Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ không đồng bộ một 
pha điện dung 


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
các thầy, cô giáo.Đặc biệt là cô giáo-
TIẾN SỸ NGUYỄN HỒNG

THANH
trong
bộ môn Thiết Bị Điện-Điện tử, Khoa Điện, Trường Đại Học Bách Khoa Hà
Nội đã nhiệt tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành tốt nhiệm vụ thiết kế của
mình.
Hà Nội ngày tháng năm

++

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


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

3000
1
50.60.60

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
( 0,485 ÷ 0,615 ) : hệ số giữa đường kính trong và
đường kính ngoài, chọn
55,0=
k

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
R
= 19
12.Chọn dây quấn:
S¬ ®å khai triÓn d©y quÊn ®éng c¬ K§B 1 pha ®iÖn dung

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
.
.
707,0
υπ
6.4


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
= 480 vòng
Trong đó:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

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

Trong đó mật độ dòng điện J= (6÷7) A/ mm
2
; Chọn J = 6 A/ mm

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


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.
0
F
hrS
F

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
+ Giới hạn trên và giới hạn dưới của bề rộng răng, chiều cao gông
b
zsmin
=
cszs

=
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
10.01898,0
4
18,932 mm
Khi h

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↓

→
B
gs↑ →
H
gs↑ →

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 :

csgs
gs
klB

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(
2
=
14,324
24.6,3)9,18.2116(14,3
+

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
2
2
1
sss
ss
ddh
dd

−
=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
gSn
gSgS
HF
.2
)(
.
−

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

15
CHƯƠNG 3

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

Trong đó:

R
n
z
p
π
α
.2
=
.
n
β

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
9.Người ta thường chọn: b
n
= t
R
=10,445 mm
10.Yêu cầu của phần này là chọn kích thước răng ,rãnh Roto sao cho để
sức từ động rơi trên Roto là nhỏ nhất.

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
+ Giới hạn trên và giới hạn dưới của bề rộng răng ,chiều cao gông và chiều
cao rãnh Roto
b
zRmin
=
=
cRzR

=
=
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
φ
=
97,0.742,5.8,0.2
10.01898,0
4
21,298 mm

−
- 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
gR↑ →
H
gR↑ →
F
gR↑
h

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.
*)Lưu đồ thuật toán( hình 3)
12.Đường kính phía trên Roto

π
δπ

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
=
2
4
10.97,0.42,57.355,1.2
10.001898,0
−
=12,6 mm
14.Chiều cao phần thẳng rãnh Roto:

+
= 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
zR
= h
rR
– 0,1.d
2R
=9,5 – 0,1.3,2 = 9,2 mm
17.Diện tích rãnh Roto:
S

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

20.Tổng sức từ động Roto min
F
R
=F
ZR
+F
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
19
1.
.2
739,102
=
π
Sin

=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

27.Đường kính vành ngắn mạch:
D
v
= D’ – a
v

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
SA
.10
-2
=2.17,564.480.10
-2

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
220
=154,71 Ω : Điện trở định mức
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KĐB MỘT PHA
ĐIỆN DUNG

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
h
2
: chiều cao nên ta có
h

10
2
S
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
S

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

= 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

XX
dm
dm
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
zr
p
Sin
r
r
kZ

22
998,0.19
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
+=

:Điện trở thanh dẫn Roto
r
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
−

15.Hệ số từ tản rãnh Roto

λ
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