Bài giảng môn Máy điện - Chương 4: Máy điện không đồng bộ

= 60 f / p
• Tần số dòng điện rotor: fr = s f
• Độ trượt có giá trị thông thường từ 1 tới 5 %
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Qui đổi rotor
2e efw 
e e
e e
n n
s
n
w w
w
 
 
2
2
e e
e
e
s
s
f sf
w w w
w w
  
 
 
 2 2 2 2 2 2
2 2 | 1 2
4.44 4.44s dq e dq
s s s
E f N k s f N k
E sE sE
 

 
  
Ta có
Sức điện động trên dây quấn rotor:
Với E2 là sức điện động trên dây 
quấn rotor khi rotor đứng yên.
w2 : tốc độ từ 
trường biến thiên 
qua rotor
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Mạch tương đương
Xây dựng mạch tương đương ở tần số fe cần qui đổi các 
đại lượng ở tần số f2 về fe
 1 1 1 1 1 1 1 1U E R jX I E Z I
    
      
 2 2 2 2 2 2 2 2 0s sU E R jX I E Z I
    
     
PT cân bằng điện áp xét trên một pha dây quấn (tương đồng 
với MBA)
Stator
Rotor
 2 2 2 2 22 2s eX f L s f L sX   
2
2 2 2 0
R
E jX I
s
  
    
 
Với
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Mạch tương đương
1 1 1 2 2 2 1 1 0dq dq dqk N I k N I k N I
  
 
PT cân bằng sức từ động:
Đặt 1 1
2 2
dq
dq
k N
k
k N

2
' 2II
k


 
2
'
1 0I I I
 
  
Qui đổi
• Dòng điện
• Sđđ
• Điện trở, điện kháng
2
'
2E kE
 

2
'
2 /I I k
 

' 2
2 2R k R
' 2
2 2X k X
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Mạch tương đương
1 1 1 1U E Z I
  
  
2
2 2 2
'
' ' '0
R
E jX I
s
  
    
 
PT cân bằng điện áp xét trên một pha dây quấn sau qui đổi
Stator
Rotor
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Mạch tương đương
Mạch tương đương 
của động cơ không 
đồng bộ 
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Phân bố công suất
Giản đồ năng lượng.
P
1
=
R
e
a
l(
3
 U
1
I 1
*)
C
á
c 
tổ
n
 h
a
o
cơ
T
ổ
n
 h
a
o
 đ
ồ
n
g
 R
o
to
r
•
3
 I
R
2
R
R
T
ổ
n
 h
a
o
 đ
ồ
n
g
 S
ta
to
r
•
3
 I
S
2
R
S
Pout = ToutwmPcơ lt = Te wm
Pe = Te we
Pe = 3 IR
2 (RR / s)
Pcơ lt = 3 IR
2 RR (1- s) / s
Pout = Pcơ lt - ΔPcơ
T
ổ
n 
h
ao
 l
õ
i 
th
ép
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Đặc tính cơ
(moment-tốc độ)
• Điểm P ứng với động cơ có 
tốc độ định mức (có trên nhãn 
của động cơ)
• Đoạn OP được gọi là vùng 
hoạt động bình thường của 
động cơ
Nếu coi 
ΔPcơ=0
 
2 '
1 2
2'
2'2
1 1 2
3
2
e
U RP
T
R
s R X X
s
w

  
       
2
1
'
2
3
2 e
UP
T s
Rw

Do Zm >> Z2
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Đặc tính cơ
(moment-tốc độ)
 
 
2
'
22 '
1 1 2
2
1
ax
22 '
1 1 1 2
3
2 2
m
m
e
R
s
R X X
UP
T
R R X Xw

 

 
   
 
    
2 '
1 2
2 2' '
1 2 1 2
3
2
mm
e
U R
T P
R R X Xw

  
   
1
2 2' '
1 2 1 2
mm
U
I
R R X X

  
ax
2
mm
m
T
ssT
s s


Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Đặc tính cơ 
moment-tốc độ
Trường hợp này xảy ra khi:
• Moment lớn hơn định mức 
hoặc
• Động cơ quá tải
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Mở máy
Khi mở máy:
• Tmm > Ttải
• T đủ lớn để thời gian mở máy nhỏ
-Mở máy trực tiếp: dùng cho động cơ công suất nhỏ
-Động cơ rotor dây quấn: thay đổi điện trở phụ ở mạch rotor
-Động cơ rotor lồng sóc:
- giảm điện áp
- dùng cuộn kháng (hoặc điện trở)
- dùng biến áp tự ngẫu
- nối Y/Δ
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Mở máy: nối Y/Δ
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Mở máy: dùng biến áp
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Mở máy: dùng điện trở
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Mở máy
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Mở máy
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Mở máy
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Điều chỉnh với rotor dây quấn
Trở kháng rotor cao
Moment khởi động cao
Độ trượt lớn tại các điều kiện 
bình thường
Pcơ lt = (1-s) Pđt
s tăng, Pcơ lt giảm, hiệu suất 
giảm.
Trở kháng rotor thấp
Moment khởi động thấp, dòng 
khởi động lớn
Độ trượt thấp tại các điều kiện 
bình thường
Pcơ lt = (1-s) Pđt
s giảm, Pcơ lt tăng, hiệu suất tăng.
Dùng động cơ rotor dây quấn và thêm điện trở phụ 
vào rotor lúc khởi động và bỏ điện trở khi động cơ đã 
ổn định để giảm tổn hao
Động cơ rotor dây quấn đắt hơn, cần 
nhiều bảo trì etc.
Kết hợp trở kháng 
cao lúc tốc độ thấp 
và trở kháng thấp 
lúc tốc độ cao
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Điều chỉnh bởi thiết kế rotor lồng 
sóc
Tiết diện ngang của rotor và 
dạng thanh dẫn rotor
NEMA class A – rãnh lớn, 
gần bề mặt (a)
NEMA class B – rãnh lớn và 
sâu (b)
NEMA class C – double-cage 
rotor ( c ) lồng sóc kép
NEMA class D – rãnh nhỏ 
gần bề mặt (d)
NEMA (National Electrical 
Manufacturers Association)
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Điều chỉnh bởi thiết kế rotor lồng 
sóc
NEMA class A
• R2 nhỏ (do tiết diện lớn) và X2 
nhỏ (do vị trí gần stator)
• Moment mở máy nhỏ, dòng mở 
máy lớn
• Hiệu suất ở tải định mức cao
NEMA class D
• R2 lớn (do tiết diện nhỏ) và X2 nhỏ (do vị 
trí gần stator)
• Moment mở máy cao, dòng mở máy nhỏ
• Ứng dụng với các tải có moment quán tính 
quá lớn
Đặc tính moment – tốc độ.
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Điều chỉnh bởi thiết kế rotor lồng 
sóc
NEMA class B
• Phần trên rãnh có X2 nhỏ và lớn hơn ở phần sâu
• Khi mở máy, s lớn, điện kháng lớn so với điện trở dòng rotor chủ yếu chạy 
ở phần có điện kháng nhỏ (phần trên rãnh)  tiết diện thanh nhỏ  R2 lớn 
moment mở máy lớn hơn và dòng mở máy nhỏ hơn so với class A
• Khi s nhỏ, f2 thấp, điện kháng nhỏ so với điện trở  trở kháng của tất cả các 
phần trong rãnh tương đương nhau nên dòng điện sẽ chạy đều trong thanh dẫn 
 tiết diện thanh lớn  R2 nhỏ  hiệu suất cao hơn tại s thấp
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Điều chỉnh bởi thiết kế rotor lồng 
sóc
NEMA class C
• Phần rãnh trên có X2 nhỏ và lớn hơn ở rãnh dưới
• Tương tự với class B nhưng chênh lệch giữa khi s thấp và s cao lớn hơn, phần 
trên là lồng sóc mở máy, phần dưới là lồng sóc làm việc
• Sử dụng với tải có moment khởi động lớn, như bơm, máy nén, dây chuyền 
tải
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển tốc độ động cơ KĐB
• Thay đổi số cực P
• Thay đổi tần số vào fe
• Thay đổi điện áp 
U1’sn’<n
• Thêm điện trở phụ vào dây quấn rotor
R2’+ Rf’>R2’s’>sn’<n
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển tốc độ động cơ KĐB: 
thay đổi số cực
Xét dây quấn stator trên 1 pha. Bằng 
cách thay đổi chiều dòng điện 
trong một khung dây stator.
a. 2 cực
b. 4 cực
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển động cơ KĐB ở chế độ 
xác lập
Khi động cơ nối trực tiếp với nguồn:
• Dòng khởi động cao  tác động xấu tới nguồn
• Tần số we và điện áp vào Vs không thay đổi
• Tốc độ trong khoảng từ wr đm tới we và phụ thuộc tải
Để khắc phục thì có thể sử dụng các bộ biến đổi công suất: 
• Điều khiển V/f (thay đổi điện áp và tần số)
• Thay đổi điện áp, tần số không đổi
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển động cơ KĐB ở chế độ 
xác lập
Bộ khởi động mềm dùng 
triac (2 SCR mắc đối song)
Thay đổi góc kích SCR để 
thay đổi điện áp cung cấp
Khi α tăng thì dòng và áp 
càng bị méo dạng  chỉ 
nên được dùng khi khởi 
động
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển động cơ KĐB ở chế độ 
xác lập
Điều khiển V/f
Tốc độ của động cơ có thể được 
thay đổi do tần số cung cấp thay 
đổi.
Khi we thay đổi thì đường đặc 
tính moment-tốc độ cũng thay đổi
Để hình dạng đặc tính không đổi 
thì điện áp phải thay đổi tỉ lệ với 
tần số Vs = k.we
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Luật điều khiển V/f
Mục đích duy trì từ thông không 
đổi khi thay đổi tần số
Ф = L.I
V = Z.I = (ωL).I + Rs.I
V ~ 2πf.Ф (bỏ qua R.I)
 Ф ~ (1/4,44).(V/f)
Ở vùng tốc độ thấp, không thể bỏ qua 
thành phần R.I (f nhỏ nên điện áp rơi 
trên R.I trở nên đáng kể so với rơi trên 
điện kháng). Do đó đặc tính V/f thường 
bắt đầu tại V0 > 0 để bù lại sụt áp do R.I V0
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Field Weakening (suy yếu từ 
trường)
Nếu Vs được giữ nguyên ở 
giá trị Vmax , we có thể tăng 
lên nếu giảm dòng từ hoá I0
(làm suy yếu từ trường)
Để làm yếu từ trường, ta chỉ cần 
tăng we và giữ Vs không đổi.
Nếu Vs=Vmax , moment sẽ giảm khi 
we tăng lên
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Minh hoạ (2/4)
Đặc tính moment – tốc độ 
của một động cơ 415V
Động cơ được lái bởi bộ biến đổi V/f (415V, 
50Hz). Nếu động cơ hoạt động ở 25 Hz, và 
moment tải là hằng số 10 Nm, dòng điện Is sẽ là
a/ 5A b/ 6A c/ 25 A
Nếu tần số đột nhiên tăng lên 50Hz (từ 25Hz), 
dòng điện Is sẽ là
a/ 5 A b/ 20 A c/ 30 A
Nếu tần số đột nhiên giảm xuống 40Hz (từ 50Hz), 
dòng điện Is sẽ là
a/ -6 A b/ -12 A c/ -13 A
d/ -16 A
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Minh hoạ (2*/4)
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Bài tập
ĐC KĐB 4 cực, 50hp, 60Hz, Y, 460V, có độ trượt định mức 3.8%. Các thông 
số mạch tương đương pha: R1=0.33Ω, X1=0. 42Ω, X2’=0.42Ω, Xm=30Ω. Bỏ 
qua các tổn hao. Động cơ nối với nguồn điện áp 460V.
a. Tìm giá trị R2’
b. Tính Tmax, sm
c. Tính Tmm
d. Tính dòng khởi động từ mạch tương đương
e. Nếu đường dây cấp nguồn cho động cơ có tổng trở pha 0.35+j0.25 Ω, tính 
dòng khởi động mới và điện áp đặt vào động cơ
f. Nếu một máy biến áp giảm áp lý tưởng có tỉ số dây quấn 1.4:1 được đặt giữa 
đường dây và động cơ, tính dòng lưới khi khởi động
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Bài tập
ĐCKĐB 208V, 6 cực, Y, 25hp, class B, có các thí nghiệm sau:
Xác định các thông số của mạch tương đương.
Cho bảng
Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Bài tập
Bài 1: ĐC KĐB 4 cực, 50hp, 50Hz, Y, 380V, có tốc độ định mức 1440 
vòng/phút. Các thông số mạch tương đương pha: R1=0.33Ω, R2’ = 0.172Ω, 
X1=0. 42Ω, X2’=0.42Ω, Xm=30Ω. Động cơ nối với nguồn điện áp 380V. 
Động cơ được thắng bằng cách đảo chiều từ trường quay (đảo 2 dây pha), 
khi tốc độ động cơ về 0 thì cắt nguồn. Xét tại điều kiện định mức, tính
a. Độ trượt trước và ngay tại thời điểm đảo 2 dây pha stator
b. Moment điện từ tại trước và ngay sau khi đảo 2 dây pha stator
Bài 2: Bài 4.5/198. Biết đặc tính cơ của động cơ khi này
2
1
'
2
3
2 e
UP
T s
Rw

Máy điện Bộ môn Thiết bị điện
Bài tập
• Bài 3.15 tổn hao đồng rotor ở moment cực đại 
bằng 9 lần tổn hao đồng ở moment định mức