Thiết kế động cơ kđb một pha điện dung

hi độ tin cậy của động cơ đóng vai trò quan trọng nhất còn yêu cầu mô men khởi động không quá cao, người ta thường dùng động cơ một pha với tụ làm việc mắc cố định. Nghĩa là cả hai dây quấn luôn được nối với nguồn một pha .Cuộn chính nối trực tiếp với nguồn(Cuộn A), cuộn phụ(Cuộn B) nối với nguồn qua tụ C. Các cuộn dây A và B chiếm số rãnh như nhau trên stato. Như vậy động cơ điện dung đóng một vị trí rất lớn,bởi vì nó có ưu điểm là dùng nguồn cấp một pha, hệ số cosj cao, độ tin cậy cao…. Do những ứng dụng rộng rãi trên nên đặt ra vấn đề là phải cải tiến công nghệ nhằm tạo ra những sản phẩm có chất lượng cao hơn, giá thành rẻ hơn và thích hợp với người tiêu dùng. Cùng với sự phát triển của nền kinh tế và nhu cầu về máy điện, trong đó động cơ điện dung được sử dụng ngày càng nhiều với số lương ngày càng lớn. Đặt ra yêu cầu là phải tìm ra phương án thiết kế 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 làm giảm được dòng từ hoá, làm tăng hiệu suất của máy điện và hệ số cosj. 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 điều 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. Mục lục Lời nói đầu Phần i thuật toán thiết kế Sơ đồ mạch điện động cơ điện dung Chương I Xác định kích thước chủ và thông số pha chính Chương II Xác định kích thước răng rãnh stato Chương III Xác định kích thước răng rãnh roto Chương IV Tính toán trở kháng stato , roto Chương V Tính toán mạch từ Chương VI Tính toán chế độ định mức Chương VII Tính toán dây quấn phụ Chương VIII Tính toán tổn hao sắt và dòng điện phụ Chương IX Tính toán chế độ khởi động Phần II Chương trình thiết kế bằng ngôn ngữ C và C++ 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 A C B IB IA Ul Chương 1 xác định kích thước chủ yếu và thông số pha chính Yêu cầu của bài toán là thiết kế động cơ kiểu kín, cách điện cấp B. Kích thước chủ yếu ở đây là đường kính trong D (đường kính ngoài Dn) và chiều dài tính toán l của lõi sắt Stato. Khi xác định kích thước chủ yếu, người ta thường quy đổi công suất máy một pha ra máy ba pha có cùng kích thước. Lúc đó công suất máy ba pha quy đổi là: 1.Công suất đẳng trị PđmIII = b1Pđm =1,5.180 =270 W Trong đó: Đối với động cơ điện dung: b1 =(1,25 á 1,7); Chọn b1 =1,5 2.Công suất tính toán của động cơ 3 pha đẳng trị PsIII = W Tra bảng (1-1) trang 20 theo tài liệu [1] ta có: hIII .cosjIII = 0,588 3.Tốc độ đồng bộ của động cơ vg/p 4.Đường kính ngoài Stato được xác định theo công thức Dn = = cm Trong đó: Từ thông khe hở không khí Bd = (0.3 á 1)T: mật độ từ thông khe hở không khí ; chọn Bd =0,5T Tải đường A=(90 á 180) ; chọn A=115 A/cm Hệ số = ( 0,22 á1,57 ): tỷ lệ giữa chiều dài lõi sắt Stato với đường kính trong ; chọn . Hệ số ( 0,485 á 0,615 ) : hệ số giữa đường kính trong và đường kính ngoài, chọn Dựa vào bảng 26 theo tài liệu [1] Ta quy chuẩn: Dn = 116 mm Chiều cao tâm trục: H =71 mm 5.Đường kính trong Stato D =kD . Dn =0,55.116 =63,8 mm 6.Bước cực của Stato t = ==100,17 mm 7.Chiều dài tính toán của Stato l = l 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 cosj 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. d =0,2+D/200 mm; Ta chọn d =0,3 mm 9.Đường kính ngoài lõi sắt Roto D’ =D –2. d =63,8 –2.0,3 =63,2 mm 10.Đường kính trục Roto dt =0,3 .D = 0,3. 63,8 =19,14 mm Việc chọn số rãnh Stato ZS của động cơ điện dung và số rãnh Roto ZR 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: ZS = 24 ; ZR = 19 12.Chọn dây quấn: Ta chọn dây quấn một lớp bước đủ đồng khuôn phân tán hai mặt phẳng. 13.Động cơ điện dung người ta thường chọn số rãnh pha chính (pha A) bằng số rãnh pha phụ (pha B) ZA =ZB = rãnh 14.Số rãnh dưới một đôi cực của mỗi pha qA =qB =6 15.Hệ số dây cuốn Stato KdqA= = 0,903 Chọn n =1: Bậc của sóng sức từ động 16.Hệ số bão hoà răng kZ = ( 1,1 á1,5) ; Chọn kZ =1,1 17.Hệ số cung cực từ ad =0,66 á 0,73 ; Chọn ad =0,66 Hệ số này phụ thuộc vào độ bão hoà răng Stato và Roto 18.Từ thông khe hở không khí fd = ad.t.l .Bd.10-4 = 0,66.10,017.5,742.0.5. 10-4 =18,981. 10-4 wb 19.Số vòng của cuộn dây chính WSA = == 479,42 vòng Quy chuẩn : WSA = 480 vòng Trong đó: Hệ số KE = = (0,7á0,9) ; Chọn KE= 0,82 20. Số thanh dẫn trong rãnh urA =a.=1.=80 thanh Chọn a=1: số mạch nhánh song song 21. Dòng điện định mức IđmA = ==1,422 A Từ đường biến thiên hình (1-3) trang 21 theo tài liệu [1] với P= 180 W thì hII.cosjII = 0,407 22.Tiết diện dây cuốn chính sơ bộ SSA = =0,237 mm2  Trong đó mật độ dòng điện J= (6á7) A/ mm2 ; Chọn J = 6 A/ mm2 Từ phụ lục 2 trang 269 theo tài liệu [1] Quy chuẩn SSA=0,246 mm Suy ra: Đường kính chuẩn của dây dẫn không cách điện: d=0,56mm Đường kính chuẩn kể cả cách điện: dcđ=0,615 mm Căn cứ vào tiết diện dây, ta chọn loại dây có kí hiệu p'B-2 23.Bước răng Stato ts =8,347 mm 24.Bước răng Roto tR =10,445 mm Chương 2 xác định kích thước răng rãnh stato 1.Ta chọn thép cán nguội mã hiệu 2312 có oxy hoá bề mặt và chiều dày lá thép 0,5 mm, do đó có hệ số ép chặt KC =0,97 2.Xác định dạng rãnh Stato Stato của động cơ điện dung có thể dùng các dạng rãnh sau: Hình quả lê Hình nửa quả lê Hình thang Rãnh hình quả lê: có khuôn dập đơn giản nhất, từ trở ở đáy rãnh so với 2 rãnh kia nhỏ, vì vậy giảm được suất từ động cần thiết trên răng. Rãnh hình nửa quả lê: có diện tích lớn hơn dạng rãnh hình quả lê Diện tích rãnh hình thang lớn nhất nhưng tính công nghệ kém hơn hai dạng rãnh trên 3.Ta chọn dạng rãnh hình quả lê 4.Chiều cao miệng rãnh h4s = (0,5 á0,8) mm ; Chọn h4s = 0,5 mm 5.Chiều rộng miệng rãnh b4S = dcđ + (1,1á 1,5) = 0,615 +(1,1+1,5); Chọn b4S = 2 mm 6.Kết cấu cách điện rãnh: Dùng giấy cách điện có bề dày 0,2mm , chiều cao 2mm 7.Chiều rộng Stato bZS 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. 8.Đây thực chất là bài toán tối ưu hoá tìm chiều cao rãnh stato (Trên đồ thị là điểm h*rs) sao cho sức từ động rơi trên stato là nhỏ nhất. *)Hàm mục tiêu: Fs = Fzs + Fgs đ min Trong đó: Fs là tổng sức từ động rơi trên stato Fzs là sức từ động rơi trên răng stato Fgs là sức từ động rơi trên gông stato *)Các rằng buộc: Hệ số lấp đầy: 0,7[ Kld [ 0,75 Mật độ từ thông trong răng Bzs và gông Bgs stato 1,2 [ Bzs [ 1,6 T 0,9 [ Bgs [ 1,3 T + Giới hạn trên và giới hạn dưới của bề rộng răng, chiều cao gông bzsmin = ==2,689 mm bzsmax = =3,586 mm hgsmin = 13,106 mm hgsmax = 18,932 mm Khi hgsmin thì hrsmax ; hgsmax thì hrsmin ; Vậy ta có giới hạn trên và giới hạn dưới của chiều cao rãnh stato như sau: hrsmin = - hgsmax =- 18,932 = 7,168 mm hrsmax = - hgsmin =- 13,106 = 12,994 mm Điều kiện công nghệ: bzs ³ 1,8 mm *)Biến số độc lập : Chiều cao rãnh stato hrs hrsư thì hgs¯ đ Bgsư đ Hgsư đ Fgsư hrs¯ thì hzsư thì bzs¯ đ Bzs ¯ đ Hzs ¯ đ Fzs ¯ Miền giới hạn của biến số độc lập là: 7,168= hrsmin [ hzs [ hrsmax =12,994 mm *)Phương pháp giải bài toán: Vì số biến độc lập không lớn (n = 1) và miền giới hạn G không rộng nên ta chọn phương pháp duyệt toàn bộ trên lưới đều. Trên miền giới hạn G phủ lưới với bước xác định Dhrs = mm Tại các mắt lưới trong không gian hai chiều xác định véc tơ X: X = ( d1s, d2s, hrs, hzs, Srs, Bzs, Bgs, ...) 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 : ==18,9 mm 10.Đường kính phía trên Stato ==5,6 mm 11.Đường kính phía dưới Stato ==5,9 mm 12.chiều cao rãnh Stato ==7,2 mm 13.Chiều cao phần thẳng rãnh h12S = hrs- 0,5(d1s +d2s –2.h4s) =7,2 – 0,5(5,9+5,6)=1,9 mm 14.Vì rãnh hình quả lê nên chiều cao tính toán răng Stato khác với chiều cao rãnh Stato (hzs ạ hrs) hzs = hrs – 0,1.d1s = 7,2- 0,1.5,6=6,6 mm 15.Diện tích rãnh Stato Srs = =+ 0,5.1,9(5,6 +5,9) = 36,98 mm2 16.Kiểm tra hệ số lấp đầy: ==0,723 Trong đó : Scđ=c.(d2s+2.hrs)=0,2.(5,9 + 2.7,2)=4,06 mm2 17.Sức từ động ở răng Stato FZS =2. HZS .hZS =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 = 1,42.=21,62 A 19.Tổng sức từ động Stato min FS =FZS +FgS =6,56 + 21,62 = 28,18 A 20.Khi thực hiện tính toán ta chọn M=80 Vậy ta có kích thước răng, rãnh Stato như sau: d1s = 5,6 mm hrs = 7,2 mm hzs = 6,6 mm FSmin= 28,18 A d2s = 5,9 mm hgs = 18,9 mm Bzs = 1,19 T Kld= 0,723 h12s = 1,9 mm bzs = 3,6 mm Bgs = 0,91 T Srs=36,98 mm2 Chương 3 Xác định kích thước răng rãnh Roto 1.Rãnh Roto được chọn theo sự phối hợp rãnh Stato ZS và rãnh Roto ZR 2.ở đầu bài toán thiết kế số rãnh Roto ít ZR = 19 < ZR =24 có lợi cho việc đúc nhôm bằng áp lực vào Roto . 3.Chọn rãnh hình quả lê để đảm bảo độ bền khuôn dập và tiện cho việc đúc nhôm 4.Để đảm bảo độ bền của khuôn dập thì chiều cao miệng rãnh phải nhỏ. h4R = (0,3á0,4) mm; Chọn h4R=0,3 mm 5.Chiều rộng miệng rãnh b4R = (1á1,5) mm; Chọn b4R = 1,5 mm 6.Làm rãnh nghiêng ở Roto và chọn thanh dần bằng nhôm nhằm làm giảm tiếng ồn và Mômen ký sinh 7.Hệ số dây quấn Roto: == 0,998 Trong đó: .=.0,7991= 0,2641 radian: Góc ở tâm rãnh ==0,7991: Độ nghiêng rãnh biểu thị bằng phân số của bước răng Roto bn : Độ nghiêng rãnh tính theo cung tròn của Roto 8.Dòng điện tác dụng trong thanh dẫn Roto: ==102,739 A Theo hình (10-5) trang 244 theo tài liệu[2] : kI=f(Cosj); Cosj = 0,74 thì kI = 0,789 9.Người ta thường chọn: bn = tR =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. 11.Đây thực chất là bài toán tối ưu hoá tìm chiều cao rãnh stato (Trên đồ thị là điểm h*rR ) sao cho sức từ động rơi trên stato là nhỏ nhất. *)Hàm mục tiêu: FR = FzR + FgR đ min Trong đó: FR là tổng sức từ động rơi trên Roto FzR là sức từ động rơi trên răng Roto FgR là sức từ động rơi trên gông Roto *) Các rằng buộc: Mật độ dòng cho phép trong thanh dẫn lồng sóc 2[ Jld [ 3 A/mm2 Mật độ từ thông trong răng BzR và gông BgR Roto 1 [ BzR [ 1,8 T 0,8 [ BgR [ 1,5 T + Giới hạn trên và giới hạn dưới của bề rộng răng ,chiều cao gông và chiều cao rãnh Roto bzRmin = 3,054 mm bzRmax = 5,479 mm hgRmin = 11,358 mm hgRmax = 21,298 mm Khi hgRmin thì hrRmax ; hgRmax thì hrRmin ; Vậy ta có giới hạn trên và giới hạn dưới của chiều cao rãnh roto như sau: hrRmin=- hgRmax=- 21,298 =4,802 mm hrRmax=- hgRmin=- 11,358 =14,742 mm Điều kiện công nghệ: bzR / 1,8 mm Đáy rãnh Roto d2R / 2,5 mm *)Biến số độc lập Chiều cao rãnh roto hrR hrRư thì hgR¯ đ BgRư đ HgRư đ FgRư hrRư thì bzRư đ BzR ¯ đ HzR ¯ đ FzR ¯ Miền giới hạn G của biến số độc lập là: 4,802=hrRmin [ hrR[ hrRmax =14,742 mm *) Phương pháp : Vì số biến độc lập không lớn (n = 1) và miền giới hạn G không rộng nên để đơn giản và dễ lập trình chọn phương pháp duyệt toàn bộ trên lưới đều. Trên miền giới hạn G phủ lưới với bước xác định DhrR = mm Tại các mắt lưới trong không gian hai chiều xác định véc tơ Y: Y = ( d1R, d2R, hrR, hzR, SrR, BzR, BgR, ...) 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 ==4,9 mm 13.Đường kính phía dưới Roto:Điều kiện công nghệ d2R ³ 2,5 mm d2R ===3,2 mm Trong đó hgR : chiều cao gông Roto hgR ===12,6 mm 14.Chiều cao phần thẳng rãnh Roto: h12R = =0,5.[63,2- 4,9- 2.0,3 - = 5,1 mm 15.Chiều cao rãnh Roto hrR = h12R+ 0,5(d1R+d2R) +h4R = 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 (hzR ạhrR) hzR = hrR– 0,1.d2R=9,5 – 0,1.3,2 = 9,2 mm 17.Diện tích rãnh Roto: SrR= == 34,27 mm2 18.Sức từ động ở răng Roto FZR =2. HZR .hZR= 2.5,08.0,92 = 9,34 A  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 = 3,25. =16,19 A  20.Tổng sức từ động Roto min FR =FZR+FgR = 9,34+16,19 = 25,53 A 21. Với K= 80 ta có kết quả kích thước răng rãnh roto như sau: d1R = 4,9 mm hrR = 9,5 mm hzR = 9,2 mm FRmin= 25,53 A d2R = 3,2 mm hgR = 12,6 mm BzR = 1,165 T SrR=34,27 mm2 h12R = 5,1 mm bzR = 4,6 mm BgR = 1,355 T Itd=102,739 A 22.Dòng điện trong vành ngắn mạch Iv = A 23.Mật độ trong vành ngắn mạch: Jv =(0,6á0,8)Jtđ = (0,6á0,8)(2á3) ; chọn Jv =2,3 A 24.Tiết diện vành ngắn mạch Sv ===135,75 mm2 25.Chiều cao vành ngắn mạch bV ³ 2.h12R =2.5,1=10,2 mm ; chọn bv=11 mm = =12,34 ; chọn av=12 mm 26.Tiết diện vành ngắn mạch sau khi đã làm tròn Sv = av.bv =11.12=132 mm2 27.Đường kính vành ngắn mạch: Dv = D’ – av – 2.d =63,2 – 12 – 2.0,3=50,6 mm ChƯơng 4 xác định trở kháng dây quấn Stato và roto I. xác định thành phần trở kháng Stato Độ chính xác của tính toán động cơ điện dung phụ thuộc vào độ chính xác của tính toán tham số. Vì vậy, việc xác định điện trở và điện kháng dây quấn Stato, Roto là rất quan trọng. 1.Chiều dài phần đầu nối của dây quấn Stato lđ =k1.tY+2B =1,2.8,185 +2.1= 11,822 cm Trong đó: Hệ số kinh nghiệm: k1 = 1,2 Hệ số kinh nghiệm: B = (0,5á1,5); chọn B =1 ty=.b = .=8,185 cm 2.Chiều dài trung bình 1/2 vòng dây quấn Stato ltb = lđ+l =11,822 +5,742= 17,564 cm 3.Tổng chiều dài dây dẫn của dây quấn Stato LSA = 2.ltb .wSA.10-2=2.17,564.480.10-2 =168,61 m 4.Điện trở tác dụng của dây quấn Stato RSA = r75 = 2,13.10-2 =14,6 W Trong đó: r75=2,13.10-2 Wmm2/m: Điện trở suất của kim loại bằng đồng dùng trong động cơ 5.Điện trở Stato tính theo đơn vị tương đối ==0,09436 W Trong đó: Rđm = ==154,71 W : Điện trở định mức 6.Hệ số từ dẫn của từ tản rãnh: l rs Nó phụ thuộc vào kích thước và hình dạng rãnh. Khi ta tính toán chỉ xét đến từ tản ở thành rãnh và miệng rãnh, không xét đến từ tản ở ngoài rãnh Hệ số từ dẫn rãnh hình quả lê được xác định theo công thức sau: l rs= [ .kb + ( 0,785 - + ).kb1 ] =[ .1 +( 0,785 - + ).1 ] = 0,965 Ta sử dụng dây quấn một lớp bước đủ nên ta có hệ số kb = kb=1 h2 : chiều cao nên ta có h2 = hn + bcđ - =2 + 0,2 - = -0,6 mm h1 = hrs-h4s --bcđ -h2 - =7,2 - 0,5 - 2,8 – 0,2 – 0,59 =3,11 mm 7.Hệ số từ dẫn của từ tản tạp: lt 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 lt 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. lts = ==1,879 Trong đó: tS = 8,347 mm: Bước răng Stato d = 0,3 mm : Bề rộng khe hở không khí kd=kdS .kdR =1,1586.1,0774 =1,2482 : Hệ số khe hở không khí Ta có: kdS == =1,1586 kdR = = =1,0774 8.Hệ số từ tản phần đầu nối dây cuốn Stato Dùng dây quấn đồng khuôn phân tán hai mặt phẳng một lớp bước đủ lđS = 0,27.t) = 0,27.) = 0,568 9.Tổng hệ số từ dẫn Stato =0,965 +1,879 +0,568=3,412 10.Điện kháng tản dây cuốn chính Stato XSA = 0,158. = 0,158. = 11,887 W 11.Điện trở kháng tản dây quấn chính Stato tính theo đơn vị tương đối ==0,0768 W 12.Điện trở tác dụng của Roto lồng sóc rR= =k12 .rpt k12 = == 77,375.103 :Hệ số quy đổi điện trở Roto sang dây quấn Stato kds =0,903 kdqR =kn =0,998: Hệ số dây quấn Roto lồng sóc khi cần làm rãnh nghiêng 13.Điện trở của phần trở Roto lồng sóc = + = 1,6896.10-4 W Trong đó: rt =:Điện trở thanh dẫn Roto rv:Điện trở vành ngắn mạch St : tiết diện thanh dẫn Roto mm2 lR : chiều dài thanh dẫn Roto mm rv == =0,275.10-4 W rR= k12.rpt = 77,375.103.1,6896.10-4 = 13,074 W 14.Điện trở Roto tính theo đơn vị tương đối = 0,0885 W 15.Hệ số từ tản rãnh Roto lrR= [] .=0,969 Trong đó: h1R =h12r +0,9.d2R=5,1 +0,9.3,2=7,98 mm km =1: Hệ số cản 16.Hệ số từ tản tạp Roto ltR = ==2,278 17.Hệ số từ dẫn phần đầu nối lđR = = =2,661 18.Tổng hệ số từ tản Roto =2,661+2,278+0,969 =5,908 =5,908.=5,977 19.Điện kháng Roto quy đổi sang Stato XRA = XSA. =11,887.=12,07 W 20.Điện kháng Stato tính theo đơn vị tương đối =12,07. =0,078 W CHƯƠNG 5 TíNH TOáN MạCH Từ 1.Tính toán mạch từ bao gồm tính dòng điện từ hoá Im , thành phần phản kháng của dòng điện không tải và điện kháng tương ứng với khe hở không khí XmA 2.Sức từ động ở khe hở không khí Fd = 1,6. kd . d . Bd .104 =1,6.1,2482.0,03.0,5.104 =299,568 A 3.Tổng sức từ động Stato FS =FZS +FgS =28,18 A 4.Tổng sức từ động Roto FR =FZR+FgR =25,53 A 5.Tổng sức từ động của mạch từ Fm=Fd +FR +FS=299,568 +28,18 +25,53 = 353,278 A 6.Dòng điện từ hoá Im === 0,4103 A 7.Dòng điện trở hoá phần trăm Im% == 8.Điện kháng ứng với từ trường khe hở không khí xmA = = W 9. Điện kháng ứng với từ trường khe hở không khí tương đối xmA = xmA.=433,968.= 0,2842 chương 6 tính toán chế độ định mức 1.Tham số ban đầu mạch điện thay thế pha chính rRA =13,704 W xRA=12,07 W rSA =14,6 W xSA =11,887 W xmA =439,968 W 2.Tính hệ số từ kháng của mạch điện = =0,031 ==0,973 3.Điện trở tác dụng thứ tự thuận của mạch điện Chọn s=0,045 làm giá trị tính toán ==198,429 W ==6,639 W 4.Điện kháng thứ tự thuận và nghịch của mạch điện thay thế =12,07.0,973. =145,427 W =0,973.12,07.= 11,851 W 5.Tổng trở thứ tự thuận và nghịch máy điện thay thế =198,429 +j145,427 W =6,639 +j11,851 W 6.Tổng trở mạch điện thay thế thứ tự thuận ZA1 =rA1 +j. xA1=(rSA +r’RA1) + j (XSA + X’RA1) =(14,6+189,429)+j(11,887+145,427) =213,029+ j156,668 W chương 7 tính toán dây quấn phụ Tính toán dây quấn phụ theo điều kiện đạt được từ trường quay tròn ở chế độ định mức Tham số của pha phụ đối với động cơ điện dung nó quyết định tính năng làm việc và đặc tính khởi động. Vậy nội dung của phần này là tính toán, xác định các tham số của pha phụ và tính chọn phần tử phụ (điện dung tụ điện) 1.Tỉ số biến áp k= tgjA ===0,7354 2.Dung kháng trong dây quấn phụ xc =k2 .xA1 + k .rA1 =0,73542.156,668+0,7354.213,029 = 241,403 W 3.Điện dung cần thiết của tụ điện CV ===13,2 mF Chọn CV= 13 mF 4.Tính lại dung kháng xC ===244,98 W 5.Để đảm bảo điều kiện từ trường quay tròn thì tỉ số biến áp phải xác định theo công thức sau: k = ==0,744 6.Số thanh dẫn trong một rãnh của dây quấn phụ UrB =k. UrA= 0,744. 80= 59,2 thanh; Chọn UrB =60 thanh 7.Vòng dây của dây quấn phụ WSB = UrB . p . q=60 .1 .6=360 vòng 8.Tỉ số giữa số vòng dây hai cuộn t = = 9.Sơ bộ tính ra tiết diện dây dẫn pha phụ SB = ==0,328 mm2 Dựa vào phụ lục 2 trang 269 tài liệu[1], ta chọn dây men ký hiệu p3T-155 SB = 0,312 mm2 Đường kính không kể cách điện: d = 0,63mm Đường kính cách điện: dcđ = 0,69 mm 10.Kiểm tra hệ số lấp đầy pha phụ klđB = ==0,683 11.Điện trở tác dụng pha phụ B rSB = k . t . rSA=0,744.0,75.14,6=8,14 W 12.Tổng trở thứ tự thuận pha phụ ZB1 = (rsB + k2 . r’RA1) + j (k2 . xA1 – xC) =(8,14+0,7442.198,429)+j(0,7442.156,668-244,98) =117,977 –j158,258 W Do điện dung chọn là số nguyên nên điều kiện để đạt được từ trường tròn không được thoả mãn, vì vậy ta phải dùng công thức chung cho từ trường elip để tính các tham số ở chế độ định mức. 13.Trở kháng thứ tự nghịch pha chính ZA2 = (rA2 + j xA2) =(rSA + r’RA2) + j (xSA + x’RA2) =(14,6+6,639)+j(11,887+11,851) =21,239 +j23,738 W 14.Tổng trở thứ tự nghịch pha phụ ZB2 = (rSB + k2 . r’RA2) + j(k2 . xA2 – xc) =(8,14+0,7442.6,639)+j(0,7442.23,738-244,98) =11,815– j231,84 W 15.Thành phần thứ tự thuận và nghịch của dây quốn Stato pha chính = 0,5983 – j 0,3975=0,7183.e-j33,6 A Trong đó: ZB2 = 11,815 –j231,84 W ZA2 = 21,239+j23,738 W ZA1 = 213,029 +j156,668 W ZB1 = 117,977 –j158,258 W IA2== 0,00012 + j 0,00029 = 0,00031.e-j67,5 A 16.Sức điện động thứ tự thuận = (0,5983 – j0,3975)(198,429+j145,427) =176,527 + j8,133= 176,714.ej2,6 V 17.Hệ số kE kE1===0,803 ==2,043% <5% Sai số này nhỏ hơn 5% do đó ta có thể chấp nhận được. chương 8 tính tổn hao sắt và dòng điện phụ 1.Trọng lượng răng Stato GZS =7,8 . ZS . bZS .hZS .lS .kC . 10-3 =7,8.24.0,36.0,66.5,742.0,97.103 = 0,247 kg 2.Trọng lượng răng Roto GZR =7,8 .ZR .bZR .hZR .lR .kC .10-3 =7,8.19.0,46.0,91.5,742.0,97.10-3= 0,345 kg 3.Trọng lượng gông Stato GgS =7,8.p .(Dn - hgS) .hgS .lS .kC .10-3 = 7,8.3,14(11,6-1,89).1,89.5,742.0,97.10-3 =2,503 kg 4.Trọng lượng gông Roto GgR =7,8 . p (dT + hgR ).hgR .lR .kC .10-3 = 7,8.3,14(1,914 +1,26).1,26.5,742.0,97.10-3 =0,544 kg 5.Tốn hao sắt trên răng Stato P’tZS =1,8.P1,0/50.B2ZS.GZS (f /50)1,3. kgC =1,8.2,6.1,2042.0,247.(50/50)1,3 .1,1= 1,502 W Trong đó: kgc=1,1 P1,0/50=2,6 6.Tốn hao sắt trên răng Roto P’tZR =1,8. P1,0/50. B2ZR (f /50)1,3 .kgc =1,8.2,6.1,1652.(50 /50)1,3 .1,1= 1,955 W 7.Tốn hao sắt trên gông Stato P’tgS =1,6. P1,0/50 .B2gS. GgS (f /50)1,3 =1,6.2,6.0,92.2,503.(50 /50)1,3 =8,434 W 8.Tốn hao sắt trên gông Roto P’tgR =1,6. P1,0/50. B2gR. GgR. (f /50)1,3 =1,6.2,6.1,3552. 0,544.(50 /50)1,3=4,155 W 9.Tổn hao sắt tính toán của Stato P’tS =P’tZS + P’tgS = 1,502+8,434=9,936 W 10.Tổn hao sắt tính toán của Roto P’tR =P’tZR +P’tgR=1,955+4,155=6,110 W 11.Tổn hao sắt do từ trường thuận gây nên PTS1 =P’tS =9,936 .( )2 =9,528 W PTR1 =P’tR=6,110.( )2.0,0452= 0,104 W PT1 =PTS1 +PTR1=9,528+0,104 =9,632 W 12.Dòng điện phụ thứ tự thuận do tổn hao sắt gây nên ==0,0273 A 13.Sức điện động thứ tự nghịch E2= IA2.ZRA2=(0,00012+j0,00029)(6,639+j11,851) =-0,00264 +j0,00335=0,0266.e-j51,7 V Vì sức điện động này quá nhỏ so với suất điện động E1 nên ta có thể bỏ qua tổn hao sắt và dây điện phụ do thành phần thứ tự nghịch sinh ra 14.Dòng điện Stato có xét đến tổn hao sắt ở cuộn dây chính ISA1 =( IA1+IT1) +j IA1 =(0,5983+j0,3975+0,0273)+j(0,5983-j0,3975) = 1,023 + j0,2008 A ISA2 =(I’A2 +IT2) +j. I”A2= (0,00012+0,0273)+j0,00029 = 0,02742+ j0,00029 A Trong đó: I’A1, I’A2: Thành phần thực của IA1, IA2 I”A1, I”A2: Thành phần ảo của IA1, IA2 ISA =ISA1 +ISA=(1,023 +j0,2008)+(0,02742 + j0,00029) =1,05052 +j0,20109=1,0696.ej 10,8 A 15.Dòng điện trong cuộn dây phụ ISB1 =j . =j. =0,5709 + j 0,8042 A ISB2 =-j . =-j. = 0,00039 - j 0,00016 A ISB =ISB1 +ISB2=(0,5709 + j 0,8042)+ (0,00039 + j 0,00016) =0,57129 +j 0,80404=0,9863.ej 54,5 A 16.Mật độ dòng điện của dây quấn chính và phụ JSA == =4,348 A/mm2 JSB ===3,161 A/mm2 17.Dòng điện tổng Stato lấy từ lưới IS =ISA +ISB=(1,05052 +j0,20109)+(0,57129+j 0,80404) =1,62181 +j 1,00513=1,909.ej 31,8 A 18.Công suất điện từ Pđt =2.I2A1.r’RA1 –2.I2A2.r’RA2 W =2.0,71832.198,429 - 2.0,000312.6,639=204,76 W 19.Tổn hao cơ PCơ =0,05. Pđm=0,05.180=9 W 20.Tổn hao phụ Pf =0,005. =0,005. =1,636 W 21.Tổng công suất cơ trên trục P’R= Pđt(1- S) =204,76 (1- 0,045)=195,546 W 22.Tổng công suất cơ tác dụng trên trục PR =P’R -PCơ - Pf =204,76- 9-1,636=184,91 W 23.Mômem tác dụng M ===6278,3 G.cm 24.Tổn hao đồng Stato PDs= I2SA.rsA+I2SB.rsB =1,06962.14,6+0,98632.8,14= 24,622 W 25.Tổn hao đồng Roto PĐR =2I2A1.r’RA1.S +2I2A2.r’RA2(2-S) =2.0,71832.198,429.0,045+2.0,0452.6,639 (2-0,045)= 10,325 W 26.Tổng tổn hao ồP =PĐS +PĐR +PCơ +Pf = 24,622+10,325+1,636+9 =45,583 W 27.Công suất tiêu thụ PS =PR +ồP=184,91 + 45,583= 230,493 W 28.Hiệu suất h =1- =1 - = 0,802>0,55:Thoả mãn 29.Hệ số công suất Cosj ===0,85>0,74:Thoả mãn 30.Điện áp trên dây quấn phụ UB1 =ISB1 (ZB1 –ZC) =(0,5709+j0,8042)(117,977-158,258+j244,98) =137,095+j45,368 V UB2 =ISB2 (ZB2 –ZC) =(0,0039-j0,00016)(14,412-j231,84+j244,98) =0,0077+j0,0028 V UB =UB1 +UB2 =(137,095+j45,368) +(0,0077+j0,0028) = 137,1027+j45,3708=144,41.ej18,3 V 31.Điện áp trên tụ điện UC =ISB. ZC =(0,57129+j0,80404)(-j244,98) =196,974-j139,955 =241,63.e-j35,4V 32.Bảng tính toán đặc làm việc(Trang bên) 33.Từ bảng đặc tính làm việc ta có: *)Hệ số trượt định mức: sđm =0,042 *)Tốc độ định mức: nđm=nđb(1-sđm) =3000(1-0,042)=2874 vg/p *)Mô men định mức : Mđm===6092,46 G.cm *)Bội số momen cực đại: mmax===1,954>1,7 :Thoả mãn Tham số Đơn vị 0,005 0,025 0,045 0,065 0,085 0,105 rRA1 W 68,756 210,191 198,429 164,039 135,493 114,124 XRA1 W 428,628 266,634 145,427 88,256 60,073 44,698 rRA2 W 6,506 6,572 6,639 6,707 6,777 6,849 XRA2 W 11,847 11,849 11,851 11,852 11,855 11,858 rA1 W 83,356 224,791 213,029 178,639 150,093 128,724 XA1 W 440,515 278,521 156,668 100,143 71,96 56,585 rA2 W 21,106 21,172 21,239 21,307 21,377 21,449 XA2 W 23,734 23,736 23,738 23,74 23,742 23,744 PđT W 33,112 158,826 204,76 378,608 473,387 458,737 N V/P 2985 2925 2865 2805 2745 2685 M G.m 1315,97 4654,64 8267,47 9723,56 11907,7 10095,2 P’R W 32,946 134,856 195,546 353,929 433,149 412,07 PR W 22,31 124,22 184,91 343,362 422,513 368,8 ISA A 0,495 0,63 1,0696 1,096 1,345 1,589 PĐS W 7,438 11,651 24,622 34,778 52,337 73,063 PĐR W 0,166 3,971 10,325 24,609 40,238 58,667 ồP W 18,24 26,257 45,583 70,024 103,211 142,366 PS W 40,55 150,477 230,493 413,368 825,725 631,8 h 0,505 0,625 0,802 0,831 0,703 0,647 Cosj 0,435 0,658 0,85 0,892 0,913 0,939 mmax 0,216 0,764 1,357 1,596 1,954 1,657 Chương 9 tính toán chế độ khởi động Khi hệ số trượt s=1 thì điều kiện đạt được mômen khởi động lớn nhất và dòng điện khởi động nhỏ nhất là mâu thuẫn nhau. Nên khi xác định đặc tính khởi động của động cơ điện thì phải xác định chỉ tiêu nào là quan trọng nhất. Thực tế khi thiết kế yêu cầu mômen khởi động càng lớn càng tốt với dòng điện khởi động không lớn lắm. Như vậy khi thiết kế ta cần chú ý các điểm sau: *)Với dòng điện khởi động đã cho phải đạt được mômen khởi động lớn nhất *)Với dòng điện khởi động đã cho phải đạt được hệ số phẩm chất lớn nhất tức là tỉ số lớn nhất. *)Trong trường hợp mômen khởi động quá nhỏ thì ta có thể dùng các phương pháp sau: +) Tăng điện dung tụ điện +) Tăng điện trở roto +) Tăng số cuộn dây phụ tức là tăng tỷ số biến áp 1.Tham số của mạch điện thay thế dây cuốn chính r’RAK === 14,295 W X’RAK = =0,973.12,07.=12,164 W ZAK =(rSA +r’RAK) +j (XSA +X’RAK) =(14,6+14,295) +j(11,887+12,164) =28,895+j24,051 W ZBK =(rSB +k2. r’RAK) +j (k2.XAK –xC) = (8,14+0,7442.14,259)+j(0,7442.24,051-244,98) =16,033- j231,667 W 2.Dòng điện thứ tự thuận của dây quấn chính IAk1 = =.() =1,2765 - j0,7783 =1,4951.e-j31,4 A 3.Dòng điện thứ tự nghịch của dây quấn chính IAk2 = =.() =0,1652– j0,1318 =0,2113.e-j 38,6 A 4.Dòng điện tổng của dây quấn chính IAk = IAk1 +IAk2 =(1,2765 - j0,7783)+(0,1652– j0,1318) =1,4417 - j0,9101=1,7049.e-j32,3 A 5.Dòng điện tổng của pha phụ IBk =I’Bk +j I”Bk=j =j. =0,869+j1,4937=1,7281.ej59,8 A 6.Mật độ dòng khởi động dây quấn chính jAk ===6,931 A/mm2 7.Mật độ dòng khởi động dây cuốn phụ jBk ===5,539 A/mm2 8.Dòng điện khởi động tổng Ik =IAk +IBk=(1,4417-j0,9101)+( 0,869+j1,4937) = 2,1455+ j0,5836=2,2235.ej15,2 A 9.Bội số dòng khởi động ik ===1,563 10.Hệ số công suất tổng lúc khởi động Cosjk ===0,965 11.Mômem khởi động Mk= ==3028,31 Gcm 12.Bội số mômem khởi động mk ===0,497 13.Công suất tiêu thụ lúc khởi động PSk =Udm .Ik .Cosjk=220.1,7281.0,965=366,876 W 14.Điện áp trên dây cuốn phụ lúc khởi động UBk =IBk (ZBk –ZC) =(0,869+j1,4937)(22,493 -j231,667+j244,98) =39,432+j22,029 V 15.Điện áp trên tụ lúc khởi động UC =IBk .ZC =(0,869+j1,4937)(-j244,98) =336,053-j212,887 V 16.Bảng đặc tính khởi động (trang bên) Hệ số trượt Tham số Đơn vị 0,255 0,405 0,555 0,705 0,885 1 r’RA1 W 50,2 31,876 23,321 18,38 15,651 14,295 X’RA1 W 17,716 14,134 13,022 12,538 12,249 12,164 r’RA2 W 7,437 8,136 8,98 10,108 11,634 14,295 X’RA2 W 11,877 11,902 11,936 11,982 12,034 12,164 rA1 W 64,8 46,476 37,921 32,98 29,251 28,895 XA1 W 29,62 26,021 24,908 24,425 24,137 24,234 rB1 W 17,146 18,166 19,652 20,894 22,023 22,576 -jxB1 W 29,62 26,021 24,908 24,425 24,137 24,234 rA2 W 26,476 26,502 26,536 26,528 26,664 26,74 XA2 W 23,764 23,789 23,823 23,987 23,951 24,234 rB2 W 14,365 15,618 17,037 18,459 20,1 21,164 -jxB2 W 30,821 26,72 25,376 24,73 24,163 24,234 IA1 A 1,1346 1,2756 1,3257 1,3917 1,4065 1,4951 IA2 A 0,0927 0,1281 0,1463 0,1667 0,1893 0,2113 IA A 1,2187 1,3069 1,4835 1,5935 1,6173 1,7049 IB A 1,3026 1,3175 1,5216 1._.