GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN II - PHẦN IV MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ - CHƯƠNG 2 docx

54
CHƯƠNG II: CÁC QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN
KHÔNG ĐỒNG BỘ.

Ta có thể coi máy điện không đồng bộ như một máy biến áp mà dây quấn
stator là dây quấn sơ cấp, dây quấn rotor là dây quấn thứ cấp và sự liên hệ giữa
sơ cấp và thứ cấp thông qua từ trường quay. Do đó có thể dùng cách phân tích
kiểu máy biến áp để thiết lập các phương trình cơ bản, mạch điện thay thế, đồ
thò vector,… Ta chỉ xét đến tác dụng của sóng cơ bản mà không xét đến tác dụng
của sóng bậc cao vì tác dụng của chúng là thứ yếu.
§ 2.1. MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ LÀM VIỆC KHI ROTOR
ĐỨNG YÊN.
Mục đích của chúng ta là chứng minh rằng khi rotor đứng yên máy điện
không đồng bộ được xem như máy biến áp chỉ khác về phần cấu tạo. Còn về
phần bản chất vật lý đều như nhau. Để nghiên cứu một cách hợp lý ta bắt đầu
nghiên cứu từ những trạng thái làm việc giới hạn của máy: không tải, ngắn mạch
để phần sau mở rộng khái niệm máy điện không đồng bộ cũng như máy biến áp
ngay cả ở trường hợp với rotor quay.
1. Không tải của máy điện không đồng bộ khi n = 0 (Rotor đứng
yên)

Ta giả thuyết rotor của máy điện không đồng bộ hở mạch (vò trí 1 hình 2.1)
và đứng yên, stator được đặt vào lưới điện có điện áp U
1
, tần số f
1
. Trong trường

H
ình 2.2 Từ thông của stator khi

rotor hở mạch.
H
ình 2.1 Sơ đồ động cơ
đ
iện không
đồng bộ rotor dây quấn có biến trở

55
hợp này máy điện không đồng bộ được xem như máy biến áp lúc không tải.
Dưới tác dụng của điện áp U
1
trong stator có dòng điện không tải I
0
tạo nên sức
từ động F
1
, F
1
tạo nên từ thông

phần lớn từ thông là
Φ
móc vòng với hai dây
quấn của máy, còn phần kia
1σ
Φ
chỉ móc vòng với dây quấn stator. Nếu máy có
p đôi cực thì tốc độ đồng bộ n
1
của

Φ
là n
1
= 60f
1
/p (vòng/phút). Từ thông
Φ

sinh ra ở dây quấn stator và rotor các s.đ.đ E
1
và E
2
xác đònh theo công thức:
Φπ=
Φπ=
2dq212
1dq111
kwf2E
kwf2E
(2-1)
Từ thông tản
1σ
Φ sẽ tạo nên ở dây quấn stator s.đ.đ tản
1
E
σ
.

10
1

.
.xjIE −=
σ

với x
1
là điện kháng tản của dây quấn stator.

111
2. LfLx
π
ω
==


1
σ
L : Hệ số tự cảm của dây quấn Stator.
Ngoài ra dây quấn stator còn có điện trở tác dụng r
1
, kể đến sự có mặt của
nó dưới hình thức điện áp rơi I
0
r
1
. Phương trình cân bằng s.đ.đ của dây quấn
stator của máy điện không đồng bộ tương tự máy biến áp.
1
01
1

ZIEU

+−= (2-2)
Đồ thò vector khi không tải của máy điện không đồng bộ tương ứng về
nguyên tắc với những đồ thò vector khi không tải của máy biến áp. Nhưng trong
quan hệ về lượng giữa đồ thò có một sự khác nhau rõ rệt:
Trong máy điện không đồng bộ: I
0
= (20
÷
50)%I
đm

Trong máy biến áp: I
0
= (3
÷
10)%I
đm
Điện áp rơi trên dây quấn máy điện không đồng bộ khi không tải chiếm
(2
÷
5)%U
đm
còn của máy biến áp thường không quá (0,1
÷
0,4)%U
đm
.
Hệ số biến đổi s.đ.đ của máy điện không đồng bộ:

2dq2
1dq1
2dq21
1dq11
2
1
e
kw
kw
kwf2
kwf2
E
E
k =
Φπ
Φπ
==
.
.
(2-3)
Trong máy điện không đồng bộ cũng như trong máy biến áp các đại lượng
của dây quấn rôtor được quy đổi về dây quấn stator nghóa là thay cuộn rôtor thật
bằng một cuộn khác cũng có số vòng dây, bước dây quấn và số rãnh của một
pha dưới một cực như là cuộn sơ cấp.
Sức điện động của dây quấn rotor được quy đổi về stator:
E’
2
= k
e
E

2
= E
1
(2-4)
Khi rotor hở mạch và đứng yên trong máy chỉ có tổn hao đồng của stator
=Δ
1Cu
p m
1
I
0
2
r
1
, tổn hao sắt ở stator, rotor:
Δ
p
Fe1
+
Δ
p
Fe2
. Công suất P
10
do máy
tiêu thụ từ lưới P
10
= m
1
I

0
2
r
1
+
Δ
p
Fe1
+
Δ
p
Fe2
. Trong máy điện không đồng bộ I
0

và r
1
tương đối lớn nên tổn hao đồng
Δ
p
cu1
chiếm 1 thành phần đáng kể trong P-
10
. Đối với máy biến áp ta bỏ qua
Δ
p
cu1
lúc không tải.

56

2. Ngắn mạch của máy điện không đồng bộ khi n = 0:
Nếu chúng ta dòch chuyển điểm tiếp xúc động của biến trở trong mạch rotor
từ vò trí 1 sang vò trí 2 (h 2-1), thì chúng ta có tình trạng ngắn mạch của máy điện
không đồng bộ. Về bản chất vật lý ngắn mạch như vậy tương tự ngắn mạch của
máy biến áp. Đặt 1 điện áp U
1
= (15
÷
25)%U
đm
vào dây quấn stator. Trong dây
quấn stator có dòng điện I
1
chạy với tần số f
1
, trong rotor có dòng điện I
2
chạy
với tần số f
2
, khi n = 0 thì f
2
= f
1
và I
1
, I
2
sinh ra F
1

, F
2
, ở đây ta chỉ xét đến các
sóng sức từ động cơ bản:
⎪
⎪
⎭
⎪
⎪
⎬
⎫
π
=
π
=
2
2dq2
2
2
1
1dq1
1
1
I
p
kw
2m
F
I
p

kw
2m
F


(2-5)
F
1
, F
2
quay với tốc độ n
1
= 60f
1
/p và tác dụng với nhau sinh ra sức từ động tổng ở
khe hở F
0


02
1
FFF

=+ (2-6)
Giống như cách phân tích máy biến áp, ở đây có thể coi dòng điện stator gồm 2
thành phần:
)'(
.
2
0

.
1
.
III −+=
I
0
→

.
0
1dq1
1
0
I
p
kw
2m
F
π
=

2
I'
.
− →
2
.
11
1
.

2
'
2
' I
p
kw
m
F
dq
π
−
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−

So sánh sức từ động
2
F
.
do dòng điện
.
2
I của rotor và thành phần
.
'

2
I của dòng
điện stator sinh ra, ta có:
22
'FF =

Hay:
2
1dq1
1
2
2dq2
2
I
p
kw
2m
I
p
kw
2m
'

π
=
π

Từ đó tìm ra được tỷ số biến đổi dòng điện:
2dq22
1dq11

2
2
i
kwm
kwm
I
I
k ==
.
.
'
(2-7)
Do đó dòng điện quy đổi của rotor sang stator bằng:
i
2
2
k
I
I
.
.
' =
Dùng các hệ số biến đổi s.đ.đ và dòng điện (2-3), (2-7) chúng ta có thể xác
đònh được điện trở và điện kháng qui đổi r’
2
và x’
2
của rotor.
Khi qui đổi r’
2

chúng ta xuất phát từ tổn hao đồng của dây quấn rotor không phụ
thuộc vào sự qui đổi đó:

2
2
212
2
22
rImrIm ''=
Từ đó ta được:

57
2
2
2dq22
1dq11
1
2
2
2
2
2
1
2
2
r
kwm
kwm
m
m

r
I
I
m
m
r
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
'
'
2
2dq22
1dq11
2dq2

1dq1
r
kwm
kwm
kw
kw
.=
= k
e
k
i
r
2
= kr
2
(2-8)
Trong đó k = k
e
k
i
là hệ số quy đổi của tổng trở.
Khi qui đổi điện kháng x
2
ta xuất phát từ góc
2
ψ
giữa E
2
và I
2

không phụ thuộc
vào sự qui đổi:

2
2
2
2
2
r
x
r
x
tg
'
'
==ψ


⇒
22
2
2
2
xkx
r
r
x .
'
' ==
(2-9)

các phương trình s.đ.đ sơ cấp của máy điện không đồng bộ lúc ngắn mạch viết
hoàn toàn như đối với máy biến áp:

⎪
⎪
⎪
⎪
⎪
⎭
⎪
⎪
⎪
⎪
⎪
⎬
⎫
=−
=+
=
+−=
+−=
m
01
021
12
2
22
1
11
1

ZIE
III
EE
ZIE0
ZIEU





'
'
'''
(2-10)
Ở đây Z
1
= r
1
+ jx
1
; Z’
2
= r’
2
+ jx’
2

Với
1
.

2
.
' EE = và
1
.
2
.
' II −= (vì I
0
nhỏ
≈
0) giải 2 phương trình đầu ta có:

n
1
21
1
1
Z
U
ZZ
U
I

.
'
=
+
≈

Trong đó
nnn
jxrZ += :Tổng trở ngắn mạch.

21n
rrr '+= : Điện trở ngắn mạch.

21n
xxx '+= : Điện kháng ngắn mạch.
Đồ thò vector và mạch điện thay thế:










H
ình 2.4 Mạch điện thay thế của máy
điện không đồng bộ khi ngắn mạch.
H
ình 2.3 Đồ thò véc tơ của máy điện
không đồng bộ khi rotor đứng yên

58
§ 2.2. MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ LÀM VIỆC KHI ROTOR QUAY.
Trong trường này nó được xem như một máy biến áp tổng hợp nghóa là ở

đây không chỉ có biến đổi điện áp dòng điện và số pha mà còn cả tần số và các
dạng năng lượng nữa. Tóm lại viết phương trình s.đ.đ của máy điện không đồng
bộ và giải theo dòng điện, chúng ta có thể có được về nguyên tắc, những giản đồ
đẳng trò như đối với máy biến áp.
1. Các phương trình cơ bản:
Máy điện không đồng bộ làm việc thì dây quấn rotor thường nối ngắn
mạch. Nối dây quấn stator với nguồn 3 pha thì trong dây quấn có dòng điện I
1

chạy, ta có phương trình cân bằng s.đ.đ trên dây quấn stator vẫn như cũ:

)(
.

111
1
1
jxrIEU ++−= (2-11)
Từ thông
Φ
quay với tốc độ:
p
f60
n
1
1
=
a) Tần số sức điện động cảm ứng trong dây quấn rotor:
Khi rotor quay với tốc độ n trong từ trường quay có tốc độ n
1

(và cùng
chiều) thì tốc độ quay tương đối của từ trường quay
Φ
với rotor có tốc độ n
2
= n
1

– n và tần số dòng điện trong rotor là:

1
1
1
12
2
fs
60
pn
n
nn
60
pn
f =
−
==
(2-12)
Thường khi động cơ điện không đồng bộ ở tải đònh mức thì
050020s ,,
đm
÷

=
nên ta suy ra tần số trên rotor thấp và tổn hao ít.
b) Sức điện động của rotor: Theo biểu thức chung thì

22dq212dq22s2
sEkwsf444kwf444E
=
Φ
=Φ= ,,
Qui đổi về stator: E’
2s
= s.E’
2
(2-13)
Nghóa là với từ thông chính đã cho
Φ
thì s.đ.đ cảm ứng trong rotor quay bằng
s.đ.đ E
2
khi rotor đứng yên nhân thêm với hệ số trượt s.
Ví dụ: Khi n = 0 và rotor hở mạch ta có ở các vành trượt U
2
= E
2
= 600V, thì
khi vừa nâng cao dần tốc độ quay của rotor theo chiều từ trường quay n = 0 đến
n = n
1
thì ta có sự biến thiên bậc nhất của E
2s

từ E
2s
= 600 V đến 0 với n > n
1

thì E
2s
bắt đầu tăng và có trò số âm nghóa là biến đổi góc pha của nó so với lúc
ban đầu 180
0
.
c) Điện trở của dây quấn rotor:
Giả sử rotor khép kín mạch qua một điện trở phụ nào đó, muốn vậy chúng
ta dòch điểm tiếp xúc của biến trở về vò trí 3. Vậy điện trở của rotor là:
R
2
= r
2
+ r
f

Với r
2
: điện trở tác dụng của rotor; r
f
: điện trở phụ.
Qui đổi R’
2
= r’
2

+ r’
f
.
d) Điện kháng của rotor:
Điện kháng tản của phần quay khi đứng yên:
212
Lf2x
σ
π
=


59
Trong đó
2
L
σ
là hệ số tự cảm xác đònh bởi từ thông tản
2σ
φ bởi vì từ thông
tản đi qua không khí là chính nên
2
L
σ
= const
.


sxxhay
sxLsfLfx

s
.'':
2.2.2
22
22122
=
=
=
=
σσ
π
π

2. Phương trình sức điện động và dòng điện của rotor:
Nếu mạch của rotor kín thì trong đó sẽ có I
2
chạy và I
2
sẽ tạo nên
2σ
φ và đi
qua r
2
, tương ứng với điều đó sẽ có s.đ.đ E
2s
= E
2
.s tạo nên bởi Φ và s.đ.đ tản:
sxIjE
2

2
2


−=
σ
tạo bởi
2
σ
φ

Theo đònh luật Kirchhop 2:



2
2
2
2s22s2
rIsxIjEEE =−=+
σ

hay
) (.

sxjrIZIE
22
2
s2
2s2

+==
Với Z
2s
= r
2
+ jx
2
s: tổng trở phức của rotor.
Do đó:
sxjr
sE
Z
E
I
22
2
s2
s2
2

.

.
+
==
(2-15)
Hay:
22
2
2

2
2
2
sxr
sE
I
.
.
.
.
+
=

Với dạng rotor qui đổi về stator: E’
2s
= I’
2
.z’
2s

Với z’
2s
= r’
2
+j.x’
2
.s: Tổng trở qui đổi của rotor về stator.

sxjr
sE

Z
E
I
22
2
s2
s2
2
.'.'
.'
'
'
'

.
+
==
hay
22
2
2
2
2
2
sxr
sE
I
.''
.'
'

.
.
+
=

Để thiết lập phương trình mới có ý nghóa, ta có thể biến đổi (2-15) như sau:

2
2
2
22
2
2
xj
s
r
E
sxjr
sE
I
.

.

.
+
=
+
=
(2-16)

Biểu thức của
2
.
I
có một ý nghóa vật lý mới: ở mạch thứ cấp bây giờ thay cho
s.đ.đ khi rotor quay E
2s
với f
2
= s.f
1
sẽ là s.đ.đ E
2
khi rotor đứng yên với tần số f
1
.
Điện kháng khi rotor quay x
2
.s ở mạch thứ cấp sẽ là điện kháng khi rotor đứng
yên x
2
. Muốn trong mạch thứ cấp vẫn chỉ có dòng điện I
2
có cùng trò số và pha
đối với I
2
chỉ cần thiết thay r
2
thực bằng 1 điện trở mới bằng:
s

s1
rr
s
r
22
2
−
+=
: đặc
trưng cho công suất cơ trên trục. Trong đó
s
s
r
−
=
1
2

Như vậy, nếu rotor quay muốn trong đó vẫn là dòng điện ấy, cần đưa vào
mạch thứ cấp 1 điện trở giả tưởng:
s
s1
r
2
−


60
3. Tốc độ quay của sức từ động (s.t.đ) rotor:
Trong dây quấn rotor, I

2
tạo nên F
2
quay với tốc độ n
2
tương ứng với tần số f
2
.
Ngoài ra, bản thân rotor quay với tốc độ n. Do đó, F
2
quay tương đối so với
stator tốc độ n
2
+ n.
Nhưng:
sn
p
sf60
p
f60
n
1
12
2
.
.
===
⇒
nn
n

nn
nn
1
1
1
12
−=
−
=

Như vậy: n
2
+ n = n
1
– n + n = n
1

Nghóa là s.t.đ của rotor quay trong không gian luôn luôn quay với tốc độ và
chiều như s.t.đ của stator (không phụ thuộc vào tình trạng làm việc).
Bởi vì F
1
và F
2
quay cùng tốc độ và chiều trong không gian nên có thể xem
rằng nó chuyển động tương đối với nhau và tạo thành sóng s.t.đ tổng F
0
. Như
vậy, hình sin s.t.đ F
2
cần phải lệch về không gian tương đối với F

1
1 góc F
0
đủ để
tạo nên
Φ , theo điều kiện cân bằng s.t.đ:

1
F
.
+
2
F'
.
=
0
F
.

021
III

' =+⇒ (2-17)
Tóm lại, hệ phương trình cơ bản lúc rotor quay là:
⎪
⎪
⎪
⎪
⎪
⎭

⎪
⎪
⎪
⎪
⎪
⎬
⎫
=−
=+
=
++−=
++−=
m
01
021
12
2
2
22
11
11
1
ZIjE
III
EE
xj
s
r
IE0
xjrIEU

'
'
)'.
'
(''
).(
(2-18)
4. Mạch điện thay thế của máy điện không đồng bộ: Tương tự như
của máy biến áp.
Dựa vào hệ phương trình (2-18), ta có thể thiết lập được mạch điện thay thế
hình T cho máy điện không đồng bộ với
s
s1
r
2
−
' đặc trưng cho sự thể hiện công
suất cơ P
cơ
trên trục (P
cơ
=
⎟
⎠
⎞

⎜
⎝
⎛
−
s
s1
rIm
2
2
21
'' ).
H
ình 2.5 Mạch điện thay thế hình T của máy điện không đồng bộ.

61
Khác với máy biến áp chỉ có sự biến đổi điện năng ở điện áp này qua điện
năng ở điện áp khác, động cơ không đồng bộ là một máy điện biến đổi điện
năng ra cơ năng. Khi giảm phụ tải điện áp ở các cực thường không thay đổi, còn
khi phụ tải biến đổi thì từ thông hỗ cảm và s.đ.đ tương ứng với nó
E
1
= E’
2
ở các đầu cực của mạch từ hoá hình T cũng biến đổi dưới ảnh hưởng
của điện áp rơi I
1
z
1
ở mạch sơ cấp. Với những lý do trên, ta thấy rằng mạch điện
thay thế hình T đôi khi không tiện lợi cho việc nghiên cứu các quá trình công tác

của máy điện không đồng bộ.
Tiện lợi hơn là giản đồ thay thế hình
Γ
trong đó mạch từ hoá được đưa ra
các đầu cực stator và với mọi sự biến thiên của phụ tải, nghóa là khi hệ số trượt s
thay đổi thì dòng điện vẫn không đổi và bằng dòng điện không tải lý tưởng I
00

khi s = 0 (hình 2-6).
Cách biến đổi: ta coi dòng điện mạch chính -I’’
2
của giản đồ biến đổi hình
Γ như là hiệu số hình học của dòng điện mạch chính
1
I
.
và dòng điện không tải
lý tưởng i
00
lúc s = 0 của giản đồ thay thế hình T.
Từ hình 2-2 ta có:
1
.
2121
2
2
2
1
1
.

1
.
''.
'
'
'
U
zzzzzz
zz
zz
zz
z
U
I
msms
ms
ms
ms
++
+
=
+
+
=

Và dòng điện trong mạch từ hoá khi s = 0:
m
1
m1
1

m
1
m
1
m1
1
00
z
U
z
U
z
z
1z
U
zz
U
I
'.
)(

.
=
σ
=
+
=
+
=

Với
m
1
1
z
z
1+=σ
và
m1m1m
zzzz
+
=
σ='
1
σ
: hệ số hiệu chỉnh (hệ số sửa chữa biến đổi)
Dòng điện mạch chính của giản đồ biến đổi:
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
−
++
+
=−=−

m1ms2m1s21
ms2
1
0012
zz
1
zzzzzz
zz
UIII
''.
'
''



H
ình 2.6 Giản đồ thay thế chính xác hình Γ

62
()( )
2
1
2
1
1
1
.
21211
2
1

.
1'1
''.
.
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
++
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
=
+++
=
m
s
m
msmsm
m

z
z
z
z
z
z
U
zzzzzzzz
zU

)'
'
()('
2
2
.
2
111
1
.
1
.
2
.
2
11
1
.
1
.

jx
s
r
jxr
U
zz
U
s
+++
=
+
=
σσσσ

Các quan hệ vừa nhận được tương ứng với giản đồ thay thế hình
Γ (dựa vào
biểu thức của
00
I và
2
I ''− ta vẽ được giản đồ thay thế)
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
++

+
−=
−
=−
ms2m1s21
1ms2
s2
1
s2
11
1
2
zzzzzz
zzz
1
z
U
z
ziU
I
''.
)'(
''
''
.
.

s
m
s

zz
U
z
z
zz
U
21
1
.
1
21
1
.
'
)1('
Γ+
=
++
=

Do đó, tỷ số của dòng điện mạch chính của hình T và
Γ
là:
,
''
'
1
m
1
2

2
z
z
1
I
I
σ=+=
coi r
m
<< x
m
,
m
1
m
1
m
1
1
r
r
j
x
x
1
z
z
1 −+=+=σ )(

Vì

m
1
r
r
rất bé nên có thể bỏ qua phần ảo của
1
σ


Φ
Φ
+=+=⇒
1
1
1
11
σ
σ
m
x
x
trong thực tế : 081041
1
,,
÷
=
σ

§ 2.3. GIẢN ĐỒ NĂNG LƯNG VÀ ĐỒ THỊ VECTOR CỦA
MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

1. Máy làm việc ở chế độ động cơ điện (0 < s <1):
a) Giản đồ năng lượng:
Động cơ điện lấy điện năng từ lưới điện vào với
11111
IUmP
ϕ
= cos . Một
phần nhỏ của công suất đó biến thành tổn hao đồng của dây quấn stator
2
111Cu
Imp =Δ và tổn hao trong lõi sắt stator
m
2
01Fe
rImp =Δ , còn lại phần lớn công
suất đưa vào chuyển thành công suất điện từ P
đt
truyền qua rotor. Như vậy:
s
r
ImppPP
2
2
1Fe1Cu1t
'
'
.
đ
=Δ−Δ−= : công suất điện từ.
Vì trong rotor có dòng điện nên có tổn hao đồng trong rotor

2
2
12Cu
rImp ''
.
=Δ , do
đó công suất cơ ở trục động cơ điện là:
2
2
12Cu
r
s
s1
ImpPP ')('
.
đtcơ
−
=Δ−=


63
vậy P
cơ
=
s
s1p
2Cu
)( −Δ

P

cơ
= (1-s)P
đt


2Cu
pΔ = sP
đt

Công suất đưa ra đầu trục động cơ điện P
2
sẽ nhỏ hơn công suất cơ vì khi
máy quay có tổn hao cơ
cơ
pΔ và tổn hao phụ
f
p
Δ
:

fc2
ppPP
Δ
−
Δ−=
ơcơ

Như vậy tổng tổn hao trong động cơ là:
f2CuFe1Cu
pppppP Δ+Δ+Δ+Δ+Δ=

∑
cơ

11
2
P
P
1
P
P
∑
−==η
Động cơ điện không đồng bộ
cũng lấy công suất phản kháng từ
lưới vào:
11111
IUmQ
ϕ
= sin

Một phần nhỏ công suất phản
kháng này được sử dụng để sinh ra
từ trường tản trong mạch điện
stator q
1
và rotor q
2
:
⎪
⎭

⎪
⎬
⎫
=
=
2
2
212
1
2
111
xImq
xImq
''

Phần còn lại dùng để sinh ra từ
trường khe hở:
m
2
01011m
xImIEmQ ==
Từ đó, ta vẽ được giản đồ năng lượng như hình 2.7:
b) Đồ thò vector:
Giống như máy biến áp, đồ thò vector của máy điện không đồng bộ được
thành lập tương ứng với giản đồ thay thế hình T. Các đồ thò được vẽ cho 1 pha
của m pha với dạng rotor qui đổi về stator
Φ
tạo nên
2
1

EE

'= bằng với điện áp trên các cực của mạch từ
hoá của giản đồ hình T. I
0
vượt trước
Φ
một góc
tương ứng với tổn hao sắt stator.
2
I'
.
chậm sau
2
E'
.

một góc
2
ψ
:
0
'
'
2
2
2
>=
s
r

x
tg
ψ
;
2/0
2
π
ψ
<<

2
01
III '

−= ; )(

11
11
1
jxrIEU ++−=
(
)
2
'
22
'''
2
jxIE
s
r

+=
22
2
2
.
2
.
''
'
'' xjI
s
r
IE
+=⇒
1
.
I chậm sau
1
U
.
một góc
2
1
π
<ϕ .

H
ình 2.7 Giản đồ năng lượng của
động cơ điện không đồng bộ.
H

ình 2.8 đồ thò véc tơ của
động cơ điện không đồng bộ

64
2. Máy làm việc ở chế độ máy phát )( 0s
<
<
−
∞ :
a) Giản đồ năng lượng:
Công suất cơ P
1
đưa vào trục, trừ đi tổn hao cơ
cơ
pΔ , tổn hao phụ
f
pΔ . Ta có công suất hiệu dụng
P
cơ
. Công suất cơ P
cơ
trừ đi
2Cu
p
Δ
ta có P
đt
, P
đt
trừ đi

tổn hao sắt
Fe
pΔ và
1Cu
pΔ ta có công suất điện phát
ra P
2
.
P
cơ
= P
1
– (
cơ
pΔ +
f
pΔ )
P
đt
= P
cơ
-
2Cu
pΔ
P
2
= P
đt
– (
1Cu

pΔ +
Fe
pΔ )
Hiệu suất của máy phát điện:


b) Đồ thò vector
:
Khi s < 0 thì
2
2
1
r
s
s1
ImP ')('
.
cơ
−
=
< 0, nghóa là
máy lấy công suất cơ từ ngoài vào, ta có:
0
r
sx
sr
x
tg
2
2

2
2
2
<==ψ
'
'
'
'

nên góc pha
2
ψ
giữa s.đ.đ
2
E
.
và dòng điện
2
I
.

nằm trong khoảng 90
0
<
2
ψ < 180
0
.
Từ đồ thò
vector ta thấy

0
1
90>ϕ , do đó công suất điện
0cos
11111
<=
ϕ
IUmP nên máy phát công suất
tác dụng vào lưới.
3. Máy làm việc ở chế độ hãm điện
từ (
+∞<< s1
):
Khi s > 1 thì công suất cơ
2
2
1
r
s
s1
ImP ')('
.
cơ
−
= < 0, nên máy lấy công suất cơ
từ ngoài vào. Công suất điện từ
s
rIm
P
2

2
2
1
'
.
đt
= > 0 nên máy nhận công suất điện
từ. Tất cả công suất cơ và điện lấy ở ngoài vào đều biến thành tổn hao đồng trên
mạch rotor:

22
2
21
2
21
2
21
''
1
'')(
Cu
prIm
s
s
ImImPP
Δ==
⎥
⎦
⎤
⎢

⎣
⎡
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
−+=−+
cơđt
.
H
ình 2.9 Giản đồ năng lượng của
máy phát điện không đồng bộ.
H
ình 2.10 Đồ thò vec tơ của máy
phát điện không đồng bộ.
1
2
P
P
=
η

65
Thí dụ 1:
Một động cơ điện không đồng bộ rotor dây quấn khi để rotor hở mạch và
cho điện áp đònh mức vào stator thì điện áp trên 2 vành trượt cạnh nhau là 250V.
Khi động cơ làm việc với tải đònh mức thì tốc độ n = 1420 vòng/phút. Tính:

a) Tốc độ đồng bộ.
b) Tốc độ từ trường quay do dòng điện sinh ra so với tốc độ rotor.
c) Tần số dòng điện ở rotor.
d) Sức điện động của rotor khi tải đònh mức.
Giải:
a) Vì hệ số trượt của động cơ rất bé s = (3
÷
6)% nên tốc độ đồng bộ của từ
trường quay n
1
= 1500vòng/phút, tức là máy có 2 đôi cực (khi tần số là 50
Hz).
b) Tốc độ của từ trường rotor so với rotor là:
n
2
= n
1
– n = 1500 – 1420 = 80 vòng/phút.
n
2
quay cùng chiều với rotor.
c) Tần số dòng điện rotor:
Hz662
60
802
60
pn
f
2
2

,
.
===
hay f
2
= sf
1
= 0,053.50 = 2,66Hz
Trong đó
0530
1500
80
1500
14201500
n
nn
s
1
1
,==
−
=
−
=

d) Sức điện động của rotor khi quay ở tốc độ đònh mức:
E
2s
= sE
2

= 0,053.250 = 13,4V





H
ình 2.11 Đồ thò vec tơ (a), giản đồ năng lượng (b) của máy điện
không đồng bộ ở chế độ hãm điện từ.

66

Câu hỏi:
1. Phân tích những điểm giống và khác nhau trong nguyên lý làm việc của
máy điện không đồng bộ và máy biến áp.
2. Một động cơ điện không đồng bộ dây quấn, trước kia số vòng dây của 1
pha của dây quấn rotor đều nối nối tiếp, nay phân đôi thành 2 mạch song
song. Hỏi như vậy có ảnh hưởng đến điện áp và dòng điện trên vành trượt
của rotor hay không? Có ảnh hưởng gì đến tham số rotor đã qui đổi r’
2
và
x’
2
? Nếu hệ số trượt s trước và sau khi đổi vẫn như nhau thì công suất đưa
vào và đưa ra có thay đổi gì không?
3. Nếu ở dây quấn stator của một động cơ không đồng bộ đặt vào 1 điện áp
thứ tự thuận có tần số f
1
để sinh ra từ trường thuận, ở dây quấn rotor đặt
vào 1 điện áp thứ tự nghòch có tần số f

2
để sinh ra từ trường nghòch. Hỏi
lúc đó rotor quay theo chiều nào? Tốc độ bao nhiêu? Khi tải thay đổi thì
tốc độ thay đổi không?
4. Tại sao dòng điện không tải phần trăm của máy điện không đồng bộ I
0
%
lớn hơn dòng điện không tải phần trăm của máy biến áp, còn dòng điện
ngắn mạch phần trăm I
n
% thì lại nhỏ hơn? Dòng điện không tải lớn ảnh
hưởng như thế nào đến tính năng của máy?
5. Tìm sự liên hệ giữa các công suất của giản đồ năng lượng với các công
suất, các tổn hao trên mạch điện thay thế.
Bài tập:
2.1.
Một động cơ không đồng bộ có các số liệu sau: dây quấn stator và rotor đều
nối Y; số rãnh stator Z
1
= 72; số rãnh rotor Z
2
= 12; số thanh dẫn ở một rãnh
stator.
S
r1
= 9 và ở rotor S
r2
= 2; dây quấn bước đủ có 4 đôi cực.
Khi làm thí nghiệm ngắn mạch, điện áp đặt vào stator là U
n

= 110V; dòng điện
I
n
= 61A và cos
ϕ
= 0,336. Tính:
a) Điện trở và điện kháng ngắn mạch r
n
, x
n
.
b) Điện trở và điện kháng dây quấn rotor r
2
, x
2
. Cho biết r
1
= 0,159Ω ;
x
1
= 0,46
Ω
.
c) Công suất động cơ điện tiêu thụ và công suất tiêu hao trên dây quấn khi
ngắn mạch.
2.2.
Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc có các số liệu sau:
P
đm
= 11,9kW; U

fđm
= 220V; I
fđm
= 25A; f = 50Hz; 2p = 6;
Δ
p
Cu1
= 745W;
Δ p
Cu2
= 480W; Δ p
Fe
= 235W;
Δ
p
cơ
= 180W;
Δ
p
f
= 60W. Tính công suất điện từ,
moment điện từ và tốc độ quay của động cơ.



67
2.3.
Một máy điện không đồng bộ ba pha 6 cực, 50Hz. Khi đặt điện áp đònh mức
lên stator còn dây quấn rotor hở mạch thì s.đ.đ cảm ứng trên mỗi pha dây quấn
rotor là 110V. Giả thiết tốc độ lúc làm việc đònh mức là

n = 980vòng/phút, rotor quay cùng chiều với từ trường quay. Hỏi:
a) Máy làm việc ở chế độ nào?
b) Lúc đó s.đ.đ rotor E
2s
bằng bao nhiêu?
c) Nếu giữ chặt rotor lại và đo được r
2
= 0,1
Ω
, x
2
= 0,5Ω ; hỏi ở chế độ làm
việc đònh mức I
2
bằng bao nhiêu?

2.4.
Một động cơ điện không đồng bộ ba pha đấu Y, 380V, 50Hz, n
đm
=
1440Vòng/phút. Tham số như sau: r
1
= 0,2
Ω
, r’
2
= 0,25
Ω
, x
1

= 1Ω , x’
2
= 0,95
Ω
,
x
m
= 40Ω , bỏ qua r
m
. Tính số đôi cực, tốc độ đồng bộ, hệ số trượt đònh mức, tần
số dòng điện rotor lúc tải đònh mức. Vẽ mạch điện thay thế hình T và căn cứ vào
đó tính ra trò số thực và tương đối của các dòng điện I
1
, I
0
và I’
2
.

2.5.
Một động cơ điện không đồng bộ ba pha 6 cực, điện áp đònh mức là 380V,
đấu Y, tần số 50Hz, công suất đònh mức là 28kW, tốc độ đònh mức là
980vòng/phút, lúc tải đònh mức cos
ϕ
= 0,88; tổn hao đồng và sắt stator là
2,2kW, tổn hao cơ là 1,1kW. Tính hệ số trượt, tổn hao đồng rotor, hiệu suất,
dòng điện stator và tần số dòng điện rotor khi tải đònh mức.


2.6.

Một động cơ điện không đồng bộ ba pha, tiêu thụ năng lượng điện là 60kW,
tổng tổn hao trên stator là 1kW, hệ số trượt s = 0,03. Tính công suất cơ và tổn
hao đồng của rotor.

§ 2.4. MOMENT ĐIỆN TỪ VÀ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG
ĐỒNG BỘ
1. Phương trình cân bằng moment
Khi động cơ không đồng bộ làm việc ổn đònh n = c
te
= Const thì phải khắc
phục moment phụ tải M
cđm
tạo nên từ moment cản không tải M
0
và moment cản
hiệu dụng M
2
. Do đó moment điện từ phát sinh ở rotor động cơ lúc n = c
te
=
Const phải có hai thành phần moment cản tương ứng. Như vậy:
M
đt
= M
0
+ M
2

Với
n

P
P
n
P
pp
M
fc
0
0
0
0
.55,9.
2
60
===
Δ+Δ
=
πωω
ơ


68

n
PP
M
22
2
.55,9==
ω

n
P
559
PP
P
M
2
0
cơcơ
đt
.,=
ω
=
ω
+
ω
=

60
n2π
=ω
Tốc độ góc quay của rotor.
n: tốc độ quay của rotor.
Mặc khác ta có:
1
đtđt
đt
n

,
P
559
P
M
1
=
ω
=

60
n2
1
1
π
=ω
: tốc độ góc quay đồng bộ của từ trường quay
từ đó ta có:
đtđtđtcơ
đtcơ
)( Ps1P
n
n
PP
PP
111
−==
ω
ω
=⇒

ω
=
ω

2. Biểu thức moment
a. Theo quan hệ I
2
và
Φ
:
p
f2
kwf2E
IEmP
M
1
1
m2dq212
1
2222
π
=ω
Φπ=
ω
ψ
=
ω
=
cos
1

đt
đt


22M222dq22
ICIkpwm
2
2
M ψΦ=ψΦ= coscos
đt

C
M
: hệ số kết cấu của máy.
b. Theo hệ số trượt s:
pf
spP
M
Cu
1
2
2
πω
Δ
==
1
đt
đt

2

2
212
2
212
2
222
''''' RImrImrImp
Cu
===Δ

()
″
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
++
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
=
2

21
2
2
1
1
2
'
'
''
XX
s
R
R
U
I

212
II '''
σ
=
(2-19)
với
111
rR σ= ;
2
2
12
rR '' σ=

111

xX σ=
;
2
2
12
xX '' σ=

()
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
++
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
=
2
21
2
2
11

2
2
11
'
'
2
/'
XX
s
R
Rf
sRUpm
M
π
đt
(Nm) (2-20)
(Phương trình đặc tính cơ của máy)

69
Kết luận: Với tần số và các tham số cho trước, M
đt
tỉ lệ thuận với bình phương
điện áp và tỉ lệ nghòch với bình phương của tần số.
Dựa vào (2-19), (2-20) ta có thể tìm được đặc tính
I = f(s); M = f(s); I’
2max
ở s =
∞
±

s < 0
⇒ M
đt
< 0 (máy phát điện)

c. Tính moment cực đại M
max
: Muốn tính M
max
ta lấy
0
ds
dM
=
thì ta
tính được s
m
ứng với M
max


()
2
2
21
2
2
1
2
1

2
22
1
2
2
2
2
2
2
1
2
111
'
'
)2(
''
2
'''
2
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
++
⎟
⎠

⎞
⎜
⎝
⎛
+
⎪
⎭
⎪
⎬
⎫
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
++
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡

+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+−
=
XX
s
R
Rf
s
R
s
R
R
s
R
s
R
X
s
R
RPUmf
ds
dM
n
π

π

()
2
2
21
2
2
1
2
1
2
2
2
22
1
2
2
111
'
'
)2(
''
2
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢

⎣
⎡
++
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+−−
=
XX
s
R
Rf
s
R
XR
s
R
PUmf
ds
dM

n
π
π

Muốn cho đạo hàm dM/ds = 0 thì:

22
1
2
2
2
2
2
2
22
1
'
0
'
nn
XR
s
R
s
R
XR
+=⇒=+−−

22
1

2
'
n
m
XR
R
s
+
±
=⇒
(2-21)
Trong máy điện không đồng bộ: R
1
<< X
n
thường R
1
= (10 ÷ 12)%X
n
do đó
R
1
bé hơn X
n
đến mức có thể bỏ qua được. Trong trường hợp này:
H
ình 2.12 Đường biểu diễn mô men điện từ và dòng
điện theo hệ số trượt.

70

21
22
''
XX
R
X
R
s
n
m
′
+
=±≈

Thế (2-21) vào (2-20) ta có M
max
:

(
)
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
++±
+±
=

2
2
22
111
22
1
2
11
max
2
nn
n
XXRRf
XRUpm
M
π


(
)
[]
222
1
22
1111
22
1
2
11
max

22
nnn
n
XXRXRRRf
XRUpm
M
++++±
+±
=
π


[]
2
1
222
111
22
1
2
11
max
4 RXXRRf
XRUpm
M
nn
n
+++±
+±
=

π


[]
22
111
2
11
max
4
n
XRRf
Upm
M
++±
±
=
π
(2-22)

()
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+++±
±
=

2
21
2
1111
2
11
max
'4 xxrrf
Upm
M
σπ

Nếu tính gần đúng bỏ qua
22
1
n
XR << ta có:

[][]
)'(44
211111
2
11
11
2
11
max
xxrf
Upm
XRf

Upm
M
n
σσππ
++±
±
≈
+±
±
=
(2-23)
+ Dấu cộng tương ứng với trường hợp động cơ.
+ Dấu trừ tương ứng với trường hợp máy phát.
Nhận xét về M
max
:
+ Moment cực đại tỉ lệ thuận với bình phương điện áp.
+ Moment cực đại tỉ lệ nghòch với điện kháng của máy.
+ Moment cực đại không phụ thuộc vào điện trở của rotor.
Tỉ số
đm
max
M
M
k
m
= gọi là hệ số năng lực quá tải của động cơ, nói lên khả
năng sinh ra M
max
của động cơ.

d) Tính moment mở máy M
mm
: Bên cạnh M
max
, M
mm
của động cơ là
một trong những đặc tính vận hành quan trọng nhất của nó. Biểu thức M-
mm
có được từ công thức M
đt
(2-20) khi s = 1.

()
[]
()( )
[
]
2
2
2
111
2
2
2
1111
2
2
11
2

2
211
2
2
11
''2
'
'2
'
xxrrf
RUpm
XRRf
RUpm
M
n
mm
σσσσπ
π
+++
=
++
=
(2-24)
Nếu muốn có M
mm
= M
max
thì s
m
= 1:

(
)
()
21
22
12
2
12
'''
nf
XRrrR +=+=
σ
hay gần đúng:
r’
2
+ r’
f
= x
1
+ x’
2
(2-25)

Nhận xét:
• Với tần số và các thông số cho trước moment mở máy tỉ lệ thuận với bình
phương điện áp.

71
• M

mm
= M
max
với điều kiện điện trở tác dụng của rotor bằng điện kháng tản
của máy.
• M
mm
giảm nếu x
n
của máy lớn khi những điều kiện khác của máy giống
nhau.
• Moment mở máy thường được biểu diễn bằng tỉ số:
đm
M
M
k
mm
mm
=
: bội số của M
mm

e) Sự phụ thuộc của M đối với R
2
:

Nếu r
f
= 0 thì
2

2
12
rR '' σ= và tỉ số
n
X
R
2
'
thường rất bé do đó M
đt
đi
qua trò số M
max
với s không lớn
lắm: s
m
= 0,12 – 0,2. Đồng thời
M
mm
ở các động cơ rotor dây quấn
có điện kháng tản lớn hơn điện
kháng tản của rotor lồng sóc nên
M
mm
có thể giảm xuống quá giới
hạn cho phép khi mở máy, làm
động cơ không mở máy được. Để loại trừ điều ấy, cần thiết phải đưa vào rotor
một điện trở phụ r
f
. Như vậy từ biểu thức (2-22), (2-21) thì M

max
= const nhưng s
m

được tăng lên.
3. Biểu thức KLOSS.
Trong truyền động điện việc xác đònh M = f(s) theo những số đã cho ở cẩm
nang rất quan trọng. Các thông số thường được cho: M
đm
, s
đm
, k
M
,… Nếu không
có các tham số cấu tạo của động cơ R
1
, X
1
, R
2
, X
2
ta vẫn có thể tính được s
m
,
M
max
và vẽ được đặc tính cơ của máy. Lấy các quan hệ (2-20) chia (2-22) chỉ
dùng dấu (+) trường hợp động cơ ta có:

(
)
2
2
2
1
22
11
2
max
'
2
n
n
X
s
R
R
XRR
s
R
M
M
+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛

+
++
=

Theo (2-21) ta có:
22
1
2
'
n
m
xR
s
R
+=
Đưa trò số của căn vào biểu thức trên:
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝

⎛
+
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
=
s
RR
s
R
s
R
s
s
R
RR

M
M
m
m
21
2
2
2
2
2
12
max
'2''
'
'2

H
ình 2.13
Đ
ường đặc tính M=f(s) với các
điện trở rotor khác nhau.

72
Đặt
max
'
2
R
làm thừa số chung:

⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
++
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
=
m
m
mm
m
m
s
R
R
s
s
s

s
s
R
R
sR
s
R
M
M
2
12
2
1
2
max
'
2
'
1
'
'
2


⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜

⎝
⎛
++
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
=
m
m
m
m
s
R
R
s
s
s
s
R
sR
M
M
2
1

2
1
max
'
2
1
'
2

Trong các động cơ không đồng bộ khi
r
f
= 0 thường r
1
= r’
2
và R
1

≈
R’
2
,
s
m
= 0,12 ÷ 0,2, nên
m
s
R
R

2
1
'
2
rất nhỏ có thể bỏ qua
s
s
s
s
M
M
s
s
s
s
M
M
m
m
m
m
+
=⇒
+
=
max
max
2
2
(2-26)

(2-26) là biểu thức Klox để vẽ đường đặt tính cơ của máy. Với s
max
được tính như
sau:
(
)
1
2
−+=
mmm
kkss
đm

4. Đặc tính cơ và vấn đề ổn đònh
Ta đã biết: M
2
= M
đt
– M
0

Do M
0
<< M
2
nên đặc tính cơ của động cơ M
2
=
f(n) có thể coi bằng M
đt

= f(n) và nó có dạng như
M = f(s) ở h2-12.
Phân tích sự làm việc ổn đònh của động
cơ:
Giả sử động cơ làm việc với 1 moment
phụ tải M
c
nào đó. Theo phương trình cân bằng moment động cơ có thể làm việc
ở hai điểm A và B.
9 Xét trường hợp máy làm việc ở điểm A: Nếu vì một lý do nào đó M
CA

tăng
M
CA1
> M
CA
⇒ M
đl
< 0; n
A
→ n
A1
. Tại n
A1
: M
ĐA1
> M
CA1
⇒ M

đl
> 0
⇒ n
A1

→
n
A
nên điểm A là điểm làm việc ổn đònh.
Điều kiện làm việc ổn đònh:

ds
dM
dM
C
>
ds
Đ

⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
<
dn
dM
C
dn

dM
hay
Đ

9 Xét trường hợp máy làm việc tại điểm B:
Giả sử M
CB
tăng đến M
CB1
> M
ĐB
⇒ M
đl
< 0 ⇒ n
B

→
n
B1


H
ình 2.14 Sự làm việc ổn đònh
của động cơ điện và máy công

73
Tại n
B1
: M
đl

= M
ĐB1
- M
CB1
< 0 ⇒ M
đl
< 0
⇒ n giảm đến 0 ⇒ điểm B là điểm làm việc không ổn đònh.
Điều kiện làm việc không ổn đònh:
ds
dM
dM
C
<
ds
Đ

⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
>
dn
dM
C
dn
dM
hay

Đ


§ 2.5. CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
I. Các đặc tính của động cơ không đồng bộ trong điều kiện đònh
mức
Các đặc tính làm việc của động cơ không đồng bộ bao gồm:n, M, η và
cos
ϕ
= f(P
2
) với U
1
= const, f
1
= const
1. Đặc tính tốc độ n = f(P
2
)
Từ công thức:
⇒
−
=
1
1
n
nn
s

n = n

1
(1-s)
Với
đt
P
p
s
2Cu
Δ
=

Khi không tải
Δ
p
Cu2

1
nn0s0
≈
=⇒≈ ,
Khi không tải lí tưởng
12Cu
nn0s0p ==⇒=Δ , . Khi phụ tải tăng
M
C
= M
đm
do hiệu suất η của động cơ nên
()
%,

đt
551
P
p
P
p
s
2
2Cu2Cu
÷=
Δ
≈
Δ
= . Số bé ứng
với động cơ công suất lớn, số lớn ứng với động cơ công suất nhỏ (3
÷ 10)kW. Do
đó s rất nhỏ, tốc độ giảm rất ít khi s giảm coi quan hệ n = f(P
2
) là một đường
thẳng hơi nghiêng về trục hoành.
2. Đặc tính moment M = f(P
2
)
Ta đã biết ở tình trạng làm việc ổn đònh M = M
2
+ M
0
khi M
C
= 0

÷
M
đm

thì coi như n = const. (s biến đổi trong giới hạn bé) nên M = f(P
2
) coi như một
đường thẳng
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
n
P
559M
2
, .
3. Tổn hao và đặc tính hiệu suất của động cơ
η
= f(P
2
)
Khi máy làm việc có các tổn hao: Tổn hao đồng trong stator và rotor
Δ
p
Cu1
và

Δ
p
Cu2
, tổn hao sắt
Δ
p
Fe
, tổn hao cơ
Δ
p
cơ
, tổn hao phụ
Δ
p
f
,… 4 loại
tổn hao đầu đã có công thức xác đònh
(
)
f22
2
212Cum
2
01Fe1
2
111Cu
pPPprImprImprImp Δ−−=Δ=Δ=Δ=Δ
cơcơ
,'',,
còn tổn hao phụ

bao gồm tổn hao phụ trong đồng và sắt. Cách tính rất phức tạp nên thường lấy là
p
f
= 0,5%P
1
.
H
ình 2.15 Các đường đặc tính làm
việc của máy điện không đồng bộ.

74
Hiệu suất của máy:

∑
∑
∑
+
=−=
−
==η
pP
P
P
p
1
P
pP
P
P
2

2
11
1
1
2


100
pP
P
2
2
.%
∑
+
=η

Thường thiết kế
max
η vào khoảng (0,5
÷
0,75)P
đm
.
4. Đặc tính hệ số công suất cos
ϕ
= f(P
2
)
Động cơ không đồng bộ lấy công suất phản kháng từ lưới vào nên hệ số

công suất luôn luôn khác 1 và cos
ϕ
< 1.
Khi không tải cos
ϕ
≤ 0,2 rồi sau đó tăng tương đối nhanh theo phụ tải và
đạt
max
cosϕ khi P
2
≈ P
2đm
, khi phụ tải tăng hơn nữa thì n
Đ
giảm, tương ứng
2
2
r
xs
arctg
'
'.
=ψ tăng và cos
2
ψ
và cos
2
ϕ
giảm.
5. Năng lực quá tải

đm
max
M
M
k
M
=
Khi làm việc bình thường M
≤
M
đm
nhưng trong một thời gian ngắn, máy có
thể chòu quá tải lớn hơn (quá tải) mà không bò hư hỏng gì thì được gọi là năng
lực quá tải của máy. Thường các động cơ công suất bé và trung bình có k
M
= 1,6
÷ 1,8. Động cơ công suất trung bình và lớn hơn có k
M
= 1,8 ÷ 2,5. Động cơ đặc
biệt k
M
= 2,8 ÷ 3 và cao hơn nữa.
II. Các đặc tính của động cơ không đồng bộ trong điều kiện không
đònh mức
1. Điện áp không đònh mức:
Giả thiết U < U
đm
, ta đã biết
2
1

UM ≡ nên khi U
1
giảm x lần thì M giảm x
2

lần. Nếu bỏ qua điện áp rơi coi
Φ
≡
≈
11
EU
thì khi U
1
giảm thì s.đ.đ và
Φ
cũng
giảm theo mức độ như vậy. Nếu moment tải
constICM
M
=
Φ
=
22
cos
ϕ
thì I
2
tăng
làm nóng máy (hệ số trượt phải thay đổi để cho I
2

biến thiên nghòch với
Φ
).
Khi động cơ điện làm việc với điện áp thấp ở tải nhẹ (< 40%) thì
∑
p

giảm, I
2
tăng ít máy ít nóng cos
ϕ
giảm
η
→ tăng. Khi máy làm việc đầy tải nên
cung cấp U
đm
để I
2
khỏi tăng.
2. Tần số không đònh mức f
≠
f
1
.
Nếu
11
f5ff %
±
= thì coi như f = const.
Nếu bỏ qua điện áp rơi:

constfkwf2EU
dq11
=Φ≅Φπ=≈ khi U = const thì
f
1
≅Φ
. Khi f giảm → Φ tăng → I
0
tăng →
Δ
p
Fe
=
m
2
01
rIm
tăng (lõi sắt nóng).
constICM
22MC
=ψΦ= cos →
Φ
tăng → I
2
giảm → s.P
đt
= Δ p
Cu2
=
2

2
21
rIm ''
giảm
→ s giảm. Khi f giảm →
p
f60
n
1
1
= giảm máy làm nguội kém.

75
Thí dụ 1:
Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc có các số liệu sau:
P
đm
= 11,9kW; U
fđm
= 220V; I
fđm
= 25A; f = 50Hz; 2p = 6; n
đm
= 960vòng/phút;
Δ p
Cu1
= 745W; Δ p
Cu2
= 480W; I’
2

= 20,25A; x
n
= x
1
+x’
2
= 2,18Ω . Tính moment
điện từ của động cơ. Coi
1
1
=
σ

Giải:
Điện trở:
Ω==
Δ
= 3980
253
745
mI
p
r
22
1
1Cu
1
,
.

Ω==
Δ
= 390
25203
480
Im
p
r
22
21
2Cu
2
,
,.'
'
Tốc độ đồng bộ:
1000
3
5060
p
f60
n ===
.
vòng/phút
Hệ số trượt:
040
1000
9601000
n

nn
s
1
1
,=
−
=
−
=
Moment điện từ:
()
)(120
18,2
04,0
39,0
398,0502
04,0
39,0.220.3.3
'
'
2
/'
2
2
2
2
21
2
2
11

2
2
11
Nm
xx
s
r
rf
srpUm
M
=
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
⎥
⎥
⎦

⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
++
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
=
π
π

Câu hỏi:
1. Nếu điện áp nguồn giảm đi 5% thì ảnh hưởng đến M
max
, M
mm
như thế
nào? Nếu moment tải không đổi thì ảnh hưởng đến n, I
1
, Φ , cos
ϕ
như
thế nào?
2. Một động cơ điện không đồng bộ thiết kế với tần số f = 60Hz nếu đem

dùng ở tần số 50Hz và giữ điện áp không đổi thì điện kháng tản,
cos
ϕ , M
max
, M
mm
và tổn hao không tải sẽ thay đổi như thế nào?Có
ảnh hưởng đến công suất của máy hay không?
3. Moment phụ của động cơ không đồng bộ là những moment nào? Ý
nghóa và ảnh hưởng của các loại moment đó?
4. Vẽ và giải thích các đường đặc tính làm việc của động cơ không đồng
bộ.
5. Cho những kết luận chính khi động cơ làm việc trong điều kiện không
đònh mức và điện áp không đối xứng.

2.7.
Cho một động không đồng bộ rotor dây quấn có P
đm
= 155kW; p = 2;
U = 380V; đấu Y;
Δ p
Cu2
= 2210W;
Δ
p
cơ
= 2640W;
Δ
p
f

= 310W;
r’
2
= 0,012
Ω
.

76
a. Lúc tải đònh mức tính P
đt
; s
đm
%; n
đm
; M
đm
.
b. Giả sử moment tải là không đổi, nếu cho dây quấn phần quay một điện
trở quy đổi r’
f
= 0,1Ω thì hệ số trượt, tốc độ quay và tổn hao đồng rotor sẽ
bằng bao nhiêu?
c. Biết r
1
= r’
2
; x
1
= x’
2

= 0,06
Ω
. Tính M
max
, s
m
.
d. Tính điện trở phụ cần thiết phải cho vào rotor để moment mở máy cực
đại.
ĐS: a) P
đt
= 160,16kW; s
đm
= 1,38%; n
đm
= 1479vòng/phút;
M
đm
= 1000,7Nm;
b) s’ = 12,88%; n’ = 1307vòng/phút;
Δ
p
Cu2
= 20,63kW.
c) M
max
= 20892Nm; s
m
= 0,1.
d) r

f
= 0,108Ω
2.8.
Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc có: P
đm
= 20kW;
U
1
= 380V; đấu Y; η = 88%; cos
ϕ
= 0,84; n
đm
= 970vòng/phút. Biết rằng
I
mm
/I
đm
= 4,5; M
max
/M
đm
= 1,8; M
mm
/M
đm
= 1,2. Tính:
a) I
đm
, I
mm

, s
đm
.
b) M
đm
, M
mm
, M
max
và tổng tổn hao trong động cơ khi làm việc đònh mức.
ĐS: a) I
đm
= 41,1A; I
mm
= 185A, s
đm
= 0,03
b) M
đm
= 197Nm; M
mm
= 236,2Nm; M
max
= 354,4Nm.