Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế động cơ không đồng bộ một
pha điện dung

cuộn dây A và B chiếm số rãnh như nhau trên stato.
Như vậy 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, độ tin cậy cao….
Do những ứng dụng rộng rãi trên nên
đặt ra vấn đề là phải cải tiến công
nghệ nhằm tạo ra những sản phẩm có chất lượng cao hơn, giá thành rẻ hơn và
thích hợp với người tiêu dùng. Cùng với sự phát triển của nền kinh tế và nhu
cầu về máy điện, trong đó động cơ điện dung được sử dụng ngày càng nhiều
với số lương ngày càng lớn. Đặt ra yêu cầu là phải tìm ra phương án thiết kế

tốt nhất. Nhờ có máy tính mà ta có thể tính toán được nhiều phương án và
chọn ra phương án tốt nhất.
Trong quyển đồ án này, nhiệm vụ của em là:
*Tính toán, lập trình thiết kế động cơ, chọn kích thước răng rãnh stato
và roto sao cho tổng suất từ động rơi trên stato và roto là bé nhất. Mục đích là
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

2
làm giảm được dòng từ hoá, làm tăng hiệu suất của máy điện và hệ số cosϕ.
Em sử dụng phương pháp duyệt toàn bộ trên lưới đều trong quá trình thiết kế.
*Nghiên cứu ảnh hưởng của mômen phụ đối với động cơ không đồng
bộ: Phân loại, nguyên nhân và cách khắc phục.
*Một số chú ý khi sử dụng động cơ điện dung.
Do trình độ của em còn hạn chế và đ
iều kiện thời gian có hạn nên trong bản
thiết kế này còn nhiều phần tính toán chưa được tối ưu. Em rất mong được sự
hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo để em được hiểu sâu hơn
về máy điện nói chung và động cơ điện dung nói riêng.
Sau một thời gian nghiên cứu, học tập và được sự giúp đỡ tận tình của

Chương VI Tính toán chế độ định mức
Chương VII Tính toán dây quấn phụ
Chương VIII Tính toán tổn hao sắt và dòng điện phụ
Chương IX Tính toán chế độ khởi động
PHẦN II CHƯƠNG TRÌNH THIẾT KẾ B
ẰNG NGÔN NGỮ C VÀ C
++

PHẦN III CHUYÊN ĐỀ MÔMEN PHỤ
PHẦN IV TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHẦN V PHỤ LỤC

PHẦN I
THUẬT TOÁN THIẾT KẾ
SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG

C
U
l
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

4


1
P
đm
=1,5.180 =270 W
Trong đó:
Đối với động cơ điện dung: β
1
=(1,25 ÷ 1,7); Chọn β
1
=1,5
2.Công suất tính toán của động cơ 3 pha đẳng trị
P
sIII
=
IIIIII
dmIII
P
ϕη
cos
184,459
588,0
270
==
W
Tra bảng (1-1) trang 20 theo tài liệu [1] ta có: η
III
.cosϕ
III
= 0,588
3.Tốc độ đồng bộ của động cơ

55,0
44
3
=
cm
Trong đó:
Từ thông khe hở không khí B
δ
= (0.3 ÷ 1)T: mật độ từ thông khe hở
không khí ; chọn B
δ
=0,5T
Tải đường A=(90 ÷ 180) ; chọn A=115 A/cm
Hệ số
D
l
=
λ
= ( 0,22 ÷1,57 ): tỷ lệ giữa chiều dài lõi sắt Stato
với đường kính trong ; chọn
9,0=
λ
.
Hệ số
==
D
D
n
D
k

1.2
8,63.
π
=100,17 mm
7.Chiều dài tính toán của Stato
l = λ xD =0,9 . 63,8 = 57,42 mm
8.Chiều dài khe hở không khí
Chọn khe hở không khí : Khe hở không khí càng lớn thì tổn hao
không tải và hệ số cosϕ nhỏ nhưng nếu như chọn khe hở không khí nhỏ quá
thì vấn đề công nghệ không đáp ứng được và làm tăng sóng bậc cao lên.
δ =0,2+D/200 mm; Ta chọn δ =0,3 mm
9.Đường kính ngoài lõi sắt Roto
D’ =D –2. δ =63,8 –2.0,3 =63,2 mm
10.Đường kính trục Roto
d
t
=0,3 .D = 0,3. 63,8 =19,14 mm
Việc chọn số rãnh Stato Z
S
của động cơ điện dung và số rãnh Roto Z
R

có quan hệ mật thiết với nhau, khi chọn ta phải xét đến các quan hệ sau:
- Trên đặc tính momem M= f(n) không có chỗ lồi, lõm nhiều do
những momem ký sinh đồng bộ và không đồng bộ sinh ra.
- Động cơ khi làm việc, tiếng ồn do lực hướng tâm sinh ra nhỏ nhất.
- Tổn hao do phần răng sinh ra nhỏ nhất.
11.Ta quyết định chọn: Z
S
= 24 ; Z

=
12
2
24
2
==
S
Z
rãnh
14.Số rãnh dưới một đôi cực của mỗi pha
q
A
=q
B
=
==
1.2.2
24
2mp
Z
S
6
15.Hệ số dây cuốn Stato
K
dqA
=
q
Sinq
.4
.

δ
.10
-4
= 0,66.10,017.5,742.0.5.

10
-4

=18,981. 10
-4
wb
19.Số vòng của cuộn dây chính
W
SA
=
dqA
E
kfk
kUdm
δδ
φ
4
.
=
903,0.10.981,19.50.1,1.4
220.82,0
4−
= 479,42 vòng
Quy chuẩn : W
SA

đmA
=
Udm
Pdm
IIII
.2cos
ϕη
=
220.2.407,0
180
=1,422 A
Từ đường biến thiên hình (1-3) trang 21 theo tài liệu [1]
với P= 180 W thì η
II
.cosϕ
II
= 0,407
22.Tiết diện dây cuốn chính sơ bộ
S
SA
=
6.1
422,1
.
=
Ja
I
dm
=0,237 mm
2

Z
D
8,347 mm
24.Bước răng Roto
t
R
=
==
19
2,63.
'
ππ
R
Z
D
10,445 mm

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

9


- Diện tích rãnh hình thang lớn nhất nhưng tính công nghệ kém hơn
hai dạng rãnh trên
3.Ta chọn dạng rãnh hình quả lê
4.Chiều cao miệng rãnh
h
4s
= (0,5 ÷0,8) mm ; Chọn h
4s
= 0,5 mm
5.Chiều rộng miệng rãnh
b
4S
= d
cđ
+ (1,1÷ 1,5) = 0,615 +(1,1+1,5); Chọn b
4S
= 2 mm
6.Kết cấu cách điện rãnh:
Dùng giấy cách điện có bề dày 0,2mm , chiều cao 2mm
7.Chiều rộng Stato b
ZS
được xác định theo kết cấu , tức là xét đến :
- Độ bền của răng
- Gía thành của khuân dập, độ bền của khuôn
- Đảm bảo mật độ từ thông qua răng nằm trong phạm vi cho phép
- Yêu cầu của phần này là chọn kích thước răng ,rãnh stato sao cho để
sức từ đông rơi trên stato là nhỏ nhất.
zs
+ F
gs
→ min
Trong đó:
F
s
là tổng sức từ động rơi trên stato
F
zs
là sức từ động rơi trên răng stato
F
gs
là sức từ động rơi trên gông stato
*)Các rằng buộc:
- Hệ số lấp đầy:
0,7[ K
ld
[ 0,75
- Mật độ từ thông trong răng B
zs
và gông B
gs
stato
1,2 [ B
zs
[ 1,6 T
0,9 [ B
gs
[ 1,3 T

347,8.742,5.5,0
=3,586 mm
h
gsmin
=
=
csgs
klB 2
10.
max
4
φ
=
97,0.742,5.3,1.2
10.01898,0
4
13,106 mm
h
gsmax
=
=
csgs
klB 2
10.
min
4
φ

=
97,0.742,5.9,0.2

12
h
rsmax
=
2
DD
n
−
- h
gsmin
=
2
8,63116
−
- 13,106 = 12,994 mm
- Điều kiện công nghệ: b
zs
≥ 1,8 mm
*)Biến số độc lập :
Chiều cao rãnh stato h
rs

h
rs↑
thì

h
gs↓

→

Trên miền giới hạn G phủ lưới với bước xác định
Δh
rs
=
M
hh
rsrs minmax
−
mm
Tại các mắt lưới trong không gian hai chiều xác định véc tơ X:
X = ( d
1s
, d
2s
, h
rs
, h
zs
, S
rs
, B
zs
, B
gs
, ) xác định các giá trị của hàm rằng buộc
và hàm mục tiêu. Nếu một trong các rằng buộc không thoả mãn ta loại ngay
và chuyển sang các điểm tiếp theo. Các điểm thoả mãn được lưu lại.
Điểm tối ưu là điểm có hàm mục tiêu nhỏ nhất.
*)Lưu đồ thuật toán (hình 2)
9.Chiều dài gông :

ZbhD
d
.).2(
4
1
=
14,324
24.6,3)5,0.28,63(14,3
−
−
+
=5,6 mm
11.Đường kính phía dưới Stato
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

13

π
π
+
−−
=
S
SZSgsn
s
Z
ZbhD
d
.).2(

1s
+d
2s
–2.h
4s
) =7,2 – 0,5(5,9+5,6)=1,9 mm
14.Vì rãnh hình quả lê nên chiều cao tính toán răng Stato khác với chiều
cao rãnh Stato (h
zs
≠ h
rs
)
h
zs
= h
rs
– 0,1.d
1s
= 7,2- 0,1.5,6=6,6

mm
15.Diện tích rãnh Stato
S
rs
=
)(5,0
8
)(
2112
2

−
=
π
=
)06,498,36(4
615,0.80.14,3
2
−
=0,723
Trong đó : S
cđ
=c.(d
2s
+2.h
rs
)=0,2.(5,9 + 2.7,2)=4,06 mm
2
17.Sức từ động ở răng Stato
F
ZS
=2. H
ZS
.h
ZS
=2.4,97.0,66 = 6,56 A
Dựa vào bảng quan hệ H=f(B) ở phụ lục I trang 268 theo tài liệu[1]
18.Sức từ động ở gông Stato

p
hD

14
Vậy ta có kích thước răng, rãnh Stato như sau:
d
1s
= 5,6 mm h
rs
= 7,2 mm h
zs
= 6,6 mm F
Smin
= 28,18 A
d
2s
= 5,9 mm h
gs
= 18,9 mm B
zs
= 1,19 T K
ld
= 0,723
h
12s
= 1,9 mm b
zs
= 3,6 mm B
gs
= 0,91 T S
rs
=36,98 mm
2

= (1÷1,5) mm; Chọn b
4R
= 1,5 mm
6.Làm rãnh nghiêng ở Roto và chọn thanh dần bằng nhôm nhằm làm
giảm tiếng ồn và Mômen ký sinh
7.Hệ số dây quấn Roto:

n
n
Sin
kK
dqRn
α
α
2
2
==
=
2641,0
2
18,15
2Sin
= 0,998

Trong đó:

R
n
z
p

β
=
445,10
347,8
=0,7991: Độ nghiêng rãnh biểu thị bằng phân số của
bước răng Roto
b
n
: Độ nghiêng rãnh tính theo cung tròn của Roto
8.Dòng điện tác dụng trong thanh dẫn Roto:

dqRR
dqASAdmI
td
kz
kwmIk
I
.
2
=
=
998,0.19
903,0.480.2.2.422,1.798,0
=102,739 A
Theo hình (10-5) trang 244 theo tài liệu[2] : k
I
=f(Cosϕ);
Cosϕ = 0,74 thì k
I
= 0,789

0
F
FZR
FR
FgR
h*rR
§å thÞ FR = f(hrR)
hrR
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

17
*) Các rằng buộc:
Mật độ dòng cho phép trong thanh dẫn lồng sóc
2[ J
ld
[ 3 A/mm
2

Mật độ từ thông trong răng B
zR
và gông B
gR
Roto
1 [ B
zR
[ 1,8 T
0,8 [ B
gR
[ 1,5 T

δδ
=
97,0.742,5.8,1
445,10.742,5.5,0
5,479 mm
h
gRmin
=
=
cRgR
klB 2
10.
max
4
φ

=
97,0.742,5.5,1.2
10.01898,0
4
11,358 mm
h
gRmax
=
=
cRgR
klB 2
10.
min
4

h
rRmax
=
2
DD
n
−
- h
gRmin
=
2
8,63116
−
- 11,358 =14,742 mm
Điều kiện công nghệ: b
zR
/ 1,8 mm
Đáy rãnh Roto d
2R
/ 2,5 mm
*)Biến số độc lập
Chiều cao rãnh roto h
rR
h
rR↑
thì h
gR↓

→
B

nên để đơn giản và dễ lập trình chọn phương pháp duyệt toàn bộ trên lưới
đều. Trên miền giới hạn G phủ lưới với bước xác định
Δh
rR
=
K
hh
rRrR minmax
−
mm
Tại các mắt lưới trong không gian hai chiều xác định véc tơ Y:
Y = ( d
1R
, d
2R
, h
rR
, h
zR
, S
rR
, B
zR
, B
gR
, ) xác định các giá trị của hàm
rằng buộc và hàm mục tiêu.
Nếu một trong các rằng buộc không thoả mãn ta loại ngay và chuyển
sang các điểm tiếp theo. Các điểm thoả mãn được lưu lại.
Điểm tối ưu là điểm có hàm mục tiêu nhỏ nhất.

=
π
π
−
−+
R
RzRgR
z
zbhdt
.).2(
=
14,319
19.6,4)6,12.214,19(14,3
−
−
+
=3,2 mm
Trong đó h
gR
: chiều cao gông Roto
h
gR
=
cRgr
klB 2
10.
4
δ
φ
=

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

19
=0,5.[63,2- 4,9- 2.0,3 -
]
14,3
)2,36,4(19
+
= 5,1 mm
15.Chiều cao rãnh Roto
h
rR
= h
12R
+ 0,5(d
1R
+d
2R
) +h
4R

= 5,1+0,5(4,9 + 3,2) +0,3 =9,5 mm
16.Vì rãnh hình quả lê nên chiều cao tính toán của răng Roto khác
chiều cao tính toán của rãnh Roto (h
zR
≠h
rR
)
h

18.Sức từ động ở răng Roto
F
ZR
=2. H
ZR
.h
ZR
= 2.5,08.0,92 = 9,34 A Dựa vào bảng quan hệ H=f(B) ở phụ lục I trang 268 theo tài liệu[1]
19.Sức từ động ở gông Roto p
hdt
gR
gRgR
HF
.2
).( +
=
π
= 3,25.
1.2
)26,1914,1(14,3
+

=16,19 A



h
12R
= 5,1 mm b
zR
= 4,6 mm B
gR
= 1,355 T I
td
=102,739 A

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

20
22.Dòng điện trong vành ngắn mạch
I
v
=
=
R
td
Z
p
Sin
I
.
.2
π
255,312

25.Chiều cao vành ngắn mạch
b
V
≥ 2.h
12R
=2.5,1=10,2 mm ; chọn b
v
=11 mm

v
v
v
b
S
a =
=
11
75,135
=12,34 ; chọn a
v
=12 mm
26.Tiết diện vành ngắn mạch sau khi đã làm tròn
S
v
= a
v
.b
v
=11.12=132 mm
2

Hệ số kinh nghiệm: B = (0,5÷1,5); chọn B =1
τ
y
=
p
hrsD
2
).2( +
π
.β =
1.2
)72,0.238,6(
+
π
.
3
2
=8,185 cm
2.Chiều dài trung bình 1/2 vòng dây quấn Stato
l
tb
= l
đ
+l =11,822 +5,742= 17,564 cm
3.Tổng chiều dài dây dẫn của dây quấn Stato
L
SA
= 2.l
tb
.w

=2,13.10
-2

Ωmm
2
/m: Điện trở suất của kim loại bằng
đồng dùng trong động cơ
5.Điện trở Stato tính theo đơn vị tương đối

dm
SA
SA
R
R
R =
*
=
71,154
6,14
=0,09436 Ω
Trong đó:
R
đm
=
dm
dm
I
U
=
422,1

+
+
sb
sh
4
4
).kβ
1
]
=[
6,5.3
11,3
.1

+( 0,785 -
6,5
6,0
6,5.2
2
−
+
2
5,0
).1 ] = 0,965
Ta sử dụng dây quấn một lớp bước đủ nên ta có hệ số k
β
= k
β
1
=1

2
-
10
2S
d

=7,2 - 0,5 - 2,8 – 0,2 – 0,59 =3,11 mm
7.Hệ số từ dẫn của từ tản tạp: λ
t

Xét đến ảnh hưởng từ trường bậc cao (sóng điều hoà răng và sóng điều
hoà dây quấn) gây lên 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
Hệ số λ
t
phụ thuộc vào kích thước máy điện (bước răng, khe hở không
khí) và các số hiệu dây quấn. Bề rộng miệng rãnh Stato và Roto cùng có ảnh
hưởng nhất định đến từ tản tạp.
λts =
δ
δ
9,11 k
ts
=
3,0.2482,1.9,11
374,8
=1,879
Trong đó:
t

b
−
++
+
δ
δ
=
)
347,8
2347,8
(
3,0
2
5
3,0
2
5
−
+
+
=1,1586
k
δR
=
)(5
5
4
4
4
R

đS
= 0,27.
.64,0( −
d
ld
l
l
q
τ)
= 0,27.
12.64,0822,11(
822,11
6
−
) = 0,568
9.Tổng hệ số từ dẫn Stato

dstsrs
S
λλλλ
++=
∑
=0,965 +1,879 +0,568=3,412
10.Điện kháng tản dây cuốn chính Stato
X
SA
= 0,158.
S
SS
pq

SASA
.
*
=
=
220
422,1
.887,11
=0,0768 Ω
12.Điện trở tác dụng của Roto lồng sóc
r
R
=
)
2
(
.
4
2
2
22
z
r
p
Sin
r
r
kZ
kwm
v

903,0.480.2.4
= 77,375.10
3
:Hệ số quy đổi điện
trở Roto sang dây quấn Stato
k
ds
=0,903
k
dqR
=k
n
=0,998: Hệ số dây quấn Roto lồng sóc khi cần làm rãnh
nghiêng
13.Điện trở của phần trở Roto lồng sóc

R
v
tpt
Z
p
Sin
r
rr
π
2
2
+=
=
272,34

v
:Điện trở vành ngắn mạch
S
t
: tiết diện thanh dẫn Roto mm
2

l
R
: chiều dài thanh dẫn Roto mm
r
v
=
vvR
v
baZ
D

.10
2
∫
−
π
=
23.12.11.19
1.10.6,50.
2−
π
=0,275.10
-4

rR
= [
R
r
rR
R
R
R
d
b
S
d
d
h
1
4
2
2
1
1
1
.2
66,0)
.8
.
1(
.3
−+−
π
] .