Báo cáo Thí nghiệm môn Máy điện - Bài 2: Mô phỏng động cơ không đồng bộ ba pha - Nguyễn Trọng Tuấn

5 11 
5 11 3 9 7 
4 TNDD 
41204295 
Nguyễn Trọng Tuấn 
Mô phỏng động cơ không đồng bộ ba pha 
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 
Báo cáo thí nghiệm Máy điện Trang 1/11 
Bộ thông số mô phỏng mà sinh viên sử dụng: (mỗi SV trong Tổ chọn một bộ thông số riêng) 
Thông số (ĐC KĐB 3) Giá trị 
Điện trở stator [Ω] 0.371 
Điện trở rotor quy về stator [Ω] 0.415 
Điện cảm stator (H) 0.08705 
Điện cảm rotor quy về stator (H) 0.08763 
Hỗ cảm (H) 0.08433 
Số đôi cực (p) 2 
Moment quán tính (kg.m2) 0.16 
Công suất (kW) 11 
Tốc độ định mức (rpm) 1430 
YÊU CẦU CHUNG: 
Động cơ khởi động không tải, mang tải định mức tại thời điểm 0.4s (thời điểm 
này có thể thay đổi tùy theo công suất động cơ mà SV lựa chọn) 
A. KHI ĐỘNG CƠ VẬN HÀNH Ở KHÔNG TẢI VÀ TẢI ĐỊNH MỨC 
 Vẽ đồ thị dòng điện pha (dòng điện ia(t), ib(t), ic(t)) của động cơ (Hình 1). 
 Từ đồ thị dòng điện trên các pha, xác định các thông số sau: 
o Dòng điện mở máy (giá trị RMS) : Imm = 109.6 [A] 
o Dòng điện không tải (giá trị RMS) : I0 = 8 [A] 
o Dòng điện lúc mang tải định mức (giá trị RMS) : Iđm = 24.65 [A] 
 Từ thông số động cơ, dùng công thức lý thuyết tính toán các đại lượng vừa xác định 
Tốc độ từ trường quay (tốc độ đồng bộ): 1
60 60 50
1500
2
f
n rpm
p

   
Tốc độ góc stator: 2 2 50 314.1593( / )s f rad s      
Độ trượt: 1
1
1500 1430
0.0467
1500
n n
s
n
 
   
 
2 50
(1 ) (1 0.0467) 149.744
2
s
m s
p
 


       
Mô phỏng động cơ không đồng bộ ba pha 
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 
Báo cáo thí nghiệm Máy điện Trang 2/11 
Mô hình tương đương sử dụng trong bài thí nghiệm (bỏ qua điện trở RC): 
o Tính toán dòng mở máy: 
Khi mở máy s = 1, ta có: 
_ ( ) 0.371 314.1593 (0.08705 0.08433) 0.371 0.8545s mm s s s mZ R j L L j j           
_
0.415
( ) 314.1593 (0.08763 0.08433) 0.415 1.0367
1
r
r mm s r m
R
Z j L L j j
s
           
_ 314.1593 0.08433 26.493m mm s mZ j L j j      
_ _
_
_ _
0.7552 1.858
r mm m mm
mm s mm
r mm m mm
Z Z
Z Z j
Z Z

   

 
_
220
41.3038 101.6186
0.7552 1.858
rms
s mm
mm
V
I j
Z j
   

A 
_ ( ) 109.692s mm rmsI A  
Tính toán dòng không tải: 
Khi không tải, ta có: 
( ) 0.371 314.1593 (0.08705 0.08433) 0.371 0.8545s s s s mZ R j L L j j           
314.1593 0.08433 26.493m s mZ j L j j      
0 0.371 0.8545 26.493 0.371 27.2845s mZ Z Z j j j        
Mô phỏng động cơ không đồng bộ ba pha 
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 
Báo cáo thí nghiệm Máy điện Trang 3/11 
2 2
0 0( )
0
220
0.1096 8.0617 0.1096 8.0617 8.0624
0.371 27.2845
rms
rms
V
I j I A
Z j
       

 Tính toán dòng điện định mức: (s=0.0467) 
0.415
( ) 314.1593 (0.08763 0.08433) 8.8865 1.0367
0.0467
r
r s r m
R
Z j L L j j
s
           
7.8242 4.258r ms
r m
Z Z
Z Z j
Z Z

   

 
( )
220
21.6932 11.8056 24.6975
7.8242 4.258
rms
s s rms
V
I j I A
Z j
     

 Hình 1 – Đồ thị dòng điện các pha của động cơ 
Mô phỏng động cơ không đồng bộ ba pha 
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 
Báo cáo thí nghiệm Máy điện Trang 4/11 
 Vẽ đồ thị tốc độ (); moment điện từ (Te) và moment tải (TL) của động cơ 
Hình 2 - Đồ thị tốc độ (); moment điện từ (Te) và moment tải (TL) 
 Từ đồ thị xác định: 
o Moment mở máy : Mmm = 295.6 [Nm] 
o Tốc độ động cơ lúc không tải : n0 = 1500 [rpm] 
o Tốc độ động cơ lúc đầy tải : n = 1430 [rpm] 
Mô phỏng động cơ không đồng bộ ba pha 
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 
Báo cáo thí nghiệm Máy điện Trang 5/11 
 Từ thông số động cơ, dùng công thức lý thuyết tính toán moment mở máy: (s=1) 
_
_ _
_ _
_
_ ( )
26.493
(41.3038 101.6186)
26.493 0.415 1.0367
41.2132 97.1706
105.5493
m mm
r mm s mm
m mm r mm
r mm
r mm rms
Z j
I I j
Z Z j j
I j
I A
    
  
 
 
2 2
_ _ ( )
0.415
3 3 105.5493 13870.1151
1
r
e mm r mm rms
R
P I
s
       W 
_
_
13870.1151
88.3
/ 2 50 / 2
e mm
e mm
s
P
T
p 
  

Nm
 Tăng điện trở rotor lên gấp đôi: Vẽ đồ thị dòng điện lúc khởi động (không tải), tốc độ 
lúc không tải và khi tải là định mức (thời gian mang tải cho động cơ là 0.5s), moment khởi động. 
Hình 3 – Dòng điện khởi động khi điện trở stator tăng gấp đôi 
Mô phỏng động cơ không đồng bộ ba pha 
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 
Báo cáo thí nghiệm Máy điện Trang 6/11 
Hình 4 – Tốc độ - moment khởi động của động cơ khi điện trở rotor tăng gấp đôi 
 Vẽ đặc tuyến cơ của động cơ trong vùng làm việc ổn định: 
2
_max
2 2
3
201.104
2 2 ( )
rms
e
s s s r
V
T p
f R R X X
   
    
 
 Nm 
o Khi không thay đổi r2' và khi r2' tăng gấp đôi: 
Bảng thông số: 
 Te 0 50 100 150 190 
r2’ n 
(rpm) 
1500 1462 1417 1353 1228 
2 x r2’ 1500 1424 1334 1206 956 
o Đặc tuyến cơ: 
Mô phỏng động cơ không đồng bộ ba pha 
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 
Báo cáo thí nghiệm Máy điện Trang 7/11 
Hình 5 - Đặc tuyến cơ của động cơ trong hai trường hợp 
B. THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP TRÊN CÁC PHA CỦA ĐỘNG CƠ 
 Giảm 20% điện áp trên pha A 
 o Đồ thị dòng điện pha (pha a, b, c) 
-50
0
50
100
150
200
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
M[2xRr] M[Rr]
Mô phỏng động cơ không đồng bộ ba pha 
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 
Báo cáo thí nghiệm Máy điện Trang 8/11 
 o Đồ thị: tốc độ; moment (moment điện từ, moment tải) 
Mô phỏng động cơ không đồng bộ ba pha 
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 
Báo cáo thí nghiệm Máy điện Trang 9/11 
 Mất pha A: (mang tải TL tại 0.7s) 
o Đồ thị dòng điện 
o Đồ thị tốc độ - moment: 
Mô phỏng động cơ không đồng bộ ba pha 
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 
Báo cáo thí nghiệm Máy điện Trang 10/11 
 Ưu điểm và nhược điểm của động cơ không đồng bộ 3 pha: 
Ưu điểm: 
 Kết cấu đơn giản nên giá thành rẻ. 
 Vận hành dễ dàng, bảo quản thuận tiện. 
 Sử dụng rộng rãi và phổ biến trong phạm vi công suất nhỏ và vừa. 
 Sản xuất với nhiều cấp điện áp khác nhau (từ 24 V đến 10 kV) nên rất thích nghi cho 
từng người sử dụng. 
Nhược điểm: 
 Hệ số công suất thấp gây tổn thất nhiều công suất phản kháng của lưới điện. 
 Không sử dụng được lúc non tải hoặc không tải. 
 Khó điều chỉnh tốc độ. 
 Đặc tính mở máy không tốt, dòng mở máy lớn (gấp 6-7 lần dòng định mức). 
 Momen mở máy nhỏ. 
 Nêu các cách thay đổi tốc độ động cơ: 
 Thay đổi số cặp cực 
 Thay đổi tần số 
 Thay đổi điện áp cung cấp cho stator 
 Thay đổi điện trở mạch rotor của động cơ rotor dây quấn 
 
Mô phỏng động cơ không đồng bộ ba pha 
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 
Báo cáo thí nghiệm Máy điện Trang 11/11 
 Cách hạn chế dòng khởi động: 
 Dùng cuộn kháng nối tiếp tụ điện 
 Biến đổi Y- 
 Dùng máy biến áp tự ngẫu 
 Dùng dạng rãnh rotor đặc biệt 
 Dùng biến tần 
 Dùng bộ khởi động mềm DC 
 Thay đổi điện trở mở máy (bằng cách gắn thêm điện trở phụ)