PHẦN THỨ BA
MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
Chương 9
NGUYÊN LÝ
MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
9.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
Máy điện không đồng bộ là máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm
ứng điện từ và có tốc độ của rotor n khác với tốc độ từ trường quay trong máy n
1
.
Máy điện không đồng bộ có thể làm việc ở hai chế độ: Động cơ và máy phát.
Máy phát điện không đồng bộ ít dùng vì có đặc tính làm việc không tốt, nên
trong chương nầy ta chủ yếu là xét động cơ không đồng bộ. Động cơ không đồng
bộ được sử dụng nhiều trong sản xuất và trong sinh hoạt vì chế tạo đơn giản, giá
thàng rẽ, độ tin cậy cao, vận hành đơn giản, hiệu suất cao và gần như không bảo
trì. Gần đây do kỹ thuật điện tử phát triễn, nên động cơ không đồng bộ đã đáp ứng
được yêu cầu điều chỉnh tốc độ vì vậy động cơ này càng sử dụng rộng rãi hơn.
Dãy công suất của nó rất rộng từ vài watt đến hàng ngàn kilowatt. Hầu hết không
đồng bộ là động cơ ba pha, có một số động cơ công suất nhỏ là một pha.
Trên nhãn máy người ta ghi các số liệu định mức của động cơ không đồng bộ
là:
Công suất cơ có ích trên trục: P
đm
.(W, kW)
Điện áp dây định mức stator: U
đm
(V)
Dòng điện dây định mức stator: I
đm
.(A)
Tốc độ quay định mức của rotor: n

đm
.(vòng/phút)
Hệ số công suất định mức: cosϕ
đm
.
Hiệu suất định mức: η
đm
.
Công suất định mức của động cơ là công suất cơ có ích trên trục, nên công
suất tác dụng định mức động cơ không đồng bộ nhận từ lưới điện:
âmâmâm
âm
âm
âm
cosIU
P
P ϕ×=
η
= 3
1
(9-1)
Mômen định mức của động cơ được xác định theo công thức:
)s/rad(
)W(P
M
đm
đm
đm
Ω
=

(9-2)
146
với
55,9
n
60/n2
đm
đmđm
=×π=Ω
nên
)phút/vòng(n
)kW(P
9550M
đm
đm
đm
=
(9-3)
Trong đó: P
đm
(W, kW) là công suất cơ có ích trên trục
Ω
đm
(rad/s) = tốc độ góc định mức của động cơ.
Trên nhãn động cơ ba pha ghi U
đm
- ∆/Y- 220/380V, nghĩa là điện áp dây của
lưới 220V, động cơ nối tam giác, còn 380V nối sao.
9.2. CẤU TẠO CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
Cấu tạo của máy điện không đồng bộ được trình bày trên hình 9-1, gồm hai bộ

phận chủ yếu là stator và rotor, ngoài ra còn có vỏ máy, nắp máy và trục máy. Trục
làm bằng thép, trên đó gắn rotor, ổ bi và phía cuối trục có gắn một quạt gió để làm
mát máy dọc trục.
9.2.1. Stator (sơ cấp hay phần ứng)
Stator gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn, ngoài ra còn có vỏ máy
và nắp máy. Còn hình 9-3c là ký hiệu động cơ trên sơ đồ điều khiển.
a) Lõi thép :
147
Hình 9-1 Cấu tạo của động cơ điện không đồng bộ
1. Lõi thép stato; 2. Dây quấn stato; 3. Nắp máy; ; 4. Ổ bi; 5. Trục máy; 6.Hộp dầu cực; 9- Lõi thép
rôto; 8. Thân máy; 9. Quạt gió làm mát; 10. Hộp quạt
1
7
2
8
3
4
9
5
6
10
Lõi thép stator là phần dẫn từ, có dạng hình trụ (hình 9-2b), được làm bằng
các lá thép kỹ thuật điện để giảm tổn hao vì từ trường đi qua lõi thép là từ trường
quay. Phía trong lõi thép được dập rãnh (hình 9-2a) rồi ghép lại với nhau tạo thành
các rãnh theo hướng trục. Lõi thép được ép vào trong vỏ máy.
b) Dây quấn :
Dây quấn stator thường được làm bằng dây đồng có bọc cách điện và đặt
trong các rãnh của lõi thép và được cách điện tốt với lõi sắt. Kiểu dây quấn, hình
dạng và cách bố trí dây quấn đã được trình bày ở chương 3 (xem lại chương 3).
Dòng điện xoay chiều ba pha chạy trong dây quấn ba pha stator sẽ tạo nên từ

trường quay (xem lại chương 5).
c) Vỏ máy :
.Vỏ máy gồm có thân và nắp, thường làm bằng gang (hình 9-1).
9.2.2. Rotor (thứ cấp hay phần quay)
Rotor là phần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy.
148
Hình 9-3 Cấu tạo rotor động cơ không đồng bộ.
a) Dây quấn rotor lồng sóc c) Lõi thép rotor d) Ký hiệu động cơ trên sơ đồ
Đ
C
(d
)
(a
)
(b
)
Hình 9-2 Kết cấu stator máy điện không đồng bộ
a) Lá thép stator và rotor; b) Lõi thép stator
(a)
i
A
i
A
(b)
a)Lõi thép: Lõi thép rotor gồm các lá thép kỹ thuật điện được lấy từ phần bên
trong của lõi thép stator ghép lại, mặt ngoài lõi thép dập rãnh (hình 9-2a) để đặt
dây quấn, ở giữa có dập lỗ để lắp trục.
b)Dây quấn: Dây quấn rotor của máy điện không đồng bộ có hai kiểu : rotor
ngắn mạch còn gọi là rotor lồng sóc và rotor dây quấn.
• Rotor lồng sóc (hình 9-3a) gồm các thanh đồng hoặc thanh nhôm đặt trong

rãnh và bị ngắn mạch bởi hai vành ngắn mạch ở hai đầu. Với động cơ nhỏ, dây
quấn rotor được đúc nguyên khối gồm thanh dẫn, vành ngắn mạch, cánh tản nhiệt
và cánh quạt làm mát (hình 9-3b). Các động cơ công suất trên 100kW thanh dẫn
làm bằng đồng được đặt vào các rãnh rotor và gắn chặt vào vành ngắn mạch.
• Rotor dây quấn (hình 9-4) cũng quấn giống như dây quấn ba pha stator và
có cùng số cực từ như dây quấn stator. Dây quấn kiểu nầy luôn luôn đấu sao (Y)
và có ba đầu ra đấu vào ba vành trượt. Vành trượt gắn vào trục quay của rotor và
cách điện với trục. Ba chổi than cố định và luôn tỳ trên vành trượt nầy để dẫn điện
vào một biến trở cũng nối sao nằm ngoài động cơ để khởi động hoặc điều chỉnh
tốc độ.
149
A
B
C
Dây quấn stator
(đấu Y hoặc ∆)
Dây quấn rotor
(đấu Y)
Vành trượt
Chổi than
Biến trở
Hình 9-4 Cấu tạo của động cơ không đồng bộ ba pha rotor dây quấn
9.3. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
Khi có hệ thống dòng điện xoay chiều ba pha, tần số f
1
, chảy trong dây quấn
stator, hệ thống dòng dòng điện này sẽ tạo ra từ trường quay với tốc độ n
1
=60f
1

/p.
Từ trường quay cắt các thanh dẫn của dây quấn rotor và cảm ứng trong đó các sđđ
E
2
. Vì dây quấn rotor nối ngắn mạch, nên sđđ cản ứng E
2
sẽ sinh ra dòng điện I
2
trong các thanh dẫn rotor. Từ thông do dòng điện nầy sinh ra hợp với từ thông của
stator tạo thành từ thông tổng ở khe hở. Dòng điện trong dây quấn rotor I
2
tác dụng
với từ thông khe hở sinh ra moment. Tác dụng đó có quan hệ mật thiết với tốc độ
quay n của rotor (hình 9-5). Trong những phạm vi tốc độ khác nhau thì chế độ làm
việc của máy cũng khác nhau. Sau đây ta sẽ nghiên cứu tác dụng của chúng trong
ba phạm vi tốc độ.
Hệ số trượt s của máy
Sự khác nhau giữa tốc độ từ trường quay (tốc độ đồng bộ) n
1
và tốc độ của
rotor n được gọi là tốc độ trược n
2
, và tỉ số của tốc độ trược trên tốc độ đồng bộ
gọi là hệ số trượt s. Các biểu thức tương ứng là:
n
2
= n
1
- n (9-4)
1

1
n
nn
s
−
=
(9-5)
Như vậy khi tốc độ của rotor bằng tốc độ từ trường quay (n = n
1
) thì hệ số
trượt s = 0, còn n = 0 thì s = 1; khi n > n
1
, s < 0 và khi rotor quay ngược chiều từ
trường quay n < 0 thì s > 1.
9.3.1. Rotor quay cùng chiều từ trường quay có tốc độ n < n
1
(0 < s < 1)
Gỉa thiết về chiều quay của từ trường khe hở quay với tốc độ n
1
và của rotor
quay với tốc độ n như trình bày trên hình 9-5a. Theo qui tắc bàn tay phải, xác định
được chiều sđđ E
2
và I
2
; theo qui tắc bàn tay trái, xác định được lực F và moment
M. Ta thấy lực F cùng chiều quay của rotor, nghĩa là điện năng đưa tới stator,
thông qua từ trường đã biến đổi thành cơ năng trên trục làm quay rotor theo chiều
từ trường quay với tốc độ n, như vậy máy làm việc ở chế độ động cơ điện.
150

Hình 9-5 Quá trình tạo moment của máy điện không đồng bộ
B
N
F
đt
n
1
→
B
F
đt
S
n
(a)
B
N
F
đt
n
1
→
B
F
đt
S
n
(c)
B
N
F

đt
n
1
→
B
F
đt
S
n
(b)
Tốc độ rotor của máy n luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường quay n
1
, vì nếu tốc độ
bằng nhau thì không có sự chuyển động tương đối, trong dây quấn rotor không có
sđđ và dòng điện cảm ứng, nên lực điện từ bằng không.
Khi rotor đứng yên, tốc độ n = 0, hệ số trượt s = 1; khi rotor quay định mức
s
đm
= 0,02 ÷ 0,08 và từ công thức (9-5), ta có tốc độ động cơ là:
n = n
1
(1-s) =
p
f60
1
(1-s) vg/ph. (9-6)
Như vậy động cơ khi làm việc ở chế độ định mức thường hệ số trượt trong
khoảng s
đm
= 0,02 ÷ 0,08, như vậy rotor có tốc độ n gần bằng tốc từ trường quay

(độ đồng bộ) n
1
.
9.3.2. Rotor quay cùng chiều từ trường quay nhưng có tốc độ n > n
1
(s < 0)
Dùng động cơ sơ cấp quay rotor của máy điện không đồng bộ vượt tốc độ
đồng bộ, n > n
1
. Lúc đó chiều của từ trường quay quét qua dây quấn rotor sẽ
ngược lại, sđđ và dòng điện trong dây quấn rotor cũng đổi chiều nên chiều của
moment M cũng ngược chiều của n
1
, nghĩa là ngược chiều của rotor, nên đó là
moment hãm (hình 9-5b). Như vậy máy đã biến cơ năng tác dụng lên trục động cơ,
do động cơ sơ cấp kéo thành điện năng cung cấp cho lưới điện, nghĩa là máy điện
không đồng bộ làm việc ở chế độ máy phát điện.
9.3.3. Rotor quay ngược chiều từ trường quay tức tốc độ n < 0 (s > 1)
Vì nguyên nhân nào đó mà rotor của máy quay ngược chiều từ trường quay
(hình 9-5c), lúc nầy chiều sđđ, dòng điện và moment giống như ở chế độ động cơ.
Vì moment sinh ra ngược chiều quay với rotor nên có tác dụng hãm rotor lại.
Trong trường hợp nầy, máy vừa lấy điện năng ở lưới điện vào, vừa lấy cơ năng từ
động cơ sơ cấp. Chế độ làm việc này gọi là chế độ hãm điện từ.
9.4. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
9.4.1. Phương trình điện áp ở dây quấn stator.
Dây quấn stator của động cơ tương tự như dây quấn sơ cấp máy biến áp, ta
có phương trình điện áp là:
11111111
ZIE)jXR(IEU


+=++=
(9-7)
trong đó: Z
1
= R
1
+ jX
1
: tổng trở pha của dây quấn stator.
* R
1
là điện trở của dây quấn stator.
* X
1
là điện kháng tản của dây quấn stator.
E
1
là sđđ pha stator do từ thông của từ trường quay sinh ra có trị số là:
E
1
= 4,44f
1
N
1
k
đq1
Φ
max
(9-8)
Với N

1
, là số vòng dây của một pha dây quấn stator
k
dq1
là hệ số dây quấn của dây quấn stator.
Φ
max
là biên độ từ thông của từ trường quay.
f
1
là tần số dòng điện trong dây quấn stator.
151
9.4.2. Phương trình điện áp ở dây quấn rotor
a. Ảnh hưởng của hệ số trượt đến tần số của rotor
Từ trường chính quay với tốc độ n
1
, rotor quay với tốc độ n theo chiều từ
trường quay. Vậy giữa từ trường quay và dây quấn rotor có tốc độ trượt n
2
:
n
2
= n
1
- n
Tần số sđđ và dòng điện trong dây quấn rotor :
1
1
1
1

12
2
sf
n
pn
n
nn
60
pn
f
=×
−
==
(9-9)
trong đó, s - là hệ số trượt của động cơ không đồng bộ, lúc làm việc ở chế độ tải
định mức, thường s
đm
= 0,02 ÷ 0,08. Nếu f
1
= 50Hz thì f
2
= (1-4)Hz
b. Ảnh hưởng của hệ số trượt đến sđđ của rotor
Sđđ pha cảm ứng trong dây quấn rotor lúc quay E
2s
là:
E
2s
= 4,44f
2

N
2
k
dq2
Φ
max
(9-10)
Từ công thức (9-13), thế vào (9-14a), ta có:
E
2s
= 4,44sf
1
N
2
k
dq2
Φ
max
(9-11)
Trong đó: N
2
là số vòng dây của một pha dây quấn rotor
k
dq2
là hệ số dây quấn của dây quấn rotor.
Khi rotor đứng yên s = 1, tần số f
2
= f
1
. Sđđ cảm ứng trong dây quấn rotor lúc

đứng yên E
2
là:
E
2
= 4,44f
1
N
2
k
dq2
Φ
max
(9-12)
So sánh (9-11) và (9-12), ta nhận được:
22
EsE
s

=
(9-13)
Từ (9-8) và (9-12), ta có tỉ số sđđ pha stator và rotor là :

r
s
22dq
11dq
2
1
e

N
N
Nk
Nk
E
E
a
===
(9-14)
với: a
e
gọi là hệ số qui đổi sđđ rotor về stator.
N
s
= k
dq1
N
1
là số vòng dây hiệu dụng của dây quấn stator.
N
r
= k
dq2
N
2
là số vòng dây hiệu dụng của dây quấn rotor
c. Phương trình điện áp ở dây quấn rotor
Phương trình cân bằng điện áp ở dây quấn rotor của của động cơ không đồng
bộ có được bằng cách phân tích mô hình mạch điện một pha trình bày trên hình 9-
16. Để thuận tiện cho việc phân tích, ta giả thiết stator lí tưởng nghĩa là từ trường

do nó sinh ra có biên độ và tốc độ quay không đổi, không có tổn hao sắt, đồng và
sụt áp trên dây quấn stator. Rotor được thay bằng mạch điện đứng yên gồm điện
trở R
2
, điện kháng X
2
và sđđ cảm ứng trong dây quấn rotor E
2
. Sđđ cảm ứng trong
dây quấn rotor do từ trường quay stator có tần số f
2
=f
1
. Mô hình một pha của động
cơ rotor dây quấn trình bày trên hình 9-6a, nếu rotor lồng sóc qui đổi về rotor dây
quấn tương đương.
152
Điện trở của rotor R
2
phụ thuộc vào chiều dài, tiết diện ngang, điện trở xuất và
hiệu ứng mặt ngoài của thanh dẫn rotor, cũng như điện trở điều chỉnh nếu nó là
động cơ rotor dây quấn. Điện kháng tản của dây quấn rotor phụ thuộc vào chiều
sâu của rãnh, tần số dòng điện trong dây quấn rotor và khe hỡ không khí giữa lõi
thép stator và rotor.
Điện kháng tản của dây quấn rotor lúc đứng yên (blocked-rotor):
X
2
= 2πf
1
L

2
(9-15)
Điện kháng tản của dây quấn rotor lúc quay:
X
2s
= 2πf
2
L
2
= 2πsf
1
L
2

X
2s
= sX
2
(9-16)
trong đó: L
2
là điện cảm tản của dây quấn rotor.
153
Hình 9-6 Sơ đồ mạch điện tương đương của động cơ điện không đồng bộ
với stator lí tưởng và rotor thực
R
2
1
U


Rotor
2
I

f
2
= f
1
jX
2
Từ trường quay
stator
Stator
2
E

(a)
2
Es

R
2
Rotor
2
I

f
2
= sf
1

jsX
2
Từ trường
quay stator
(b)
2
E

R
2
/s
Rotor
2
I

jX
2
Từ trường
quay stator
(d)
R
2
jsX
2
Z
2s
Ψ
2
(c)
R

2
/s
jX
2
Z
2
/s
Ψ
2
(e)
Giống như MBA, ta viết phương trình cân bằng điện áp của mạch điện rotor lúc
quay, nhưng chú ý ở đây là dây quấn rotor ngắn mạch nên U
2
= 0, vậy ta có
phương trình là:
)jXR(IE0
s222s2
+−=

(9-17)
hay:
s2222222
ZIEs)jsXR(IEs0

−=+−=
(9-18)
trong đó: Z
2s
= R
2

+ jsX
2
là tổng trở của dây quấn rotor lúc quay được trình bày
trên hình 9-6c, còn R
2
là điện trở pha của dây quấn rotor.
Từ phương trình (9-18), ta có mạch điện tương đương hình 9-6b, và tính được
dòng điện trong dây quấn rotor:
22
2
s2
2
2
jsXR
Es
Z
Es
I
+
==


(9-19)
Ta viết lại (9-19) khi chia tử và mẫu số cho s, ta có như sau:
22
2
s2
2
2
jXs/R

E
s/Z
E
I
+
==


(9-20)
Từ phương trình (9-20), ta có mạch điện tương đương hình 9-6d.
Giả thiết rằng
o
22
0EE
∠=

và
2
22
s
Z
s
Z
Ψ∠=
, ta có:
2
2
2
22
o

2
s2
2
2
s/Z
E
s/Z
0E
s/Z
E
I
Ψ−∠=
Ψ∠
∠
==


(9-21)
Trong đó góc Ψ
2
là góc của tổng trở phức Ẕ
2
/s trình bày trên hình 9-6e, và
cũng chính là góc lệch pha của sđđ E
2
và dòng điện I
2
. Hai tổng trở Ẕ
2s
và Ẕ

2
/s chỉ
khác nhau về môđun nhưng không khác nhau về argumen.
Biểu diễn Ẕ
2
/s và Ψ
2
trong các mối quan hệ hình thành chúng, được trình bày
trên hình 9-6e. Từ phương trình (9-21), ta có trị số hiệu dụng dòng điện rotor:
2
2
2
2
2
s2
2
2
)sX(R
sE
Z
sE
I
+
==
(9-22)
Ta viết lại (9-22) khi chia tử và mẫu số cho s, ta có được trị số hiệu dụng của
dòng điện rotor như sau:
2
2
2

2
2
X)
s
R
(
E
I
+
=
(9-23)
Và:








=Ψ
s/R
X
artg
2
2
2
(9-24)
VÍ DỤ 9-1
Động cơ không đồng bộ ba pha nối Y có công suất P

đm
= 75kW, U
đm
= 380V, f
đm
=
50Hz, 4 cực từ. Khi làm việc với công suất định mức có hệ số trượt s
đm
= 0,05.
Xác định :
1. Tốc độ đồng bộ và tốc độ của rotor.
2. Tốc độ của từ trường quay trong khe hở không khí.
3. Tần số của dòng điện trong dây quấn rotor.
154
4. Tốc độ trượt.
5. Tốc độ của từ trường rotor so với :
+ rotor
+ stator
+ từ trường quay stator
6. Điện áp cảm ứng trong dây quấn rotor khi máy làm việc định mức. Cho rằng tỉ
số biến đổi điện áp a
e
=2.
Bài giải
1. Tốc độ đồng bộ :
1500
2
5060
p
f60

n
1
=
×
==
vòng/phút
Tốc độ của rotor : n = (1-s)n
1
= (1-0,05)1500 = 1425 vòng/phút
2. Tốc độ của từ trường quay trong khe hở không khí :
1500
2
5060
p
f60
n
1
=
×
==
vòng/phút
3. Tần số của dòng điện trong dây quấn rotor : f
2
= sf
1
= 0,05 x 50 = 2,5 Hz
4. Tôc độ trượt n
2
= sn
1

= 0,05 x 1500 = 75 vòng/phút.
5. Tốc độ của từ trường rotor so với :
+ rotor : 75 vòng/phút.
+ stator : 1500 vòng/phút
+ từ trường quay stator : 0 vòng/phút
6. Điện áp cảm ứng trong dây quấn rotor khi máy làm việc định mức :
E
2s
= sE
2
=s E
1
/a
e
= 0,05 x
23
380
×
= 5,485 V
VÍ DỤ 9-2
Động cơ không đồng bộ ba pha nối Y có công suất P
đm
= 18,5kW, U
đm
= 380V, f
đm
= 50Hz, 6 cực từ. Điện trở và điện kháng tương ứng của rotor là 0,1 Ω/pha và o,54
Ω/pha. Khi làm việc với công suất định mức có tốc độ n
đm
= 970 vòng/phút. Nếu

sđđ pha khi rotor đứng yên là 150V. Hãy xác định :
1. Tốc độ đồng bộ và hệ số trược định mức.
2. Dòng điện trong dây quấn rotor.
3. Dòng điện trong dây quấn rotor nếu giảm tải đến hệ số trượt còn 0,02. Tính tốc
độ quay lúc này.
Bài giải
1. Tốc độ đồng bộ :
1000
3
5060
p
f60
n
1
=
×
==
vòng/phút
Hệ số trượt định mức:
03,0
1000
9701000
n
nn
s
1
1
đm
=
−

=
−
=
2. Dòng điện trong dây quấn rotor lúc s = 0,03:
155
o
o
22
2
2
2,94,44
54,0j03,0/1,0
0150
jXs/R
E
I
−∠=
+
∠
=
+
=


A
3. Dòng điện trong dây quấn rotor lúc s = 0,0124:
o
o
22
2

2
16,683,29
54,0j02,0/1,0
0150
jXs/R
E
I
−∠=
+
∠
=
+
=


A
Tốc độ của rotor : n = (1-s)n
1
= (1-0,02)1000 = 980 vòng/phút
9.4.3. Phương trình stđ của động cơ không đồng bộ.
Khi động cơ làm việc, từ trường quay trong máy do dòng điện của cả hai dây
quấn sinh ra. Dòng điện trong dây quấn stator sinh ra từ trường quay stator quay
với tốc độ n
1
so với stator. Dòng điện trong dây quấn rotor sinh ra từ trường quay
rotor quay với tốc độ n
2
so với rotor bằng:
n
2

=
1
12
ns
p
sf60
p
f60
==
(9-25)
Vì rotor quay đối với stator có tốc độ n, nên từ trường rotor sẽ quay đối với
stator có tốc độ là :
n
2
+ n = sn
1
+ n = sn
1
+ n
1
(1-s) = n
1

Vậy từ trường quay stator và từ trường quay rotor quay cùng tốc độ n
1
, nên
từ trường tổng hợp là từ trường quay với tốc độ n
1
.
Từ thông Φ

max
trong máy điện không đồng bộ có trị số hầu như không đổi
ứng với chế độ không tải và có tải. Do đó ta có thể viết phương trình sức từ động
của động cơ như sau:
m
1
k
dq1
N
1
1
I

- m
2
k
dq2
N
2
2
I

= m
1
k
dq1
N
1
0
I


(9-26)
trong đó: I
0
là dòng điện stator lúc không tải;
I
1
, I
2
là dòng điện stator và rotor khi có tải;
m
1
, m
2
là số pha của dây quấn stator và rotor;
k
dq1
, k
dq2
là hệ số dây quấn của dây quấn stator và rotor.
Chia hai vế cho m
1
N
1
k
dq1
và đặt:
'
2
i

2
2dq22
1dq11
2
I
a
I
kNm
kNm
I


==
,
ta có:
'
201
III

+=
(9-27)
Trong đó,
'
2
I

là dòng điện rotor qui đổi về stator, còn hệ số qui đổi dòng điện
rotor về stator là:
22dq2
11dq1

i
Nkm
Nkm
a
=
(9-28)
9.5. MẠCH ĐIỆN THAY THẾ CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
Để thuận tiện cho việc nghiên cứu và tính toán các quá trình năng lượng, ta
thay thế động cơ điện không đồng bộ bằng mô hình mạch điện tương đương gồm
156
các tham số của máy, hệ số trượt, nguồn điện đặt vào dây quấn stator như trình bày
trên hình 9-7a, gọi là mạch điện thay thế động cơ điện không đồng bộ. Mạch điện
rotor như đã thấy ở hình 9-6d, còn mạch điện stator tương đương phương trình cân
bằng điện áp phía stator (9-7), gồm điện trở của dây quấn stator R
1
, điện kháng tản
của dây quấn stator X
1
, điện trở R
fe
đặt trưng cho tổn hao sắt trong lõi thép và điện
kháng từ hóa X
M
đặt trưng cho thành phần từ hóa của đòng điện không tải.
Mô hình mạch điện động cơ không đồng bộ trình bày trên hình 9-7a giống
như mạch điện thay thế MBA đã biết ở chương 2, trong đó điện trở và điện kháng
tản của động cơ giống như dây quấn sơ cấp và thứ cấp MBA. Do giống nhau như
vậy nên sử dụng mạch điện thay thế MBA đã nghiên cứu cho động cơ không đồng
bộ. Vì vậy mạch điện thay thế hình 9-7a có thể bỏ qua hai nhánh song song thay
máy lí tưởng và các tham số qui đổi về phía stator được trình bày trên hình 9-7b,

nghĩa là để nối trực tiếp dây quấn rotor về dây quấn stator thì sđđ E
2
phải bằng sđđ
E
1
, vì vậy ta phải qui đổi rotor về stator. Để qui đổi, ta nhân phương trình (9-20)
với a
e
, chia và nhân số hạng thứ hai với a
i
, ta có:
)aajXaa
s
R
(
a
I
Ea0
ie2ie
2
i
2
2e
+−=


(9-30a)
)jX
s
R

(IE0
'
2
'
2
'
2
'
2
+−=

(9-30b)
)jXR
s
s1
R(IE0
'
2
'
2
'
2
'
2
'
2
++
−
−=


(9-30c)
trong đó: E’
2
= a
e
E
2
=E
1
là sđđ pha rotor qui đổi về stator; I
2
’= I
2
/a
i
là dòng điện
rotor qui đổi về stator; R
2
’= R
2
a
i
a
e
= a
2
R
2
là điện trở dây quấn rotor qui đổi về
stator; X

2
’= X
2
a
i
a
e
= a
2
X
2
là điện kháng dây quấn rotor qui đổi về stator; a
2
= a
i
a
e
là
hệ số qui đổi tổng trở; còn điện trở R
2
’/s phân ra làm hai thành phần:
+=
−
+=
'
2
'
2
'
2

'
2
R
s
)s1(R
R
s
R
R
cơ
(9-31)
và R
cơ
= R’
2
(1-s)/s
Với R
cơ
gọi là điện trở cơ giả tưởng, năng lượng tiêu tán trên điện trở này
tương đương năng lượng điện từ biến thành cơ năng trên trục động cơ khi rotor
quay. Từ hình 9-7b, ta có các tổng trở, phương trình như sau:
'
2
'
2
'
s2
jX
s
R

Z
+=
;
Mfe
Mfe
0
jXR
jXR
Z
+
×
=
02
02
P
ZZ
ZZ
Z
+
×
=
;
P1V
ZZZ
+=
V
1
1
Z
U

I


=
;
1
'
2
EE

=
;
'
s2
'
2
2
Z
E
I


=
(9-32)
1111
ZIEU

+=
)jXR
s

)s1(
R(IE0
'
2
'
2
'
2
'
2
'
2
++
−
−=

'
201
III

+=
157
Ta thấy mạch điện thay thế động cơ điện không đồng bộ khi rotor quay trên
hình 9-7b giống như mạch điện thay thế máy biến áp, ở đây dây quấn sơ cấp máy
biến áp là dây quấn stator, dây quấn thứ cấp máy biến áp là dây quấn rotor và phụ
tải máy biến áp là điện trở cơ giả tưởng R
cơ
=R’
2
(1-s)/s, đây là điện trở đặc trưng

cho công suất cơ P
cơ
của động cơ.
9.6. CÁC DẠNG KHÁC CỦA MẠCH ĐIỆN THAY THẾ
Để thuận tiện cho việc tính toán, sơ đồ hình 9-7 được xem gần đúng tương
đương với sơ đồ hình 9-8a, khi chuyển nhánh từ hóa về nối trực tiếp với điện áp
nguồn U
1
cũng được sử dụng nhiều trong tính toán động cơ điện không đồng bộ.
Ngoài ra, nếu làm một vài phép biến đổi đơn giản, ta có sơ đồ thay thế như
hình 9-8b,c, trong đó:
'
21n
'
21n
XXX
RRR
+=
+=

Từ sơ đồ mạch điện thay thế có thể tính dòng điện stator, dòng điện rotor,
moment, công suất cơ... và những tham số khác. Như vậy ta đã chuyển việc tính
toán một hệ Điện - Cơ về việc tính toán mạch điện đơn giản.
158
(9-33)
R’
2
R
1
jX

1
1
U

R
fe
jX
M
1
I

o
I

(a)
1
E

fe
I

M
I

2
E

R
2
/s

Rotor
2
I

jX
2
Từ trường
quay stator
Máy
Lý tưởng
+
_
φ
Hình 9-7 Mạch điện thay thế của động cơ điện không đồng bộ; a) Mạch điện thay thế
động cơ điện không đồng bộ rotor và stator rời nhau; b) Mạch điện thay thế động cơ điện
không đồng bộ với các tham số qui đổi về stator
1
U

(b)
i2
'
2
a/II

=
R’
2
jX’
2

s
s1
R
'
2
−
1
I

jX
1
R
1
R
fe
jX
M
o
I

1
E

fe
I

M
I

+

_
Z
V
Z
1
Z
P
Z
0
Hình 9-8 Sơ đồ thay thế gần đúng máy điện không đồng bộ
s
R
'
2
jX
M
1
I

(a)
R
fe
o
I

fe
I

'
2

I

jX’
2
jX
1
R
1
(b)
s
s1
R
'
2
−
1
U

+
_
jX
M
1
I

R
fe
o
I


M
I

'
2
I

s
R
'
2
jX
n
R
1
1
U

+
_
(b)
jX
M
1
I

R
fe
o
I


'
2
I

R
n
1
U

+
_
jX
n
M
I

M
I

fe
I

fe
I

Trong máy điện không đồng bộ, do có khe hở không khí lớn nên tồn tại dòng
điện từ hóa lớn, khoảng (30-50)%I
đm
. Điện kháng tản X

1
cũng lớn. Trong trường
hợp như vậy điện kháng từ hóa X
M
không nên dịch chuyển về đầu nguồn (hình 9-
8) mà giữ nguyện vị trí và bỏ qua điện trở R
fe
như trình

bày trên hình 9-9. Ở đây bỏ
qua điện trở R
fe
không có nghĩa là bỏ qua tổn hao sắt mà gộp nó vào tổn hao cơ và
tổn hao phụ, gọi chung là tổn hao không tải. Mạch điện thay thế hình 9-9 do I EEE
(đọc là I ba E) đề xướng. Ở đây sđđ E
1
vẫn khác so với U
1
.
9.7. QUÁ TRÌNH NĂNG LƯỢNG TRONG ĐỘNG CƠ
KHÔNG ĐỒNG BỘ
159
1
U

X
M
1
I


o
I

'
2
I

s
s1
R
'
2
−
R’
2
X’
2
X
1
R
1
Hình 9-9 Mạch điện thay thế IEEE
Động cơ điện không đồng bộ nhận điện năng từ lưới điện, nhờ từ trường
quay điện năng đã được biến đổi thành cơ năng trên trục động cơ.
Công suất tác dụng động cơ điện nhận từ lưới điện :
P
1
= m
1
U

1
I
1
cosϕ
1
. (9-34)
Trong đó: U
1
, I
1
là điện áp pha và dòng điện pha, còn ϕ
1
là góc lệch pha của
dòng điện và điện áp pha; m
1
là số pha của dây quấn stator.
Công suất này một phần bù vào:
+ tổn hao đồng trên dây quấn stator p
Cu1
= m
1
I
2
1
R
1

+ tổn hao sắt thép trong lõi thép: p
Fe
= m

1
I
2
fe
R
fe
.
Công suất còn lại gọi là công suất điện từ truyền qua rotor:
P
đt
= P
1
- (p
Cu1
+p
Fe
) =
s
R
Im
'
2
2'
21
(9-35)

s
p
P
2Cu

ât
=
hay
ât2Cu
sPp
=
(9-36)
Công suất điện từ truyền qua rotor, sau khi mất một phần vì tổn hao đồng
trên dây quấn rotor: p
Cu2
= m
1
I’
2
2
R’
2
. Còn lại là công suất cơ trên trục:
P
cơ
= P
đt
- p
Cu2
=
s
R
Im
'
2

2'
21
- m
1
I’
2
2
R’
2
=
s
s1
RIm
'
2
2'
21
−
(9-37)

ât2Cucå
P)s1(
s
s1
pP
−=
−
=
(9-38)
Công suất cơ sau khi trừ đi tổn hao quay p

q
, còn lại là công suất có ích trên
trục hay công suất ra của động cơ điện:
P
2
= P
cơ
- p
q
Trong đó, tổn hao quay p
q
gồm tổn hao cơ và tổn hao phụ. Tổn hao cơ là tổn
hao do ma sát ở ổ bi và nếu động cơ rotor dây quấn có thêm ma sát giữa chổi than
và vành trượt; tổn hao do quạt gió để làm mát máy; còn tổn hao phụ tỉ lệ bình
phương với dòng điện rotor bao gồm tổn hao dòng điện xoáy ở dây quấn stator do
từ thông tản stato, ở phần đầu nối, tấm chắn phần đầu nối, và các phần khác ở
phần đầu nối do từ thông phụ, tổn hao ở rotor do dòng điện sóng bậc cao stator
sinh ra.
Tổng tổn hao trong động cơ điện không đồng bộ:
Σp = p
Cu1
+ p
Fe
+ p
Cu2
+ p
q
(9-39)
160
Hình 9-10 Giản đồ năng lượng động cơ

không đồng bộ (P)
P
1
P
đt
P
2
P
cơ
p
Cu1
p
q
p
Cu2
p
Fe
Hiệu suất của động cơ điện:
11
2
P
p
1
P
P
∑
−==η
(9-40)
VÍ DỤ 9-3
Động cơ không đồng bộ ba pha nối Y có công suất P

đm
= 11kW, U
đm
= 380V, f
đm
=
50Hz, 4 cực từ, n
đm
= 1440 vòng/phút. Tổn hao quay (quạt gió, ma sát và phụ ) là
750W. Xác định :
1. Công suất cơ ?
2. Công suất điện từ ?
3. Tổn hao đồng trong dây quấn rotor ?
Bài giải
1. Công suất cơ của động cơ :
Công suất cơ = Công suất trên đầu trục + Tổn hao quay
= 11000 + 750 = 11750W
2. Công suất điện từ :
Tốc độ đồng bộ :
1500
2
5060
p
f60
n
1
=
×
==
vòng/phút

Hệ số trược :
04,0
1500
14401500
n
nn
s
1
1
=
−
=
−
=
Công suất điện từ :
12240
04,01
11750
s1
P
P
cå
ât
=
−
=
−
=
W
3. Tổn hao đồng trong dây quấn rotor :

p
Cu2
= sP
đt
= 0,04 x 1224 = 489,6 W
VÍ DỤ 9-4
Động cơ không đồng bộ ba pha nối Y có công suất P
đm
= 15hp, U
đm
= 460V, nối Y,
f
đm
= 60Hz, 6 cực từ. Khi làm việc với công suất định mức có tốc độ n
đm
= 1185
vòng/phút. Tổn hao quay là 166W và các tham số tính trên một pha như sau:
R
1
= 0,2 Ω; R
’
2
= 0,25 Ω; R
fe
= 42 Ω;
X
1
= 1,2 Ω; X
’
2

= 1,29 Ω; X
M
= 317 Ω;
Hãy xác định :
1. Hệ số trược định mức.
2. Dòng điện trong dây quấn stator, rotor, không tải và hệ số công suất của động
cơ.
3. Các công suất tiêu thụ từ lưới điện.
4. Các tổn hao.
5. Công suất điện từ và công suất cơ và trên trục (đầu ra).
6. Hiệu suất của máy.
161