Đồ án Thiết kế động cơ không đồng bộ một pha điện dung dùng cho quạt

Đồ án tốt nghiệp 1 đồ án này là thiết kế động cơ không đồng bộ một pha điện dung dùng cho quạt PHẦN I TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VÀ PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ ĐIỆN CÔNG SUẤT NHỎ 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 Đồ án tốt nghiệp 2 + 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. Tất cả động cơ không đồng bộ một pha công suất nhỏ đều có nhược điểm là luôn có chốt li tâm hoặc rơle chuyên dụng để ngắt phần tử khởi động sau khi động cơ khởi động .Điều đó dẫn đến tăng giá thành của động cơ và giảm độ tin cậy của chúng.Trong trường hợp khi độ tin cậy của động cơ 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 PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ KĐB CÔNG SUẤT NHỎ Đồ án tốt nghiệp 3 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. Động cơ không đồng bộ điện dung có hai pha trên stato thường được cấp điện qua điện dung để tạo ra điện áp hai pha cho quá trình mở máy. Kết thúc quá trình mở máy phần tử điện dung vẫn tham gia vào quá trình làm việc. Trong những trường hợp đặc biệt, yêu cầu lúc mở máy và lúc tải định mức từ trường quay gần tròn nhất để đảm bảo các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật người ta dùng hai điện dung(một để mở máy và một để làm việc). Động cơ điện dung được cấp điện từ lưới một pha với hai cuộn dây trên stato gồm cuộn chính(Cuộn A) nối trực tiếp với nguồn và cuộn phụ(Cuộn B) nối với nguồn qua tụ điện.Chúng được đặt lệch nhau 900 . Động cơ với tụ làm việc có đặc tính làm việc tương đối tốt : η = 0,5 – 0,9; Cosϕ = 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. Dưới đây sẽ tiến hành khảo sát về các phương pháp diễn tả toán học của mỗi loại và phân biệt cách xác định kích thước cơ bản để cải tiến cho phù hợp với công tác nghiên cứu. U IB K§ LV IA I C SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN ĐỘNG CƠ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG: Đồ án tốt nghiệp 4 1.2. MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ĐIỆN DUNG Ở CHẾ ĐỘ XÁC LẬP DÙNG CHO BÀI TOÁN THIẾT KẾ. Trong quá trình thiết kế máy điện nói chung, mô hình toán diễn tả chế độ xác lập được dùng để xác định các đặc tính làm việc. Mô hình toán học phản ánh bản chất của máy điện được thiết kế qua các đặc tính tĩnh. Nếu như các đặc tính nhận được từ mô hình chưa đảm bảo tiêu chuẩn thì phải tính toán lại từ đầu. Mô hình toán học của máy điện xoay chiều ở chế độ xác lập được trình bày bởi hệ thống các phương trình cân bằng điện áp ở dạng phức số và biểu thức mômen điện từ ở dạng trị số hiệu dụng. Động cơ đang nghiên cứu thuộc loại động cơ không đồng bộ một pha điện dung thông dụng. Trên stato có hai cuộn dây đặt lệch nhau một góc 900 điện trong không gian. Góc lệch pha về thời gian được tạo nên nhờ điện dung C nối vào một trong hai cuộn. Động cơ được cung cấp điện từ lưới một pha. Roto có cấu tạo kiểu lồng sóc. Hai cuộn dây trên stato là hai pha A và B có tiết diện dây và số vòng dây không đối xứng. Cả hai cuộn dây đều tham gia làm việc trong suốt quá trình quá độ và quá trình xác lập. Có hai phương pháp diễn tả toán học động cơ không đồng bộ điện dung một pha là: phương pháp phân lượng đối xứng và phương pháp trực tiếp tự nhiên. 1.2.1. phương pháp phân lượng đối xứng Nguyên lý xây dựng mô hình này xuất phát từ dòng điện một pha tạo ra từ trường đập mạch có thể phân tích thành hai từ trường quay thuận và ngược. Trong động cơ điện dung, trên stato có hai cuộn dây tương ứng với bốn động cơ đối xứng, trong đó có một động cơ quay thuận và một động cơ quay ngược. Gọi UA, UB là điện áp đóng vào hai cuộn dây stato thì phân lượng thuận và ngược của σđiện áp được xác định: UA(1,2) = 2 1 (UAm j UB) UB(1,2) = 2 1 (UA j UA) Gọi tổng trở các cuộn dây stato là: ZσA, ZσB ± Đồ án tốt nghiệp 5 - Tổng trở từ hoá ZσA, ZσB; - Điện trở và điện kháng của roto tương ứng với các pha A và B là rrA, rrB, Xσ2A, Xσ2B ; - Tỷ số giữa tốc độ quay của roto ω và tốc độ quay của từ trường ω 1 là γ : 1ω ωγ = Khi đó bốn hệ thống phương trình cân bằng điện áp được thể hiện trên các mạch điện thay thế ở hình sau: Trong phương trình của mạch điện thay thế các dòng điện thực tế có dạng : 21 ... AA IIIA += 2 ... 1 BB III B += Để xác định được IA(1,2) và IB(1,2) đối với động cơ điện dung thì các phương trình điện áp của nó có dạng: UA(1,2) = )()1(2 1 . 2 . 1 AAcA IIjXjU −mm UB(1, IrA(1,2IA(1,2) IoA(1, ZoA(1,2) UA(1,2 Zσ A A rA jXr 21 σγ +± IrB(1,2IB(1,2) IoB(1,2 ZoB(1,2) Zσ B B rB jXr 21 σγ +± Hình vẽ: Mạch điện thay thế ứng với các thành phần thuận và ngược của các pha A và B Đồ án tốt nghiệp 6 UB(1,2) = )()1(2 1 . 2 . 1 BBcA IIjXjU +±± Mô men điện từ được tính toán như sau: Mdt = cω 1 [rrAI2rA1+ rrBI2rB1 ] - cω 1 [ rrAI2rA2+ rrBI2rB2] Tính toán các đặc tính làm việc của động cơ điện dung theo phương pháp này khá cồng kềnh, số lượng phép tính lớn. Vì thế trong thời gian gần đây người ta đưa ra phương pháp xây dựng mô hình trực tiếp, không sử dụng phương pháp phân lượng đối xứng. 1.2.2. Phương pháp trực tiếp Phương pháp trực tiếp là phương pháp không sử dụng nguyên lý xếp chồng từ trường quay thuận và ngược trong khe hở không khí. Phương pháp này cho phép thu gọn số lượng các phương trình và biểu thức tính toán trong thiết kế động cơ điện dung. Từ hệ thống bốn phương trình vi phân của máy điện tổng quát được viết trong hệ toạ độ quay α, β sau khi chuyển về phức số ở trạng thái xác lập có dạng: Uα = Z Aσ . I α +Z0A( . I α + . I rα) 0 = Z0A( . I α + . I rα) + ( γ+1 2r + jxσ2) . I rα + 2 2 1 γ γ − r ( . I rα -j . I r β ) jUα=ZσBj . I β +Z0B(j . I β +j . I r β ) -jXcj . I β 0 = ZoB(j . I β +j . I r β )+( γ+1 2r + jxσ2) j . I r β + 221 γ γ − r ( j . I r β - . I rα) Từ hệ thống bốn phương trình này vẽ được mạch điện thay thế trên hình 2-2: ZoA jI βr -Irα Irα jIr β ZoB jI β Uα Iα jUα 2 2 1 γr Z Aσ γ+1 2r γ+1 2r jX 2σ Z Bσ JXC jX 2σ Đồ án tốt nghiệp 7 Hệ thống 4 phương trình trên đây chứa 4 ẩn số dòng điện là . I A, , . I B, . I rα, . I rβ. Giải hệ thống bốn phương trình này sẽ tìm được dòng điện trong các cuộn dây. Khi đó mô men điên từ được tính theo biểu thức sau: Mdt= 0 2 ω r [γ(I2rα +I2r β ) + 2Irα Ir β sinϕ r] trong đó ϕ r là góc lệch pha thời gian giữa Irα ,Ir β . Mặc dù phương pháp này có nhiều hơn phương pháp phân lượng đối xứng song không thấy rõ ảnh hưởng trực tiếp đến mô men điện từ. Đồ án tốt nghiệp 8 PHẦN II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA ĐIỆN DUNG DÙNG CHO QUẠT CHƯƠNG 1 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU VÀ THÔNG SỐ PHA CHÍNH - Các yêu cầu đặt ra cho động cơ không đồng bộ công suất nhỏ thường mâu thuẫn với nhau, vì vậy việc xác định kích thước chủ uếu trở nên phức tạp. 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. 1. Tốc độ đồng bộ của động cơ nđb= 15002 50.60.60 == p f vòng/phút trong đó : p :Số đôi cực p= 2 f: Tần số nguồn 2. Đường kính ngoài stato Trong thực tế hiẹn nay đối với loại quạt công suất này người ta thường chế tạo với dường kính : Dn=7,9 cm. 3. Đường kính trong stato D = kD.Dn = 0,6.168 = 100,8 (mm) Trong đó : kD:Hệ số kết cấu kD = (0,485 – 0,615) với 2p = 4. Trong trường hợp bài toán này ta chọn kD = 0,58. Đồ án tốt nghiệp 9 4. Bước cực stato áp dụng công thức: τ )(11,36 2.2 46. .2 . mm p D === ππ ≈ 36 (mm) 5. Chiều dài tính toán của stato l = λ.D = 0,391.46 = 18 (mm) Trong đó: λ:Hệ số kết cấu, là tỷ lệ chiều dài lõi sắt stato với đường kính trong λ = (0,22 – 1,57) :Theo tài liệu I Trong tính toán trên ta chọn λ = 0, 391; 6. Chiều dài khe hở không khí Để giảm nhỏ dòng điện không tải và nâng cao cosϕ ,khe hở không khí thường chọn nhỏ, nhưng khe hở không khí càng nhỏ thì vấn đề công nghệ không đáp ứng được và làm tăng sóng bậc cao lên. Khe hở không khí trong máy điện công suất nhỏ thường chọn trong khoảng sau: δ =0,2-0,3 (mm). Ta dùng kết cấu ổ đỡ là bạc đỡ,do có khả năng bị lệch tâm nên lấy lớn một ít ta chọn δ = 0,3 mm. 7. Đường kính ngoài lõi sắt rôto D’ = D – 2.δ = 1046– 2.0,3 = 45,4 (mm) 8. Đường kính trục rôto dt = 0,3.D = 0,3.46 = 13,8 (mm) Chọn dt =14 (mm). Đồ án tốt nghiệp 10 Việc chọn số rãnh stato Zs của động cơ điện dung và số rãnh rôto Zr có quan hệ mật thiết với nhau, khi chọn ta phải xét đến các mối quan hệ sau: + Trên đặc tính mômen M = f(n) không có chỗ lõm nhiều do những mômen 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 phần răng sinh ra nhỏ nhất. 9. Với những lý do trên ta quyết định chọn số răng như sau: Với 2p = 4 ta có Zs = 16; Zr = 17. Sự tương ứng giữa Zs và Zr theo bảng 2.1 trang 29 tài liệu [I] 10. Trong động cơ điện dung, thường số rãnh của hai pha dưới mỗi cực bằng nhau. 2 2.2.2 16 ..2 ==== pm Zqq sBA 11. Chọn dây quấn Chọn dây quấn 1 lớp, đồng tâm phân tán hai mặt phẳng Dây quấn bước đủ y=τ = Zs/2.p =16/4 = 4 1 2 3 4 5 6 87 9 10 11 12 13 14 15 16 B A Y X Đồ án tốt nghiệp 11 12. Hệ số dây quấn stato 924,0 2.4 1.sin.2 707,0 .4 .sin. 707,0 === πνπ q q kdq ở đây : ν = 1- bậc của sóng cơ bản 13. Từ thông khe hở không khí φδ = αδ.τ.l.Bδ.10-4 = 0,64.3,6.1,8.0,5.10- 4 = 2,0736.10-4 (Wb) Trong đó: αγ:Hệ số cung cực từ, αγ =0,64 Bδ - từ thông khe hở không khí: Bδ = (0,3 - 1)T, ta chọn Bδ = 0,5T; 14. Số vòng dây sơ bộ của cuộn chính 52,3620 924,0.10.0736,2.50.11,1.4 220.7,0 ....4 . 4 === − dqAs Edm sA kfk kUW δφ (vòng) Trong đó: Uđm-điện áp pha định mức ks :hệ số sóng phụ thuộc vào độ bão hoà răng stato và rô to. ks= 1,11 là trị số ở sóng cơ bản kE = dm dm U E = (0,7 ÷ 0,9); ở đây ta chọn kE = 0,7; 15. Số thanh dẫn trong rãnh 13,905 2.2 52,3620.1 . . === qp W au sAsA (vòng) quy chuẩn uaA = 905 (vòng) Trong đó a:số mạch nhánh song song ,chọn a=1. Tính lại: 3620905.2.2.1...1 === sAsA uqpaW (vòng) Đồ án tốt nghiệp 12 16. Dòng điện định mức 186,0 220.2.38,0 22 .2.cos. === dmIIII dm dmA U PI ϕη (A) Theo yêu cầu thiết kế: ηII.cosϕII = 0,38 17. Tiết diện dây quấn chính sơ bộ )(031,0 6.1 186,0 . 2mm Ja IS dmsA === Trong đó: Idm- Dòng điện pha định mức. a:số mạch nhánh song song , a=1. J - mật độ dòng điện J = (6 ÷ 8,5) A/mm2, ở đây ta chọn J = 6 A/mm2. Ta quy chuẩn ssA = 0,0314 mm2. Do cách điện là cấp B nên ta chọn loại dây men chịu nhiệt Π∋TB Dựa vào phụ lục II trong tài liệu [I] ta chọn được: - Đường kính chuẩn của dây dẫn không cách điện d = 0,20 mm; - Đường kính chuẩn của dây dẫn kể cả cánh điện dcđ = 0,23 mm. 18. Bước răng stato. )(03,9 16 46.. mm Z Dt s s === ππ 19. Bước răng rôto )(39,8 17 4,45.'. mm Z Dt r r === ππ CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC RĂNG RÃNH STATO Đồ án tốt nghiệp 13 1. Chọn loại thép Ta chọn thép cán nguội kí hiệu 2211. Chiều dày lá thép là 0,5 mm có hệ số ép chặt kc = 0,97. 2. Xác định dạng rãnh stato Stato của động cơ điện dung có thể dùng cho các dạng rãnh sau: - Hình qủa lê. - Hình nửa quả lê. - Hình thang. Với các dạng rãnh này chiều rộng răng sẽ đều suốt cả chiều cao rãnh. Rãnh hình quả lê có khuôn dập đơn giản nhất, từ trở ở đáy rãnh so với 2 rãnh kia nhỏ hơn vì vậy đơn giản được sức từ động cần thiết trên răng. Rãnh hình nửa quả lê có diện tích lớn hơn dạng rãnh hình quả lê. Diện tích rãnh dạng hình thang lớn nhất nhưng tính công nghệ kém hơn dạng rãnh nửa quả lê. 3. Với căn cứ như vậy ta chọn rãnh hình nửa quả lê 4. Chiều cao miệng rãnh Theo tài liệu [I] thì chiều cao miệng rãnh h4s = (0,5 ÷ 0,8)mm. Ta chọn h4s = 0,8 mm. 5. Chiều rộng miệng rãnh b4s =dcd + (1,1- 1,5) (mm) =0,22+ (1,1 –1,5) (mm) Trong đó: dcd là dường kính dây dẫn kể cả cách điện của dây quấn stato d1s b4s h4s hr s h1 2s b2 Đồ án tốt nghiệp 14 Ta lấy b4s = 1,5 mm. 6. Kết cấu cách điện rãnh Dùng giấy cách điện có bề dày c = 0,5 mm. 7. Chiều rộng răng stato ( Sơ bộ) Được xác định theo kết cấu, tức là xét đến: • Độ bề của răng; • Giá thành của khuôn dập; độ bền của khuôn; • Đảm bảo mật độ từ thông qua răng nằm trong phạm vi cho phép, thường Bzs≤ 2 T. bzs )(32,397,0.4,1 03,9.5,0 . . mm kB tB czs s === δ Trong đó: Chọn mật độ từ thông răng stato Bzs = 1,4 (T). Hệ số ép chặt kc =0,97. 8. Chiều cao gông stato. Chiều cao này bị hạn chế bởi mật độ từ thông cho phép trên gông: hgs )(312,52 16.32,3.2,0.2,0 mm p Zsbzs === Chọn hgs =5,3 (mm). 9. Đường kính phía trên stato Đối với rãnh hình nửa quả lê: ( ) ( ) )(49,7 16 16.32,38,0.246...2. 4 1 mmZ ZbhD d s szss s =− −+=− −+= π π π π Chọn d1s =7,5 (mm). 10. Chiều rộng rãnh dưới stato b2 ( ) ( ) )(1,1032,3 24 3,5.279..2. mmb Z hD zs s gsn =−−=−−= ππ Đồ án tốt nghiệp 15 11. Chiều cao rãnh stato. Đối với rãnh hình nửa quả lê: )(2,11 2 3,5.24679 2 .2 mm hDD h gsnrs =−−= −−= 12. Chiều cao phần thẳng của rãnh. h12s = hrs – 0,5.(d1s + 2.h4s) = = 11,2 – 0,5.(7,5 + 2.0,8) = 6,65 (mm) 13. Sau khi chọn kích thước rãnh thì kích thước thực của gông stato là: )(3,52 2,11.24679 2 .2 mmhDDh rsngs =−−=−−= b2=10.1 h1 2s = 6. 65 hr s= 11 .2 h4s=0.8 b4s=1.5 d1s=7.5 Đồ án tốt nghiệp 16 14. Bình quân bề rộng răng stato: b’zs ( ) ( ) )(3134,35,7 16 8,0.25,746..2. 1 1 mmd Z hdD s s rss =−++=−++= ππ b’’zs = ( ) ( ) )(3235,31,10 16 3,5.279..2. 2 mmbZ hD s gsn =−−=−− ππ Bình quân: bzs = )(32,32 3235,33134,3 2 zs'b' zsb' mm=+=+ 15. Diện tích rãnh stato ( ) )(6,801,105,7.65,6.5,0 8 5,7. ).(.5,0 8 . 2 2 2112 2 1 mm bdh d S ss s rs =++= =++= π π 16. Kiểm tra hệ số lấp đầy 65,0 1,74 23,0.905 22. === r cdrA ld S duk Trong đó: Diện tích cách điện rãnh Scd= c.(d2s + 2.hrs)= 0,5.(10,1 + 2.11,2)=6,5 (mm2) Diện tích rãnh có ích Sr = Srs – Scd = Srs – c.(d2s + 2.hrs) = = 80,6 – 6,5 = 74,1 (mm2) Đồ án tốt nghiệp 17 CHƯƠNG 3 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC RĂNG RÃNH RÔTO 1. Rãnh rô to có dạng tròn, quả lê. Thường là rãnh miệng kín để đảm bảo độ bền của khuôn dập và tiện cho việc đúc nhôm. Theo quan điểm về chế tạo khuôn dập thì rãnh tròn đơn giản nhất nhưng tiết diện thanh dẫn rôto có thể không đủ.Do đó thường chọn rãnh quả lê,với dạng này thì chiều rông răng được đều theo chiều cao của rãnh hơn. 2. Chọn rãnh hình quả lê 3. Chiều cao miệng rãnh. Đối với động cơ công suất nhỏ,để đảm bảo độ bền của khuôn dập, chiều cao miệng rãnh nhỏ nhất lấy vào khoảng h4r = (0,3 ÷ 0,4) mm Ta chọn h4r = 0,4 mm 4. Chiều rộng miệng rãnh b4r = (1 ÷ 1,5) mm Chọn b4r = 1 mm 5. Làm rãnh nghiêng ở rôto và chọn thanh dẫn bằng nhôm nhằm làm giảm tiếng ồn và mômen ký sinh. bn h4r b4r d2r d1r h1 2r Đồ án tốt nghiệp 18 6. Hệ số dây quấn rôto 9974,0 795,0 2 795,0sin.22sin.2 = ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ = ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ == n n ndqr kk α α Trong đó: nα : góc ở tâm rãnh nghiêng )(328,047,0. 18 .2.2...2 radian Z p n r n === πβπα βn:Độ nghiêng rãnh biểu thị bằng phân số của bước răng stato 076,1 39,8 03,9 ==== r s r n n t t t bβ bn - độ nghiêng của rãnh tĩnh theo cung tròn của rôto và nghiêng 1/16 vòng tròn nghĩa là một bước rãnh stato⇒ bn=ts=9,03 (mm) 7. Dòng điện tác dụng trong thanh dẫn rôto )(27,138 974,0.17 924,0.3620.2.2.186.0.92,0 . ...2.. A kZ kWmIk I dqrr dqAsAdmI td === Ta có quan hệ kI = f(cosϕ), cosϕ = 0,9 , tra hình 10.5 tài liệu [I] ta có kI = 0,92. 8. Bề rộng răng rôto bzr )(3,397,0.3,1 39,8.5,0 . . mm kB tB czr r === δ Trong đó : αn bnnnnnnnnbnn d 53.45091875 Đồ án tốt nghiệp 19 Bzr-Mật độ từ thông răng stato,chọn Bzr =1,3 (T). Kc-Hệ số ép chặt,kc 9. Đường kính phía trên rôto ( ) ( ) )(168,4 17 17.3,34,0.23,0.246...2.2. 4 1 mmZ ZbhDd r rzrr r =+ −−−=+ −−−= π π π δπ Chọn d1r =4,2 (mm) 10. Đường kính phía dưới rôto Chọn d2r =2,4 (mm) 11. Chiều cao phần thẳng rãnh rôto ( ) ( ) )(77,44,23,3.182,43,0.246.5,0 ..2.2.5,0 24112 mm dbZhdDh rzrrrrr =⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ +−−− =⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ +−−−−= π πδ Chọn h12r =4,8 (mm). 12. Chiều cao rãnh rôto hrr = h12r + 0,5.(d1r + d2r) + h4r = (mm) = 4,8 + 0,5.(4,2 + 2,4) + 0,4 = 8,5 (mm) 13. Vì rãnh hình quả lê nên chiều cao tính toán của răng rôto khác với chiều cao tính toán của rãnh rôto (hzr # hrr). hzr = hrr – 0,1.d2r = 8,5 – 0,1.2,4 = 8,26 (mm) h1 2r = 4. 8 d1r=4.2 d2r=2.4 b4r=1 h4r=0.42 Đồ án tốt nghiệp 20 14. Chiều cao gông rôto. )(61,826,8 2 6/14.53,0.246 2 6/.5.2 mmh dD h zr t gr =−−−=−−−= δ 15. Diện tích rãnh rôto. ( ) ( ) ( ) ( ) )(02,254,22,4.8,4.5,04,22,4. 8 ..5,0. 8 222 2112 2 2 2 1 mm ddhddS rrrrrrr =+++= =+++= π π 16. Dòng điện trong vòng ngắn mạch )(191 17 2.sin.2 27,138 .sin.2 A Z p II r td v = ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= ππ 17. Mật độ dòng điện trong vòng ngắn mạch Jv = (0,6 ÷ 0,8)Jtd = (0,6 ÷ 0,8).(2 ÷ 3) A/mm2 Chọn Jv = 2,5 A/mm2 18. Tiết diện vành ngắn mạch )(4,76 5,2 191 2mm J IS v v v === 19. Chiều cao vành ngắn mạch bv≥1,2h12r=1,2.8,5=10,2 Chọn bv = 11 mm )(95,6 11 4,76 mm b Sa v v v === Chọn av = 7 mm. 20. Tiết diện vành ngắn mạch sau khi đã làm tròn Sv = av.bv = 7.11= 77 (mm2) Đồ án tốt nghiệp 21 21. Mật độ dòng điện lúc này )A/mm(48,2 77 191 2=== v v v S IJ 22. Đường kính vành ngắn mạch Dv = D – av – 2.δ = 46 -7 – 2.0,3 = 38,4 (mm) CHƯƠNG 4 XÁC ĐỊNH TRỞ KHÁNG STATO VÀ RÔTO 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, điện kháng dây quấn stato và rôto là rất quan trọng. 1. Chiều dài phần đầu nối của dây quấn stato lđ = kI.τy +2.B =1,3.3,37 +2.1 =6,38 (cm) Đồ án tốt nghiệp 22 trong đó: kI - hệ số kinh nghiệm, kI = 1,3 khi 2p =4 B – hệ số kinh nghiệm B = (0,5 ÷ 1,5), ở đây ta chọn B = 1 Vì là dây quấn đồng khuôn nên: .τy ( ) ( ) )(37,34 3. 2.2 12,16,4.. .2 . . cm p hD rs =+=+= πβπ Bước dây bình quân y=3 ; β =3/4 2. Chiều dài trung bình nửa vòng dây quấn stato ltb = lđ + l = 1,8 + 6,381 = 8,181 (cm) 3. Tổng chiều dài dây quấn stato lsA = 2.ltb.WsA.10-2 = 2.8,181.366.10-2 = 592,3 (m) 4. Điện trở tác dụng của dây quấn stato )(8,401 0314,0 3,592.10.13,2 . . 2750 Ω=== −aS lR sA sA sA ρ trong đó ρ75 = 2,13.10-2 Ω.mm2/m - điện trở suất của kim loại bằng đồng dùng trong động cơ ở nhiệt độ 750 C. 5. Điện trở stato tính theo đơn vị tương đối 34,0 8,1182 8,401* === dm sA sA R RR với: )(8,1182 186,0 220 Ω=== dm dm dn I UR 6. Hệ số từ dẫn của từ tản rãnh λrs Nó phụ thuộc vào kích thước và hình dạng rãnh cũng như loại dây quấn(một lớp hay hai lớp). Khi ta tính toán chỉ xét đến từ tản ở miệng rãnh và thành rãnh; không xét đến từ tản ở ngoài rãnh Hệ số từ dẫn rãnh hình nửa quả lê được xác định theo công thức: Đồ án tốt nghiệp 23 189,11. 5,1 8,0 5,7 55,3 5,7.2 5,1785,01. 5,7.3 10 . .2 785,0. .3 14 4 1 2 1 4 1 1 =⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ++−+= =⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ++−+= ββλ kb h d h d b k d h s s ss s s rs trong đó: Ta sử dụng dây quấn một lớp bước đủ nên ta có hệ số kβ = kβ1 = 1; h2 = bcđ - d1s/2 = 0,2 - 7,5/2 = -3,55 (mm) h1 = hrs – h4s – d1s/2 - bcđ - h2 – d2s/10 = = 11,2 – 0,8 – 7,5/2 – 0,2 –(-3,55) –4,2/10 =10 (mm) 7. Hệ số từ dẫn của từ tản tạp λt Xét đến ảnh hưởng của từ trường sóng bậc cao (sóng điều hoà răng và sóng điều hoà dây quấn) gây nên 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 λt phụ thuộc vào kích thước máy điện( bước răng, khe hở không khí) và số liệu dây quấn.Bề rộng miệng rãnh stato và rôto cũng có ảmh hưởng nhất định đến từ tản tạp (hệ số khe hở không khí kδ phụ thuộc vào bề rộng miệng rãnh). 788,181,0. 3,0.146,1.9,11 03,9. ..9,11 === ssts k t ζδλ δ Trong đó: ts = 9,03 mm; δ = 0,3 mm – bề rộng khe hở không khí; kδ = kδs.kδr = 1,091.1,05 = 1,146 – hệ số khe hở không khí; 091,1 03,9 5,103,9. 3,0 5,15 3,0 5,15 .5 5 44 4 = ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −+ + = ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+ + = s sss s s t btb b k δ δ δ Đồ án tốt nghiệp 24 05,1 39,8 139,8. 3,0 15 3,0 15 .5 5 44 4 = ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −+ + = ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+ + = r rrr r r t btb b k δ δ δ Có: Zs/Zr=16/17 và Zs/2p=16/4=4 Theo hình 4-9 tài liệu I.Tra ra sζ =0,81 8. Hệ số từ tản phần đầu nối của dây quấn stato Từ tản đầu nối cũng rất phức tạp, phụ thuộc vào loại dây quấn và góc độ nghiêng của phần đầu nối. Hệ số từ tản phần đầu nối dây quấn phân tán hai mặt phẳng: ( ) ( ) 223,16,3.64,0381,6. 83,1 2.27,0.64,0..27,0 =−=−= τλ d d ds ll q 9. Tổng hệ số từ dẫn stato ∑λs = λrs + λts + λds = 1,189 + 1,788 + 1,223 = 4,2 10. Điện kháng tản dây quấn chính stato )(66,1952,4. 2.2 8,1. 100 3620. 100 50.158,0.. . . 100 . 100 .158,0 22 Ω=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= ∑ sssAsA qplWfX λ 11. Điện kháng tản của dây quấn chính stato tính theo đơn vị tương đối 165,0 220 186.0.66,195.* === dm dm sAsA U IXX 12. Điện trở tác dụng của rôto lồng sóc pt r v t drr dssA r rk Z p rr kZ kWmr . .sin.2 . . ...4 12 2 2 22 = ⎟⎟ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎜⎜ ⎝ ⎛ += π 4 22 2 22 12 10.99,554974,0.17 924,0.3620.2.4 . ...4 === drr dssA kZ kWmk Trong đó: kds = 0,924-Hệ số dây quấn stato kdqr = kn = 0,974 – Hệ số dây quấn rôto lồng sóc khi làm rãnh nghiêng Đồ án tốt nghiệp 25 13. Điện trở của phần trở rôto lồng sóc )(10.473,0 17 2.sin.2 10.036,010.335,0 .sin.2 4 2 4 2 2 Ω=+=+= − − − ππ r v tpt Z p rrr Trong đó: sr r t S lr .75ρ= - điện trở tác dụng của thanh dẫn rôto làm bằng nhôm sr r t S lr .75ρ= = )(10.335,002,25 810,1.0465,0 4 2 Ω= − − rv - điện trở vành ngắn mạch; Srr – tiết diện thanh dẫn tác dụng rôto (mm2); lr- chiều dài tác dụng của rôto (mm). )(10.036,0 7.11 10.47,3.. 23 1 .. 10.. . 4 22 75 Ω=== − −− ππρ vvr v v baZ Dr rrA = k12.rpt = 554,99.104.0,473.10-4 = 262,51 (Ω) 14. Điện trở rôto tính theo đơn vị tương đối 222,0 220 186,0.51,262.* === dm dm rr U I rr 15. Hệ số từ dẫn tản rãnh rôto =+⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ −+⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= r r r r rr r r r rr b hk d b S d d h 4 4 1 4 22 1 1 1 . .2 66,0 .8 .1. .3 μ πλ 091,1 1 4,01. 2,4.2 166,0 02,25.8 2,4. 1. 2,4.3 76,5 22 =+⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ −+⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= π với: h1r = h12r + 0,4. d2r = 4,8 + 0,4.2,4 =5,76 (mm) kμ – hệ số cản.Đối với động cơ nhỏ kμ=1 16. Hệ số từ tản tạp rôto 336,2043,1. 05,1.3,0.9,11 839,0.. ..9,11 === r r r tr k t ζδλ δ Đồ án tốt nghiệp 26 Ta có: Vì Zr/2.p=17/2.2<5 nên: 0435,1 17/21 03,0 17.5 2.1 /1.5 .1 =−−+= =− Δ−+= π πζ rr r Zp z Z p Có: 33,3 3,0 14 ==δ rb 119,0 39,8 14 == r r t b Theo hình 4-7 tài liệu I ta tra được zΔ =0,03. 17. Hệ số từ dẫn phần đầu nối 473,0 11 2 7.2 7,34.7,4lg. 17 2.sin.2.8,1.17 47,3.