ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC Trang 1
MỞ ĐẦU

Hiện nay động cơ điện được 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 được sử dụng mạnh mẽ trong gần nửa
thế kỷ
nay. Người ta giới hạn động cơ công suất nhỏ trong khoảng vài phần
oát đến 750W. Nhưng 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 được 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 người dân.
Loại sau dùng trang bị tự động, hàng không tàu thuỷ và các cơ cấu
khống chế khác.
Động cơ không đồng bộ roto 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 như: máy tiện nhỏ, máy ly tâm,
máy nén, bơm nước, máy giặt…
Độ
ng cơ không đồng bộ một pha dùng nguồn điện một pha của lưới
điện sinh hoạt nên được sử dụng ngày càng rộng rãi vì có những ưu điểm sau:

- Tính toán chế độ khởi động.
- Tính và vẽ các đặc tính làm việc và đặc tính cơ
Trong thời gian làm đồ án thiết kế này tôi được sự chỉ b
ảo tận tình của
thầy giáo Bùi Văn Thi nên tôi đã hoàn thành được nội dung các phần tính
toán thiết kế. Nhưng do thời gian và trình độ có hạn nên trong quá trình tính
toán thiết kế không tránh khỏi những sai sót. Tôi rất mong được sự đóng góp
ý kiến để đề tài thiết kế này được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo bộ môn Thiết Bị
Điện và khoa Điện đã tạo điều kiện giúp
đỡ trong quá trình làm đồ án này.
Đặc biệt là thầy giáo Bùi Văn Thi.
Sinh viên

Nguyễn Hữu Hào
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC Trang 3

PHẦN I
TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ĐỘNG LỰC

1. KHÁI NIỆN CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐỘNG LỰC CÔNG SUẤT NHỎ:
Động cơ động lưc công suất nhỏ của hệ thống tự động phổ biến nhất hiện
nay là động cơ không đồng bộ.Theo cấu tạo,đây là động cơ có ro to ngắn
mạchthường có dạng lồng sóc, đôi khi được chế tạo thành dạng đặc hay dạng
rỗnglàm bằng gang hoặc thép,nhằm nhận được đặc tính cơ mềm,tăng dộ bền

+Động cơ với tụ khởi động và làm việc
+Động cơ với vòng ngắn mạch
Ngoài động cơ công suất nhỏ không đồng bộ một pha và ba pha,trong
hệ thống tự động còn sử dụng động co không đồng bộ vạn nănglàm nhiện vụ
truyền động.Về cấu tậócc động cơ này là động cơ ba pha.Khi thay đổi sơ đồ
đấy dây với các phần tử l
ệch pha chúng sẽ làm việc với lưới điện một pha
xoay chiều.
2. TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG
Từ trường của động cơ điện dung
Động cơ không đồng bộ một pha về cấu tạo, stato chỉ có dây quấn một
pha, rôto thường là lồng sóc trên hình vẽ (1-A), dây quấn stato được nối với
lưới điện xoay chiều một pha, dòng điện chạy vào dây quấn stato không tạo
được từ trường quay, do sự biến thiên của dòng điện, chiều và trị số dòng điện
thay đổ
i nhưng phương của từ trường cố định trong không gian từ trường này
gọi là từ trường đập mạch.
B
B
1
B
11
n
1
n
1

Hình 1A Hình 1B
Vì không phải là từ trường quay nên khi có điện trong dây quấn stato
mà động cơ không quay được và cần phải có ngoại lực tác dụng lên rôto k hi

, ta có:
B
=
I
B
+
II
B

Gọi n là tốc độ cao
Hệ số trượt ứng với từ trường quay thuận sẽ là:
S
n
nn
S =
−
=
1
1
1

Hệ số trượt ứng với từ trường quay ngược sẽ là:
2
1
1
11
1
1
2
=

11

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC Trang 6
Hình 2
Trên hình 2, ta vẽ mômen quay
I
M
do từ trường quay thuận sinh ra có trị số
dương và
II
M
do từ trường nghịch sinh ra có trị số âm, mômen quay của động
cơ một pha là tổng các mômen quay của các thành phần thuận nghịch của từ
trường elip.

M
=
I
M
+
II
M

Quan hệ của các mômen này với hệ số trượt biểu thị trên hình 2. Khi
rôto đứng yên là lúc S = S

đm
ứng với giao điểm của các đường 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 trường hợp mở máy động cơ không đồng bộ một pha làm việc bằng điện
dung.
3. Động cơ không đồng bộ một pha với tụ khởi động
Động cơ không đồng bộ với tụ khởi động thường được sử dụng trong
các trường hợ
p yêu cầu đối với đặc tính khởi động động cao : dòng khởi động
Ik nhỏ và mômen khởi động M
K
lớn
Sơ đồ mắc mạch :

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC Trang 7

Sơ đồ mắc mạch điện (a) và đặc tính cơ (b) của động cơ không đồng bộ với tụ khởi
động

Cuộn chính chiếm số rãnh N
ZA
= 2/3Z
S

đIều kiện nhận từ trường tròn .
Điện trở và điện kháng dây quấn pha B trên stato :
r
SB
= k.t.a(K
dqA
/K
dqB
)
2
.r
SA

x
SB
= ak
2
(K
dqA
/K
dqB
)
2
.x
SA

Trong đó : a = N
ZA
/N
ZB

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
BK
= r
SB
+ r
RBK
= k.t.a(k
dqa
/k
dqB
)
2
.r
SA
+ k
2
r
RAK

AK
;
j.I
BK
x
BK
= j.I
AK
.x
C
= I
AK
r
AK

Thay các giá trị I
B
= j.I
AK
/k và r
BK
, x
BK
theo (2-1),(2-2) vào các biểu thức
trên. Hệ số biến áp k và điện kháng tụ C khi từ trường tròn với s =1 :
K = 1/r
RAK
{x
AK
- t.a.(k

4. Động cơ không đồng bộ một pha điện dung làm việc
Thực chất động cơ điện dung làm việc là động cơ hai pha được mắc
vào lướ
i điện một pha vì cả hai dây quấn đều được 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 trường quay với tần số quay
n
1
= 60.f/p.
Nguyên lý làm việc và đặc tính của động cơ không đồng bộ một pha
điện dung làm việc giống như động cơ ba pha, để tạo ra sự lệch pha về thời
gian giữa dòng điên trong hai dây quấn ta mắc nối tiếp một dây quấn với một
điện dung C, hai dây quấn nối song song với nhau và mắc vào lưới điện một
pha (hình 3).
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC Trang 9
C
B
A

Hình 3

X
μ
r
SA
X
mA
X
RA
I
RA1
r
RA/(2-S)

(Với dòng thứ tự thuận) (Với dòng thứ tự nghịch)
Tương ứng với việc phân tích mômen quay từ hai thành phần thuận,
nghịch ta cũng phân tích dòng điện thành hai thành phần sau:
A
I
=
21 AA
II
+
;
M
max
M
đm
s
đm
s

Dòng
2
A
I
và
2
B
I
lệch pha nhau 90
0
tạo ra từ trường quay ngược.
Tổng trở thứ tự thuận của pha A:
Z
A1
= Z
SA
+ Z'
RA1
= r
A1
+ jx
A1

Trong đó:
Z
SA
= r
SA
+ jx
SA

+α
βα
=

22
2
1
s
s).x/r(
.x.'x
RARA
RARA
+α
+α
β=
;
RAmA
RA
xx
r
+
=α

RAmA
mA
xx
x
+
=β


RA2
) + j(x
SA
+ x'
RA2
)
22
2
2
2
)s(
)s.(x..
'r
mA
RA
−+α
−βα
=

22
2
2
2
2
)s(
)s().x/r(
x.'x
RARA
RARA
−+α

Z.ZZ.Z
)Z.k.jZ(
.UI
+
+
=

Trong đó:
Z
B1
= (r
SB
+ k
2
.r'
RA1
) + j(k
2
.x
A1
- X
C
)
Z
B2
= (r
SB
+ k
2
.r'

Sơ đồ mắc mạch điện a, và đặt tính cơ của động cơ không đồng bộ với tụ khởi
động và tụ làm việc

I
A

I

A

U

M

a

C
L
+C
k

C
l


THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC Trang 12
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
Nhằm mục đích nhận được chỉ số năng lượng cao các thông số của
động cơ và điện dung của tụ điện làm việc cần tính chọn sao cho đảm bảo từ
trường ở chế độ định mức là từ trường tròn
K=W
B
/W
A
= tg
ϕ
Ađm

X
c
=X

= (0,5__0,9)
cos
ϕ
= (0,8__0,95) M
max
=(1,8__2,5)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC Trang 13
PHẦN II
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA CÔNG
SUẤT NHỎ ĐIỆN DUNG LÀM VIỆC
CHƯƠNG I: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU

1. Đường kính ngoài Stato:
3
44
db
SIII
D
n
n..A.B
P.P
K
D
λ

= β
1
.P
đm
= 1,4. 90 = 126 W:
Trong đó β
1
= 1,4 (Trang 19 tài liệu 1)
η
III
cosϕ
III
= 0,44: Hiệu suất điện năng (tra hình 1-1 trang 20- Sách động
cơ không đồng bộ 3 pha, 1 pha - TG- trần Khánh Hà - NXB Khoa học kỹ
thuật).
dmIII
SIII
III III
P
126
P 286,36(W)
.cos 0,44
===
ηϕ

Vậy:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC


Chọn τ
1
= 5,1(cm)
Trong đó: p=2 : số đôI cực từ
4. Chiều dài lõi sắt Stato và rôto:
Chiều dài lõi sắt stato tính toán được xác định theo hệ số kết cấu λ với
λ = 0,85.
Ta có: l
s
= l
R
= λ.D = 0,85. 5,1 = 5,52 (cm) = 55,2(mm)
Trong đó : λ =0,85
5. Khe hở không khí:
Chọn khe hở không khí :khe hở không khí càng nhỏ thi cosϕ càng
lớn.Tuy nhiên nếu khe hở không khí δ qua nhỏ thì vấn đề công nghệ không
đáp ứng được và làm tăng sóng bậc cao lên.Với động cơ điện công suất nhỏ,
thường chọn khe hở không khí δ =0,2÷0,3 (mm)
Ta chọn δ = 0,3 (mm) = 0,03 (cm) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC Trang 15
CHƯƠNG II: DÂY QUẤN, RÃNH VÀ GÔNG STATO

6. Số rãnh stato và rôto:


Trong động cơ điện dung thường lấy số rãnh của 2 pha dưới mỗi cực
bằng nhau, do đó: q=Q
A
=Q
B
=3 (rãnh).
Dùng dây quấn đồng tâm phân tán 2 mặt phẳng. Như vậy đây là dây quấn một
lớp bước đủ.

S
Z
24
y6
2p 4
=τ= = =

7. Bước răng Stato:
)cm(,
,.
Z
D.
t
S
S
0331
24
97
=
π

q3
== =
10. Sơ bộ chọn:
chọn sơ bộ K
S
= 1,11: Hệ số sóng tra đường cong hình 2.16 trang 47
sách động cơ điện một pha. α
δ
= 0,64: hệ số cung cực từ
11. Từ thông trong khe hở không khí:
φ = α
δ
. τ. l. B
δ
. 10
-4

= 0,64. 5,1. 5,52. 0,55.10
-4

= 0,0988.10
-2
(Wb)
12. Số vòng dây của dây quấn chính:
−
== =
φ
Edm
SA
2

Số liệu ban đầu:
P
đm
=90W công suất định mức
U
đm
=220V điện áp định mức
η > 0,5. chọn η = 0,51
cosϕ > 0,95. chọn cosϕ =0,96
15. Mật độ dòng điện:
Mật độ dòng điện trong dây quấn thường khoảng 6÷8,5 A/mm
2
. Với vật
liệu bằng đồng ta chọn sơ bộ J
SA
=6A/mm
2

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC Trang 17
16. Tiết diện dây quấn chính Stato:
===
2
dm
SA
SA

động cơ có công suất lớn hơn nhưng có nhược điểm dòng đ
iện từ hoá tăng ->
tổn hao tăng.
Chiều rộng răng Stato được xác định theo kết cấu tức là xét đến độ bền
của răng giá thành và khuôn, mật độ từ thông qua răng nằm trong phạm vi
cho phép.
19. 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
như sau:
S
ZS
ZS C
B.t
b
B.K
δ
=

Trong đó:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC
t8,5(mm)
Z24
0,55.8,5
b3,6(mm)
1,35.0,97

20. Sơ bộ định chiều cao gông:
=
==
S
gS ZS
Z
h0,2b.
p
24
0,2.3,6. 8,64(mm)
2

chọn h
gS
= 8,6(mm)
21. Chọn kích thước rãnh:
- Lấy chiều cao miệng rãnh: h
4S
= 0,5 (mm)
Chiều rộng miệng rãnh: b
4S
= d
cđ
+( 1,1÷1,5)

π−
==
=
ngs
2ZS
S
(D 2h )
(100 2.8, 6)
bb
Z24
7,2 (mm)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC Trang 19
trong đó: h
gs
=8,6 (mm) chiều cao gông stato

23. Chiều cao rãnh Stato:
−−
−−
== =
ngS
rS
DD2.h
100 65 2.8,6

n
= 2(mm): chiều cao nêm
h
rS
=8,9 (mm)chiều cao rãnh stato – mục 23 26.

Diện tích cánh điện rãnh:
Tên Vật liệu Kích thước (mm) Chú thích
Dây dẫn
Cách điện rãnh
Nêm
π ⊃B –2
Tấm cách điện
cách điên
cd
d 0,345
d 0,395
=

0,3
0,2
Một mặt
của rãnh
S
cđ
= C.(b
2

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC Trang 20
K
d
=
==
2
2
rA cd
r
U.d
156.0,395
0,713
S34,13

Trong đó: U
rA
= 156 (vòng): số thanh dẫn trong một rãnh.
d
cđ
= 0,395(mm): đường kính dây kể cả cách điện.
29. Chiều cao gông stato thực sự:

−
−
=−= −=
2

=−=

( )
π+ +
π− +
=−= −=
''
n4S1S
ZS 1S
S
. 65 2.0,5 5,8
(D 2.h d )
bd5,83,6(mm)
Z24

++
===
ZS ZS
ZS
b ' b" 3,64 3, 6
b3,62(mm)
22

trong đó:h
4S
=0,5 (mm)
h
12
=5,5(mm ) chiều cao phần thẳng của rãnh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC Trang 22
CHƯƠNG III: DÂY QUẤN - RÃNH VÀ GÔNG RÔTO

Căn cứ vào tiết diện dây dẫn trong rãnh để chọn dạng rãnh và kích
thước rãnh. Ta chọn rãnh quả lê vì có thể thiết kế chiều rộng răng được đều
theo chiều cao của rãnh.
Để cho nhôm có thể lấp đầy đáy rãnh khi đúc đường kính đáy d
2R

không được nhỏ hơn 2,5mm. Ta chọn d
2R
= 3mm 31. Đường kính ngoài rôto:
D’= D - 2.δ = 65 – 2. 0,3 = 64,4 (mm)
Với δ =0,3mm (theo mục 9)
32. Bề rộng răng rôto:
δ
== =
R
ZR
ZR c
B.t
0,55.11,9

1R
2R
d
=11,7
=3
=6,8
h
12R
=1
b
4R
=0,5
h
4R
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC Trang 23
Chiều rộng miệng rãnh b
4R
= 1mm
33. Đường kính rãnh rôto:

( ) ( )
⎡⎤⎡ ⎤
−δ+π− −+π−
⎣⎦⎣ ⎦
=

π
⎣⎦
=
'
RZR ZR
12R 1R 4R
Z(b d )
h = 0,5. D d 2.h
17 4,9 3
0,5 64, 4 5,8 2.0,5
6,75(mm)

Chọn h
12R
= 6,8(mm)
35. Chiều cao rãnh rôto:

h
rR
= 0,5 (d
1R
+ d
2R
) + h
12R
+ h
4R

= 0,5(5,8 +3) + 6,8 + 0,5 = 11,7( mm)
trong đó: d


Trang 24
D
t
= 0,3.D = 0,3.65 = 19,5(mm)

38.Chiều cao gông:
−−
=−= −=
t
gR rR
D' D 64,4 19,5
h h 11,7 10,75(mm)
22

39. Bề rộng răng rôto:
( ) ( )
()()
π− − π − −
=−= −=
π− − − π − −−
=−= −
=
++
== =
'4R1R
ZR 1R
R
'' 4R 1R 12R
ZR 2R

VIỆC Trang 25
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN MẠCH TỪ

Tính toán mạch từ bao gồm tính toán đòng điện từ hóa I
μ
. Thành phần
phản kháng của dòng điện không tải và điện kháng tưong ứng với khe hở
không khí là X
m
.
Lõi sắt động cơ điện này dùng thép kỹ thuật điện cán nguội ký hiệu
2211. Hệ số ép chặt lấy K
C
= 0,97, bề mặt lá tôn không phủ sơn cách điện.
40. Hệ số khe hở không khí:

δ
+ δ+
== =
−−
++
δ
4S
S
4S S 4S
S
5b/ 51,8/0,3

t
R
=11,9(mm) bước răng rôto (mục 34)

⇒
k
δ
= k
δS
. k
δR
= 1,13.1,035 =1,169
41. Sức từ động khe hở không khí
F
δ
= 1,6 K
δ
. B
δ
.
δ
.10
4

= 1,6.1,169.0,55.0,03.10
4
= 308,62 (A)
42. Mật độ từ thông răng ở Stato:
δ
== =