3.§iÖn kh¸ng thø tù thuËn vµ nghÞch cña m¹ch ®iÖn pha chÝnh

2 2

2 '

1

.

s

s x

= 9,1.0,966

2 2

2

03 , 0 036 , 0

03 , 0 036 , 0 1 , 9

68 , 9

+ + =153,7 (Ω)

2 2

2 '

2

) 2 (

) 2 (

s

s x

= 0,966.9,1

87 , 8 )

03 , 0 2 ( 036 , 0

) 03 , 0 2 ( 036 , 0 1 , 9

68 , 9

2 2

2

=

− +

RA1) + j (xSA + x’

RA1) = (13,26+122,6) + j(9,525+153,7)