Tính toán và thiết kế động cơ điện dung

nh và thiết kế song 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 nhất. Ví dụ như sức từ động rơi trên răng ,gông stao và roto, … Vì vậy mà em không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được cô hướng dẫn và chỉ bảo em những thiếu sót đẻ em được hiểu sâu hơn về máy điện nói chung và động cơ điện dung nói riêng. Mục lục -Lời nói đầu . Phần mở đầu Giới thiệu về đề tài thiết kế I-Giới thiệu chung về máy điện công suất nhỏ. II-Phân loại động cơ III- Động cơ KĐB công suất nhỏ với tụ khởi động. IV- Thiết kế máy điện nhờ máy tính. V-Mục đích của thiết kế tối ưu. VI-Lưu đồ thuật toán thiết kế tối ưu Phần Một Cơ sở lý thuyết I- Xác định kích thước cơ bản và thông số pha chính II-Xác định kích thước răng rãnh stato III-Xác định kích thước răng rãnh rôto IV-Tính trở kháng dây quấn stato và rôto V-Tính tổn hao sắt VI-Tính toán chế độ định mức VII-Tính toán dây quấn phụ VII-Tính toán chế độ khởi động Phần II Chương trình thiết kế Đề tài Thiết kế động cơ KĐB một pha điện dung Dữ liệu cho trước: Pđm 550[W] n >= 0,66 imm <=5 Uđm = 220[V] cosj > 0,92 m = 2 mmax >= 1,5 p = 2 mmm >= 0,4 Nội dung thiết kế: Xác định kích thước chủ yếu Xác định thông số dây quấn pha chính: Wa; dA/dAcđ; klđA. Xác định kích thước lõi thép Stato và Roto Tính toán dây quấn phụ: WB; dB/dBcđ; klđB; C Tính kiểm tra 6. Vẽ bản vẽ tổng lắp ráp Phần Mở đầu Giới thiệu về đề tài thiết kế Máy điện công suất nhỏ là được dùng rất rộng rãi trong gần nửa thế kỷ nay.Giới hạn công suất của nó thường trong khoảng một vài phần của oát đến 750W song cũng có những loại máy điện công suất nhở có công suất lớn hơn. Với sự phát triển nhanh của công nghiệp, tự động hoá cao, do vậy mà việc đòi sử dụng động máy điện nhỏ trong điều khiển tự động, công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm, xí nghiệp y tế, nhà ăn công cộng, các nghành tiểu thủ công nghiệp và sinh hoạt hàng ngày là một đIũu không thể thiếu được trong thời đạI ngày nay. Trong động cở không đồng bộ Roto lồng sóc là loạI phổ biến nhất hiện nay trong các loại động cơ xoay chiều công suất nhỏ. Động cơ không không đồng bộ một pha dùng nguồn điện một pha của lưới điện sinh hoạt nên được dùng ngày càng rất rộng rãI ở mọi nơi. Ví dụ như nó có thể được dùng để kéo các máy tiện nhỏ, máy ly tâm, máy nén, bơm nước, máy xay sát nhỏ, quạt điện, máy xay sinh tố, máy ghi âm, máy lạnh, máy giặt…. Động cơ không đồng bộ công suất nhỏ so với những loại đông cơ điện khác nhất là dộng cơ có vành đổi chiều thông dụng có những ưu điểm sau: + Kết cấu đơn giản, giá thành hạ + Không sinh ra can nhiếu vô tuyến + ít tiến ồn + Sử dụng đơn giản và chắc chắn Song nhược điểm của động cơ Roto lồng sóc là có đặc tính điều chỉnh tốc độ thấp. Ba pha Động cơ KĐB bộ động lực CSN Giảm tốc Một pha Với giảm tốc điện từ Với Roto lăn Với roto đặc Với roto lồng sóc Vạn năng Ba pha Một pha Bình thường Hình 1: Phân loại động cơ KĐB công suất nhỏ Các loại động cơ không đồng bộ một pha công suất nhỏ với điện trở khởi động, tụkhởi động, tụ khởi động và tụ làm việc đều có nhược điểm là luôn luôn phải có chốt ly tâm hoặc rơ le chuyên dụng để ngắt phần tử khởi động sau khi động cơ khởi động. Điều đó làm cho giá thành của động cở tăng lên và giảm độ tin cậy. Vì vậy mà khi người ta cần sử dụng lại động cơ một phâ có độ tin cậy lớn mà không cần mo men khởi động cao thì người ta thường dùng động cơ một pha với tụ làm việc mắc cố định (Động cơ điện dung) A C B IB IA ICCCC Ul Hình 2. Sơ đồ mạch điện Động cơ với tụ làm việc có đặc tính làm việc tương đối tốt : h = 0,5 – 0,9; Cosj = 0,8 –0.95; Mmax = (1,6 – 2,2)Mđm; song nhược điểm của loại động cơ này là momen khởi động nhỏ MK = (0,3-0,6)Mđm. PHần II cơ sở lý thuyết và trình tự tính toán Chương I. Xác định kích thước cơ bản và thông số pha chính Kích thước chủ yếu của động cơ điện dung kiểu kín được xác định giống động cở ba pha. Qui đổi công suất động cơ một pha ra công suất động cơ ba pha như sau: PđmIII = Pđm b1 Trong đó với động cơ điện dung có giá trị b =1.25á1.7 chọn b = 1,25 PđmIII = Pđm b = 180.1,25 =687.5 (W) - Công suất tính toán của động cơ điện 3 pha đẳng trị : = = 1206.1 [W] + Trong đó CosjIII.hIII = f(Pđm,p) = 0.57 được tra theo hình 1-1 trang20 –TL 1 -Tốc độ đồng bộ của động cơ ndb=== = 1500(v/ph) - Đường kính ngoài stato được tính theo công thức sau : Dn==[cm] + Trong đó : Với thép kỹ thuật điện dùng làm mạch từ ta chọn loạI loạI thép cán nguội của Nga 2211 với mật từ thông khe hở không khí trong khoảng Bd=0.3á1 [T] chọn Bd = 0.7 [T] Tải đường : A = 90á210 [A/cm ]chọn A=210 [A/cm) Hệ số : l = l/D = 0.22á1.57 chọn l=0.82 Hệ số kết cấu : kD = =0.495á0.655 chọn kD=0,65 - Dựa vào bảng đường kính ngoàI tiêu chuẩn trang 36 – sách ĐCKĐBCSN thì chọn: Dn = 149 [cm] H= 90[cm] - Đường kính trong stato : D = kD.Dn = 0,65.149= 96,85 [cm] Lấy D = 97[cm] - Bước cực: t = = =7,618[cm] - Chiều dài stato : ls = l.D = 0,82.9,7 = 80 [cm] - Chọn khe hở không khí : Khe hở không khí càng lớn thì tổn hao không tải và hệ số Cos nhỏ nhưng nếu như chọn khe hở không khí nhỏ quá thì vấn đề công nghệ không đáp ứng được và làm taưng sóng bậc cao lên. Vì vậy để cho phù hợp ta chọn : d = 0,03[cm] - Đường kính ngoài lõi sắt Roto : D’ = D - 2.d = 9,7 - 2.0,03 = 9,64 [cm] - Đường kính trục Roto : Dtt = 0,3.D = 0,3.9,7 = 2,91 [cm] Lấy Dt = 3[cm] = 30[mm] -Bước cực : t = Zs/2p = 6 - Bước răng stato : ts = pD/Zs = 12,69[mm] - Bước răng roto : tR = pD’/ZR = 17,81[mm] Chương II. Tính toán dây quấn, rãnh và gông roto I. Tính toán dây quấn - Theo bảng 2-2 trang 29 thì việc chọn ĐCKĐB điện dung mà để giảm được mmô men ký sinh đồng bộ, tiếng ồn … xuống trị số cực tiểu thì tâ chọn : Chọn số rãnh Stato ZS = 24 Số rãnh Roto ZR = 17 - Trong động cơ điện một pha điện dung thường lấy số rãnh pha chính (pha A) bằng số rãnh pha phụ(pha B): ZA=ZB .;QA = QB (QA,QB là số rãnh dưới một cực của pha chính và pha phụ) Do đó: ZA==12; ZB =ZS-ZA=12 QA = ; QB= QA = 3 - Chọn dây quấn : Chọn dây quấn phải đảm bảo các yêu cầu sau: + PhảI triệt tiêu hoặc làm yếu đI sóng đIũu hoà bậc cao(đặc biệt là sóng bậc ba) + Tăng cường việc lợi dụng rãnh(klđ tăng lên) + Giảm chiều dài phần đầu nối Dây quấn của máy điịen nhỏ có hai loại cơ bản : Dây quấn một lớp và dây quấn hai lớp . Để đảm bảo những yêu cầu trên, giảm từ tản tạp và đơn giản nên chọn dây quấn một lớp đồng tâm bước đủ Sơ đồ dây quấn như sau: Hình 3. Sơ đồ dây quấn một lớp bước đủ( Z = 24; 2p =4; Bước đủ) - Hệ số dây quấn stato kdA= 0,91 - Sơ bộ chọn kZ = 1,2 ; ad = 0,69 ; kS = 1,09 ; kE = 0,9 ; - Từ thông khe hở không khí : f = ad.t.l.Bd..10-4 = 0,69.76,18.80.0,0,7.10-4 = 29,26.10-4 [Wb] - Số vòng dây của dây quấn chính WSA= ==341,1 [vòng ] Chọn WSA=342[vòng ] -Số thanh dẫn trong một rãnh UrA = = = 57[vòng] - Do hiệu chỉnh lạI số vòng dây ppha chính nên ta phảI hiệu chỉnh lạI từ thông và mật độ từ cả Bd=0,0,7.[T] f = 29,26.10-4. 29,15.10-4[Wb] Trong đó : a là số mạch nhánh song song lấy a = 1 -Sơ bộ xác định được dòng điện định mức : IdmA = = = 2,72 [A] + Trong đó CosjII.hII = f(Pđm,p) = 0,65 được tra theo hình 1-3 trang21 –Sách ĐCKĐBCSN -Sơ bộ xác định được tiết diện dây quấn chính S’SA = = = 0,45[mm2] Chọn mật độ dòng điện JSA = 6 [A/mm2 ] - Chọn dây men p'B-2 có tiết diện chuẩn SSA = 0,442 [mm2] + Đường kính chuẩn của dây không cách điện d A= 0,75 [mm] + Đường kính chuẩn kể cả cách điện dcdA = 0,865[mm] - Bước răng stato : tS = = [ cm] - Bước răng roto : tR = = [ cm] - Tiết diện đồng trong một rãnh là: SĐS = SSA.Ur = 0,442.57 = 25,194[mm2] II. Xác định kích thước rãnh và gông stato - Chọn thép cán nguội mã hiệu 2211 , có oxy hoá bề mặt và chiều dày lá thép 0,5 [mm] do đó hệ số ép chặt kC = 0,95 . Xác định kích thước rãnh và cách điện : chọn rãnh hình quả lê Chọn chiều miệng rãnh h4S trong khoảng 0,5á0,8 Lấy: h4S = 0,6 [mm] Chọn bề rộng miệng rãnh: b4S = dcd + (1,1á1,5) = 0,865 + 1,2 = 2,065 hrS d2 d1 h4S h12 b4S Hình 4. Kết cấu rãnh stato - Sơ bộ tính chiều rộng răng Stato như sau bzs = ==0,614[cm]=6,14[mm] Trong đó Mật độ từ thông trong răng Stato sơ bộ chọn : BZS = 1,5[T] Mật độ từ thông khe hở không khí :B=0,69[T] Bước rãnh Stato : ts=1,269[cm] Hệ số ép chặt: kc=0,95 - Sơ bộ định chiều cao gông hgS =0,2. bZS. = 0,2.0,614.=1,474[cm]=14,74[mm] - Các kích thước rãnh : d1s = = [mm] d2s = = = 8,4[ mm] - Chiều cao rãnh: hrS = ==11,26 [mm] Chiều cao phần thẳng của rãnh : h12 = hrS - 0,5(d1S +d2s+ 2.h4S) [mm] h12 = 11,26- 0,5(7,72+8,4+2.0,6) = 2,6[mm] - Diện tích rãnh SrS = +h1(d1S+d2S) = +.2,6(7,72+8,4)=72,06[mm2] - Diện tích nêm : Snêm = 6[mm2] - Diện tích cách điện rãnh Scd = C.( + 2.h12s) = 0,2.( + 2.2,6) = 6,10 [mm2] - Diện tích rãnh có ích Sr = Srs - Scd –Snêm = 72,06 – 6,10 – 6 = 59,96[mm2] - Hệ số lấp đầy rãnh klđr=0,71 Giá trị này nằm trong khoảng klD=0.7á0,75 vì vậy có thể chấp nhận được - Kiểm nghiệm lại bề rộng răng Stato = =7,72 = 6,145[mm] = – d2 = – 8,4= 6,146[mm] ==6,145[mm] - Sai số =.100% = .100% = 0,0814% có thể chấp nhận được Chương III-Xác định kích thước rãnh răng rãnh rôto ở động cơ công suất nhỏ thì dạng rãnh của roto thường là hình tròn hoặc hình quả lê.Đối với động cơ một pha điện dung một pha công suất nhỏ chọn Hình 5. Dạng rãnh roto dạng ránh hình quả lê để đảm bảo tiết diện thanh dẫn - Chọn h4R trong khoảng 0,3á0,4 [mm] lấy h4R = 0,4 [mm] - Chọn b4R = 1á1,5 [mm] chọn b4R=1,5 [mm] - Sơ bộ chọn bề rộng răng bZR = == 0,924 [cm] =9,24[mm] Trong đó: sơ bộ chọn mật độ từ thông răng Roto BZR = 1,4 - Đường kính trên của rãnh roto : ==7,11[mm] - Đường kính duới rãnh roto: d2R = 5[mm] - Chiều cao phần thẳng của rãnh: h12R = 0,5(D’-d1R –2.h4R-) = 0,5(96,4-7,11 –2.0,4-) = 5,176[mm] - Chiều cao rãnh Roto hrR =0,5(d1R+d2R)+h12R+h4R =0,5(7,11+5)+5,716 0,4=12,18[mm] Diện tích rãnh Rôto : SrR = (d21r +d22r) +0,5 .h12r(d1r +d2r) = (7,112 +52) + 0,5.5,716(7,11+5)=64,30[mm2] ChươngIV-Trở kháng của dây quấn stato và roto I.Trở kháng dây quấn stato Thông thường khi tính toán sơ bộ coi rs ; xs kkhông đổi khi động cơ làm việc với mọi tảI 1. Điện trở tác dụng của dây quấn stato - Chiều dài phần đầu nối của dây quấn stato: lđ1 = k1ty + 2.B =k1. + 2B = 1,3. + 2.1,2 = 13,45[cm] Trong đó: Chiều rộng bình quân của phần tử: [cm] Chọn B = 1á1,5 [T] lấy B = 1,2 k :Hệ số ,với máy có hai đôi cực thì k1 = 1,3 ; - Chiều dài trung bình 1/2 vòng dây quấn stato : ltb = l1 + lđ1 = 8+13,45 =21,45 [cm] - Tổng chiều dài dây dẫn của dây quấn stato: LSA = 2.ltb.WSA.10-2 =2.21,45.342 .10-2 = 146,376 [m] - Điện trở tác dụng của dây quấn stato [W] 2.Điện kháng tản của dây quấn stato a- Hệ số từ tản rãnh stato( dây quấn một lớp hình quả lê ): = =1,132 Trong đó : ==1:hệ số bước ngắn của dây quấn(Tra bảng 4.2 trang 72 –ĐCKĐBCSN ) h1=hrS- h4S- hn –2.C –(1/2)d2=11,26 – 0,6-2-2.0,2= 4,06 [mm] h2= d1/2 – hn - 2.C = 4,2- 2 – 0,4 =1,46 [ mm ] b-Tính hệ số từ dẫn tản tạp lts: Hệ số từ dẫn của từ tản tạp xét đến ảnh hưởng của từ trường sóng bậc cao (sóng điêù hoà răng và sóng đIều hoà của dây quấn ). = = 3,697 Trong đó: = 1,269[cm]: bước răng Stato =.: hệ số khe hở không khí giữa Stato và Roto ==1,15 ==1,087 =.=1,15. 1,087=1,144 hê số phụ thuộc: = =1,4117 ==6 Tra hình 4-9 ,trang 80-TL1 =1,3 c.Tính hệ số rãnh nghiêng Mục đích làm ránh nghiêng là để suy giảm sóng đIũu hoà răng. Để giảm sóng đIũu hoà răng được tốt thì ta chọn bước rãnh nghiêng bằng bước răng stato bn = ts = 12,69[mm] - Hệ số rãnh nghiêng : kn = kdR = = = 0,99 - Độ nghiêng rãnh: bn = = =0,712 - Góc ở tâm rãnh nghiêng và được xác định theo công thức sau: =0,526 [radian] d- Hệ số từ tản phần đầu nối dây quấn : lđs = 0,47 (lđ -0,64.t) =0,47 .(134,5 – 0,64.76,18) = 1,52 - Tổng hệ số từ tản : SlS=lrS +ltS+lđS= 1,132 + 3,697 + 1,52 = 6,349 - Điệnkháng tản dây quấn chính = II. Trở kháng rôto Tính kích thước vành ngắn mạch Mật độ dòng điện của thanh dẫn roto đúc nhôm jt = 3á 5(A/mm2) Mật độ dòng điện của vành ngắn mạch : jv = 0,8jt = 2,4 á 4(A/mm2) - Tiết diện vành ngắn mạch : Sv = (St.jt)/ jv = 80,375 (mm2) - Chiều cao vành ngắn mạch : a’= 1,2.hrR = 1,2.12,18 = 14,52[mm] - chọn: a = 16[mm] : Chiều cao vành ngắn mạch b = 4,5[mm] : Chiều rộng vành ngắn mạch - Đường kính trung bình của vành ngắn mạch: Dv = = = 8,84 = 88,40[mm] Trong đó: Dv’ = D’ = 96,40 Dv’’ = D’ – a = 96,4-16 = 80,40[mm] 2. Điện trở phần tử lồng sóc - Điện trở tác dụng của dây quấn rôto: Trong đó 75=0,0465[/] : điện trở suất của nhôm đúc Rôto ở nhiệt độ 750C =64,3[mm2]: tiết diện thanh dẫn Roto - Điện trở vành ngắn mạch : - Điện trở phần tử roto: Trong đó - Điện trở rôto đã qui đổi rRA = r2.g ; trong đó g là hệ số qui đổi rRA = r2.k12 = 1,071.10-4 .55275,44 = 5,92 [W] 3. Điện kháng Roto a-Hệ số từ tản rãnh rôto (dây quấn một lớp quả lê): = Trong đó h1r = h12R+ 0,4.d2R = 5,716 + 0,4.5 = 7,716[mm] Với máy điện nhỏ :km=1(Hệ số cản) b- Hệ số từ dẫn tản tạp Rotor: = Trong đó: = = 0,0842 = = 5 Tra bảng 4-7,trang 77-ĐCKĐBCSN , ta có = 0,05 vì = = 4,25 < 5 nên c- Hệ số từ tản đầu nối : = - Tổng hệ số từ tản rôto : - Điện kháng Rôto qui đổi sang stato : xR= xs.= 7,9.= 8,13[W] ChươngV : Tính toán mạch từ Hệ số ép chặt có phủ sơn cách điện của thép cán nguội 2211 chọn trong bảng 5-1 trang 89 sách ĐCKĐBCSN Hệ số ép chặt : KC =0,95 Điện trở suất: 1/50=2,6[w/kg] - Sức từ động khe hở không khí F= 1,6.K.B ..104 = 1,6.1,25.0,69.0,03. 104= 381,54[A] - Mật độ từ thông ở răng Stato BZS = Bd = 0,563. =1,50[T] - Sức từ động trên răng stato FZS =2.HZS.hZS =2.11,2.1,049 =23,49[A] Trong đó HZS = 11.2[A/cm] , cường độ từ trường trên răng stato, B=1,2999[T] {Trong phụ lục 1-3 sách ĐCKĐBCSN } hZS = hRS – 0,1.d1 = 11,26 – 0,1.7,72 = 10,49[mm] = 1,049[cm] - Mật độ từ thông ở gông Stato B = = =1,308[T] Trong đó hgS = - hrS = - 11,26 =14,74[mm] = 1,474[cm] Sức từ động ở gông Stato FgS = HgS=5,21.=54,93[A] Trong đó HgS = 5,21[A/cm] : cường độ từ trường trên gông stato với Bgs=1,308[T] {Trong phụ lục 1-2 sách ĐCKĐBCSN } - Mật độ từ thông ở răng Stato BZR = Bd = 0,69. =1,39[T] - Sức từ động ở răng Stato FZR =2.HZR.hZR =2.8,79.1,168 =20,53[A] Trong đó HZR = 8,79[A/cm] : cường độ từ trường trên răng Roto khi BzR=1,39[T] {Trong phụ lục 1-3 sách ĐCKĐBCSN } hZR = hrR –0,1. d2R = 12,18 –0,1.5 = 11,68[mm] = 1,168[cm] - Mật độ từ thông ở gông Roto BgR = = =0,79[T] Trong đó hgS : chiều cao gông hgS = - hZR=– 11,68=24,39 = = 2,44[cm] Sức từ động ở gông Roto FgR = HgR=1,9=7,98[A] Trong đó HgR = 1,9[A/cm] : cường độ từ trường trên gông Roto với BgR=0,79[T] {Trong phụ lục 1-3 sách ĐCKĐBCSN } Tổng sức từ động của mạch từ F=Fd+FZR+FZS+FgS+FgR= =381,54+23,49+20,53+54,93+7,98 = 488,47[A] - Dòng điện từ hoá Im`=== 1,74[A] - Thành phần phản kháng của dòng điện không tải IOX = Im = 1,74[A] - Hệ số bão hoà răng KZ1`= = =1,115 Tra đường cong hình 2-16 trang 47 ta được : + Hệ số cung cực từ : ad = 0,7 + Hệ số sóng : kd = 1,09 . Vì vậy có thể chấp nhận được - Tỷ lệ thành phần phản kháng so vớidòng điện định mức xmA`= = = 113[W] Bảng 1. Bảng tính toán mạch từ Bảng tính toán mạch từ Khe hở không khí Bd = 0,69[T] Fd = 381,54[A] Răng Stato BZS = 1,50[T] FZS = 23,49[A] Răng Roto BZR = 1,39[T] FZR = 20,53[A] Gông Stato BgS = 1,308[T] FgS = 54,93[A] Gông Roto BgR = 0,79[T] FgR = 7,98[A] ChươngVI. Tính toán chế độ định mức (Của pha chính) Từ trường đập mạch của pha chính được phân tích thành tổng hai từ trường quay thuận và quay ngược. ỉng với mỗi từ trường quay ta có một sơ đồ thay thế 1-Với dòng thứ tự thuận 2-Với dòng thứ tự thuận Hình 6. Sơ đồ thay thế pha chính của động cơ điện dung Tham số ban đầu của mạch điện thay thế pha chính : rSA =7,05 [W] xSA = 7,9 [W] xma = 113 [W] rRA = 5,92 [W] xRA =8,13 [W] - Tính hệ số trở kháng của mạch điện : Chọn hệ số trượt định mức: Sđm =0,05 nđm = nđb(1 - Sđm) = 1500(1 – 0,05) = 1434 (vg/ph) 1. Tính thành phần trở kháng của mạch phân nhánh của từ trường quay thuận - Điện trở tác dụng: r’RA1 = = = 52,694 [W] - Điện kháng : x’RA1=b.xRA= = 0,9329.8,13 =59,091 [W] -Tổng trở thứ tự thuận của mạch điện phân nhánh pha chính: ZRA1 = r’RA1 + jx’RA1 = 52,694 + j59,091[W] - Tổng trở thứ tự thuận của pha A: ZA1 = ZSA + Z’RA1 = (xSA + x’RA1) + j( rSA + r’RA1) = (7,9 + 59,091) + j(7,05 + 52,694) = 59,744 + j66,991[W] Tính thành phần trở kháng của mạch phân nhánh của thành phần thứ tự ngươc r’RA2 = = =2,6404 [W] x’RA2= b.xRA = 0,9329.8,13 =7,6505[W] - Tổng trở thứ tự nghịch của mậch phân nhánh pha chính: ZRA2 = r’RA2 + jx’RA2 = 2,6404 + j7,6505[W] - Tổng trở tác dụng thứ tự nghịch của pha chính ZA2 = rA2 + jxA2 = (rSA +r’RA2) + j(xSA + x’RA2) = (7,05 +2,6404) + j(7,9 +7,6505) = 9,6904 + j15,5505[W] Chương VII. tính toán cuộn dây phụ Tham số pha phụ của động cơ điện dung quyết điịnh tínhnăng làm việc và đặc tính khởi động của động cơ. Điều kiện để có từ trường tròn : k2rA1 + rc – kxA1 = 0 (1) k2xA1 - xc + krA1 = 0 (2) - Tỷ số biến áp giữa dây quán phụ và dây quấn chính : k= = = 1,1213 - Dung kháng trong dây quấn phụ xCv’  = k2.xA1 + k.rA1 = 1,12132.66,991 + 1,1213.59,744 = 151,2196 [W] - Điện dung cần thiết CV’ = = = 21,0495[mF] Chọn CV = 21,36[mF] - Lúc đó điện kháng là xC = = = 149[W] Để dảm bảo điều kiện thứ hai của từ trường quay tròn tỷ số biến áp phải là k = = = = 1.113 [W] - Số thanh dẫn trong một rãnh stato của dây quấn phụ u’rB = k. urA = 1,1213.57 = 63,91 Chọn urB = 64(thanh dẫn) - Số vòng dây của dây quấn phụ wSB = u’rB.p.q = 64.2.3 = 384[vòng] - Tỷ số biến áp k= = = 1.1213 - Tiết diện dây quấn pha phụ Sơ bộ tính tiết diện dây dẫn phụ theo tỷ số = t ta chọn t = k S’SB = = =0,394[mm2] Dựa theo bảng tiết diện tiêu chuẩn (phụ lục 2 trang269 –ĐCKĐBCSN ) chọn SSB = 0,396[mm2] Ta có dB/dcđB =0,71/0,77[mm] - Như vậy t= = = 1,116 - Điện trở tác dụng pha phụ B rSB =k.t.rSA = 1,1213.1,116.7,05 =8,83[W] - Tổng trở thứ tự thuận pha phụ ZB1 = r’B1 + jx,,B1 = (rSB +k2r’RA1) + j(k2xA1- xC) = (8,83 +1,12132.52,6941) + j(1,12132.66,9909- 149) = 75,0831 – j64,7715[W] Do ta chọn điện dung CV là số nguyên nên điều kiện đạt từ trường tròn không được thoả mãn vì vậy phải dùng công thức chung cho từ trường elíp để tính toán các tham số ở chế độ định mức - Điện trở tự nghịch của pha phụ ZB2 = (rSB +k2.r’RA2) + j(k2.xA2 - xC) = = (8,83 + 1,12132.2,6404) + j(1,12132.15,5505 – 149) = =12,1498 – j129,448[W] Chương VIII. Tính toán tổn hao Có 4 loạI tổn hao chính: + Tổn hao sắt ở Stato và Roto + Tổn hao trong dây quấn + Tổn hao cơ + Tổn hao phụ - Dòng điện thứ tự thuận của pha chính IA1 = Uđm = = 1,5998 – j1,8561 = 2,4504é- 49,240 Trong đó Uđm =220[V] ZB2-j.k ZA2 =(2,1498 -j129,448) -j1,1213(9,6904 + j15,5505) = 5967,978 – j30869,1 ZA1 ZB2 +ZA2 ZB1 = (59,7441 + j66,9909).( 12,1498 -j129,448 ) + (9,6904 + j15,5505).(75,0831 - j64,7715) = 11132,53 – j6379,92 - Dòng điện tứ tự nghịch của dây quấn chính: IA2 = Uđm = = - 0,0194+ j0,0327= 0,0381é120,690 Trong đó ZB1+j.k ZA1 = 75,0831 - j64,7715 + j1,1213.(59,7441 + j66,9909) = -7,4338 + j488,3207 - Sức điện động thứ tự thuận 1=A1.ZRA1 = (1,5998 – j1,8561)( 52,694 + j59,091) = =193,979 – j3,272= 194,00é- 0,9660 [V] Trong đó ZRA1 = r’RA1 + j x’RA1 = 52,694 + j59,091 - Sức điện động thứ tự thuận bằng 2 = A2.ZRA2 = (- 0,0194+ j0,0327)( 2,6404 + j7,6505) = - 0,3014 - j0,062= 0,3077é- 168,36[V] Trong đó ZRA2 = r’RA2 + j x’RA2 = 2,6404 + j7,6505 - Tổng sức điện động = 1 + 2 = (193,979 – j3,272) +(- 0,3014 - j0,062) = =193,677 – j3,334 = 193,706é- 0,9860 [V] - Kiểm tra lại KE KE = = = 0,88 DE= = = 0,0217 < 0,05 Như vậy với KE = 0,9 đã chọn ban đầu có thể chấp nhận được I.tính toán trọng lượng - Trọng lượng răng stato : GZS = 7,8.ZS.bZS.hZS.lS.kC.10-3 = 7,8.24.1,049.0,6145.8.0,95.10-3 = 0,916 [Kg] - Trọng lượng răng Rôto : GZR = 7,8.ZR.bZR.hZR.lR.kC.10-3 = = 7,8.17.0,924.1,168.8.0,95. 10-3 = 1,088 [Kg] - Trọng lượng gông stato: GGS = 7,8.p.(Dn - hGS)hGS.lS.kC.10-3 = 7,8.p.(14,9 – 1,474)1,474.8.0,95.10-3 = 3,685 [Kg] - Trọng lượng gông Rôto: GGR = 7,8.p.(Dt + hGR).hGR.lR.kC.10-3 = 7,8.p.(3 + 2,44).2,44.8.0,95.10-3 = 2,472 [Kg] -Tổn hao sắt trên răng stato : P’TZS = 1,8p1,0/50B2ZS .GZS= = 1,8.2,6.1,502.0,916.11,3.1,1 = 10,61 [W] Hệ số gia công kgc = 1,1 tra bảng 6.2-trang96 –ĐCKĐBCSN p1,0/50 = 2,6[w/kg] - Tổn hao sắt trên răng Rôto : P’TZR = 1,8p1,0/50B2ZR .GZR= = 1,8.2,6.1,392.1,088.11,3.1,1 = 10,82[W] - Tổn hao sắt trên gông stato : P’TGS = 1,6p1,0/50B2GS .GGS = = 1,6.2,6.1,3082.3,685.11,3 = 26,23 [W] - Tổn hao sắt trên gông Rôto : P’TGR = 1,6p1,0/50B2GR .GGR = = 1,6.2,6.0,792.2,472.11,3 = 6,42[W] Trong đó P1,0/50 = 2,6 (w/kg) : suất tổn hao thép tra bảng 6-1 trang 95 - Tổn hao sắt tính toán của stato : P’TS = P’TSZ + P’TSG = 10,61 + 26,23 = 36,84[W] - Tổn hao sắt tính toán của Rôto : P’TR = P’TZR + P’TZG = 10,82 + 6,42 = 17,24[W] - Tổn hao sắt stato do từ trường thuận và nghịch gây nên bằng PTS1= P’TS.()2 = 36,84()2 = 35,00[W] PTS2= P’TS.()2 = = 36,84()2 = 0,00008914 [W] - Tổn hao sắt rôto do từ trường thuận và nghịch gây nên bằng PTR1= P’TR.()2 .s1,3 = 17,24()20,051,3 = 0,3358[W] PTR2= P’TR.()2.(2 – s)1,3 = = 17,24()2(2- 0,05)1,3 = 0,0000994 [W] PT1= PTS1+PTR1 = 35,00 + 0,3358 = 35,3358[W] PT2 = PTS2+PTR2 = 0,00008914+ 0,0000994 = 0,0001885[W] - Dòng điện phụ pha chính thứ tự thuận và nghịch do tổn hao sắt gây nên IT1`= = = 0,091[A] IT2= = = 0,000306 [A] - Dòng điện dây quấn chính stato khi xét đến tổn hao sắt ISA1=(I’A1 + IT1 )+ j .I’’A1 = (1,5998 + 0,091) –j 1,8561 = = 1,6908 – j 1,8561 [ A] = 2,511é- 47,6680 ISA2 =(I’A2 + IT2 )+ jI’’A2 = = (- 0,0194+0,000306) +j 0,0327 = = - 0,01909+ j 0,0327 [ A] = 0,0379é120,280 Trong đó IA1’,IA2’ và IA1’’,IA2’’ là phần thực và phần ảo của dòng IA1 và IA2 ISA = ISA1 + ISA2 = 1,6717 – j1,8234 = 2,4737é- 47,480 - Dòng điện trong cuộn dây phụ: ISB1 = j + = j + =1,7365 + j1,4267 ISB2 = - j + = - j + = 0,02944 + j0,01733 ISB = ISB1 + ISB2 = 1,7659 + j1,444 = 2,2812é39,270 - Dòng điện tổng Stato lấy từ lưới : IS = ISA + ISB = 1,6717 – j1,8234 + 1,7659 + j1,444 = 3,4376 - j0,3794 = 3,4585é- 6,2980 - Mật độ dòng điện dây quấn chính stato JA = = = 5,5955[A/mm2] JB = = = 5,761[A/mm2] - Tốc độ của động cơ : n= nđb (1-s) = 1500(1-s) = 3000(1-0,05)=1245[v/ph] - Công suất điện từ : Pđt = 2I2A1 r’RA1-2 I2A2r’RA2 = 2,45042 .52,6941 – 2. 0,03812.2,6404 = 632,7675 [W] - Tổn hao cơ : Pcơ = k.(2.()3 =40,3030 [W] - Tổn hao phụ : - Tổng công suất cơ : P’R = PĐT(1-s) = 632,7675(1- 0,05) = 601,1291 [W] - Công suất cơ tác dụng trên trục : PR = P’R - PCƠ - Pf = 601,1291 – 40,3030 - 5 =555,8261 [W] - Mômen tác dụng : M =PR =.555,8261 = 37,94291[kG.cm] - Tổn hao đồng Stato: PĐS = ISA2.rSA + ISB2.rSB = 2,47272.7,05 + 2,28122.8,83 = 89,0556[W] - Tổn hao đồng Rôto : PĐR = 2I2A1r’RA1.s + 2IA22r’RA2.(2-s) = 2.2,45042.52,6941.0,05 + 2.0,03812.2,6404.(2 – 0,05) = 31,640 + 0,01495 = 31,6549[W] - Tổng tổn hao : SP = PĐS + PĐR + PT + PCƠ + PF = 89,0556 + 31,6549 + 35,3358 + 0,0001885 + 40,3030 + 5 = 201,3495 [W] Công suất tiêu thụ : PS = PR + SP =555,8261 + 201,3495 =757,1705 [W] Hiệu suất : =1- =0,734 Hệ số công suất : cosj = = = 0,99 -Điện áp dây quấn pha phụ : UB1=ISB1(ZB1-ZC) =(1,7365+j1,4267)(75,083-j64,7115 +j149) =10,186+j253,435 = 253,64é97,440. UB2=ISB2(ZB2-ZC)=(0,02944+j 0,01733)(12,1498-j129,448+j149) = 0,01885 + j0,7861 = 0,7864é88,6260 UB = UB1 + UB2 = 10,186+j253,435 + 0,01885 + j0,7861 = 10,205 + j254,221=254,426é87,700. - Điện áp rơi trên tụ : UC=ISB.ZC = (1,7659 + j1,444).(-j149) = 215,156 - j236,119 =339,888é- 47,600 Chọn tụ có điện áp làm việc là 400V. Bảng 2. Tính toán đặc tính mo men của động cơ điện dung S (Hệ số trượt) r’RA1 [W] x’RA1 [W] rA1 [W] xA1 [W] r’RA2 [W] x’RA2 [W] rA2 [W] XA2 [W] 0,01 20,7025 108,764 27,7525 116,664 2,58738 7,64787 9,63738 15,5478 0,025 42,7397 91,1373 49,7897 99,0373 2,60700 7,64884 9,65700 15,5488 0,035 49,9005 77,2642 56,9505 85,1642 2,62025 7,64950 9,67025 15,5495 0,05 52,6941 59,0908 59,7441 66,9908 2,64038 7,65050 9,69038 15,5505 0,07 49,4800 42,1306 56,5300 50,0306 2,66771 7,65188 9,71771 15,5518 0,1 41,5866 27,909 48,6366 35,809 2,70978 7,65403 9,75978 15,5540 0,12 36,8249 22,5822 43,8749 30,4822 2,73857 7,65552 9,78857 15,5555 0,14 32,8024 19,0354 39,8524 26,9354 2,76797 7,65706 9,81797 15,5570 0,16 29,4519 16,5806 36,5019 24,4806 2,79802 7,65865 9,84802 15,5586 0,18 26,6569 14,8221 33,7069 22,7221 2,82872 7,66029 9,87872 15,5602 0,2 24,3083 13,5244 31,3583 21,4244 2,86010 7,66198 9,91010 15,5619 0,5 10,2064 8,58197 17,2564 16,4819 3,43101 7,69612 10,4810 15,5961 0,7 7,32428 8,09570 14,3742 15,9957 3,95747 7,73311 11,0074 15,6331 1 5,13971 7,83552 12,1897 15,7355 5,13971 7,83552 12,1897 15,7355 S (Hệ số trượt) I’A1 [A] I’’A1 [A] IA1 [A] IA2' [A] IA2'' [A] IA2 [A] Pđt [W] Pcơ [W] 0,01 0,57567 -1,8912 1,97687 -1,3623 0,25746 1,38648 151,865 43,7684 0,025 0,98736 -1,8329 2,08192 -0,8107 0,22494 0,84133 366,812 42,4521 0,035 1,24449 -1,8267 2,21036 -0,4742 0,16503 0,50211 486,280 41,5858 0,05 1,59977 -1,8560 2,45035 -0,0194 0,03273 0,03806 632,767 40,3030 0,07 2,01386 -1,9475 2,80153 0,49519 -0,1965 0,53276 775,181 38,6239 0,1 2,51364 -2,1493 3,30729 1,09131 -0,5930 1,24202 901,402 36,1722 0,12 2,77653 -2,3030 3,60739 1,39169 -0,8639 1,63805 943,731 34,5824 0,14 2,99310 -2,4600 3,87433 1,63058 -1,1269 1,98214 963,01 33,0283 0,16 3,17136 -2,6142 4,10995 1,82004 -1,3763 2,28183 965,849 31,5100 0,18 3,31829 -2,7620 4,31742 1,97011 -1,6091 2,54377 957,173 30,0274 0,2 3,43974 -2,9017 4,50023 2,08894 -1,8246 2,77364 940,584 28,5805 0,5 4,04547 -4,1034 5,76228 2,50669 -3,5723 4,36408 547,099 11,1642 0,7 4,12658 -4,4007 6,03286 2,48206 -3,9995 4,70711 357,769 4,01913 1 4,6360 -5,0010 6,8270 2,44299 -4,2574 4,90853 237,522 0 S (Hệ số trượt) Pr [W] M [kGcm] 0,01 101,578 6,65397 0,025 310,190 20,6318 0,035 422,674 28,4049 0,05 555,826 37,9429 0,07 677,294 47,2291 0,1 770,089 55,4899 0,12 790,901 58,2848 0,14 790,160 59,5843 0,16 774,803 59,8174 0,18 749,854 59,3033 0,2 718,886 58,2755 0,5 257,385 33,3833 0,7 98,3117 21,2520 1,00 15,4040 Chương IX. Tính toán chế độ khởi động - Trở kháng mạch điện : r’RAK = = = 5,1397 [W x’RAK= b.x.RA = 0,9329.8,13 = 7,8355 [W] Tổng trở mạch điện thay thế thứ tự thuận và nghịch pha chính : ZAK = rAK + jxAK = (rSA +r’RAK) + j(xSA + x’RAK) = (7,05 + 5,1397) + j(7,9 + 7,8355) = 12,1897 + j15,7355 ( W) ZBK = rBK + jxBK = (rSB +k2r’RAK) + j(k2. xAK - xC) = (8,83 +1,12132.5,1397) + j(1,12132. 15,7355 - 149) = 15,2922 - j129,216 [W] - Dòng điện thứ tự thuận của dây quấn chính: IAK1 = .( - j) = .( - j) = 4,636 – j5,001[W]=6,827é-47,190 IAK2 = .( + j) =.( + j) = 2,4430 - j4,2574[W] = 4,9085é-60,150 - Dòng điện khởi động tổng của pha chính: IAK = IAK1 + IAK2 = 7,079 – j9,2584 = 11,654é-52,600. - Dòng điện khởi động tổng của day quấn phụ: IBK = IBK’ + jIBK’’ = j - j = j - j = 4,0561+j3,7571 - 3,7968 – j2,1787 = 0,2593 + j1,5784 = 1,5995é80,670 - Mật độ dòng điện khởi động của cuộn dây quấn chính: JAK = = = 26,369[A/mm2] JBK = = =4,039[A/mm2] - Dòng khởi động tổng của dây quấn phụ : IK= IAK+IBK = (7,079– j9,2584) + (0,2593 + j1,5784) =7,3383-j7,68=10,622é-46,300. -Bội số dòng khởi động : iK===3,072 - Hệ số công suất lúc khởi động: cosjK = ==0,69. -Công suất điện từ lúc khởi động : PđtK = m.r’RAK(I2AK1-I2AK2) = 2.5,1397(6,8272-4,90852) =237,522(W). -Mô men khởi động : MK= = =15, 404(KG.cm) -Bội số mô men khởi động : mmm===0,406 Bội số mo men max: mmax mmax = = = 1,5934 Kết luận Sau khi tính toán song, so với yêu cầu của đề tài thiết kế em cảm thấy kết quả tính toán và thiết kế của em đều đạt yêu cầu. Qua bản thiết kế đồ án môn học về động cơ điện dung này đã giúp cho em được một lần nữa hiểu sâu hơn về lý thuyết máy điện và công nghệ chế tạo máy điện , đặc biệt là máy điện mhỏ. Ngoài ra, em cảm thấy rút ra được rất nhiều bài học kinh nghiệm về việc thiết kế, tính toán máy điện đồng thời nó đã giúp ích rất tốt cho việc làm đồ án tốt nghiệp và công việc của em sau khi ra trường. Tài liệu tham khảo Động cơ kĐb ba pha và một pha công suất nhỏ - Trần Khánh Hà Máy điện trong thiết bị tự động - Nguyễn Hồng Thanh & Nguyễn Phúc Hải Thiết kế máy điện - Trần Khánh Hà & Nguyễn Hồng Thanh Máy điện 1&2 - Trần Khánh Hà ._.