Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ điện dung làm việc  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: - Kết cấu đơn giản giá thành hạ - Không sinh can nhiễu vô tuyến - Ít tiếng ồn - 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 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 cơ của roto khi quay với vận tốc cao và giảm độ ồn của động cơ .Động cơ không đồng bộ công suất nhỏ với roto dây quấn không được chế tạo 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 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 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM VIỆC 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 = 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 = −+ = + = 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 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 2 =1, I 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 = 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 , cuộn phụ , N ZB = 1/3 Z 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 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 ; 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 . 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 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 (2-1) x BK = 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 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 dqA /k dqB ) 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 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 Việc phối hợp các trị số điện dung C và số vòng dây của các dây quấn phù hợp sẽ có được từ trường quay tròng (hoặc gần tròn). Máy sẽ có các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật tốt, đối với loại động cơ này có ưu điểm là: Cấu tạo đơn 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 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 K 1 s M M K [...]... (0,785 - 4S + 2 + 4S ) K 1 2d1 d1 b 4S 3.b1 Trang 29 N TT NGHIP THIT K NG C IN DUNG LM VIC 5,8.1 1,8 0,3 0,5 = + 0,785 + + 1 = 1,186 2.5,8 5,8 1,8 3.5,8 Trong ú: K = K1 = 1 h s theo bc ngn ca dõy qun (Tra bng 4. 2- Trang 74 - sỏch ng c in KB 3 pha, 1 pha cụng sut nh - tỏc gi Trn Khỏnh H - NXB KHKT) h1 = hrS - h4S- hn- 2.C = 8,9 - 0,5 - 2- 2.0,3 = 5,8 (mm) h2 = hrS - h4S - h1 - d1 2 = 8,9 -. .. ng kớnh ngoi Dn - 2p = 4: S cc - = l = 0,85 : H s t l gia chiu di lừi thộp vi ng kớnh D trong - Chn ti ng: A = 210 (A/cm2): ti ng B = 0,55 (T): Mt t thụng khe h khụng khớ Cụng sut nh mc ca ng c in 3 pha ng tr PdmIII = 1.Pm = 1,4 90 = 126 W: Trong ú 1 = 1,4 (Trang 19 ti liu 1) IIIcosIII = 0,44: Hiu sut in nng (tra hỡnh 1-1 trang 2 0- Sỏch ng c khụng ng b 3 pha, 1 pha - TG- trn Khỏnh H - NXB Khoa hc k... hrR - h4R - 1 d1R - 0,1 d2R 2 = 11,7 - 0,5 - 1 5,8 - 0,1 3 = 8 mm 2 K = 1 St = Sr = 45,48 (mm2): din tớch rónh rụto h4R = 0,5 (mm) chiu co ming rónh (mc 34) b4R = 1 (mm) chiu rng ming rónh rụto (mc 34) 83 H s t tn tp rụto Trang 34 N TT NGHIP THIT K NG C IN DUNG LM VIC t R R 1,19.1,033 = = 2,945 11,9..K 11,9.0,03.1,169 tR = Trong ú: b 4R 1 = = 0,084 t R 11,9 b 4R 1 = = 3,33 0,3 Tra hỡnh 4. 7- trang... ú: Trang 17 N TT NGHIP THIT K NG C IN DUNG LM VIC - B = 0,55 (T) mt t thụng khe h khụng khớ - BZS = 1,35 (T): Mt t thụng rng Stato (S b chn) - Kc = 0,97 H s ộp cht - tS : bc rng stato tS = .D .65 = = 8,5(mm) ZS 24 b ZS = 0,55.8,5 = 3,6(mm) 1,35.0,97 20 S b nh chiu cao gụng: h gS = 0,2b ZS ZS p = 0,2.3,6 24 = 8,64(mm) 2 chn hgS = 8,6(mm) 21 Chn kớch thc rónh: - Ly chiu cao ming rónh: h4S = 0,5 (mm)... ng c tn s quay nh mc in dung ca t khi ng chn sao cho tng in dung (CK+CL) m bo c giỏ tr cn thit ca mụmen khi ng MK=(2,0 2,2)Md cos = (0,8 0,95) = (0,5 0,9) Mmax=(1,8 2,5) Trang 12 N TT NGHIP THIT K NG C IN DUNG LM VIC PHN II THIT K NG C KHễNG NG B MT PHA CễNG SUT NH IN DUNG LM VIC CHNG I: XC NH KCH THC CH YU 1 ng kớnh ngoi Stato: Dn= 44 KD 3 PSIII P B A..n db Trong ú: -KD = D = 0,65 : h s t l gia... =5,5(mm ) chiu cao phn thng ca rónh b2s =7,2 h12s =5,5 hrs =8,9 d1s =5,8 h4s =0,5 b4s =1,8 Rãnh stato Trang 20 N TT NGHIP THIT K NG C IN DUNG LM giản đồ khai triển dây quấn stato Zs =24, q= Qa=Qb=3, 2p=4 VIC Trang 21 N TT NGHIP THIT K NG C IN DUNG LM VIC CHNG III: DY QUN - RNH V GễNG RễTO Cn c vo tit din dõy dn trong rónh chn dng rónh v kớch thc rónh Ta chn rónh qu lờ vỡ cú th thit k chiu rng rng c u... v kớch thc rónh ta chn rónh cú dng na qu lờ Rónh na qu lờ cú tit din ln hn rónh qu lờ vỡ vy tit din ln hn rónh qu lờ vỡ vy tit din thanh dn ln hn -> dũng in tng -> Mụmen tng -> thng dựng cho nhiu loi ng c cú cụng sut ln hn nhng cú nhc im dũng in t hoỏ tng -> tn hao tng Chiu rng rng Stato c xỏc nh theo kt cu tc l xột n bn ca rng giỏ thnh v khuụn, mt t thụng qua rng nm trong phm vi cho phộp 19 S b nh... rụtocựng cú nh hng nht nh ộn t tn tp ts = tS 0,85.1,35 S = = 2,75 11,9. K 11,9.0,03.1,169 Trong ú: S = 1,35 (Tra hỡnh 4.9 trang 82 - sỏch ng c KB 3 pha, 1 pha cụng sut nh tỏc gi - Trn Khỏnh H - NXB KHKT) K =1,169 h s khe h khụng khớ ( mc42) Trang 30 N TT NGHIP THIT K NG C IN DUNG LM VIC 68 H s t tn phn u ni dõy qun Stato phõn tỏn 2 mt phng: dS = 0,27 q (l d 0,64.) l = 0,27 3 (9,54 0,64.5,1) = 0,92... Trang 10 N TT NGHIP THIT K NG C IN DUNG LM VIC Nh vy trong t trng elip núi chung dũng in th t thun v nghch ca pha chớnh bng: I A1 = U dm ( Z B 2 j.k.Z A 2 ) Z A1 Z B 2 + Z A 2 Z B1 I A 2 = U dm ( Z B1 + j.k.Z A1 ) Z A1 Z B 2 + Z A 2 Z B1 Trong ú: ZB1 = (rSB+ k2.r'RA1) + j(k2.xA1 - XC) ZB2 = (rSB+ k2.r'RA2) + j(k2.xA2 - XC) k: T s bin ỏp ng c khụng ng b mt pha vi in dung khi ng v lm vic Nhc im chung... Z S b ZS (65 + 2.0,5) 24.3,6 = ZS 24 = 5,8 (mm ) trong ú: h4S = 0,5(mm): chiu cao ming rónh mc 23 bZS =3,6(mm ) b rng rng rụto mc 21 b2 = (D n 2h gs ) ZS - b ZS = (100 2.8,6) - 3,6 24 = 7,2 (mm) Trang 18 N TT NGHIP THIT K NG C IN DUNG LM VIC trong ú: hgs=8,6 (mm) chiu cao gụng stato 23 Chiu cao rónh Stato: D n D 2.h gS h rS = 2 = 100 65 2.8,6 = 8,9(mm) 2 24 Chiu cao phn thng ca rónh: h12 . Đồ án tốt nghiệp Thiết kế động cơ điện dung làm việc  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM VIỆC Trang 1 MỞ ĐẦU Hiện nay động cơ điện. =(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