thiết kế bộ khởi động động cơ không đồng bộ

Đồ án tốt nghiệp SV: Tô Anh Tuấn
Mục lục
Trang
Lời nói đầu 2
Phần I 4
Giới thiệu máy điện không đồng bộ 4
Phần II 20
Khởi động Động cơ không đồng bộ 20
Phần III: Các phơng pháp khởi động động cơ không đồng bộ.22
Phần IV: 31
Dùng phơng pháp khởi động động cơ không đồng bộ bằng cuộn
kháng để vận hành bơm 31
Phần V: Mô phỏng hệ thống khởi động trên MATLAB - SIMULINK 50
1
Đồ án tốt nghiệp SV: Tô Anh Tuấn
Lời nói đầu
Trong giai đoạn hiện nay nớc ta đã và đang thực hiện công nghiệp hoá,
hiện đại hoá đất nớc. Đẩy mạnh và mở rộng các ngành, nghề kỹ thuật cao. Tuy
vậy nớc ta vẫn là một nớc nông nghiệp và là một nớc đang phát triển. Nói đến
nghề nông ta không thể không đề cập đến vấn đề cấp thoát nớc. Nhng ngày
nay cấp thoát nớc không những là các công trình hạ tầng kỹ thuật của các đô
thị và nông thôn mà còn là công trình hạ tầng vô cùng quan trọng của xã hội,
nó góp p hần làm thay đổi bộ mặt đô thị, nông thôn, làm cho cuộc sống của
ngời dân càng tiện nghi, hiện đại và văn minh hơn.
Từ đó mà các trạm bơm đã dần đợc hình thành, nó đóng vai trò quan
trọng trong hệ thống cấp thoát nớc. Và máy bơm là thành phần không thể
thiếu của trạm bơm. Trong những năm trớc đây máy bơm chỉ đợc dùng để vận
chuyển nớc. Ngày nay máy bơm đã đợc sử dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực
khác nhau, với mục đích khác nhau. Chính vì vậy ta phải biết sử dụng và chọn
máy bơm phù hợp với chức năng và môi trờng làm việc.
Ngày nay khi sử dụng bơm ngoài các yêu cầu cơ bản thì vấn đề luôn

quan tâm đến là vấn đề cấp điện cho trạm bơm, tự động hoá trạm bơm và đặc
biệt là phải chú ý đến động cơ của bơm.
Để đảm bảo vận hành trạm bơm đợc tốt thì cần phải có sự truyền tải và
phối điện đến trạm bơm.
Động cơ điện thờng đợc cung cấp đồng bộ với máy bơm. Động cơ thì
có rất nhiều loại, loại dùng trong trạm bơm chủ yếu là động cơ điện không
đồng bộ, đôi khi có thể dùng động cơ đồng bộ.
Đây là loại động cơ dùng rộng rãi để dẫn động cho các loại máy. Có cấu
tạo đơn giản, dễ sử dụng. Đặc biệt là động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc mở
máy rất đơn giản. Có thể mở trực tiếp hoặc hạ điện áp stato rồi mở máy.
Mở máy trực tiếp rất đơn giản chỉ cần đóng trực tiếp động cơ vào lới
điện nhờ cầu dao hoặc bộ khởi động từ. Nhng cách này làm sụt áp trên lới,
dòng khởi động lớn hơn dòng định mức rất nhiều gây ra ảnh hởng đến các phụ
tải khác. Vì vậy ta thờng mở máy bằng cách hạ điện áp Stato để từ đó giảm đ-
ợc dòng khởi động.
Với vai trò quan trọng nh vậy nên khi sử dụng động cơ không đồng bộ
ta phải chú ý đến sự khởi động của động cơ. Và với máy cần phải khởi động
bằng cách hạ điện áp khởi động thì bộ khởi động của động cơ sẽ đóng một vai
2
Đồ án tốt nghiệp SV: Tô Anh Tuấn
trò hết sức quan trọng. Chính vì vậy mà đề tài tốt nghiệp em đợc giao là
"Thiết kế bộ khởi động động cơ không đồng bộ"
Đồ án của em gồm:
Chơng I: Giới thiệu chung về động cơ không đồng bộ.
Chơng II: Đặt vấn đề khởi động động cơ không đồng bộ.
Chơng III: Các phơng pháp khởi động.
Chơng IV: Chọn phơng án và tính toán.
Chơng V: Mô phỏng hệ thống khởi động trên Matlab Simlink
Qua đây em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo đã dạy em trong
quá trình học tập vừa qua và em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Trận Trọng Minh,

thầy đã tận tình hớng dẫn, chỉ bảo để em hoàn thành tốt bản đồ án này. Trong
thời gian thực hiện mặc dù đã rất cố gắng song không tránh khỏi những sai
sót. Em mong các thầy giáo, cô giáo chỉnh sửa cho em.
Em xin chân thành cảm ơn.
3
Đồ án tốt nghiệp SV: Tô Anh Tuấn
Phần I
Giới thiệu máy điện không đồng bộ
I. Phân loại và kết cấu
1. Phân loại.
- Theo kết cấu của vỏ, máy điện không đồng bộ có thể chia thành các
kiểu chính sau: kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín, kiểu phòng nổ, v.v
- Theo kết cấu của rôto, máy điện không đồng bộ chia làm hai loại: loại
rôto kiểu dây quấn và loại rôto kiểu lồng sóc.
- Theo số pha trên dây quân stato có thể chia thành các loại: một pha,
hai pha, ba pha
2. Kết cấu.
Giống nh các máy điện quay khác, máy điện không đồng bộ gồm các
bộ phận chính sau:
2.1. Phần tĩnh hay stato
Trên stato có vỏ, lõi sắt và dây quấn.
a. Vỏ máy:
Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng để làm
mạch dẫn từ. Thờng vỏ máy làm bằng gang. Đối với máy có công suất tơng
đối lớn (1000kW) thờng dùng thép tấm hàn lại làm thành vỏ. Tuỳ theo cách
làm nguội máy mà dạng vỏ cũng khác nhau.
b. Lõi sắt
Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ trờng đi qua lõi sắt là từ trờng quay nên để
giảm tổn hao, lõi sắt đợc làm bằng những là thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm ép
lại. Khi đờng kính ngoài lõi sắt nhỏ hơn 990 mm thì dùng cả tấm tròn ép lại.

Khi đờng kính ngoài lõi sắt lớn hơn trị số trên thì phải dùng những tấm hình rẻ
quạt ghép lại thành khối tròn.
Mỗi lá thép kỹ thuật điện đầu có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm
hao tổn do dòng điện xoáy gây nên. Nếu lõi sắt ngắn thì có thể ghép thành
một khối. Nếu lõi sắt dài quá thì thờng ghép thành từng thếp ngắn, mỗi thếp
dài 6 đến 8 cm. đặt cách nhau 1 cm để thông gió cho tốt. Mặt trong của lá
thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn.
c. Dây quấn.
Dây quấn stato đợc đặt vào các rãnh của lõi sắt và đợc cách điện tốt với
lõi sắt.
2.2. Phần quay hay rôto.
Phần này có hai bộ phận chính là lõi sắt và dây quấn.
a. Lõi sắt.
4
Đồ án tốt nghiệp SV: Tô Anh Tuấn
Nói chung thì ngời ta dùng các lá thép kỹ thuật điện nh ở stato. Lõi sắt
đợc ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá rôto của máy. Phía ngoài của lá
thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn.
b. Rôto và dây quấn rôto.
Rôto có hai loại chính: rôto kiểu dây quấn và rôto kiểu lồng sóc.
- Loại rôto kiểu dây quấn: Rôto có dây quấn giống nh dây quấn stato.
Trong máy điện cỡ trung bình trở lên thờng dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp
vì bớt đợc những dây đầu nối, kết cấu dây quấn trên rôto chặt chẽ. Trong máy
điện cỡ nhỏ thờng dùng dây quấn đồng tâm một lớp. Dây quấn ba pha của rôto
thờng đấu hình sao, còn ba đầu kia đợc nối vào ba vành trợt thờng làm bằng
đồng đặt cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với mạch
điện bên ngoài. Đặc điểm của loại động cơ điện rôto kiểu dây quấn là có thể
thông qua chổi than đa điện trở phụ hay s.đ.đ phụ vào mạch điện rôto để cải
thiện hệ số công suất của máy. Khi máy làm việc bình thờng dây quấn rôto đ-
ợc nối ngắn mạch.

- Loại rôto kiểu lồng sóc: Kết cấu của loại dây quấn này rất khác với
dây quấn stato. Trong mỗi rãnh của lõi sắt rôto vào thanh dẫn bằng đồng hay
nhôm dài ra khỏi lõi sắt và đợc nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch
bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng mà ngời ta quen gọi là lồng sóc.
Dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt. Để cải thiện tính
năng mở máy, trong máy công suất tơng đối lớn, rãnh rôto có thể làm thành
dạng rãnh sâu hoặc làm thành hai rãnh lồng sóc hay còn gọi là lồng sóc kép.
Trong máy điện cỡ nhỏ, rãnh rôto thờng dùng đợc làm chéo đi một góc so với
tâm trục.
2.3. Khe hở.
Vì rôto là một khối tròn nên khe hở đều. Khe hở trong máy điện không
đồng bộ rất nhỏ (từ 0,2 đến 1 mm trong máy điện cỡ nhỏ và vừa) để hạn chế
dòng điện từ hóa lấy từ lới vào và nh vậy mới có thể làm cho hệ số công suất
của máy cao hơn.
3. Các lợng định mức
Cũng nh tất cả các loại máy điện khác, máy điện không đồng bộ có các
trị số định mức đặc trng cho điều kiện kỹ thuật của máy. Các trị số này do nhà
máy thiết kế, chế tạo quy định và đợc ghi trên nhãn máy. Vì máy điện không
đồng bộ chủ yếu làm việc ở chế độ động cơ điện nên trên nhãn máy ghi các trị
số định mức của động cơ điện khi máy tải định mức. Các trị số đó thờng bao
gồm: công suất định mức ở đầu trục P
đm
(kW hay W), dòng điện dây định mức
I
đm
(A), điện áp định mức U
đm
(V), cách đấu dây (Y hay ), tốc độ quay định
mức n
đm

(vg/ph), hiệu suất định mức
đm
và hệ số công suất định mức cos
đm

Từ các trị số định mức ghi trên nhãn máy có thể tìm đợc các trị số quan
trọng khác nh:
Công suất định mức mà động cơ điện tiêu thụ:

đm
1đm đm đm đm
đm
P
P 3U I cos= =

5
Đồ án tốt nghiệp SV: Tô Anh Tuấn
Mômen quay định mức ở đầu trục:
đm đm
m
đm
P P
1
M . 0,975 , kGm,
9,81 n
= =

Trong đó
đ
2

60
m
n


=
là tốc độ quay tính bằng rad/s.
4. Công dụng của máy điện không đồng bộ
Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làm
động vơ điện. Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu xuất cao, giá
thành hạ nên động cơ không đồng bộ là một loại máy đợc dùng rộng rãi nhất
trong các ngành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng nghìn
kilooat. Trong công nghiệp thờng dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn
động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máy công cụ ở
các nhà máy công nghiệp nhẹ .v.vTrong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt
thông gió. Trong nông nghiệp dùng để làm máy bơm hay máy gia công sản
phẩm. Trong đời sống hàng ngày, máy điện không đồng bộ cũng dần dần
chiếm một vị trí quan trọng: quạt gió, máy quay đĩa, động cơ trong tủ lạnh,
v.vTóm lại, theo sự phát triển của nền sản xuất điện khí hoá, tự động hoá và
sinh hoạt hàng ngày, phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ ngày
càng rộng rãi.
Tuy vậy, máy điện không đồng bộ có những nhợc điểm nh cos của
máy thờng không cao và đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt nên ứng dụng
của máy điện không đồng bộ có phần hạn chế.
Máy điện không đồng bộ có thể dùng làm máy phát điện nhng đặc tính
không tốt so với máy phát điện đồng bộ, nên chỉ trong một vài trờng hợp nào
đó nh (nh trong quá trình điện khí hoá nông thôn) cần nguồn điện phụ hay tạm
thời thì nó cũng có một ý nghĩa quan trọng.
5. Đặc tính của động cơ không đồng bộ
Động cơ không đồng bộ đợc sử dụng rất rộng rãi trong thực tế. Ưu điểm

nổi bật của loại động cơ này là: Cấu tạo đơn giản, đặc biệt là động cơ rôto
lồng sóc, so với động cơ một chiều động cơ không đồng bộ có giá thành hạ,
vận hành tin cậy, chắc chắn. Ngoài ra động cơ không đồng bộ dùng trực tiếp l-
ới điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị thêm các thiết bị biến đổi
kèm theo.
Nhợc điểm của động cơ không đồng bộ là điều chỉnh tốc độ và khống
chế các quá trình quá độ khó khăn, riêng với động cơ rôto lồng sóc có các chỉ
tiêu khởi động xấu hơn.
Xét về cấu tạo, ngời ta chia động cơ không đồng bộ làm hai loại: Động
cơ rôto dây quấn và động cơ rôto lồng sóc (còn gọi là động cơ rôto ngắn
mạch).
5.1. Phơng trình đặc tính cơ.
Để thành lập phơng trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ta sử
dụng sơ đồ thay thế. Trên H1 là sơ đồ thay thế một pha của động cơ không
đồng bộ. Khi nghiên cứu ta đa ra một số giả thiết sau đây:
- 3 pha của động cơ là đối xứng.
6
Đồ án tốt nghiệp SV: Tô Anh Tuấn
- Các thông số của động cơ không đổi nghĩa là không phụ thuộc vào
nhiệt độ, điện trở rôto không phụ thuộc vào tần số dòng điện rôto, mạch từ
không bão hoà nên điện kháng X
1
, X
2
không đổi.
- Tổng dẫn mạch từ hoá không thay đổi, dòng điện từ hoá không phụ
thuộc tải mà chỉ phụ thuộc điện áp đặt vào stato động cơ.
- Bỏ qua các tổn thất ma sát, tổn
thất trong lõi thép.
- Điện áp lới hoàn toàn sin và đối

xứng ba pha.
Với những giả thiết trên ta có sơ
đồ thay thế một pha của động cơ nh H1.
Trong đó:
U
f1
trị số hiệu dụng của điện áp
pha stato
I
à
, I
1
, I
2

các dòng điện hoá,
stato và dòng điện rôto đã quy đổi về
stato.
X
à
, X
1

, X

2

- điện kháng mạch từ
hoá, điện kháng tản stato và điện kháng
tản rôto đã quy đổi về stato.

R
à
, R
1
, R
2

các điện trở tác dụng của mạch từ hoá của cuộn dây stato
và rôto đã quy đổi về stato.
S - độ trợt của động cơ.

1
1
s



=
(1.1)

1
tốc độ góc của từ trờng quay, còn gọi là tốc độ đồng bộ.

1
1
2 f



=

(1.2)
Trong đó:
f
1
tần số của điện áp nguồn đặt vào stato.
p số đôi cực từ động cơ.
- tốc độ góc của động cơ.
Từ sơ đồ thay thế ta tính đợc dòng điện
stato.
1 f1
2 2 '
2
2
1 nm
1 1
I U
R X R
R X
s
à à



= +

+

+ +

(1.3)
7
U
f
I
1
X
1
R
à
R
1
X
2
R

2
3
X
à
I
à
Hình1: Sơ đồ thay thế một pha của
động cơ không đồng bộ
0

1
0
F

R
f
= 0
R
f
= 0
ĐC
S
I
0
I
1nm
Hình 2. Đặc tính dòng điện stato của
động cơ không đồng bộ
Đồ án tốt nghiệp SV: Tô Anh Tuấn
Biểu thức (1.3) là phơng trình đặc tính dòng điện stato và có thể biểu
diễn trên H 2.
Từ (1.3) ta thấy:
Khi = 0, s = 1 thì I
1
= I
1nm
Khi =
1
, s = 0 ta có:
1 1
2 2
1
f
I U I

R X
à
à à


= =

+

(1.4)
I
1nm
dòng điện ngắn mạch stato
I
à
là dòng điện từ hoá có tác dụng tạo
ra từ trờng quay khi động cơ quay với tốc độ
đồng bộ
Ta cũng tính đợc dòng điện rôto quy đổi về stato

+ +


'
f1
2
2
2
2
1 nm

U
I
R '
R X
s
(1.5)
Khi =
1
, s = 0 thì I
2

= 0;
Khi = 0, s
1
= 1 thì
'
f1
2
2nm
2 2
nm
1 2
U
I I
(R R ' ) X
= =
+ +
(1.6)
Đặc tính dòng điện rôto biểu diễn trên H 3. Để tìm phơng trình đặc tính
cơ của dòng động cơ ta dựa vào điều kiện cân bằng công suất trong động cơ:

Công suất điện từ chuyển từ stato sang rôto.
P
12
= M
đt
.
1
M
đt
là mô men điện từ của động cơ.
Nếu bỏ qua tổn thất phụ thì M
đt
= M
cơ
= M.
Công suất đó chia thành 2 phần:
P
cơ
: công suất cơ đa ra trên trục động cơ.
P
2
: công suất tổn hao đồng trong rôto
P
12
= P
cơ
+ P
2
Hay M
1

= M + P
2
Do đó P
2
= M(
1
- ) = M
1
. s (1.7)
Mặt khác P
2
= 3 I
2
2
R
2
(1.8)
Nên
2
2 2
1
3I ' R ' / s
M =

(1.9)
Thay giá trị I

2
đã tính đợc ở trên vào (1.9)
và biến đổi ta có

8
0 1
I
2nm

I
2

R
f
=0
R
f
# 0

1
s
H3. Đặc tính dòng điện rôto của
động cơ không đồng bộ
S
thf
0
M
thđ
S
thđ
S=1
=0

1

M
thf
H4: Đồ thị đặc tính cơ của
động cơ không đồng bộ
Đồ án tốt nghiệp SV: Tô Anh Tuấn
2
f1 2
2 2
2
1 1 nm
3U ' R '
M
R '
(R ) X s
s
=

+ +


(1.10)
Biểu thức (1.10) là phơng trình đặc tính cơ điện của động cơ không
đồng bộ.
Nếu biểu diễn đặc tính cơ trên đồ thị sẽ là đờng cong nh H4. Có thể xác
định các điểm cực trị của đờng cong này bằng cách giải
dM
0
ds
=
, ta sẽ đợc trị

số của M và s tại điểm cực trị ký hiệu là M
th
, s
th
(mômen và độ trợt tới hạn), cụ
thể là:
2
th
2 2
1 nm
R '
s
R X
=
+
(1.11)
thay (1.11) vào (1. 10) để tìm M
th
:
2
f1
th
2 2
1 1 1 nm
3U
M
2 (R R X )
=
+
(1.12)

Trong hai biểu thức trên dấu (+)
ứng với trạng thái động cơ, dấu (-) ứng
với trạng thái máy phát. Do đó M
th
ở chế
độ máy phát lớn hơn M
th
ở chế độ động
cơ.
Ngoài ra khi nghiên cứu các hệ
truyền động với động cơ không đồng bộ
ngời ta quan tâm nhiều đến trạng thái làm
việc của động cơ nên các đờng đặc tính
cơ lúc này thờng biểu diễn trong khoảng
tốc độ 0 s s
th

Đặc tính trên H5 tất nhiên lúc này
phơng trình (1.12) ứng với dấu (+).
Phơng trình đặc tính cơ của động
cơ không đồng bộ có thể biểu diễn thuận tiện hơn bằng cách lập tỉ số giữa
(1.10) và (1.12) và biến đổi sẽ đợc phơng trình đặc tính cơ:
th th
th
th
th
2M (1 as )
M
s
s

as
s s
+
=
+ +
(1.13)
trong đó
1
2
R
a
R
=
Đối với các động cơ công suất lớn thờng R
1
rất nhỏ so với X
n m
, lúc này
có thể bỏ qua R
1
, nghĩa là coi R
1
= 0, as
th
= 0 và (1.13) có dạng gần đúng:
9
0
M
đm
M

th
R
f
= 0
TN
(Rf)
= 0
1
2
S
th

1
s
M
H5. Đặc tính cơ điện của động cơ không
đồng bộ = f(M) trong chế độ động cơ
Đồ án tốt nghiệp SV: Tô Anh Tuấn
th
th
th
2M
M
s
s
s s
=
+
(1.14)
trong đó

2
th
nm
R '
s
X
=
(1.15)
2
f1
th
1 nm
3U
M
2 X
=

(1.16)
Nhiều trờng hợp cho phép ta sử dụng những đặc tính gần đúng bằng
cách tuyến tính hoá đặc tính trong đoạn làm việc. Ví dụ ở vùng độ trợt nhỏ
s<< s
th
tỷ số
th
s
s
nhỏ, gần đúng coi s/s
th
= 0. Lúc này đặc tính cơ ở dạng đơn
giản:

th
th
2M
M s
s
=
(1.17)
Nó chính là đờng tiếp tuyến với đờng đặc tính cơ tại điểm đồng bộ
1
:
đờng 1 trên H.5.
Cũng có thể tuyến tính hoá đoạn làm việc qua điểm định mức nh đờng 2
trên H.5. Phơng trình gần đúng là:
đm
đm
M
M s
s
=
(1.18)
Từ dạng đặc tính cơ biểu diễn trên H5 ta thấy độ cứng của đặc tính cơ
biến đổi cả về trị số lẫn về dấu tuỳ theo điểm làm việc:
M M s
.
s s

= =

(1.19)
Với đặc tính tuyến tính hoá đờng 1(H5):

th
th
2M
M
s s

=

1
s 1
=

Vậy
th
1 th
2M
s
=

(1.20)
Tơng tự với đặc tính 2 trên H5:
đm
1 đm
M
s
=

(1.21)
Nh vậy trên đoạn làm việc của đặc tính cơ không đồng bộ có
giá trị âm gần nh không đổi.

10
Đồ án tốt nghiệp SV: Tô Anh Tuấn
Đối với đoạn đặc tính s > s
th
, khi s>> s
th
bỏ qua
th
s
s
và phơng
trình đặc tính cơ sẽ là:
th th
2M s
M
s
=
(1.22)
th th
2
1
2M s
s
=

(1.23)
Trong đoạn làm này độ cứng là dơng và giá trị của nó biến đổi.
Động cơ không đồng bộ làm việc trên đoạn đặc tính này.
5.2. ảnh hởng của các thông số đến đặc tính cơ.
Từ phơng trình đặc tính cơ điện động cơ không đồng bộ, ta thấy các

thông số ảnh hởng đắc tính bao gồm:
- ảnh hởng điện trở, điện kháng mạch stato (nối thêm điện trở phụ R
1f
vàX
1f
mạch stato)
- ảnh hởng điện trở mạch rôto (nối
thêm điện trở phụ R
2f
vào mạch rôto đối
với động cơ rôto quấn dây).
- ảnh hởng của suy giảm điện áp lới
cấp cho động cơ.
- ảnh hởng của thay đổi tần số lới
cấp cho động cơ f
1
.
Ngoài việc thay đổi số đôi cực sẽ
thay đổi tốc độ đồng bộ và làm thay đổi
đặc tính cơ (trờng hợp này xảy ra đối với
động cơ nhiều cấp tốc độ).
Trong phần này ta sẽ lần lợt xét ảnh
hởng trên:
a. ảnh hởng của suy giảm điện áp l-
ới cấp cho động cơ.
Khi điện áp lới suy giảm. theo (1.12)
mômen tới hạn sẽ giảm bình phơng lần độ
suy giảm của điện áp. Trong khi đó tốc độ
đồng bộ
1

giữ nguyên và độ trợt tới hạn s
th
không thay đổi. Ta có dạng đặc tính cơ khi
điện áp lới giảm trên H.6. Đặc tính này
thích hợp với phụ tải bơm và quạt gió không
thích hợp với tải không đổi.
Ngoài ra đối với động cơ công suất
lớn làm việc với phụ tải bơm hoặc quạt gió,
ngời ta dùng phơng pháp tăng dần điện áp
đặt vào động cơ để hạn chế dòng điện khi
khởi động.
11
M
nm3
M
nm2
M
c2
M
nm
M
M
c1
U
3
U
2
U
1
TN

U
đm

1
s
H. 6: Đặc tính cơ của động cơ không
đồng bộ khi giảm điện áp
R
f
R
f
R
f
X
f1
X
f1
X
f1
a) b)

1
M
nm
M
nm
0
0
1
S

TN
X
1f
R
1f

s
c)
Hình 7: Động cơ không đồng bộ với R
f
và
X
f
trong mạch stato.
a) Sơ đồ với R
1f
; b) Với X
1f
; c) Đặc t?nh cơ
Đồ án tốt nghiệp SV: Tô Anh Tuấn
b. ảnh hởng của điện trở, điện kháng hở mạch stato.
Ta thấy khi nối thêm điện trở hoặc điện kháng vào mạch stato R
1f
và X
1f
thì
1
= const, s
th
giảm M

th
giảm nên đặc tính cơ có dạng nh hình 7.
Ta thấy rằng khi cần tạo ra đặc tính có mômen khởi động là M
nm
thì đặc
tính cơ với X
f
trong mạch cứng hơn đặc tính cơ với R
f
.
Dựa vào tam giác tổng trở ngắn mạch có thể xác định đợc R
1f
hoặc X
1f
trong mạch stato khi khởi động (hình 8).
Giả sử cần hạn chế dòng điện khởi động từ I
nm
ứng với đặc tính tự nhiên
đến dòng I
nm
ứng với đặc tính có R
1f
hoặc X
1f
trong mạch Stato:
Còn: I'
nm
= I
nm
( < 1)

M'
nm
=
2
M
nm
Tơng ứng trong tam giác tổng trở ngắn mạch: Z'
nm
=
nm
Z

R
1f
=
2
2
nm
nm nm
Z
X R


ữ


(1-24)
X
1f
=

2
2
nm
nm nm
Z
R X


ữ


(1-25)
Trong đó: R
nm
= R
1
+ R'
2
Z
nm
=
( )
2
2
1 2 nm
R R' X+ +
Z
nm
X
nm

R
nm
Z'
nm
R
nm
X
nm
Z
nm
R
1f
Z'
nm
X
1f
R
nm
Z
nm
X
nm
Hình 8: a) Tam giác tổng trở ngắn mạch tự nhiện; b) Tam giác tổng trở
ngắn mạch thêm R
1f
; c)Tam giác tổng trở ngắn mạch thêm X
1f
.
c. ảnh hởng của số đôi cực p.
Để thay đổi số đôi cực ở stato ta thờng thay đổi cách đấu dây.

Vì
1
=
1
2 f
p

(1.26)
=
1
(1 - s) (1.27)
12
Đồ án tốt nghiệp SV: Tô Anh Tuấn
Nếu thay đổi số đôi cực p thì
1
thay đổi, do đó tốc độ cơ cũng thay
đổi. Còn s
th
không phụ thuộc vào p nên không thay đổi, nghĩa là độ cứng của
đặc tính cơ vẫn giữ nguyên. Nhng khi thay đổi số đôi cực sẽ thay đổi cách đấu
dây ở stato động cơ nên một số thông số nh U
f
, R
1
, X
1
có thể thay đổi và do đó
tuỳ từng trờng hợp sẽ ảnh hởng khác nhau đến mômen tới hạn M
th
của động cơ

hình 9a Biểu diễn đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực với p
2
= p
1/2
và M
th
=
const.

S

p2

p1
P
2
P
1
M M
a)
R
1
b)

11

12
R
2

M
Hình 9: a) Đặc tính cơ khí thay đổi số đôi cực của động cơ không đồng bộ,
M
th
= const; b) Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực động cơ KĐB p
1
= const
Hình 9 biểu diễn đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực p
2
= p
1/2
và p
1
=const
Việc thay đổi sơ đồ đấu dây để thay đổi số đôi cực có thể xem chi tiết ở TL2.
d. ảnh hởng của điện trở mạch rôto.
Đối với động cơ không đồng bộ rôto dây quấn ngời ta thờng mắc thêm
điện trở phụ vào mạch rôto để hạn chế dòng điện khởi động hoặc để điều
chỉnh tốc độ động cơ.
Khi đa R
2f
vào rôto thì.

1
= const.
M
th
= const
s
th

=
2 2f
nm
R' R
X
=

R
2f
càng lớn s
th
sẽ càng lớn và theo 1-20) thì cơ càng nhỏ nghĩa là đặc
tính cơ càng mềm. Khi đặc tính cơ nằm trong đoạn làm việc.
Đặc tính cơ đợc biểu diễn trên H.10c.
Theo (1-6) I'
2nm
=
( )
f1
2
2
1 2 nm
U
R R' X+ +
Ta thấy R
f
càng tăng, dòng điện khởi động càng giảm. Các đặc tính
dòng điện rôto vẽ trên hình 10b. Trong phạm vi nhất định khi R
f
tăng sẽ làm

M
kđ
tăng lên, còn sau đó mômen khởi động sẽ giảm. Vì vậy phải căn cứ vào
điều kiện khởi động và đặc điểm của phụ tải mà chọn trị số điện trở phụ cho
thích hợp.
13
Đồ án tốt nghiệp SV: Tô Anh Tuấn
a)
I
2nm
TN
1

0

b)
2
3
I
2nm
I
2
c)

0

1
2
3
TN

M
th
M
Hình 10: ảnh hởng của điện trở mạch rôto đến đặc tính cơ
a) Sơ đồ đấu dây; b) Các đặc tính dòng điện rôto; c) Các đặc tính cơ biến trở
e. ảnh hởng của thay đổi tần số lới điện f
1
cấp cho động cơ.
Xuất phát từ biểu thức
1
= 2f
1
/p, ta thấy rằng thay đổi tần số sẽ làm tố
độ từ trờng quay và tốc độ động cơ thay đổi.
- Xét trờng hợp khi tăng tần số f
1
> f
1đm
từ biểu thức 1-16 biến đổi ta có:

2 2
th
2
nm 1
3p U
M
8 L f
=

(1-28)

Khi tần số tăng, M
th
giảm (với điện áp giữ không đổi), do vậy:
th
2
1
1
M
f

(1-29)
- Trờng hợp tần số giảm f
1
< f
1đm
, nếu giữ nguyên điện áp U
1
thì dòng
điện động cơ sẽ tăng rất lớn (vì tổng trở của động cơ giảm theo tần số). Do vậy
khi giảm tần số cần phải giảm điện áp theo quy luật nhất định sao cho động cơ
sinh ra đợc mômen nh trong chế độ định mức. Đó là bài toán tìm quy luật tối -
u trong chế độ làm việc tĩnh của hệ điều chỉnh tần số động cơ KĐB.
Trên H11. Trình bày đặc tính có khi f
1
< f
1đm
, với điều kiện từ thông
=const (hoặc gần đúng giữ
1
1

U
f
= const) thì M
th
đợc giữ không đổi. ở vùng f
1
> f
1đm
, mômen tới hạn M
th
tỷ lệ nghịch với bình phơng tần số.
II. Nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ.
1. Nguyên lý làm việc của động cơ điện không đồng bộ.
Khi ta cho dòng điện ba phatanf số f vào ba dây quấn stato, sẽ tạo ra từ
trờng quay p đôi cực, quay với tốc độ là n
1
=
60f
p
. Từ trờng quay cắt các
thanh dãn của dây quấn rôto, cảm ứng các sức điện động. Vì dây quấn rôto nối
14
Đồ án tốt nghiệp SV: Tô Anh Tuấn
ngắn mạch, nên sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng trong các thanh dẫn
rôto. Lực tác dụng tơng hỗ giữa từ trờng quay của máy với thanh dẫn mang
dòng điện rôto, kéo rôto quay chiều quay từ trờng với tốc độ n.
Để minh hoạ, trên hình 11 vẽ từ trờng quay tốc độ n
1
, chiều sức điện
động và dòng điện cảm ứng trong thanh dẫn rôto, chiều các lực điện từ F

dt
.
Khi xác định chiếu sức điện động cảm ứng theo qui tắc bàn qui tắc bàn
tay phải, ta căn cứ vào chiếu chuyển động tơng đối của thanh dẫn với từ trờng:
Nếu cơi từ trờng đứng yên, thì chiếu chuyển động tơng đối của thanh dẫn ngợc
với chiều n
1
, từ đó áp dụng qui tắc bàn tay phải, xác định đợc sđđ nh hình vẽ
(dấu chỉ chiều đi từ ngoài vào trang giấy).
F
dt
F
dt
S
N
n
1
n
F
dt
N
n
S
F
dt
n
1
Hình 11a Hình 11b
Chiếu lực điện từ xác định theo quui tắc bàn tay trái, trùng với chiều
quay n

1
. Tốc độ n của máy nhỏ hơn tốc độ từ trờng quay n
1
thì không có sự
chuyển động tơng đối, trong dây quấn rôto không có sđđ và dòng điện cảm
ứng, lực điện từ bằng không.
Độ chênh lệch giữa tốc độ từ trờng quay và tốc độ máy gọi là tốc độ trợt
n
2
.
Hệ số trợt của tốc độ là:
s =
2 1
1 1
n n n
n n

=
(1.30)
Khi rôto đứng yên (n = 0), hệ số trợt s = 1; khi rôto quay định mức s =
0,02 ữ 0,06. Tốc độ động cơ là:
n = n
1
(1 - s) =
60f
p
(1-s) vg/ph
III. Mạch điện thay thế của máy điện không đồng bộ.
Dựa vào các phơng trình cơ bản (1.51), hoàn toàn tơng tự nh với máy
biến áp ta có thể thiết lập đợc mạch điện thay thế hình T cho máy điện không

đồn bộ khi rôto quay nh ở hình 13. Nhng chú ý rằng đối với máy biến áp tổng
trở Z
t
mắc ở mạch thứ cấp là đặc trng cho tải (điện) ở mạch ngoài, còn ở máy
15
Đồ án tốt nghiệp SV: Tô Anh Tuấn
điện không đồng bộ điện trở giả tởng
2
1 s
r'
s

đặc trng cho sự thể hiện công
suất cơ trên trục máy.
Dùng mạch điện thay thế có thể tính ra dòng điện stato, rôto, mômen,
công suất cơ, v.v và những tham số khác thuộc về đặc tính làm việc.
Nh vậy ta đã chuyển việc tính toán một hệ thống điện - cơ (hoặc cơ -
điện) của máy điện không đồng bộ thành việc tính toán một mạch điện đơn
giản. Vì vậy mạch điện thay thế đợc sử dụng rộng rãi.
Hình 14: Mạch điện thay thế hình T của máy điện không đồng bộ
Thờng để thuận lợi cho tính toán, ngời ta biến đổi mạch điện thay thế
hình T thành mạch điện thay thế hình đơn giản hơn. Các biến đổi nh sau:
Từ hình 14, ta có:

1
2
2s
E
I
Z'

=


Trong đó:
2
2s 2
r'
Z' jx'
s
= +
1
0
m
E
I
Z
=


1 1
1 0 2
m 2s
E E
I I I'
Z Z'

= = +


Vì:

1 1
m 2s
1
E I
1 1
Z Z'
=
+

Và
1 1
1 1 1 1 1 1
m 2s
Z Z
E U I Z U E
Z Z'

= = + +
ữ


,
Nên
1 1
1
1 1 1
1
m 2s 2s
U U
E

Z Z Z
1 C
Z Z' Z'
= =
+ + +



16
x
1
r
1
x'
2
r'
2
x
m
r
m
x
1
I
1
-I'
2
I
0
U

1
( )
'
2
1 S
r
S

=
Đồ án tốt nghiệp SV: Tô Anh Tuấn
Trong đó:
1
1
m
Z
C 1
Z
= +

Từ đó đợc:
1 1
2
2s 1 2s 1
E U
I
Z' C Z' Z

= =
+

1 1 1 1
1 0 2
m 1 2s 1
U I Z U
I I I'
Z C Z' Z

= = +
+



Giải I
1
ra đợc:
1 1 1
1 1 1
m m 1 2s 1
Z U U
I 1 I C
Z Z C Z' Z

+ = +
ữ
+

1 1
1 00 2
2
1 m
1 2s 1 1
U U
I I I
C Z
C Z' C Z

= + =
+



(1.52)
Trong đó:
1 1 1
00
1 m 1 m
1
m
M
U U U
I
C Z Z Z
Z
1 Z
Z

= = =
+

+
ữ




Gọi là dòng điện không tải lý tởng, nghĩa là dòng điện không tải ứng
với lúc s = 0, tức
2
1 s
r'
s

= .
Và
1 2
2
1
1 2S 1 1
U I
I
C
C Z' C Z


= =
+

là dòng điện thứ cấp của mạch điện hình
Từ công thức (1.52) có thể vẽ mạch điện thay thế hình nh hở hình 15,
trong đó nhánh giữa của mạch điện hình T đã đợc dịch ra phía trớc.
Hình 15a: Mạch điện thay thế hình

của máy điện không đồng bộ
17
r
m
x
m
I
00
I
1
U

1
-I'
2
x
1
r
1
1 1
C x

1
1
C r

2
'
1
2
C x

2
'
2
1
r
C
S

x
m
r
m
U
1
x
1
I
00
r
1

I
1
-I'
2
x
1
r
1
x'
2
r'
2
3
Đồ án tốt nghiệp SV: Tô Anh Tuấn
Hình 15b. Mạch điện thay thế hình

đơn giản hoá của máy điện không đồng
Thực tế là
1
C

chỉ hơi lớn hơn 1 một ít, góc phức tạp lại rất nhỏ nên có
thể coi
1
1 2 2
m
x
C 1 1,I I
x

+

và nh vậy mạch điện đơn giản hoá hơn nữa nh ở
hình 15b.
IV. Các chế độ làm việc của máy điện không đồng bộ.
Nh đã nói ở trên, máy điện không đồng bộ có thể làm việc ở ba chế độ,
động cơ, máy phát và trạng thái hãm, tùy theo hệ số trợt s mà có thể dùng
mạch điện thay thế để nghiên cứu các đặc tính làm việc của máy ở ba chế độ
đó.
1. Máy làm việc ở chế độ động cơ điện (0 < s < 1)
Động cơ điện lấy điện năng từ lới điện vào với P
1
= m
1
U
1
I
1
cos
1
. Một
phần nhỏ của công suất đó biến thành tổn hao đồngcủa dây quấn stato
1
2
Cu 1 1
P 1I r=
và tổn hao trong lõi sắt stato P
Fe
=
2

1 0
m I m
, còn lại phần lớn công
suất đa vào chuyển thành công suất điện từ P
đt
truyền qua rôto. Nh vậy:
2
2
dt 1 Cu1 Fe 1 2
r'
P P p p m I
s

= =
(1.53)
Vì trong rôto có dòng điện nên có tổn hao đồng trong rôto
2
Cu2 1 2 2
p m I' r'=
. Do đó công suất cơ của động cơ điện P
cơ
bằng:
2
cơ dt Cu2 1 2 2
1 s
P P p m I' r'
s


= =

ữ

(1.54)
Công suất đa ra đầu trục động cơ điện P
2
sẽ nhỏ hơn công suất cơ vì khi
máy quay có tổn hao cơ p
cơ
và tổn hao phụ p
f
(sẽ nói ở chơng sau), nghĩa là:
P
2
= P
cơ
- (p
cơ
= p
f
) (1.55)
Nh vậy tổng tổn hao trong động cơ điện bằng:
1 2 f
Cu Fe Cu cơ + p
p p p p p= + = +

và công suất đa ra đầu trục:
P
2
= P
1

- p.
18
Đồ án tốt nghiệp SV: Tô Anh Tuấn
Hiệu suất của động cơ điện:
2
1 1
p
P
1
P P
= =

(1.56)
Cũng giống nh ở m.b.a, đồ thì vécc tơ của động cơ điện không đồng bộ
có thể vẽ theo các phơng trình cơ bản (1.51)
Theo mạch điện thay thế hình T ở hình 14, có thể thấy rõ sự phân phối
công suất phản kháng trong máy điện không đồng bộ. Động cơ điện không
đồng bộ lấy từ lới vào một công suất phản kháng bằng:
Q
1
= m
1
U
1
I
1
sin
1
(1.57)
Một phần nhỏ công suất phản kháng này đợc sử dụng để sinh ra từ tr-

ờng tản trong mạch điện sơ cấp q
1
và thứ cấp q
2
.
2
1 1 1 1
2
2 1 2 2
q m I x
q m I' x'

=


=


(1.58)
Phần lớn công suất phản kháng còn lại dùng để sinh ra từ trờng khe hở:
Q
m
= m
1
E
1
I
0
= m
1

I
0
2
x
m
(1.59)
Do đó ta có:
Q
1
= Q
m
+ q
1
+ q
2
= m
1
U
1
I
1
sin
1
(1.60)
Do trong máy điện không đồng bộ khe hở lớn hơn trong máy biến áp,
nên dòng điện từ hoá I
0
trong máy điện không đồng bộ lớn hơn dòng điện từ
hoá trong máy biến áp. Do Q
m

và I
0
tơng đối lới nên hệ số công suất cos của
máy thấp. Thờng trong động cơ điện không đồng bộ, cos
đm
= 0,7ữ0,95; khi
không tải cos rất thấp, thờng cos
0
= 0,1 ữ 0,15.
19
Đồ án tốt nghiệp SV: Tô Anh Tuấn
Phần II
Khởi động Động cơ không đồng bộ
Trong quá trình mở máy động cơ điện, mô men mmở máy là đặc tính
chủ yếu nhất trong những đặc tính mở máy. Muốn cho máy quay đợc thì
Momen mở máy phải lớn hơn mô men tải tĩnh và Momen masat tĩnh.
M - M
c
= M
j
= J
dw
dt
M, M
C
, M
J
: Mô men điện từ, Mô men cản, Mômen quán tính của động
cơ.
J =

2
GD
49
: Hằng số quán tính.
g = 9,81 m/s
2
: gia tốc trọng trờng.
W: tốc độ góc của rôto
Nếu mô men khởi động nhỏ hơn Mômen cản Động cơ không khởi
động đợc. Nếu khởi động đợc sẽ làm tăng I
kđ
> I
đm
làm máy phát nóng, h hại
thiết bị
Đồng thời Mô men động cơ (khởi động) phải đủ lớn để thời gian mở
máy trong phạm vi cho phép.
Khi mở máy thi rôto đang đứng yên, hệ số trợt S = 1 nên trị số dòng
điện mở máy.
I
K
=
1
2 2
1 2 1 2
U
(R R' ) (X X' )+ + +
Trong thực tế dòng khởi động lớn hơn so với dòng I
đm
từ 5 ữ 7 lần

làm máy nóng, điện áp lới giảm sút.
Xung dòng lớn làm cho dây dẫn và thanh cái nóng chảy
+ ảnh hởng của các thông số:
- Điện áp không định mức: Đây là trờng hợp thờng gặp trong
thực tế.
U< U
đm
Nh ta đã biết M U
2
nên mô men sẽ giảm bình phơng l ần so với điện
áp. Đồng thời U E nên khi đó nếu U thì sức điện động E và từ thông
cũng với mức độ nh vậy. Nếu môn men tải không đổi thì dòng khởi động I
phải tăng lên làm máy phát nóng. Về mặt tổn hao điện áp giảm có ảnh h-
ởng.
Tổn hao trong thép giảm đi gần tỷ lệ với bình phơng của điện áp, tổn
hao đồng trong rôto tăng tỷ lệ với bình phơng dòng điện
- Tần số không định mức:
20
Đồ án tốt nghiệp SV: Tô Anh Tuấn
+ Xét tổng hợp khi tăng tần số f
1
> f
đm
M
th
=
2 2
2
nm 1
3p U

8 L f
Khi f tăng M (U không đổi) U
th

2
1
1
f
Trờng hợp f
1
< f
đm
(U không đổi) dòng điện động cơ sẽ tăng rất lớn.
Vì vậy khi giảm f thì cũng cần giảm U sao cho động cơ sinh ra động cơ
Mômen nh trong chế độ định mức.
+ ảnh hởng điện trở mạch Roto:
Đối với động cơ không đồng bộ roto dây quấn ngời ta thờng mắc thêm
điện tử phụ.
R
2f
vào mạch roto nhằm hạn chế dòng khởi động
Khi đa R
2f
vào roto thì:
W
1
= const
M
th
= const

R
th
= R'
2
+ R
2f
X
1
+ X
2
2
R
2f
S
th

Đồng thời ta có: I'
2
=
( )
f
2
2
1 2 2f 1 2
U
R R' R (X X' )+ + + +
R
2f
thì I
kđ

trong 1 phạm vi nhất định S
th
= 1 thì mô men mở
máy đạt cực đại.
Vì vậy phải căn cứ vào điều kiện khởi động và đặc điểm của phụ tải mà
chọn điện trở phụ cho phù hợp.
* Nói chung do tính chất của tải, tình hình của lới điện mà yêu cầu về
mở máy đối với với động cơ điện cũng khác nhau. Có khi yêu cầu mở máy đối
với động cơ điện cũng khác nhau. Có khi yêu cầu mômen hoạt động lớn, có
khi cần hạn chế dòng điện mở máy và có khi là cả 2. Cho nên để tránh những
tổn hao, h hỏng cho động cơ, nền móng, nhà xởng Chúng ta cần bảo đảm
những yêu cầu cơ bản khi khởi động động cơ không đồng bộ.
- Mô men mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tủ.
- Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt.
- Phơng pháp mở máy và thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền
- Tổn hao công suất trong quá trình mở máy càng nhỏ càng tốt.
21
Đồ án tốt nghiệp SV: Tô Anh Tuấn
Phần III: Các phơng pháp khởi động động cơ
không đồng bộ
I. máy biến áp.
1 Định nghĩa
Từ nguyên lý làm việc cơ bản trên ta có thể định nghĩa máy biến áp nh
sau:
Máy biến áp là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc trên nguyên lý
cảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này
thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không
thay đổi.
Máy biến áp có hai dây quấn gọi là máy biến áp hai dây quấn. Dây
quấn nối với nguồn để thu năng lợng vào gọi là dây quấn sơ cấp. Dây quấn nói

với tải để đa năng lợng ra gọi là dây quấn thứ cấp. Dòng điện, điện áp, công
suất. Của từng dây quấn sẽ có kèm theo tên gọi sơ cấp và thứ cấp tơng ứng,
ví dụ dòng điện sơ cấp I
1
, điện áp thứ cấp U
2
Dây quấn có điện áp cao gọi là
dây quấn cao áp (viết tắt là CA). Dây quấn có điện áp thấp gọi l à dây quấn hạ
áp (viết tắt là HA). Nếu máy biến áp thứ cấp bé hơn điện áp sơ cấp ta có máy
biến áp giảm áp, nếu điện áp thứ cấp lớn hơn điện áp sơ cấp ta có máy biến áp
tăng áp.
ở máy biến áp ba dây quấn, ngoài hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp còn
có dây quấn thứ ba với điện áp trung bình (Viết tắt là TA). Máy biến đổi hệ
thống dòng điện xoay chiều một pha gọi là máy biến áp một pha; máy biến áp
biến đổi hệ thống dòng xoay chiều ba pha gọi là máy biến áp một pha; máy
biến áp biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều ba pha gọi là máy biến áp ba
pha. Máy biến áp ngâm trong dầu gọi là máy biến áp dầu; máy biến áp không
ngâm trong dầu gọi là máy biến áp khô.
2. Các loại máy biến áp chính.
Theo công dụng, máy biến áp có thể gồm những loại chính sau đây:
1. Máy biến áp điện lực dùng để truyền tải và phân phối công suất trong
hệ thống điện lực.
2. Máy biến áp chuyên dùng dùng cho các lò luyện kim, cho các thiết bị
chỉnh lu; máy biến áp hàn điện;
3. Máy biến áp tự ngẫu biến đổi điện áp trong một phạm vi không lớn,
dùng để mở máy các động cơ điện xoay chiều.
4. Máy biến áp đo lờng dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn khi
đa vào các đồng hồ đo.
5. Máy biến áp thí nghiệm dùng để thí nghiệm các điện áp cao.
3. Máy biến áp tự ngẫu.

Trong trờng hợp điện áp của các lới điện sơ cấp và thứ cấp khác nhau
không nhiều, nghĩa là tỉ số biến đổi điện áp nhỏ, để đợc kinh tế hơn về chế tạo
và vận hành ngời ta dùng máy biến áp tự ngẫu thay cho máy biến áp hai dây
quấn.
22
Đồ án tốt nghiệp SV: Tô Anh Tuấn
Máy biến áp tự ngẫu khác máy biến áp hai dây quấn ở chỗ dây quấn hỗ
cảm các dây quấn sơ cấp và thứ cấp còn liên hệ trực tiếp với nhau về điện. Dây
quấn sơ cấp và thứ cấp còn liên hệ trực tiếp với nhau về điện. Dây quấn sơ cấp
của máy biến áp tự ngẫu đợc nối song song với lới điện còn dây quấn thứ cấp
đợc nối tiếp với lới điện. Hình dới trình bày hai kiểu nối dây của máy biến áp
tự ngẫu trong đó hình a) ứng với chiều các s.đ.đ E
1
, E
2
thuận nhau và hình b)
ứng với chiều các s.đ.đ ngợc nhau.
U
2
E
1
I
1
U
CA
U
HA
I
CA
I

HA
x a
AX
U
2
U
2
X
U
2
x
U
HA
A
U
CA
a
E
1
I
1
I
CA
E
a
I
2
E
2
I

2
U
2
U
1
U
CA
I
HA
E
1
I
1
I
CA
U
CA
U
1
E
1
I
1
I
HA
U
2
E
2
,

I
2
I
CA
E
2
,

I
2
Hình III.2: Sơ đồ
Với cách nối dây nh vậy, công suất truyền tải qua máy biến áp tự ngẫu
gồm hai phần, một phần qua từ trờng của lõi thép và một phần truyền dẫn trực
tiếp. Ta hãy so sánh dung lợng thiết kế S
t.k
với dung lợng truyền tải S
t.t
của máy
biến áp tự ngẫu. Giống nh đối với máy biến áp hai dây quấn, dung lợng thiết
kế máy biến áp tự ngẫu tức là dung lợng truyền qua từ trờng bằng:
S
t.k
= E
1
I
1
= E
2
I

2
(1.8)
Và tỉ số biến đổi của máy biến áp tự ngẫu:
1 1 2
2 2 1
U E I
k
U E I
= =
Trên thực tế, lúc vận hành dung lợng truyền tải của máy biến áp tự ngẫu
bằng:
S
t.t
= U
CA
I
CA
= U
HA
I
HA
(1.9)
23
Đồ án tốt nghiệp SV: Tô Anh Tuấn
Và tỉ số biến đổi điện áp của lới điện:
CA HA
HA CA
I I
k'
U I

= =
Nh vậy theo hình 7-6a ta có:
( )
CA HA CA
tk 2 2
tt CA CA CA CA
U U I
S E I
1
1
S U I U I k'

= = =
(1-10)
và đối với hình 7-6b:
( )
CA HA HA
tk 2 2
tt CA CA CA CA
U U I
S E I
k' 1
S U I U I

= = =
(1-11)
Bảng cho biết các trị số của
tk
tt
S

S
ứng với các trị số k' khác nhau của hai
kiểu nối dây máy biến áp tự ngẫu ở hình III.2 Ta thấy rằng kiểu nối dây theo
hình III.2a u việt hơn vì với cùng trị số k' tỉ số S
tk
/S
tt
nhỏ hơn, do đó trên thực
tế đợc dùng nhiều. Cũng từ bảng I ta thấy rằng, nếu k' càng gần bằng 1 thì
càng có lợi. Thông thờng thì máy biến áp tự ngẫu có k' & 2,5 và dùng để
nối liên lạc các lới điện có điện áp khác nhau không nhiều: 110, 150, 220,
330, 500kV.
Bảng I:
k'
S
tk
/S
tt
Sơ đồ nối thuận Sơ đồ nối ngợc
1,00 0 0
1,25 0,20 0,25
1,50 0,33 0,50
1,75 0,43 0,75
2,00 0,50 1,00
2,50 0,60 1,50
3,00 0,67 2,00
5,00 0,80 4,00
Nh vậy là máy biến áp tự ngẫu kinh tế hơn so với máy biến áp hai dây
quấn về mặt chế tạo. Trong vận hành, tổn hao trong máy biến áp tự ngẫu cũng
nhỏ hơn, vì nếu lấy tỉ số giữa tổn hao p với dung lợng truyền tải S

tt
, ta có:
tt tk
p p 1
1
S S k'


=
ữ

24
Đồ án tốt nghiệp SV: Tô Anh Tuấn
nghĩa là giảm còn
1
1
k'


ữ

so với tổn hao tính theo dung lợng thiết kế
S
tk
hay là tổn hao của máy biến áp hai dây quấn có cùng dung lợng.
Cũng tơng tự nh vậy, điện áp ngắn mạch của máy biến áp tự ngâu giảm
còn
1
1
k'

ữ

so với điện áp ngắn mạch của máy biến áp hai dây quấn, do đó
độ thay đổi điện áp U hay điện áp rơi trong máy biến áp tự ngẫu cũng nhỏ
hơn. Cần chú ý rằngdo điện áp ngắn mạch của nó sẽ tăng lên tơng ứng.
Ngoài ứng dụng trong hệ thống điện lực để truyền tải điện năng, máy
biến áp tự ngẫu còn đợc dùng để mở máyđộng cơ điện không đồng bộ. Máy
biến áp tự ngẫu cũng còn đợc dùng rộng rãi trong phòng thí nghiệm để thay
đổi liên tục điện áp. Trong trờng hợp này, số vòng dây thứ cấp đợc thay đổi
bằng cách dùng chổi than tiếp xúc trợt với dây quấn.
II. Dùng máy biến áp tự ngẫu.
Ta có T là biến áp tự ngẫu. Bên cao áp nối với lới điện, bên hạ áp nối
với động cơ điện. Sau khi mở máy xong cắt T bằng cách đống cầu dao D
2
và
mở D
3
. Gọi tỷ số biến đổi điện áp của máy biến áp tự ngẫu là k
T
(K
T
< 1) thì
U'
k
= k
T
U
1

. Do đó dòng mở máy và
mô men mở máy là:
I'
k
= k
T
I
K
và M'
k
= k
T
2
M
k
.
Gọi dòng lấy vào từ lới điện là
I
1
thì I
1
=k
T
I'
k
=k
2
T
.I
k

.
+ Ưu điểm: Giảm dòng điện
mở máy khi vẫn giữ nguyên đợc
Mômen mở máy. Hoặc có thể giữ
nguyên dòng điệnmở máy mà vẫn
tăng đợc Mômen mở máy.
+ Nhợc điểm: Thiết bị phức
tạp, giá thành cao, mức độ an toàn
điện không cao.
III. Dùng phơng pháp cuộn
kháng:
Khi mở máy trong mạch điện
Sttato đặt nối tiếp 1 điện kháng. Sau
khi mở máy xong bằng cách đóng
cầu dao D
2
thì điện kháng này bị nối
ngắn mạch. Điều chỉnh chỉ số của
điện kháng thì có thể có đợc dòng
điện mở máy cần thiết. Do có điện
25
L
I'
U'
D
2
D
1
Hình III.3
I'

k
T
U'
k
I
2
D
1
D
L
D
2
D
3
Hình III.4