Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế động cơ điện dung
làm việc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC


- Sử dụng đơn giản chắc chắn
Hiện nay phương pháp tính toán thiết kế tối ưu cho các loại độ
ng cơ
không đồng bộ ro to lồng sóc đều thực hiện bằng máy tính. Nhưng để thực
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC Trang 2
hiện được việc thiết kế tự động cũng cần phải nắm vững cách thiết kế bằng
phương pháp thông thường.
Trong đồ án thiết kế này tính toán động cơ một pha điện dung làm việc
được thiết kế các bước sau:
Phần I:
1. Khái niệm chung về động cơ không không đồng bộ động lưc
2.Tìm hiểu động cơ điện dung.
Phần II
- Xác đị
nh kích thước chủ yếu
- Dây quấn, rãnh và gông stato.
- Dây quấn, rãnh và gông rôto.
- Tính toán mạch từ.
- Trở kháng của dây quấn stato và rôto.
- Tính toán chế độ định mức.
- Tính toán dây quấn phụ.
- Tính toán tổn hao sắt và dòng điện phụ.
- 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

Trong phần lớn các hệ thống tự động,động cơ động lưc không được
nuôI bằng nguồn điện ba pha, mà là một pha xoay chiều.Chính vì vậycác
đọng cơ động lực xoay chiều chủ yếu là động cơ mộ
t pha..Động cơ ba pha
trong hệ thống tự động ít được sử dụng.
Động cơ không đồng bộ một pha được gọi là một phavì được nuôi bằng
nguồn điện một pha, nhưng về cấu tạo trong phần lớn các trường hợp là động
cơ hai pha. Chúng có hai cuộn dây trên stato thường lệch pha trong không
gian một góc 90 đIện.Một cuộn được nối tiếp với nguồn đIệ
n một pha gọi là
cuộn làm việc hoặc cuộn chính,cuộn còn lại nối với nguồn một pha qua phần
tử lệch pha. Trong toàn bộ thời gian làm việchoặc chỉ trong thời gian mở máy,
gọi là cuộn phụ hoặc cuộn khởi động. ở một số động cơ,cuộn phụ hoàn toàn
không được nối với nguồn ,sức từ động trong cuộn dây sinh ra bởi luồng từ
thông củ
a cuộn chính.
Phụ thuộc vào chủng loại của phần tử lệch pha và phương pháp sử
dụng cuộn phụ (cuộn khởi động) mà đọng cơ không đồng bộ công suất nhỏ có
thể phân ra thành các nhóm sau:
+Động cơ với điện trở khởi động
+Động cơ với tụ khởi động
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC Trang 4
+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
Trang 5
đó động cơ sẽ quay với hai từ trường thuận nghịch, ta phân tích từ trường đập
mạch thành hai từ quay thuận nghịch có cùng tần số quay n
1
và biên độ bằng
một nửa từ trường đập mạch n = 60f/p. Trong đó từ trường quay
I
B
có chiều
quay trùng chiều quay với rôto được gọi là từ trường quay thuận và
II
B
có
chiều quay ngược chiều quay rôto được gọi là từ trường quay ngược chiều
trên hình (1.b).
B
là từ trường tổng (đập mạch).
Trong đó
I
B
và
II
B
quay với tốc độ n
1
, ta có:
B
=

=
n
n)S(n
n
nn
S
; S
2
= 2 - S
Từ đó ta có bảng hệ số trượt sau:
S = S
1
2 1 0
S
2
0 1 2

M
N
0
M
M
11
M
M
11
M
11

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

M
=
II
M
; và mômen mở máy M = 0; nếu tác
động một ngoại lực theo một chiều nào đó thì từ trường elip được hình thành
và mômen quay theo hướng chọn ban đầu
I
M
hoặc
II
M
sẽ trội hơn.
Đặc tính M = f(S) được biểu diễn trên hình 2 gồm hai thành phần tương
đương 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 trường thuận và mômen điện từ, mômen vượt quá mômen ngoài (Mômen
ngoài) thì sau một quá trình quá độ chế độ xác lập được hình thành và hệ số
trượt S
đm
ứng với giao điểm của các đường đặc tính M = f(S) và M
N

S
. Số
vòng dây của cuộn phụ và điện dung của tụ điện được chọn từ giá trị mômen
khởi động cần thiết phải có hoặc từ điều kiện nhận từ trường tròn khi khởi
động (với n = 0 ) . Mômen khởi động lớn đạt được nhờ tăng (cường hoá)
luồng từ thông của cuộn khởi động và góc lệch pha theo thời gian β .Trong
trường h
ợp này M
K
= (2- 2,5 ).M
đm
và I
K
= (3-6)I
đm

Động cơ khởi động giống như động cơ hai pha (trường hợp chung là
không đối xứng ) khi đạt tốc độ nhất định cuộn khởi động được ngắt và động
cơ chuyển sang chế độ một pha cuộn khởi động đóng ngắt tự động ,trong
trường hợp không ngắt được cuộn khởi động khỏi nguồn , động cơ sẽ bị quá
nhi
ệt và dẫn đến cháy .
Khi muốn có từ trường 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 trường tròn .
Điện trở và điện kháng dây quấn pha B trên stato :
r

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 .
C
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC Trang 8
r
RB1
= r
RB2
= r
RBK
= k
2
.r
RAK

x
RB1
= x

= x
SB
+ x
RBK
= ak
2
(k
dqa
/k
dqB
)
2
.x
SA
+ k
2
x
RAK
(2-2)
Biểu thức xác định các điều kiện nhận từ trường tròn trong động cơ điện
dung: ` I
BK
r
BK
= j.I
AK
.x
AK
;
j.I

)
2
.r
SA
]
X
C
= kr
AK
+ a.k
2
(k
dqA
/k
dqB
)
2
.x
SA
+ k
2
x
RAK

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
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

giản, hệ số công suất cosϕ cao nên được sử dụng phổ biến rộng rãi trong
nhiều lĩnh v
ực như: Quạt điện, trong các thiết bị của hệ thống tự động.
3. Mạch điện thay thế pha chính:
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 phương pháp thành phần đối
xứng của hệ thống hai pha từ mạch điện hình 4.
X
SA
I
A1
I
RA1
X
RA
X
μ
X
mA
r
SA
r
RA/S
X
SA
I
A1
X
μ
r

M
M
K
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC Trang 10
B
I
=
21 BB
II
+
;
Dòng
1
A
I
và
1
B
I
lệch pha nhau 90
0
tạo ra từ trường quay thuận.
Dòng
2
A

= r'
RA1
+ jx'
RA1
: Tổng trở mạch phân nhánh từ trường thuận.
Z
A1
= (r
A1
+ jx
A1
) = (r
SA
+ r'
RA1
) + j(x
SA
+ x'
RA1
);
22
1
s
S.x..
'r
mA
RA
+α
βα
=

= Z
SA
+ Z’
RA2
= r
A2
+ jx
A2

Trong đó:
Z'
RA2
= r'
RA2
+ jx'
RA2
: Tổng trở mạch phân nhánh từ trường
nghịch.
=> Z
A2
= r
A2
+ jx
A2
= (r
SA
+ r'
RA2
) + j(x
SA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC Trang 11
Như vậy trong từ trường elip nói chung dòng điện thứ tự thuận và
nghịch của pha chính bằng:
1221
22
1
BABA
AB
dmA
Z.ZZ.Z
)Z.k.jZ(
.UI
+
−
=

1221
11
2
BABA
AB
dmA
Z.ZZ.Z
)Z.k.jZ(
.UI

.x
A2
- X
C
)
k: Tỷ số biến áp.
Động cơ không đồng bộ một pha với điện dung khởi động và 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
cos
ϕ
) tương đối thấp bởi vì ở
chế độ làm việc chỉ có pha chính được nối với nguồn nên tạo ra từ trường
đập mạch không phải là từ trường quay .
Trong tất cả các trường hợp yêu cầu chỉ số năng lượng cao và đặt tính
khởi động tốt người ta thường sử dụng động cơ với tụ khởi động và tụ làm
việc . trong mạch cuộn B có hai t
ụ mắt song song với tụ làm việc C
L
luôn nối
với mạch còn cuộn khởi động C
K
chỉ nối vào mạch trong thời gian khởi động
.
M
đm
I
B

C
l

K

C
K

B

S
đm
S
k

0,5

1

S

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


= X
Ađm
/cos
ϕ
Ađm

Trong đó :
ϕ ϕ
Ađm
, X
Ađm ,
X
Bđm
các thông số của động cơ ở tần số
quay định mức .
Điện dung của tụ khởi động chọn sao cho tổng điện dung (C
K
+C
L
) đảm
bảo được giá trị cần thiết của mômen khởi động
M
K
=(2,0__2,2)M
d

η
= (0,5__0,9)
cos
ϕ

Trong đó:
-
D
n
D
K0,65
D
==
: hệ số tỷ lệ giữa hai đường kính trong và đường kính ngoài
- 2p = 4: Số cực
-
l
0,85
D
λ= =
: Hệ số tỷ lệ giữa chiều dài lõi thép với đường kính
trong.
- Chọn tải đường:
A = 210 (A/cm
2
): tải đường
B
δ
= 0,55 (T): Mật độ từ thông khe hở không khí
Công suất định mức của động cơ điện 3 pha đẳng trị
P
dmIII
= β
1
.P

n
44 286,36.2
D10,6(cm)
0,65 0,55.210.0,85.1500
==

Căn cứ vào bảng đường kính ngoài tiêu chuẩn theo chiều cao tâm trục
trang 20- Sách Động cơ KĐB ba pha, 1 pha công suất như TG. Trần Khánh
Hà - NXB KHKT.
Ta chọn:
D
n
= 10,0 (cm) = 100 (mm)
2. Đường kính trong Stato:
D = K
D
. D
n
= 0,65 . 10 = 6,5 (cm)
Lấy D = 6,5 (cm) =65(mm)
3. Bước cực:
.D .6,5
5,1(cm) 51(mm)
2P 4
ππ
τ= = = =

Chọn τ
1
= 5,1(cm)

S
/Z
R
=24/17.
Z
S
= 24 và Z
R
=17
Tỷ số Z
S
/Z
R
chọn được phù hợp với quy định trong bảng 2-1 và phù
hợp rãnh stato, rôto này được 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.
Số rãnh dây quấn chính và phụ dưới mỗi cực
S
Z
24
q3
2.mp 2.2.2
= ==

Trong động cơ điện dung thường lấy số rãnh của 2 pha dưới mỗi cực
bằng nhau, do đó: q=Q


8. Bước dây quấn:
Ta chọn dây quấn đồng tâm phân tán hai mặt phẳng (bước đủ).
6
22
24
2
===τ=
.P.
Z
Y
S

9. Hệ số dây quấn Stato:
Hệ số dây quấn Stato được tính như sau:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC Trang 16
dq
00
0,707 0,707
K0,91
45 45
qsin 3.sin
q3
== =
10. Sơ bộ chọn:

W 936
4.K .f. .K
4.1,11.50.0,0988.10 .0,91
(vòng)
13. Số thanh dẫn trong một rãnh
===
SA
rA
W.a
936.1
U 156(vßng)
p.q 2.3

lấy U
rA
= 156 (vòng)
14. Dòng điện định mức của dây quấn chính (xác định sơ bộ):
===
ηϕ
dm
dmA
II II dm
P
90
I0,59(A)
cos . 2.U 0,51.0,96. 2.220

Số liệu ban đầu:
P
đm

a.J 1.6

Trong đó:
a = 1: Số mạch nhánh song song
J
SA
= 6 (A/mm
2
): Mật độ dòng điện (sơ bộ).
17. Chọn tiết diện dây tiêu chuẩn:
Dựa theo bảng tiết diện tiêu chuẩn (tra phụ lục 2 - trang 281TL-1).
Chọn dây men π∋TB có tiết diện tiêu chuẩn
+ Tiết diện dây tiêu chuẩn: S
SA
= 0,099 (mm
2
)
+ Đường kính dây dẫn: d/d
cd
= 0,345/0,395 (mm
2
)
18. Kích thước rãnh và gông Stato.
Căn cứ vào tiết diện dây dẫn trong rãnh để chọn dạng rãnh và kích
thước rãnh ta chọn rãnh có dạng nửa quả lê. Rãnh nửa quả lê có tiết diện lớn
hơn rãnh quả lê vì vậy tiết diện lớn hơn rãnh quả lê vì vậy tiết diện thanh dẫn
lớn hơn -> dòng điện tăng -> Mômen tăng -> thường dùng cho nhiều loại
động cơ có công suất lớn hơn nhưng có nhược điểm dòng đ
iện từ hoá tăng ->
tổn hao tăng.

= 0,55 (T) mật độ từ thông khe hở không khí
-

B
ZS
= 1,35 (T): Mật độ từ thông răng Stato (Sơ bộ chọn)
-

K
c
=
0,
97 Hệ số ép chặt
-

t
S
: bước

răng stato
ππ
== =
⇒= =
S
S
ZS
.D .65
t8,5(mm)
Z24
0,55.8,5

= 0,395+( 1,1÷1,5)= (1,495÷1,895) mm.
Chọn b
4S
= 1,8 (mm)
22. Các kích thước rãnh khác:
π+ −
π +−
==
−π −π
=
4S S ZS
1
S
(D 2.h ) Z .b
(65 2.0,5) 24.3,6
d
Z24
5,8 (mm )

trong đó: h
4S
= 0,5(mm): chiều cao miệng rãnh – mục 23
b
ZS
=3,6(mm ) bề rộng răng rôto – mục 21
- - 3,6
π−
π−
==
=

24. Chiều cao phần thẳng của rãnh:
( )
()
=− +
=− + =
12 rS 1 4S
hh0,5d2.h
8,9 0,5 5,8 2.0,5 5,5(mm)

Trong đó:h
4S
=0,5 (mm) chiều cao nêm – mục 23
25. Diện tích rãnh trừ nêm:

()
+
+
=−−= −−=
' 2
21
rs rs 4S n
bd
7,2 5,8
S .(h h h ) 8,9 0,5 2 41,6(mm )
22

trong đó: h
n
= 2(mm): chiều cao nêm
h

= 0,3 (7,2+2.8,9) = 7,47 (mm
2
)
Với C = 0,3 (mm) chiều dày cách điện
27. Diện tích rãnh có ích:

S
r
= S’
rs
- S
cđ
= 41,6-7,47 = 34,13 (mm
2
)
Trong đó : S’
rs
=41,6(mm
2
)diện tích rãnh trừ nêm (mục 27)
S
cđ
=7,47(mm
2
)diện tích cách điện (mục 28)
28. Hệ số lấp đầy rãnh
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC


100 65
hh 8,98,6(mm)
22trong đó :h
rS
=8,9 (mm) chiều cao rãnh stato (mục 23)
30
.
Bề rộng răng stato:

ZS
'
4S 1 12
S
(D 2h d 2h
b
z
(652.0,55,82.5,5)
7,2 3,64(mm)
24
π
π
+++
=
+++
=−=

( )

=1,8
R·nh stato
=5,5
=5,8
=8,9
rs
h
1s
d
12s
h
=0,5
h
4s
=7,2
2s
b
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC Trang 21gi¶n ®å khai triÓn d©y quÊn stato.
Zs =24, q= Qa=Qb=3, 2p=4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC

trong đó : t
R
bước răng rôto

'
R
R
.D .64, 4
t11,9(mm)
z17
ππ
== =

chọn b
ZR
= 4,9(mm)
Trong đó: B
ZR
= 1,37(T) : mật độ từ thông răng rôto (Sơ bộ
chọn)
+ Lấy chiều cao miệng rãnh h
4R
= 0,5mm
rR
h
d
=5,8
1R
2R
d

1R
R
D2 h . b.Z 6520,30,5. 4,9.17
d =
Z17
5,75(mm)

Chọn d
1R
= 5,8(mm)
Trong đó D =65 (mm) (mục 2)
b
ZR
=4,9 (mm) (mục 24)
34. Chiều cao phần thẳng của rãnh roto:

()
+
⎡ ⎤
−− −
⎢ ⎥
π
⎣ ⎦
⎡⎤
+
=−−−
⎢⎥
π
⎣⎦
=

2R
=3(mm) đường kính đáy rôto
36. Diện tích rãnh rô to:

()
()
()
π
++ +
π
=++ +=
22
rR 1R 2R 12R 1R 2R
22 2
S = (d d)0,5h .d d
8
5,8 3 0,5.6,8. 5,8 3 46,65(mm )
8

trong đó:h
12R
=6,8 (mm) chiều cao phần thăng của rãnh
37. Đường kính trong lõi sắt rôto:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC Trang 24
D

ZR
. D' 2.h d . 64,4 2.0,5 5,8
bd 5,84,84(mm)
Z17
D' 2.h d 2.h . 64,4 2.0,5 5,8 2.6,8
bd 3
Z17
4,94(mm)
bb 4,844,94
b4,89(mm)
22