thiết kế hệ truyền động động cơ không đồng bộ roto dây quấn bằng phương pháp điện trở xung với van bán dẩn là thyristor công suất

Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành
`
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, lĩnh vực Điện - Điện Tử Tin Học phát triển
rất là nhanh chóng, chúng thay đổi trong từng ngày từng giờ. Hiện nay, trong các
dây chuyền sản xuất hiện đại, truyền động điện đóng vai trò quan trọng trong
việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Vì vậy các hệ truyền động luôn
được quan tâm nghiên cứu để đáp ứng các yêu cầu công nghệ. Và hệ truyền
động động cơ không đồng bộ cũng không nằm ngoài phạm vi đó.
Do có kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ
nên động cơ không đồng bộ được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khác
nhau như:
+ Trong công nghiệp: dùng làm nguồn lực cho máy cán thép vừa và nhỏ,
động lực cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ,…
+ Trong hầm mỏ: dùng làm máy tời hay quạt gió.
+ Trong nông nghiệp: dùng làm máy bơm hay gia công nông sản.
+ Trong đời sống hàng ngày: động cơ không đồng bộ chiếm một vị trí
quan trọng như: quạt gió, máy quay dĩa, máy bơm nước cỡ nhỏ,…
Vì có những ứng dụng rộng rãi như vậy nên việc nghiên cứu, phát triển
truyền động động cơ không đồng bộ là việc vô cùng ý nghĩa. Nhờ sự phát triển
của công nghệ chế tạo bán dẩn mà các phương pháp điều chỉnh truyền động bằng
cơ khí đang được thay thế bằng phương pháp điện. Điều đó mang lại nhiều lợi
ích to lớn vì truyền động bằng phương pháp cơ khí đòi hỏi không gian lớn, cần
có buồng dập hồ quang, không chắc chắn so với phương pháp truyền động bằng
điện.
Xuất phát từ vấn đề thực tế trên, đồ án này em sẽ nghiên cứu thiết kế hệ
truyền động động cơ không đồng bộ roto dây quấn bằng phương pháp điện trở
xung với van bán dẩn là Thyristor công suất, điều khiển động cơ
10 kW – 1460 v/ph.
Trường Đại Học Quy Nhơn trang 1
Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành

Nội dung của đồ án gồm 5 chương:
Chương I : Tổng quan hệ truyền động động cơ không đồng bộ.
Chương II : Tổng quan phương pháp điều chỉnh điện trở phụ mạch roto.
Chương III : Tính chọn mạch động lực.
Chương IV : Tính chọn mạch điều khiển.
Chương V : Đánh giá chất lượng của hệ.
Dưới sự hướng dẩn trực tiếp của thầy Trương Minh Tấn sau một thời
gian em đã hoàn thành đồ án này đúng thời hạn. Nhưng vì khả năng và thời gian
có hạn nên đồ án này vẩn còn nhiều sai sót, rất mong sự góp ý và chỉ bảo của quí
thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Trương Minh tấn ,người đã trực tiếp
hướng dẩn em, đã tạo điều kiện thuận lợi cũng như giúp đỡ em hoàn thành đồ án
này đúng thời gian qui định.
Quy nhơn, Ngày 23 tháng 06 năm 2009.
Sinh viên
Ngô Trung Thành
Trường Đại Học Quy Nhơn trang 2
Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ
KHÔNG ĐỒNG BỘ
• Trong thời gian gần đây, lĩnh vực truyền động điện phát triển rất mạnh
mẽ. Nhiều hệ truyền động mới ra đời đã đáp ứng được yêu cầu công nghệ
kỹ thuật cao.
• Như chúng ta đã biết động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) được sử dụng rất
rộng rãi trong công nghiệp, nó chiếm tỉ lệ rất lớn so với các loại động cơ
khác. Có được như vậy là vì ĐCKĐB có kết cấu đơn giản, dể chế tạo, vận
hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều ba pha.
• Tuy nhiên vì việc điều chỉnh tốc độ khó hơn các động cơ một chiều nên hệ
truyền động ĐCKĐB rất ít. Thời gian gần đây do sự phát triển công

nghiệp chế tạo bán dẩn công suất và kỹ thuật điện tử tin học. ĐCKĐB mới
được khai thác các ưu điểm của nó. Nó trở thành hệ truyền động cạnh
tranh với hệ truyền động thyristor - Động cơ một chiều.
• Khác với động cơ một chiều, ĐCKĐB được cấu tạo phần cảm và phần
ứng không tách biệt. Từ thông và mômen phụ thuộc vào nhiều tham số.
Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động điện ĐCKĐB là hệ điều chỉnh
tham số có tính phi tuyến mạnh. Trước khi đi sâu vào nghiên cứu ta phải
biết rõ các khái niệm về hệ truyền động điện.
I.1. Khái niệm cơ bản về truyền động điện:
I.1.1. Cấu trúc chung và phân loại:
• Cấu trúc chung: Gồm 2 phần chính.
Phần lực: là bộ biến đổi và động cơ truyền động.
+ Bộ biến đổi thường dùng là bộ biến đổi máy điện (máy phát một chiều,
xoay chiều), bộ biến đổi điện từ (khếch đại từ, cuộn kháng bão hoà), bộ
biến đổi điện tử (chỉnh lưu Thyristor, biến tần Tranzitor, Thyristor).
+ Động cơ điện như: động cơ một chiều, xoay chiều đồng bộ, không đồng
bộ, ….
Phần điều khiển: Gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều chỉnh tham số và
công nghệ, thiết bị điều khiển và đóng cắt.Đồng thời một số hệ truyền
động có khả ngăng ghép nói với các thiết bị tự động khác
Trường Đại Học Quy Nhơn trang 3
Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành
• Phân loại: Có 2 loại như sau:
+ Truyền động không điều chỉnh: Thường động cơ nối trực tiếp với lưới
điện quay máy sản xuất với một tốc độ nhất định.
+ Truyền động có điều chỉnh: Tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ mà có
truyền động điều chỉnh tốc độ, mômen, lực kéo và vị trí.Trong cấu trúc hệ
truyền động có điều chỉnh có thể là truyền động nhiều động cơ.
Trong đó: + BBĐ: Bộ biến đổi
+ ĐC : Động cơ truyền động.

+ MSX: Máy sản xuất.
+ R : Các bộ điều chỉnh
+ K : Các bộ đóng cắt.
+ R
T
: Bộ điều chỉnh công nghệ.
+ K
T
: Bộ đóng cắt phục vụ công nghệ
+ VH : Người vận hành.
+ GN : Mạch nối ghép.
I.1.2. Đặc tính cơ của động cơ điện:
Là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen của động cơ.
• Đặc tính cơ tự nhiên: biểu hiện động cơ vận hành ở chế độ định mức trên
đặc tính cơ tự nhiên có điểm làm việc định mức có giá trị: M
đm
và ω
đm
.
• Đặc tính cơ nhân tạo: là khi tham số nguồn thay đổi hoặc nối thêm điện
trở, điện kháng vào động cơ.
Trường Đại Học Quy Nhơn trang 4
BBĐ ĐC MSX
R R
T
K K
T
GN
VH
Hình1.1: Mô tả cấu trúc chung của hệ truyền động

Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành
• Để đánh giá và so sánh các đặc tính cơ, khái niệm độ cứng đặc tính cơ:
M
β
ω
∆
=
∆
+ β : nhỏ - Đặc tính cơ mềm (đường 1)
+ β : lớn - Đặc tính cơ cứng (đường 2)
+ β → vô cùng: Đặc tính cơ tuyệt đối cứng (đường 3)
• Truyền động có đặc tính cơ cứng tốc độ thay đổi rất ít khi mômen biến biến
đổi lớn. Truyền động có đặc tính cơ mềm tộc độ giảm nhiều khi mômen
tăng. Được biểu diển như hình 1.2
I.1.3. Đặc tính cơ của máy sản xuất:
Có dạng:
( )( )
c co dm co
dm
M M M M
α
ω
ω
= + −
Trong đó: + M
co
: Mômen ứng với tốc độ ω = 0.
+ M
đm
: Mômen ứng với tốc độ định mức ω = ω

đm
+ M
c
: Mômen ứng với tốc độ ω
• Khi α = 0 thì M
c
= M
ddm
= const: loại này có ở cơ cấu nâng hạ, băng tải, cơ
cấu ăn dao máy cắt gọt (đường 1).
• Khi α = 1: có ở máy phát một chiều tải thuần trở, ít gặp (đường 2).
• Khi α = 2: mômen tỉ lệ bậc hai với tốc độ, là đặc tính của các máy bơm ,
quạt gió (đường 3).
Trường Đại Học Quy Nhơn trang 5
Hình 1.2: Độ cứng đặc tính cơ.
ω
M
∆M
∆ω
2
∆ω
1
0
2
1
3
Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành
• Khi α = -1: Mômen tỉ lệ nghịch với tốc độ, có ở các cơ cấu máy cuốn dây,
cuốn giấy, các truyền động quay trục chính máy cắt gọt kim loại (đường 4).
• Ngoài ra một số cơ cấu của các máy còn có đặc tính khác như: Mô men phụ

thuộc vào góc quay, mô men phụ thuộc vào đường đi, mô men phụ thuộc
vào số vòng quay, mô men phụ thuộc vào thời gian,… Hình dạng cụ thể
được biểu diển trên hình 1.3.
I.1.4.Trạng thái làm việc của truyền động điện:
• Trong hệ truyền động điện, bao giờ cũng có quá trình biến đổi năng lượng
điện - cơ. Chính quá trình này quyết định trạng thái làm việc của truyền
động điện.
• Định nghĩa: + Dòng công suất P
đ
có giá trị dương nếu nó truyền từ nguồn
đến động cơ và từ động cơ biến đổi công suất điện thành
công suất cơ cho máy sản xuất. Công suất cơ này có giá trị
dương nếu như mômen động cơ sinh ra cùng chiều với tốc
độ quay.
+ Dòng công suất có giá trị âm nếu nó có chiều ngược lại.
+ Mômen của máy sản xuất gọi là mômen cản. Dấu âm,
dương ngược lại với dấu mômen của động cơ.
• Phương trình cân bằng công suất của hệ truyền động:
Trường Đại Học Quy Nhơn trang 6
1
3
2
4
ω
cđm
0
M
CĐ
M
cđm

ω
M
Hình 1.3. Dạng đặc tính cơ của một số máy sản xuất
Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành
d c
P P P
= + ∆
Trong đó: + P
đ
: Công suất điện.
+ P
c
: Công suất cơ.
+ ∆P : Tổn thất công suất.
• Tuỳ vào biến đổi động năng trong hệ mà ta có trạng thái làm việc của
động cơ: Có hai trạng thái.
+ Trạng thái động cơ: gồm chế độ có tải và không tải.
+ Trạng thái hãm: Gồm:
- Hãm tái sinh: P
đ
< 0, P
c
< 0: Cơ năng biến thành điện năng trả về
lưới.
- Hãm ngược: P
đ
> 0, P
c
< 0: Điện năng và cơ năng chuyển thành tổn
thất ∆P.

- Hãm động năng: P
đ
= 0, P
c
< 0: Cơ năng biến thành tổn thất công
suất ∆P.
• Để dể hiểu và thuận tiện, hai trạng thái hãm và động cơ được biểu diển
như hình sau.
Trường Đại Học Quy Nhơn trang 7
Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành
I.1.5 .
Phương trình động học của truyền động điện:
• Phương trình cân bằng năng lượng của hệ truyền động điện.
c
W W W
= + ∆
Trong đó: + W: Năng lượng đưa vào động cơ.
+ W
c
: năng lượng tiêu thụ của máy truyền động.
+ ∆W: Mức chênh năng lượng giữa năng lượng đưa vào và
năng lượng tiêu thụ là động năng của hệ
2
1
2
W j
ω
∆ =
• Đạo hàm phương trình (1) và chia hai vế cho ω ta có:
2

1 1 1 1
( )
2
c
dW
dW d
J
dt dt dt
ω
ω ω ω
= +
Trường Đại Học Quy Nhơn trang 8
(I) – Trạng thái động cơ(II) – Trạng thái hãm
(III) – Trạng thái động cơ
(IV) – Trạng thái hãm
P
c
= M
đ
.ω < 0
P
c
= M
đ
.ω > 0
P
c
= M
đ
.ω < 0

P
c
= M
đ
.ω > 0
Hình1.4.Trạng thái làm việc của truyền động điện trên các
góc phần tư đặc tính cơ.
(1)
(2)
(3)
Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành
Trong đó:
M
dt
dW
=
ω
1
1
c
dW
M
dt
ω
=
2
1 1
( )
2
d

d
J M
dt
ω
ω
=
• Phương trình động học tổng quát:
1
2
c
d dJ
M J M
dy dt
ω
ω
= + +
Thông thường dJ/dt = 0 nên (4)trở thành:
c
d
M J M
dt
ω
= +
• Từ (5) ta thấy:
M > M
c
thì dω/dt > 0 : Hệ tăng tốc.
M < M
c
thì dω/dt < 0 : Hệ giảm tốc.

M = M
c
thì dω/dt = 0 : Hệ làm việc ổn định.
I.1.6.Điều kiện ổn định tĩnh của truyền động điện:
• Như đã biết khi M= M
c
thì hệ truyền động làm việc ổn định tĩnh. Điểm
làm việc ổn định là giao điểm của hai đặc tính cơ của động cơ và của máy
sản xuất.
• Tuy nhiên không phải với bất kỳ động cơ nào cũng có thể làm việc với các
loại loại tải mà nó phải có giao điểm giao nhau đó thoả mản điều kiện ổn
định.
• Để xác định điểm làm việc ta dựa vào phương trình (5) tại giao điểm.
[( ) ( ) ]( )
c
x x x
M
d M
J
dt
ω ω
ω ω
∂
∂
= − −
∂ ∂
Điều kiện ổn định là:
( ) ( ) 0
c
x x

M
M
ω ω
∂
∂
− 〈
∂ ∂
Hay: β
đc
- β
c
< 0
I.2.Đặc tính cơ điện của động cơ không đồng bộ:
I.2.1.Tổng quát:
Trường Đại Học Quy Nhơn trang 9
(4)
(5)
Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành
• Như đã biết, quan hệ giữa tốc độ và mômen của động cơ gọi là đặc tính cơ
của động cơ: ω = f(M) hoặc n = f(M).
• Quan hệ giữa tốc độ và mômen của máy sản xuất gọi là đặc tính cơ của
máy sản xuất: ω
c
= f(M
c
) hoặc n
c
= f(M
c
).

• Các biểu thức trên có thể biểu diển ở dạng hàm thuận hoặc hàm ngược ví
dụ như: ω = f(M) hay M = f(ω).
• Trong kỹ thuật điện để đơn giản trong tính toán hoặc dể dàng so sánh,
đánh giá các chế độ làm việc của truyền động điện người ta dùng hệ đơn
vị tương đối.
• Muốn tính đại lượng tương đối ta lấy đại lượng đó chia cho trị số cơ bản
của đại lượng đó. Đại lượng cơ bản thường được chọn là: U
đm
, I
đm
, ω
đm
,
M
đm
, φ
đm
, R
cb
. Đại lượng tương đối ký hiệu có dấu ∗. Vậy:
dm
U
U
U
∗
=
dm
M
M
M

∗
=
cb
R
R
R
∗
=
dm
I
I
I
∗
=
dm
φ
φ
φ
∗
=
dm
ω
ω
ω
∗
=
• Tốc độ cơ bản của động cơ không đồng bộ là tốc độ đồng bộ (ω
o
).
• Trị số điện trở cơ bản: R

cb
+ Động cơ không đồng bộ: Thông thường điện kháng định mức ở mỗi pha
của rôto rất nhỏ so với tổng trở định mức nên có thể coi gần đúng là: R
2cb
= Z
2cb
.
Khi mạch rôto đấu sao tacó:

2
2
2
3
nm
cb
dm
E
R
I
=
Trong đó:+ E
2nm
: sức điện động ngắn mạch
+ I
2dm
: dòng điện định mức ở mỗi pha
Khi mạch rôto đấu tam giác thì:
2 2
1
2

cb cbY
R R
∆
=
I.2.2.Phương trình đặc tính cơ:
Trường Đại Học Quy Nhơn trang 10
Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành
• Để thành lập phương trình đặc tính cơ ta sử dụng sơ đồ thay thế một pha
như hình vẽ và đưa ra một số giả thuyết sau:
Giả thiết: + 3 pha của động cơ là đối xứng.
+ 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 dẩn 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 lưới hoàn toàn sin và đối xứng ba pha.
Trên sơ đồ thay thế ta có:
+ U
f1
: Trị số hiệu dụng điện áp pha stato.
+ I
µ
, I
1
, I

2
’
: Các dòng điện từ hoá, dòng stato và dòng rôto đã qui đổi
về stato.
+ X
µ
, X
1
δ
, X
2
δ
’
: Điện kháng mạch từ hoá, điện kháng tản stato và điện
kháng tản rôto qui đổi về stato.
+ R
µ
, R
1
, R
2
’
: Điện trở mạch từ hoá , cuộn dây stato và cuộn dây rôto
đã qui đổi về stato.
+ s: độ trượt của động cơ.
Trường Đại Học Quy Nhơn trang 11
I
1
I
µ

s
R
2
'
X’
2
R
1
X
1
I’
2
R
µ
U
f1
Hình 1.5.Sơ đồ thay thế 1 pha của ĐCKĐB
Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành
1
1
s
ω ω
ω
−
=
+ ω
1
: Tốc độ góc của từ trường quay hay tốc độ đồng bộ.
1
1

2 f
p
π
ω
=
+ f
1
: Tần số của điện áp nguồn đặt vào động cơ.
+ p: số đôi cực từ của động cơ.
+ ω : Tốc độ góc của động cơ.
• Từ sơ đồ thay thế ta tính được dòng điện rôto:
1 1
2 2 '
2 2
2
1
1 1
( )
f
nm
I U
R X R
R X
s
µ µ
 
 
 
= +
 

+
+ +
 
 
Trong đó: X
nm
= X
1
δ
+ X
2
δ
+ Biểu thức (6) là phương trình đặc tính dòng điện stato và được biểu diển
như hình 1.6.
+ Ta thấy: + Khi ω = 0, s = 1 thì I
1
= I
nm
+ Khi ω = ω
1
, s = 0 thì ta có:
1 1
2 2
1
f
I U I
R X
µ
µ µ
= =

+
Trường Đại Học Quy Nhơn trang 12
ω
s
ω
1
I
1
I
0
0
F
ĐC
R
f
=0
R
f
=0
I
1nm
Hình 1.6.Đặc tính dòng điện stato của
ĐCKĐB
(6)
Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành
Với: + I
1nm
: Dòng điện ngắn mạch stato
+ I
µ

: Dòng điện từ hoá có tác dụng
tạo ra từ trường quay khi động cơ
quay với tốc độ đồng bộ.
• Dòng điện rôto qui đổi về stato:
1
'
2
'
2 2
2
1
(7)
( )
f
nm
U
I
R
R X
s
=
+ +
+ Khi ω = ω
1
, s = 0 thì I
2
’
= 0
+ Khi ω = 0, s = 1 thì:
1

'
2 2
' 2 2
1 2
( )
f
nm
nm
U
I I
R R X
= =
+ +
Đặc tính dòng điện được biểu diển như trên hình 1.7
• Công suất điện từ chuyển từ stato sang rôto:
12 1
.
dt
P M
ω
=
Trong đó: M
đt
: mô men điện từ của động cơ, nếu bỏ qua tổn thất thì
M
đt
= M
cơ
= M
Công suất này chia làm hai phần:

+ P
cơ
: Công suất cơ trên trục động cơ.
+ ∆P
2
: Công suất tổn hao đồng trong rôto.
Trường Đại Học Quy Nhơn trang 13
I’
2
ω
s
0
ω
1
1
I’
2nm
R
f
=0
Hình 1.7.Đặc tính dòng điện rôto của ĐCKĐB
R
f
= 0
Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành
Vậy: P
12
= P
cơ
+ ∆P

2
Hay: Mω
1
= Mω + ∆P
2
→ ∆P
2
= M(ω
1
- ω) = Mω
1
s
Mặt khác: ∆P
2
= 3I
2
’2
R
2
’
nên:
'2 '
2 2
1
3I R
M
ω
=
Thay (7) vào (8) ta được:
'2 '

1 2
'
2 2
2
1 1
3
( )
f
nm
U R
M
R
R X s
s
ω
=
 
+ +
 
 
(9) là phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ. Đồ thị biểu
diển đặc tính cơ như trên hình 1.8.
Từ (9): dM/ds = 0 ta sẽ được trị số của M và s tại điểm cực trị, ký hiệu
M
th
, s
th
mà cụ thể là:
Trường Đại Học Quy Nhơn trang 14
M

thF
s
thF
M
thĐ
0
s
thĐ
ω
1
ω = 0
s=1
Hình 1.8.Đồ thị đặc tính cơ của ĐCKĐB
(8)
(9)
Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành
'
2
2 2
1 1 1
2 ( )
th
nm
R
s
R R X
ω
= ±
± +
Thay (10) vào (9) ta được:

2
1
2 2 2
1 1 1
3
2 ( )
f
th
nm
U
M
R R X
ω
= ±
± +
Dấu (+) ứng với trạng thái động cơ.
Dấu (-) ứng với trạng thái máy phát.
• Phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ có thể biểu diển
thuận tiện hơn bằng cách lập tỉ số giữa (9) và (11) ta được:
2 (1 )
th th
th
th
th
M as
M
s
s
as
s s

+
=
+ +
Trong đó: a = R
1
/R
2
’
+ Đối với động cơ công suất lớn thường R
1
rất nhỏ so với X
nm
nên có thể
bỏ qua R
1
. Nghĩa là coi R
1
= 0 và as
th
= 0.
+ Lúc này (12) trở thành:
2
th
th
th
M
M
s
s
s s

=
+
Trong đó:
'
2
th
nm
R
s
X
= ±
2
1
1
3
2
f
th
nm
U
M
X
ω
= ±
+ Trường hợp:− s<< s
th
thì s/s
th
≈ 0 lúc này:
2

th
th
M
M s
s
=
.
M M s
s
β
ω ω
∆ ∆ ∆
= =
∆ ∆ ∆
Trường Đại Học Quy Nhơn trang 15
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
(15)
Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành
Với:
2
th
th
M
M
s s
∆

=
∆
1
1s
ω ω
∆
=−
∆
1
2
th
th
M
s
β
ω
=−
→ Trong trường hợp này đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ có giá trị
âm và gần như không đổi.
− s>>s
th
thì bỏ qua s
th
/s lúc này:
2
th th
M s
M
s
=

2
1
2
th th
M s
s
β
ω
=
→ Trong đoạn này độ cứng β dương và giá trị của nó biến đổi. Động cơ
không đồng bộ không làm việc trên đặc tính này.
I.3.Ảnh hưởng của các thông số đến đặc tính cơ:
I.3.1.Từ phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ
'2 '
1 2
'
2 2
2
1 1
3
( )
f
nm
U R
M
R
R X s
s
ω
=

 
+ +
 
 
Ta thấy các thông số ảnh hưởng đến đặc tính cơ.
• Ảnh hưởng điện trở , điện kháng mạch stato: bằng việc nối thêm điện trở
phụ R
1f
và X
1f
vào mạch stato.
• Ảnh hưởng điện trở mạch rôto: đối với động cơ rô to dây quấn nối thêm
điện trở phụ R
2f
vào mạch stato.
• Ảnh hưởng của suy giảm điện áp lưới cấp cho động cơ.
• Ảnh hưởng của thay đổi tần số lưới cấp cho động cơ.
I.3.2.Ảnh hưởng của suy giảm điện áp lưới cấp cho động cơ:
• Khi U
1
giảm thì:
+ M
th
giảm bình phương lần độ suy giảm của điện áp.
Trường Đại Học Quy Nhơn trang 16
Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành
+ ω
1
= const và s
th

= const.
+Ta có đặc tính cơ như hình 1.9
I.3.3.Ảnh hưởng của điện trở, điện kháng phụ mạch stato:
Khi nối thêm điện trở hay điện kháng vào mạch stato thì:
+ ω
1
= const.
+ s
th
giảm.
+ M
th
giảm.
Đặc tính cơ có dạng như hình 1.10.
Trường Đại Học Quy Nhơn trang 17
M(N.m)
s
ω
ω
1
M
nm
U
đm
TN
M
c2
M
nm2
M

nm3
M
c1
U
2
U
3
U
1
Hình 1.9.Đặc tính cơ của ĐCKĐB khi giảm điện áp
Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành
I.3.4.Ảnh hưởng của số đôi cực p:
• Để thay đổi số đôi cực ở stato ta thường thay đổi cách đấu dây.Vì
1
1
2 f
p
π
ω
=
và ω = ω
1
.(1- s)
• Nên thay đổi p dẩn đến thay đổi tốc độ động cơ còn s
th
không phụ thuộc
vào p nên không thay đổi, nghĩa là đặc tính cơ vẩn giữ nguyên. Nhưng khi
thay đổi số đôi cực sẽ phải thay đổi cách đấu dây ở stato động cơ nên một
số thông số như: U
f

, R
1
, X
1
có thể thay đổi và do đó tuỳ từng trường hợp
sẽ ảnh hưởng khác nhau đến mômen tới hạn.
I.3.5.Ảnh hưởng của điện trở mạch rôto:
• Đối với động cơ rôto dây quấn thường mắc thêm điện trở phụ vào mạch rô
to để hạn chế dòng khởi động hoặc để điều chỉnh tốc độ. Khi đưa R
2f
vào
thì:
+ ω
1
= const.
+ M
th
= const.

' '
2 2 f
th
nm
R R
s
X
+
=
• Khi R
2f

càng lớn → s
th
càng lớn → β càng nhỏ → đặc tính cơ càng mềm.
Trường Đại Học Quy Nhơn trang 18
R
f
X
f
0 1
s
ω
TN
s
0ω
1
X
1f
R
1f
a)
b)
c)
Hình1.10.Đồ thị đặc tính cơ với R
f
và X
f
trong mạch stato
+
Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành
• Lúc này:

1
'
2
' 2 2
1 2
( )
f
nm
nm
U
I
R R X
=
+ +
Như vậy: R
2f
↑ thì I
2nm
’
↓. Sơ đồ mắc mạch, đặc tính cơ được biểu diển như
hình 1.11.
I.3.6.Ảnh hưởng của thay đổi tần số lưới điện:
• Xuất phát từ biểu thức ω
1
= 2πf/p ta thấy khi thay đổi tần số sẽ làm thay
đổi từ trường quay và tốc độ động cơ thay đổi.
• Khi f
1
> f

1đm
từ (15) ta có:
2 2
2
1
3
8
th
nm
p U
M
L f
π
=
Ta thấy M
th
∼ 1/f
1
2
.
• Khi f
1
< f
1đm
: Nếu giữ nguyên điện áp U
1
thì dòng điện động cơ sẽ tăng rất
lớn (vì tổng trở động cơ giảm theo tần số). Do vậy khi giảm tần số cần
phải giảm điện áp theo qui luật nhất định sao cho động cơ sinh ra được
mômen như trong chế độ định mức.

Trường Đại Học Quy Nhơn trang 19
R
f
M
th
3
2
1
TN
ω
o
ω
M
Hình 1.11. Ảnh hưởng của điện trở rô to đến đặc tính cơ
(16)
Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành
I.4.Khởi động và cách xác định điện trở khởi động:
• Vấn đề khởi động là một trong những yêu cầu quan trọng của truyền động,
với giá trị dòng điện khởi động lớn sẽ không cho phép về mặt chuyển
mạch và phát nóng của động cơ cũng như sụt áp trên lưới điện.
• Đối với động cơ rôto dây quấn để hạn chế dòng khởi động cũng như tăng
mômen khởi động ta đưa điện trở phụ vào mạch rôto trong quá trình khởi
động sau đó loại dần điện trở phụ theo từng cấp. Sau đây là nguyên lý và
đặc tính khởi động:
• Quá trình tính toán khởi động như sau:
+ Dựa vào các thông số của động cơ vẽ đặc tính cơ tự nhiên.
+ Chọn các trị số của mômen:
1
0.85
th

M M
≤
2
(1.1 1.3)
dm
M M
≥ ÷
+ Từ M
1
và M
2
dóng song song với trục tung cắt đặc tính tự nhiên tại a và
b, đường này cắt đường song song với trục hoành tại N. Lấy N làm điểm
xuất phát của các đặc tính khởi động.
Trường Đại Học Quy Nhơn trang 20
r
f1
r
f3
r
f2
M
2
ω
ω
o
M
M
1
N

0
s
b
K
a
e
d
c
g
f
h
1k
2k
3k
Hình 1.12.Khởi động ĐCKĐB rôto dây quấn bằng cách đưa điện trở
phụ vào mạch rôto khi khởi động
Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành
• Xác định điện trở khởi động:
+ Ta đã biết:
2 2
2
f
NT
TN
R R
s
s R
+
=
→

2 2
.
NT TN
f
TN
s s
R R
s
−
=
+ Từ đồ thị ta có:
21 2 2
.
f
Kd Kb bd
R R R
Kb Kb
−
= =
22 2 2
.
f
Kf Kd df
R R R
Kb Kb
−
= =
23 2 2
.
f

Kh Kf fh
R R R
Kb Kb
−
= =
I.5. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ.
Cho đến nay, người ta đã nghiên cứu rất nhiều về vấn đề điều chỉnh tốc độ
động cơ không đồng bộ, nhưng nhìn chung thì mỗi phương pháp đều có ưu
khuyết điểm riêng của nó và chưa giải quyết được toàn bộ các vấn đề như: Phạm
vi điều chỉnh, năng lượng tiêu thụ, độ bằng phẳng khi điều chỉnh, thiết bị sử
dụng,…. Mặc dù vậy, nhưng ứng với từng yêu cầu cụ thể thì ta có thể đưa ra các
phương pháp điều chỉnh phù hợp, đáp ứng nhu cầu.
Từ phương trình [
0
2.π.
(1 ) (1 )
p
f
ω S S
ω
= − = −
], ta thấy tốc độ của động cơ
điện không đồng bộ phụ thuộc vào tần số, số đôi cực và hệ số trượt của động cơ.
Như vậy, để diều chỉnh tốc độ của động cơ này ta có thể điều chỉnh các
thông số (f, s và p) cũng có thể đáp ứng được một số yêu cầu nhất định.
Trong công nghiệp thường sử dụng một số hệ truyền động điều chỉnh tốc độ
động cơ không đồng bộ như sau:
+ Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số của nguồn xoay chiều
+ Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực của đông cơ
+ Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào mạch stato

Trường Đại Học Quy Nhơn trang 21
Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành
+ Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch rôto
+ Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi công suất trượt P
s
(sơ đồ tầng)
I.5.1 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi tần số :
Để thực hiện được phương pháp này, ta dùng bộ biến tần để cung cấp cho
động cơ. Sơ đồ nguyên lý như hình vẽ (1-3).
1. Sơ đồ nguyên lý:

Hình1.13. Sơ đồ điều chỉnh tần số bằng bộ biến tần.
Xuất phát từ biểu thức
p
2.π.
0
f
ω =
, ta thấy rằng:
Tần số f
1
của lưới thay đổi sẽ làm cho tốc độ ω
0
và ω cũng thay đổi theo,
hay tần số f
1
của nguồn cấp cho động cơ không đồng bộ quyết định giá trị từ
trường quay là tốc độ không tải lý tưởng:
p
60.

n
0
f
=
hay
p
2.π.
0
f
ω
=
Do vậy, bằng cách thay đổi tần số nguồn cấp cho phần cảm, ta có thể điều
chỉnh tốc độ của động cơ. Để làm được điều này người ta dùng bộ biến tần để
cung cấp cho động cơ .
Khi thay đổi tần số thì trở kháng động cơ thay đổi, do đó kéo theo từ
thông, dòng điện … cũng thay đổi. Cụ thể khi giảm tần số thì nguồn cảm kháng
(X
1
= 2πf
1
) giảm làm cho dòng điện tăng lên. Muốn động cơ không bị quá dòng
ta cần phải giảm điện áp theo sự giảm tần số.
Người ta chứng minh được rằng, khi thay đổi tần số cần phải thay điện áp
cấp cho phần cảm theo quy luật nhất định, tức là không bị quá dòng, hay điện áp
Trường Đại Học Quy Nhơn trang 22
const
var
U
b;
f

b
U
i
;f
i
Bộ biến
tần
Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành
thay đổi sao cho hệ số quá tải λ
M
=
th
c
M
M
giữ nguyên không đổi thì động cơ sẽ
làm việc ở chế độ tối ưu như làm việc với các thông số định mức .
Như vậy : Đặc tính của động cơ không đồng bộ khi điều chỉnh tần số
không những phu thuộc vào giá trị tần số mà còn phụ thuộc vào quy luật biến đổi
điện áp, nghĩa là phụ thuộc vào đặc tính phụ tải
Ta có đặc tính cơ như sau
• Nhận xét
Phương pháp điều chỉnh này phù với bất kỳ loại tải nào, ứng với mọi tải
nhất định sẽ có quy luật thay đổi U/f =constant thì phù hợp với loại tải đó. Ngoài
ra, phương pháp này còn phù hợp cho điều chỉnh động cơ rôto lồng sóc, điều
chỉnh bằng phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc độ một cách liên tục trong
phạm vi rộng.
Nhược điểm của của phương pháp này là giá thành cao
I.5.2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi
số đôi cực (p)

• . Sơ đồ nguyên lý:
Trường Đại Học Quy Nhơn trang 23
ω
1
ω
2
ω
13
ω
14
ω

15
ω
16
ω
0
ω(rad/s)
f
1
f
2
f
3
f
o
=f
đm
f
14

f
15
f
16
f>f
đm
M
c
M
max
M(N.m)
hình1.14 (f
1
>f
2
>f
3
>…>f
16
)
Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành
Thường trong điều kiện làm viêc bình thường thì động cơ điện có hệ số
trượt rất nhỏ, do đó tốc độ động cơ điện gần bằng tốc độ đồng bộ (n
1
).
1
60f
n =
p
Từ đó ta thấy n

1
tỷ lệ nghịch với p, khi tần số không đổi nếu ta thay đổi
số đôi cực của động cơ thì ta sẽ thay đổi được tốc độ của động cơ đó.
Dây quấn stato có thể nối thành bao nhiêu đôi cực thì tốc độ động cơ có
bao nhiêu cấp tương ứng.
Ta có thể dùng phương pháp này tạo ra nhiều cấp thay đổi số đôi cực của
dây quấn, nhưng thường dùng nhiều cho động cơ hai cấp tốc độ, có hai cách đấu
như sau:
Sơ đồ:

hình 1.16. Đấu nối dây quấn stato của động cơ từ Y
→
YY
Trường Đại Học Quy Nhơn trang 24
r
1
x
1
*
r
1
x
1
*
∼
∼
r
1
x
1

*
r
1
x
1
*
∼
∼
Hình 1.15. Đổi nối dây quân Stato động cơ từ (
∆→
YY).
r
1
x
1
*
r
1
x
1
*
∼∼
r
1
x
1
*
∼∼
x
1

*
r
1
Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành
Để thay đổi số đôi cực p, người ta thay đổi cách đấu dây ở stato của động
cơ. Những máy đặc biệt này người ta gọi là máy đa tốc độ, số đôi cực của động
cơ thay đổi bằng hai cách khác nhau:
- Cách thứ nhất: Dùng hai tổ đấu dây riêng biệt, mỗi tổ có hai số đôi cực
riêng, những động cơ cấu tạo theo cách này to và nặng. Ưu điểm của cách này
tạo ra được hai cấp tốc độ khác nhau, không phụ thuộc nhau. Tuy nhiên khi tổ
dây này làm việc thì tổ kia hoàn toàn bỏ không, nên không tận dụng được vật
liệu của máy điện.
- Cách thứ hai: Dùng một tổ dây quấn stato, nhưng mỗi pha được chia làm
hai đoạn, từ đó sẽ thay đổi được p, tuy nhiên cách này phức tạp hơn và hai tốc
độ tạo ra lệ thuộc nhau. Tuy nhiên những động cơ chế tạo theo cách này nhỏ,
nhẹ hơn nhiều và tận dụng tốt vật liệu cấu trúc máy điện
• Nhận xét :
- Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, giá thành hạ, các dặc tính cơ
đều cứng, khả năng điều chỉnh triệt để. Độ chính xác duy trì tốc độ cao,
tổn thất trượt khi điều chỉnh không đáng kể.
- Nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là có độ tinh kém (nhảy cấp),
dải điều chỉnh không rộng, kích thước của động cơ lớn hơn, nên đông cơ đa tốc
độ được chế tạo với công suất dưới (20÷30)kw như được sử dung trong một số
máy cắt kim loại,bơm ly tâm, quạt gió
I.5.3.Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ rôto dây quấn bằng cách thay
đổi hệ số trượt (s).
Như ta đã biết, mômen của động cơ tỷ lệ thuận với bình phương điện áp
đăt vào stato, phụ thuộc vào công suất trượt của động cơ, phụ thuộc vào điện trở
rôto. Như vậy, khi thay đổi các thông số này thì mômen cực đại của động cơ
cũng thay đổi, kéo theo hệ số trượt (s

max
) thay đổi hay tốc độ ω
max
của nó thay đổi .
Trường Đại Học Quy Nhơn trang 25