tìm hiểu và thiết kế bộ biến tần truyền thống ba pha điều khiển động cơ không đồng bộ theo phương pháp uf = const

LỜI M Ở ĐẦU
Bước sang thế kỷ 21, sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật đã trở
thành nòng cốt của sự tiến bộ xã hội, đặc biệt quan trọng là sự tiến bộ về kinh tế,
nhờ vậy xã hội được thay đổi từng ngày, từng giờ.
Trong những năm gần đây, xu thế công nghiệp hóa đã mang lại nhiều thay
đổi cho đất nước, đặc biệt là lĩnh vực Tự Động Hóa. Công nghệ Tự động hóa
(TĐH) đã mang lại rất nhiều lợi ích cho con người như: tăng năng suất, giảm nhân
công lao động, hạ giá thành sản phẩm. Hơn nữa Tự Động Hóa còn giúp con người
tránh phải làm việc ở môi trường bất lợi hay khó tham gia. Chính vì vậy Tự Động
Hóa ngày càng đóng vai trò quan trọng trong đời sống cũng như trong công
nghiệp.
Trong công nghiệp máy điện không đồng bộ ba pha là loại động cơ chiếm
một tỷ lệ rất lớn so với các loại động cơ khác. Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc
chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ, nguồn cung cấp lấy ngay trên lưới điện, dải
công suất động cơ rất rộng từ vài trăm W đến vài ngàn kW. Tuy nhiên các hệ điều
chỉnh tốc độ dùng động cơ không đồng bộ có tỷ lệ nhỏ hơn so với động cơ một
chiều. Nhưng với sự ra đời và phát triển nhanh của công cụ bán dẫn công suất
như: Điôt, Tranzitor, thyristor …thì các hệ truyền động có điều chỉnh tốc độ dùng
động cơ không đồng bộ mới được khai thác mạnh hơn.
Nội dung đồ án này là tìm hiểu và thiết kế bộ biến tần truyền thống ba pha
điều khiển động cơ không đồng bộ theo phương pháp U/f = const. Từ cơ sở lý
thuyết về động cơ không đồng bộ ba pha, phương pháp điều khiển bằng tần số và
qua tìm hiều khảo sát các bộ biến tần thực tế hiện nay cũng như đánh giá các
phương pháp điều khiển, nội dung của đồ án đã đề xuất ra mô hình biến tần điều


khiển động cơ không đồng bộ ba pha dùng trong các hệ truyền động với giá
thành


thấp, đáp ứng được các yêu cầu cơ bản của thực tế. Do hạn chế về mặt thời gian

nên trong phạm vi đồ án này chỉ dừng lại ở điều khiển vòng hở động cơ không
đồng bộ ba pha và hi vọng đề tài sẽ được tiếp tục phát triển trong tương lai.
Em xin chân thành gởi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô giáo Khoa Điện đã
tận tình dạy dỗ em những kiến thức chuyên môn làm cơ sở để hoàn thành đề tài tốt
nghiệp và đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn tất khóa học.
Đặc biệt em xin gởi lời cảm ơn tới thầy hướng dẫn đã tận tình chỉ bảo, gợi
ý, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện và nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành tốt đề tài này.
Trong quá nghiên cứu, do thời gian và trình độ còn hạn chế nên không tránh
khỏi sai sót, kính mong sự giúp đỡ của các thầy cô để đề tài này được hoàn thiện
hơn.

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ
KHÔNG ĐỒNG BỘ
1.1 KHÁI NIỆM CHUNG:
Động cơ không đồng bộ 3 pha được sử dụng phổ biến trong sản xuất cũng như
trong sinh hoạt. Ngày nay nó được thay thế nhiều cho các động cơ điện chiều, vì
chúng có giá thành rẽ, cấu tạo đơn giản, có thể làm việc trong môi trường khắc
nghiệt, nhiệt độ cao, ăn mòn… hơn nữa, hiện nay việc sử dụng các bộ biến tần đã
mở ra một triển vọng lớn cho các loại động cơ không đồng bộ.
Tuy nhiên động cơ không đồng bộ vẫn còn một số nhược điểm sau:


+ Mômen tỷ lệ với bình phương điện áp, cho nên khi điện áp lưới giảm xuống sẽ
làm cho mômen khởi động và mômen tới hạn giảm xuống rất nhiều.
+ Khe hở không khí nhỏ làm cho độ tin cậy giảm.
+ Khi điện áp lưới tăng dễ sinh tình trạng nóng quá mức đối với stato cũng như
khi điện áp lưới giảm xuống dễ làm rôto nóng quá mức.

CHƯƠNG 2
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH
TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
2.1 CÁC YÊU CẦU ĐẶT RA VỚI VIỆC ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ.
Khi khởi động động cơ trực tiếp từ lưới, dòng điện khởi động rất lớn. Điều này
làm tổn thất công suất lớn trên đường truyền và trong rôto làm nóng động cơ thậm
chí có thể làm hỏng lớp cách điện. Dòng khởi động lớn có thể làm sụt điện áp
nguồn, ảnh hưởng đến các thiết bị khác dùng chung nguồn với động cơ.
Khi chạy không tải, dòng điện chạy trong động cơ chủ yếu là dòng từ hóa, tải
hầu như chỉ có tính cảm. Kết quả là hệ số công suất rất thấp, khoảng 0,1. Khi tải
tăng lên dòng điện bắt đầu tăng. Dòng điện từ hóa duy trì hầu như không đổi trong
suốt quá trình hoạt động từ không tải đến đầy tải. Vì vậy khi tăng tải hệ số công
suất cũng tăng. Khi động cơ làm việc với hệ số công suất nhỏ hơn 1, dòng điện
trong động cơ không hoàn toàn sin. Điêu này cũng làm giảm chất lượng công suất
nguồn, ảnh hưởng đến các thiết bị khác dùng chung nguồn với động cơ.
Trong quá trình làm việc, nhiều lúc cần dừng khẩn hoặc đảo chiều động cơ. Độ
chính xác trong tốc độ, khả năng dừng chính xác, đảo chiều tốt làm tăng năng suất
lao động cũng như chất lượng sản phẩm. Trong các ứng dụng, trước phương pháp
hãm cơ được dùng, lực ma sát giữa phần cơ và má phanh có tác dụng hãm. Tuy
nhiên việc hãm này rất kém hiệu quả và tổn thất nhiệt lớn.
Trong nhiều ứng dụng công suất đầu vào là một hàm phụ thuộc vào tốc độ như
quạt, máy bơm, ở những lọa tải này mômen cản tỷ lệ với bình phương tốc độ, công
suất tỷ lệ với lập phương của tốc độ. Do đó việc điều chỉnh tốc độ này phụ thuộc
váo tải có thể tiết kiệm điện năng. Tính toán cho thấy việc giảm 20% tốc độ động


cơ có thể tiết kiệm được 50% công suất đầu vào mà điều này không thể thực hiện
đối với những động cơ sử dụng trực tiếp điện áp lưới.
Khi lưới điện cấp cho động cơ có hệ số công suất nhỏ hơn đơn vị, dòng điện
trong động cơ có chứa nhiều thành phần bậc cao. Điều này làm tăng tổn thất trong

động cơ dẫn đến làm giảm tuổi thọ của động cơ. Mômen sinh ra bởi động cơ bị gợn
sóng. Các thành phần điều hòa bậc cao có thể loại bỏ khi hoạy động ở tần số cao
bởi tính cảm của động cơ. Nhưng ở tần số thấp động cơ chạy sẽ bị rung ảnh hưởng
đến các vòng đồng của rôto. Động cơ làm việc ở lưới nguồn không ổn định nếu
không được bảo vệ sẽ làm giảm tuổi thọ của động cơ.
Từ những phân tích trên ta thấy rằng cần phải có một hệ điều khiển thông
minh. Với sự phát triển vượt bậc của các thiết bị công suất dẫn đến việc điều khiển
động cơ một cách dễ dàng hơn.
2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ:
2.2.1 Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch
rôto.
Đối với động cơ rôto dây quấn thường điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi
điện trở rôto để thay đổi hệ số trượt s, việc điều chỉnh được thực hiện ở phía rôto.
Phương pháp này còn gọi là phương pháp biến trở.

Hình 2-1: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh điện trở phụ ở mạch rôto


Khi đưa thêm điện trở phụ Rf vào mạch rôto làm cho dòng điện rôto giảm
xuống dần đến tốc độ quay giảm xuống.
Điện trở tổng của mạch rôto sẽ là: R ∑ = Rr+Rf
Trong đó:

Rr là điện trở dây quấn một pha của rôto
Rf là điện trở phụ một pha nối tiếp với rôto

Đặc tính điều chỉnh của động cơ khi thay đổi điện trở mạch rôto như sau:

Hình 2-2: Đặc tính điều chỉnh khi thay đổi điện trở mạch
rôto động cơ KĐB rôto dây quấn

Các đặc tính điều chỉnh phải thỏa' mãn phương trình đặc tính cơ:
2M (1 + aS )

M= S
Sth'

Trong đó:

'

th

Sth'

+

S

'

+ 2aS th

R2
'

S th =

'

(2-1).

th

f

+R

R12  X 2

(2-2).
nm

Mth = Mthtn = Const
a=

R1
R2

.

(2-3).


Giả sử động cơ đang làm việc xác lập với đặc tính tự nhiên có tải là Mc và tốc độ là
σ 1, ứng với điểm làm việc a nên đặc tính điều chỉnh như hình 2-2.

Để điều chỉnh tốc độ ta đóng Rf vào cả 3 pha của rôto, dòng điện và mômen
của động cơ giảm đột biến (bỏ qua quán tính điện từ của động cơ) cho nên điểm
làm việc trên mặt phẳng đặc tính cơ chuyển từ a qua b, tại thời điểm đó mômen của
động cơ nhỏ hơn Mc nên hệ giảm tốc.

Mặc khác vì tốc độ giảm, độ trượt tăng nên suất điện động tăng. Cảm ứng
trong rôto E2= s.E2nm tăng lên, do đó dòng điện và mômen của động cơ lại tăng lên
cho đến khi M=Mc thì hệ xác lập nhưng với tốc độ mới ω2 <ω1 trạng thái này ứng
với điểm a’ trên đặc tính điều chỉnh Rf. Khi điều chỉnh điện trỏ Rf =0 tới Rf =R1 ta
có thể điều chỉnh tốc độ động cơ trong miền nằm giữa đặc tính cơ tự nhiên và đặc
tính cơ của biến trở với Rf=R1.
Nhận xét:
+ Phương pháp này gây tổn hao trong biến trở nên làm hiệu suất động cơ giảm.
Tuy vậy đây là phương pháp khá đơn giản, tốc độ được điều chỉnh khá liên tục
trong phạm vi khá rộng nên được dùng nhiều trong các động cơ công suất cỡ trung
bình.
+ Thao tác đơn giản.
+ Giá thành ban đầu cũng như chi phí bảo trì thấp.
+ Đặc tính cơ dốc khi tốc độ thấp nên nên phương pháp này sẽ cho tốc độ kém
ổn định.
+ Phương pháp không kinh tế vì tổn thất năng lượng lớn.
Ứng dụng đối với các hệ thống làm việc ngắn hạn hay ngắn hạn lặp lại và không
yêu cầu về ổn định tốc độ cao như: máy nâng, cầu trục, thang máy …
2.2.2 Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phương pháp thay đổi số đôi cực.
* Sơ đồ nguyên lý.
Phương pháp thay đổi số đôi cực thường được dùng nhiều nhất cho động cơ
hai cấp tốc độ, có hai cách đấu như sau:


Hình 2-2: Đổi nối dây quấn stato theo sơ đồ ∆ -YY

Hình 2-3: Đổi nối dây quấn stato theo sơ đồ Y-YY
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 nó được
thay đổi bằng hai cách khác nhau. Cách thứ nhất dùng hai tổ nối dây riêng biệt mỗi

tổ có hai số đôi cực riêng, cách thứ hai dùng: dùng một tổ dây quấn stato nhưng
mỗi pha được thành hai đoạn. Thay đổi cách nối giữa hai đoạn đó ta sẽ thay đổi một
đôi cực p. Cách thứ nhất tạo được hai cấp tốc độ bất kỳ không phụ thuộc nhau.
Cách thứ hai có sơ đồ đấu dây phức tạp và có hai cấp tốc độ phụ thuộc nhau.


Khi đổi nối từ ∆  YY: ta có những quan hệ sau: khi đấu ∆ hai đoạn dây stato
đấu nối tiếp nên:
R1 = 2r1 ; X1 = 2X1
Và tương ứng

R2 = 2r2 ; X2 = 2X2 ; Xnm = 2Xnm

(2-4).

Trong đó r1, r2, X1, X2, là các điện trở và các điện kháng mỗi đoạn dây stato và rôto.
Điện áp đặt lên dây quấn mỗi pha là: Uf ∆ = 3U1 .
Do đó:

r

'
R 2∆

Sth ∆ =
R1
2 (X

1

=

') 2
2

X

2

r12

U21 33

M th ∆ =

2 R  R21 R2
0 1

'


nm 

(2-5).

2
+nm

(2-6).

9U 12

=

4ω r ± r2 + X 2 
0
2
nm
1

1
1
1
1
Khi nối YY thì: R1YY = r1 ; X1YY = X1 ; R2YY = r2 ; X2YY = X2
2

2

2

2

(2-7).

Còn điện áp trên dây quấn mỗi pha là: UfYY = U1
R 2'YY

Vì vậy: SthYY =
R

2

1YY

+(X

1YY

3U

MthYY =
2ω
0YY

R


2

+X

'
2YY

)

=

2

r +X
1

=

2
1

± R2

1YY

r2'

+X2

1YY

nmYY




2

= Sth ∆

(2-8).

3U 12

(2-9).

nm

2ω r ± r 2 + X 2 
0
1
nm
1


So sánh hai công thức (2-6) và (2-9) ta thấy:
2
MthYY
=
M th∆
3

(2-10)

Như vậy khi nối ∆ - YY thì tốc độ lý tưởng không tải tăng hai lần, sth giữ
nguyên, mômen tới hạn Mth giảm
Đặc tính cơ của nó có dạng:

1
.
3

Hình 2-2: Các đặc tính cơ điều chỉnh và đặc tính tải cho
phép khi đổi nối dây quấn stato ∆ - YY
Khi đổi nối Y-YY:
r12

MthY =

(2-11).

'

r2

SthY =

2
+nm

3U12

4ω r ± r2 + X 2 
0
1
nm
1

SthY = SthYY ; MthY = 1
MthYY
2

Dạng đặc tính cơ của nó có dạng:

Hình 2-3: Các đặc tính cơ điều chỉnh và đặc tính tải cho
phép khi đổi nối dây quấn stato Y- YY

(2-12).

(2-13).


Nhận xét:
• Ưu điểm của phương pháp thay đổi số đôi cực p là thiết bị đơn giản, giá
thành hạ, các đặc tính cơ đều cứng, khả năng điều chỉnh triệt để. Độ chính
xác duy trì tốc độ cao và tổn thất trượt khi điều chỉnh không đáng kể.
• Nhược điển lớn nhất của phương pháp này là có độ tinh kém (nhảy cấp), dải
điều chỉnh không rộng và kích thước động cơ lớn nên động cơ đa tốc được
chế tạo với công suất dưới 20÷30 kW và được sử dụng trong một số máy cắt
kim loại và nâng bơm ly tâm và của quạt gió.
2.2.3 Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phương pháp thay đổi điện áp đặt vào
động cơ.
a)

Nguyên lý điều chỉnh

Để thay đổi điện áp người ta dùng bộ biến đổi có điện áp ra tùy theo tín hiệu
điều khiển đặt vào.
Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ

Nếu bỏ qua tổng trở của nguồn và không dùng điện trở phụ trong mạch rôto.
Khi điện áp của bộ biến đổi U2 thì ta được họ đặc tính điều chỉnh như hình 2-5.
Khi đó: Độ trượt tới hạn giữ nguyên giá trị:
s th =

'

r2
2
r1 + x n2

(2-14).

Mômen tới hạn tỷ lệ với bình phương điện áp:

Mtu = M tU 2
2

Với

Mt =

(2-15).

2

2ν n1
9, 55

3U 2 r 2 + x2 )
(r +
1

1

n

Trong đó: Mtu: mômen tới hạn của động cơ ứng với điện áp điều chỉnh.
U2: điện áp ra của bộ biến đổi

Hình 2-5: Dạng đặc tính điều chỉnh khi không dùng điện trở
phụ trong mạch rôto.
Để cải thiện dạng đặc tính điều chỉnh và giảm bớt mức phát nóng của động cơ.
Khi dùng động cơ không đồng bộ rôto dây quấn, người ta nối thêm một bộ điện trở
phụ vào mạch rôto như hình (2-4) thì khi đó:


Nếu điện áp đặt vào stato là định mức (U2=U1) thì ta được đặc tính mềm hơn
đặc tính tự nhiên và ta gọi đó là đặc tính giới hạn (đtgh).


Nếu giá trị điện áp đặt vào stator khác với giá trị định mức thì mômen tới hạn
lúc điều chỉnh điện áp Mtu sẽ thay đổi theo tỷ lệ bình phương điện áp, còn độ trượt
tới hạn thì không đổi. nghĩa là:
Mtu = M tU 22
Sth =const
Khi xét đến tổng trở của bộ biến đổi thì việc xác định đặc tính giới hạn có
phức tạp. Khi đó ta xem điện trở rb và điện kháng xb của bộ biến đổi có giá trị cố
định không phụ thuộc vào điện áp U2. Lúc đó:

3U

M t = 2ν n1 
2
(r + r )
+
1
b
9, 55 

2

(2-16).

2

(r1b r )2  (x  x

) 
2

bn



(2-17).

'

r2 + r f

sth =

( r1b r ( x ) 2

bn

x

)2

Ta được phương trình đặc tính cơ: M = 2 M t (1 + σ )
st
r1 +
rb

Với σ =

( r1br ( x ) 2

s

bn

x

+

s

+2σ

st

)2

Dạng đặc tính điều chỉnh trong trường hợp này như hình 2-6.

(2-18).


Hình 2-6: Đặc tính điều chỉnh khi dùng điện trở phụ vào mạch rôto.


b) Phương pháp dùng bộ điều chỉnh điện áp bằng thyristor.
Đây là bộ điều chỉnh được ứng dụng ngày càng nhiều trong điều chỉnh tốc độ
động cơ không đồng bộ vì có nhiều ưu điểm so với bộ biến đổi xoay chiều khác
như dùng biến áp tự ngẫu, dùng khếch đại từ…
Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2-7: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh dùng thyristor
Bộ điều chỉnh thyristor này tương đối đơn giản gồm 6 thyristor. Khi ở trạng
thái xác lập, các thyristor mở ở những góc kích như nhau và không đổi. Khi đó
T1,T3,T5, dẫn ở nữa chu kỳ dương, T2,T4,T6 dẫn ở nữa chu kỳ âm của lưới điện.
Điện áp đặt vào stato của động cơ U2 (điện áp ra của bộ biến đổi) là những
phần đường hình sin trên đồ thị sau:


Hình 2-8: Đồ thị điện áp đầu ra của bộ điều chỉnh thyristor
Giả thiết đường cong trên hình (2-8) là đồ thị điện áp của pha A đưa vào stato của

động cơ qua hai thyristor T1,T4.
Nếu T1 mở ở góc α =0 thì T1 sẽ dẫn cho đến thời điểm ν , do điện áp lưới
dương đặt vào Anot, và sau đó dẫn từ ν đến ν + 6 là nhờ năng lượng điện từ tích
trong dây quấn stator.
Tương tự thyristor T4 dẫn ở nữa chu kỳ âm và góc 6 phụ thuộc vào độ trượt s.
Để dựng đặc tính cơ điều chỉnh ta bỏ qua điện trở của thyristor. Khi thyristor đang
dẫn và các đặc tính điều chỉnh ứng với những góc α khác nhau được vẽ trên hình
(2-9). Vì điện áp phụ thuộc vào góc pha φ nên độ trượt tới hạn của các đặc tính điều
chỉnh có thể khác với độ trượt st.

Hình 2-9: Các đặc tính điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ
dùng bộ điều khiển thyristor


* Nhận xét và ứng dụng:
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi
điện áp nguồn được sử dụng rộng rãi, nhất là bộ điều chỉnh dùng thyristor vì thực
hiện dễ dàng và tự động hóa. Xét về chỉ tiêu năng lượng tuy tổn thất trong bộ biến
đổi không đáng kể nhưng điện áp stator bị biến dạng so với hình sin nên tổn thất
phụ trong động cơ lớn do đó hiệu suất không cao.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp thường
dùng trong hệ truyền động mà mômen tải là hàm tăng theo tốc độ như: quạt thông
gió, máy li tâm …
2.2.4 Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phương pháp thay đổi tần số:
Như ta đã biết, tốc độ đồng bộ của động cơ phụ thuộc vào tần số nguồn và số
đôi cực theo công thức:
σ0 =

2ν f1
p

Mà ta lại có tốc độ của rôto động cơ quan hệ với tốc độ đồng bộ theo công
thức:
σ = σ0 (1− s)

Do đó bằng việc điều chỉnh tần số f1 hoặc thay đổi số đôi cực từ có thể điều
chỉnh được tốc độ của động cơ không đồng bộ. Khi động cơ đã được chế tạo thì số
đôi cực từ không thể thay đổi được do đó chỉ có thể thay đổi tần số nguồn f1. Bằng
cách thay đổi tần số nguồn f1 có thể điều chỉnh được tốc độ của động cơ. Nhưng khi
tần số giảm thì trở kháng của động cơ giảm theo (X=2πfL). Kết quả làm cho dòng
điện và từ thông của động cơ tăng lên. Nếu điện áp nguồn cấp không đổi sẽ làm cho
mạch từ bị lão hóa và động cơ không làm việc ở chế độ tối ưu, không phát huy
được hết công suất. Vì vậy người ta đặt ra vấn đề là thay đổi tần số cần có một luật
điều khiển nào đó sao cho từ thông của động cơ không đổi, từ thông này có thể là từ
thông stator Φ1, từ thông của rôto Φ2, hoặc từ thông của tổng mạch từ Φµ.

Vì


mômen động cơ tỷ lệ với từ thông trong khe hở từ trường nên việc giữ cho từ thông
không đổi cũng như giữ cho mômen không đổi. Có thể kể ra các luật điều khiển
sau:
+ Luật U/f không đổi ; U/f =const
+ Luật dòng điện không tải không đổi.I0=const.
+ Luật hệ số quá tải không đổi. λ=Mth/Mc =const
+ Luật điều khiển dòng stato theo hàm số của độ sụt tốc. I1=f(∆ω)
* Phương thức điều khiển U/f =const
Suất điện động của cuộn dây stator E1 tỷ lệ với từ thông Φ1và tần số f1 theo
•

biểu thức:

•

•

•

E = K Φ1 f1 = U − IZ1

(2-19)

Từ công thức trên nếu bỏ qua sụt áp trên tổng trở stator Z1 ta có E1≈U1 do đó:
Φ1 = K

U1
f1

Như vậy để giữ từ thông không đổi ta cần giữ tỷ số U 1/f1 không đổi. Trong
phương pháp U/f =const thì tỷ số U1/f1 được giữ không đổi và bằng tỷ số này ở định
mức. Cần lưu ý khi mômen tải tăng, dòng động cơ tăng làm sụt áp trên điện trở
stator dẫn đến E1 giảm, nghĩa là từ thông động cơ giảm. Do đó động cơ không hoàn
toàn làm việc ở chế độ từ thông không đổi.
Ta có công thức tính mômen của động cơ như sau:
M =

2

'

' 1

2

3U R / s

σ  (r + R2 ) 2 + ( X + X ' ) 2 
0  1
1
2

s



Và mômen tới hạn:

(2-20)


Mth

2

3U

(2-21)

1
=

R 2 ( X  X
' )2
12
2σ (R + 1
0
 1




Khi hoạt động ở định mức:
Mdm

3U
=

2

'

R /s

1dm

(2-22)

2

'

σ  (r X+R 2 )2 + (
0dm  1

'
+X
2 dm

1dm

)

2

s 



Mthdm

3U

2

=
R 2 ( X
2σ (R + 1
0 dm
 1

Ta có công thức:




a=

(2-23)

1dm

X

)2 

'
1dm2 dm



f
f

1
dm

Với f1 là tần số làm việc của động cơ, fđm là tần số định mức.
Theo luật U/f =const:

Ta thu được:

f1
U1 U1dm
U
=a
=
⇒ 1 =
f1
f1dm
f1dm
U1dm

U1=aU1đm
f1=af1đm

Phân tích tương tự ta cũng thu được ω0=aω0đm, X1=aX1đm, X’2=a X

'
2
dm

. thay các

giá trị trên vào (2-20) và (2-21) ta được công thức tính mômen và mômen tới hạn
của động cơ ở tần số khác định mức:


3
M=


U



R

2
1dm
'

'2

a.s





ωo  R 1 R 2 2
(
+
) + (X + X ' )2 
 a
1
2
a.s

M th =

3

2ω R
o

a

(2-24)

(2-25)

2
U 1dm
2

 R 1  (X  X '
1

1
a
+ 

2

)2


Dựa trên công thức trên ta thấy các giá trị X1 và X 2' phụ thuộc vào tần số trong
khi R1 lại là hằng số. Như vậy khi hoạt động ở tần số cao giá trị X 1+ X 2' >>R1/a, sụt
áp trên R1 rất nhỏ nên giá trị E suy giảm rất ít dẫn đến từ thông được giữ gần như
không đổi. Mômen cực đại của động cơ gần như không đổi.
Tuy nhiên khi hoạt động ở tần số thấp thì giá trị điện trở R 1/a sẽ tương đối lớn

so với giá trị (X1+ X 2' ) dẫn đến sụt áp nhiều trên điện trở stato khi mômen tải lớn.
Điều này làm cho E bị giảm, dẫn đến suy giảm từ thông mômen cực đại.
Để bù lại sự suy giảm từ thông ở tần số thấp, ta sẽ cấp thêm cho động cơ điện
một điện áp một chiều U0 để từ thông của động cơ định mức khi f = 0 từ đó ta có
quan hệ sau:

U1=U0+Kf1

Với K là một hằng số được chọn sao cho giá trị U 1 cấp cho động cơ U=Uđm tại
f=fđm. Khi a>1 (f>fđm) điện áp được giữ không đổi và bằng định mức. Khi đó động
cơ hoạt động ở chế độ suy giảm từ thông. Sau đây là đồ thị biểu diễn mối quan hệ
giữa mômen và điện áp theo tần số trong phương pháp điều khiển U/f=const.

Hình 2-10: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa mômen và tần số
theo quy luật điều khiển U/f=const


Từ hình (2-10) ta có nhận xét sau:
- Dòng điện khởi động yêu cầu thấp hơn.
-

Vùng làm việc ổn định của động cơ tăng lên. Thay vì chỉ làm việc ở tốc độ
định mức, động cơ có thể làm việc từ 5% của tốc độ đồng bộ đến tốc độ định
mức. Mômen tạo ra bởi động cơ có thể duy trì trong vùng làm việc này.

-

Có thể điều khiển động cơ ở tần số lớn hơn tần số định mức bằng cách tiếp tục
tăng tần số. Tuy nhiên do điện áp đặt không thể tăng trên điện áp định mức.
Do đó chỉ có thể tăng tần số dẫn đến mômen giảm. Ở vùng trên vận tốc cơ bản

các hệ số ảnh hưởng đến mômen trở nên phức tạp.

-

Việc tăng tốc và giảm tốc có thể thực hiện bằng cách điều khiển sự thay đổi
của tần số theo thời gian.

2.2.5 Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phương pháp cuộn kháng bão hòa:
Cuộn kháng bão hòa là thiết bị điện từ có trị số điện kháng có thể biến đổi
được, về mặt cấu tạo cuộn kháng gồm ba bộ phận chính:
* Lõi sắt: được chia thành hai lõi giống nhau, để khử ảnh hưởng của từ thông xoay
chiều đối với cuộn một chiều.
* Cuộn làm việc Wlv được nối tiếp với phụ tải zpt, cuộn làm việc có điện kháng thay
đổi được.
* Cuộn khống chế Wkc:
Cuộn kháng có ba đến bốn cuộn khống chế. Trong đó có một cuộn khống chế
chủ đạo, các cuộn còn lại dùng làm phản hồi trong hệ thống truyền động. Quấn lên
hai lõi sắt được đặt vào điện áp một chiều tạo ra dòng khống chế Ikc.
Để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cuộn kháng bão hòa, người
ta dùng cuộn kháng bão hòa ba pha hoặc cuộn kháng bão hòa một pha có điều
khiển đồng thời, mắc ở mạch stato hay rôto theo sơ đồ nguyên lý:


Hình 2-11: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ
động cơ bằng cuộn kháng bão hòa.
a) mắc ở mạch stato
b) mắc ở mạch rôto.
Ta thấy cả hai trường hợp khi mắc vào mạch rôto hay stato đều có chung một
ý nghĩa là đưa thêm vào mạch của động cơ một điện kháng X dk làm cho mômen tới
hạn và độ trượt tới hạn giảm nhỏ theo phương trình sau:

3U

2

Mt =
2ν n1
n + Xck )
9, 55( X

Sth

Trong đó:

=

±r

1

'

2

Xn + X ck

U1 là điện áp pha của lưới đặt vào động
cơ Xck điện kháng của cuộn kháng bão
hòa.

(2-26).

(2-27).