Thiết kế hệ điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha rôto dây quấn bằng phương pháp điện trở xung

Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay động cơ điện có mặt ở khắp nơi trong tất cả các lĩnh vực của cuộc
sống, đặc biệt là trong công nghiệp. Khi động cơ điện được đưa vào ứng dụng
rộng rãi thì việc thiết lập một hệ thống tự động điều chỉnh để đạt được sự tối ưu về
các chỉ tiều kinh tế, kỹ thuật là một vấn đề quan trọng.
Với việc ứng dụng rộng rãi các tiến bộ kỹ thuật trong lĩnh vực điện tử - tin
học, các hệ truyền động điện được phát triển và có những thay đổi đáng kể. Đặc
biệt, do công nghệ sản xuất các thiết bị điện tử công suất ngày càng hoàn thiện
nên các bộ biến đổi điện tử công suất trong hệ truyền động điện không những đáp
ứng được yêu cầu tác động nhanh, độ chính xác cao mà còn góp phần làm giảm
kích thước và hạ giá thành của hệ truyền động.
Mặc dù là một lĩnh vực tương đối hẹp nhưng truyền động điện xoay chiều
dùng động cơ không đồng bộ ba pha rôto dây quấn luôn luôn có những vấn đề hết
sức hấp dẫn và cũng rất phức tạp. Vì vậy, với đồ án tốt nghiệp “Thiết kế hệ điều
chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha rôto dây quấn bằng phương pháp điện
trở xung” em không có tham vọng đi sâu vào tất cả các vấn đề của lĩnh vực này.
Những kết quả được trình bày trong bản đồ án môn tốt nghiệp này mới chỉ là
những kết quả bước đầu. Trong nội dung nghiên cứu của bản đồ án này, em đã
thực hiện được các nhiệm vụ sau:
 Tổng quan các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba
pha.
 Lựa chọn và tính toán mạch động lực.
 Lựa chọn và tính toán mạch điều khiển.
 Tổng hợp hệ thống điều khiển hai mạch vòng.
Trong quá trình thực hiện, chắc chắn bản thân em không thể tránh khỏi
những thiếu sót, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy và
các bạn để bản đồ án này hoàn thiện hơn.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn
Tiến sĩ Nguyễn Trung Sơn, đã tận tình hướng dẫn và cho nhiều ý kiến đóng góp
quý báu, tới tập thể Bộ môn Thiết Bị Điện - Điện Tử trường Đại Học Bách Khoa

Hà Nội và các bạn sinh viên đã tạo những điều kiện nghiên cứu tốt nhất trong suốt
thời gian thực hiện bản đồ án tốt nghiệp này.


1
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
I.Khái quát v ng c không ng b ba pha ề độ ơ đồ ộ ......................................2
II.M ch i n thay thạ đ ệ ế.................................................................................3
III. c tính c c a máy i n không ng bĐặ ơ ủ đ ệ đồ ộ........................................5
..............................................................................................................................85
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC
ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
A. MẠCH ĐIỆN THAY THẾ VÀ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ
KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
I. Khái quát về động cơ không đồng bộ ba pha
Trong quá trình khai thác sử dụng các tài nguyên thiên nhiên phục vụ cho
nền kinh tế quốc dân nói riêng và các hoạt động của xã hội nói chung, không thể
không nói đến sự biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác. Trong đó,
động cơ điện là thiết bị biến đổi từ điện năng thành cơ năng có vai trò rất to lớn
trong sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, dân dụng và rất nhiều lĩnh vực khác.

2
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ và kỹ thuật hiện đại. Đặc biệt
trong lĩnh vực điện tử và bán dẫn công suất (transistor công suất, tiristor, triac…)
đã tạo điều kiện cho việc sử dụng các động cơ điện có hiệu quả và đưa ra nhiều
phương án để lựa chọn những loại động cơ thích hợp.
Hiện nay, động cơ điện không đồng bộ được sử dụng rộng rãi chiếm tỷ lệ
rất cao với mức công suất nhỏ từ vài chục W đến mức công suất trung bình hàng

trăm kW. Với những ưu điểm nổi bật của nó như: giá thành hạ (chỉ bằng 1/6 động
cơ điện một chiều khi có cùng công suất), làm việc tin cậy chắc chắn, hiệu suất
cao… Ngoài ra động cơ không đồng bộ còn dùng trực tiếp lưới điện xoay chiều
ba pha nên không cần trang bị thêm thiết bị biến đổi kèm theo, đỡ phức tạp cho
hệ thống. Các lĩnh vực ứng dụng của động cơ không đồng bộ như:
Trong công nghiệp thường dùng làm nguồn lực cho máy cán thép loại vừa
và nhỏ, 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 trong các trạm bơm hay
máy gia công nông sản phẩm. Trong đời sống sinh hoạt hàng ngày, động cơ điện
không đồng bộ cũng chiếm một vị trí rất quan trọng như làm quạt gió, máy bơm
nước, tủ lạnh, máy điều hoà nhiệt độ… Cùng với sự phát triển của nền sản xuất
điện khí hoá và tự động hoá thì phạm vi ứng dụng của động cơ không đồng bộ
ngày càng được cải thiện và mở rộng.
Tuy nhiên, với mỗi loại động cơ đều có những nhược điểm riêng của nó.
Đối với động cơ không đồng bộ bên cạnh những ưu điểm kể trên nó có một số
nhược điểm sau: Đặc tính điều chỉnh không tốt, cosϕ thấp, khống chế các quá
trình quá độ khó khăn. Riêng đối với động cơ rô to lồng sóc có đặc tính khởi động
tương đối xấu. Chính vì những lý do đó nên ứng dụng của nó trong một số điều
kiện cụ thể còn có phần bị hạn chế.
Nói tóm lại, với những ưu điểm nổi bật của động cơ không đồng bộ thì việc
ứng dụng nó trong những lĩnh vực của cuộc sống ngày càng được phát triển và cải
tiến về mọi mặt.
II. Mạch điện thay thế
Nói chung, trên stato của động cơ không đồng bộ có dây quấn m
1
pha
(thường m
1
= 3), trên rôto có dây quấn m
2

pha (m
2
= 3 đối với động cơ rôto dây
quấn; còn đối với động cơ rôto lồng sóc thì m
2
> 3). Như vậy trong động cơ
không đồng bộ có hai mạch điện không nối với nhau và giữa chúng chỉ có sự liên
hệ về cảm ứng từ. Sau khi đã phân tích các quan hệ điện từ ta có được hệ phương
trình cơ bản của động cơ không đồng bộ lúc rôto quay như sau:


3
H
ìn
h
2
8.

S
ơ
đ
ồ
k
h
ối
m
ạ
c
h
đi

ề
u
k
hi
ể
n
đi
ệ
n
tr
ở
x
u
n
g.
;ZI=E-
;I='I+I
;E='E
);jx'+
s
r'
('I-'E=0
);jx+(rI+E-=U
m
0
•
1
•
0
•

2
•
1
•
1
•
2
•
2
2
2
•
2
•
11
1
•
1
•
1
•
(I)
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Dựa vào các phương trình cơ bản trên, ta có thể thiết lập được mạch điện
thay thế hình T cho động cơ không đồng bộ khi rôto quay như sau:
Thường để thuận lợi cho tính toán, người ta biến đổi mạch điện thay thế
hình T thành mạch điện thay thế hình Г đơn giản hơn:
Trong đó:
m
1

1
Z
Z
1C
+=
•
;
m
1
•
1
•
00
•
ZC
U
=I
gọi là dòng điện không tải lý tưởng, nghĩa là dòng điện không
tải ứng với lúc s = 0;

4
C
1x
1
C
1r
1
C²
1r'
2

/s
C²
1x'
2
x
m
r
m
U
1
I
1
-I''
2
I
00
r
1
x
1
Hình 2. Mạch điện thay thế hình Г của
động cơ không đồng bộ.
H
ìn
h
2
8.

S
ơ

đ
ồ
k
h
ối
m
ạ
c
h
đi
ề
u
k
hi
ể
n
đi
ệ
n
tr
ở
x
u
n
g.
Hình 1. Mạch điện thay thế hình T của động cơ
không đồng bộ.
x
1
r

1
r'
2
x'
2
x
m
r
m
U
1
r'
2
(1-s)/s
I
1
-I'
2
I
0
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
1
•
2
•
2
•
C
'I-
=''I-

gọi là dòng điện thứ cấp của mạch điện hình Г.
Thực tế,
1
C
•
chỉ lớn hơn 1 một ít và góc phức lại rất nhỏ, nên có thể coi
1=+1=
1
1
•
m
x
x
C
.
Như vậy:

Do vậy ta có thể có mạch điện thay thế đơn giản hơn nữa:
III. Đặc tính cơ của máy điện không đồng bộ
Từ sơ đồ mạch điện thay thế hình Г đơn giản hóa, trị số hiệu dụng của dòng
điện rôto đã quy đổi về stato I’
2
là:
Trong đó:
X
nm
= x
1
+ x’
2

điện kháng ngắn mạch.
Để tìm phương trình đặc tính cơ ta xuất phát từ điều kiện cân bằng công
suất trong động cơ: công suất điện từ chuyển từ stato sang rôto:
P
12
=M
đt
.ω
0
Trong đó: M
đt
– mômen điện từ của động cơ
Nếu bỏ qua các tổn thất phụ thì M
đt
= M
cơ
, ta ký hiệu:
M
đt
= M
cơ
= M

R
3
;'I=''I
2
•
2
•

;I=I-I=''I-I=''I
0
•
2
•
1
•
2
•
1
•
00
•
(II)
5
Hình 3. Mạch điện thay thế hình Г đơn
giản hóa của động cơ không đồng bộ.
x
1
r
1
r'
2
/s
x'
2
x
m
r
m

U
1
I
1
-I'
2
I
0
r
1
x
1
H
ìn
h
2
8.

S
ơ
đ
ồ
k
h
ối
m
ạ
c
h
đi

ề
u
k
hi
ể
n
đi
ệ
n
tr
ở
x
u
n
g.
(1)
2
nm
2
2
1
f
2
x)
s
'r
r(
U
'I
++

=
Hình 4. Đặc tính cơ của động cơ không
đồng bộ.
ω
(s=s
th
)
ω
ω
0
0
M
®m
M
th
M
)xrr(2
U3
M
2
nm
2
110
2
f
th
++
=
ω
H

ìn
h
2
8.

S
ơ
đ
ồ
k
h
ối
m
ạ
c
h
đi
ề
u
k
hi
ể
n
đi
ệ
n
tr
ở
x
u

n
g.
(3)
(4)
22
2
2
th
nm1
2
211
2
xr
'r
)'xx(r
'r
s
+
=
++
=
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Công suất đó được chia làm hai phần: công suất đưa ra trục động cơ P
cơ
và
công suất tổn hao trong rôto ∆P
2
nghĩa là:
P
12

= P
cơ
+ ∆P
2
hay
Mω
0
= Mω + ∆P
2
do đó
∆P
2
= M (ω
0
- ω) = Mω
0
s
Mặt khác:
2
2
22
'r'I3=P
∆
nên
s
'r'I3
M
0
2
2

2
ω
=
Thay (1) vào phương trình trên ta có phương trình đặc tính cơ:
Kết hợp với phương trình tốc độ ω = ω
0
(1 – s) ta có dạng đường cong đặc
tính cơ:
Điểm cực trị của đặc tính cơ thường được gọi là điểm tới hạn có tọa độ
[M
th
, s
th
]:

6
]x+)
s
'r
+r[(
'rU3
=M
2
nm
2
2
1
0
2
2

f
ω
(2)
H
ìn
h
2
8.

S
ơ
đ
ồ
k
h
ối
m
ạ
c
h
đi
ề
u
k
hi
ể
n
đi
ệ
n

tr
ở
x
u
n
g.
H
ìn
h
2
8.

S
ơ
đ
ồ
k
h
ối
m
ạ
c
h
đi
ề
u
k
hi
ể
n

đi
ệ
n
tr
ở
x
u
n
g.
s
s
s
s
M2
M
th
th
th
+
=
nm
th
x
'r
s
2
=
nm0
2
f

th
x2
U3
M
ω
=
H
ìn
h
2
8.

S
ơ
đ
ồ
k
h
ối
m
ạ
c
h
đi
ề
u
k
hi
ể
n

đi
ệ
n
tr
ở
x
u
n
g.
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Ta có thể viết phương trình đặc tính cơ dưới dạng khác thuận tiện hơn bằng
cách lập tỉ số giữa (2) và (4) rồi biến đổi ta được:
( )
th
th
th
thth
as2+
s
s
+
s
s
as+1M2
=M
Trong đó:
2
1
r
r

a =
.
Trong động cơ không đồng bộ thường r
1
≈ r’
2
mà s
th
= 0,1 ÷ 0,2 nên ta có
thể coi as
th
≈ 0 khi đó ta có dạng biểu thức Klôx:


Đối với các động cơ có công suất lớn thường r
1
<< x
nm
nên ta có:
(5)
B. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG
ĐỒNG BỘ
Động cơ không đồng bộ khi mắc vào nguồn điện có tần số f
1
thì ta có biểu
thức của tốc độ:
ω = ω
0
(1 – s) (6)
Trong đó:

ω tốc độ quay của rôto;
ω
0
p
f2
=
1
0
π
ω
tốc độ không tải lý tưởng;

7
1
1
•
1
•
1
•
1
•
ZI-U=fc=E
φ
Hình 5. Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động điện có điều
chỉnh tần số.
§
var
f
b

U
b
const
f
1
U
1
BiÕn
TÇn
H
ìn
h
2
8.

S
ơ
đ
ồ
k
h
ối
m
ạ
c
h
đi
ề
u
k

hi
ể
n
đi
ệ
n
tr
ở
x
u
n
g.
H
ìn
h
2
8.

S
ơ
đ
ồ
k
h
ối
m
ạ
c
h
đi

ề
u
k
hi
ể
n
đi
ệ
n
tr
ở
x
u
n
g.
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
s hệ số trượt của động cơ.
Do đó ta có:
s)-1(
p
f2
1
π
ω
=
(7)
Từ phương trình trên ta thấy, muốn thay đổi tốc độ động cơ không đồng bộ
ω ta có thể thực hiện bằng cách thay đổi các thông số: tần số nguồn f
1
, số đôi cực

p và hệ số trượt s. Tương ứng với sự điều chỉnh các thông số trên ta có các
phương pháp điều chỉnh động cơ không đồng bộ:
- Thay đổi tần số f
1
của nguồn cấp.
- Thay đổi số cực 2p.
- Điều chỉnh điện áp đặt vào stato.
- Điều chỉnh điện trở mạch rôto.
- Dùng sơ đồ nối tầng động cơ không đồng bộ.
I. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi tần số
1. Nguyên lý điều chỉnh
Tần số của lưới điện quyết định giá trị tốc độ góc của từ trường quay trong
máy điện, do đó bằng cách thay đổi tần số dòng stato ta có thể điều chỉnh được
tốc độ của động cơ. Để thực hiện phương pháp điều chỉnh này ta dùng bộ nguồn
biến tần BT để cung cấp cho động cơ. Sơ đồ tổng quát của hệ như sau:

Máy điện được chế tạo để hoạt động ở tần số định mức nên khi thay đổi
tần số chế độ làm việc của máy điện cũng bị thay đổi vì tần số có ảnh hưởng trực
tiếp đến từ thông của máy điện. Quan hệ này có thể được phân tích nhờ phương
trình cân bằng điện áp đối với mạch stato của máy điện:
Trong đó:

8
H
ìn
h
2
8.

S

ơ
đ
ồ
k
h
ối
m
ạ
c
h
đi
ề
u
k
hi
ể
n
đi
ệ
n
tr
ở
x
u
n
g.
H
ìn
h
2

8.

S
ơ
đ
ồ
k
h
ối
m
ạ
c
h
đi
ề
u
k
hi
ể
n
đi
ệ
n
tr
ở
x
u
n
g.
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

•
1
E
Sức điện động cảm ứng trong cuộn dây stato;
•
φ
Từ thông móc vòng qua cuộn dây stato;
c Hằng số tỷ lệ;

1
U
•
Điện áp đặt vào stato động cơ;
f
1
Tần số dòng stato.
Nếu bỏ qua sụt áp trên tổng trở của cuộn dây stato ta có :
1
1
cf
U
•
•
=
φ
Từ phương trình trên ta thấy nếu giữ nguyên điện áp U
1
(U
1
= const), khi

tăng tần số f
1
thì từ thông trong máy sẽ giảm làm cho mômen của máy điện giảm.
Nếu mômen tải không thay đổi hoặc là hàm tăng của tốc độ thì khi đó dòng điện
cũng phải tăng để cho mômen cân bằng với mômen tải. Kết quả là động cơ bị quá
tải về dòng. Ngược lại khi giảm tần số để giảm tốc độ lại dẫn đến từ thông tăng
lên làm tăng mức độ từ hoá lõi thép, tăng tổn hao thép và làm nóng máy điện.
Như vậy khi điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số thì ta cũng phải
thay đổi điện áp một cách tương ứng.
Người ta chứng minh được rằng, khi thay đổi tần số, nếu đồng thời điều
chỉnh điện áp sao cho hệ số quá tải của động cơ không thay đổi
)constM/M(
cth
==λ
thì chế độ làm việc của động cơ luôn được duy trì ở mức tối
ưu giống như khi làm việc ở thông số định mức. Khi đó hiệu suất và cos của
máy trong toàn dải điều chỉnh gần như không đổi.
2. Các đặc tính điều chỉnh
Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi điều chỉnh tần số không chỉ
phụ thuộc vào tần số mà còn phụ thuộc vào quy luật thay đổi điện áp, nghĩa là còn
phụ thuộc đặc tính của phụ tải.
- Khi M
c
= const
0
M
c
M
th
M

ω
f
12
f
1®m
f
11
- Khi M
c
≡
ω
1

9
Hình 6. Các đặc tính điều chỉnh khi điều chỉnh tốc độ động cơ
không đồng bộ bằng tần số với các loại tải khác nhau.
H
ìn
h
2
8.

S
ơ
đ
ồ
k
h
ối
m

ạ
c
h
đi
ề
u
k
hi
ể
n
đi
ệ
n
tr
ở
x
u
n
g.
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
M
M
c
0
f
11
f
1®m
f
12

ω
- Khi M
c
≡ ω
2
M
Mc
0
f11
f1®m
f12
ω
3. Các ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi
tần số có các ưu, nhược điểm sau:
 Ưu điểm
 Điều chỉnh vô cấp tốc độ quay của động cơ.
 Dải điều chỉnh tốc độ D lớn.
 Hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ dùng biến tần mắc trực tiếp
từ lưới điện, do đó không cần các thiết bị biến đổi, nó sử dụng
động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc có kết cấu đơn giản, vững
chắc, giá thành rẻ, có thể làm việc trong mọi môi trường.
 Hệ thống điều chỉnh tốc độ dùng biến tần có thể hãm tái sinh cho
nên nguồn xoay chiều này có thể làm việc ở cả 4 góc tọa độ.
 Nhược điểm
 Bộ biến tần có giá thành đắt do sử dụng nhiều linh kiện bán dẫn
và mạch điều khiển điện tử.
 Phạm vi ứng dụng

10

Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
 Hệ thống điều khiển tốc độ dùng biến tần có nhiều ưu điểm, song
phạm vi ứng dụng của nó phụ thuộc nhiều vào yếu tố kinh tế. Do
vậy, trong thực tế biến tần thường được sử dụng khi có nhiều
động cơ cùng thay đổi tốc độ theo một quy luật chung. Động cơ
không đồng bộ rôto dây quấn ít được sử dụng cùng với biến tần
do biến tần có thể điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ rôto
lồng sóc một cách dễ dàng.
II. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi số đôi cực
Khi thay đổi số đôi cực p của máy điện không đồng bộ, tốc độ từ trường
quay thay đổi và do đó tốc độ động cơ rôto cũng biến đổi theo. Quan hệ đó thể
hiện trong biểu thức tốc độ sau:
s)-1(
p
f2
=
1
π
ω
Động cơ đa tốc thường có rôto lồng sóc, vì rôto này có khả năng tự biến đổi
số cực rôto theo stato. Do đó, số cực, điện trở và điện kháng rôto tự thay đổi nhịp
nhàng với stato. Đối vơi động cơ không đồng bộ rôto dây quấn, phương pháp này
hiếm khi được sử dụng vì khi thay đổi số cực stato ta đồng thời phải thay đổi số
cực rôto, làm cho cấu trúc động cơ rất phức tạp.
III. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi điện áp đặt
vào stato
1. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách điều chỉnh trở
– kháng mạch stato
a. Nguyên lý điều chỉnh
Từ phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ:

]x+)
s
'r
+r[(
'rU3
=M
2
nm
2
2
1
0
2
2
f
ω
Ta thấy, có thể làm biến dạng đặc tính cơ bằng cách nối vào mạch stato một
điện trở phụ hoặc một điện kháng phụ. Trong thực tế, việc dùng điện trở phụ có
hiệu quả rất kém do có tổn hao trên bản thân nó, nên ít được sử dụng. Sơ đồ
nguyên lý và các đặc tính điều chỉnh của động cơ không đồng bộ ba pha khi dùng
kháng trong mạch stato như sau:

11
Hình 7. Sơ đồ nguyên lý và các đặc tính điều chỉnh
của động cơ không đồng bộ khi dùng kháng trong
mạch trong mạch stato (x
f1
> x
f2
).

x
f2
x
f1
®t.gh
M
c.cp
M
0
ω
ω
0
§
x
f
U
∼
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Từ mạch điện thay thế hình Γ đơn giản hóa của động cơ không đồng bộ ta
thấy, khi nối kháng vào mạch stato, dòng điện stato và rôto đều giảm xuống, do
đó mômen M của động cơ giảm xuống và trở nên nhỏ hơn mômen tải M
c
nên hệ
sẽ giảm tốc. Kết quả là động cơ sẽ chuyển sang làm việc xác lập ở tốc độ thấp
hơn tốc độ cơ bản.
Từ phương trình (3) và (4) ta thấy, khi mắc thêm cuộn kháng vào stato, khi
đó điện kháng ngắn mạch x
nm
tăng và do đó, độ trượt tới hạn s
th

và mômen tới hạn
M
th
đều giảm như trên hình 7.
b. Các ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách điều
chỉnh cuộn kháng ở mạch stato có những ưu, nhược điểm sau:
 Ưu điểm
 Mạch động lực và điều khiển đơn giản làm cho các thao tác điều
khiển dễ dàng, chi phí vận hành và sửa chữa thấp.
 Nhược điểm
 Hệ thống không điều chỉnh chỉnh triệt để (không điều chỉnh được
tốc độ không tải lý tưởng ω
0
.
 Càng điều chỉnh sâu, mômen tới hạn và độ trượt tới hạn càng nhỏ,
do đó khả năng mang tải càng kém và độ ổn định tĩnh cũng như
động của hệ càng thấp.
 Độ chính xác đặt tốc độ kém do độ cứng của đặc tính cơ điều
chỉnh khá nhỏ.
 Các chỉ tiêu năng lượng đều xấu, hiệu suất giảm rất nhanh khi
giảm tốc độ và hệ số công suất cosϕ thấp do nối thêm kháng.
 Phạm vi ứng dụng

12
const=s=s
U.M=M
tn.thu.th
2*
bthu.th

Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Phương pháp này có thể ứng dụng cho cả động cơ không đồng bộ
rôto lồng sóc và rôto dây quấn nó có nhiều nhược điểm do đó ít
được dùng trong thực tế.
2. Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách
thay đổi điện áp đặt vào stato
a. Nguyên lý điều chỉnh
Để điều chỉnh điện áp. người ta dùng bộ nguồn BĐ có điện áp ra thay đổi
tùy thuộc vào tín hiệu điều khiển U
đk
với sơ đồ nguyên lý hình 8.
Khi thay đổi điện áp lưới, ví dụ khi giảm xuống còn x lần (x < 1) điện áp
định mức (U
1
= xU
đm
) thì mômen sẽ giảm xuống còn x
2
lần M = x
2
M
đm
. Nếu
mômen tải không đổi thì tốc độ giảm xuống còn hệ số trượt tăng lên.
Theo công thức về mômen M = c
m
I’
2
φ, trong đó c
m

là hằng số, thì khi điện
áp lưới U
1
= xU
đm
, thì sức điện động E và từ thông φ cùng bằng x lần giá trị ban
đầu và I’
2
tăng lên 1/x lần. Vì hệ số trượt:
1
2
2
21
t®
2cu
M
'r'Im
=
P
P
=s
ω
nên hệ số trượt s sẽ bằng 1/x
2
lần hệ số trượt cũ và tốc độ động cơ điện ở điện áp
m®1
xU=U
sẽ là:
)
x

s
-1(n=n
2
1
Khi điện áp khác với giá trị định mức, mômen tới hạn M
th
sẽ thay đổi đổi tỷ
lệ với bình phương điện áp, còn độ trượt tới hạn s
th
thì giữ nguyên, nghĩa là:
Đặc tính điều chỉnh có dạng như sau:

13
H
ìn
h
2
8.

S
ơ
đ
ồ
k
h
ối
m
ạ
c
h

đi
ề
u
k
hi
ể
n
đi
ệ
n
tr
ở
x
u
n
g.
Hình 8. Sơ đồ tổng quát của hệ truyền động điện không
đồng bộ có điều chỉnh điện áp nguồn.
Var
U
b
U
®k
§
BiÕn
§æi
§iÖn
¸p
Hình 9. Các đặc tính cơ khi điều chỉnh điện áp
stato, U

12
> U
11
.
U
12
U
11
®t.tn
M
M
th.u
M
th
0
ω
0
ω
ω
(s=s
gh
)
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
b. Các ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng
 Ưu điểm
Phương pháp này cho phép tự động hóa hệ thống và cải thiện các đặc tính
điều chỉnh.
 Nhược điểm
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng điện áp có
nhược điểm là làm việc không ổn định do hệ thống nhạy với sự thay đổi của điện

áp.
 Phạm vi ứng dụng
Phương pháp này thích hợp với truyền động mà mômen tải là hàm tăng
theo tốc độ như: quạt gió, bơm ly tâm.
IV. Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách điều
chỉnh điện trở mạch rôto
1. Nguyên lý điều chỉnh
Khi thay đổi điện trở mạch rôto (bằng cách thay đổi điện trở phụ R
f
mắc
vào rôto), dòng điện stato I
1
và do đó mômen của động cơ cũng thay đổi, dẫn đến
tốc độ của động cơ cũng thay đổi. Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ của động cơ
không đồng bộ khi điều chỉnh bằng phương pháp này như sau:

14
H
ìn
h
2
8.

S
ơ
đ
ồ
k
h
ối

m
ạ
c
h
đi
ề
u
k
hi
ể
n
đi
ệ
n
tr
ở
x
u
n
g.
Hình 10. Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ của động cơ
không đồng bộ điều chỉnh bằng điện trở.
U
∼
R
f
a'
b
a
M

M
th
M
c
0
ω
2
ω
1
ω
0
ω
§
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Giả sử động cơ đang làm việc xác lập với đặc tính tự nhiên có tải là M
c
và
tốc độ là ω
1
, điểm làm việc là điểm a trên đồ thị hình 10. Để điều chỉnh tốc độ ta
đóng một điện trở R
f
vào cả ba pha rôto, khi đó điện trở mỗi pha rôto là
f22
R + r = R
. Điện trở rôto tăng, từ sơ đồ mạch điện thay thế hình Γ đơn giản hóa
ta thấy dòng điện stato I
1
giảm đột biến và do đó mômen của động cơ cũng giảm.
Do quán tính của động cơ nên tốc độ không thay đổi đột ngột. Điểm làm việc

chuyển từ điểm a đến điểm b. Tại thời điểm đó, M < M
c
nên hệ giảm tốc. Mặt
khác, theo quan hệ (7), vì tốc độ giảm, độ trượt tăng nên suất điện động cảm ứng
trong rôto E
2
tăng lên. Do đó, dòng điện ở rôto và mômen động cơ lại tăng cho
đến khi M = M
c
thì hệ xác lập nhưng với tốc độ mới ω
2
< ω
1
. Trạng thái này ứng
với điểm a’ trên đặc tính điều chỉnh.
Từ phương trình (3) và (4):

Ta thấy, khi tăng điện trở rôto thì độ trượt giới hạn s
th
tăng và mômen tới
hạn M
th
không đổi.
2. Các ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng
 Ưu điểm
 Mạch động lực và điều khiển đơn giản làm cho các thao tác điều
khiển dễ dàng, chi phí vận hành và sửa chữa thấp.
 Hạn chế dòng điện mở máy do đó làm tăng khả năng mở máy cho
động cơ.
 Tự động hóa điều chỉnh tốc độ dễ dàng.

 Nhược điểm
 Dải điều chỉnh tốc độ bé.
 Tổn hao năng lượng lớn do tỏa nhiệt trên điện trở R
f
.
 Phạm vi ứng dụng

15
H
ìn
h
2
8.

S
ơ
đ
ồ
k
h
ối
m
ạ
c
h
đi
ề
u
k
hi

ể
n
đi
ệ
n
tr
ở
x
u
n
g.
)xrr(2
U3
M
2
nm
2
110
2
f
th
++
=
ω
H
ì
n
h
2
8.

S
ơ
đ
ồ
k
h
ố
i
m
ạ
c
h
đ
iề
u
k
h
iể
n
đ
iệ
n
tr
ở
x
u
n
g.
(3)

(4)
22
2
2
th
nm1
2
211
2
xr
'r
)'xx(r
'r
s
+
=
++
=
Hình 11. Sơ đồ nguyên lý khi đưa sức điện động phụ vào mạch
rôto của động cơ không đồng bộ để điều chỉnh tốc độ của nó
trong sơ đồ nối tầng.
§
§
E
f
∼
E
f
=
Z

E-E
=I
f
•
2
•
2
•
(8)
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Từ các ưu, nhược điểm trên, đây là một phương pháp được sử
dụng rộng rãi, mặc dù đây không phải là phương pháp kinh tế
nhất. Nó được ứng dụng nhiều trong điều khiển tốc độ động cơ
không đồng bộ rôto dây quấn. Phương pháp này được sử dụng
trong các hệ thống có các động cơ không đồng bộ làm việc ngắn
hạn hay ngắn hạn lặp lại, và thích hợp với các hệ thống yêu cầu
tốc độ không cao như cần trục, cầu trục…
V. Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng sơ đồ nối
tầng
1. Nguyên lý điều chỉnh
Điều chỉnh tốc độ của động cơ không đồng bộ trong các sơ đồ nối tầng
được thực hiện bằng cách đưa vào rôto của nó một sức điện động E
f
. Sức điện
động phụ này có thể cùng chiều hoặc ngược chiều với sức điện động cảm ứng
trong mạch rôto E
2
và có tần số bằng tần số rôto. Sức điện động phụ có thể là
xoay chiều hoặc một chiều như sơ đồ nguyên lý sau:
Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ trong các sơ đồ này như sau:

Giả thiết Đ làm việc ở trạng thái động cơ nghĩa là nó tiêu thụ năng lượng từ
lưới và sinh năng lượng trượt ở mạch rôto
sMP
0s
ω=∆
. Khi đưa E
f
vào, dòng điện
rôto khi đó
Ta giả thiết M
c
= const và động cơ đang làm việc xác lập trên đặc tính ứng
với một giá trị E
f
nào đó. Nếu tăng E
f
lên thì dòng I
2
giảm, mômen điện từ của
động cơ giảm và có giá trị nhỏ hơn mômen M
c
, nên tốc độ của động cơ giảm. Khi
tốc độ giảm, độ trượt tăng làm cho E
2
= E
2nm
s tăng lên. Kết quả là dòng điện rôto

16
H

ìn
h
2
8.

S
ơ
đ
ồ
k
h
ối
m
ạ
c
h
đi
ề
u
k
hi
ể
n
đi
ệ
n
tr
ở
x
u

n
g.
H
ì
n
h
2
8.

S
ơ
đ
ồ
k
h
ố
i
m
ạ
c
h
đ
iề
u
k
h
iể
n
đ
iệ

n
tr
ở
x
u
n
g.
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
I
2
và mômen điện từ tăng lên. Cho đến khi mômen của thiết bị nối tầng cân bằng
với mômen M
c
thì quá trình giảm tốc kết thúc, động cơ làm việc với tốc độ nhỏ
hơn trước.
Khi | E
2
| = | E
f
|, I
2
= 0 động cơ có tốc độ không tải lý tưởng ω
0lt
. Khi E
f
= 0
động cơ làm việc trên đặc tính gần đặc tính tự nhiên.
2. Các ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng
 Ưu điểm
Chỉ tiêu năng lượng cao do tận dụng được công suất trượt ở mạch

rôto.
 Nhược điểm
Mạch điều khiển và mạch động lực phức tạp dẫn đến chi phí vận
hành và sửa chữa lớn. Phạm vi điều chỉnh tốc độ của hệ thống
không lớn lắm và mômen của động cơ giảm khi tốc độ giảm
xuống.
 Phạm vi ứng dụng
Phương pháp điều chỉnh công suất trượt thường áp dụng cho các
truyền động công suất lớn vì khi đó tiết kiệm điện năng có ý
nghĩa lớn. Phương pháp này nên áp dụng cho các truyền động có
số lần khởi động, dừng máy và đảo chiều ít vì thường ta khởi
động bằng phương pháp khác cho đến khi tốc độ đến vùng làm
việc thì mới sử dụng phương pháp này để điều chỉnh tốc độ.
Kết luận:
Từ việc phân tích các ưu, nhược điểm của các phương pháp điều chỉnh tốc
độ động cơ không đồng bộ với động cơ trong yêu cầu của đồ án là động cơ không
đồng bộ ba pha rôto dây quấn ta thấy phương pháp điều chỉnh tốc độ dùng điện
trở xung rôto là thích hợp nhất.
CHƯƠNG II
CHỌN VÀ TÍNH TOÁN MẠCH ĐỘNG LỰC
A. CÁC THÔNG SỐ CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA RÔTO
DÂY QUẤN
P
đm
= 7,5 KW; n
đm
= 695 v/ph; cosϕ
đm
= 0,74; I
1đm

= 20,6 A; E
20
= 254 V;
r
1
= 1,04 Ω; x
1
= 0,833 Ω; r
2
= 0,462 Ω; x
2
= 0,611Ω;

17
H
ì
n
h
2
8.

S
ơ
đ
ồ
k
h
ố
i
m

ạ
c
h
đ
iề
u
k
h
iể
n
đ
iệ
n
tr
ở
x
u
n
g.
2
nm
2
2
1
f
2
x+)
s
'r
+r(

U
='I
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Phạm vi điều chỉnh D = 4 : 1; Mômen quán tính của động cơ J
đ/c
= 0,837
Kgm
2
.
Động cơ sử dụng nguồn điện ba pha có điện áp U
1
= 380 V; tần số f
1
= 50
Hz.
Hiệu suất của động cơ:
%75,74=%100
74,0.6,20.380.3
10.5,7
=
%100
cosIU3
P
=
3
m®m®11
m®
η
ϕ
η

Hệ số trượt của động cơ:
3000
695p
-1=s
60f
np
-1=s
1
Do số đôi cực p là số nguyên, với các giá trị:
p = 3 ⇒ s = 0,305;
p = 4 ⇒ s = 0,073;
p = 5 ⇒ s = - 0,158;
Như vậy, ta thấy khi p = 4 và khi đó s = 0,073 là hợp lý.
Sức điện động của rôto khi quay ở tốc độ định mức:
V542,18=254.073,0=E
sE=E
2
202

Từ sơ đồ mạch điện thay thế hình 3, trị số hiệu dụng của dòng điện trong
dây quấn rôto đã quy đổi về stato:
(*)
Tỷ số biến đổi điện áp:
42,1=
254
380.95,0
=k
E
U95,0
=

E
E
=k
e
20
1
20
1
e
Trong đó:
Ta lấy E
1
= 0,95U
1
.

18
H
ì
n
h
2
8.

S
ơ
đ
ồ
k
h

ố
i
m
ạ
c
h
đ
iề
u
k
h
iể
n
đ
iệ
n
tr
ở
x
u
n
g.
Rf
U1=380V
~
AP
K
RN
§
Hình 12. Sơ đồ nguyên lý mạch động lực hệ điều

chỉnh xung điện trở rôto.
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Trong máy điện không đồng bộ rôto dây quấn, tỷ số biến đổi dòng điện
bằng tỷ số biến đổi điện áp:
42,1=k=k
ie
r
1
= 1,04
Ω
;
r’
2
= k.r
2
= k
e
2
.r
2
= 1,42
2
.0,462
r’
2
= 0,932
Ω
;
x
nm

= x
1
+ x’
2
= x
1
+ k
e
2
.x
2
= 0,833 + 1,42
2
.0,611
x
nm
= 2,065
Ω
;
U
f
= 220 V.
Thay các giá trị trên vào (*) ta có:
A759,15=
065,2+)
073,0
932,0
+04,1(
220
='I

22
2
Dòng điện định mức trong dây quấn rôto:
A377,22=759,15.42,1=I
'I.k=I
2
2i2
B. LỰA CHỌN VÀ TÍNH TOÁN MẠCH ĐỘNG LỰC
Động cơ trong yêu cầu của bài toán thiết kế là loại động cơ ba pha sử dụng
điện áp U
1
= 380 V với tần số f
1
= 50 Hz và điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách
điều chỉnh xung điện trở mạch rôto. Do vậy, động cơ được mắc trực tiếp vào lưới
điện ba pha có điện áp U
1
= 380 V với tần số f
1
= 50 Hz.
Ta điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách điều chỉnh điện trở
phụ mắc vào mạch rôto. Hệ thống điện trở phụ bao gồm ba biến trở R
f
mắc vào ba
pha của dây quấn rôto thông qua hệ thống vành trượt. Sử dụng biến trở trong việc
điều chỉnh tốc độ động cơ là một phương pháp đơn giản nhưng có nhiều nhược
điểm. Phần lớn các nhược điểm đều liên quan đến dạng đặc tính cơ mềm và dùng
điện trở nhiều cấp trong mạch lực.

19
K
R
R
x
R
x
R
x
R
x
U
~
Hình 13. Sơ đồ nguyên lý hệ điều chỉnh xung điện trở và
điện trở xung R
x
.
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Trong sơ đồ trên:
AP - áp tô mat;
K - công tắc tơ có dập hồ quang;
RN - rơle nhiệt;
R
f
- điện trở điều chỉnh mạch rôto.
I. Điều chỉnh xung điện trở mạch rôto
Để khắc phục một số nhược điểm quan trọng trên và mở ra khả năng tự
động hóa hệ thống, người ta dùng phương pháp điều chỉnh xung điện trở. Đây là
một phương pháp phát triển của phương pháp biến trở. Sơ đồ nguyên lý của
phương pháp này như sau:

Sơ đồ này chỉ khác sơ đồ hình 10 ở chỗ sử dụng “điện trở xung” R
x
. Để
dùng R
x
ta dùng một điện trở có giá trị không đổi R và một khóa K đóng cắt theo
chu kỳ.
Nếu khóa K là lý tưởng, nghĩa là khóa có điện trở bản thân khi đóng là
K
kh
= 0 và khi cắt là R
kh
= ∞, thì khi K đóng R
x
= 0, và khi K cắt R
x
=R. Như vậy,
điện trở phụ trong mạch rôto thay đổi theo chu kỳ từ 0 đến R và trong mạch rôto
từ r
2
đến r
2
+R.
Điện trở điều chỉnh trong trường hợp này sẽ có một giá trị tương đương
nằm giữa 0 và R. Nó phụ thuộc vào tương quan giữa các thời gian đóng t
đ
và thời
gian cắt t
c
của khóa. Giá trị đó quyết định độ cứng của đặc tính cơ biến trở và trị

số tốc độ của truyền động điện.

20
K
R
R
x
U
~
CL
Hình 14. Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh xung điện trở
rôto kết hợp với bộ chỉnh lưu.
Đ
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Trong thực tế, việc dùng cả ba điện trở xung ở trong mạch rôto làm cho
mạch điều khiển phức tạp và khó điều chỉnh. Vì vậy, ta thường dùng một điện trở
xung R
x
và một bộ chỉnh lưu có sơ đồ như sau:
Bộ chỉnh lưu CL không cần yêu cầu cao về điện áp, do đó ta chọn sơ đồ
chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển. Sơ đồ nguyên lý như sau:

21
K
R
R
x
U
~
Hình 15. Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh xung điện trở

rôto.
Đ
®tf
R
2
1
=R
Hình 16. Biến thiên điện trở và dòng điện theo thời gian khi
điều chỉnh xung điện trở.
R
K ®ãng
K c¾t
t®
tc
tck
0
t
Imin
Imax
i®
ic
I®
Ic
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Để dựng đặc tính cơ, ta phải tính đổi mạch một chiều với điện trở tương
đương R
tđ
thành mạch xoay chiều ba pha với điện trở R
f
trong mỗi pha, nghĩa là ta

phải quy đổi mạch điện hình 13 thành dạng mạch điện hình 10. Cơ sở để tính đổi
là nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở của hai trường hợp phải bằng nhau.
Đối với sơ đồ hình 13, tại mỗi thời điểm dòng điện I
đ
đều chạy qua hai pha
rôto và mạch điện một chiều. Do đó:
)R+r2.(I.k=)R+r2.(I=P
®t2
2
2
2
cl®t2
2
d
∆
(8)
Trong đó:
K
cl
- hệ số biến đổi phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu, đối với sơ đồ chỉnh lưu
cầu ba pha không điều khiển
23,1=
I
I
=k
2
d
cl
.
Đối với sơ đồ hình 10 ta có:

)R+r.(I3=P
f2
2
2
∆
(9)
Nhiệt lượng tỏa ra trong hai trường hợp là như nhau, do đó, cân bằng
phương trình (8) và (9) ta có:
)R+r.(I3=)R+r2.(I.k=)R+r2.(I=P
f2
2
2®t2
2
2
2
cl®t2
2
d
∆
5,1=23,1=k
22
cl
nên:
(10)
Điều đó có nghĩa là, nếu nối trong mạch một chiều của hình 13 một điện
trở R
tđ
thì đặc tính cơ của động cơ sẽ giống như khi dùng mạch biến trở hình 10
với điện trở phụ mỗi pha là R

f
= 0,5R
tđ
.
 Điện trở tương đương
Ta có thể xác định điện trở tương đương R
tđ
khi điều chỉnh xung một cách
gần đúng trên nguyên tắc đẳng trị nhiệt.
Khi khóa K đóng, điện trở mạch vòng qua hai pha rôto còn là 2r
2
nên dòng
điện rôto tăng, còn khi khóa cắt, giá trị là R+2r
2
nên dòng điện rôto giảm.

22
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Do ảnh hưởng của dây quấn trong động cơ nên mạch điện có tính cảm, do
vậy dòng điện thay đổi theo quy luật hàm mũ như hình 14. Khi khởi động, nó
tăng từ 0 theo một đường răng cưa lũy tiến. Sau một thời gian đủ lớn, đường răng
cưa đó trở nên xác lập và có I
max
, I
min
không thay đổi. Trạng thái này gọi là “tựa
xác lập”.
Khi “tựa xác lập”, phương trình dòng điện là:

dd

T
t
dmin®®
e).I-I(+I=i
( trong khoảng thời gian t
đ
).

dc
T
t
cmaxcc
e).I-I(+I=i
( trong khoảng thời gian t
c
).
Trong đó :
I
dd
, I
đc
- là dòng xác lập ứng với trạng thái đóng và cắt của khóa K;
T
đđ
, T
đc
- là thời gian điện từ đóng và cắt của phần ứng khi khóa K đóng và
cắt.
2
dd

r2
L
=T
;
R+r2
L
=T
2
dc
Vì tần số đóng cắt đủ lớn nên ta có thể coi t
đ
, t
c
<< T
dd
, T
đc
do đó dòng điện
tăng và giảm theo một đường có thể coi là đường thẳng từ I
min
đến I
max
và từ I
max
đến I
min
. Như vậy

trong cả hai khoảng thời gian đóng và cắt đều có một giá trị
dòng trung bình.

)I+I(
2
1
=I
minmaxtb
Nhiệt lượng tỏa ra trong toàn mạch trong cả chu kỳ là :

d2
2
tbc2
2
tb
t.r2.I+t).R+r2(I=A
∆
(11)
Mặt khác, nếu coi trong mạch có một điện trở cố định (R
tđ
+ 2r
2
) nào đó
trong suốt cả chu kỳ thì R
tđ
này phải đảm bảo cho dòng điện trong mạch đúng
bằng I
tb
và cũng sẽ tỏa ra một nhiệt lượng đúng bằng
A
∆


ck2td
2
tb
t)r2+R(I=A
∆
(12)
Trong đó t
ck
= t
đ
+ t
c
.
Cân bằng hai phương trình (11) và (12) ta có :

23
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
ck2®t
2
tb®2
2
tbc2
2
tb
t).r2+R.(I=t.r2.I+t).r2+R.(I
hay:
ck2®t®2®ck2
t)r2+R(=t.r2+)t-t)(r2+R(
nên:
)-1(R=)

t
t
-1(R=R
ck
®
®t
γ
(13)
Trong đó:
Đặt
ck
c
t
t
1
=γ−
- độ rộng của xung điện trở.
Như vậy, điện trở cố định mạch rôto tương đương với điện trở xung theo
quan hệ:
)-1(RR
td
γ=
.
Nếu đã chọn trước giá trị điện trở R, thì giá trị của điện trở tương đương
phụ thuộc vào γ. Thay đổi γ ta sẽ có các giá trị của điện trở tương đương R
tđ
.
Giá trị γ có thể thay đổi từ 0 – 1 bằng ba cách sau:
a. Giữ t
ck

không đổi, thay đổi thời gian đóng khóa t
đ
, gọi là “điều rộng”.
b. Giữ t
đ
không đổi, thay đổi thời gian t
ck
, gọi là “điều tần”.
c. Thay đổi cả t
đ
và t
ck
, gọi là điều “rộng – tần”.
Trong thực tế, người ta thường dùng phương pháp thứ nhất do điều khiển là
đơn giản nhất.
 Lựa chọn khóa K
Một phần tử quan trọng trong sơ đồ điều chỉnh xung điện trở mạch rôto là
khóa K. Như ta thấy trên hình 13, tần số đóng cắt của khóa K ảnh hưởng đến
dòng điện trong mạch rôto và ảnh hưởng đến sự làm việc của động cơ. Khi tần số
càng cao, t
ck
càng nhỏ, dòng điện càng ít mấp mô hơn, do đó động cơ làm việc ổn
định hơn. Tuy nhiên, khi tần số càng cao thì thiết bị làm khóa K càng phải có thời
gian đóng, cắt càng nhỏ, do đó yêu cầu thiết bị tốt hơn, tốn kém hơn. Trong thực
tế, người ta thường đóng khóa K theo tần số trong dải 200 Hz ÷ 2000 Hz.
Với tần số đóng, cắt như vậy, ta không thể dùng các khí cụ cơ hoặc điện-từ-
cơ kiểu rơle- côngtăctơ để làm khóa K. Các thiết bị này có độ tác động nhanh
kém đến mức không thể điều khiển được dòng và tốc, chóng hư hỏng do tác động
ở tần số tương đối cao. Hiện nay, người ta làm khóa K bằng các van bán dẫn như
tiristor hoặc tranzitor.

Tiristor thông thường có các trị số giới hạn cao nhất, chắc chắn, tổn hao
dẫn nhỏ, rẻ tiền nhưng mở chậm và chỉ có thể được khóa khi triệt tiêu dòng điện
tải. Tuy nhiên, với dải tần số 200 Hz ÷ 2000 Hz tiristor thông thường phù hợp
hơn và có thể chịu được điện áp ngược lớn. Tranzitor lưỡng cực thích hợp với dải

24
Hình 18. Sơ đồ mạch động lực của hệ
điều chỉnh xung điện trở rôto.
U=380V


~
§
D
L
R
T
T1
D0 L1
C
i
d
i
g
i
g1
i
T
i
T1

U
T
U
T1
i
2
AP
K
RN
(+)
(_)
u
c
Hình 17. giản đồ các đường cong dòng điện.
t
0
i
i
2.3
i
2.2
i
2.1
i
d
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
tần số 20 KHz ÷ 100 KHz. Tranzitor trường thích hợp với dải tần số cao hơn 100
KHz. Tiristor dễ bảo vệ chống lại các sự cố.
Từ các phân tích trên, với dải tần số 200 Hz ÷ 2000 Hz, ta dùng tiristor làm
khóa K là lựa chọn thích hợp nhất.

Như trong sơ đồ hình 13, dòng điện tải i
d
sau chỉnh lưu cầu là dòng điện
một chiều, với tần số đập mạch
Hz300=f6=f
1m
.
Như trên giản đồ sau, ta thấy, để làm khóa K bằng tiristor ta phải có thêm
tiristor T
1
nữa để khóa tiristor T do tiristor T không thể tự khóa.
Từ các phân tích trên, ta có sơ đồ mạch động lực của hệ điều chỉnh xung
điện trở rôto như sau:

25