Mở đầu
Hiện nay động cơ điện đợc sử dụng ngày càng nhiều trong các ngành công
nghiệp, giao thông vận tải trong các thiết bị tự động có các loại truyền động và
trong các thiết bị gia dụng sinh hoạt hàng ngày.
Trong tất cả các loại động cơ hiện nay thì động cơ không đồng bộ công suất
nhỏ là một sản phẩm công nghiệp đợc sử dụng mạnh mẽ trong gần nửa thế kỷ nay.
Ngời ta giới hạn động cơ công suất nhỏ trong khoảng vài phần oát đến 750W. Nhng
cũng có khi chế tạo đến 1,5 kW. Căn cứ vào cách sử dụng và làm việc hoặc khởi
động có thể chia động cơ này thành nhiều loại.
Động cơ công suất nhỏ loại thông dụng chủ yếu đợc dùng trong công nghiệp
nhẹ, công nghiệp thực phẩm, xí nghiệp y tế, nông nghiệp các ngành tiểu thủ công
nghiệp và đặc biệt là sử dụng rộng rãi trong sinh hoạt hằng ngày của ngời dân.
Loại sau dùng trang bị tự động, hàng không tàu thuỷ và các cơ cấu khống chế
khác.
Động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc ba pha và một pha là loại phổ biến
nhất trong các động cơ xoay chiều công suất nhỏ. Có thể dùng động cơ này để
truyền động các máy công cụ dân dụng nh: máy tiện nhỏ, máy ly tâm, máy nén,
bơm nớc, máy giặt.
Động cơ không đồng bộ một pha dùng nguồn điện một pha của lới điện sinh
hoạt nên đợc sử dụng ngày càng rộng rãi vì có những u điểm sau:
- Kết cấu đơn giản giá thành hạ
- Không sinh can nhiễu vô tuyến
- ít tiếng ồn
- Sử dụng đơn giản chắc chắn
Đồ án tốt nghiệp tkđc kđb 1pha với tụ khởi động và làm việc
Hiện nay phơng pháp tính toán thiết kế tối u cho các loại động cơ không
đồng bộ ro to lồng sóc đều thực hiện bằng máy tính. Nhng để thực hiện đợc việc
thiết kế tự động cũng cần phải nắm vững cách thiết kế bằng phơng pháp thông th-
ờng.
Trong đồ án thiết kế này tính toán động cơ một pha điện dung làm việc đợc
thiết kế các bớc sau:

hay cuộn chính cuộn còn lại nối với ngiồn một pha qua phần tử lệch pha trong
toàn bộ thời gian làm việc hoặc chỉ trong thời gian mở máy .gọi là cuộn phụ hay
cuộn khởi động , ở một số động cơ cuộn phụ hoàn toàn không nối với nguồn,
sức điện động trong cuộn dây sinh ra bỡi luồng từ thông của cuộn chính .

B

A

Phu ïthuộc vào chủng loại phần tử lệch pha hoặc cuộn khởi động và
phương pháp sử dụng cuộn phụ (cuộn khởi động ) mà động cơ không đồng bộ có
thể phân chia thành 5 nhóm:

A. Với tụ khởi động
SV T H : Ngun V¨n Thµnh
3
B
A
M« h×nh m¸y ®iƯn mét pha
§å ¸n tèt nghiƯp tk®c k®b 1pha víi tơ khëi ®éng vµ lµm viƯc
B. Với điện trở khởi động
C. Với tụ khởi động và làm việc
D. Với tụ làm việc
-Với vòng ngắn mạch.
-Động cơ không đồng bộ vạn năng
Căn cư ùvào yêu cầu kỷ thuật , động cơ không đồng bộ có thể thiết kế thành
những kết cấu sau .Kiểu kín ,kiểu bảo vệ ,kiểu hở , trong đó kiểu hở ít được sử
dụng nhất . Trong kết cấu động cơ cần tính đến hệ thống thông gió của máy .
Với động cơ nhỏ thường dùng các kiểu thông gió sau .
-Làm mát tự nhiên .

1
n
1
H×nh 1A H×nh 1B
V× kh«ng ph¶i lµ tõ trêng quay nªn khi cã ®iƯn trong d©y qn stato mµ ®éng
c¬ kh«ng quay ®ỵc vµ cÇn ph¶i cã ngo¹i lùc t¸c dơng lªn r«to k hi ®ã ®éng c¬ sÏ
quay víi hai tõ trêng thn nghÞch, ta ph©n tÝch tõ trêng ®Ëp m¹ch thµnh hai tõ quay
thn nghÞch cã cïng tÇn sè quay n
1
vµ biªn ®é b»ng mét nưa tõ trêng ®Ëp m¹ch n =
60f/p. Trong ®ã tõ trêng quay
I
B
cã chiỊu quay trïng chiỊu quay víi r«to ®ỵc gäi lµ
SV T H : Ngun V¨n Thµnh
5
Đồ án tốt nghiệp tkđc kđb 1pha với tụ khởi động và làm việc
từ trờng quay thuận và
II
B
có chiều quay ngợc chiều quay rôto đợc gọi là từ trờng
quay ngợc chiều trên hình (1.b).
B
là từ trờng tổng (đập mạch).
Trong đó
I
B
và
II
B

+
=
+
=
n
n)S(n
n
nn
S
; S
2
= 2 - S
Từ đó ta có bảng hệ số trợt sau:
S = S
1
2 1 0
S
2
0 1 2
M
N
0
M
M
11
M
M
11
M
11

lực theo một chiều nào đó thì từ trờng elip đợc hình thành và mômen quay theo h-
ớng chọn ban đầu
I
M
hoặc
II
M
sẽ trội hơn.
Đặc tính M = f(S) đợc biểu diễn trên hình 2 gồm hai thành phần tơng đơng
nhau ứng với các chiều quay thuận và nghịch khi:
S = 1; S = 0; S = 2; M = 0
S = S
1
; S = 2 - S
1
; M = M
max
Lúc này nếu có thiết bị mở máy thì rôto sẽ quay, nếu quay cùng chiều từ tr-
ờng thuận và mômen điện từ, mômen vợt quá mômen ngoài (Mômen ngoài) thì sau
một quá trình quá độ chế độ xác lập đợc hình thành và hệ số trợt S
đm
ứng với giao
điểm của các đờng đặc tính M = f(S) và M
N
= f(S) vì vậy cần thiết phải có biện pháp
mở máy động cơ đồng bộ một pha, ở đây ta xét trờng hợp mở máy động cơ không
đồng bộ một pha làm việc bằng điện dung
SV T H : Nguyễn Văn Thành
7
§å ¸n tèt nghiƯp tk®c k®b 1pha víi tơ khëi ®éng vµ lµm viƯc

(a) s¬ ®å m¾t m¹ch ®iƯn
K
A
0 S
K
0,5 1 S

(b) ®Ỉc tÝnh c¬
A M
K
(A+B)
M
®m
I
®m
a
§å ¸n tèt nghiƯp tk®c k®b 1pha víi tơ khëi ®éng vµ lµm viƯc
Cuộn làm việc có số vòng dây lớn cho nên có điện kháng X
SA
lớn (X∼
w
2
) điện trở của cuộn làm việc tương đối nhỏ và ngược lại với cuộn khởi động
có số vòng dây nhỏ điện kháng X
SB
nhỏ , điện trở r
SB
rất lớn do đó :
X
SA

dqB
là hệ số dây quấn pha B .
Tuy nhiên việc tăng luồng từ thông
φ
B
cần phải tiến hành thận trọng bỡi
nó sẽ dẫn đến sự tăng đáng kể dòng điện của cuộn khởi động và dòng điện tiêu
thụ của động cơ khi khởi động .
Hiệu suất :
η
= 0,4__0,7
Hệ số công suất :cos
ϕ
=0,5__0,6
Khả năng quá tải : M
max
=
Mdm
M max
=1,4__2
SV T H : Ngun V¨n Thµnh
9
Đồ án tốt nghiệp tkđc kđb 1pha với tụ khởi động và làm việc
Động Cơ Không Đồng Bộ Một Pha Với Tụ Khởi Động
Động cơ không đồng bộ với tụ khởi động thờng đợc sử dụng trong các trờng
hợp yêu cầu đối với đặc tính khởi động động cao dòng khởi động I
k
nhỏ và mômen khởi động M
K
lớn

10
M
KĐ
I
A
I
I
B
C
K
B
A
K
a
A
A+B
M
M
m
0 S
K
0,5 1 S
Đồ án tốt nghiệp tkđc kđb 1pha với tụ khởi động và làm việc
Khi muốn có từ trờng tròn ở chế độ khởi động cần phải chọn hệ số biến áp K và tụ
C có xét tới N
ZA
N
ZB
đIều kiện nhận từ trờng tròn .
Điện trở và điện kháng dây quấn pha B trên stato :

B
K
dqA
, K
dqB
_ Hệ số dây quấn pha A và pha B
Lúc khởi động s =1 , tổng trở của mạch nhánh song song của thứ tự thuận và
thứ tự nghịch bằng nhau .
r
RB1
= r
RB2
= r
RBK
= k
2
.r
RAK
x
RB1
= x
RB2
= x
RBK
= k
2
.x
RAK
Điện trở và điện kháng của pha B khi khởi động có dạng sau :
r

)
2
.x
SA
+ k
2
x
RAK
(2-2)
Biểu thức xác định các điều kiện nhận từ trờng tròn trong động cơ điện dung:
I
BK
r
BK
= j.I
AK
.x
AK
;
j.I
BK
x
BK
= j.I
AK
.x
C
= I
AK
r

(k
dqA
/k
dqB
)
2
.x
SA
+ k
2
x
RAK

SV T H : Nguyễn Văn Thành
11
Đồ án tốt nghiệp tkđc kđb 1pha với tụ khởi động và làm việc
Đặc tính làm việc của động cơ với tụ khởi động không khác so với của động
cơ với điện trở khởi động vì chúng đều làm việc với một pha (pha chính) ở chế độ
định mức
Động Cơ Không Đồng Bộ Một Pha Điện Dung Làm Việc
Thực chất động cơ điện dung làm việc là động cơ hai pha đợc mắc vào lới
điện một pha vì cả hai dây quấn đều đợc duy trì trong suốt quá trình làm việc. Do
vậy về cấu tạo rôto lồng sóc, stato có dây quấn hai pha lệch nhau 90
0
điện, khi dòng
điện trong hai dây quấn có biên độ bằng nhau và lệch nhau một góc 90
0
tạo ra trong
máy từ trờng quay với tần số quay
n

Mạch điện thay thế pha chính sẽ giúp chúng ta tính toán các đặc tính - làm
việc và đặc tính mômen M = f(S) dựa theo phơng pháp thành phần đối xứng của hệ
thống hai pha từ mạch điện hình 4.
X
SA
I
A1
I
RA1
X
RA
X
à
X
mA
r
SA
r
RA/S
X
SA
I
A1
X
à
r
SA
X
mA
X

2A
I
và
2B
I
lệch pha nhau 90
0
tạo ra từ trờng quay ngợc.
Tổng trở thứ tự thuận của pha A:
Z
A1
= Z
SA
+ Z'
RA1
= r
A1
+ jx
A1
SV T H : Nguyễn Văn Thành
13
Đồ án tốt nghiệp tkđc kđb 1pha với tụ khởi động và làm việc
Trong đó:
Z
SA
= r
SA
+ jx
SA
: Tổng trở dây quấn Stato.


=
22
2
1
s
s).x/r(
.x.'x
RARA
RARA
+
+
=
;
RAmA
RA
xx
r
+
=
RAmA
mA
xx
x
+
=
Tổng trở thứ tự nghịch của pha A
Z
A2
= Z

22
2
2
2
)s(
)s.(x
'r
mA
RA
+

=
22
2
2
2
2
)s(
)s().x/r(
x.'x
RARA
RARA
+
+
=
Nh vậy trong từ trờng elip nói chung dòng điện thứ tự thuận và nghịch của
pha chính bằng:
SV T H : Nguyễn Văn Thành
14
§å ¸n tèt nghiƯp tk®c k®b 1pha víi tơ khëi ®éng vµ lµm viƯc

.r'
RA1
) + j(k
2
.x
A1
- X
C
)
Z
B2
= (r
SB
+ k
2
.r'
RA2
) + j(k
2
.x
A2
- X
C
)
k: Tû sè biÕn ¸p
ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA VỚI TỤ
KHỞI ĐỘNG VÀ TỤ LÀM VIỆC
Nhươc điểm chung của các loại động cơ với điện trở khởi động và tụ khởi
động là chúng có chỉ số năng lượng (
η

M
đm
M
max
M
K

Sơ đồ mắc mạch điện a, và đặt tính cơ b của động cơ không đồng bộ với tụ
khởi động và tụ làm việc
SV T H : Ngun V¨n Thµnh
15
S
đm
S
k
0,5 1 S
A
B
§å ¸n tèt nghiƯp tk®c k®b 1pha víi tơ khëi ®éng vµ lµm viƯc
Khi khởi động cũng như khi làm việc động cơ luôn làm việc với hai pha
do đó các cuộn dây A và B chiếm số rãnh như nhau trên stato .
N
ZA
=N
ZB
=N
ZS
/2 với N
ZS
số rãnh stato

đònh mức .
Điện dung của tụ khởi động chọn sao cho tổng điện dung (C
K
+C
L
) đảm
bảo được giá trò cần thiết của mômen khởi động
M
K
=(2,0__2,2)M
d

η
= (0,5__0,9)
cos
ϕ
= (0,8__0,95) M
max
=(1,8__2,5)
ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA VÒNG CHẬP
Động cơ không đồng bộ một pha có kết cấu đơn giản nhất , nên rẻ nhất là
động cơ vòng chập . động cơ này có mômen khởi động nhỏ và thường được sử
dụng trong trường hợp mômen khởi động chiếm từ 10 - 40% mômen đònh mức.
Dòng từ hoá chạy trong cuộn kích thích O tạo ra luồng từ thông đập mạch
φ
một
phần luồng từ thông đi qua cực từ không bao bọc bởi vòng ngắn mạch
φ
’
và

φ
K
như vậy
φ
V
và
φ
’ lệch pha nhau góc
β
theo thời gian và
φ
theo không
gian tạo ra từ trường elip vì :
φ
’
≠

φ
;
θ
+
β
≠
180
0
SV T H : Ngun V¨n Thµnh
16
§å ¸n tèt nghiƯp tk®c k®b 1pha víi tơ khëi ®éng vµ lµm viƯc
mômen khởi động M
kđ

P
dmIII
= 1.3 là hệ số tra từ TL-1 trang 19.
2.> Công suất tính toán của động cơ ba pha đẳng trị :
dmIII
SIII
III III
P 481
P 641.3(W)
.cos 0,75
= = =


III
cos
III
= 0,75: Hiệu suất điện năng (tra hình 1-1 trang 20TL-1)
3.> Chọn tải đờng nh sau :
-
D
n
D
K 0,65
D
= =
: hệ số tỷ lệ giữa hai đờng kính trong và đờng kính ngoài
- 2p = 4: Số cực
-
l
1

SV T H : Nguyễn Văn Thành
18
Đồ án tốt nghiệp tkđc kđb 1pha với tụ khởi động và làm việc
Căn cứ vào bảng đờng kính ngoài tiêu chuẩn theo chiều cao tâm trục trang 20
(TL-1)
Ta chọn: D
n
= 11,6 (cm) = 116 (mm)
5>. Đờng kính trong Stato:
D = K
D
. D
n
= 0,65 . 11,6 = 7,5 (cm)
Lấy D = 7,5 (cm) =75(mm)
6>. Bớc cực:
.D .7,5
5,89(cm)
2P 4

= = =
chọn

1
= 5,9(mm)
7.> Chiều dài lõi sắt Stato và rôto:
Chiều dài lõi sắt stato tính toán đợc xác định theo hệ số kết cấu với =1
Ta có: l
s
= l

= 24 và Z
R
=17
- Ngoài ra khi đã chọn đờng kính ngoài stato việc chọn số rãnh stato Z
S
còn
phụ thuộc vào chiều rộng răng nhỏ nhất mà công nghệ cho phép
- Tỷ số Z
S
/Z
R
chọn đợc phù hợp với quy định trong bảng 2-1 và phù hợp rãnh
stato, rôto này đợc dùng trong bảng thống nhất. Tỷ số rãnh stato của dây quấn chính
và phụ trong động cơ điện dung chọn Z
A
=Z
B
=12.
8.> Số rãnh dây quấn chính và phụ dới mỗi cực :
S
Z
24
q 3
2.mp 2.2.2
= = =
Trong động cơ điện dung thờng lấy số rãnh của 2 pha dới mỗi cực bằng nhau,
do đó: q=Q
A
=Q
B

-4
= 0,64. 5,9. 7,5. 0,7.10
-4
= 19,8.10
-4
(Wb)
Trong đó : chọn sơ bộ K
s
= 1,11: Hệ số sóng tra đờng cong hình 2.16 trang
46 TL-1


= 0,64: hệ số cung cực từ

=5,9 (cm) (mục 6)
l
S
= 7,5 (cm) (mục 7)
B

= 0,7 T
12.> Số vòng dây của dây quấn chính:

= = =

E dm
SA
4
S dA
K .U 0,83.220

Vì số vòng dây không thay đổi nên ta không điều chỉnh lại
14.> . Dòng điện định mức của dây quấn chính (xác định sơ bộ):
= = =

dm
dmA
II II dm
P 370
I 1,8(A)
cos . 2.U 0.66 2.220
Số liệu ban đầu:
P
đm
=370W
U
đm
=220V
Trong đó:
III
cos
III
= 0.66 tra từ đờng biểu diễn 1-3 theoTL 1 trang 21
15.> Tiết diện dây quấn chính Stato:
= = =
2
dm
SA
SA
I 1,8
S' 0,225(mm )

Rãnh và gông stato
- Việc chọn rãnh và kích thớc rãnh ta dựa vào tiết diện dây dẫn trong rãnh để
chọn rãnh stato thích hợp có ba dạng rãnh
- Rãnh quả lê có khuôn dập đơn giản nhất ,từ trở ở đáy rãnh tơng đối thấp vì
vậygiảm đợc sức từ động không cần thiết trên răng .
- Dạng rãnh hình nửa quả lê có diện tích lớn hơn quả lê.
- Diện tích rãnh hình thang có diện tích lớn nhất nhng tính công nghệ kém
hơn dạng rãnh nửa quả lê .
- Từ đó theo tổng diện tích rãnh ta tính đợc chọn rãnh hình nửa quả lê
17.> . Sơ bộ định chiều dày của răng.
- Lõi sắt động cơ điện này dùng thép kỹ thuật điện cán nguội ký hiệu 2211.
Hệ số ép chặt k
C
=0,97. Bề mặt lá tôn không phủ sơn cách điện.
+ Sơ bộ chọn chiều rộng răng Stato b
ZS
nh sau:
S
ZS
ZS C
B .t 0,7.9,8
b 4,7(mm)
B .K 1,5.0,97

= = =
Trong đó:
- B

= 0,7 (T) mật độ từ thông khe hở không khí
- B

- Theo TL- 1 trang 57 ta chọn
- Chiều rộng miệng rãnh .b
4S
= d
cđ
+ (1.1 ữ1,5) = 0.585+1,21 =1.8 *(mm)
- Chiều cao miệng rãnh h
4S
= 0,6(mm)
21.> Các kích thớc rãnh khác:
+ +
= = =

4S S ZS
1S
S
(D 2.h ) Z .b (65 2.0,6) 24.4,7
d 6 (mm )
Z 24

- - 4,7= = =
n gs
2S ZS
S
(D 2h )
(116 2.11,3)
b b 7,5 (mm)

= 11,3 (mm) (mục19)
23.> Chiều cao phần thẳng của rãnh:
( )
( )
= +
= + =
12S rS 1S 4S
h h 0,5 d 2.h
9,2 0,5 6 2.0,6 5,6(mm)
Trong đó : h
rS
= 9,2 (mm) (mục21)
b
2S
=7,5 (mm) (mục 21)
h
n
= 2 (mm) (mục 20)
24.> Diện tích rãnh trừ nêm:
( )
+ +
= = =
' 2
2S 1S
rs rs 4S n
b d 7,5 6
S .(h h h ) 9,2 0,6 2 44,55(mm )
2 2
Trong đó: h
n

25