Đồ án tốt nghiệp
Trang 1 PHẦN I
TÌM HIỂU PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
VẠN NĂNG
Thực chất của việc thiết động cơ không đồng bộ vạn năng là thiết kế động
cơ không đồng bộ ba pha và một pha. Do đó ta đi tìm hiểu động cơ không đồng
bộ vạn năng như sau:
Trong thực tế khi không có động cơ một pha ta s
ử dụng động cơ ba pha để
làm việc với lưới điện một pha. Trong trường hợp này cuộn dây ba pha được nối
với phần tử lệch pha theo một sơ đồ nhất định để tạo ra từ trường quay, thông
thường là từ trường quay không đối xứng. Trên hình 3.20 vẽ các sơ đồ mạch
điện khác nhau thường gặp của động cơ không đồng bộ ba pha khi làm việc với
lưới điện một pha. Các sơ đồ hình 3.20a, b, c sử dụng khi các pha của cuộn dây
stato nối cứng hình sao, các sơ đồ hình 3.20 d, d
’
, e được sử dụng khi cuộn dây
stato nối cứng theo hình tam giác. Các sơ đồ c, e được coi là tốt nhất trong các
sơ đồ trên vì có thể cho đặc tính khởi động và làm việc tương đối tốt nếu chọn
đúng điện dung của tụ.
Các sơ đồ 3.20 g, h được sử dụng trong trường hợp động cơ có sáu đầu ra.
Khi mắc mạch dây quấn theo các sơ đồ trên động cơ gần như không khác so với


1
U

R

1
U

L
R
)a


R

L

1

Đồ án tốt nghiệp
Trang 4
Hình 3.20 Sơ đồ mắc mạch điện của động cơ ba pha để làm việc với
nguồn một pha.
 Sự khác biệt giữa thiết kế ba pha và một pha của động cơ không đồng bộ
vạn năng:
Khi nghiên cứu thiết kế động cơ không đồng bộ vạn năng là ta đi tìm hiểu
phương pháp thiết kế riêng từng phần cho từng loạ
i riêng biệt (ba pha, một
pha). Sau khi ta thiết kế xong cho ba pha xong ta tiến hành vẽ đặc tính làm việc
cho ba pha và xem tất các yêu cầu mà nhà thiết kế đưa ra. Trước khi đi vào thiết
kế cho một pha ta phải tìm hiểu thêm về thiết kế động cơ không đồng bộ một
pha rôto lồng sóc. Mà bài tốn nói về thiết kế cho một pha nó liên quan đến ba
pha mà ta đã thiết kế vừa xong. Do đó ta phải thiết kế nhiều lần mới thoải mãn
mà yêu c
ầu mà nhà thiết kế đưa ra về tốc độ, công suất, bội số mômen khởi
động, bội số mômen max … Do đó muốn tìm hiểu rõ hơn chúng ta sẽ đi vào
trình tự thiết kế cho ba pha và một pha của động cơ không đồng bộ vạn năng.
Sau đây ta sẽ tiến hành đi thiết kế cho động cơ cho ba pha của động cơ vạn
năng.


WPP
dmSdm
750750.1. ===
ΙΙΙ
β

Với
1=
S
β
: Hệ số qui đổi tra theo sách động cơ không đồng bộ ba pha và
một pha công suất nhỏ của thầy Trần Khánh Hà (tài liệu 1) trang 19 với động cơ
ba pha.
2.Công suất tính tốn của động cơ điện ba pha :
()
W
P
P
dm
S
941,1426
73,0.72,0
750
cos.
===
ΙΙΙΙΙΙ
ΙΙΙ
ΙΙΙ
ϕη



Trang 6
4.Chọn tải đường :
Tải đường A=90 ÷ 180 (A/cm)
Chọn tải đường A=157,517 (A/cm) theo tài liệu 1 trang 23
5.Đường kính ngồi stato :
Theo tài liệu 1 trang 24 ta chọn như sau :
• Tỷ lệ giữa chiều dài lõi thép với đường kính trong và đường kính trong
lõi sắt
72,0==
D
l
λ

• Tỷ lệ giữa đường kính trong và ngồi :
Mà K
D
=(0,485÷ 0,615)
Ta chọn
6,0==
n
D
D
D
K

• Sơ bộ đường kính ngồi :

3000
1
50.60.60
===
p
f
n
db
(vòng/phút)
Theo tài liệu 1 trang 26 căn cứ vào đường kính ngồi tiêu chuẩn của dãy
4A theo chiều cao tâm trục ta chọn như sau :
()
cmD
n
9,14=

()
cmH
n
9=

6.Đường kính trong stato :
( )
cmKDD
Dn
94,86,0.6,14. ===

7.Bước cực stato :
Đồ án tốt nghiệp


Với 2p=2 và H
n
=9 (cm) tra được
( )
cm
04,0=
δ
theo sách thiết kế máy điện
của thầy Trần Khánh Hà và cô Nguyễn Hồng Thanh trang 253. CHƯƠNG II
Đồ án tốt nghiệp
làm động cơ điện một pha ta nên dùng dây quấn bước ngắn
3
2
=
β
để giảm sóng
không gian bậc 3 của từ thông làm ảnh hưởng đến đặc tính khởi động của động
cơ điện một pha.
Với Z
S
=24 rãnh
2p=2
m=3
• Số rãnh của một pha dưới một cực :
4
1.3.2
24
..2
===
pm
Z
q
S

• Hệ số bước ngắn :
3
2
=
β


⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
= 1.
2
.
3


Trong đó :

1=
ν
:bậc một của sức từ động
12.Từ thông khe hở không khí :
Sơ bộ chọn
Hệ số bão hòa răng :
11,1=
Z
K

Hệ số cung cực từ :
64,0=
δ
α

Hệ số dạng sóng :
k
S
=1,11

( )
WbBl
444
10.9,2810.5,0.44,6.036,14.64,010....
−−−
===
δδ
Trang 10
93
4.1
1.372
.
.
===
qp
aW
U
S
r
(thanh dẫn)
Trong đó :
a=1 : số nhánh song song
15.Dòng điện pha định mức của động cơ :
()
A
Um
P
I
dm
S
dm
162,2

Trong đó :
Chọn n=1 :số sợi ghép song song
18.Chọn tiết diện dây quấn qui chuẩn :
d=0,71(mm)
d
cđ
=0,77(mm)
S
S
=0,396 (mm
2
)
19.Rãnh và gông và stato :
Căn cứ vào tiết diện dây dẫn trong rãnh này chiều rộng răng sẽ điều suốt
chiều cao rãnh hơn nữa rãnh nữa quả lê sẽ có tiết diện lớn hơn dạng rãnh quả lê .

1
d

2
b

không nên chọn quá lớn.
Do đó ta chọn B
ZS
=1,65(T)
• Bước răng stato :
()
cm
Z
D
t
S
S
17,1
24
94,8..
===
ππ

•
()
TB 5,0=
δ
, (mục 3)
• Chiều rộng răng stato :
()
cm
kB
tB
b
CZS

4S
= d
cd
+ (1,1 ÷ 1,5)= 0,77+ (1,1 ÷ 1,5)
Đồ án tốt nghiệp

Trang 12
=(1,87 ÷ 2,27)(mm)
Chọn b
4S
=2(mm)
23.Các kích thước rãnh khác :

π
π
−
−+
=
S
SSS
S
Z
ZbhD
d

=
).2(
2
π()
11
24
77,1.2149.
−
−
=
π11=
(mm)
24.Chiều cao rãnh stato :

()
mm
hDD
h
gSn
rS
1,12
2
7,17.24,89149
2

++=++=
π
π
hbd
d
S
rS( )
2
524,105 mm=

27.Diện tích cách điện rãnh :
Cách điện rãnh của dãy động cơ công suất nhỏ 4A là một lớp bìa dán màn
tổng hợp có chiều dày C= 0,2(mm). Dây quấn hai lớp nên dùng tấm lót giữa hai
lớp là giấy cách điện có chiều dày là 0,2(mm).
Đồ án tốt nghiệp

Trang 13



ncd
hdcbc
d
bhS ...
2
.
.2
12
1
212
++
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
++=
π2.92,0.112,0.
2
.
1192,6.2
1
++
⎟
⎠ Trang 14

( )
72,0
617,76
77,0.97
.
2
2
===
r
ñcr
d
S
dU
k

Như vậy hệ số lấp đầy k
d
=0,72 < 0,75 thoả mãn yêu cầu.
30.Chiều cao gông stato thực sự :

1,12

'
24
).2.2(
−
++−
=
π()
11
24
92,6.295,0.24,89.
−
+++
=
π()
mm66,3=S
S
SS
Z
d
Z
dhD

b
ZZ
ZS
675,3
2
69,366,3
2
"
1
'
1
=
+
=
+
=

Field Code Changed
Đồ án tốt nghiệp

Trang 15
Theo tài liệu 1 trang 66 ta chọn :
Miệng rãnh rôto : b
4R
=1,5(mm)
Chiều cao miệng rãnh rôto : h
4R
=0,5(mm)
Để cho nhôm lấp đầy đáy rãnh khi đúc ta nên chọn đường kính đáy không
được nhỏ hơn 2,5(mm).
Do đó ta chọn d
2R
=2,5(mm).
32.Đường kính ngồi rôto :

( )
mmDD 6,884,0.24,89.2
'
=−=−=
δ

Trong đó:
D=89,4(mm) , (mục 6)

( )
mm4,0=
δ
: khe hở không khí ( mục 9)
33.Bước răng rôto :

===
δ

Trong đó :
Chọn B
ZR
=1,65(T)
b4r
d1r
d2r
h12r
hr
R
h4r
Đồ án tốt nghiệp

Trang 17

()
TB 5,0=
δ
,(mục 3)
35.Đường kính rãnh rôto :


Trong đó :
Z
R
=17(rãnh)
D=89,4(mm) , (mục 6)

( )
mm4,0=
δ
, (mục 9)
36.Chiều cao phần thẳng của rãnh rôto :

()()
( )
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
−−+−=
π
δ
RZRR
RRR
dbZ
dhDh
2
1412

, (mục 35)

( )
mmh
R
5,0
4
=
: Chiều rộng miệng rãnh rôto

( )
mmb
ZR
2,5=
: (mục 34)

( )
mmd
R
5,2
2
=
: đường kính đáy nhỏ rôto.
37.Chiều cao rãnh :

()
RRRRrR
hhddh
41221
.5,0 +++=

ddhddS +++=
π()
()
5,24,96,18.5,05,24,9.
8
22
+++=
π( )
2
65,147 mm=

39.Đường kính trong lõi sắt rôto :

( )
mmDD
t
8,264,89.3,0.3,0 ===

Trong đó :
D=89,4(mm), (mục 6)
40.Chiều cao gông rôto :

()
mmh

−
−−
=
π()
4,9
17
4,95,0.26,88.
−
−−
=
π( )
mm068,5=R
R
RRR
Z
d
z
hhdD
b
2
1241

b
ZZ
Z
067,5
2
066,6068,5
2
"
2
'
2
2
=
+
=
+
=
Đồ án tốt nghiệp

Trang 19


Trong đó :
k
I
, B: hệ số kinh nghiệm
l=6,44(cm) , (mục 8)
Theo tài liệu 1 trang 71 ta có 2p=2 chọn:
k
I
=1,2 , B=1(cm)

()
cml
d
75,141.2
3
2
.
2
21,194,8
..2,1 =+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
=
π


S
=372(vòng)
45.Điện trở tác dụng của dây quấn stato :

()
Ω=== 65,8
396,0
635,157
.
46
1
.
0
75
S
S
S
S
L
r
ρ

Vì đây là cách điện cấp B nên chọn
( )
mmm /.
46
1
2
75
0


Theo bảng 4.2 trang74 tài liệu 1 tra hệ số
β
k
và
1
β
k
với dây quấn hai lớp
ba pha ta có: rS
h
2
b

S

2
.97
16
.97
=
+
=
+
=
β
β
k75,0
4
3
2
.31
4
.31
1
=
+
=
+
=
β
β
k


Vì h
2
có giá trị âm nên mép dưới của dây quấn ở phía dưới tâm của phần
nữa vòng tròn đường kính d
1
.

⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
++−+=
1
4
4
1
2
1
4

⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+−−+=
2
5,0
9
28,2
9.2
2
785,08125,0.
9.3
2,969,1
=

48.Hệ số từ tản tạp stato :

S
S
tS
k
t
ξ
δ
λ

⎛
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−Δ−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−=
S
R
dSS
t
t
k
q
NG
kGZ
q

636,1
170,1
====
R
S
R
n
t
t
t
b
β

Do đó ta tra được :
F=2,2
F
1
=0,28
G
1
=0,44
G=1 (vì
14,1
170,1
636,1
≥==
S
R
t
t

Hệ số

()()()
qyqyqyN .31.21.
2
1
1 −−+−−+−−−=()()()
4.3814.281.
2
1
481 −−+−−+−−=5,0
=

Vậy

⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−−
⎟
⎠

=

Hệ số khe hở không khí :

21
.
δδδ
kkk =

Trong đó :

090,1
7,11
27,11
4,0
2
5
4,0
2
5
5
5
44
4
1
=
⎟
⎠
⎞
⎜

041,1
36,16
5,136,16
5,0
5,1
5
4,0
5,1
5
5
5
44
4
2
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
+
+
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜

τβλ
..64,0.39,0 −=
ddS
l
l
q⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−= 036,14.
3
2
.64,075,14
44,6
4
.39,0123,2=

Trong đó :

( )
cm036,14=
τ

69,1=
rS
λ
, (mục 47)

885,3=
tS
λ
, (mục 48)

123,2=
dS
λ
, (mục 49)
51.Điện kháng tản dây quấn stato :

∑
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
S
SS
S

⎝
⎛
=( )
Ω=
546,13 Trong đó :
f=50(hz): tần số
W
S
=372(vòng): (mục 13)
q=4:số rãnh của một pha dưới một cực (mục 10)
l
S
=6,44(cm) , (mục 8)
52.Tính theo đơn vị tương đối :

133,0
220
162,2
.546,13.
*
===
dm
dm
SS

()
Ω=
−
4
10.1,0

Trong đó :

()
mmm
/
23
1
2
75
0
Ω=
ρ
: Tra theo bảng 4.1 trang 72 tài liệu 1 với
nhôm đúc rôto ở nhiệt độ 75
0
C .
Đồ án tốt nghiệp

Trang 25
8295,0.372.6
.162,2.77,0=()
A
330,181=

Trong đó :
k
I
=0,77 : hệ số này phụ thuộc chủ yếu vào
ϕ
cos
của máy trong tài liệu 2 sách thiết kế máy điện do thầy Trần Khánh Hà
và cô Nguyễn Hồng Thanh .

372=
S
W
(vòng), (mục 13)
I
đm
=2,162(A), (mục 15)
k
dS
=0,8295, (mục 11)
55.Dòng điện trong vòng ngắn mạch :

()

=(0,6 ÷ 0,8).(3 ÷ 5) (A/mm
2
).
Chọn J
v
=2,1(A/mm
2
).
Chọn
b
v
= 3,2.h
12R
= 3,2.18,6 = 59,6(mm)

()
2
64,234
1,2
745,492
mm
J
I
S
v
v
v
===