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

hông quá lâu. 
– Dòng điện mở máy phải đủ nhỏ để tránh ảnh hưởng đến sự vận hành của 
lưới điện và thiết bị đóng cắt. 
¾ Mở máy động cơ rotor dây quấn: 
 ( )2'2a12a1'mm'2 XXRRR ++=+ 
¾ Mở máy động cơ rotor lồng sóc: 
– Dùng điện kháng nối tiếp: nếu U1/k thì Imm giảm k nhưng Mmm giảm đi k2. 
– Dùng máy biến áp tự ngẫu: nếu U1/k thì Imm và Mmm đều sẽ giảm đi k2. 
– Đổi nối sao - tam giác (Y – Δ): (động cơ dây quấn stato nối Δ.) Đây là 
trường hợp đặc biệt của việc dùng máy biến áp tự ngẫu, với k = 3 , do đó 
dòng điện mở máy Imm và mômen mở máy Mmm đều giảm đi 3 lần. 
– Dùng dạng rãnh rôto đặc biệt để cải thiện đặc tính mở máy: rãnh rôto có 
thể được chế tạo dạng rãnh sâu hay lồng sóc kép, cho phép rôto có điện 
trở lớn khi mở máy (tần số dòng điện rôto cao) và điện trở đủ nhỏ khi vận 
hành bình thường (tần số dòng điện rôto rất thấp). 
V.6. Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 
1. Thay đổi số cực: 
p
f60n1 = (vòng/phút) 
2. Thay đổi tần số nguồn điện: 
p
f60n1 = (vòng/phút). 
 U1/f = const (tránh hiện tượng bão hòa mạch từ) 
3. Thay đổi điện áp nguồn điện: sth = const, Mmax thay đổi 
4. Thay đổi điện trở mạch rôto (dây quấn): sth thay đổi, Mmax = const 
Phương pháp này đơn giản, nhưng tổn hao nhiệt lớn (động cơ trung bình). 
0 n
M
n1
A1
A2 
A3 
Mmax
'
2R giảm
0 n
M 
n1nth 
A1
A2
A3
U1 giảm
Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B 
Chương 2: Động cơ không đồng bộ 8 
V.7. Các đặc tính vận hành 
Động cơ không đồng bộ trong trạng thái xác lập được đánh giá tính năng thông 
qua các đặc tính vận hành, chủ yếu là sự thay đổi của dòng điện, tổn hao, tốc độ 
khi mômen tải thay đổi, cũng như các giá trị mômen cực đại, mômen khởi động 
(mở máy) theo các quan hệ sau: 
1. Đặc tính dòng điện stato I1 = f(P2): 
U1 = const thì I0 cũng gần như không đổi và bằng khoảng (30 ÷ 50)%I1đm. 
Khi P2 tăng thì I’2 tăng và I1 cũng tăng theo. 
2. Đặc tính vận tốc n = f(P2): 
P2 tăng, mômen cản cũng tăng theo, do đó vận tốc giảm xuống. 
3. Đặc tính mômen điện từ M = f(P2): 
Mômen điện từ M tỷ lệ với công suất cơ, nếu tốc độ không đổi (s không 
đổi) thì đặc tính sẽ là đường thẳng. Nhưng khi P2 tăng thì tốc độ giảm nên 
s tăng lên, do đó mômen M tăng hơi nhanh hơn P2. 
4. Đặc tính hệ số công suất cosϕ = f(P2): 
Khi động cơ quay không tải, nhưng công suất kháng trong Xm vẫn như cũ 
nên hệ số công suất không tải cosϕ0 thấp (từ 0,15 đến 0,3). Khi tải tăng, 
P1 tăng, cosϕ tăng lên đến cosϕđm (từ 0,8 đến 0,9), sau đó giảm xuống. 
5. Đặc tính hiệu suất η = f(P2): 
n
2
02
2
P.PP
P
β++=η 
Khi P2 = 0, η = 0. P2 tăng thì Pđ1 và Pđ2 tăng theo, trong khi Ps và Pqp gần 
như không đổi; hiệu suất tăng lên đến giá trị hiệu suất định mức ηđm = 
0.75 ÷ 0.9, sau đó giảm xuống. 
Hiệu suất đạt cực đại tổn hao quay không tải (Pqp cộng với tổn hao sắt từ 
Ps) bằng tổng tổn hao phụ thuộc tải (tổn hao đồng stato Pđ1 và Pđ2). 
P2 
I0 
P2đm
cosϕ0 
cosϕ
I1
η
n
M 
n1 
0 
Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B 
Chương 2: Động cơ không đồng bộ 9 
Tóm tắc 
Tổng quan 
Khái niệm: 
 Tốc độ rotor # tốc độ từ trường quay 
Từ trường quay: 
 mB2
3B = 
p
f60n1 = (vòng/phút) p
f2
1
π=ω (rad/sec) 
Nguyên lý làm việc: 
Độ trượt:
11
1
n
n1
n
nns −=−= (< 5%) Hay ( ) 1ns1n −= 
Tốc độ trượt n2 = n1 – n = sn1 (vòng /sec) ⇒ f2 = sf (Hz) 
Mạch tương đương 
Mạch tương đương (đã quy về stator): 
 Tần số dòng điện bên trong stator: f 
 Tần số dòng điện bên trong rotor: f2 = sf 
 11111111 EIZEI)jXR(U &&&&&& +=++= 
 0mm1 I)jXR(E && += 
 222222 IZI)jXR(E &&&& =+= 
Để thiết lập mạch tương đương cần các điều kiện: điện áp, dòng điện, tần số, 
năng lượng. 
Điện áp: 
 U1 = const ≈⇒ E1 = const ⇒ Φm = const 
vì m1dq1 .fN.k.2E 1 Φπ= kdq: hệ số dây quấn phân bố 
Có m2dq2 .fN.k.2E 2 Φπ= rotor đứng yên (f = f2) 
⇒ k
Nk
Nk
E
E
2dq
1dq
2
1
2
1 == Đặt: 21'2 kEEE == điện áp rotor qui đổi 
Tần số: (qui đổi từ rotor quay về rotor đứng yên) 
 Khi rotor quay có tần số sf: 
 2m2dqm22dqs2 sE).sf(N.k.2.fN.k.2E 22 =Φπ=Φπ= 
Điện áp: 2s2 sEE = 
Tổng trở rotor: 
 Rotor đứng yên: 22222 jXRL)f2(jRZ +=π+=& 22 fL2X π= 
R1 1I& jX1 
Rm
0I&
1E&1U& 
jXm 
R2 jX2 
2E& 
2I&'2I&
Stator Rotor 
Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B 
Chương 2: Động cơ không đồng bộ 10 
 Rotor quay: 2222s2 jsXRL)sf2(jRZ +=π+=& 
 ( ) 2s222s2 EsIjsXRE &&& =+= 
 222s2222 IjXs
RIjX
s
RE &&& ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ +=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ += 
Điện trở rotor là R2, vì công suất tổn hao khi quy đổi không thay đổi nên I2 = I2s. 
Dòng điện: (qui đổi từ rotor quay về satator đứng yên) 
 Trường hợp không tải I2 = 0 (s ≈ 0), I1 = I0. 
 Trường hợp có tải: I2 # 0, I0 = const. 
Dòng điện không tải I0 gồm hai thành phần: mc0 III &&& += 
Ic cùng pha với E1, thành phần tác dụng (tổn hao mạch từ). 
Im cùng pha với Φ, thành phần từ hóa. 
Do từ thông Φm = const nên sức từ động không đổi ( )mmRNIF Φ== 
⇒ constI.N.kI.N.kI.N.k 01dq22dq11dq 121 ==− &&& 
Đặt dòng điện rotor qui đổi: 
k
II 2'2
&& = 
⇒ '201 III &&& += 
Qui đổi từ rotor quay về satator đứng yên: 
Trong đó, 21'2 kEEE == và k
II 2'2
&& = 
⇒ '2
'
2
2
22
2
22
2
'
2
'
2'
2 jXs
RjX
s
Rk
k
I
IjX
s
R
k
I
EZ +=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ +=
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ +
== &
&
&
&& 
Vậy: 11111 I)jXR(EU &&& ++= 
 '2'2
'
2'
2 IjXs
R
E && += 
R1 1I& jX1 
Gc
0I&
1E&1U& 
-jBm 
'
2I&
mI&cI&
s
R 2 
jX2 
2E& 
2I&
Qui về Rotor đứng yên 
2R jsX2 
s2E& 
s2I& 
Rotor chuyển động 
Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B 
Chương 2: Động cơ không đồng bộ 11 
 '201 III &&& += 
 mc0 III &&& += 
với '2'2
'
2 R
s
s1R
s
R ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −+= 
Mạch hình T (d), mạch hình π (b), chuyển nhánh từ hóa về trước (c). 
Thí nghiệm không tải, thí nghiệm ngắn mạch 
Thí nghiệm không tải: 
 s ≈0 ⇒ Z’2 = ∞ U1đm ⇒ I0 
 Mục đích xác định tổn hao công suất sắc từ PFe (đã trừ tổn hao cơ Pcơ): 
 P0 = PFe + Pcơ (xem tổn hao đồng không đáng kể) 
TN quay không tải:Pcơ (ma sát, thông gió, tổn hao phụ) = P cơ kéo động cơ quay. 
Tính R0 = Rm + R1: 
 từ P0 và I0. 
Tính được Ls = Lm + Lσs 
từ I0, U1đm và R0. 
Thí nghiệm ngắn mạch: 
 s = 1 I1đm ⇒ U1n 
⇒ Z2’ << Zm ⇒ Zn 
 Đo được công suất tổn hao trên stator và rotor: Pn 
Tính được Rs, Rr, Xσ = 2πf(Lσs + Lσr). 
với Rs = R1, R’r = R’2, 
 Ls =L1 = Lσs/2, Lr = L’2 = Lσs/2. 
Phân bố công suất và hiệu suất 
Phân bố công suất: 
 Công suất nguồn: 
Công suất nguồn P1 = 3.U1.I1.cosϕ 
Tổn hao đồng stator Pđ1 = 3.R1.I21 
Tổn hao sắt Ps = 3.Rm.I20 = 3.Gm.E21 
R1 1I& jX1 
Rm
0I&
1U& 
Xm 
'
2I&
'
2R jX’2 
'
2E& 
Mạch tương đương của động cơ KĐB 
'
2Rs
s1− 
R1 jX1 
1U& 
I1 
Rm
I0
I2 = 0
Xm
Rn jXn 
nU& 
İn=İ1đm 
Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B 
Chương 2: Động cơ không đồng bộ 12 
 Công suất điện từ: 
Công suất điện từ: 2'2
'
2
dt Is
R3P = 
Tổn hao đồng rotor: dt
2'
2
'
22d P.sIR3P == 
Công suất cơ: dt
2'
2
'
2co P)s1(Is
s1R3P −=−= 
 Công suất cơ hữu ích: 
Công suất cơ hữu ích: P2 = Pcơ - Pqp 
 Công suất tổn hao: 
Công suất tổn hao: Pth = Pđ1 + Ps + Pđ2 + Pqp 
Hiệu suất: 
1
th1
th2
2
1
2
P
PP
PP
P
P
P −=+==η (0.75 ÷ 0.9) 
Đặc tính cơ của động cơ không đồng bo ä 
Giả sử Rm << Xm: 
( )m
ma XXjR
XjUU ++= 1111
.&& và 
( )
( )m11
m11
a1a1a1 XXjR
X.jX.jRX.jRZ ++
+=+= 
Tính được: ( )'2a1'2a1
a1'
2
XXj
s
R
R
U
I
++⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ +
= 
Momen quay ( )( ) ( )2'2a1
2'
2
a1
'
22
a1
11
dt
1
dtco
XX
s
RR
s
RU3
1P
s1
Ps1P
M
++⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ +
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
ω=ω=ω−
−=ω= 
Độ trượt tới hạn: sth ứng với Mmax 0ds
dM = , hay 0
dn
dM = 
 ( )2'2a12a1
'
2
th
XXR
R
s
++
= 
 ( )2'2a12a1a1
2
a1
1
max
XXRR
U2
31M
+++ω
= 
 ( ) ( )2'2a12'2a1
'
2
2
a1
1
mm
XXRR
RU31M +++ω= 
s
s
s
s
2
M
M
th
th
max
mm
+
= 
Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B 
Chương 2: Động cơ không đồng bộ 13 
Mở máy động cơ không đồng bộ 
¾ Mở máy động cơ rotor dây quấn: 
 ( )2'2a12a1'mm'2 XXRRR ++=+ 
¾ Mở máy động cơ rotor lồng sóc: 
– Dùng điện kháng nối tiếp: nếu U1/k thì Imm giảm k nhưng Mmm giảm đi k2. 
– Dùng máy biến áp tự ngẫu: nếu U1/k thì Imm và Mmm đều sẽ giảm đi k2. 
– Đổi Y – Δ: biến áp tự ngẫu, với k = 3 Imm và Mmm đều giảm đi 3 lần. 
– Dùng dạng rãnh rôto đặc biệt để cải thiện đặc tính mở máy. 
Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 
1. Thay đổi số cực: 
p
f60n1 = (vòng/phút) 
2. Thay đổi tần số nguồn điện: 
p
f60n1 = (vòng/phút). 
 U1/f = const (tránh hiện tượng bão hòa mạch từ) 
3. Thay đổi điện áp nguồn điện: sth = const, Mmax thay đổi 
4. Thay đổi điện trở mạch rôto (dây quấn): sth thay đổi, Mmax = const 
Phương pháp này đơn giản, nhưng tổn hao nhiệt lớn (động cơ trung bình). 
Các đặc tính vận hành 
1. Đặc tính dòng điện stato I1 = f(P2) 
2. Đặc tính vận tốc n = f(P2) 
3. Đặc tính mômen điện từ M = f(P2) 
4. Đặc tính hệ số công suất cosϕ = f(P2) 
5. Đặc tính hiệu suất η = 
f(P2) 
n
2
02
2
P.PP
P
β++=η 
 ηmax ⇔ Pqp + Ps = Pđ1 + Pđ2. 
Bài tập: 
P2
I0 
P2đm 
cosϕ0
cosϕ
I1
η
n
M 
n1 
0
Bài giảng Kỹ Thuật Điện 2 T©B 
Chương 2: Động cơ không đồng bộ 14 
_Tất cả các ví dụ. 
_ Bài tập: (.), (-) 5.3, 5.4, 5.6, 5.14, 5.15, 5.16, 5.18, 5.21, 5.24, 5.25, 5.35, 5.41, 
5.48, (*), (**).