thiết kế bộ khởi động cho động cơ không đồng bộ ba pha bằng thyristor

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor
Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Trường Đại Học Quy Nhơn Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
Họ và tên : Trần Duy Sơn
Khoá : K
27
Khoa : Kỹ Thuật & Công Nghệ
Ngành học : Kỹ thuật điện
I. Đầu đề thiết kế:
Thiết kế bộ khởi động cho động cơ không đồng bộ ba pha bằng Thyristor.
II. Các số liệu ban đầu:
Động cơ không đồ bộ xoay chiều ba pha có các thông số sau:
Công suất định mức : P
đm
= 27 KW.
Tần số định mức : f
đm
= 50 Hz.
Điện áp định mức : U
đm
= 220/380V.
Tốc độ định mức : n
đm
= 975( vg/ph).
Hệ số góc định mức : cosφ
đm
= 0,83.
Hiệu suất : η
đm

= 0,94.
Tỷ số :
2,4.
kd
kd
dm
M
M
λ
= =
ax
ax
2,6.
m
m
dm
M
M
λ
= =
III. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
Khái quát về động cơ không đồng bộ.
Thiết kế mạch động lực.
Thiết kế mạch điều khiển, bảo vệ.
Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 1
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor
IV. Các bản vẽ đồ thị ( ghi rõ các loại bản vẽ, về kích thước bản vẽ )
-
-
-

-
VI. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế : Ngày …Tháng …Năm 2009
VII. Ngày hoàn thành nhiệm vụ thiết kế: Ngày …Tháng …Năm 2009
CHỦ NHIỆM KHOA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
( Ký, ghi rõ họ tên ) ( Ký, ghi rõ họ tên )
T.S: NGUYỄN NGỌC MỸ TH.S: NGUYỄN THÁI BẢO
Kết quả điểm đánh giá:
Quá trình thiết kế:
Bảo vệ thiết kế:
Quy Nhơn, ngày … tháng ……năm 2009
Chủ tịch hội đồng
( Ký và ghi rõ họ tên )


Sinh viên thực hiện
( Ký và ghi rõ họ tên )

Trần Duy Sơn
Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 2
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor
LỜI NÓI ĐẦU
Động cơ không đồng bộ ba pha là một thiết bị điện được sử dụng rất phổ
biến trong mọi lĩnh vực sản xuất và đời sống, thay cho các động cơ khác vì nó có
nhiều ưu điểm như khởi động đơn giản, rẻ tiền và kích thước gọn nhẹ, vận hành
tin cậy, nhất là loại rôto lồng sóc ( như quạt gió, bơm nước, truyền động để di
chuyển các băng tải sản xuất…).
Nhược điểm của nó là đặc tính cơ phi tuyến mạnh nên trước đây với các
phương pháp điều khiển, mở máy động cơ không đồng bộ còn gặp nhiều khó
khăn và hạn chế. Bởi vì các thiết bị điều khiển còn thô sơ, đơn giản, nên động cơ
không đồng bộ này phải nhường chổ cho động cơ điện một chiều.

Ngày nay với sự phát triển của các lý thuyết điều khiển, truyền động cộng
với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật như vi xử lý, điện tử công suất nên đã hạn
chế được nhược điểm trên, đưa động cơ không đồng bộ trở thành phổ biến. Nhằm
nâng cao năng suất cũng như tự động hoá trong quá trình sản xuất, đã góp phần
đáng kể vào mục tiêu công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.
Do vai trò của động cơ không đông bộ là quan trọng nên em chọn đề tài
“Thiết kế bộ khởi động cho động cơ không đồng bộ ba pha bằng Thyristor” là
một đề tài khó nhưng rất thực tiện và phổ biến đòi hỏi sự am hiểu nhất định trong
lĩnh vực điện tử cũng như máy điện.
Trong quá trình thiết kế được sự hướng dẫn tận tình và chu đáo của Thạc
sỹ: Nguyễn Thái Bảo và các thầy cô giáo có kinh nghiệm trong khoa: Kỹ Thuật -
Công Nghệ - Trường Đại Học Quy Nhơn. Em đã hoàn thành “Đề Tài Tốt
Nghiệp”. Đề tài gồm có bốn phần sau đây:
Phần I: Khái quát động cơ không đồng bộ ba pha.
Giới thiệu sơ lược về động cơ không đồng bộ.
Các yếu tố ảnh hưởng đến các đặc tính cơ của động cơ không đồngbộ.
Các phương pháp mở máy động cơ không đồng bộ.
Phần II: Chọn mạch động lực.
Chọn, tính toán các thông số và bảo vệ mạch động lực.
Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 3
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor
Tính toán các đặc tính của động cơ.
Tính toán các thông số điều khiển.
Phần III: Chọn và tính toán mạch điều khiển.
Các mạch điều khiển cơ bản.
Tính toán các thông số của mạch điều khiển.
Phần IV: Thiết kế tủ điện.
Mặc dù bản thân em đã có nhiều cố gắng, nổ lực nhưng do thời gian hạn
chế và kiến thức còn thiếu không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong các thầy,
cô tận tình chỉ bảo để cho Đề Tài được hoàn thiện hơn.

Xin chân thành cám ơn các tác giả, các thầy, cô giáo, các kỹ sư, bạn bè,
đặc biệt là Thạc Sỹ: Nguyễn Thái Bảo đã tận tình giúp đở em hoàn thành Đề Tài
này.
Sinh Viên Thực Hiện
Trần Duy Sơn
MỤC LỤC
Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 4
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor
Trang
Lời nói đầu. 3 - 4
PHẦN I
KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
I. Cấu tạo và đặt điểm của động cơ không đồng bộ. 9
I.1. Cấu tạo: 9
I.1.1.Cấu tạo phần tĩnh ( stato ). 9
I.1.1.1. Võ máy. 9
I.1.1.2. lõi sắt. 9 – 10
I.1.1.3.Dây quấn. 10
I.1.2.Cấu tạo phần quay ( Rôto ). 10
I.1.2.1. Trục. 10
I.1.2.2. Lõi sắt. 10
I.1.2.3. Dây quấn Rôto. 10
I.1.2.4. Khe hở. 11
I.2. Đặc điểm của động cơ không đồng bộ. 11 – 12
I.3. Những đại lượng ghi trên động cơ không đồng bộ. 12
I.4. Cách đấu dây của động cơ. 12
I.5. Vai trò của động cơ không đồng bộ. 14
II. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ. 14 – 17
III. Các phương pháp cơ bản của động cơ không đồng bộ. 17
III.1. Các đặc tính cơ bản của động cơ không đồng bộ. 17

III.1.1. Phương trình đặc tính cơ. 17 – 24
III.2. Ảnh hưởng của các thông số đến đặc tính cơ của ĐCKĐB 24 – 25
III.2.1. Ảnh hưởng của điện áp nguồn cung cấp cho động cơ. 25 – 26
III.2.2. Ảnh hưởng của tần số lưới điện f
1
cấp cho động cơ. 26 – 27
Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 5
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor
III.2.3. Ảnh hưởng của điện trở, điện kháng mạch stato. 27 – 28
III.2.4. Ảnh hưởng của điện trở, điện kháng phụ mạch stato. 28 – 29
III.2.5. Ảnh hưởng số đôi cực p. 29 – 30
III.3. Mở máy động cơ không đồng bộ. 30
III.3.1. Quá trình mở máy động cơ không đồng bộ. 30
III.3.2. Các phương pháp mở máy động cơ ba pha. 31
III.3.2.1. Phương pháp mở máy trực tiếp động cơ điện không
đồng bộ rôto lồng sóc. 31 – 32
III.3.2.2. Phương pháp hạ điện áp mở máy. 32
III.3.2.2.1. Phương pháp nối điện kháng nối tiếp vào mạch điện stato.32 –
33
III.3.2.2.2. Phương pháp dùng máy biến áp tự ngẫu giảm điện áp
mở máy. 33 – 34
III.3.2.2.3. Phương pháp mở máy bằng phương pháp Y – Δ. 34 – 35
III.3.2.2.4. Phương pháp mở máy bằng cách nối thêm điện trở phụ
vào mạch Rôto. 36 – 37
III.3.2.2.5. Phương pháp mở máy nhờ linh kiện bán dẫn. 37
III.3.2.2.6. Phương pháp mở máy động cơ không đồng bộ lợi dụng
hiệu ứng ngoài ở dây quấn Rôto lồng sóc. 38 – 41
PHẦN II
TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC
I. Chọn mạch động lực 42

I.1. Sơ đồ điều chỉnh điện áp. 42 – 43
I.2. Nguyên lý điều chỉnh điện áp. 43 – 46
I.3. Sơ đồ động lực và nguyên lý hoặc động. 46 - 48
II. Tính toán mạch động lực. 48
II.1. Chọn Tiristor cho mạch động lực. 48 – 49
II.2. Tính chọn bảo vệ cho van. 49
II.2.1. Bảo vệ quá dòng cho van. 49 – 50
Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 6
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor
II.2.2. Bảo vệ quá áp cho van. 51 – 52
II.2.3. Bảo vệ quá nhiệt cho van. 52 – 54
II.2.4. Chọn thiết bị đóng cắt. 54 – 55
III. Tính toán các đặc tính. 55
III.1. Đặc tính tự nhiên. 55 – 59
III.2. Tính toán điện áp lúc đầu đặt lên động cơ. 59 – 62
III.3. Tính toán góc mở α ứng với các trường hợp. 62 – 64
III.4. Các thông số điều khiển. 64 – 66
PHẦN III
CHỌN VÀ TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN
I. Chọn mạch điều khiển. 67
I.1. Nguyên lý điều khiển. 67
I.1.1. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính. 67 – 68
I.1.2. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng Arccos. 68
I.2. Cấu trúc mạch điều khiển. 68 – 69
I.2.1. Khâu đồng pha. 69
I.2.1.1. Khâu đồng pha dùng tụ và Diod. 69 – 71
I.2.1.2. Khâu đồng pha dùng Transistor và tụ. 71 – 72
I.2.1.3. Khâu đồng pha dùng khuếch đại thuật toán. 72 – 74
I.2.1.4. Khâu đồng pha dùng Transistor quang và khuếch đại thuật
toán. 74 – 75

I.2.1.5. Khâu đồng pha tạo điện áp tựa cả chu kỳ. 76 – 77
I.2.2. Khâu so sánh. 77
I.2.2.1. Khâu so sánh dùng Transistor. 78 – 79
I.2.2.2. Khâu so sánh dùng khuếch đại thuật toán. 80 – 81
I.2.3. Khâu khuếch đại tạo xung. 81 – 84
I.2.3.1. Sơ đồ phát xung chùm dùng vi mạch 555. 84 – 85
I.2.3.2. Sơ đồ tạo xung chùm đa hài dùng khuếch đại thuật toán. 85 – 87
Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 7
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor
I.2.4. Chọn mạch điều khiển. 87
I.2.4.1. Khâu đồng pha. 87
I.2.4.2. Khâu so sánh. 87
I.2.4.3. Khâu khuếch đại tạo xung. 87 – 93
II. Tính toán thông số mạch điều khiển. 93 – 94
II.1. Tính toán máy biến áp xung. 94
II.1.1.Tính toán lõi thép máy biến áp xung. 94– 96
II.1.2. Tính toán dây quấn máy biến áp xung. 96 – 99
II.2. Chọn linh kiên cho mạch điều khiển. 99
II.2.1. Điod. 99
II.2.2. Chọn cổng AND. 99
II.2.3. Chọn khuếch đại thuật toán. 100
II.3. Tính toán thông số mạch điều khiển. 101
II.3.1.Tính thông số khâu khuếch đại. 101– 103
II.3.2. Tính thông số mạch tạo xung chùm. 103– 104
II.3.3. Tính thông số tích phân mở chậm. 104– 105
II.3.4. Tính thông số khâu so sánh. 106
II.3.5. Tính thông số khâu đồng pha. 107– 109
PHẦN IV
THIẾT KẾ TỦ ĐIỆN
I. Các nguyên tắc bố trí thiết bị. 110

II. Chất lượng mĩ thuật phải đảm bảo những yêu cầu. 110– 112
III. Các ký hiệu của tủ điện. 112– 113
PHẦN I
KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
I. Cấu tạo và đặt điểm của động cơ không đồng bộ:
Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 8
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor
I.1. Cấu tạo:
Động cơ không đồng bộ gồm hai phần chính: phần tĩnh và phần quay.

1 2

3 4
5

6
Trong đó:
1) Quạt làm mát 2) Hộp đấu dây 3) Võ máy
4) Stato 5) Chân đế lắp cố định 6) Rôto
Hình1-1: Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn.
I.1.1: Cấu tạo phần tĩnh ( stato ):
Gồm võ máy, lõi sắt và dây quấn
I.1.1.1. Võ máy:
Võ máy làm bằng nhôm hoặc bằng gang, dùng để giữ chặt lõi thép và cố
định máy trên bệ và không dùng để dẫn từ. Đối với máy có công suất lớn
(1000KW) thường dùng thép tấm hàn lại thành võ.
I.1.1.2. Lõi sắt
Được làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,35mm đến 0,5mm ghép lại.
Lõi sắt là phần dẫn từ vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường xoay chiều, nhằm
giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ

lớp sơn cách điện. Mặt trong của lõi thép có xẻ rãnh để đặc dây quấn.
Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 9
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor
stato

a b c
Hình 1-2:
a/. Mặt cắt ngang của stato
b/. lá thép kỹ thuật điện
c/. Stato của động cơ không đồng bộ
I.1.1.3. Dây quấn:
Dây quấn stato làm bằng dây dẫn bọc cách điện ( dây điện từ ) được đặt
trong rãnh của lõi sắt. Dây quấn stato gồm có ba cuộn dây đặt lệch nhau 120
0
điện.
I.1.2. Cấu tạo phần quay ( Rôto ):
I.1.2.1. Trục:
Làm bằng thép, dùng để đỡ lõi sắt rôto.
I.1.2.2. Lõi sắt:
Gồm các lá thép kỹ thuật điện giống như ở phần stato được dập rãnh mặt
ngoài ghép lại, tạo thành các rãnh theo hướng trục, ở giữa có lỗ để lắp trục.
I.1.2.3. Dây quấn rôto:
Gồm hai loại: loại rôto dây quấn và loại rôto ngắn mạch ( còn gọi là rôto
lồng sóc )
* Loại rôto kiểu dây quấn:
Dây quấn rôto giống dây quấn ở stato và có số cực bằng số cực stato. Các
động cơ công suất trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu song hai lớp để
giảm được những đầu nối dây và kết cấu dây quấn rôto chặc chẽ hơn. Các động
cơ công suất nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp. Dây quấn rôto thường
Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 10

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor
nối sao ( Y ). Ba đầu ra nối với ba vòng tiếp xúc bằng đồng, cố định trên trục rôto
và được cách điện với trục nhờ 3 chổi than tỳ sát vào 3 vòng tiếp xúc, dây quấn
rôto được nối với 3 biến trở bên ngoài để mở máy hay điều chỉnh tốc độ.
* Loại rôto kiểu lồng sóc:
Loại dây quấn này khác với dây quấn stato, mỗi rãnh của lõi sắt được đặt
một thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm và được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vòng
ngắn mạch đồng hoặc nhôm, làm thành 1 cái lồng người ta gọi là lồng sóc.


Hình 1-3: Dây quấn của rôto kiểu lồng sóc
Ngoài ra dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi thép, rãnh rôto có
thể làm thành dạng rãnh sâu hoặc thành hai rãnh gọi là lồng sóc kép dung cho
máy có công suất lớn để cải thiện tính năng mở máy. Với động cơ công suất nhỏ
rãnh rôto thường đi chéo một góc so tâm trục.
I.1.2.4. Khe hở:
Khe hở trong động cơ không đồng bộ rất nhỏ (0,2mm ÷ 1mm). Do đó rôto
là một khối tròn nên rôto rất đều.
I.2. Đặc điểm của động cơ không đồng bộ:
Cấu tạo đơn giản đặc biệt là động cơ rôto lồng sóc
Vận hành tin cậy, chắc chắn, giá thành hạ
Đấu trực tiếp vào lưới điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị các
thiết bị kèm theo
Tốc độ quay của rôto nhỏ hơn tốc độ từ trường quay của stato ( n < n
1
)
Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 11
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor
Trong đó:
n : Tốc độ quay của rôto

n
1
: Tốc độ quay từ trường quay của stato ( tốc độ đồng bộ của động cơ ).
I.3. Những đại lượng ghi trên động cơ không đồng bộ:
Công suất định mức P
đm
là công suất cơ hay công suất điện máy đưa ra.
Điện áp định mức U
đm
và dòng điện định mức I
đm

Vd: Trên nhãn máy có ghi ∆/Y 220v/380v - 7.5/4.3A ta sẽ hiểu như sau
khi điện áp lưới điện là 220v thì ta nối dây quấn stato theo hình ∆. Và dòng điện
định mức là 7.5 A. Khi điện áp lưới điện là 380v thì ta đấu dây quấn stato theo
hình Y, dòng điện định mức là 4.3 A.
Hệ số công suất định mức : cosϕ
đm
Tốc độ quay định mức n
đm
(vòng/ phút ).
Tần số định mức f
đm
(hz)
I.4. Cách đấu dây của động cơ:
Tuỳ theo điện áp của lưới điện mà ta đấu dây stato theo hình Y hay hình ∆.
Mỗi động cơ điện ba pha gồm có ba dây quấn pha. Khi thiết kế người ta đã quy
định điện áp định mức cho mỗi dây quấn .Động cơ làm việc phải đúng với điện
áp quy định ấy. Để thuận tiện cho việc đấu động cơ, người ta ký hiệu 6 đầu dây
của ba dây cuốn động cơ AX, BY, CZ và đưa 6 đầu dây nối ra 6 bu lông ( 1….6 )

ở hộp dây trên vỏ động cơ.
Cách đấu 6 đầu dây như thế nào để điện áp vào động cơ luôn là định mức.
- Động cơ ba pha có điện áp định mức cho mỗi pha dây quấn là 220V
( U
P
= 220V ), trên nhãn động cơ ghi là ∆ /Υ 220V/380V .
Nếu động cơ làm việc ở mạng điện có U
d
= 380V, thì động cơ phải đấu
theo hình sao (Y). Muốn nối hình sao ta nối ba điểm cuối của pha với nhau tạo
thành điểm trung tính. Ba điểm đầu nối với nguồn.
Cách đấu như hình vẽ:
Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 12
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor

Hình 1-4. Hộp đấu dây quấn stato hình sao
Trong cách nối hình Y
I
d
= I
p
; U
d
=
3
U
p

Khi đó điện áp vào mỗi dây quấn là: U
p

=
220
3
380
=
V bằng đúng điện áp
quy định.
- Trường hợp động cơ làm việc ở mạng điện có điện áp 220v thì động cơ
phải đấu theo hình ∆. Muốn nối hình tam giác, ta lấy đầu pha này nối với cuối của
pha kia. Cách nối tam giác không có dây trung tính.
Hình 1-5: Hộp đấu dây quấn stato theo hình tam giác
Trong cách nối tam giác
U
d
= U
p
I
d
=
3
I
p

Khi đó điện áp vào mỗi dây quấn là 220v
Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 13
A B C
X Y Z Hộp đấu dây
Nguồn
A
B C

X YZ
Hộp đấu dây
R
1
Nguồn
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor
I.5. Vai trò của động cơ không đồng bộ:
Máy điện không đồng bộ là máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làm động
cơ điện. Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu quả cao, giá thành hạ nên
động cơ không đồng bộ là loại máy được dùng rộng rãi nhất trong các ngành kinh
tế quốc dân với công suất từ vài chục đến vài nghìn KW . Trong công nghiệp
thường dùng động cơ không đồng bộ là bộ phận động lực cho máy cán thép vừa
và nhỏ, động lực cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ, vv…
Trong hầm mỏ dùng làm máy tưới hay quạt gió. Trong công nghiệp dùng để làm
máy bơm hay máy gia công nông sản.
Tuy vậy, máy điện không đồng bộ có những nhược điểm sau: đó là cos
ϕ

của máy thường không cao và đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt nên ứng dụng
của máy điện không đồng bộ có phần bị hạn chế.
II. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ:
Khi nối dây quấn stato vào lưới điện xoay chiều ba pha, trong dây quấn có
các dòng điện. Hệ thống dòng điện này tạo ra từ trường quay với tốc độ:

1
1
60 f
n
P
=

( 1- 1)
Trong đó:
f
1
: tần số dòng điện lưới
p : Số đôi cực
Nếu tần số f
1
= 50 Hz: ta có
P
n
3000
1
=
Từ trường quay của stato cảm ứng trong dây quấn rôto một suất điện động E
(chiều suất điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải), vì vậy dây quấn rôto
nối ngắn mạch nên trên thanh dẫn rôto hình thành 1 dòng điện lớn. Sự tác đụng
tương hỗ giữa dòng điện của rôto với từ trường của stato tạo nên một lực điện từ
tác dụng lên thanh dẫn theo phương tiếp tuyến với bề mặt rôto tạo ra mômen làm
cho rôto quay. Chiều quay của rôto theo quy tắc của từ trường được minh hoạ
theo hình.1- 6.
Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 14
F
dt
n
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor
H.1-6: Nguyên lý làm việc của ĐCKĐB.
Tốc độ rôto n được gọi là tốc độ làm việc và luôn nhỏ hơn tốc độ quay của từ
trường n
1

. Vì nếu tốc độ quay của rôto bằng tốc độ của từ trường có thể xem cuộn
dây của rôto và từ trường đứng yên nên không xãy ra hiện tượng cảm ứng điện từ
trên cuộn dây rôto. Vì vậy chỉ trong trường hợp tốc độ quay của rôto nhỏ hơn tốc
độ quay của từ trường mới xảy ra cảm ứng sức điện động trong dây quấn rôto.
Đặc trưng cho động cơ không đồng bộ ba pha là hệ số trượt
1
1
n
nn
s
−
=
( 1- 2 )
Trong đó:
s : hệ số trượt
n
1
: tốc độ quay
n : tốc độ quay của rôto
Hệ số trượt của động cơ không đồng bộ có trị số nằm trong khoãng từ 0 ÷ 1
Khi s = 0 : tốc độ rôto bằng tốc độ từ trường ở chế độ không tải lý tưởng
Khi s = 1 : rôto đứng yên ( n = 0) mômen trên trục bằng mômen mở máy
Khi động cơ quay ở tải định mức, có hệ số trượt định mức tương ứng có tốc
độ quay của rôto đinh mức. Hệ số trượt định mức nằm trong khoảng 0,01 ÷ 0,06
Từ công thức ( 1 – 1) ta có thể tính được tốc độ quay của động cơ không tải
Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 15
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor
n = n
1
( 1 – s ) (1 – 3 )

Dòng điện trong dây quấn và từ trường quay tác dụng lực tương hổ lên nhau
nên khi rôto chịu tác dụng của mômen M thì từ trường quay cũng chịu tác dụng
của mômen theo chiều ngược lại. Muốn cho từ trường quay với tốc độ n
1
thì nó
phải nhận một công suất đưa vào gọi là công suất điện từ.
60
2
1
n
MMP
dt
π
ω
==
(1 – 4 )
Trong đó:
60
2
1
1
n
π
ω
=
( )
s
rad
( 1 – 5 )
1

ω
: tốc độ gốc của từ tường quay, còn gọi là tốc độ đồng bộ
Khi đó công suất điện đưa vào
P
1
=
3
.U.I.Cos
ϕ
( 1 – 6 )
Ngoài thành phần công suất điện từ có tổn hao trên điện trở dây quấn stato.
2
1
2
1
3 IRP
dt
=∆
( 1 – 7 )
Tổn hao sắt từ:
PP
st
∆=∆
( 1 – 8 )
Do vậy:
stdtdt
PPPP ∆−∆−=
1
( 1 – 9 )
Công suất cơ ở trục là:

60
.2
'
2
n
MMP
π
ω
==
( 1 – 10 )
Công suất cơ nhỏ hơn công suất điện từ vì có tổn hao trên dây quấn rôto:
22 ddt
PPP ∆−=
( 1 – 11 )
Trong đó:
'
2
'
222
IRmP
d
=∆
( 1 – 12 )
R
2
’
: điện trở quy đổi của rôto
I
2
’

: dòng điện quy đổi của rôto
Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 16
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor
m
2
= 3 : số pha của dây quấn rôto
Vì P
2
’
< P
dt
do đó n < n
1
Công suất cơ của P
2
đưa ra nhỏ hơn P
2
’
vì tổn thất trên trục động cơ và các
tổn thất phụ khác:
Do vậy:
fc
PPPP ∆−∆−=
'
22
( 1 – 13 )
Trong đó:
c
P∆
: tổn hao cơ

f
P∆
: tổn hao phụ khác
Hiệu suất của động cơ:
( )
9,08,0
1
2
÷==
P
P
η
( 1 – 14 )
III. Các phương trình cơ bản của động cơ không đồng bộ:
III.1. Các đặc tính cơ bản của động cơ không đồng bộ.
III.1.1. Phương trình đặc tính cơ:
Để thành lập phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ta sử
dụng sơ đồ thay thế. Trên hình 1-6 là sơ đồ thay thế 1 pha của động cơ không
đồng bộ. Khi nghiên cứu ta đưa ra một số giả thiết sau đây:
Ba pha của động cơ là đối xứng
Các thông số động cơ là 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 bảo
hòa nên điện kháng X
1
, X
2
không đổi.
Tổng dẫn mạch từ không thay đổi, dòng điện từ hoá không phụ thuộc vào
tải mà chỉ phụ thuộc vào điện áp đặt vào stato động cơ.
Bỏ qua các tổn thất ma sát, tổn thất trong lõi thép.

Điện áp lưới hoàn toàn sin và đối xứng ba pha.
Với giả thiết trên ta có sơ đồ thay thế một pha của động cơ không đồng bộ:
Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 17
I
1
X
1
R
1
X
’
2
'
2
R
s
X
μ
R
μ
U
1f
I
μ
I
’
2
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor
Hình.1- 6: Sơ đồ thay thế một pha của động cơ
Trong đó:

f
U
1
: trị số hiệu dụng của điện áp stato.
2
'
1
,, III
µ
: các dòng điện từ hóa, stato và dòng điện roto đã quy đổi về
stato.
2
'
1
,, RRR
µ
: các điện trở tác dụng của mạch từ hóa của cuộn dây stato và
rôto đã quy đổi về stato.
'
11
,,
δδµ
XXX
: điện kháng mạch từ hóa, điện kháng tản stato và điện kháng
tản rôto dả quy đổi về stato.
s : hệ số trượt của động cơ.
1
1
ω
ωω

−
=s
( 1 – 15 )
( )
s
rad
n
60
.2
π
ω
=
: tốc độ góc động cơ.
p
f
1
1
.2
π
ω
=
: tốc độ góc của từ trường ( tốc độ đồng bộ)
Trong đó:
f
1
: tần số của điện áp nguồn đặt vào stato.
p : số đôi cực từ động cơ.
Từ sơ đồ thay thế ta tính được dòng điện stato:
Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 18
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor

















+








+
+
+
=
2

2
'
2
1
22
11
11
nm
f
X
s
R
R
XR
UI
µµ
( 1 – 16 )
δ
δ
2
'
1
XXX
nm
+=
: điện kháng ngắn mạch.
Biểu thức (1 – 16 ) là phương trình đặc tính dòng điện stato và có thể biểu
diễn trên hình.1 – 6.
Hình. 1- 7: Đặt tính dòng điện stato của động cơ KĐB
Ta nhận thấy rằng:

Khi
1,0 == s
ω
thì I
1
= I
1nm
Khi
0,
1
== s
ωω
ta có:
µ
µµ
I
XR
UI
f
=








+
=

22
11
1
( 1 – 17 )
Trong đó:
I
1nm
: dòng điện ngắn mạch stato
I
µ
: là dòng điện từ hóa có tác dụng tạo ra từ trường quay khi động cơ
quay với tốc độ đồng bộ.
Ta cũng tính được dòng điện rôto quay quy đổi về stato.
Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 19
ω
F
S
I
1
I
1nm
R
f
= 0
Đ
C
R
f
= 0
1

ω
0
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor
2
2
'
2
1
1
'
2
nm
f
X
s
R
R
U
I
+








+
=

( 1 – 18 )
Đây là phương trình đặc tính dòng điện của động cơ không đồng bộ, được
biểu diễn hình.1 – 8.
Hình 1 – 8: Đặc tính dòng điện rôto của động cơ KĐB
Khi
0,
1
== s
ωω
thì
0
'
2
=I
Khi
1,0 == s
ω
thì
( )
2
2
'
21
1
2
2
'
nm
f
nm

XRR
U
II
++
==
( 1 – 19 )
Công suất điện từ chuyển từ stato sang rôto:
P
12
= M
đt
.
1
ω
( 1 – 20 )
Trong đó:
M
đt
: là mômen điện từ của động cơ.
Nếu bỏ qua các tổn thất phụ thì: M
đt
= M
cơ
= M ( 1 – 21 )
Công suất đó chia thành hai phần:
P
cơ
: công suất đưa ra trên trục động cơ.
Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 20
ω

S
'
2
I
'
2nm
I
1
ω
0
1
R
f
= 0
R
f
≠ 0
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor
2
P∆
: công suất tổn hao đồng trong rôto
P
12
= P
cơ
+
∆
P
2
( 1 – 22)

Hay M
1
ω
= M
ω
+
∆
P
2
( 1 – 23 )
Do đó
∆
P
2
= M(
ωω
−
1
) = M.
1
ω
.s ( 1 – 24 )
Mặc khác
∆
P
2
= 3.
2
'
2

I
.
'
2
R
( 1 – 25 )
Nên
1
'
2
'
2
3
2
ω
s
R
I
M =
( 1 – 26 )
Thay giá trị
'
2
I
đã tính được ở trên vào ( 1- 26 ) và biến đổi ta được:









+








+
=
2
2
'
2
11
'
2
'
1

3
2
nm
f
X
s

R
Rs
RU
M
ω
( 1 – 27 )
Trong đó:
X
nm
= X
1
+ X
2
’
p
f
1
1
2
π
ω
=
: tốc độ đồng bộ ứng với M
c
= 0.
Đây là phương trình biểu thị mối quan hệ M = f(s) = f [s(
ω
)] gọi là phương trình
đặc tính cơ của động cơ điện xoay chiều ba pha.
Hình 1- 9: Đồ thị đặc tính cơ của động cơ KĐB.

Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 21
S
thF
M
thĐ
0
1
ω
M
thF
0
=
ω
S
thĐ
S =1
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor
Với những giá trị khác nhau của s ( 0 ≤ s ≤ 1 ) sẽ cho ta những gía trị tương
ứng của M. Đường biểu diễn M = f(s) là đường đặc tính cơ của động cơ điện
không đồng bộ.
Đường đặc tính cơ có điểm cực trị gọi là điểm tới hạn K, tại điểm đó:
0=
ds
dM
( 1 – 28 )
Giải phương trình ở tử số với S ta được:
22
1
'
2

nm
th
XR
R
S
+
±=
( 1 – 29 )
Thay phương trình ( 1 – 29 ) vào phương trình ( 1 – 27 ) ta được:
)(2
.3
22
111
2
1
nm
f
th
XRR
U
M
+±
±=
ω
( 1 – 30 )
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.
Phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ có thể biểu diễn thuận
tiện hơn bằng cách phương trình CLOSS:
( )
th
th
th
thth
sa
s
s
s
s
saM
M
.
.12
++
+
=
( 1 – 31 )
Trong đó:
2
1
R
R
a =
( 1 – 32 )
Đối với những động cơ công suất lớn thường R

1
rất nhỏ so với X
nm
, lúc này
có thể bỏ qua R
1
, nghĩa là coi R
1
= 0, as
th
= 0 và (1 – 31 ) có dạng gần đúng:
s
s
s
s
M
M
th
th
th
+
=
2
( 1 – 33 )
Trong đó:
nm
th
X
R
S

'
2
±=
( 1 – 34 )
Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 22
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor
nm
f
th
X
U
M
1
2
1
2
.3
ω
±=
( 1 – 35 )
Nhiều trường hợp cho phép ta sử dụng những đặc tính gần đúng bằng cách
tuyến tính hoá các đặc tính trong đoạn làm việc. Vì dụ ở vùng độ trượt nhỏ s ≤ s
th
tỷ số
th
s
s
nhỏ, gần đúng coi
0=
th

s
s
. Lúc này đặc tính cơ ở dạng đơn giản:
s
s
M
M
th
th
.
2
=
( 1 – 36 )
Cũng có thể tuyến tính hoá điểm làm việc qua điểm định mức, phương trình
gần đúng là:

s
s
M
M
dm
dm
.=
( 1 – 37 )
Từ dạng đặc tính cơ biểu diễn ở ( H.1- 9 ) ta thấy độ cứng của đường đặc
tính cơ biến đổi cả về trị số lẫn về dấu tuỳ theo điểm làm việc.
ωω
β
∆
∆

∆
∆
=
∆
∆
=
s
s
MM
.
( 1 – 38 )
Với đặc tính tuyến tính hoá đường 1 ( H. 1-9)
1
1
2
ωω
−=
∆
∆
=
∆
∆
s
s
M
s
M
th
th
Vậy

th
th
s
M
1
2
ω
β
−=
( 1 – 39 )
Tương tự với đặc tính 2 trên H 1- 10:
dm
dm
s
M
1
ω
β
−=
( 1 – 40 )
Như vậy trên đường đặc tuyến của động cơ không đồng bộ
β
có giá trị âm và
gần như không đổi.
Đối với đoạn đặc tính s > s
th
, khi s >> s
th
bỏ qua
s

s
th
và phương trình đặc tính
cơ sẽ là:
Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 23
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor
s
sM
M
thth
2
=
( 1 – 41 )
Và
2
1
2
s
sM
thth
ω
β
=
( 1 – 42 )
Trong đoạn này độ cứng
β
là dương và giá trị của nó biến đổi. Động cơ
không đồng bộ không làm việc trên đoạn đặc tính này.
Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ được biểu diễn ở H.1- 9.
H.1-11: Đặc tính cơ của động cơ KĐB

Đoạn đặc tính cơ AK gần thẳng và cứng, trên đoạn này mômen tăng thì tốc
độ động cơ giảm. Do đó động cơ làm việc trên đoạn đặc tính này sẽ làm việc ổn
định.
III.2: Ảnh hưởng của các thông số đến đặc tính cơ của động cơ KĐB:
Từ phương trình đặc tính cơ (1 – 27) của động cơ không đồng bộ, ta thấy các
thông số ảnh hưởng đặc tính cơ bao gồm.
- Điện áp lưới U
f1
.
- Tần số lưới điện cung cấp cho động cơ f
1
.
- Điện trở, điện kháng mạch stato ( nối thêm điện trở phụ R
1f
và X
1f
vào
stato).
- Điện trở mạch rôto ( nối thêm điện trở phụ R
2f
vào mạch rôto đối với
động cơ rôto quấn dây).
- Ảnh hưởng số đôi cực p của động cơ.
Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 24
K
B
R
f
≠ 0
TN

(R
f
= 0)
1
2
M
đm
A
M
th
0
S
th
th
ω
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor
Khi các thông số này thay đổi sẽ gây ra biến động các đại lượng:
- Tốc độ đồng bộ:
p
f
1
1
.2
π
ω
=
- Độ trượt tới hạn:
22
1

'
2
nm
th
XR
R
s
+
±=
- Mômen tới hạn:
(
)
22
111
2
1
2
3
nm
ph
th
XRR
U
M
+±
±=
ω
III.2.1: Ảnh hưởng của điện áp nguồn cung cấp cho động cơ:
Điện áp lưới U
f1

: thay đổi bằng cách sử dụng bộ điện áp xoay chiều. Các
tham số còn lại là hằng số.
Khi U
f1
giảm → ( M
th
) Mômen tới hạn sẽ giảm bình phương lần độ suy
giảm của điện áp . M
th
giảm ∼ U
1
2
giảm
Trong khi đó tốc độ đồng bộ: ω
1
=
P
f
1
.
2
π
= const. Và độ trượt
không thay đổi. Vậy ta có đường đặc tính cơ trong trường hợp này.
Hình 1-12: Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ
khi giảm điện áp cấp cho động cơ.
Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 25
ω
1
ω

M
S
M
nm3
TN
M
nm2
U
1
M
C1
M
nm
U
đm
M
C2
U
2
U
3
S
thđm
0