Đồ án : Thiết kế tối ưu động cơ

Đồ án : Thiết kế tối ưu động cơ LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay động cơ công suất nhỏ được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như trong công nghiệp, nông nghiệp, trong tự động hoá, trong

Trang 1

Đồ án : Thiết kế tối ưu động cơ

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay động cơ công suất nhỏ được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như trong công nghiệp, nông nghiệp, trong tự động hoá, trong hàng không, trong sinh hoạt gia đình

…Động cơ công suất nhỏ rất đa dạng và phong phú về chủng loại, chức năng và công suất Trong đó động cơ điện dung đóng một vị trí rất lớn Bởi vì nó có ưu điểm là dùng nguồn cấp một pha, hệ số cosϕ cao, phù hợp với lưới điện Việt nam,độ tin cậy cao …

Để tính toán và thiết kế động cơ điện dung có nhiều cách tính

và thiết kế song 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 nhất Ví dụ như sức từ động rơi trên răng ,gông stao và roto, … Vì vậy mà em không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong được cô hướng dẫn và chỉ bảo

em những thiếu sót đẻ em được hiểu sâu hơn về máy điện nói chung và động cơ điện dung nói riêng Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn cô Nguyến Hồng Thanh đã hướng dẫn em hoàn thành đồ án môn học cuối cùng của em

Hà Nội ngày 20 tháng 5 năm 2005

Sinh viên :

Trang 2

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ TỐI ƯU ĐỘNG CƠ

MỤC LỤC

-Lời nói đầu

PHẦN MỞ ĐẦU GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ I-Giới thiệu chung về máy điện công suất nhỏ

II-Phân loại động cơ

III- Động cơ KĐB công suất nhỏ với tụ khởi động

IV- Thiết kế máy điện nhờ máy tính

V-Mục đích của thiết kế tối ưu

VI-Lưu đồ thuật toán thiết kế tối ưu

PHẦN MỘT CƠ SỞ LÝ THUYẾT

I- Xác định kích thước cơ bản và thông số pha chính

II-Xác định kích thước răng rãnh stato

III-Xác định kích thước răng rãnh rôto

IV-Tính trở kháng dây quấn stato và rôto

V-Tính tổn hao sắt

VI-Tính toán chế độ định mức

VII-Tính toán dây quấn phụ

VII-Tính toán chế độ khởi động

Trang 3

PHẦN II CHƯƠNG TRÌNH THIẾT KẾ

ĐỀ TÀI

Thiết kế động cơ KĐB một pha điện dung

Dữ liệu cho trước:

1 Xác định kích thước chủ yếu

2 Xác định thông số dây quấn pha chính: W a ; d A /d Acđ; k lđA

3 Xác định kích thước lõi thép Stato và Roto

4 Tính toán dây quấn phụ: W B ; d B /d Bcđ ; k lđB ; C

5 Tính kiểm tra

6 Vẽ bản vẽ tổng lắp ráp

Trang 4

PHẦN MỞ ĐẦU GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ

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 điều 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 điện

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 những ưu điểm

sau:

+ Kết cấu đơn giản, giá thành hạ

+ Không sinh ra can nhiếu vô tuyến

+ ít tiến ồn

+ 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

Trang 5

Hình 1: Phân loại động cơ KĐB công suất nhỏ

Các loại động cơ không đồng bộ một pha công suất nhỏ với điện trở

khởi động, tụkhởi động, tụ khởi động và tụ làm việc đều có nhược điểm là

luôn luôn phải có chốt ly tâm hoặc rơ le chuyên dụng để ngắt phần tử khởi

động sau khi động cơ khởi động Điều đó làm cho giá thành của động cở

tăng lên và giảm độ tin cậy Vì vậy mà khi người ta cần sử dụng lại động

cơ một phâ có độ tin cậy lớn mà không cần mo men khởi động cao thì

người ta thường dùng động cơ một pha với tụ làm việc mắc cố định (Động

cơ điện dung)

Ba pha

Động cơ KĐB bộ động lực CSN

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

Trang 6

Hình 2 Sơ đồ mạch điện

Động cơ với tụ làm việc có đặc tính làm việc tương đối tốt : η = 0,5 – 0,9;

Cosϕ = 0,8 –0.95; Mmax = (1,6 – 2,2)Mđm; song nhược điểm của loại động

cơ này là momen khởi động nhỏ MK = (0,3-0,6)Mđm

Trang 7

PHẦN II

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN

CHƯƠNG I XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CƠ BẢN VÀ THÔNG

PđmIII = Pđm β = 180.1,25 =687.5 (W)

- Công suất tính toán của động cơ điện 3 pha đẳng trị :

IIICosη

PSIII

= = Error! = 1206.1 [W]

+ Trong đó CosϕIII.ηIII = f(Pđm,p) = 0.57 được tra theo hình 1-1

trang20 –TL 1

-Tốc độ đồng bộ của động cơ ndb=Error!== Error! = 1500(v/ph)

- Đường kính ngoài stato được tính theo công thức sau :

Dn= 3

.λ δ

'44

db n A B SIII P D

1500.82,0.210.7,0

2.1,

120665

,0

[cm]

+ Trong đó : Với thép kỹ thuật điện dùng làm mạch từ ta chọn loạI

loạI thép cán nguội của Nga 2211 với mật từ thông khe hở không khí

trong khoảng B ÷1 [T]

chọn Bδ = 0.7 [T]

Trang 8

Tải đường : A = 90÷210 [A/cm ]chọn A=210

- Bước cực: τ =Error! = Error! =7,618[cm]

- Chiều dài stato : ls = λ.D = 0,82.9,7 = 80 [cm]

- Chọn khe hở không khí : Khe hở không khí càng lớn thì tổn hao không tải

và hệ số Cos nhỏ nhưng nếu như chọn khe hở không khí nhỏ quá thì vấn đề

công nghệ không đáp ứng được và làm taưng sóng bậc cao lên Vì vậy để

- Bước răng stato : ts = πD/Zs = 12,69[mm]

- Bước răng roto : tR = πD’/ZR = 17,81[mm]

Trang 9

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN DÂY QUẤN, RÃNH VÀ GÔNG

ROTO

I Tính toán dây quấn

- Theo bảng 2-2 trang 29 thì việc chọn ĐCKĐB điện dung mà để giảm

được mmô men ký sinh đồng bộ, tiếng ồn … xuống trị số cực tiểu thì tâ

chọn :

Chọn số rãnh Stato ZS = 24

Số rãnh Roto ZR = 17

- Trong động cơ điện một pha điện dung thường lấy số rãnh pha chính

(pha A) bằng số rãnh pha phụ(pha B): ZA=ZB ;QA = QB (QA,QB là số rãnh

dưới một cực của pha chính và pha phụ)

12

p m A

Z

; QB= QA = 3

- Chọn dây quấn : Chọn dây quấn phải đảm bảo các yêu cầu sau:

+ PhảI triệt tiêu hoặc làm yếu đI sóng đIũu hoà bậc cao(đặc biệt là

sóng bậc ba)

+ Tăng cường việc lợi dụng rãnh(klđ tăng lên)

+ Giảm chiều dài phần đầu nối

Dây quấn của máy điịen nhỏ có hai loại cơ bản : Dây quấn một lớp và dây

quấn hai lớp Để đảm bảo những yêu cầu trên, giảm từ tản tạp và đơn giản

nên chọn dây quấn một lớp đồng tâm bước đủ

Sơ đồ dây quấn như sau:

Trang 10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1516 17 18 19 20 21 22 23 24

Hình 3 Sơ đồ dây quấn một lớp bước đủ( Z = 24; 2p =4; Bước đủ)

- Hệ số dây quấn stato

q

.4

.sin

707,0

ν

3.4

1.sin.3

707,

410.26,29.50.09,1.4

220.9,0

− =341,1 [vòng ] Chọn WSA=342[vòng ]

-Số thanh dẫn trong một rãnh

Trang 11

UrA =

A

Q p

1 342

341 = [T]

φ = 29,26.10-4 =

342

1,

341 29,15.10-4[Wb]

Trong đó : a là số mạch nhánh song song lấy a = 1

-Sơ bộ xác định được dòng điện định mức :

IdmA =Error! =

220.2.65,0

I

. = 6

72 , 2

= 0,45[mm2]

Chọn mật độ dòng điện JSA = 6 [A/mm2 ]

- Chọn dây men π∋B-2 có tiết diện chuẩn SSA = 0,442 [mm2]

+ Đường kính chuẩn của dây không cách điện d A= 0,75 [mm]

+ Đường kính chuẩn kể cả cách điện dcdA = 0,865[mm]

- Bước răng stato : tS =Error! = 1,0935

24

7,9.14,

- Bước răng roto : tR =Error! = 1,3942

17

548,7.14,

- Tiết diện đồng trong một rãnh là:

SĐS = SSA.Ur = 0,442.57 = 25,194[mm2]

Trang 12

II Xác định kích thước rãnh và gông stato

- Chọn thép cán nguội mã hiệu 2211 , có oxy hoá bề mặt và chiều dày lá

thép 0,5 [mm] do đó hệ số ép chặt kC = 0,95

Xác định kích thước rãnh và cách điện : chọn rãnh hình quả lê

Chọn chiều miệng rãnh h4S trong khoảng 0,5

269,1.69

0 =0,614[cm]=6,14[mm]

Trong đó

Mật độ từ thông trong răng Stato sơ bộ chọn : BZS = 1,5[T]

Mật độ từ thông khe hở không khí :Bδ =0,69[T]

Trang 13

- Sơ bộ định chiều cao gông

−

−+

s Z

s

Z zs

b s h D

14,324

24.14,6)6,0.297(14,

D − −

=

2

74,14.297

Trang 14

- Hệ số lấp đầy rãnh

klđr= =

r S

cd

d rA

=

96 , 59

748,0.57

d s h

14.2(π

7,72 = 6,145[mm]

bZS

''

=Error! – d2 = Error! – 8,4= 6,146[mm]

bzs1 =

2

'' '

14,6145,

.100% = 0,0814% có thể chấp nhận được

CHƯƠNG III-XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC RÃNH RĂNG RÃNH

RÔTO

Trang 15

Ở động cơ công suất nhỏ thì dạng rãnh của roto thường là hình tròn hoặc

hình quả lê.Đối với động cơ một pha điện dung một pha công suất nhỏ chọn

Hình 5 Dạng rãnh roto

dạng ránh hình quả lê để đảm bảo tiết diện thanh dẫn

- Chọn h4R trong khoảng 0,3 [mm] lấy h4R = 0,4 [mm]

- Chọn b4R = 1 [mm] chọn b4R=1,5 [mm]

- Sơ bộ chọn bề rộng răng

bZR = Error!=

95,40,1

781,1.69,0

= 0,924 [cm] =9,24[mm]

Trong đó:

sơ bộ chọn mật độ từ thông răng Roto BZR = 1,4

- Đường kính trên của rãnh roto :

π

) 2 '

r

Z

Z b h

D

Trang 16

=

14,317

17.2,914,3)

4,0.24,96(

- Chiều cao rãnh Roto

hrR =0,5(d1R+d2R)+h12R+h4R

=0,5(7,11+5)+5,716 0,4=12,18[mm]

- Diện tích rãnh Rôto :

SrR = Error!(d21r +d22r) +0,5 h12r(d1r +d2r) = Error!(7,112 +52) + 0,5.5,716(7,11+5)=64,30[mm2]

CHƯƠNGIV-TRỞ KHÁNG CỦA DÂY QUẤN STATO VÀ ROTO

I.TRỞ KHÁNG DÂY QUẤN STATO

Thông thường khi tính toán sơ bộ coi rs ; xs kkhông đổi khi động cơ làm

việc với mọi tảI

1 Điện trở tác dụng của dây quấn stato

Trang 17

- Chiều dài phần đầu nối của dây quấn stato:

lđ1 = k1τy + 2.B =k1.Error! + 2B = 1,3.Error! + 2.1,2 = 13,45[cm]

π

Chọn B = 1 1,5 [T] lấy B = 1,2

k :Hệ số ,với máy có hai đôi cực thì k1 = 1,3 ;

- Chiều dài trung bình 1/2 vòng dây quấn stato :

376 , 146 0213 , 0

S a

L

2.Điện kháng tản của dây quấn stato

a- Hệ số từ tản rãnh stato( dây quấn một lớp hình quả lê ):

2 1

4 1

2 785 , 0 (

b

h d

b k

d

h

s

s s

6 , 0 72 , 7

46 , 1 72 , 7 2

065 , 2 785 , 0 ( 1 72 , 7

3

06 ,

Trang 18

b-Tính hệ số từ dẫn tản tạp ts :

Hệ số từ dẫn của từ tản tạp xét đến ảnh hưởng của từ trường sóng bậc cao

(sóng điêù hoà răng và sóng đIều hoà của dây quấn )

s k s

t

δ.δ.9,11

25,1.3,0.9,11

69 ,

12 = 3,697 Trong đó:

b S

t S b

S b

S

4

45k

+

=+δ

δ

69,12

065,269,12.3,0

065,

2 0,3

065,25

++

=1,15

R t R

b R

t R b

R b

R

44

45k

+

=+δ

δ

81,17

5,181,17

3,0

5,15

3 , 0

5 , 1

++

s

δ

ξ =1,3

c.Tính hệ số rãnh nghiêng

Mục đích làm ránh nghiêng là để suy giảm sóng đIũu hoà răng Để giảm

sóng đIũu hoà răng được tốt thì ta chọn bước rãnh nghiêng bằng bước răng

stato

bn = ts = 12,69[mm]

- Hệ số rãnh nghiêng :

Trang 19

kn = kdR = Error! = Error! = 0,99

- Độ nghiêng rãnh:

81 , 17

69 12

d- Hệ số từ tản phần đầu nối dây quấn :

đs = 0,47 Error!(lđ -0,64 ) =0,47 Error!.(134,5 – 0,64.76,18) = 1,52

- Tổng hệ số từ tản : Σ S= rS + tS+ đS= 1,132 + 3,697 + 1,52 = 6,349

- Điệnkháng tản dây quấn chính

=Σ

Q p

l W

f

.100100158,0

2

= .6,349 7,9( )

3.2

8100

342100

50.158,0

Mật độ dòng điện của thanh dẫn roto đúc nhôm jt = 3÷ 5(A/mm2)

Mật độ dòng điện của vành ngắn mạch : jv = 0,8jt = 2,4 ÷ 4(A/mm2)

Trang 20

- Đường kính trung bình của vành ngắn mạch:

10 8 0465 , 0 10

ρ

rR

R Al td

S

l r

10 4 , 8 14 , 3 0465 , 0

.

10 π ρ

v v R

v Al

v

b a Z

D r

- Điện trở phần tử roto:

[ ] Ω

= +

= Δ

+

2

4 2

722 , 0

10 1298 , 0 2 578 , 0

2 v

td

r r

r

722 , 0 17

2 180 2

, 0 17

) 91 , 0 342 (

2 4

) (

4

2

2 2

2

dr r

da SA

k Z

k W m k

rRA = r2.k12 = 1,071.10-4 55275,44 = 5,92 [Ω]

Trang 21

a-Hệ số từ tản rãnh rôto (dây quấn một lớp quả lê):

r

r r

r rR

r r

r rR

b

h k d

b S

d d

h

4

4 μ 1 4

2 2 1 1

1

2

66 ,

0 8

π 1

4,01.11,7.2

5,166,0

23,64.8

211,7.14,3111,7.3

716,

R

t

δ.δ.9,11

25,1.3,0.9,11

81,

2(1

05,

017

.5

2.π12)(1

5

.π1δ

−

−+

=

−

Δ

−+

=

r Z p r Z r

Z

p r

v 2

r r

v dr

b2

a2

D74

Z

πp2lZ

D92

.sin

.,

Trang 22

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ TỐI ƯU ĐỘNG CƠ =

406,05,42

162

4,88.7,4lg17

180.2sin.28.17

4,88.9,2

λλ

Σ

dr tr

rr r

534,699,0

91,017

24477,5λ

λ

2 2

=Σ

dr

da R

S r

k Z Z

- Điện kháng Rôto qui đổi sang stato :

Trang 23

HZS = 11.2[A/cm] , cường độ từ trường trên răng stato,

Trang 24

Trang 25

Khe hở không khí Bδ = 0,69[T] Fδ = 381,54[A]

Răng Stato BZS = 1,50[T] FZS = 23,49[A]

Răng Roto BZR = 1,39[T] FZR = 20,53[A]

Gông Stato BgS = 1,308[T] FgS = 54,93[A]

Gông Roto BgR = 0,79[T] FgR = 7,98[A]

CHƯƠNGVI TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ ĐỊNH MỨC

(Của pha chính)

Từ trường đập mạch của pha chính được phân tích thành tổng hai từ trường

quay thuận và quay ngược ỉng với mỗi từ trường quay ta có một sơ đồ thay

thế

1-Với dòng thứ tự thuận

2-Với dòng thứ tự thuận

Trang 26

Hình 6 Sơ đồ thay thế pha chính của động cơ điện dung

Tham số ban đầu của mạch điện thay thế pha chính :

0 13 , 8 113

92 , 5

+

= +

=

ra ma

ra

x x r

9329 , 0 13 , 8 113

113

+

= +

=

ra ma

ma

x x x

-Tổng trở thứ tự thuận của mạch điện phân nhánh pha chính:

ZRA1 = r’RA1 + jx’RA1 = 52,694 + j59,091[Ω]

- Tổng trở thứ tự thuận của pha A:

ZA1 = ZSA + Z’RA1 = (xSA + x’RA1) + j( rSA + r’RA1) = (7,9 + 59,091) + j(7,05 + 52,694) = 59,744 + j66,991[Ω]

Trang 27

2 Tính thành phần trở kháng của mạch phân nhánh của thành phần

- Tổng trở thứ tự nghịch của mậch phân nhánh pha chính:

ZRA2 = r’RA2 + jx’RA2 = 2,6404 + j7,6505[Ω]

- Tổng trở tác dụng thứ tự nghịch của pha chính

ZA2 = rA2 + jxA2 = (rSA +r’RA2) + j(xSA + x’RA2) = (7,05 +2,6404) + j(7,9 +7,6505) = 9,6904 + j15,5505[Ω]

Trang 28

CHƯƠNG VII TÍNH TOÁN CUỘN DÂY PHỤ

Tham số pha phụ của động cơ điện dung quyết điịnh tínhnăng làm việc và

đặc tính khởi động của động cơ

Điều kiện để có từ trường tròn :

- Điện dung cần thiết

- Số thanh dẫn trong một rãnh stato của dây quấn phụ

- Tiết diện dây quấn pha phụ

Sơ bộ tính tiết diện dây dẫn phụ theo tỷ số

Trang 29

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ TỐI ƯU ĐỘNG CƠ Error! = t

ta chọn t = k S’SB = Error!= Error!=0,394[mm2] Dựa theo bảng tiết diện tiêu chuẩn (phụ lục 2 trang269 –ĐCKĐBCSN )

Do ta chọn điện dung CV là số nguyên nên điều kiện đạt từ trường tròn

không được thoả mãn vì vậy phải dùng công thức chung cho từ trường elíp

để tính toán các tham số ở chế độ định mức

- Điện trở tự nghịch của pha phụ

ZB2 = (rSB +k2.r’RA2) + j(k2.xA2 - xC) =

= (8,83 + 1,12132.2,6404) + j(1,12132.15,5505 – 149) = =12,1498 – j129,448[Ω]

CHƯƠNG VIII TÍNH TOÁN TỔN HAO

Có 4 loạI tổn hao chính:

+ Tổn hao sắt ở Stato và Roto

+ Tổn hao trong dây quấn

+ Tổn hao cơ

Tiêu đề	Thiết kế tối ưu động cơ
Tác giả	Nguyễn Đình Tuân
Người hướng dẫn	Cô Nguyễn Hồng Thanh
Trường học	Học viện Kỹ thuật Mật mã
Chuyên ngành	Kỹ thuật điện
Thể loại	Đồ án
Năm xuất bản	2005
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	41
Dung lượng	385,52 KB