Đồ Án Thiết Kế Động Cơ Không Đồng Bộ Một Pha Với Tụ Làm Việc

XAÙC ẹềNH KÍCH THệễÙC CHUÛ YEÁU VAỉ THOÂNG SOÁ PHA CHÍNH Kích thớc chủ yếu ở đây là đờng kính trong D có khi là đờng kính ngoài Dn và chiều dài tính toán l của lõi sắt stato.. • Tổn hao

XAÙC ẹềNH KÍCH THệễÙC CHUÛ YEÁU VAỉ THOÂNG SOÁ PHA CHÍNH

Kích thớc chủ yếu ở đây là đờng kính trong D (có khi là đờng kính ngoài

Dn) và chiều dài tính toán l của lõi sắt stato Ngoài ra cần chú ý đến sự liên

quan giữa các kích thớc chủ yếu ấy thể hiện ở các hệ số kết câu nh tỷ lệ giữa

đờng kính trong và đờng kính ngoài k D = D/D n, tỷ lệ giữa chiều dài lõi sắt với

đờng kính trong lõi sắt λ = l/D hay với đờng kính ngoài lõi sắt k 1s = l/D n

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

P sIII =

III III

trong đó: Theo hình (1-1) của [1] ta có: ηIII cosϕIII = 0,49

2 3 Soỏ ủoõi cửùc cuỷa động cơ

10,150,55 0,52.90.0,9.3000 = (cm) Trong đó:

k = = ( 0,485 ữ 0,615 ), chọn k D= 0,55

Khi đợc xác định đờng kính ngoài lõi sắt cần chú ý đến chiều cao tâm trục của máy thiết kế Do đó dựa vào đờng kính ngoài theo tiêu chuẩn ở [1] trang 25 ta có: đờng kính ngoài Dn = 100 mm, chiều cao tâm trục: H = 63mm

2 5 Đờng kính trong stato

D = k D Dn = 0,55.100 = 55 (mm)

2 6 Bớc cực của Stato

τ = π2.p D

= .55 86,42.1

2 8 Chiều dài khe hở không khí

Để giảm nhỏ dòng điện không tải và nâng cao cosϕ, khe hở không khí thờng chọn nhỏ, nhng khe hở càng nhỏ càng khó chế tạo do đó giá thành chế tạo 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 chọn trong khoảng : δ = 0,2 + D/200 mm

• Đặc tính mômen M = f(n) không có choó lồi lõm nhiều do những mômen 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 còn phụ thuộc vào chiều rộng răng nhỏ nhất mà công nghệ cho phép Sự phối hợp giữa số rãnh stato (ZS) và số rãnh rôto (ZR) theo bảng 2-1 và 2-2 của [1] Dựa vào các bảng này, chọn: ZS = 24 ; ZR = 19

Trong động cơ điện một pha có tuù laứm vieọc , soỏ raừnh pha chớnh vaứ phuù nhử nhau ZA=ZB vaứ baống moọt nửừa toồng soỏ raừnh stato.Vỡ daõy quaỏn phuù cuỷa ủoọng cụ ủieọn dung khi laứm vieọc vaón noỏi vaứo lửụựi ủieọn

2.12.Chọn dây quấn

Ta choùn daõy quaỏn ủoàng taõm phaõn taựn bửụực ủuỷ

y= ع = 12

1 2

- lR: chiều dài lõi sắt stato, xác định ở 2.7

k

k φδk

= 0,85.220 4 655,5

4.1,11.50.14,23.10 0,903− = (vòng) Quy chuẩn : W SA = 656 vòng

75

0,490,49.220 = (A) trong đó:

- P đm: công suất định mức

- ηII cosϕII tra theo hình (1-3) của [1] Với P = 75 W thì ηII cosϕII = 0,49

2.22.Tiết diện dây quấn chính sơ bộ

1.4,5

dm SA

I S

a J

= = = (mm2 ) trong đó:

- J: mật độ dòng điện, chọn J = 4,5 (A/ mm2)

- a: số mạch nhánh song song, đợc xác định ở 2.20.

Từ phụ lục 2 trang 281 theo tài liệu [1], quy chuẩn S SA= 0,1104 (mm2) Suy ra:

- Đờng kính chuẩn của dây dẫn không cách điện: d = 0,375 (mm)

- Đờng kính chuẩn kể cả cách điện: d cđ = 0,415 (mm)

Căn cứ vào tiết diện dây, ta chọn loại dây ủoàõng traựng men có kớch

R

D Z

Hỡnh 2.1

Sơ đồ dây quấn kiểu đồng tâm phân tán bớc đủ

Z = 24 , q = 6 , a = 1 , 2p = 2

Chửụng 3

XAÙC ẹềNH KÍCH THệễÙC RAếNH,RAấNG STATO

3 1.Chọn thép cán nguội mã hiệu 2211 có chiều dày lá thép 0,5 mm, do

- Rãnh hình quả lê: có khuôn dập đơn giản nhất, từ trở ở đáy rãnh so với 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 hai dạng rãnh trên

h 12s

d 2s

d 1s

3 4.Chiều cao miệng rãnh

Chiều rộng rãnh stato b ZS 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 của khuôn và đồng thời đảm bảo mật độ từ thông qua răng B ZS nằm trong phạm vi chi phép, thờng B ZS ≤ 2 Tesla

b ZS = .

.S

B B

t k

δ = 0,52.7,2 3,3

1,16.0,97 = (mm)trong đó:

3 9.Chiều cao gông stato

Chiều cao gông bị hạn chế bởi mật độ từ thông cho phép trong gông

c s gs gs

k l B

h

2

10 4 δ

Φ

=

=

4 2

0,001423.10

13,972.1,05.50.0,97.10− = (mm)trong đó:

- φδ: từ thông khe hở không khí, đợc xác định ở 2.18

- l s: 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

- h 4s: 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

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

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

3.12 Chiều cao rãnh stato

- h rs : chiều cao rãnh stato, đợc xác định ở 3.12

- d 1s: ủờng kính phía dới của rãnh stato, đợc xác định ở 3.10

3.15 Diện tích rãnh stato

S rs = 0 , 5 ( )

8

) (

2 1 12

2 2

2 1

s s s s

d

+ +

+ π

=3,14.(3,62 5,4 )2 0,5.3,4.(3,6 5,4) 31,83

8

trong đó:

- d 1s:ủờng kính phía dới của rãnh stato, đợc xác định ở 3.10

- d 2s:ủờng kính phía trên của rãnh stato, đợc xác định ở 3.11

3.16 Kiểm tra hệ số lấp đầy

) (

2

cd rs

cd rA

ld S S

d u

k = − = 109.0,4152 0,7

(31,83 4,48) =

−trong đó :

- S cđ : tiết diện cách điện rãnh

S cđ = c.(d 2s +2.h rs )= 0,2.(5,4 + 2.8,5) = 4,48 (mm2)

Dây quấn cách điện cấp B nên c = 0,2 mm

- u rA: số thanh dẫn trong một rãnh, đợc xác định ở 2.20

3.17.TÝnh l¹i chiÒu réng r¨ng stato

zs C

B t B

Chửụng 4

XAÙC ẹềNH KÍCH THệễÙC RAếNH,RAấNG ROTO

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

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

áp lực vào roto, đồng thời có thể đảm bảo thanh dẫn của lồng sóc roto có tiết diện đủ lớn Chọn rãnh hình quả lê để đảm bảo độ bền khuôn dập và tiện cho việc đúc nhôm

4.1.Chiều cao miệng rãnh

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

h12R

b4R

h4R

Để giảm tiếng ồn và mômen ký sinh, stato hoặc rôto động cơ điện rôto lồng sóc thờng làm rãnh nghiêng Với động cơ công suất nhỏ thờng làm rãnh nghiêng ở rôto, bớc nghiêng khoảng một bớc rãnh stato Khi rãnh nghiêng ở stato 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 của dây quấn sinh ra, vì vậy có thể tính gần giống nh hệ số dây quấn rôto:

n

Sin k

0,2644

Sin

=trong đó:

-

R n

- 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

=

=0,62.0,49.2.2.656.0,903 38

trong đó:

- m =2: số pha

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

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

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

- k I: hệ số phụ thuộc chủ yếu vào cosϕ của máy và đợc đợc xác định theo hình 10-5 của [2]

R R

k l B

t l B

.

.

δ = 0,52.5.9 4

1,2.5.0,97 = (mm)trong đó:

- Bδ: mật độ từ thông khe hở không khí, đợc xác định ở 2.4

- t R: bớc răng rôto, đợc xác định ở 2.24

- k C: hệ số ép chặt các lá thép, đợc xác định ở 3.1

- l R: chiều dài lõi sắt rôto, l R = l S, đợc xác định ở 2.7

4.7.Chiều cao gông rôto

h gR =

c R

gr l k

B 2

10 4 δ

φ

=

4 2

0,001423.10

10,82.1,36.50.0,97.10− = (mm)trong đó:

- φδ: từ thông khe hở không khí, đợc xác định ở 2.18

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

z

z b h D

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

- h 4R: chiều cao miệng rãnh rôto, đợc xác định ở 4.1

- Z R: số rãnh rôto, đợc xác định ở 2.11

- b ZR: 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

Điều kiện công nghệ d 2R ≥ 2,5 mm

d 2R =π + −π−

R

R zR gR

z

z b h

dt 2 ) (

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

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

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

- Z R: số rãnh rôto, đợc xác định ở 2.11

4.10.Chiều cao phần thẳng rãnh rôto

d b Z h d

4 1

' 2

5 , 0

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

- h 4R: chiều cao miệng rãnh rôto, đợc xác định ở 4.1

4.11.Chiều cao rãnh rôto

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

= 4,4 + 0,5.(4,2 + 2,75) +0,3 = 8,2 (mm)

trong đó:

- h 4R: chiều cao miệng rãnh rôto, đợc xác định ở 4.1

- d 1R : ủờng kính phía trên rãnh rôto, đợc xác định ở 4.8

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

φ

2.10,8.50.0,97.10− = (T)-Mật độ từ thông răng rôto:

I

.

38

115,431

2sin19

JV: mật độ dòng điện vành ngắn mạch, chọn JV = 3 A/mm2

4.19.Kích thớc vành ngắn mạch

-Chiều cao vành ngắn mạch:

bV≥ 2.h12R ≥ 2.4,4 ≥ 8,8 (mm), chọn bv= 9 mm -Bề rộng vòng ngắn mạch:

v

v v

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 kháng dây quấn stato, rôto là rất quan trọng.

5.1.Chiều dài phần đầu nối của dây quấn stato

τ

y

4 3

+ 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 =10,97 + 5,0 = 15,97 (cm)

trong đó:

l: là chiều dài lõi sắt stato, đợc xác định ở 2.7

5.3.Tổng chiều dài dây dẫn của dây quấn Stato

LSA = 2.ltb WSA.10-2 =2.15,97.656.10-2 =209,5 (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

dm SA SA

U

I R R

− +

4

4 1

2 1

4 1

1

2 785 , 0

b

h d

h d

b k

d

h

s

s s s

s s

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

1 rs s s cd s

d h b

d h h

= 8 , 3 − 0 , 6 − 2 , 45 − 0 , 2 + 0 , 25 − 0 , 67 = 4 , 63 (mm)Với: + d 1s: đờng kính trên của rãnh stato, đợc xác định ở 3.10

+ d 2s: đờng kính dửụựi của rãnh stato, đợc xác định ở 3.11 + h rs: chiều cao của rãnh stato, đợc xác định ở 3.12.

5.7.Hệ số từ dẫn của từ tản tạp λt

Xét đến ảnh hởng từ trờng bậc cao (sóng điều hoà răng và sóng điều hoà dây quấn) gây neõn từ thông móc vòng tản trong dây quấn stato, có khi còn gọi là từ tản trong khe hở không khí, và từ trờng tơng ứng chủ yếu phụ thuộc vào sự dẫn từ của các đờng sức từ trong khe hở không khí

Hệ số λt phụ thuộc vào kích thớc máy điện (bớc răng, khe hở không khí) và các số hiệu dây quấn Bề rộng miệng rãnh stato và rôto cùng có ảnh h-ởng nhất định đến từ tản tạp

- ξS = 1,6 (Tra hình 4.9 trang 82 của [1]

5

5

4 4

4

S

S S s S

t

b t b

b

− + +

+ δ

1,85

trong đó:

+ b4s: là chiều rộng miệng rãnh stato, đợc xác định ở 3.5

* kδ R =

) (

5

5

4 4

4

R

R R S R

t

b t b

b

− +

+ δ

δ

=

1,55

= 0,27.(6(10,97 0,64.8,64) 1,762

trong đó:

- τ: bửụực cửùc stato, ủửụùc xaực ủũnh ụỷ 2.6

- q=QA: số rãnh mỗi cực của pha chính, đợc xác định ở 2.14

- 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

* . dm

dm

I U

19π

1 5,0.10

23 25,4

R t

rR

l r

5.13.Điện trở của rôto đã quy đổi sang stato

4

2

4.2.656 0,903

148637,819.0,997 =

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

h k b

à +

2 2

- 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 = 4,4 + 0,9.2,75 = 6,88 (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 ở 4.10

2

g v

S R

x

dm

dm RA

TÍNH TOÁN MẠCH TỪ VÀ TỔN HAO SẮT

- 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

- 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]:

Với BZR = 1,2 T ta có HZR = 5,93 (A/cm)

- 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

6.1.10 Điện kháng ứng với từ trờng khe hở không khí tơng đối

220

49 , 0 34 , 501

dm

dm mA mA

U

I x x

6.1.11.Thành phần phản kháng của dòng không tải

I 0X =1,95.Ià=1,95.0,373 = 0,727 (A)

6.1.12.Hệ số bão hòa mạch từ

398,06 1,269

313,49

à δ

= F m = =

F k

6.2 tính tổn hao sắt

6.2.1.Trọng lợng răng stato

GZS =7,8 ZS bZS hZS lS k C 10-3

=7,8.24.0,33.0,814.5.0,97.10-3 = 0,243 (kg)trong đó:

trong đó:

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

- lS: chiều dài lõi sắt stato, đợc xác định ở 2.11

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

6.2.4.Trọng lợng gông rôto

GgR =7,8 π (dt + h gR ).hgR .l R .k C 10-3

= 7,8.3,14(1,65 +1,08).1,08.5.0,97.10-3 =0,350 kgtrong đó:

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

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

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

- k gC = 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

- B ZR : là mật độ từ thông ở răng rôto, đợc xác định ở 4.15

6.2.7.Tổn hao sắt trên gông stato

P’ tgS =1,6 P1,0/50 .B2

gS GgS(f /50)1,3 =1,6.2,6.1,062.1,427.(50 /50)1,3 = 6,67 (W)

- BgR :là mật độ từ thông ở gông rôto, đợc xác định ở 4.15

6.2.9.Tổn hao sắt trên loừi saột stato

P’

tS = P’ tZS + P’

tgS = 1,709 +6,67 = 8,379 (W)

6.2.10.Tổn hao sắt trên loừi saột roto

P’

tR = P’

tZR + P’

tgR =1,69 +2,685 = 4,375 (W)

Chửụng 7

TÍNH TOAÙN CHEÁ ẹOÄ ẹềNH MệÙC

đặc tính làm việc của động cơ một pha: IS, s, n, η, cosϕ = f(PR) có thể

tính theo các công thức dẫn ra từ phơng pháp thành phần đối xứng của hệ thống hai pha và có thể dùng mạch điện thay thế của động cơ điện một pha để xác định mối quan hệ giữa các tham số, điện áp và dòng điện thứ tự thuận và nghịch của động cơ điện một pha Mạch điện thay thế nh ở hình 7.1

a) vụựi doứng thửự tửù thuaọn b) vụựi doứng thửự tửù nghũch

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

b)

Hình 7.1: Mạch điện thay thế pha chính

xmA

xmA

.

RA RA

0,072 0,036

++

= 406,05 (Ω)

2 '

r

s x

7.4.Tổng trở thứ tự thuận và nghịch của mạch điện thay thế

- r SA : ủieọn trở tác dụng của dây quấn stato, đợc xác định ở 5.4

- x SA : ủieọn khaựng của dây quấn stato, đợc xác định ở 5.10

Chửụng 8

TÍNH TOAÙN DAÂY QUAÁN PHUẽ

quyết định đặc tính khởi động của động cơ

Nội dung tính toán pha phụ là đợc xác định tham số của pha phụ và chọn phần tử phụ (điện dung tụ điện)

Các thông số mạch điện của pha chính ở định mức:

82 , 419

2 1 1

2

4

A

c A A

A

x

x.xr

- r A1 , x A1 : ủiện trở, ủiện kháng mạch điện thay thế thứ tự thuận ,

đợc xác định ở 7.5

- xC : ủiện kháng thực sự , đợc xác định ở 8.5

8.7 Số thanh dẫn trong một rãnh của dây quấn phụ

u' rB = K u rA = 1,48 109 = 161,32 (thanh dẫn)

Laỏy : urB = 161:số thanh dẫn trong một rãnh của dây quấn phụ

urA =109 : số thanh dẫn trong 1 rãnh của dây quấn chớnh (mục 2.20 )

8.8.Số vòng dây của dây quấn phụ