Bài giảng Kỹ thuật điện 2 - Chương 2: Động cơ không đồng bộ

Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B 
Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 1 
Chương 2: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 
I. Giới thiệu 
I.1. Cấu tạo 
Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B 
Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 2 
 Rotor dây quấn Rotor lồng sóc 
A
N
Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B 
Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 3 
 Stator cực từ ẩn Stator cực từ lồi 
 Rotor dây quấn Rotor lồng sóc 
A
B
C
N
Force
Brotating
Ir
Ring
Rotor bar
ω 
Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B 
Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 4 
Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B 
Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 5 
A
N 
Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B 
Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 6 
I.2. Từ trường quay 
A
B 
C 
N 
Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B 
Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 7 
I.3. Nguyên lý làm việc 
 ia = Im. cos(ωt) 
 ib = Im. cos(ωt – 120o) 
 ic = Im. cos(ωt – 240o) 
 [ ]000 2401200 )()()(
3
2)( jsc
j
sb
j
sas etietietiti ++=
r
Re 
Im 
β 
α
A 
B 
C 
o0je 
o120je 
o240je 
sai
r
3
2
sbi
r
3
2
sci
r
3
2
si
r
usa
ωs
rotor
stator
Pha A
Pha B 
Pha Cisc
isa
isb
Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B 
Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 8 
Force 
Brotating
Ir
Ring 
Rotor bar
ω
Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B 
Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 9 
II. Mạch tương đương 
 sI& jXs 
sE&sU&
Stator 
Rr jXr 
rE& 
Rotor đứng yên 
lock_rI&
A 
B 
C
N 
Rs sI& jXs 
sE&sU&
Stator với dòng từ hoá 
mI&
jXm 
s
R r 
jXr 
rE& 
rI&
Rotor quay quy về đứng yên 
Rs sI& jXs 
sE&sU&
Stator với dòng từ hoá 
mI&
jXm 
Rr jsXr rI&
Rotor quay 
s rE& 
Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B 
Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 10 
'
r
'
r
'
r R
s
s1R
s
R ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −+= 
Rs sI& jXs 
sE&sU&
Stator với dòng từ hoá 
mI&
jXm 
s
Rk r
2
jk2Xr 
rEk & 
Rotor quy về stator 
Rs sI& jXs 
sE&sU&
Stator với dòng từ hoá 
mI&
jXm 
s
R 'r 
jX’r 
'
rE& 
'
rI&
Rotor quy về stator 
Rs sI& jXs 
sU&
Mạch tương đương động cơ KĐB với dòng từ hoá 
mI&
jXm 
jX’r 'rI&
'
rR
'
rRs
s1− 
Rs sI& jXs 
sE&sU&
Stator với dòng từ hoá 
mI&
jXm 
s
R 'r 
jX’r 
'
rE& 
'
rI&
Rotor quy về stator 
Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B 
Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 11 
Rs sI& jXs 
sU& 
'
rI&
'
rR jX’r 
Maïch töông ñöông dạng hình Γ 
'
rRs
s1− 
RFe 
jXm 
mI&FeI&
Rs sI& jXs 
Rm
mI&
sU& 
jXm 
'
rI&
s
R 'r 
jX’r 
Mạch tương đương của động cơ KĐB 
Rs sI& jXs 
sU& 
'
rI&
'
rR jX’r 
Mạch tương đương động cơ KĐB với tổn hao sắt từ 
'
rRs
s1− 
RFe jXm 
mI&FeI&
Rs sI& jXs 
Rm
mI&
sU& 
jxm 
'
rI&
'
rR jX’r 
Mạch tương đương của động cơ KĐB 
'
rRs
s1− 
Rs jXs 
sU& 
sI&
s
R 'r
jX’r 
Mạch tương đương đơn giản của động cơ KĐB 
Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B 
Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 12 
III. Phân bố công suất và hiệu suất 
IV. Thí nghiệm không tải, thí nghiệm ngắn mạch 
IV.1. Thí nghiệm ngắn mạch 
PCus/3sI& 'rI& PCur/3
Phân bố công suất trong ĐC KĐB 3 pha 
Pc/3 
PFe/3
mI&FeI&Pin/3 
Psr/3 Pthcơ + Pout
Pin Psr=Pđt Pout 
 PCur PCus PFe Pthcơ 
Pc= Pcơ 
nU&
nI& nR jXn 
Ngắn mạch: n=0: s=1, Pcơ = 0 
Pn/3
Pn/3 
Rs sI& jXs 
Rm
mI&
sU& 
jXm 
m
'
r II && >> 'rR jX’r 
Ngắn mạch: n=0: s=1, Pcơ = 0 
'
rRs
s1− 
Rs jXs 
nU& 
nI&
'
rR jX’r 
Ngắn mạch: n=0: s=1, Pcơ = 0 
Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B 
Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 13 
IV.2. Thí nghiệm không tải 
Phân bố điện kháng tản trong các loại động cơ không đồng bộ: 
Rs sI& jXs 
sU& 
'
rI&
'
rR jX’r 
Mạch tương đương động cơ KĐB với tổn hao sắt từ 
'
rRs
s1− 
RFe jXm 
mI&FeI&
0I&
0U& 
Không tải: n→ns: s→0, Pthcơ ≠ 0 
RFe
jXm 
mI&FeI&
Pthcơ ≠0 PFe/3
P0/3 
Rs sI& jXs 
sU& 
'
rI&
'
rR jX’r 
Maïch töông ñöông dạng hình Γ 
'
rRs
s1− 
RFe 
jXm 
mI&FeI&
Rs 0I& jXs 
Rm
0I&
0U& 
jXm 
0I'r →&
Pthcơ ≠0 
Không tải: n→ns: s→0, Pthcơ ≠ 0 
PCus/3
PFe/3
P0/3 
Rs sI& jXs 
Rm
mI&
sU& 
jXm 
0I'r →&
∞→
s
Rr
'
jX’r 
Không tải: n→ns: s→0 
Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B 
Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 14 
Tỷ lệ giữa 
Xs và Xr’ 
Loại 
Động cơ Mô tả Xs X’r 
A 
Momen khởi động bình thường 
Dòng điện khởi động bình 
thường 
0,5 0,5 
B Momen khởi động bình thường Dòng điện khởi động thấp 0,4 0,6 
C Momen khởi động cao Dòng điện khởi động thấp 0,3 0,7 
D Momen khởi động cao Độ trượt cao 0,5 0,5 
Rotor dây 
quấn 
Tùy thuộc vào sự thay đổi của 
điện trở rotor 0,5 0,5 
Theo tiêu chuẩn IEEE 112 
V. Khởi động động cơ không đồng bộ 
VI. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 
Rs sI& jXs 
sU& 
'
rI&
'
rR jX’r 
Mạch tương đương động cơ KĐB 
'
rRs
s1− 
RFe jXm 
mI&FeI&
Rs sI& jXs 
sU&
mI&
jXm 
jX’r 'rI&
'
rR
'
rRs
s1− 
Rs sI& jXs 
Rm
mI&
sU& 
jXm 
'
rR
jX’r 
Khởi động: n = 0: s = 1: Is = Ist 
'
rI&
Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B 
Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 15 
Rs sI& jXs 
Rm
mI&
sU& 
jXm 
'
rI&
'
rR jX’r 
Mạch tương đương của động cơ KĐB 
'
rRs
s1− 
Rt jXt 
tU& 
tI&
s
R 'r
jX’r 
Sử dụng biến đổi Thevenin cho mạch stator 
Rs jXs 
sU& 
'
rI&
s
R 'r
jX’r 
Mạch tương đương đơn giản của động cơ KĐB 
Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B 
Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 16 
Giả sử Rm > Xm): 
( )mss
m
st XXjR
X.jUU ++=
&& và ( )( )mss
mss
ttt XXjR
X.jX.jR
X.jRZ ++
+=+= 
Tính được: ( )'rs'rs
s'
r
XXj
s
RR
U
I
++⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ +
= 
Momen quay ( )( ) ( )2'rs
2'
r
s
'
r2
s
s
đt
s
dt
s
dtc
XX
s
RR
s
R
U3
1T
P
s1
Ps1P
T
++⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ +
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
===−
−== ωωωω 
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
s
T e
 (
N
m
)
Độ trượt tới hạn: sp ứng với Tmax 0ds
dT = , hay 0
dn
dT = 
0 s1sp
Tst 
Tmax 
T 
0 nnr 
Tst
Tmax
T
ns np 
Trate
TL
A 
T 
Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B 
Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 17 
 ( )2'rs2s
'
r
p
XXR
Rs
++
= 
 ( )2'rs2ss
2
s
s
max
XXRR
U2
31T
+++
= ω 
 ( ) ( )2'rs2'rs
'
r
2
s
s
st
XXRR
RU31T +++= ω 
s
s
s
s
2
T
T
p
p
max +
= 
Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B 
Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 18 
Đặc tính momen của động cơ không đồng bộ 
Đặc tính momen – độ trượt của máy điện không đồng bộ 
ở chế độ động cơ (0<s<1) và máy phát (s<0) 
Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B 
Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 19 
VII. Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 
VIII. Các đặc tính vận hành 
IX. Tính toán thí nghiệm ngắn mạch (Blocked-rotor) ở tần số thấp fbl hơn tần 
số định mức fr (rate) (không bỏ qua điện kháng nhánh từ hóa Xm). 
Nếu trong thí nghiệm ngắn mạch không bỏ qua Xm thì phải giữ cho Xm = const, hay 
r
r
bl
bl
f
U
f
Uconst
f
U~~X ===Φ 
Rs sI& jXs 
sU&
Ngắn mạch: n=0: s=1, Pcơ = 0 
mI&
jXm 
jX’r rI&
'
rR
'
rRs
s1− 
0 n
T 
nsnp 
A1
A2 
A3 
Us giaûm
0 n
T
ns
A1
A2 
A3 
Tmax
'
rR tăng?
Pout 
I0 
Pout.r
cosϕ0 
cosϕ
Is
η
n
T
ns 
0 
Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B 
Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 20 
nbl
nbl
blblnbl I
UjXRZ =+= 
2
bls
bl
bldm I3
PRR == 2bl2nblbl RZX −= bl
bl
n
dm Xf
fX ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛= 
có: 
2
bl
2
blbl PSQ −= ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛=⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛= 2
bls
bl
bl
n
bl
bl
n
n I3
Q
f
fX
f
fX 2
bls
bl
bln I3
P
RR == 
Đã tính được nnn jXRZ += 
Với ( ) ( ) nnm'r'rssn jXRjX//jXRjXRZ +=+++= 
 ( )
( )
( ) ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
++
++++⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
+++= 2'rm2'r
'
rm
'
r
2'
r
ms2'
rm
2'
r
2
m'
rsn
XXR
XXXRXXj
XXR
XRRZ 
(xem R’r << Xm) 
 ( )
( )
( ) ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
+
+++⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
++= 2'rm
'
rm
'
r
ms2'
rm
2
m'
rsn
XX
XXX
XXj
XX
X
RRZ 
 ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
+++⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
++= 'rm
m'
rs
2
'
rm
m'
rsn XX
X
XXj
XX
X
RRZ 
2
'
rm
m'
rsn XX
XRRR ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
++= ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
++= 'rm
m'
rsn XX
X
XXX 
suy ra 
 ( )
2
m
'
rm
sn
'
r X
XXRRR ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ +−= ( ) ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
−+−= nsm
m
sn
'
r XXX
XXXX 
Vậy: 
Rs sI& jXs 
sU&
Ngắn mạch: n=0: s=1, Pcơ = 0 
mI&
jXm 
jX’r 
rI&
'
rR
Rs sI& jXsbl 
sU&
Ngắn mạch: n=0: s=1, Pcơ = 0 
mI&
jXmbl 
jX’rbl 
rI&
'
rR
Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B 
Hình vẽ Chương 2: Động cơ không đồng bộ 21 
với ( ) ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
−
−−=
n0
s0
sn
'
r XX
XX
XXX tính sX và 'rX ( sX ≈ 'rX ) 
với ( )s0m XXX −= tính ( )
2
m
'
rm
sn
'
r X
XXRRR ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ +−= 
trong đó: 
2
bl
2
blbl PSQ −= ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛=⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛= 2
bls
bl
bl
n
bl
bl
n
n I3
Q
f
fX
f
fX 2
bls
bl
bln I3
P
RR == 
Hay: 
bl
bl
bl I
UZ = 2bl2blbl
bl
n
n RZXf
fX −=⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛= 2
bls
bl
bln I3
P
RR == 
Chú ý: Khi giảm tần số thì điện kháng giảm, nên tổng trở cũng giảm theo. 
Vì vậy, để dòng điện In không quá định mức thì Un phải giảm nhiều hơn. 
Và vì từ thông không đổi nên Rm = const, trong khi Xm giảm đi, việc bỏ qua Rm dẫn 
đến sai số lớn hơn! Hơn nữa, vì Xm giảm đi nên điều kiện R’r << Xm cần phải xem 
xét. 
Rs sI& jXs 
Rm
mI&
sU& 
jXm 
m
'
r II && >> 'rR jX’r 
Ngắn mạch: n=0: s=1, Pcơ = 0 
'
rRs
s1− 
Rs jXs 
nU& 
nI&
'
rR jX’r 
Ngắn mạch: n=0: s=1, Pcơ = 0