Tính ton và thiết kế truyền Động Điện cho một cơ cu my bơm nước cao tâng dùng Động cơ ac một pha

Tổng quan về động cơ điện AC một pha Giới thiệu động cơ điện AC một pha  Khái niê m: + Động cơ điện 1 pha còn được gọi là motor điện 1 pha là loại động cơ mà dây quấn stato chỉ bao g

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CÔNG SUT

ĐỀ TÀI:

TÍNH TON VÀ THIẾT KẾ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CHO MỘT CƠ CU MY BƠM NƯỚC CAO TÂNG DÙNG ĐỘNG CƠ AC MỘT PHA

GVHD: Th.S DƯƠNG QUANG THIỆN

LỚP HP:

Đà Nẵng, ngày … tháng … năm 2023

Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật

Khoa Điện – Điện tử

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

-o0o -NHIỆM VỤ Đ N MÔN HỌC TRUYỀN ĐÔNG ĐIỆN

Họ và tên sinh viên: MSV: Lớp:

LÊ PHI VŨ 21115055120176

GVHD: Dương Quang Thiện

1.Tên đề tài:

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CHO MỘT CƠ CẤU MÁY BƠM NƯỚC CAO TÂNG DÙNG ĐỘNG CƠ AC MỘT PHA

2 Yêu cầu cụ thể

2.1 thiết kế ban đầu

Xác định cơ cấu cần được kéo bởi động cơ AC Xác định các thông số kỹ thuật như tỷ lệ truyền

mômen xoắn yêu cầu và vận tốc hoạt động, các chế độ làm việc

Lựa chọn động cơ AC phú hợp với yêu cầu

Tính toán mômen xoắn và công xuất cần thiết để bơm hợt động ở các tải khác nhau

2.2 Hệ thống điều khiển:

Thiết kế hệ thống điều khiển để kiểm soát tốc độ vs mômen xoắn của động cơ AC.

Tích hợp cảm biến để đảm barp chính xác an toàn trong quá trình làm việc

2.3 Nguồn năng lượng

Xác định nguồn cung cấp năng lượng cho động cơ AC (ví dụ: pin sạc, nguồn điện)

2.4 Tính chọn các thiết bị bảo vệ

Xem xét việc thêm tính năng như chức năng đảo chiều, điều chỉnh tốc độ,v.v

Đảm bảo rằng hệ thống có các biện pháp an toàn đối với người sữ dụng

Xem xét việc tính hợp cảm biến an toàn

3 Sản phẩm

chương trình mô phỏng hệ truyền động điều khiển động cơ AC cho cơ cấu máy bơm nước cao tầng theo yêu cầu; hoặc mô hình mạch thật với thông số nhỏ

4 Tài liệu tham khảo:

Các tài liệu môn học

Kiểm tra tiến độ đồ án Đà Nẵng, ngày tháng năm 202

(Giáo viên HD ký mỗi lần SV đến Giảng viên hướng dẫn

gặp thông qua đồ án)

GVHD: DƯƠNG QUANG THIỆN 2 | P a g e

Trong công cuộc xây dựng và phát triển đất nước ta đang bước vào thời kỳ công

nghiệp hoá - hiện đại hoá với những thành tựu đã đạt được cũng như những khó khăn

thách thức đang đặt ra Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ nói chung

và những kỹ sư

nghành tự động hoá nói riêng nhiệm vụ hết sức quan trọng Đất nước đang cần một đội

ngũ lao động có trí thức cũng như lòng nhiệt huyết để phục vụ và phát triển đất nước

Sự phát triển nhanh chóng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật nói chung và

trong lĩnh vực điện - điện tử nói riêng làm cho bộ mặt của xã hội thay đổi từng ngày.

Trong hoàn cảnh đó, để đáp ứng được những điều kiện thực tiễn của sản xuất đòi hỏi

những người kĩ sư điện tương lai phải được trang bị những kiến thức chuyên nghành

một cách sâu rộng.

Em đã được giao cho làm đồ án môn học với nội dung đề tài

“Thiết kế hệ

truyền động điện cho một cơ cấu máy bơm nước cao tầng dùng động cơ AC 1 pha

Sau một thời gian liên tục được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn

và các thầy cô trong bộ môn, sự đoàn kết giúp đỡ của các bạn trong lớp Đến nay bản

thiết kế của em đã hoàn thành.

Qua đồ án này em gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong bộ môn

đã tận tình

hướng dẫn để em hoàn thành bản thiết kế này Đồng thời em gửi lời cảm ơn sâu sắc tới

thầy giáo Th.s Dương Quang Thiện , người đã trực tiếp ra đề tài

và hướng dẫn em trong

suốt thời gian qua.

Mặc dù được sự chỉ đạo sát sao của thầy giáo hướng dẫn hết sức nỗ lực cố

GVHD: DƯƠNG QUANG THIỆN 3 | P a g e

gắng Song vì kiến thức còn hạn chế,điều kiện tiếp xúc thực tế chưa nhiều Nên bản

thiết kế không tránh khỏi những thiếu sót nhất định Em mong tiếp tục được sự chỉ bảo

của các quý thầy cô, sự góp ý chân thành của các bạn.

Em xin chân thành cảm ơn !

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN AC MỘT PHA

1.1 Tổng quan về động cơ điện AC một pha

Giới thiệu động cơ điện AC một pha

 Khái niê m:

+ Động cơ điện 1 pha (còn được gọi là motor điện 1 pha) là loại động cơ mà dây quấn stato chỉ bao gồm có 1 cuộn dây pha, còn nguồn cấp chính là 1 dây pha và 1 dây nguội (có thêm tụ điện để làm lệch pha) Tuy nhiên, nếu chỉ có

1 cuộn dây pha thì khi đó động cơ sẽ không thể tự mở máy được, vì từ trường

1 pha lại chính là từ trường đập mạch.b

+Để động cơ 1 pha có thể mở máy lên được, các bạn có thể dùng nhiều phương pháp khác nhau Động cơ điện không đồng bộ (ký hiệu là KDB) 1 pha motor điện 1 pha thường được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống, trở thành 1 phần không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực khác nhau, chẳng hạn như: máy nén khí, tời kéo, máy bơm nước, dụng cụ cầm tay,…b

- Mômen điện từ tính theo công thức:

- Phương trình cân bằng điện áp của động cơ:

- SĐĐ phần ứng động cơ điện một chiều tính theo công thức:

1.2 Cấu tạo và hoạt động của động cơ điện AC một pha

Cấu tạo:

GVHD: DƯƠNG QUANG THIỆN 4 | P a g e

+ Cơ cấu của động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) 1 pha còn tùy theo kiểu loại vỏ bọc là loại kín hoặc hở, là do hệ thống làm mát sử dụng cánh quạt thông gió đặt ở bên trong hay đưa ra bên ngoài động cơ

+ Nhìn chung, motor điện 1 pha có 2 phần chính, đó là phần tĩnh và phần quay

Phần tĩnh: Hay còn có tên gọi là stato, bao gồm 2 bộ phận chủ yếu là lõi thép và phần dây quấn.

 Lõi thép: Đây là bộ phận dẫn từ của máy, chúng có hình dạng trụ rồng, lõi thép được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện có độ dày 0.35 0.5mm, được dập theo hình vành khăn, còn phía trong có xẻ rãnh để có thể đặt dây quấn và được sơn phủ kín vào trước khi khép lại

GVHD: DƯƠNG QUANG THIỆN 5 | P a g e

 Dây quấn: Dây quấn stato được làm bằng dây đồng hoặc là sợi dây nhôm (loại dây email)

và được đặt trong các rãnh bên trong của lõi thép Ngoài hai bộ phận chính này còn có các bộ phận phụ, có công dụng bao bọc lõi thép chính là vỏ máy được làm bằng nhôm hoặc bằng gang, có thể dùng để giữ chặt lõi thép phía dưới là chân đế nhằm mục đích bắt chặt vào bệ máy, đồng thời 2 đầu có 2 chiếc nắp được làm bằng vật liệu cùng loại với phần vỏ máy, trong nắp còn có ổ đỡ (hay còn gọi là bạc) dùng để đỡ cho trục quay của roto

Phần quay của motor điện 1 pha, hay còn có tên gọi là roto, bao gồm có:

 Lõi thép: Có dạng hình trụ được chế tạo bằng các lá thép kỹ thuật điện, được dập thành hình dĩa và ép chặt lại, ở trên mặt có các đường rãnh để có thể đặt các thanh dẫn hoặc cuộn dây quấn Lõi thép cũng được ghép chặt vào trục quay và đặt trên 2 ổ đỡ của bộ phận stato

 Dây quấn: Trên rôto có 2 loại là rôto lồng sóc và cuộn roto dây quấn Loại rôto dây quấn

có cuộn dây được quấn giống như bộ phận stato, loại này có ưu điểm là mô men quay lớn nhưng kết cấu lại rất phức tạp và giá thành cũng tương đối cao

 Loại rôto lồng sóc: Kết cấu của loại này rất khác biệt so với dây quấn của stato Nó được chế tạo bằng cách đúc nhôm cho vào các rãnh của roto, từ đó tạo thành các thanh nhôm, đồng thời được nối ngắn mạch ở 2 đầu và còn được đúc thêm các cánh quạt để có thể làm mát bên trong mỗi khi roto quay

+ Phần dây quấn của động cơ xoay chiều 1 pha được tạo từ các thanh nhôm và 2 vòng ngắn mạch có hình dạng trông giống như một cái lồng nên người ta còn gọi là rôto lồng sóc Các đường rãnh trên phần roto thông thường được dập xiên với cái trục, nhằm cải thiện các đặc tính

mở máy Đồng thời, giúp giảm bớt hiện tượng rung chuyển do lực điện từ trong động cơ sẽ tác dụng lên rôto một cách không liên tục

+ Phần cố định của động cơ xoay chiều 1 pha gồm có: vỏ máy, lõi sắt, nắp máy, cuộn dây stato và chụp che quạt… Bộ phận quay gồm có: lõi thép quay, cuộn dây rôto (thông thường có dạng lồng sóc), trục quay, ổ trục, cánh quạt và công tắc ly tâm hoặc rơle Ngoài ra, còn có tụ điện (tụ điện khởi động hoặc tụ điện quay và động cơ điện hai trị số điện dung), biển nhãn hiệu và tổ hợp nối dây của động cơ,…

1 Vỏ máy motor điện 1 pha

Vật liệu vỏ máy của phần cố định thường chế tạo bởi tấm thép, nhôm đúc hoặc gang Tác dụng của vỏ máy dùng để giữ lõi sắt của stato, chụp đầu và mômen ngược chịu phụ tải, vỏ máy làm thành dạng có hình đậy kín, mở ra và phòng hộ Vật liệu chế tạo vỏ máy thường dùng tấm thép dày 1,2÷2mm cuốn thành, mục đích là để giảm giá thành sản phẩm, ưu điểm của vỏ máy đúc bằng nhôm là có trọng lượng nhẹ Đối với những vỏ máy có kích thước lớn thường dùng vỏ gang, tiện lợi khi gia công, giảm được chấn động, tăng được tính ổn định của vỏ máy

2 Lõi thép stato

GVHD: DƯƠNG QUANG THIỆN 6 | P a g e

Lõi thép stato được cấu tạo bởi những lá tôn silic dày khoảng 0,35÷0,5mm xếp chồng lên nhau Đầu tiên dùng cách dập nguội những lá tôn silic đó Sau đó, xếp các tấm đó lại với nhau rồi dùng đinh rivê tán ép chặt lại; cũng có thể dùng biện pháp hàn hồ quang khí Ác-gông Arg để cố định các lá tôn silic vào nhau hoặc còn có cách ép dập trực tiếp các lá tôn silic chặt trong vỏ hợp kim nhôm (Dura)

3 Cuộn dây stato động cơ điện 1 pha

Thông thường có hai bối dây, một bối dây chính gọi là cuộn dây làm việc và một bối dây phụ, còn gọi là cuộn dây khởi động, chúng được đặt lệch nhau trong không gian một góc 90º Như động cơ điện trong máy giặt quần áo, yêu cầu về đường kính, số vòng dây và cuộn dây của hai cuộn dây chính và phụ hoàn toàn như nhau để khi động cơ điện quay thuận và quay ngược thì hai cuộn dây này đổi cho nhau Khi quay thuận (theo chiều kim đồng hồ) thì cuộn dây chính làm việc, cuộn dây phụ khởi động, khi quay ngược, cuộn dây chính biến thành cuộn dây phụ và cuộn dây phụ biến thành cuộn dây chính Thông thường đối với động cơ điện một pha, số vòng của dây êmay các cuộn dây chính và phụ không giống nhau, đường kính của cuộn dây phụ thường nhỏ hơn

4 Nắp máy

Vật liệu dùng làm nắp máy và vỏ máy giống nhau, yêu cầu dung sai lắp ghép của nắp máy phải chính xác, độ đồng tâm cao phải phù hợp với yêu cầu, ngoài ra, phải cứng vững (độ chắc chắn) bảo đảm cho rôto hoạt động Khe hở (giữa rôto và stato) của động cơ điện không đồng bộ một pha là 0,2÷0,3mm Khi lắp ráp và sửa chữa nếu không chính xác hoặc khi tháp lắp bị va đập vào nắp máy làm cho biến dạng đều sẽ ảnh hưởng tới mức độ của khe hở Từ đó, dẫn tới làm cho rôto và stato khi làm việc sẽ cọ sát vào nhau

5 Lõi thép rôto

Lõi thép rôto cũng được chế tạo bằng cách ép chồng những lá tôn silic mà thành, khác với lõi thép stato là ở chỗ các rãnh được dập nghiêng để giảm thiểu sự chấn động và tiếng ồn; đối với rãnh kín yêu cầu cách điện của các lá tôn silic không cao lắm, có thể không cần phải quét lớp sơn cách điện

6 Cuộn dây rôto

Cuộn dây rôto thường đúc bằng nhôm, sử dụng loại nhôm nguyên chất L1÷L5 Khi sửa chữa, không được tiện đứt đầu của rôto Nếu khi tiện nhỏ lại của đai đầu, điện trở của rôto sẽ tăng lên, tổn hao công suất lớn làm cho tính năng làm việc của động cơ điện xấu đi Dùng những thanh đồng thay cho thanh nhôm làm cho điện trở của rôto giảm, tổn hao công suất thấp, tổn hao đồng giảm đi, có thể nâng cao hiệu suất của động cơ điện, nhưng mômen khởi động bị hạ thấp

7 Trục quay động cơ điện 1 pha

Yêu cầu kỹ thuật đối với trục quay phải đảm bảo các kích thước, hình dáng nhất định, lại còn phải đảm bảo độ cứng bề mặt, nếu không trong khi làm việc trục quay sinh ra độ cong quá lớn GVHD: DƯƠNG QUANG THIỆN 7 | P a g e

làm cho khe hở không đều, thậm chí còn sinh ra sự cố (cọ sát) Thông thường trục quay được chế tạo bằng thép cacbon số 45, thép cacbon số 65 hoặc các loại thép đặc biệt khác

Nguyên lý hoạt đô ˜ng:

+ Muốn cho động cơ điện 1 pha làm việc, stato của động cơ cần phải được cấp 1 dòng điện xoay chiều Dòng điện chạy qua dây quấn stato sẽ tạo nên một từ trường quay nhanh với tốc độ: n = 60f/ p (vòng/ phút) Trong đó thì f chính là tần số của nguồn điện, còn p chính là số đôi cực của phần dây quấn stato

Trong quá trình quay, từ trường này sẽ liên tục quét qua các thanh dẫn của rôto, làm xuất hiện một sức điện động cảm ứng Vì dây quấn rôto đang kín mạch nên sức điện động này sẽ tạo dòng điện ở trong các thanh dẫn của rôto Các thanh dẫn có dòng điện lại nằm bên trong từ trường, nên chúng sẽ tương tác với nhau, tạo ra lực điện từ được đặt vào các thanh dẫn

Tổng hợp các lực ở trên đây sẽ tạo ra mô men quay đối với trục của roto, làm cho roto quay theo chiều cùng với chiều của từ dường Khi motor làm việc, tốc độ của rôto (n) luôn luôn nhỏ hơn tốc độ đo được của từ trường (n1).b Kết quả là rôto quay chậm lại, cho nên chúng luôn nhỏ hơn n1, vì thế nên động cơ còn được gọi tên là động cơ không đồng bộ Độ sai lệch giữa tốc độ của rôto và tốc độ từ trường còn được gọi là hệ số trượt, được ký hiệu là S, thông thường thì hệ số trượt đo được vào khoảng từ 2% 10%

Các trị số định mức

Chế độ làm việc định mức của máy điện một chiều là chế độ làm việc trong những điều kiện mà xưởng chế tạo đã quy định Chế độ đó đươc đặc trưng bằng những đại lượng ghi trên nhãn máy và gọi là những đại lượng định mức Trên nhãn máy thường ghi những đại lượng sau:

Công suất định mức: P (KW hay W);đm

Điện áp định mức: U (V);đm

GVHD: DƯƠNG QUANG THIỆN 8 | P a g e

Dòng điện định mức: I (A);đm

Tốc độ định mức: n (vg/ph).đm

Ngoài ra còn ghi kiểu máy, phương pháp kích từ, dòng điện kích từ và các số liệu về điều kiện sử dụng

Phương trình đặc tính.

Thiết kế ban đầu và tính chọn động cơ

1 Yêu cầu đặt ra: tính chọn máy bơm nước cho tòa nhà 5 tầng cao 18m Cần bơm đầy 1 bể nước 3m3 trong thời gian là 1 tiếng đồng hồ

GVHD: DƯƠNG QUANG THIỆN 9 | P a g e

- Chọn máy bơm nước AC 1 pha, điện áp 220v

- Cột áp máy bơm H= 1.5*18 =27m

- Lưu lượng máy bơm nước Qmax>=3m3

- Công suất là yếu tố ảnh hưởng đến độ mạnh yếu của máy bơm khi sử dụng.Công suất máy bơm được tính dựa trên cột cáp và lưu lượng theo công thức cụ thể như sau:

P= (Q*H*D)/(102*N)= (3/3600*27*1000)/(102*0.8)

Trong đó:

 P: Công suất máy bơm (kW)

 Q: Lưu lượng nước (m3/s)

 H: Cột áp (m)

 D: Tỷ trọng nước 1000 (kg/m3)

 N: Hiệu suất máy bơm (trong khoảng từ 0.8-0.9)

2 Hệ truyền động của máy bơm nước

Động cơ điện Đ biến đổi điện năng thành cơ năng tạo ra mômen M làm quay trục máy và các cánh bơm Cánh bơm chính là cơ cấu công tác CT, nó chịu tác động của nước tạo ra mômen MCT ngược chiều tốc độ quay của trục, chính mônem  này tác động lên trục động cơ, ta gọi nó là mômen cản MC cân bằng với mômen động cơ: M = MC thì hệ sẽ có chuyển động ổn định với tốc độ không đổi =  const.

GVHD: DƯƠNG QUANG THIỆN 10 | P a g e

- Cơ cấu được kéo bởi động cơ là cánh bơm

- Tỷ lệ truyền =1

- Các chế độ làm việc:

GVHD: DƯƠNG QUANG THIỆN 11 | P a g e