Bộ Công thơng
Tổng công ty thiết bị điện việt nam
Công ty cổ phần chế tạo máy điện
Việt nam hungary
************
Báo cáo tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài :

Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo
máy đổi nguồn điện 1 pha thành 3 pha
kiểu quay 1,0 HP sử dụng trong nông nghiệp,
ngành chế biến gỗ
Mã số: 245.08RD/HĐ-KHCN 7148
25/02/2009


Hà nội - 2008
Cơ quan chủ trì Bạch Đình Nguyên
Chủ nhiệm Đề tài Hà Đình Minh
Máy đổi nguồn 1pha thành 3pha là loại động cơ điện không đồng bộ 3 pha rôto
lồng sóc. Nhng đợc thiết kế để làm việc ở chế độ cảm ứng từ trờng quay(cảm ứng
ra pha thứ 3 dựa trên từ trờng quay của bộ dây động cơ 3pha, với nguồn vào một
pha). Đại lợng điện áp ở đầu ra phụ thuộc vào điện áp nguồn cấp, tải ở đầu ra và
quan trọng hơn là việc phối hợp trở kháng của bộ đổi nguồn. Đặc điểm nổi bật của
máy đổi nguồn 1pha thành 3pha là loại máy điện đợc sử dụng ở những nơi có nhu
cầu sử dụng nguồn điện áp 3 pha trong các máy gia công cắt gọt kim loại CNC, máy
xay xát trong nông nghiệp, chế biến gỗ ở các vùng xa xôi hẻo lánh, v.v mà không
có sẵn nguồn điện 3pha
Với năng lực sẵn có, Công ty VIHEM đã chủ động khảo sát, nghiên cứu thiết kế
máy đổi nguồn 1pha thành 3pha và đã đợc Bộ Công Thơng giao cho thực hiện đề
tài cấp Bộ:
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đổi nguồn điện 1 pha thành 3 pha
kiểu quay(Rotary phase converter) 1,0 HP sử dụng trong nông nghiệp, ngành chế
biến gỗ
nhằm đa dạng hoá chủng loại sản phẩm, thay thế hàng nhập ngoại. Nội
dung đề tài gồm các phần sau:
Phần I: Tham khảo mẫu sản phẩm và tính toán thiết kế máy đổi nguồn 1pha
thành 3pha
Phần II: Quy trình công nghệ chế tạo máy đổi nguồn 1pha thành 3pha
Phần III: Khảo nghiệm và đánh giá kết quả thử nghiệm
Kết luận
Phụ lục1: Tài liệu tham khảo
Phụ lục2: Các bản vẽ thiết kế máy đổi nguồn 1pha thành 3pha
3
Phần I: Tham khảo mẫu sản phẩm và tính toán thiết kế
máy đổi nguồn 1pha thành 3pha

sóc làm nhiệm vụ phát ra 3pha tạm gọi là động cơ phát và hệ tụ điện làm nhiệm vụ
kích cho động cơ phát quay, tạo ra sự lệch pha ở đầu ra khi động cơ phát quay và để cân
bằng điện áp 3pha (xem hình 1)
Sau đây ta xét nguyên lý làm việc của máy đổi nguồn 1pha thành 3pha nh sau: Khi dây
quấn của pha A và B nối với nguồn điện 1pha 220V thì có dòng điện chạy qua, nhờ có tụ
điện C
13
và C
23
và C
kđ
mà dòng điện chạy qua dây quấn pha A và dây quấn pha B có sự
4
lệch pha, kết quả là tạo ra từ trờng quay ở khe hở không khí giữa Stato và Rôto làm quay
rôto của động cơ phát. Từ trờng quay này sinh ra trong ba pha dây quấn của stato hệ
thống dòng điện cảm ứng 3pha lệch pha nhau với điều kiện lý tởng là 120
0
, nhng do có
sự phối hợp các thành phần trở kháng giữa 3pha dây quấn nên sai lệch dòng điện và điện
áp giữa các pha trên tải với sai số 10% là chấp nhận đợc

Hình1- Sơ đồ đấu dây của máy đổi nguồn 1pha thành 3pha
II. Tham khảo mẫu sản phẩm của nớc ngoài
Trớc khi triển khai tính toán thiết kế chế tạo, chúng tôi đã tham khảo các sản phẩm
của nớc ngoài(các hãng TEMCo; Boost Energy Systems; v.v,
) và nghiên cứu các tài
liệu, các bài viết về bộ đổi nguồn 1pha thành 3pha của các tác giả trên thế giới nh tác giả:

Đờng kính ngoài stato D
n
:
Với chiều cao tâm trục h= 90 mm theo bảng 10.3 sách Thiết kế máy điện Trần Khánh
Hà (STKMĐ). Sơ bộ chọn đờng kính ngoài D
n
= 132mm.
Đờng kính trong stato D:
D
n
= (1,55 ữ 1,66).D với 2p =4.
Chọn k
D
=1,65
D = D
n
/k
D
= 132/1,65 = 80 mm
Công suất tính toán:
kVA
PK
P
E
36,1
74,0*72,0
75,0*97,0
cos*
*
'

cm
nDBAkk
S
l
ds
==


Chọn l


=6,5 (cm), lõi sắt làm thành khối. Sử dụng tôn silíc 2212 dày =0,5 mm của Nga.
2- Dây quấn, rnh stato và khe hở không khí
Bớc cực Stato

:
6

)(2832,6
4
8*
2
cm
p

**2
**
1
vg
Im
DA
W
dm
faS
===



Kiểu dây quấn:
Chọn dây quấn đồng tâm 2 lớp có bớc lồng y = 1ữ7 ;9 ;11(8/9) ;

1
*2
*1*1
a
W
qpW
S
faS
=

06,38
2*3*2
1*727,456
2**

8890
9
8
,
y
S
==

=

- Hệ số dây quấn stato k
dqS
:
+ Hệ số bớc ngắn
985,0)
2
*
9
8
sin()
2
*sin( ===



S
S
y
k ;


20
36
360*2
360
===
z
p
S


k
dqS
=k
yS
*k
rS
= 0,985*0,96 = 0,9452
Bớc răng stato t
1
:

)(698,0
36
8*.
1
1
cm
Z
D
t ===


)(8152,0
5,6*2832,6*67,0
10*10*2307186,2
l**
10*
34
1
4

TB ===




Sơ bộ định chiều rộng răng Stato:

)(363,0
98,0*6,1
698,0*8152,0
**
1**
1
1
cm
klB
tlB
b
cz
z


Chọn mật độ từ cảm trên gông B
g1
=1,4 (T)
Kích thớc rnh stato:
Hình dạng và kích thớc rãnh stato (Hình bên)
h
r1
=14,2mm ; h
12
=9,5 mm
R
1
= 1,85 mm ; b
41
=2,0 mm
R
2
= 2,65 mm ; h
41
=0,2 mm
Kiểm tra hệ số lấp đầy rnh stato k
lđS
:
- Tổng diện tích rãnh stato:
)(55,592*2,05,9*
1
65,285,1
2
*65,2


- Chọn dây Stato: dây 1sợi 0,6(s
cuS1
= 0,2826 mm
2
)
Diện tích dây đồng trong rãnh stato:
S
cuS
=s
cuS1
*u
rS
= 0,2826*38*2 = 21,48 (mm
2
)
Hệ số lấp đầy
36,0
55,59
48,21
===
rS
S
cu
S
ld
S
S
k
đảm bảo lồng dây không chắt quá

21
''
1
mmd
Z
dhD
b
r
z
=
+
=
+
=



0,2
2
9,5
5,3
14
,
2
3,7
Rãnh Stato
8

1
2
211
cmmmdh
DD
h
r
n
g
==+

=+

=

Khe hở không khí :

)(33,010*8025,010.25,0
33
mmD =+=+=


;
Chọn khe hở không khí = 0,3 mm = 0,03 cm
3- Dây quấn, rnh và gông rôto
Chọn số rnh của 1 pha dới một cực q2
Chọn số rãnh rôto Z
2
= 2pmq
2

**
**
2
2
2
cm
klB
tlB
b
cz
z
===



Chọn B
z2
=1,6 (T)
Đờng kính trục rôto:
D
t
=0,31*D = 0,31*80 =24,8 mm chọn đờng kính trục 25 (mm)
Tính toán dòng điện trong thanh dẫn rôto:

)(79,115
28
945,0*456*6
*2,2*57,0
**6
**
9
Tính toán dòng điện trong vành chập rôto:
I
V
= )(18,260
28
2*
sin*2
1
79,115
*
sin*2
1
2
A
Z
p
I
td
==


chọn mật độ vành chập J
V
= 1,5 (A/mm
2
) ta có S
v

d
1
=3,9 mm ; b
42
=1 mm
d
2
=1,8 mm ; h
42
=0,4mm
Bề rộng răng rôto:
)(48,49,3
28
)4,0*29,34,79(
)2(
1
2
421
'
'
2
mmd
Z
hdD
b
z
=

=


2
56,448,4
2
"
2
'
2
2
mm
bb
b
zz
tb
=
+
=
+
=

- Tổng diện tích rãnh rôto:
)(29,331*4,09*
2
8,19,3
8
*8,1
8
*9,3
**
28
*

h
r
t
g
25,158,1*
6
1
25,12
2
254,79
6
1
2
22
'
2
=+

=+

=
4- Tính toán mạch từ
Hệ số khe hở không khí:

196,1
03,0*81,3698,0
698,0
*
11
1


b
b

12,25
9
1,8
3
,
9
0,4
1
Rãnh rôto
10

047,1
03,0*333,18904,0
8904,0
*
22
2
2
=

=

=


= k

1
*k

2
= 1,196*1,047 =1,252
Lá tôn dùng thép kỹ thuật điện ký hiệu 2212:

Sức từ động khe hở không khí:
F


= 1,6*B

*k

**10
4
= 1,6* 0,8152*1,252*0,03*10
4
= 489,903(A)
Mật độ từ thông ở răng stato:

)(593,1
98,0*3644,0
698,0*8152,0
**
**

243,143,12
3
3,5
2,14
3
2
11
====
Mật độ từ thông ở răng rôto:

)(639,1
98,0*452,0
8904,0*8152,0
**
**
2
2
2
T
klb
tlB
B
ctb
z
===



Cờng độ từ trờng trên răng rôto theo bảng V-6 ở phụ lục V (STKMĐ):
H

11,3635,35903,489
21
=
++
=
++
=


F
FFF
k
Zz
z

Trị số này gần đúng với trị số giả thiết ban đầu nên không cần tính lại
Mật độ từ thông trên gông stato:

11

)(381,1
98,0*5,6*268,1*2
10*10*2307186,2
***2
10*
43
1

1
1
=

=

=



Sức từ động trên gông stato:
F
g1
= L
g1
*H
g1
=9,367*6,197= 58,04(A)
Mật độ từ thông trên gông rôto:

)(148,1
98,0*5,6*525,1*2
10*10*2307186,2
***2
10*
43
2
4
2
T

+
=
+
=



Sức từ động trên gông Rôto:
F
g2
= L
g2
*H
g2
=3,16*3,65 = 11,53 (A)
Tổng sức từ động của mạch từ:
F

= F


+ F
Z1
+F
Z2
+F
g1
+F
g2
=489,903 + 35,35 + 36,11+ 58,04+ 11,53 = 630,933 (A)

Chiều dài phần đầu nối của dây quấn stato:
l
đ1
= k
đ1
*
y
+ 2B = 1,3*6,57 + 2*1,5 = 11,54 (cm)
12
- k
đ1
- hệ số kinh nghiệm
- B =1,5 cm phần thẳng bin dây kéo dài ra ngoài lõi thép
Trong đó:
)(57,6)(7,65
36
8*)2,1480(
*)(
1
1
cmmm
Z
yhD
r
y
==
+

0,2826*1*1
525,164
*
46
1
**
111
1
751
===
san
L
r


Điện trở của dây quấn stato tính theo đơn vị tơng đối:

1546,0
2*220
8,3
66,12
1
1
1
*
1
===
U
I
rr

01,0*6*
*
23
1
*
10**
6
2
2
===





v
v
ALv
SZ
D
r

Điện trở rôto:

)(10*706,9
44504,0
10*2045,1*2
10*4893,8
*2
5

Hệ số quy đổi:
306,79582
28
)945,0*456(*3*4
)*(**4
2
2
2
===
Z
kWm
dqSfaS


Điện trở rôto quy đổi về Stato:

)(724,710*706,9*306,79582*
5
2
'
2
===

rr13

1
=++−+=
r
λ92,0
4
9
8
31
4
31
k
'
=
+
=
β+
=
β
; h
1
=14,2-0,2-0,2-0,45 = 13,35; b=5,3 ; b
41
=2,0

94,092,0
4
3

δ
δ
σρ
λ
k
kkqt
tttdqS
t

k
t1
= 0,937
 HÖ sè tõ t¶n phÇn ®Çu nèi:

25,1)2832,6*
9
8
*64,054,11(*
5,6
3
*34,0)**64,0(**34,0
1
1
1
=−=+=
τβλ
δ
dd
l
l

1
1
Ω=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
==
∑
λ
δ
pq
l
w
f
x
faS

 HÖ sè tõ dÉn t¶n r∙nh r«to:

201,2
1
4,0
8,1*2
1
66,0)
29,33*8
8,1*

⎣
⎡
−+−=
π
π
λ
b
h
b
b
S
b
b
h
r
r

h
1
=9+0,9*1,8 = 10,62 mm; b = 1,8 mm ; b
42
=1,0 mm; h
42
=0,4
DiÖn tÝch r·nh r«to S
rR
= 33,29 mm
2

 HÖ sè tõ dÉn t¶n t¹p r«to:


14

3051,0
35,1*28,1
6*7,4
lg
44504,0*5,6*28
6*3,2
*2
7,4
lg
*3,2
22
2
2
=
+
=
+

=
ba
D
lZ
D
vv






Điện kháng rôto :

)(10*298667,110*0581,5*5,6*50*9,710*)(***9,7
488
212
===



lfx
Điện kháng rôto quy đổi :
)(335,1010*298667,1*306,79582
4
2
'
2
===

xx


Tính lại k
E
:
9642,0
220
22,7*09,1220
*

xIU
x

B-Tính toán tụ điện cho bộ đổi nguồn:
Theo Rick Christopherson ta lựa chọn tụ điện lần lợt nh sau:
C
13
= 4 ữ5 lần công suất máy tính bằng mã lực(1HP = 0,75 kW)
C
23
= 10 ữ15 lần công suất máy tính bằng HP
C
kđ
= 40 ữ100 lần công suất máy tính bằng HP
ở đây máy đổi nguồn có công suất 0,75 kW = 1HP do vậy sơ bộ ta chọn C
13
= 4 đến
5àF, C
23
= 10 đến 15àF và tụ khởi động C
kđ
= 40 đến 100àF
15Theo tác giả Jim Hanrahan chọn C
13

16
Bảng kết quả tính toán thiết kế điện từ máy đổi nguồn 1pha thành 3pha 1HP:
Kích thớc cơ bản Thông số dây quấn
Đờng kính ngoài Stato D
n
= 132 mm
Đờng kính trong Stato D = 80 mm
Chiều dài lõi thép L
fe
= 65 mm
Số rãnh Stato/Rôto Z
1
/ Z
2
= 36/28
Khe hở không khí = 0,3 mm
Dây quấn Stato : 0,6
Số vòng dây 1 bin W
s
=38 Vòng
Dây quấn 2 lớp bớc lồng :
y = 1 ữ 7; 9; 11;
Số mạch nhánh song song a=1
Tụ điện:
C
13
= 32àF/400Vac; C
23
= 40àF/400Vac;
C

Rãnh Stato
17
Phần II: Quy trình Công nghệ chế tạo máy đổi nguồn 1pha
thành 3pha
Quy trình chủ yếu sản xuất máy đổi nguồn 1pha thành 3pha đợc thể hiện trong bảng 2-1:
Bảng 2-1

Các quá trình công nghệ gia công Chi tiết hoặc nhóm chi tiết chế tạo hoặc gia công
- Đúc gang có độ bền cao hoặc
gang xám.
- Dập nguội.
- Gia công cắt gọt cơ khí.
- Công nghệ chế tạo bối dây, gia
công vật nối mềm và cứng.
- Chế tạo các chi tiết cách điện.
- Sơn chống gỉ .

- Lắp ráp .

- Sơn trang trí.
- Thân, nắp, nắp mỡ, thân nắp hộp cực động cơ
phát 3pha.
- Lá tôn stato, rôto, nắp che quạt gió.
- Thân, nắp, nắp mỡ, thân nắp hộp cực, thân nắp
hộp bánh vít-trục vít, trục, bánh vít, trục vít, v v
- Quấn, bọc cách điện bối dây và cuộn dây, tẩm
cách điện và ép bối dây, hàn đấu dây.

- Lồng bin dây vào rãnh.
- Lót cách điện giữa các tổ bối dây, giữa các pha bằng bìa cách điện cấp F.
- Nêm miệng rãnh bằng Téctôlít thuỷ tinh.
- Hàn đấu các tổ bối dây trên máy hàn chuyên dùng.
- Cách điện các mối nối bằng gen sợi thuỷ tinh tẩm sơn cách điện.
- Đầu bin dây đợc băng cách điện thuỷ tinh.
- Kiểm tra cách điện pha-pha, pha-vỏ bằng máy H2 CPS.
- Thử cao áp bằng máy thử cao áp HS 0110, điện áp thử 1500 V.
5. Sấy stato, rôto lồng dây:
- Sấy mộc cụm stato, rôto lồng dây.
Tẩm sơn cách điện bằng sơn (SPV128) của Hàn Quốc, sấy cụm stato, rôto lồng dây trong
lò sấy tuần hoàn SZLB 112.
6. ép stato lồng dây vào thân.
7. Kiểm tra cao áp và đo điện trở một chiều của máy đổi nguồn 1pha thành 3pha.
II. Công nghệ chế tạo các chi tiết cơ khí và Quy trình lắp
ráp
1. Công nghệ chế tạo thân máy đổi nguồn 1pha thành 3pha (Hình 1):
Thân động cơ phát và hộp chứa máy đổi nguồn là bộ phận cơ bản nhất quyết định hình
dáng bên ngoài và độ bền kết cấu, bởi vậy thân máy phải đạt đợc các yêu cầu:
- Đối với thân đợc chế tạo bằng phơng pháp đúc phải có hệ thống rót đảm bảo dẫn kim
loại vào khuôn êm.
- Kết cấu của thân phải đảm bảo các chỗ chuyển tiếp từ thành dày sang thành mỏng
không đột ngột vì khi nguội đi sẽ gây ra ứng lực bên trong ở những chỗ thành mỏng. 19


bản vẽ.

- Trung tâm gia công
ngang MINIMA TIC
- Đạt đợc các kích thớc nh
bản vẽ.
2. Công nghệ chế tạo thân, nắp (Hình 2 và Hình 3):
Yêu cầu kỹ thuật của công nghệ chế tạo nắp :
- Công nghệ đúc không nên có những chuyển tiếp đột ngột từ thành vách dày sang thành

Máy phun bi SJW- 2 Các bề mặt sạch và nhẵn.

- Máy kiểm tra đa chức
năng H2/CPS
- Đúng mác vật liệu
- Kích thơc đạt đợc dung
sai đúc
- Không rỗ, rạn nứt.
- Máy tiện CNC- SML 530
- Máy tiện CNC- SML 530
- Đạt đợc các kích thớc và
yêu cầu kỹ thuật nh bản vẽ.
- Máy khoan OF22
- Đạt đợc các kích thớc
nh bản vẽ.

- Đạt đợc các yêu cầu nh
bản vẽ chi tiết

Đúc thân và nắp máy
Làm sạch
Kiểm tra côn
g
n
g
hệ
đúc

Các chi tiết, cụm chi tiết
điện từ
Các chi tiêt, cụm chi tiết
cơ khí
ép lõi thép Stato lồng dây
vào thân
ép bi vào rôto trên trục
Đa Rôto trên trục vào
lòng trong Stato
Lắp hai nắp, át- tô- mát,
công tắc điều khiển, cầu
chí và các tụ điện vào
trong vỏ máy
Lắ
p

R
pha-vỏ
( M )

10 (M).
3. Kiểm tra độ bền cách điện (thời gian 1 phút):
- Độ bền cách điện giữa các pha cuộn dây stato ở điện áp.
U
pha-pha
( V )

= 2U
đm
( V ) + 1000 V.
- Độ bền cách điện cuộn dây stato với vỏ máy.
U
pha-Vỏ
( V ) = 2U
đm
( V ) + 1000 V.
Trong đó: U
đm
( V ) là điện áp định mức của máy đổi nguồn
I
đm
( A ) là dòng điện định mức của máy đổi nguồn
4. Kiểm tra điện trở thuần của cuộn dây stato:
Với sai số 5% so với số liệu thiết kế
5. Kiểm tra đo điện áp và dòng điện ra tải
Sai số không quá 10% so với số liệu thiết kế

23
V 218
7. Điện áp ra U
13
V 222
8. Dòng điện ra I
1
A 2,2
9. Dòng điện ra I
2
A 1,8
10. Dòng điện ra I
3
A 2,0
02