Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế động cơ không đồng
bộ điện dung có tụ mở máy
và tụ làm việc
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Thiết kế động cơ không đồng bộ điện dung
có tụ mở máy và tụ làm việc 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

thường.
Trong đồ án thiết kế này tính toán động cơ một pha điện dung làm việc được
thiết kế các bước sau:
1. Tìm hiểu các loại động cơ m
ột pha
2. Tính toán mạch từ
3. Tính toán dây quấn
4. 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 bảo tận tình của cô
giáo Phan Thị Huệ 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 tập đồ án
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 học tập. Đặc biệt là cô giáo
Phan Thị Huệ
Sinh viên Nguyễn Văn Thành

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH:
Nguyễn Văn Thành

2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH:
Nguyễn Văn Thành

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
b. Với điện trở khởi động
c.
Với tụ khởi động và làm việc

d.
Với tụ làm việc

-Với vòng ngắn mạch.
B
A
Mô hình máy điện một pha
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH:
Nguyễn Văn Thành

4
-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

Nguyễn Văn Thành

5
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 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

nn
S =
−
=
1
1
1

Hệ số trượt ứng với từ trường quay ngược sẽ là:
2
1
1
11
1
1
2
=
−+
=
+
=
n
n)S(n
n
nn
S
; S
2
= 2 - S
Từ đó ta có bảng hệ số trượt sau:

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
2
=1,
I
M
=
II
M
; và mômen mở máy M = 0; nếu tác động một
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH:
Nguyễn Văn Thành

7
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

Trong thực tế thông thường ở những nơi không có yêu cầu mômen khởi động lớn
,người ta sử dụng động cơ không đồng bộ với điện trở khở
i động góc lệch pha theo
trở phụ R
f
với cuộn khởi động hoặc chế tạo cuộn B từ dây dẫn có tiết diện nhỏ .
Động cơ khởi động như động cơ hai pha không đối xứng khi rôto đạt đến tần
số quay nhất định thì cuộn khởi động B ngắt khỏi nguồn và động cơ chuyển sang
chế độ một pha làm việc cuộn A luôn được nối với điện áp nguồn

M

I
A
I
A
R
f

I
B
B
0 S
K
0,5 1
S

(b) đặc tính cơ
A M
K
(A+B)
M
đm
I
đm
a

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH:
Nguyễn Văn Thành

9
Động cơ không đồng bộ với điện trở khởi động thường có mômen khởi động
thấp .M
K
=(0,5__0,7) M
đm
, nhưng đôi khi đạt tới M
k
=(1,0__1,5)M
đm
.điều đó thực

=
Mdm
M max
=1,4__2

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH:
Nguyễn Văn Thành

10
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 hợp yêu cầu đối với đặc tính khởi động động cao dòng khởi động I
k

nhỏ và mômen khởi động M
K
lớn
Sơ đồ mắc mạch : Sơ đồ mắc mạch điện (a) và đặc tính cơ
(b) của động cơ không đồng bộ với tụ khởi động

ZA
≠ N
ZB
đIều kiện nhận từ trường tròn .
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
SVTH:
Nguyễn Văn Thành


; t = q
A
/q
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

= 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
BK
x
BK
= j.I

]
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

ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA ĐIỆN DUNG LÀM VIỆC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH:
Nguyễn Văn Thành

12

đm
M
mã
M
0 S
đm
S
k
0.5 1
S
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH:
Nguyễn Văn Thành

13

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

21 AA
II
+
;
B
I
=
21 BB
II
+
;
Dòng
1A
I
và
1B
I
lệch pha nhau 90
0
tạo ra từ trường quay thuận.
Dòng
2A
I
và
2B
I
lệch pha nhau 90
0
tạo ra từ trường quay ngược.
Tổng trở thứ tự thuận của pha A:

+ jx
A1
) = (r
SA
+ r'
RA1
) + j(x
SA
+ x'
RA1
);
22
1
s
S.x..
'r
mA
RA
+α
βα
=

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH:
Nguyễn Văn Thành

14
22
2
1

= 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
+ x'
RA2
)
22
2

AB
dmA
Z.ZZ.Z
)Z.k.jZ(
.UI
+
−
=

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

Trong đó:Z
B1
= (r
SB
+ k
2
.r'
RA1

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
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 .

U
M I a

I
A

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
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

S
đm
S
k
0,5 1 S
A

B

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH:
Nguyễn Văn Thành

16
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

K
trùng pha với I
k

ta có
φ
V
=
φ
”+
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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH:
Nguyễn Văn Thành

17 Phần hai
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.> công suất định mức của động cơ không đồng bộ pha đẳng trị :
P
dmIII
= β
1
.P
đm

D
K0,65
D
==
: hệ số tỷ lệ giữa hai đường kính trong và đường kính
ngoài
- 2p = 4: Số cực
-
l
1
D
λ= =
: Hệ số tỷ lệ giữa chiều dài lõi thép với đường kính trong. Nếu ta
chọn λ nhỏ sẽ làm cho máy ta thiết kế dài ra và ngược lại
- Chọn tải đường: A = 220 (A/cm
2
)
- xét đến yêu cầu tiếng ồn ta chọn:B
δ
= 0,7:Mật độ từ thông khe hở không
khí
4.> Đường kính ngoài Stato:
3
44
db
SIII
D
n
n..A.B
P.P


chọn
τ
1
= 5,9(mm)
7.> 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
=1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH:
Nguyễn Văn Thành

19
Ta có: l
s
= l
R
=
λ
.D = 1. 7,5 = 7,5 (cm) = 75(mm)
- Chọn khe hở không khí :chọn khe hở không khí càng nhỏ thì tổn hao
không tải và hệ số cos
ϕ
nhỏ nhưng nếu chọn khe hở không khí nhỏ quá thì vấn đề
công nghệ không đáp ứng được và làm sóng bậc cao tăng lên . Thường chọn khe hở
không khí
δ

đồng bộ và tiếng ồn, ta chọn số rãnh Stato và rôto với tỷ lệ
Z
S
= 24 và Z
R
=17
- Ngoài ra khi đã chọn đường kính ngoài stato việc chọn số rãnh stato Z
S
còn
phụ thuộc vào chiều rộng răng nhỏ nhất mà công nghệ cho phép
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH:
Nguyễn Văn Thành

20
- 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.
8.> Số rãnh dây quấn chính và phụ dưới mỗi cực :
S
Z
24

q3
== =
11>. Từ thông trong khe hở không khí:
φ = α
δ
. τ. l. B
δ
. 10
-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 đường cong hình 2.16 trang
46 TL-1
α
δ
= 0,64: hệ số cung cực từ

τ
=5,9 (cm) (mục 6)
l
S
= 7,5 (cm) (mục 7)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH:

= 0.91 (mục10)

13.> . Số thanh dẫn trong một rãnh
===
SA
rA
W .a 456.1
U76(thanh)
p.q 2.3
lấy U
rA
= 76 (thanh)
Trong đó : a =1 là số mạch nhánh song song .
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):
===
ηϕ
dm
dmA
II II dm
P 370
I1,8(A)
cos . 2.U 0.66 2.220

Số liệu ban đầu:
P
đm
=370W
U
đm

=0.221 (mm
2
)
Như vậy đường kính của dây d/ d
cđ
= 0.53/0.585(mm)
- Chọn dây dẫn Men ký hiệu π ⊃B -2

16.> Tổng tiết diện dây dẫn đồng trong rãnh :
S
SAD
= S
SA
. U
RA
=0,221.76 =16,8 (mm
2
)
Rãnh và gông stato

- Việc chọn rãnh và kích thước 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 tương đối thấp
vì vậygiảm được 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 nhưng tính công nghệ kém
hơn dạng rãnh nử
a quả lê .
- Từ đó theo tổng diện tích rãnh ta tính được chọn rãnh hình nửa quả lê
17.> . Sơ bộ định chiều dày của răng.

: bước răng stato
18.> Bước răng Stato:
S
S
.D .75
t9,8(mm)
Z24
ππ
== =

Trong đó :
D=75 (mm) (mục 5)
19.> Sơ bộ định chiều cao gông:
== =
S
gS ZS
Z24
h 0,2b . 0,2.4,7. 11,3(mm)
p2

Trong đó : b
ZS
= 4,7 (mm) (mục 17)
2p=4 nên p =2

20.> chọn kích thước rãnh :
- Theo TL- 1 trang 57 ta chọn

- Chiều rộng miệng rãnh .b
4S


Trong đó : D = 75 (mm) (mục5)