Cơng trình nghiên cứu khoa học

MỤC LỤC
MỤC LỤC ............................................................................................................ 1
CHƢƠNG 0: MỞ ĐẦU ........................................................................................ 3
1. Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................... 3
2. Đơn vị, địa bàn tiến hành nghiên cứu ............................................................... 3
3. Mục tiêu của đề tài ............................................................................................ 3
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài .................................................... 3
5. Các phƣơng pháp nghiên cứu đƣợc sử dụng để nghiên cứu đề tài................... 3
6. Các chuyên đề nghiên cứu dự kiến của đề tài .................................................. 4
7. Cấu trúc dự kiến báo cáo kết quả của đề tài ..................................................... 4
8. Kết quả ứng dụng.............................................................................................. 4
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA ........ 5
I. Khái niệm chung về MĐKĐB .......................................................................... 5
II. Cấu tạo của MĐKĐB ba pha ........................................................................... 5
III. Từ trƣờng của MĐKĐB ................................................................................. 7
IV. Nguyên lý làm việc cơ bản của máy điện không đồng bộ. .......................... 10
V. Biểu đồ năng lƣợng và hiệu suất của động cơ không đồng bộ. ..................... 12
VI. Mô men quay của động cơ không đồng bộ ba pha....................................... 14
VII. Mở máy động cơ không đồng bộ ba pha..................................................... 15
CHƢƠNG 2: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA
2.1. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số. ...................................................... 16
2.2. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi số đôi cực. ............................................... 20
2.3. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp stator ........................................... 21
Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức

1


Cơng trình nghiên cứu khoa học

2.4. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch rotor dây quấn .......... 22
CHƢƠNG 3: MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM PLC CP1L CỦA HÃNG OMRON
3.1 Mơ hình thí nghiệm động cơ 2 cấp tốc độ .................................................... 23
3.1.1 Bản vẽ bố trí thiết bị .................................................................................. 23
3.1.2 Bố trí thiết bị trên mơ hình ........................................................................ 25
3.2 Hƣớng dẫn sử dụng mơ hình: ....................................................................... 28
CHƢƠNG 4: MỘT SỐ BÀI THỰC HÀNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ........... 29
BÀI THỰC HÀNH 1 .......................................................................................... 29
BÀI THỰC HÀNH 2 .......................................................................................... 31
BÀI THỰC HÀNH 3 .......................................................................................... 32
BÀI THỰC HÀNH 4 .......................................................................................... 35
BÀI THỰC HÀNH 5 .......................................................................................... 37
BÀI THỰC HÀNH 6 .......................................................................................... 39
BÀI THỰC HÀNH 7 .......................................................................................... 41
BÀI THỰC HÀNH 8 .......................................................................................... 43
BÀI THỰC HÀNH 9 .......................................................................................... 45
BÀI THỰC HÀNH 10 ........................................................................................ 47
CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN-HƢỚNG PHÁT TRIỂN ......................................... 50
5.1 Kết quả đạt đƣợc ........................................................................................... 50
5.2 Những hạn chế của đề tài.............................................................................. 50
5.3 Hƣớng phát triển của đề tài........................................................................... 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 52

Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức

2


Cơng trình nghiên cứu khoa học


Chƣơng 0

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay vấn đề điều chỉnh tốc độ động cơ điện đƣợc ứng dụng rất là phổ biến
nhƣng để giảng dạy vấn đề này đạt hiệu quả thì rất cần thiết phải có 1 mơ hình
trực quan, nhƣng hiện tại các mơ hình điề chỉnh tốc độ động cơ trong bộ mơn cịn
hạn chế, chính vì lẽ đó việc xây dựng mơ hình thí nghiệm ĐỘNG CƠ 2 CẤP TỐC
ĐỘ là rất cần thiết để giảng viên và sinh viên có điều kiện tham khảo và học tập
Hiện tại ở bộ mơn Điện cơng nghiệp chƣa có mơ hình thí nghiệm động cơ 2 cấp
tốc độ để học sinh thí nghiệm, cho nên việc triển khai thực hiện đề tài này là hết
sức cần thiết
2. Đơn vị, địa bàn tiến hành nghiên cứu
Tác giả tiến hành nghiên cứu dựa trên tình hình thực tế tại khoa Điện-điện tử
trƣờng Cao đẳng Cơng nghệ Thủ Đức với mục đích đáp ứng nhu cầu giảng dạy và
học tập của giảng viên và sinh viên.
3. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu thực hiện của đề tài này là xây dựng mô hình thí nghiệm động cơ 2 cấp
tốc độ nhằm đáp ứng nhu cầu học tập của sinh viên, giúp sinh viên có thể tiếp cận
thực tiễn đến phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ: cách thức đấu dây, vận
hành điều khiển, sử dụng, v.v, qua đó cũng đáp ứng nhu cầu tham khảo, nghiên
cứu của giảng viên
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Tác giả tiến hành nghiên cứu lý thuyết điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 3
pha, thiết kế, thi công mô hình thí nghiệm ĐỘNG CƠ 2 CẤP TỐC ĐỘ, viết tài
liệu hƣớng dẫn sử dụng mơ hình có kèm theo các bài tập thực hành.
5. Các phƣơng pháp nghiên cứu đƣợc sử dụng để nghiên cứu đề tài
Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức


3


Cơng trình nghiên cứu khoa học

Nghiên cứu lý thuyết
- Nghiên cứu lý thuyết điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha
- Nghiên cứu thiết kế mơ hình thực nghiệm
- Nghiên cứu viết tài liệu hƣớng dẫn sử dụng và bài tập thực hành
6. Các chuyên đề nghiên cứu dự kiến của đề tài
- Thiết kế và thi cơng mơ hình thí nghiệm ĐỘNG CƠ 2 CẤP TỐC ĐỘ
- Biên soạn tài liệu hƣớng dẫn sử dụng
7. Cấu trúc dự kiến báo cáo kết quả của đề tài
Chƣơng 1 : Tổng quan về động cơ không đồng bộ 3 pha
Chƣơng 2 : Điều chỉnh tốc độ động cơ khơng đồng bộ 3 pha
Chƣơng 3 : Mơ hình thí nghiệm ĐỘNG CƠ 2 CẤP TỐC ĐỘ
Chƣơng 4 : Một số bài thực hành điều khiển động cơ
Chƣơng 5 : Kết luận – hƣớng phát triển
8. Kết quả ứng dụng
- Các sản phẩm cơng nghệ
Mơ hình đƣợc áp dụng ở mơn học: Máy điện, Tính tốn sửa chữa máy điện, Thực
hành máy điện, Trang bị điện.
- Khả năng ứng dụng thực tế của các kết quả
Đề tài đƣợc ứng dụng giảng dạy và học tập ở các môn học : Máy điện, Tính tốn
sửa chữa máy điện, Thực hành máy điện, Trang bị điện.

Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức

4



Cơng trình nghiên cứu khoa học

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA
I. Khái niệm chung về MĐKĐB
MĐKĐB là máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ có tốc
độ rotor n2 khác tốc độ của từ trƣờng quay là n1. Máy điện khơng đồng bộ có thể làm
việc ở hai chế độ là: động cơ và máy phát. Tuy nhiên máy phát điện khơng đồng bộ ít
dùng vì đặc tính làm việc không tốt nên ta chỉ xét động cơ không đồng bộ.
Động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) đƣợc sử dụng rộng rãi trong sản xuất và trong
sinh hoạt, vì chế tạo đơn giản, giá thành rẻ, độ tin cậy cao, vận hành đơn giản, hiệu suất
cao và gần nhƣ không bảo trì. Hiện nay khoa học kỹ thuật phát triển nên động cơ không
đồng bộ đã đáp ứng đƣợc yêu cầu điều chỉnh tốc độ, vì vậy nên ĐCKĐB càng đƣợc sử
dụng rộng rãi hơn. Cơng suất của nó từ vài oát đến vài nghìn kilooat, hầu hết là ĐCKĐB
ba pha, một số động cơ công suất nhỏ là một pha.
II. Cấu tạo của MĐKĐB ba pha (hình 3.1)

Hình 3.1 – Cấu tạo của động cơ điện không đồng bộ
1. lõi thép stator; 2. Dây quấn stator; 3. Nắp máy; 4. Ổ bi; 5. Trục máy; 6. Hộp đấu dây;
7. Lõi thép rotor; 8. Vỏ máy; 9. Quáy làm mát; 10. Hộp quạt

Cấu tạo của MĐKĐB ba pha gồm 2 phần chính là phần tĩnh và phần quay. Ngồi
ra cịn có vỏ máy, nắp máy, trục máy. Trục làm bằng thép trên có gắn rotor, ổ bi…
1. Phần tĩnh (Stator).
Gồm vỏ máy, lõi thép và dây quấn.
Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức

5



Cơng trình nghiên cứu khoa học

a. Vỏ máy: có tác dụng cố định lõi thép và dây quấn. Vỏ máy thƣờng đƣợc đúc bằng
gang hoặc thép tấm hàn lại, đôi khi đƣợc làm bằng nhơm.
b. Lõi thép: có nhiệm vụ dẫn từ, đƣợc làm từ những lá thép kỹ thuật điện có dập rãnh
bên trong rồi ghép lại với nhau tạo thành các rãnh để đặt dây quấn.
c. Dây quấn: thƣờng đƣợc làm bằng đồng có bọc cách điện. Dây quấn đƣợc đặt vào các
rãnh của lõi thép và cách điện tốt với rãnh.

(b)

Hình 3.2 – Kết cấu stator máy điện không đồng bộ
a) Lá thép stator; b) Lõi thép stator

2. Phần quay (Rotor).
Gồm lõi thép và dây quấn.
a. Lõi thép: giống lõi thép của Stator, đƣợc ghép từ những lá thép kỹ thuật điện, mặt
ngồi có dập rãnh để đặt dây quấn, bên trong có khoan lỗ để đặt trục.
b. Dây quấn: gồm hai loại
Dây quấn của Rotor gồm hai loại: rotor lồng sóc (hay rotor ngắn mạch) và rotor

(a)

(b)

(c)

Hình 3.3 – Cấu tạo rotor lồng sóc của động cơ không đồng bộ


dây quấn.

Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức

6


Cơng trình nghiên cứu khoa học

- Rotor lồng sóc (hình 3.3): Gồm các thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm đặt trong
rãnh của rotor và đƣợc nối tắt bằng hai vòng ngắn mạch ở hai đầu.
- Rotor dây quấn: Trong mỗi rãnh của lõi thép đƣợc đặt dây quấn ba pha (giống
nhƣ dây quấn Stator). Dây quấn ba pha của rotor thƣờng đƣợc nối Y, ba đầu còn lại
đƣợc nối với ba vành trƣợt đặt cố định ở đầu trục và thơng qua chổi than đấu với mạch
điện bên ngồi. Khi máy làm việc bình thƣờng rotor đƣợc nối ngắn mạch.

Hình 3.4 – Cấu tạo máy điện không đồng bộ rotor dây quấn

III. Từ trƣờng của MĐKĐB
1. Từ trường đập mạch của dây quấn một pha
Từ trƣờng của dây quấn một pha là từ trƣờng có phƣơng khơng đổi, song trị số và
chiều biến thiên theo thời gian, đƣợc gọi là từ trƣờng đập mạch.
Gọi p là số đôi cực, ta có thể thay đổi cách nối dây quấn để tạo ra từ trƣờng một,
hai hoặc p đôi cực.
Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức

7


Cơng trình nghiên cứu khoa học


Để đơn giản ta xét dây quấn một pha đặt trong bốn rãnh của stato .Dòng điện
trong dây quấn là dòng điện xoay chiều một pha i= imax sin ωt. ( hình 3.5)
Trên hình vẽ, chiều dòng điện trong thanh 1 đi đến 1’ đƣợc ký hiệu  ở rãnh 1
trong thanh 2 đi từ 2’ đến 2 đƣợc ký hiệu  ở rãnh 2. Cũng ký hiệu tƣơng tự nhƣ vậy đối
với các thanh dẫn còn lại, căn cứ vào chiều dòng điện vẽ đƣợc chiều từ trƣờng theo quy
tắc vặn nút chai. Đối với sơ đồ nối tiếp dây quấn có hai đơi cực p = 2, với sơ đồ nối song
song dây quấn có một đơi cực p =1.

Hình 3.5 – Từ trường đập mạch của dây quấn một pha

2. Sự hình thành từ trƣờng quay trong dây quấn máy điện KĐB 3 pha
Nếu ta cho dòng điện xoay chiều 3 pha có các pha lệch nhau 1200 về thời gian đi
vào dây quấn 3 pha, các pha của dây quấn lệch nhau 1200 trong khơng gian thì trong lõi
thép của máy điện sẽ sinh ra từ trƣờng quay (hình 3.6).
Giả thiết trong ba pha dây quấn có dịng điện ba pha đối xứng chạy qua:
IA= Imaxsinωt
IB= Imaxsin(ωt – 1200)
IC= Imaxsin(ωt – 2400)
Để thấy rõ sự hình thành từ trƣờng, khi vẽ từ trƣờng ta quy ƣớc chiều dòng điện
nhƣ sau:
Quy định:
iA của pha AX:

Nếu I > 0, có chiều đi từ A -> X.
Nếu I < 0, thì I đi từ X -> A.

Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức

8



Cơng trình nghiên cứu khoa học

iB của pha BY:

Nếu I > 0, thì I đi từ B ->Y.
Nếu I < 0, thì I đi từ Y -> B.

iC của pha CZ:

Nếu I > 0, thì I đi từ C-> Z

Nếu I < 0, thì I đi từ Z -> C.
Dịng điện đi vào dây quấn ký hiệu: 
Dòng điện đi từ dây quấn ra ký hiệu: 
Sau đây ta xét từ trƣờng do dòng điện ba pha sinh ra ở các thời điểm khác nhau:
+ Xét tại vị trí t1 : ωt=900 có : iA > 0; iB < 0, iC < 0.
Pha A có: I đi vào từ A , ra X 
Pha B có: I đi vào Y từ , ra B 
Pha C có I đi vào từ Z  ra C 
+ Xét tại vị trí t2: ωt=900 + 1200 có ib > 0 , iA < 0 , iC < 0
Pha A có: I đi vào từ X , ra A 
Pha B có: I đi vào từ B , ra Y 
Pha C có: I đi vào từ Z , ra C 
+ Xét tại vị trí t3: ωt=900 + 2400 có ic > 0 , iA < 0 , iB < 0
Pha A có: I đi vào từ X , ra A 

Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức


9


Cơng trình nghiên cứu khoa học

Pha B có: I đi vào từ Y , ra B 
Pha C có: I đi vào từ C , ra Z 

Hình 3.6 – Sự hình thành từ trường quay

IV. Nguyên lý làm việc cơ bản của máy điện không đồng bộ.
1. Nguyên lý chung
Khi trong lõi thép stator của Máy điện không đồng bộ tạo ra 1 từ trƣờng quay với
60 f 1
tốc độ là n 1 
p
Trong đó:

f1 là tần số của lƣới điện (lƣới điện Việt Nam có f=50Hz)
p là số đơi cực của máy.

Thì từ trƣờng này qt qua dây quấn nằm trên lõi thép rôto và cảm ứng trong đó
một suất điện động và dịng điện I2, và dịng điện này cũng sinh ra từ trƣờng Φ2 hợp với
từ trƣờng quay do stato sinh ra tạo thành từ trƣờng tổng nằm giữa khe hở lõi thép rotor
và stator, tác dụng lên từng thanh dẫn có dịng điện ở dây quấn rotor , sinh ra mô men;

Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức

10



Cơng trình nghiên cứu khoa học

và tác dụng đó có quan hệ mật thiết với tốc độ quay của rotor n2  Phản ánh chế độ làm
việc của máy điện.
Do n1 ≠ n2, ta dùng khái niệm về hệ số trƣợt s: s % 

n1  n 2
n1

.100 để đặc trƣng cho

máy điện không đồng bộ.
2. Trường hợp làm việc của máy điện không đồng bộ.
a. Trƣờng hợp Roto quay thuận với từ trƣờng quay,
nhƣng tốc độ nhỏ hơn tốc độ đồng bộ 0< n2 < n1 (
hình 3.7)
Đây là trƣờng hợp máy điện làm vịêc ở chế
độ động cơ điện.
Do n < n1 nên từ trƣờng quay quét qua thanh
dẫn rơto theo chiều quay của từ trƣờng, làm cho
Hình 3.7 - Chế độ động cơ điện
Roto xuất hiện suất điện động cảm ứng đƣợc xác
của máy điện KĐB
định theo quy tắc bàn tay phải, I2 tác dụng với từ
trƣờng quay và từ trƣờng tổng F0 tạo ra 1 lực điện từ (Fđt đƣợc xác định theo quy tắc bàn
tay trái), tạo ra mô men quay làm cho Roto quay.
Nhƣ vậy Roto đã biến thành cơ năng trên trục Roto  Máy điện không đồng bộ
biến thành động cơ điện không đồng bộ.
Động cơ điện không dồng bộ chỉ làm việc khi tốc độ rotor nhỏ hơn tốc độ từ

trƣòng quay. Lúc đó mới có sự chuyển động tƣơng đối giữa từ trƣờng và dây quấn rotor
và nhƣ vậy trong dây quấn rotor mới sinh ra đƣợc dòng điện cảm ứng và mô men kéo
rotor quay.
Đây là chế độ làm việc có nhiều ƣu điểm nhất và
đƣợc chế tạo nhiều động cơ
điện không đồng bộ trong thực tế để kéo các máy sản xuất.
b. Trƣờng hợp Roto quay thuận và quay nhanh hơn tốc độ
đồng bộ (n2 > n1)
Dùng 1 động cơ sơ cấp kéo Roto quay n2 > n1 (hình
3.8)

2
Hình 3.8 – Chế độ máy phát
của máy điện KĐB

Từ trƣờng tác dụng dây quấn Roto tạo ra I2 có chiều
ngƣợc với chiều quay tác dụng hãm từ trƣờng quay của từ trƣờng. Nếu lấy thêm p có
Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức

11


Cơng trình nghiên cứu khoa học

thắng lực hãm kéo Roto quay, nhƣ vậy máy đã biến cơ năng thành điện năng. Vì vậy
máy đã làm việc ở chế độ máy phát điện không đồng bộ.
Do kết cấu, đặc điểm và nguyên lý làm việc nên trong thực tế ngƣời ta không chế
tạo và sử dụng máy điện không đồng bộ làm việc ở chế độ máy phát điện. Vì máy phát
điện loại này hiệu suất làm vịêc thấp, tổn hao nhiều.
c. Trƣờng hợp rotor quay ngƣợc với chiều từ

trƣờng quay n2 < 0 (hình 3.9)
Vì một ngun nhân nào đó rotor quay
ngƣợc với chiều của từ trƣờng quay thì lúc đó
chiều của sức điện động, dịng điện và mơmen
vẫn giống nhƣ ở chế độ động cơ điện. Vì mơmen
sinh ra ngƣợc với chiều quay của rotor, nên có tác
dụng hãm rotor dừng lại. Trƣờng hợp này máy
vừa lấy điện năng ở lƣới vào, vừa lấy cơ năng ở
phía rotor. Chế độ làm việc nhƣ vậy gọi là chế độ
hãm.

2
Hình 3.9 – Chế độ hãm của máy điện
KĐB

V. Biểu đồ năng lƣợng và hiệu suất của động cơ không đồng bộ.
1. Biểu đồ năng lượng (hình 3.10)
* Ý nghĩa:
Phản ánh đƣợc các dạng tổn hao khi động cơ làm việc. Đồng thời cũng tính tốn
đƣợc hiệu suất làm việc của động cơ điện.
Công suất của động cơ lấy từ lƣới vào:
P1 = m1.U1.I1.cosφ1
Một phần cơng suất đó bị tổn hao qua dây quấn (bằng Cu):
PCu1 = m1. I 02 .R
Và tổn hao qua lõi thép stator:
PFe= m1. I 02 .r1
Còn lại phần lớn công suất trở thành công suất điện từ Pđt và chuyển qua rotor:

Pđt  P1  PFe  PCu 1
Vì có I2 chạy trong dây quấn rotor nên tổn hao trên dây quấn rotor:

Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức

12


Cơng trình nghiên cứu khoa học

PCu 2  m1I 22 r2
Do đó cơng suất cơ của động cơ điện là:
Pcơ  Pđt  PCu 2
Công suất ở đầu trục động cơ là:

P2  Pcơ – (Pcơ + Pf)
Trong đó:

Pcơ là tổn hao cơ do ma sát và quạt gió.
Pf là tổn hao phụ.

Tổng tổn hao của động cơ điện không đồng bộ là:

 Pth  PCu1  PFe  PCu 2  Pcơ + Pf
Ta có biểu đồ năng lƣợng của động cơ khơng đồng bộ nhƣ hình vẽ 3.10

Hình 3.10 – Biểu đồ năng lượng của động cơ KĐB

2. Hiệu suất của động cơ: (η%)
*Ý nghĩa:
Biết đƣợc khả năng làm việc của động cơ điện không đồng bộ với các mức độ tổn
hao công suất của chúng khi làm việc.
Từ công suất đƣa ra đầu trục P2 và công suất điện lấy vào động cơ P1 và với tổn

hao khi động cơ làm việc (  Pth ) , ta dùng khái niệm hiệu suất động cơ :
Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức

13


Cơng trình nghiên cứu khoa học

η

P2
P1



P1   Pth
P1

= 1-

 Pth
P1

Trong đó:  Pth  PCu 1  PFe  PCu 2  Pcơ + Pf
Do máy điện có khe hở khơng khí lớn hơn MBA, nên dịng điện từ hóa trong máy
cũng lớn hơn MBA. Vì thế hệ số công suất cosφ của máy thấp, thƣờng cosφđm = 0,7 ÷
0,95 và khi không tải cosφ = 0,1 ÷ 0,15 rất thấp.
VI. Mô men quay của động cơ không đồng bộ ba pha.
Mômen quay của động cơ không đồng bộ ba pha đƣợc tạo thành do sự tƣơng tác
giữa từ trƣờng quay với dòng điện cảm ứng trong rotor. Dòng điện trong rotor là dịng

điện xoay chiều, cịn mơmen quay tƣơng ứng với phần cơng suất động cơ. Do đó sự
tƣơng tác này chỉ xảy ra giữa từ trƣờng quay khơng đổi với thành phần tác dụng trong
rotor. Ta có:
M = CM.  .I2. cos  2 (CM là hệ số tỉ lệ)
I2 và cos  2 đều phụ thuộc vào hệ số trƣợt s nên ta có: M = f(s)
Mặt khác I2 và  tỉ lệ với điện áp U đặt vào động cơ cho nên:
M = CM.U2. cos  2
1. Sự phụ thuộc của mômen quay với phụ tải.
Dựa vào biểu thức mối quan hệ giữa mômen quay
với hệ số trƣợt s: M = f(s) ta vẽ đƣợc đƣờng biểu diễn
mối quan hệ của chúng nhƣ hình vẽ bên.
Với cùng một động cơ khi giữ nguyên điện áp đặt
vào stator, thay đổi điện kháng mạch rotor thì I2 và cos
 2 thay đổi. Do đó sự phụ thuộc của của mômen quay vào hệ số trƣợt s cũng thay đổi.
Thực tế khi động cơ làm việc với công suất định mức thì hệ số trƣợt s ít thay đổi, cịn
mơmen quay của động cơ biến đổi trong phạm vi tƣơng đối rộng từ 0 ÷ MMax. Vì vậy
động cơ không đồng bộ ba pha làm việc với vận tốc quay gần nhƣ không đổi khi phụ tải
thay đổi.
2. Sự phụ thuộc của mômen quay vào cos  2 .
- Giả sử cos  2 = 1, nghĩa là trong mạch rotor thuần trở. Khi đó I2 sẽ cùng pha với
sức điện động cảm ứng E2 trong rotor. Nhƣ vậy lực tƣơng tác giữa từ trƣờng quay và

Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức

14


Cơng trình nghiên cứu khoa học

dịng điện cảm ứng sẽ tạo ra các mômen quay cùng chiều, nên mômen tổng hợp tác dụng

vào rotor có giá trị cực đại.
- Giả sử cos  2 = 1, nghĩa là độ lệch pha giữa dòng điện trong rotor I2 và E2 là 900,
mạch rotor chỉ có cảm kháng. Cho nên tại thời điểm nào đó dịng điện trong rotor sẽ cực
đại, tại đây sự tƣơng tác giữa chúng không tạo nên mômen quay. Lực tác dụng lên các
thanh dẫn khác nhau tạo thành các mơmen bằng nhau nhƣng ngƣợc chiều. Do đó mơmen
tổng hợp tác dụng lên rotor có giá trị bằng khơng. Thực tế mạch rotor vừa có điện trở
vừa có cảm kháng mà cảm kháng lại biến đổi theo hệ sô trƣợt s nên động cơ luôn làm
việc với hệ số cos  2 nào đó.
VII. Mở máy động cơ không đồng bộ ba pha.
Mở máy động cơ điện là một quá trình đặc biệt khi động cơ làm việc, xảy ra tại
thời điểm khi đóng điện cho động cơ, động cơ chuyển đổi trạng thái từ tốc độ n = 0, hệ
số trƣợt s = 1, cho đến khi động cơ quay với tốc độ gần bằng tốc độ định mức n đm. Giai
đoạn này thƣờng xảy ra dòng mở máy Imm tăng cao (Imm = 5÷7 Iđm) và mơmen mở máy
Mmm = 0,5÷ 1,5 Mđm

.

1. Các phương pháp mở máy
Có 2 phƣơng pháp chính: Mở máy trực tiếp và mở máy gián tiếp.
Các yêu cầu đối với các phương pháp mở máy:
- Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt.
- Mô men mở máy phải đủ lớn để thích ứng với đặc
tính cơ của tải
- Thời gian mở máy phải đƣợc rút ngắn nhất.
- Các thiết bị và phƣơng tiện mở máy phải đơn giản rẻ
tiền, chắc chắn.
- Tổn hao năng lƣợng trong q trình mở máy ít.
1. Mở máy trực tiếp .

Hình 3.11 – Mở máy trực tiếp


Hình vẽ …. là sơ đồ mở máy trực tiếp động cơ khơng đồng bộ. Đóng cầu dao CD
nối trực tiếp dây quấn stator vào lƣới điện..
Đặc điểm cuả phƣơng pháp này là mở máy đơn giản nhƣng dòng điện mở máy
tƣơng đối lớn nếu quán tính của tải tƣơng đối lớn mà thời gian mở máy quá dài có thể
Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức

15


Cơng trình nghiên cứu khoa học

làm cho máy phát nóng nhanh gây ra sụt áp trên lƣới lớn, làm ảnh hƣởng đến các phụ tải
khác đồng thời cũng ảnh hƣởng đến các thiết bị bảo vệ. Vì vậy phƣơng pháp này thƣờng
áp dụng cho động cơ có cơng suất nhỏ (P < 75 kW) và phải có cơng suất của nguồn lớn
hơn nhiều lần công suất động cơ.
2. Mở máy bằng cách giảm điện áp đặt vào dây quấn stator.
Là phƣơng pháp mở máy đƣợc thực hiện trong giai đoạn mở máy có thiết bị mở
máy nối vào mạch động cơ. Sau khi kết thúc mở máy, thiết bị đó bị loại ra khỏi mạch và
động cơ đƣợc làm việc trực tiếp với lƣới điện. phƣơng pháp này chỉ dùng cho các thiết
bị yêu cầu mômen mở máy nhỏ.
a. Mở máy dùng cuộn kháng mắc nối tiếp vào mạch stator:
Trên hình …. Là sơ đồ nối dây để
khởi động ĐCKĐB dùng cuộn kháng CK
Bắt đầu q trình mở máy: đóng
cầu dao CD1 để nối dây quấn stator vào
lƣới điện thông qua cuộn kháng CK (cầu
dao CD2 cắt). Động cơ quay ổn định đóng
CD2 để ngắn mạch điện kháng nối trực
tiếp dây quấn stator vào lƣới điện.

Điện áp đặt vào dây quấn stator khi
khởi động là: U k' = kU1 (k<1)
Dòng điện khởi động:
I k' = k Ik  k =

I k'
(Ik là
Ik

Hình 3.12 – Mở máy dùng cuộn kháng

dịng khởi động trực tiếp với U1)
Mô men khởi động: M 'k = k2Mk  k2=

M k'
Mk

Ta thấy theo phƣơng pháp này thì dịng khởi động Ik giảm k lần, mơmen khởi
động giảm k2 lần.
Trong thực tế, ngƣời ta thƣờng dùng mạch công tắc tơ kết hợp với Rơle thời gian
để tự động chuyển đổi trạng thái mở máy.
b. Mở máy dùng biến áp tự ngẫu.
Trên hình …. là sơ đồ nối dây khởi động ĐCKĐB dùng máy biến áp tự ngẫu
(MBATN).
Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức

16


Cơng trình nghiên cứu khoa học


Trƣớc khi khởi động cắt CD2, đóng CD3, MBATN để ở vị trí điện áp đặt vào
động cơ khoảng (0,6 ÷ 0,8)Uđm. Đóng CD1 để nối dây quấn stator vào lƣới điện thông
qua MBATN. Khi động cơ quay ổn định cắt CD3, đóng CD2 để ngắn mạch MBATN nối
trực tiếp dây quấn stator vào lƣới điện.
Khi khởi động, động cơ đƣợc cấp một điện áp: Uk= kT .U1 (k<1)
Lúc đó dịng điện khởi động I k' = kT Ik (Ik là dòng khởi động trực tiếp)
Dòng điện MBATN nhận từ lƣới điện: I1= kT. I k' = k T2 .Ik
Mômen khởi động M 'k = k T2 Mk
Đặc điểm của phƣơng pháp này là dòng điện trong lƣới giảm đi k2 lần so với
dòng khởi động Ik khi nối trực tiếp.

Hình 3.14 – khởi động đổi nối Y  Δ

Hình 3.13 – Mở máy dùng biến áp TN

c. Mở máy bằng cách đổi nối Y/  .
Trên hình …. là sơ đồ nối dây khởi động ĐCKĐB bằng cách đổi nối Y/  .
Phƣơng pháp này chỉ dùng cho động cơ lúc làm việc bình thƣờng nối  , khi khởi động
nối Y, sau khi tốc độ quay gần ổn định chuyển về nối  để làm việc.
Điện áp pha khi khởi động: U 'kf =

1
Uk
3

Dòng điện khi khởi động nối Y: IkY = I 'kf =
Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức

1

I kf
3
17


Cơng trình nghiên cứu khoa học

Dịng điện khi khởi động trực tiếp: I k = 3I kf
Ta có:

3I kf
I k

3
1
I kY
I kf
3

Mômen mở máy giảm 3 lần.
d. Mở máy bằng cách thêm điện trở phụ Rp vào mạch rotor dây quấn.
phƣơng pháp này chỉ áp dụng cho những động cơ rotor dây quấn. Vì đặc điểm
của loại động cơ này là có thể thêm điện trở phụ vào mạch rotor. Khi điện trở rotor thay
đổi thì đặc tính M = f(s) cũng thay đổi theo. Khi điều chỉnh điện trở mạch rotor thích
hợp thì Mk = MMax (đƣờng 3). Sau khi rotor quay để giữ một mômen điện từ nhất định
trong quá trình khởi động thì ta cắt dần điện trở nối thêm vào mạch rotor làm cho quá
trình tăng tốc động cơ từ đặc tính này sang đặc tính khác. Sau khi cắt tồn bộ điện trở thì

Hình 3.15 – Khởi động bằng điện trở phụ
a) Sơ đồ khởi động; b) Đặc tính khởi động


sẽ tăng tốc đến điểm làm việc của đặc tính cơ tự nhiên.
Phƣơng pháp này có ƣu điểm là mơmen khởi động Mk lớn, dịng điện khởi động
Ik nhỏ. Nhƣng lại cơ nhƣợc điểm là động cơ rotor dây quấn chế tạo phức tạp hơn động
cơ rotor lồng sóc nên giá thành cao, bảo quản khó khăn và hiệu suất cũng thấp hơn.

Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức

18


Cơng trình nghiên cứu khoa học

CHƢƠNG 2
ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA
Để đáp ứng đƣợc u cầu cơng nghệ trong q trình sản xuất địi hỏi phải
biết cách điều chỉnh tốc độ động cơ cho phù hợp để đảm bảo năng suất và chất
lƣợng sản phẩm. Ta thấy các phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ chủ yếu có
thể thực hiện đƣợc bao gồm:
- Trên stator: thay đổi tần số f của nguồn điện, thay đổi số đôi cực từ p và
thay đổi điện áp U đƣa vào dây quấn stator.
- Trên rotor: thay đổi điện trở rotor.
2.1. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số.
Ta biết tốc độ của động cơ không đồng bộ là:
n2 = n1(1-s) =

60 f
(1  S )
P


Khi hệ số s thay đổi ít thì n2 tỉ lệ thuận với f. Phƣơng pháp thay đổi tốc độ
động cơ bằng cách thay đổi tần số là phƣơng pháp điều chỉnh bằng phẳng, động
cơ có thể quay với bất cứ tốc độ nào. Muốn vậy phải sử dụng một nguồn điện đặc
biệt. Do đó chỉ khi nào có nhiều động cơ cùng thay đổi tốc độ theo một quy luật
chung thì cách điều chỉnh này mới có ý nghĩa hiện thực, vì lúc đó có thể dùng một
nguồn điện biến tần chung. Ví dụ một số thiết bị ngành dệt may, ngành luyện
kim…

Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức

19


Các dịng sản phẩm Biến tần của
Panasonic

Cơng trình nghiên cứu khoa học

VF-8Z

3 pha 400V
AC

5.5kW
7.5kW
11kW
15kW
19kW
22kW
30kW

37kW

2.2. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi số đôi cực.
Từ công thức: n =

60 f
, với f = 50Hz, ta thấy:
p

- Với một đôi cực: 2p=2 -> p=1 thì: n =
- Với hai đơi cực: 2p=4 -> p=2 thì: n =
- Với ba đơi cực: 2p=6 -> p=3 thì: n =

60x50
60 f
=
3000 (v/phút)
1
p
60x50
60 f
=
1500 (v/phút)
2
p

60x50
60 f
=
1000 (v/phút)

3
p

Từ những điều trên ta thấy muốn thay đổi tốc độ động cơ ta chỉ cần thay đổi
số đôi cực từ. Trong thực tế để thay đổi tốc độ động cơ bằng phƣơng pháp thay
đổi số đôi cực ngƣời ta phải chế tạo ra các bộ dây quấn Stator sao cho khi đổi nối
các đầu dây của các pha thì số đôi cực phải tăng lên hoặc giảm đi.

Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức

20


Cơng trình nghiên cứu khoa học

Ví dụ: Thay đổi bằng cách đấu dây quấn Stator từ Ynt  YY
L1

L1

A1
X1

A1

A2

X1

X2


O1
A2
X2
Z2
Y2

Z1

Y1

C1

C2

L2

O3

B1

Z2

B1

C2

B2
L2


O1 O3
O2

Y1

O2

L3

Z1

Y2
B2

(YNT )

L3
C1

(YY)

2.3. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp stator.
- Dùng bộ biến đổi điện áp (Bộ BĐĐA) có thể là điện trở (R), điện kháng (XL)
hay dùng Thyristor.
của động cơ. Điều kiện tần số f= hằng số.

Hình 3.16 – Điều chỉnh tốc độ bằng bộ biến
đổi điện áp

Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức


21


Cơng trình nghiên cứu khoa học

- Nhận xét: Chỉ cho thay đổi về phía giảm U1< U đm nên chỉ giảm tốc độ. Khi
điện áp giảm, momen tới hạn Mmax của động cơ giảm mạnh. Trong khi đó tốc độ
khơng tải (tốc độ đồng bộ) giữ nguyên, xong khả năng chịu tải cũng giảm theo. Vì
vậy khi điều chỉnh tốc độ giảm thấp thì đặc tính giảm độ cứng và độ ổn định tốc
độ kém hơn. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ bị thay đổi rõ rệt khi giảm
điện áp để giảm tốc độ.
2.4. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch rotor dây quấn.
Khi Rp3 > Rp2 > Rp1
- Chỉ điều chỉnh tốc độ về phía giảm nđc

đm

- Tốc độ càng giảm đặc tính cơ càng mềm.
- Tốc độ của động cơ càng kém ổn định khi thay đổi momen tải.
- Dải điều chỉnh phụ thuộc vào trị số momen tải, momen tải càng nhỏ thì dải điều
chỉnh càng hẹp
- Khi điều chỉnh sâu (giảm nhỏ tốc độ) thì độ trƣợt của động cơ tăng và tổn hao
trên điện trở phụ lớn.
- Phƣơng pháp này có thể điều chỉnh trơn nhờ biến trở nhƣng đối với động cơ

Hình 3.17 – Điều chỉnh tốc độ bằng điện trở mạch roto dây quấn

Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức


22


Cơng trình nghiên cứu khoa học

cơng suất lớn nên điều chỉnh theo cấp.

Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức

23


Cơng trình nghiên cứu khoa học

CHƢƠNG 3
MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ 2 CẤP TỐC ĐỘ
3.1 Mơ hình thí nghiệm động cơ 2 cấp tốc độ
3.1.1 Bản vẽ bố trí thiết bị :
Mơ hình đƣợc thiết kế với các khối:
- Khối 3 PHASE MCB MODULE (380VAC): khối này cung cấp nguồn 3 pha
điện áp 380v cho mơ hình, bao gồm 1 MCCB chống giật 32A, các đèn báo pha
L1, L2, L3 và đƣợc đấu ra các chốt cắm 4mm.
- Khối 1 PHASE MCB MODULE (220VAC): khối này cung cấp nguồn 1 pha
điện áp 220v cho mơ hình, bao gồm 1 MCCB chống giật 16A, các đèn báo pha L,
và đƣợc đấu ra các chốt cắm 4mm.
- Khối FUSE MODULE: bảo vệ ngắn mạch, quá tải cho thiết bị, động cơ và các
khí cụ điện và đƣợc đấu ra các chốt cắm 4mm.
- Khối Sơ đồ dây quấn và sơ đồ nguyên lý thay đổi tốc độ động cơ: khối này mô tả
dàn trải sơ đồ dây quấn của động cơ khơng đồng bộ 3 pha roto lồng sóc, Z=24,
kiểu dây quấn đồng tâm, các sơ đồ thay đổi tốc độ với 2 trƣờng hợp P = const,

M = const
- Khối TIMER MODULE: khối này sử dụng rơ le thời gian ON-DELAY tạo
khoảng thời gian trễ cho các mạch điều khiển, tất cả các tiếp điểm đều đƣợc đấu ra
chốt 4 mm
- Khối Contactor: gồm 3 Contactor của hãng LS, dùng để kết nối điều khiển động
cơ

Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức

24


Cơng trình nghiên cứu khoa học

Hình 3.1: Bản vẽ bố trí thiết bị trên mơ hình
3.1.2 Bố trí thiết bị trên mơ hình

Hình 3.2 Bố trí thiết bị trên mơ hình
Khối 3 PHASE MCB MODULE (380VAC):

Hình 3.3 Khối 3 pha MCB
Khối 1 PHASE MCB MODULE (220VAC):

Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức

25