Tài liệu Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế động cơ điện không đồng bộ một pha điện dung dùng cho quạt ppt

đồ án này là thiết kế động cơ không đồng bộ một pha điện dung dùng cho quạt PHẦN I TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG 1.1.. GIỚI THIỆU CHUNG VÀ PHÂN LOẠI ĐỘNG C

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ điện không đồng bộ một pha điện dung dùng cho quạt

đồ án này là thiết kế động cơ không đồng bộ một

pha điện dung dùng cho quạt

PHẦN I

TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN

CỨU ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VÀ PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ ĐIỆN CÔNG

SUẤT NHỎ

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

Tất cả động cơ không đồng bộ một pha công suất nhỏ đều có nhược

điểm là luôn có chốt li tâm hoặc rơle chuyên dụng để ngắt phần tử khởi động sau khi động cơ khởi động Điều đó dẫn đến tăng giá thành của động cơ và

giảm độ tin cậy của chúng.Trong trường hợp khi độ tin cậy của động cơ

Ba pha

Động cơ KĐB bộ động lực CSN

Giảm tốc

Một pha

Với roto đặc

Với roto lồng sóc

Vạn năng

Ba pha Một pha

Bình thường

PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ KĐB CÔNG SUẤT NHỎ

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 Động cơ không đồng bộ điện dung có hai pha trên stato thường được cấp điện qua điện dung để tạo ra điện áp hai pha cho quá trình mở máy Kết thúc quá trình

mở máy phần tử điện dung vẫn tham gia vào quá trình làm việc

Trong những trường hợp đặc biệt, yêu cầu lúc mở máy và lúc tải định mức từ trường quay gần tròn nhất để đảm bảo các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật người ta dùng hai điện dung(một để mở máy và một để làm việc) Động cơ điện dung được cấp điện từ lưới một pha với hai cuộn dây trên stato gồm cuộn chính(Cuộn A) nối trực tiếp với nguồn và cuộn

Dưới đây sẽ tiến hành khảo sát về các phương pháp diễn tả toán học của mỗi loại và phân biệt cách xác định kích thước cơ bản để cải tiến cho phù hợp với công tác nghiên cứu

U

I B

K§

1.2 MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ĐIỆN DUNG Ở CHẾ ĐỘ XÁC LẬP DÙNG CHO BÀI TOÁN THIẾT KẾ.

độ xác lập được dùng để xác định các đặc tính làm việc Mô hình toán học phản ánh bản chất của máy điện được thiết kế qua các đặc tính tĩnh Nếu như các đặc tính nhận được từ mô hình chưa đảm bảo tiêu chuẩn thì phải tính toán lại từ đầu Mô hình toán học của máy điện xoay chiều ở chế độ xác lập được trình bày bởi hệ thống các phương trình cân bằng điện áp ở dạng phức

số và biểu thức mômen điện từ ở dạng trị số hiệu dụng

Động cơ đang nghiên cứu thuộc loại động cơ không đồng bộ một pha

điện trong không gian Góc lệch pha về thời gian được tạo nên nhờ điện dung C nối vào một trong hai cuộn Động cơ được cung cấp điện từ lưới một pha Roto có cấu tạo kiểu lồng sóc Hai cuộn dây trên stato là hai pha A và B

có tiết diện dây và số vòng dây không đối xứng Cả hai cuộn dây đều tham gia làm việc trong suốt quá trình quá độ và quá trình xác lập Có hai phương pháp diễn tả toán học động cơ không đồng bộ điện dung một pha là: phương pháp phân lượng đối xứng và phương pháp trực tiếp tự nhiên

1.2.1 phương pháp phân lượng đối xứng

ra từ trường đập mạch có thể phân tích thành hai từ trường quay thuận và ngược Trong động cơ điện dung, trên stato có hai cuộn dây tương ứng với bốn động cơ đối xứng, trong đó có một động cơ quay thuận và một động cơ

lượng thuận và ngược của σđiện áp được xác định:

các mạch điện thay thế ở hình sau:

Trong phương trình của mạch điện thay thế các dòng điện thực tế có dạng :

.

2

1 A

A c

UB(1,2) = ( 1 ) ( )

2 1

2

1 B

B c

pháp này khá cồng kềnh, số lượng phép tính lớn Vì thế trong thời gian gần

đây người ta đưa ra phương pháp xây dựng mô hình trực tiếp, không sử dụng phương pháp phân lượng đối xứng

1.2.2 Phương pháp trực tiếp

Phương pháp trực tiếp là phương pháp không sử dụng nguyên lý xếp

chồng từ trường quay thuận và ngược trong khe hở không khí Phương pháp

này cho phép thu gọn số lượng các phương trình và biểu thức tính toán trong thiết kế động cơ điện dung

Từ hệ thống bốn phương trình vi phân của máy điện tổng quát được

viết trong hệ toạ độ quay α, β sau khi chuyển về phức số ở trạng thái xác lập

2

r

jXσ 2

Hệ thống 4 phương trình trên đây chứa 4 ẩn số dòng điện là I. A, , I. B, I.

cuộn dây Khi đó mô men điên từ được tính theo biểu thức sau:

Mặc dù phương pháp này có nhiều hơn phương pháp phân lượng đối xứng

song không thấy rõ ảnh hưởng trực tiếp đến mô men điện từ

PHẦN II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG

BỘ MỘT PHA ĐIỆN DUNG DÙNG CHO QUẠT

2 Đường kính ngoài stato

Trong thực tế hiẹn nay đối với loại quạt công suất này người ta thường chế tạo với dường kính :

4 Bước cực stato

2 2

46 2

.

mm p

Trong đó:

λ = (0,22 – 1,57) :Theo tài liệu I

Trong tính toán trên ta chọn λ = 0, 391;

6 Chiều dài khe hở không khí

Để giảm nhỏ dòng điện không tải và nâng cao cosϕ ,khe hở không khí thường chọn nhỏ, nhưng khe hở không khí càng nhỏ thì vấn đề công nghệ không đáp ứng được và làm tăng sóng bậc cao lên

Khe hở không khí trong máy điện công suất nhỏ thường chọn trong khoảng sau:

Việc chọn số rãnh stato Zs của động cơ điện dung và số rãnh rôto Zr có quan hệ mật thiết với nhau, khi chọn ta phải xét đến các mối quan hệ sau:

mômen ký sinh đồng bộ và không đồng bộ sinh ra

9 Với những lý do trên ta quyết định chọn số răng như sau:

Với 2p = 4 ta có Zs = 16; Zr = 17

10 Trong động cơ điện dung, thường số rãnh của hai pha dưới mỗi cực bằng nhau

2 2 2 2

16

Z q

B A

11 Chọn dây quấn

Chọn dây quấn 1 lớp, đồng tâm phân tán hai mặt phẳng

12 Hệ số dây quấn stato

924 , 0 2 4

1 sin 2

707 , 0

4

sin

707 ,

=

πν

π

q q

Bδ - từ thông khe hở không khí: Bδ = (0,3 - 1)T, ta chọn Bδ = 0,5T;

14 Số vòng dây sơ bộ của cuộn chính

52 , 3620 924

, 0 10 0736 , 2 50 11 , 1 4

220 7 , 0

4

E dm

k U W

2

52 , 3620 1

=

q p

W a

2 2 1

16 Dòng điện định mức

186 , 0 220 2 38 , 0

22

2 cos

=

dm II

II

dm dmA

U

P I

186 , 0

2

mm J

a:số mạch nhánh song song , a=1

Ta quy chuẩn ssA = 0,0314 mm2

Do cách điện là cấp B nên ta chọn loại dây men chịu nhiệt Π∋TB Dựa vào phụ lục II trong tài liệu [I] ta chọn được:

- Đường kính chuẩn của dây dẫn không cách điện d = 0,20 mm;

18 Bước răng stato

) ( 03 , 9 16

46

mm Z

D t

s

19 Bước răng rôto

) ( 39 , 8 17

4 , 45 '

Z

D t

r

CHƯƠNG 2

XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC RĂNG RÃNH STATO

2 rãnh kia nhỏ hơn vì vậy đơn giản được sức từ động cần thiết trên răng

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

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

hơn dạng rãnh nửa quả lê

3 Với căn cứ như vậy ta chọn rãnh hình nửa quả lê

4 Chiều cao miệng rãnh

Ta lấy b4s = 1,5 mm

6 Kết cấu cách điện rãnh

7 Chiều rộng răng stato ( Sơ bộ)

Được xác định theo kết cấu, tức là xét đến:

• Độ bề của răng;

• Giá thành của khuôn dập; độ bền của khuôn;

• Đảm bảo mật độ từ thông qua răng nằm trong phạm vi cho phép, thường Bzs≤ 2 T

97 , 0 4 , 1

03 , 9 5 , 0

.

mm k

B

t B

c zs

8 Chiều cao gông stato

Chiều cao này bị hạn chế bởi mật độ từ thông cho phép trên gông:

2

16 32 , 3 2 , 0

2 ,

9 Đường kính phía trên stato

Đối với rãnh hình nửa quả lê:

16

16 32 , 3 8 , 0 2 46

2

Z

Z b h D d

s

s zs s

−

− +

=

−

− +

=

π

ππ

3 , 5 2 79

2

mm b

Z

h D

zs s

gs

11 Chiều cao rãnh stato

Đối với rãnh hình nửa quả lê:

2

3 , 5 2 46 79 2

2

mm h

D D

2

mm h

D D

14 Bình quân bề rộng răng stato:

16

8 , 0 2 5 , 7 46

2

1

Z

h d D

s s

3 , 5 2 79

2

b Z

h D

zs ' b' zs b'

15 Diện tích rãnh stato

65 , 6 5 , 0 8

5 , 7

) (

5 , 0 8

2 2

2 1 12

2 1

mm

b d h

d

rs

= + +

=

= + +

= π π

16 Kiểm tra hệ số lấp đầy

65 , 0 1 , 74

23 , 0

S

d u k

CHƯƠNG 3

XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC RĂNG RÃNH RÔTO

1 Rãnh rô to có dạng tròn, quả lê

Thường là rãnh miệng kín để đảm bảo độ bền của khuôn dập và tiện cho việc đúc nhôm

nhưng tiết diện thanh dẫn rôto có thể không đủ.Do đó thường chọn rãnh quả lê,với dạng này thì chiều rông răng được đều theo chiều cao của rãnh hơn

2 Chọn rãnh hình quả lê

3 Chiều cao miệng rãnh

Đối với động cơ công suất nhỏ,để đảm bảo độ bền của khuôn dập,

chiều cao miệng rãnh nhỏ nhất lấy vào khoảng

6 Hệ số dây quấn rôto

9974 , 0 795

, 0 2 795 , 0 sin 2 2 sin 2

dqr k k

αα

Trong đó:

αn : góc ở tâm rãnh nghiêng

2 2 2

radian Z

p

n r

03 ,

n

t t

b

β

7 Dòng điện tác dụng trong thanh dẫn rôto

) ( 27 , 138 974

, 0 17

924 , 0 3620 2 2 186 0 92 , 0

2

A k

Z

k W m I k I

dqr r

dqA sA dm

39 , 8 5 , 0

.

.

mm k

Bzr-Mật độ từ thông răng stato,chọn Bzr =1,3 (T)

2 2

Z

Z b h D

d

r

r zr r

δπ

.

2

2 5 ,

4 1 12

mm

d b Z h d D

r r r

h4r=0.42

14 Chiều cao gông rôto

2

6 / 14 5 3 , 0 2 46 2

6 / 5 2

mm h

d D

8

2 2

2

2 1 12

2 2

2 1

mm

d d h d

d

= + +

+

=

= + +

2 sin 2

27 , 138

sin 2

A Z

p

I I

J

I S

4 , 76

mm b

I J

1 Chiều dài phần đầu nối của dây quấn stato

lđ = kI.τy +2.B =1,3.3,37 +2.1 =6,38 (cm)

trong đó:

kI - hệ số kinh nghiệm, kI = 1,3 khi 2p =4

B – hệ số kinh nghiệm B = (0,5 ÷ 1,5), ở đây ta chọn B = 1

Vì là dây quấn đồng khuôn nên:

4

3 2 2

12 , 1 6 , 4 2

2 Chiều dài trung bình nửa vòng dây quấn stato

3 , 592 10 13 , 2

a S

l R

sA

sA

sA ρ

5 Điện trở stato tính theo đơn vị tương đối

34 , 0 8 , 1182

8 , 401

dm

sA sA

, 0

I

U R

6 Hệ số từ dẫn của từ tản rãnh λrs

quấn(một lớp hay hai lớp) Khi ta tính toán chỉ xét đến từ tản ở miệng rãnh

và thành rãnh; không xét đến từ tản ở ngoài rãnh

Hệ số từ dẫn rãnh hình nửa quả lê được xác định theo công thức:

189 , 1 1 5 , 1

8 , 0 5 , 7

55 , 3 5 , 7 2

5 , 1 785 , 0 1 5 , 7 3 10

.

2 785 , 0

4 1

2 1

4 1

− +

b

h d

h d

b k

d

h

s

s s s

s s

sóng điều hoà dây quấn) gây nên từ thông móc vòng tản trong dây quấn stato, có khi còn gọi là từ tản trong khe hở không khí và từ trường tương ứng chủ yếu phụ thuộc vào sự dẫn từ của các đường sức từ trong khe hở không khí

không khí) và số liệu dây quấn.Bề rộng miệng rãnh stato và rôto cũng có

vào bề rộng miệng rãnh)

788 , 1 81 , 0 3 , 0 146 , 1 9 , 11

03 , 9

9 ,

, 9

5 , 1 03 , 9 3 , 0

5 , 1 5

3 , 0

5 , 1 5

5

5

4 4

+

=

s

s s s

s s

t

b t b

b k

δ δ

δ

05 , 1 39 , 8

1 39 , 8 3 , 0

1 5

3 , 0

1 5

5

5

4 4

+

=

r

r r r

r r

t

b t b

b k

δ

δ

δ

Theo hình 4-9 tài liệu I.Tra ra ζs=0,81

8 Hệ số từ tản phần đầu nối của dây quấn stato

Từ tản đầu nối cũng rất phức tạp, phụ thuộc vào loại dây quấn và góc độ nghiêng của phần đầu nối

Hệ số từ tản phần đầu nối dây quấn phân tán hai mặt phẳng:

83 , 1

2 27 , 0 64 , 0 27 ,

9 Tổng hệ số từ dẫn stato

∑λs = λrs + λts + λds = 1,189 + 1,788 + 1,223 = 4,2

10 Điện kháng tản dây quấn chính stato

) ( 66 , 195 2 , 4 2 2

8 , 1 100

3620 100

50 158 , 0

.

100

100

l W f

11 Điện kháng tản của dây quấn chính stato tính theo đơn vị tương đối

165 , 0 220

186 0 66 , 195

dm

dm sA sA

U

I X X

12 Điện trở tác dụng của rôto lồng sóc

pt r

v t

dr r

ds sA

Z p

r r

k Z

k W m

sin 2

.

4

12 2

2

2 2

4 2

2 2

2 2

974 , 0 17

924 , 0 3620 2 4

.

=

dr r

ds sA

k Z

k W m k

Trong đó:

13 Điện trở của phần trở rôto lồng sóc

) ( 10 473 , 0 17

2 sin 2

10 036 , 0 10 335 , 0 sin 2

4 2

4 2

2

Ω

= +

= +

π π

r

v t

pt

Z p

r r

r

Trong đó:

sr

r t

S

l

02 , 25

810 , 1 0465 ,

Srr – tiết diện thanh dẫn tác dụng rôto (mm2);

) ( 10 036 , 0 7

11

10 47 , 3 23

1

.

10

v v

b a Z

D r

rrA = k12.rpt = 554,99.104.0,473.10-4 = 262,51 (Ω)

14 Điện trở rôto tính theo đơn vị tương đối

222 , 0 220

186 , 0 51 , 262

dm

dm r r

U

I r r

15 Hệ số từ dẫn tản rãnh rôto

= +

r rr

r r

r rr

b

h k d

b S

d d

h

4

4 1

4

2 2 1 1

2 66 , 0

8

1

πλ

091 , 1 1

4 , 0 1 2 , 4 2

1 66 , 0 02 , 25 8

2 , 4 1 2 , 4 3

76 ,

839 , 0

9 ,

r

r tr

k

δλ

δ

Ta có:

Vì Zr/2.p=17/2.2<5 nên:

0435 , 1 17 / 2 1

03 , 0 17 5

2 1

/ 1 5

1

=

−

− +

= π

π ζ

r r

r

Z p

z Z

p

3 , 0

17 Hệ số từ dẫn phần đầu nối

473 , 0 11 2

7 2

7 , 34 7 , 4 lg

17

2 sin 2 8 , 1 17

47 , 3 9 , 2

2 2

7 , 4 lg sin 2

9 , 2

p l

Z

r r

r

v dr

Trong đó :

a: chiều dày(hướng trục) của vành ngắn mạch

b: chiều rộng(hướng tâm)của vành ngắn mạch

18 Tổng hệ số từ tản rôto

∑λr = λdr + λtr + λrr = 0,473+2,336+1.091 =3,9

303 , 3 974 , 0

924 , 0 17 8 , 1

16 8 , 1 9 , 3

.

'

2 2

s r r

k Z l

Z l

λ λ

19 Điện kháng rôto quy đổi sang stato

) ( 87 , 153 2 , 4

303 , 3 66 , 195

X

λλ

20 Điện kháng rôto tính theo đơn vị tương đối

13 , 0 220

186 , 0 87 , 153

dm

dm r r

U

I X X

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN MẠCH TỪ

Hệ số ép chặt có phủ sơn cách điện của thép cán nguội 2211 chọn trong bảng 5-1 trang 89 tài liệu I

1 Tính toán mạch từ bao gồm tính dòng điện từ hoá Iμ

Thành phần phản kháng của dòng điện không tải và dòng điện tương

2 Sức từ động khe hở không khí

Fδ = 1,6.kδ.δ.Bδ.104 = 1,6.1,146.0,03.0,5.104 = 275,04 (A)

3 Sức từ động ở răng stato

Fzs = 2.Hzs.hzs = 2.8,97.1,12 = 20,09 (A) Trong đó:

2

) 53 , 0 9 , 7 (

44 , 3

2

) (

p

h D H

) ( 12 , 1 97 , 0 8 , 1 53 , 0 2

10 10 0376 , 2 2

10

T k

l h

B

c s gs

2

861 , 0 14 , 0 56 , 1

97 , 0 8 , 1 861 , 0 2

10 10 0376 , 2 2

10

T k

lr h

B

c gr

56 , 328 2

9 , 0

.

A k

W m

F p I

dqA sA

= μ

11 Dòng điện từ hoá phần trăm

% 6 , 58 100 186 0

109 , 0 100

, 0

220 7 , 0

= μ

I

U k

mA

13 Điện kháng ứng với từ trường khe hở không khí tương đối

19 , 1 220

186 , 0 84 , 1412

dm

dm mA mA

U

I X X

CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ ĐỊNH MỨC

Từ trường đập mạch của pha chính được phân tích thành tổng hai từ trường quay thuận và quay ngược, ứng với mỗi từ trường quay ta có một sơ

đồ thay thế

1-Với dòng thứ tự thuận

2-Với dòng thứ tự thuận

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

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

rrA = 262,51 Ω XRA =153,87 Ω

2 Tính hệ số từ kháng của mạch điện

168 0 87 , 153 84 , 1412

51 ,

+

= +

=

rA mA

rA

X X

r

α

902 , 0 87 , 153 84 , 1412

84 ,

+

= +

=

rA mA

mA

X X

, 0 168 , 0

18 , 0 84 , 1412 902 , 0 168 , 0

2 2

2 2

+

= +

=

βα

−

18 , 0 2 168 , 0

18 , 0 2 84 , 1412 902 , 0 168 , 0 2

2

2 2

2 2

2

s

s X

rA

α

βα

5 Điện kháng thứ tự thuận và nghịch của mạch điện thay thế

+

+

= +

+

18 , 0 168 , 0

18 , 0 168 , 0 87 , 153

51 , 262 902 , 0 87 , 153

.

2

2 2

2 1

s

s X

r X

rA rA

α β

− +

− +

=

− +

− +

) 18 , 0 2 ( 168 , 0

) 18 , 0 2 ( 168 , 0 87 , 153

51 , 262 902 , 0 87 , 153 )

2 (

) 2 (

2

2 2

2 2

s

s X

r X

rA rA

α β

6 Tổng trở thứ tự thuận và nghịch của máy điện thay thế

ZrA1 = rrA1 + j.XrA1 = 635,68+ j.730,35 (Ω)

ZrA2 = rrA2 + j.XrA2 = 116,64+ j.149,53 (Ω)

7 Tổng trở mạch điện thay thế thứ tự thuận

ZA1 = rA1 + j.XA1 = (rsA + rrA1) + j.(XsA + XrA1) =