Bài giảng Truyền động điện - Chương 4: Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ (Phần 1)

R X X
 
 
 2'R
s
t tV 
11/2/2014
10
19
Các công thức tính toán cơ bản về ĐC KĐB
Sử dụng mạch tuơng đuơng gần đúng: 
 Momen cực đại của động cơ: 
 
2
max 22 '
1 1 1 2
3
2 db
VM
R R X X

  
 Độ trượt tại đó momen động cơ đạt cực đại: 
 
'
2
22 '
1 1 2
m
Rs
R X X
 
 
2'R
s
20
Các công thức tính toán cơ bản về ĐC KĐB
Lưu ý: 
Độ trượt sm tỉ lệ thuận với '2R , tuy nhiên maxM không phụ thuộc vào '2R . 
Momen động cơ có thể tính qua maxM và sm: 
1
max'
2
1
'
2
2 1
2m m
m
R M
R
M s Rs s
s s R
   
 
Thông thường: 1'
2
1R
R
 nên: 
max2
m
m
MM ss
s s


11/2/2014
11
21
Khởi động và hãm ĐC KĐB
• Khởi động:
– Động cơ KĐB rotor lồng sóc: giảm áp stator
• Đổi nối Y-
• Dùng biến áp tự ngẫu
– Động cơ KĐB rotor dây quấn: thêm điện trở vào 
mạch rotor
• Các chế độ hãm:
– Hãm tái sinh
– Hãm ngược
– Hãm động năng
22
Khởi động ĐC KĐB
'
2R
Mạch tương đương dùng tính toán dòng 
khởi động ĐC KĐB
Khởi động trực tiếp: 
 Động cơ được đóng trực tiếp vào nguồn qua các contact cơ (cầu dao, contactor). 
 Dòng khởi động lớn, có thể cỡ 710 lần dòng định mức, gây sụt áp lưới, ảnh hưởng 
đến hoạt động của các thiết bị khác. 
 Momen khởi động có thể gây chấn động cơ học lên thiết bị. 
Mạch khởi động trực tiếp ĐC KĐB
11/2/2014
12
23
Khởi động ĐC KĐB
L1 L2 L3
KM1KM3KM2
RN
Mạch khởi động Y / ∆
Khởi động sao – tam giác (Star – Delta, Y / Δ )
24
Khởi động ĐC KĐB
Khởi động sao – tam giác (Star – Delta, Y- ): 
Động cơ được đấu kiểu  khi hoạt động bình thường, khi khởi động được đấu kiểu Y. 
Gọi VL là điện áp dây của lưới 3 pha 
Nếu khởi động trực tiếp (động cơ đấu ): 
Dòng khởi động: , ' 2 ' 2
1 2 1 2( ) ( )
L
kd
VI
R R X X
     
Dòng lưới khi khởi động: , , ' 2 ' 2
1 2 1 2
33
( ) ( )
L
Lkd kd
VI I
R R X X
      
Momen khởi động: 
2
'
, 2 ' 2 ' 2
1 2 1 2
3
( ) ( )
L
kd
db
VM R
R R X X     
11/2/2014
13
25
Khởi động ĐC KĐB
Nếu khởi động hình sao (động cơ đấu Y): 
Dòng khởi động: , ' 2 ' 2
1 2 1 2
3
( ) ( )
L
kd Y
VI
R R X X
    
Dòng lưới khi khởi động: , , ' 2 ' 2
1 2 1 2
3
( ) ( )
L
Lkd Y kd Y
VI I
R R X X
     
Momen khởi động: 
2
'
, 2 ' 2 ' 2
1 2 1 2
33
( ) ( )
L
kd Y
db
VM R
R R X X    
Khi khởi động Y- , dòng lưới giảm đi 3 lần, nhưng momen khỏi động 
cũng giảm đi 3 lần. 
26
Khởi động ĐC KĐB
L1 L2 L3
KM1
RN
KM1
nV
V
Khởi động dùng biến áp tự ngẫu
Mạch khởi động dùng biến áp tự ngẫu
11/2/2014
14
27
Khởi động ĐC KĐB
Khởi động dùng biến áp tự ngẫu: 
Gọi V là điện áp pha của lưới 3 pha. 
Dòng lưới khi khởi động trực tiếp: 
' 2 ' 2
1 2 1 2( ) ( )
kd tt
VI
R R X X
     
Momen khởi động: 
2
'
2 ' 2 ' 2
1 2 1 2
3
( ) ( )kd tt db
VM R
R R X X     
28
Khởi động ĐC KĐB
Nếu sử dụng biến áp tự ngẫu khi khởi động, điện áp đặt lên động cơ là: ( 1)kdV nV n  
Dòng động cơ khi khởi động với biến áp tự ngẫu: 
' 2 ' 2
1 2 1 2( ) ( )
kd
nVI
R R X X
    
Momen khởi động của động cơ khi đó: 
2 2
' 2
2 ' 2 ' 2
1 2 1 2
3
( ) ( )kd kd ttdb
n VM R n M
R R X X     
Giả thiết tổn hao trên biến áp không đáng kể, nghĩa là công suất phía sơ cấp và thứ cấp 
máy biến áp bằng nhau, ta có: 
3 3Lkd kd kdVI V I 
Nghĩa là: 2Lkd kd kd ttI nI n I   
Khi khởi động dùng biến áp tự ngẫu, dòng lưới giảm đi n2 lần 
(n: tỉ số biến áp), nhưng momen khỏi động cũng giảm đi n2 lần. 
11/2/2014
15
29
Khởi động ĐC KĐB
Khởi động mềm (Soft Stater) 
Sử dụng bộ biến đổi điện áp xoay chiều để giảm điện áp đặt vào động cơ khi khởi động. 
Thường kết hợp với mạch hồi tiếp để hạn chế dòng khởi động ở mức cho phép nào đó 
trong quá trình khởi động. 
30
Khởi động ĐC KĐB
Khởi động bằng cách thêm cuộn kháng stator 
Dòng động cơ khi khởi động với cuộn kháng phụ Xph phía stator: 
' 2 ' 2
1 2 1 2( ) ( )
kd
ph
VI
R R X X X
     
Momen động cơ khi khởi động: 
2
'
2 ' 2 ' 2
1 2 1 2
3
( ) ( )kd db ph
VM R
R R X X X     
Momen cực đại của động cơ: 
 
2
max 22 '
1 1 1 2
3
2 db
ph
VM
R R X X X

   
L1 L2 L3
KM1
KM2Lph
RN
Mạch khởi động bằng cách thêm cuộn kháng stator
11/2/2014
16
31
Khởi động ĐC KĐB
Khởi động bằng cách thêm điện trở rotor 
Dòng động cơ khi khởi động với điện trở phụ Rph phía rotor: 
' 2 ' 2
1 2 1 2( ) ( )
kd
ph
VI
R R R X X
     
Momen động cơ khi khởi động: 
2
'
2 ' 2 ' 2
1 2 1 2
3 ( )
( ) ( )kd phdb ph
VM R R
R R R X X      
Momen cực đại của động cơ: 
 
2
max 22 '
1 1 1 2
3
2 db
VM
R R X X

  
32
Hãm động năng ĐC KĐB – Sơ đồ đấu dây
Id
Vd
A
BC
(a)
Id
Vd
A
BC
(b)
Id
Vd
A
BC
(c)
A
BC
(d)
A
BC
(e)
A
BC
(f)
Trong chế độ hãm động năng, động cơ đuợc cắt khỏi nguồn xoay 
chiều và nối tới nguồn DC. Một số cách đấu nối động cơ với nguồn 
một chiều như hình duới đây. 
11/2/2014
17
33
Dòng một chiều chạy trong động cơ sẽ tạo ra từ trường tĩnh (đứng 
yên)  dòng rotor cảm ứng sẽ sinh ra momen hãm dừng động cơ. 
Momen hãm này có thể điều khiển bằng cách thay đổi dòng một 
chiều Id. 
Mạch tương đương của động cơ ở chế độ hãm động năng được suy 
ra từ mạch tương đương ở chế độ định mức. 
'
2X
mX
'
2
1
R
s
 
R1
Iđt E
I’2
Im
Hãm động năng ĐC KĐB – Mạch tương đương
34
Hãm động năng ĐC KĐB – Mạch tương đương
Lưu ý là trong mạch tương đương này: 
 Iđt: nguồn dòng đẳng trị, là nguồn dòng xoay chiều, có tần số 
bằng tần số định mức của động cơ và có giá trị sao cho khi 
dòng này chạy qua dây quấn ba pha stator sẽ sinh ra sức từ 
động có cùng biên độ sức từ động sinh ra bởi dòng một chiều 
Id. Giá trị Iđt suy ra từ giá trị dòng một chiều Id và sơ đồ đấu 
nối nguồn một chiều vào động cơ. 
 s: độ trượt, vẫn tính bởi công thức: db
db
s  
 , trong đó 
db là tốc độ đồng bộ tại tần só định mức của động cơ. 
 Dấu trừ (-) trong thành phần '2 (1 )R s  chỉ ra động cơ lúc 
này nhận năng lượng từ tải (chế độ hãm). Khi đã lưu ý là 
momen lúc này có chiều ngược lại so với chế độ động cơ, sẽ 
không cần kể tới dấu trừ này trong mạch tương đương. 
11/2/2014
18
35
Hãm động năng ĐC KĐB – Mạch tương đương
Quan hệ giữa Iđt và Id: 
Cách đấu (a) (b) (c), (f) (d) (e) 
Iđt 
2
3d
I 2
dI 2 2
3
dI  2
3
dI  3
2
dI  
36
Hãm động năng ĐC KĐB – Đặc tính cơ
Momen động cơ trong chế độ hãm động năng: 
 
'
2 2 2
'
'2 2
2 2' 2'2
2
13 3
1
1
dt m
db db
m
RI X
sRM I
s R X X
s
 
                      
Momen hãm cực đại: 
 
2 2
max '
2
3 dt m
db m
I XM
X X  
Độ trượt tương ứng với Mmax: 
'
2
'
2
1m
m
Rs
X X
   
Momen hãm cực đại Mmax độc lập với '2R và phụ thuộc vào Iđt, tức 
là phụ thuộc vào Id. 
11/2/2014
19
37
Hãm động năng ĐC KĐB – Đặc tính cơ
Lưu ý là trong thực tế, thường dùng Id, và tương ứng là Iđt có giá trị 
cao để hãm nhanh. Từ mạch tương đương có thể thấy với các giá 
trị nhỏ của (1-s), nghĩa là ở tốc độ thấp, dòng '2I có giá trị nhỏ  
dòng Im có thể đủ lớn để mạch từ của động cơ làm việc ở vùng bão 
hoà. Khi đó, mạch từ của động cơ là phi tuyến và giá trị Xm sẽ biến 
thiên phụ thuộc vào giá trị dòng từ hoá Im. 
Như vậy, muốn tính chính xác hơn đặc tính cơ của động cơ trong 
chế độ hãm động năng, nhất là ở phần tốc độ thấp, cần tính tới đặc 
tính từ hoá E(Im) của động cơ. 
38
Hãm động năng ĐC KĐB – Đặc tính cơ
Trình tự tính toán đặc tính cơ của động cơ ở chế độ hãm động năng 
khi biết đặc tính từ hóa E(Im) của động cơ: 
 Lấy một giá trị Im, 
 Suy ra giá trị E tương ứng theo đặc tính từ hóa, 
 Tính Xm: 
m
m
EX
I
 
 Tính I’2: 
2 2
'2
2 '
221
dt m
m
I II
X
X


 Tính độ trượt s:  
'
2
2' '2
2 2
1
/
Rs
E I X
 

 Tính tốc độ động cơ tương ứng: (1 ) dbs   
 Tính momen động cơ: 
'
'2 2
2
3
1db
RM I
s
    
11/2/2014
20
39
Hãm động năng ĐC KĐB – Đặc tính cơ
-1.6 -1.4 -1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
M/Mđm
/
đm
Id = 1.5Iđm
Id = 
0.5Iđm
Id = Iđm
__: Tính toán với đặc tính từ hóa E(Im)
__: Tính toán với Xm = const
Đặc tính cơ của một động cơ không đồng bộ trong chế độ hãm động năng
40
Bài tập
Bài 4.1: Động cơ không đồng bộ 3 pha, rotor lồng sóc, đấu Y có
các thông số định mức: Pđm = 37.3kW, Vđm = 460V (áp dây), 
60Hz, nđm = 1180v/ph, số cực: 6. Thông số của mạch tương đương
gần đúng của động cơ: 
1 0.19R   ; 1 0.75X   ; 20mX   ; '2 0.07R   ; '2 0.38X   
Tính: 
1. Dòng stator, momen, hệ số công suất và hiệu suất động cơ với 
tải định mức 
2. Tỉ lệ: kd
dm
M
M
 và kd
dm
I
I
 (giả thiết động cơ khởi động trực tiếp) 
3. Tỉ lệ: max
dm
M
M
11/2/2014
21
41
Bài tập
2'R
s
Mạch tương đương một pha gần đúng của ĐC KĐB 
(sử dụng cho bài tập 4.1, 4.2 và 4.3)
42
Bài tập
Bài 4.2: Động cơ không đồng bộ 3 pha, rotor lồng sóc, đấu Y có
các thông số định mức: Pđm = 37.3kW, Vđm = 460V (áp dây), 
60Hz, nđm = 1180v/ph, số cực: 6. Thông số của mạch tương đương
gần đúng của động cơ: 
1 0.19R   ; 1 0.75X   ; 20mX   ; '2 0.07R   ; '2 0.38X   
Động cơ được sử dụng trong chế độ hãm tái sinh với nguồn cung 
cấp là định mức. Tính: 
1. Dải momen hãm động cơ có thể sinh ra và dải tốc độ tương ứng. 
2. Công suất hãm tối đa có thể sinh ra. 
3. Tốc độ động cơ tại momen hãm là 300Nm. 
11/2/2014
22
43
Bài tập
Bài 4.3: Động cơ không đồng bộ 3 pha, rotor lồng sóc, đấu Y có
các thông số định mức: Pđm = 37.3kW, Vđm = 460V (áp dây), 
60Hz, nđm = 1180v/ph, số cực: 6. Thông số của mạch tương đương
gần đúng của động cơ: 
1 0.19R   ; 1 0.75X   ; 20mX   ; '2 0.07R   ; '2 0.38X   
Động cơ đang hoạt động với tốc độ định mức và nguồn cung cấp là 
định mức thì hai trong 3 pha nguồn được đảo chiều với nhau. 
1. Bỏ qua quán tính điện từ, điểm làm việc ban đầu của động cơ 
khi nguồn đảo chiều sẽ ở chế độ gì? 
2. Tính momen và dòng động cơ tại điểm này.