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
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC
Trang 10
B
I
=
21 BB
II
+
;
Dòng
1
A
I
và
1
B
I
lệch pha nhau 90
0
tạo ra từ trường quay thuận.
Dòng
2
A
I
và
2
B
I
lệch pha nhau 90
0
tạo ra từ trường quay ngược.
Tổng trở thứ tự thuận của pha A:
Z
A1
= Z
SA
+ Z'
RA1
= r
A1
+ jx
A1
Trong đó:
Z
SA
= r
SA
+ jx
SA
: Tổng trở dây quấn Stato.
Z'
RA1
= r'
RA1
+ jx'
RA1
: Tổng trở mạch phân nhánh từ trường thuận.
Z
A1
= (r
A1
+ jx
A1
) = (r
SA
+ r'
RA1
) + j(x
SA
+ x'
RA1
);
22
1
s
S.x
'r
mA
RA
+α
βα
=
22
2
1
s
s).x/r(
.x.'x
RARA
RARA
+α
+α
β=
;
RAmA
RA
xx
r
+
=α
RAmA
mA
xx
x
+
=β
Tổng trở thứ tự nghịch của pha A
Z
A2
= Z
SA
+ Z’
RA2
= r
A2
+ jx
A2
Trong đó:
Z'
RA2
= r'
RA2
+ jx'
RA2
: Tổng trở mạch phân nhánh từ trường
nghịch.
=> Z
A2
= r
A2
+ jx
A2
= (r
SA
+ r'
RA2
) + j(x
SA
+ x'
RA2
)
22
2
2
2
)s(
)s.(x
'r
mA
RA
−+α
−βα
=
22
2
2
2
2
)s(
)s().x/r(
x.'x
RARA
RARA
−+α
−+α
β=
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC
Trang 11
Như vậy trong từ trường elip nói chung dòng điện thứ tự thuận và
nghịch của pha chính bằng:
1221
22
1
BABA
AB
dmA
Z.ZZ.Z
)Z.k.jZ(
.UI
+
−
=
1221
11
2
BABA
AB
dmA
Z.ZZ.Z
)Z.k.jZ(
.UI
+
+
=
Trong đó:
Z
B1
= (r
SB
+ k
2
.r'
RA1
) + j(k
2
.x
A1
- X
C
)
Z
B2
= (r
SB
+ k
2
.r'
RA2
) + j(k
2
.x
A2
- X
C
)
k: Tỷ số biến áp.
Động cơ không đồng bộ một pha với điện dung khởi động và làm việc
Nhươc điểm chung của các loại động cơ với điện trở khởi động và tụ
khởi động là chúng có chỉ số năng lượng (
η
cos
ϕ
) tương đối thấp bởi vì ở
chế độ làm việc chỉ có pha chính được nối với nguồn nên tạo ra từ trường
đập mạch không phải là từ trường quay .
Trong tất cả các trường hợp yêu cầu chỉ số năng lượng cao và đặt tính
khởi động tốt người ta thường sử dụng động cơ với tụ khởi động và tụ làm
việc . trong mạch cuộn B có hai t
ụ mắt song song với tụ làm việc C
L
luôn nối
với mạch còn cuộn khởi động C
K
chỉ nối vào mạch trong thời gian khởi động
.
Sơ đồ mắc mạch điện a, và đặt tính cơ của động cơ không đồng bộ với tụ khởi
động và tụ làm việc
I
A
I
A
U
M
a
C
L
+C
k
C
l
M
max
M
đm
I
B
C
l
K
C
K
B
S
đm
S
k
0,5
1
S
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC
Trang 12
Khi khởi động cũng như khi làm việc động cơ luôn làm việc với hai
pha do đó các cuộn dây A và B chiếm số rãnh như nhau trên stato .
N
ZA
=N
ZB
=N
ZS
/2 với N
ZS
số rãnh stato
Nhằm mục đích nhận được chỉ số năng lượng cao các thông số của
động cơ và điện dung của tụ điện làm việc cần tính chọn sao cho đảm bảo từ
trường ở chế độ định mức là từ trường tròn
K=W
B
/W
A
= tg
ϕ
Ađm
X
c
=X
Ađm
+X
Bđm
= X
Ađm
/cos
ϕ
Ađm
Trong đó :
ϕ ϕ
Ađm
, X
Ađm ,
X
Bđm
các thông số của động cơ ở tần số
quay định mức .
Điện dung của tụ khởi động chọn sao cho tổng điện dung (C
K
+C
L
) đảm
bảo được giá trị cần thiết của mômen khởi động
M
K
=(2,0__2,2)M
d
η
= (0,5__0,9)
cos
ϕ
= (0,8__0,95) M
max
=(1,8__2,5)
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 I: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU
1. Đường kính ngoài Stato:
3
44
db
SIII
D
n
n A.B
P.P
K
D
λ
=
δ
Trong đó:
-
D
n
D
K0,65
D
==
: hệ số tỷ lệ giữa hai đường kính trong và đường kính ngoài
- 2p = 4: Số cực
-
l
0,85
D
λ= =
: Hệ số tỷ lệ giữa chiều dài lõi thép với đường kính
trong.
- Chọn tải đường:
A = 210 (A/cm
2
): tải đường
B
δ
= 0,55 (T): Mật độ từ thông khe hở không khí
Công suất định mức của động cơ điện 3 pha đẳng trị
P
dmIII
= β
1
.P
đm
= 1,4. 90 = 126 W:
Trong đó β
1
= 1,4 (Trang 19 tài liệu 1)
η
III
cosϕ
III
= 0,44: Hiệu suất điện năng (tra hình 1-1 trang 20- Sách động
cơ không đồng bộ 3 pha, 1 pha - TG- trần Khánh Hà - NXB Khoa học kỹ
thuật).
dmIII
SIII
III III
P
126
P 286,36(W)
.cos 0,44
===
ηϕ
Vậy:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐIỆN DUNG LÀM
VIỆC
Trang 14
3
n
44 286,36.2
D10,6(cm)
0,65 0,55.210.0,85.1500
==
Căn cứ vào bảng đường kính ngoài tiêu chuẩn theo chiều cao tâm trục
trang 20- Sách Động cơ KĐB ba pha, 1 pha công suất như TG. Trần Khánh
Hà - NXB KHKT.
Ta chọn:
D
n
= 10,0 (cm) = 100 (mm)
2. Đường kính trong Stato:
D = K
D
. D
n
= 0,65 . 10 = 6,5 (cm)
Lấy D = 6,5 (cm) =65(mm)
3. Bước cực:
.D .6,5
5,1(cm) 51(mm)
2P 4
ππ
τ= = = =
Chọn τ
1
= 5,1(cm)
Trong đó: p=2 : số đôI cực từ
4. Chiều dài lõi sắt Stato và rôto:
Chiều dài lõi sắt stato tính toán được xác định theo hệ số kết cấu λ với
λ = 0,85.
Ta có: l
s
= l
R
= λ.D = 0,85. 5,1 = 5,52 (cm) = 55,2(mm)
Trong đó : λ =0,85
5. Khe hở không khí:
Chọn khe hở không khí :khe hở không khí càng nhỏ thi cosϕ càng
lớn.Tuy nhiên nếu khe hở không khí δ qua nhỏ thì vấn đề công nghệ không
đáp ứng được và làm tăng sóng bậc cao lên.Với động cơ điện công suất nhỏ,
thường chọn khe hở không khí δ =0,2÷0,3 (mm)
Ta chọn δ = 0,3 (mm) = 0,03 (cm)
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét