Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ cho thang máy sử dụng plc kết nối biến tần

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
..

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

PHẠM VĂN TUYÊN

NGHIÊN CỨU HỆ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ CHO
THANG MÁY SỬ DỤNG PLC KẾT NỐI BIẾN TẦN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

THÁI NGUYÊN, 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

PHẠM VĂN TUYÊN

NGHIÊN CỨU HỆ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ CHO
THANG MÁY SỬ DỤNG PLC KẾT NỐI BIẾN TẦN
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số: 60520216

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. NGUYỄN HIỀN TRUNG

THÁI NGUYÊN, 2015

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

i

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Phạm Văn Tuyên
Sinh ngày: 14 tháng 10 năm 1974
Học viên lớp cao học khóa K15 - Tự động hóa - Trƣờng Đại Học Kỹ Thuật Công
Nghiệp - Đại Học Thái Nguyên.
Hiện đang công tác tại: Trƣờng Cao đẳng nghề Việt – Đức Vĩnh phúc
Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu nêu trong
luận văn là trung thực. Những kết luận khoa học của luận văn chƣa từng đƣợc ai cơng
bố trong bất kỳ cơng trình nào. Mọi thơng tin trích dẫn trong luận văn đều chỉ rõ nguồn
gốc.
HỌC VIÊN

Phạm Văn Tuyên


ii

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện luận văn, tác giả đã nhận đƣợc sự quan tâm rất lớn của
nhà trƣờng, các khoa, phịng ban chức năng, các thầy cơ giáo và đồng nghiệp.
Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành nhất đến TS. Nguyễn Hiền Trung, trƣờng
Đại học Kỹ thuật Cơng nghiêp đã tận tình hƣớng dẫn trong quá trình thực hiện luận
văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô giáo ở Trung tâm Thí nghiệm,
phịng thí nghiệm Khoa Điện tử – Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã giúp đỡ và
tạo điều kiện để tác giả hồn thành thí nghiệm trong điều kiện tốt nhất.
Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trƣờng Cao đẳng nghề Việt –
Đức Vĩnh phúc đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận văn.
Mặc dù đã rất cố gắng, song do trình độ và kinh nghiệm cịn hạn chế nên có thể
luận văn cịn những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp từ các
thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn đƣợc hồn thiện và có ý nghĩa hơn
trong thực tế.
HỌC VIÊN

Phạm Văn Tuyên


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...............................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................... ii
MỤC LỤC ........................................................................................................................ iii
DANH MỤC HÌNH VẼ .....................................................................................................v
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................................................. 1

3. Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................................................ 1
4. Ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn của đề tài ...................................................................... 2

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA VÀ CÁC
PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ .....................................................3
1.1. Tổng quan về động cơ KĐB 3 pha .................................................................................. 3
1.1.1.
Khái niệm chung về động cơ KĐB ........................................................................ 3
1.1.2.
Cấu tạo động cơ KĐB ............................................................................................ 5
1.1.3.
Nguyên lý làm việc của động cơ KĐB 3 pha......................................................... 7
1.2. Các phƣơng pháp điều khiển tốc độ động cơ KĐB ......................................................... 9
1.2.1
Thay đổi tần số nguồn điện cung cấp f1 ............................................................... 10
1.2.2
Thay đổi số đôi cực .............................................................................................. 12
1.2.3
Thay đổi điện áp nguồn cung cấp ........................................................................ 14
1.2.4
Thay đỗi điện trở mạch rôto ................................................................................. 14
1.2.5
Thay đổi điện áp mạch rôto.................................................................................. 15
1.3. Điều khiển véc tơ động cơ KĐB ................................................................................... 17
1.4. Lựa chọn phƣơng pháp điều khiển động cơ KĐB cho hệ truyền động thang máy ....... 19
1.5. Kết luận chƣơng 1 ......................................................................................................... 19

CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH TỐN HỌC VÀ PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU
KHIỂN VÉCTƠ ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA ......................................................................21
2.1. Mơ tả tốn học động cơ KĐB ba pha ............................................................................ 21

2.2. Phép biến đổi tuyến tính khơng gian véc tơ .................................................................. 23
2.3. Hệ phƣơng trình cơ bản của động cơ trong không gian véc tơ ..................................... 25
2.3.1.
Phƣơng trình trạng thái tĩnh trên hệ toạ độ cố định ........................................ 26
2.3.2.
Phƣơng trình trạng thái trên hệ toạ độ tựa theo từ thông rôto dq : ....................... 30
2.4. Cấu trúc hệ thống điều khiển véc tơ động cơ KĐB....................................................... 34
2.5. Các phƣơng pháp điều khiển véc tơ .............................................................................. 36
2.5.1.
Điều khiển véc tơ gián tiếp .................................................................................. 36
2.5.2.
Điều khiển véc tơ trực tiếp theo từ thông rôto ..................................................... 37
2.6. Tổng hợp các bộ điều chỉnh .......................................................................................... 43
2.6.1.
Tổng hợp hệ theo hàm chuẩn ............................................................................... 43
2.6.2.
Tuyến tính hố mơ hình động cơ ......................................................................... 45


iv
2.6.3.

Tổng hợp R isq và R .......................................................................................... 46

2.6.4.
Tổng hợp Risd ....................................................................................................... 49
2.7. Bộ quan sát từ thông ...................................................................................................... 50
2.8. Kết luận chƣơng 2 ......................................................................................................... 57

CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VECTƠ ĐỘNG

CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ KHÔNG DÙNG CẢM BIẾN TỐC ĐỘ - MÔ PHỎNG TRÊN
MATLAB/SIMULINK ....................................................................................................58
3.1. Sơ đồ hệ thống điều khiển véc tơ không dùng cảm biến tốc độ .................................... 58
3.2. Đánh giá ổn định của khâu tính tốn tốc độ .................................................................. 61
3.3. Mơ phỏng bộ điều khiển véc tơ trên Matlab/Simulink.................................................. 63
3.3.1.
Tính tốn các thông số động cơ ........................................................................... 63
3.3.2.
Thử nghiệm với bộ điều chỉnh dòng Risd ............................................................. 65
3.3.3.
Thử nghiệm với bộ điều chỉnh dòng Risq ........................................................... 66
3.3.4.
Thử nghiệm với bộ điều chỉnh tốc độ .................................................................. 67
3.3.5.
Mơ phỏng mơ hình hệ thống trên toạ độ dq ........................................................ 69
3.3.6.
Mơ hình tồn bộ hệ thống khơng dùng cảm biến tốc độ ...................................... 71
3.4. Kết luận chƣơng 3 ......................................................................................................... 80

CHƢƠNG 4: THỰC NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ TRÊN MƠ HÌNH
THANG MÁY SỬ DỤNG PLC KẾT NỐI BIẾN TẦN ..................................................81
4.1. Cấu tạo mơ hình thang máy sử dụng PLC kết nối biến tần điều khiển động cơ KĐB ..... 81
4.2. Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển ............................................................................................. 82
4.3. Kết quả thực nghiệm ......................................................................................................... 83
4.4. Kết luận chƣơng 4 ............................................................................................................. 84

KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .........................................................85
1. Kết luận ................................................................................................................................ 85
2. Hƣớng phát triển .................................................................................................................. 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................86
PHỤ LỤC .........................................................................................................................87


v

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1. Động cơ KĐB 3 pha ...................................................................................................... 3
Hình 1-2. Cấu tạo động cơ KĐB 3 pha ......................................................................................... 5
Hình 1-3. Lá thép stato và rơto: 1- Lá thép stato, 2- Rãnh, 3- Răng, 4- Lá thép rôto ................... 6
Hình 1-4. Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB a) Khi mô men cản không đối, b)Khi mô men cản
thay đổi .......................................................................................................................................... 9
Hình 1-5. Đặc tính cơ khi điều chỉnh tần số theo nguyên lý: f1>f2>f3 ........................................ 12
Hình 1-6. Cách đổi nối cuộn dây: a) Mắc nối tiếp, số đôi cực là p. b) Mắc song song, số đôi cực
là p/2, c) Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi số đơi cực ......................................................... 12
Hình 1-7. Đổi nối cuộn dây a) Y

YY, b) ∆

YY ................................................................... 13

Hình 1-8. Đặc tính cơ của động cơ KĐB dây quấn khi thay đổi điện trở rơto ............................ 15
Hình 1-9. Sơ đồ tƣơng đƣơng mạch rôto khi đƣa thêm sđđ vào: a)mạch thực, b)c) mạch tƣơng
đƣơng đƣa về tần số f1 ................................................................................................................. 17
Hình 1-10. Sự tƣơng tự giữa điều khiển động cơ một chiều và điều khiển véc tơ ...................... 18
Hình 1-11. Điều khiển độc lập hai thành phần dịng điện: mơ men và kích từ ........................... 18
Hình 1-12. Các đƣờng cong biểu diễn sự phụ thuộc của quãng đƣờng S, tốc độ v, gia tốc a và
độ giật theo thời gian ................................................................................................................ 19
Hình 2-1. Tƣơng quan giữa hệ toạ độ

Hình 2-2. Cuộn dây 3 pha nhìn trên

và toạ độ ba pha a, b, c ............................................. 23
...................................................................................... 24

Hình 2-3. Chuyển sang hệ toạ độ quay bất kỳ............................................................................. 24
Hình 2-4. Các đại lƣợng is ,

r

của động cơ trên các hệ toạ độ ................................................... 24

Hình 2-5. Mơ hình động cơ trên hệ toạ độ cố định

................................................................ 28

Hình 2-6. Mơ hình động cơ dạng ma trận ................................................................................... 30
Hình 2-7. Mơ hình động cơ dạng các phần tử ma trận ................................................................ 30
Hình 2-8. Mơ hình động cơ trên hệ toạ độ quay dq ................................................................... 32
Hình 2-9. Mơ hình động cơ KĐB trên toạ độ dq theo dạng véc tơ ............................................ 34
Hình 2-10. Mơ hình điều khiển động cơ một chiều. ................................................................... 34
Hình 2-11. Tƣ tƣởng điều khiển động cơ KĐB........................................................................... 34
Hình 2-12. Sơ đồ hệ thống điều chỉnh dòng điện và tốc độ của động cơ trên dq ...................... 35
Hình 2-13. Đồ thị góc pha của phƣơng pháp điều khiển véc tơ gián tiếp ................................... 36
Hình 2-14. Sơ đồ tính tốn góc quay từ trƣờng theo phƣơng pháp gián tiếp .............................. 37
Hình 2-15. Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển véc tơ trực tiếp sử dụng cảm biến Hall đo

r

38

Hình 2-16. Hệ thống điều khiển sử dụng cảm biến Hall đo từ thơng rơto .................................. 40
Hình 2-17. Sơ đồ khối tính tốn .................................................................................................. 40


vi
Hình 2-18. Tính tốn từ thơng rơto theo mơ hình động cơ trên
Hình 2-19. Tính tốn

r

............................................ 41

theo mơ hình quan sát.......................................................................... 42

Hình 2-20. Mơ hình điều khiển véc tơ kiểu trực tiếp lấy s từ bộ quan sát ................................ 43
Hình 2-21. Cấu trúc tổng quát một hệ điều chỉnh ....................................................................... 43
Hình 2-22. Đặc tính q độ của hệ thống .................................................................................... 44
Hình 2-23. Đặc tính tần của hàm truyền kín tối ƣu .................................................................... 44
Hình 2-24. Sơ đồ mơ tả động cơ trên hệ toạ độ dq đã tuyến tính hố quanh điểm làm việc ..... 46
Hình 2-25. Sơ đồ cấu trúc khi

r

= const .................................................................................... 47

Hình 2-26. Mơ hình sau khi đã biến đổi ...................................................................................... 47
Hình 2-27. Tổng hợp các mạch vịng dịng điện và tốc độ.......................................................... 48
Hình 2-28. Nhánh kích từ của mơ hình động cơ trên hệ toạ độ dq ............................................ 50
Hình 2-29. Biến đổi nhánh kích từ .............................................................................................. 50

Hình 2-30. Mơ hình tổng qt bộ quan sát từ thơng rơto ............................................................ 53
Hình 2-31. Mơ hình dịng điện stato và từ thơng rơto trong bộ quan sát .................................... 53
Hình 3-1. Hệ thống điều khiển không sử dụng cảm biến tốc độ. ................................................ 58
Hình 3-2. Mơ hình hệ thống kơng dùng cảm biến tốc độ ở dạng véc tơ. .................................... 61
Hình 3-3. Cấu trúc khối tính tốc độ ............................................................................................. 61
Hình 3-4. Sơ đồ mô phỏng trong Simulink kiểm nghiệm bộ điều chỉnh dịng Risd .................... 65
Hình 3-5. Đồ thị dịng isd với giá trị cuối của hàm Step là 5 ...................................................... 66
Hình 3-6. Kiểm nghiệm bộ điều chỉnh Risq ................................................................................ 66
Hình 3-7. Đồ thị dòng isq với giá trị cuối của hàm step là 10...................................................... 67
Hình 3-8. Mơ hình Simulink kiểm tra bộ điều chỉnh tốc độ R .................................................. 67
Hình 3-9. Dịng isq và tốc độ
Hình 3-10. Dịng isq và tốc độ

khi khơng tải ............................................................................. 68
khi có tải................................................................................ 68

Hình 3-11. Kiểm nghiệm các bộ điều chỉnh trên mơ hình động cơ ............................................ 69
Hình 3-12. Mơ hình động cơ trên toạ độ dq ............................................................................... 69
Hình 3-13. Đồ thị các dịng điện và tốc độ của động cơ với bộ điều chỉnh đã chọn khi khơng tải
..................................................................................................................................................... 70
Hình 3-14. Đồ thị khi có tải ......................................................................................................... 70
Hình 3-15. Hệ thống điều khiển động cơ khơng dùng cảm biến tốc độ ...................................... 71
Hình 3-16. Sơ đồ tổng qt khối tính các thơng số is,

r

và ..................................................... 72

Hình 3-17. Sơ đồ khối của khâu quan sát .................................................................................... 72
Hình 3-18. Cách lập khối tính tích ma trận AX .......................................................................... 73

Hình 3-19. Khối tính tích A12

r .................................................................................................. 74


vii
Hình 3-20. Khối tính tích A22

r .................................................................................................. 74

Hình 3-21. Khối tính tích Gis ...................................................................................................... 75
Hình 3-22. Tính các phần tử của ma trận G ................................................................................ 75
Hình 3-23. Sơ đồ cấu trúc khối tính tốc độ ................................................................................. 76
Hình 3-24. Sơ đồ khối tính từ thơng rơto .................................................................................... 76
Hình 3-25. Mạch chuyển đổi

dq và dq

............................................................... 77

Hình 3-26. Đồ thị so sánh tốc độ thực tế và tính tốn khi khơng tải ........................................... 78
Hình 3-27. Đồ thị so sánh tốc độ thực tế và tính tốn khi có tải ................................................. 78
Hình 3-28. Sai lệch dịng is ....................................................................................................... 79
Hình 3-29. Sai lệch dịng is ....................................................................................................... 79
Hình 4-1. Mơ hình thang máy thực nghiệm ................................................................................ 81
Hình 4-2. Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển thang máy sử dụng PLC - Biến tần điều khiển động cơ
nâng hạ ........................................................................................................................................ 82


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong sản xuất công nghiệp hiện đại, để nâng cao năng suất, hiệu suất sử dụng của
máy, nâng cao chất lƣợng sản phẩm và các phƣơng pháp tự động hóa dây chuyền sản
xuất thì hệ thống truyền động điện có điều chỉnh tốc độ là khơng thể thiếu. Trong đó
động cơ điện khơng đồng bộ (KĐB) chiếm tỉ lệ lớn trong công nghiệp, do nó có nhiều
ƣu điểm nổi bật nhƣ: giá thành thấp, dễ sử dụng, bảo quản đơn giản, chi phí vận hành
thấp…
Mặt khác, những năm gần đây do tốc độ đô thị hóa diễn ra nhanh chóng, đặc biệt
là tại các thành phố lớn với sự xuất hiện ngày càng nhiều các tòa nhà cao tầng để phục
vụ chỗ ở và chỗ làm việc của con ngƣời khiến nhu cầu sử dụng thang máy ngày càng trở
nên bức thiết, vì nó mang lại sự tiện lợi và vẻ sang trọng cho các tịa nhà cao tầng. Điều
đó cũng đặt ra cho các kỹ sƣ và nhà sản xuất thang máy ngày nay càng phải nâng cao,
cải tiến chất lƣợng hệ thống truyền động thang máy.
Với sự phát triển của lý thuyết điều khiển tự động cho phép xây dựng các bộ điều
khiển tốc độ động cơ với chất lƣợng cao. Các bộ điều khiển này có thể đƣợc thiết kế và
lập trình trên các bộ điều khiển nhƣ PLC kết nối biến tần điều khiển tốc độ động cơ.
Trên đây là lý do tác giả chọn đề tài: "Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ
cho thang máy sử dụng PLC kết nối biến tần".
2. Mục đích nghiên cứu
Đề tài có mục đích nghiên cứu là: Thiết kế bộ điều khiển véc tơ để điều khiển tốc
độ động cơ KĐB 3 pha ứng dụng vào hệ thống thang máy sử dụng PLC kết nối biến tần.
3. Đối tƣợng nghiên cứu
- Động cơ KĐB 3 pha.
- Nghiên cứu các phƣơng pháp điều khiển động cơ KĐB 3 pha.
- Nghiên cứu điều khiển véc tơ không cảm biến tốc độ động cơ KĐB 3 pha.
- Thực hiện mô phỏng bộ điều khiển véc tơ không cảm biến tốc độ động cơ KĐB 3
pha trên phần mềm Matlab/Simulink.
- Thực nghiệm trên mơ hình thang máy tại phịng thí nghiệm trƣờng Đại học Kỹ

thuật Công nghiệp.


2
4. Ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học: Đề tài nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển véc tơ không cảm biến
tốc độ động cơ KĐB 3 pha. Mô phỏng trên Matlab/Simulink và kiểm chứng trên mơ
hình thực.
Ý nghĩa thực tiễn: Ứng dụng vào hệ thống thang máy sử dụng PLC kết nối biến tần
để nâng cao chất lƣợng nâng hạ trong hoạt động của thang máy.


3
1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA

VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
Equation Chapter 1 Section 1
1.1. Tổng quan về động cơ KĐB 3 pha
1.1.1.

Khái niệm chung về động cơ KĐB

a. Mục đích và phạm vi sử dụng
Động cơ điện KĐB là máy điện xoay chiều hai dây quấn và chỉ có cuộn dây phía
sơ cấp nhận điện từ lƣới điện với tần số khơng đổi ( w1 ) cịn cuộn dây thứ cấp đƣợc nối
tắt lại hay đƣợc khép kín trên điện trở. Dòng điện trong dây quấn thứ cấp đƣợc sinh ra
nhờ cảm ứng điện từ. Tần số w2 là một hàm của tốc độ góc của rơto mà tốc độ này phụ
thuộc vào mô men quay ở trên trục.

Hình 1-1. Động cơ KĐB 3 pha

Ngƣời ta thƣờng dùng loại động cơ phổ biến nhất là động cơ KĐB có dây quấn
stator là dây quấn 3 pha đối xứng có cực tính xen kẽ, lấy điện từ lƣới điện xoay chiều và
dây quấn rôto 3 pha hoặc nhiều pha đối xứng có cực tính xen kẽ.
b. Phân loại
Theo số pha trên dây quấn stator có thể chia làm các loại: Một pha, hai pha và ba
pha. Phần lớn máy điện KĐB 3 pha có cơng suất từ một vài W tới vài MW, có điện áp
từ 100 V đến 6000 V.
Căn cứ vào cách thực hiện rôto, ngƣời ta phân biệt 2 loại: loại có rơto ngắn mạch
và loại rôto dây quấn. Cuộn dây rôto dây quấn là cuộn dây cách điện, thực hiện theo
nguyên lý của cuộn dây dịng xoay chiều.
Cuộn dây rơto ngắn mạch gồm một lồng bằng nhôm đặt trong các rãnh của mạch
từ rôto, cuộn dây ngắn mạch là cuộn dây nhiều pha có số pha bằng số rãnh. Động cơ
rơto ngắn mạch có cấu tạo đơn giản và rẻ tiền, cịn động cơ rơto dây quấn đắt hơn, nặng
hơn nhƣng có tính năng tốt hơn, do có thể tạo các hệ thống khởi động và điều chỉnh.


4
Động cơ rơto lồng sóc có mơ men mở máy khá lớn, tuy nhiên bên cạnh những ƣu điểm
trên chúng có những nhƣợc điểm sau:
Khó điều chỉnh tốc độ bằng phẳng trong phạm vi rộng, cần dòng điện mở máy từ
lƣới lớn (5 đến 7 lần Iđm) và hệ số công suất của loại này thấp. Để bổ khuyết cho nhƣợc
điểm này, ngƣời ta chế tạo động cơ KĐB rôto lồng sóc nhiều tốc độ và dùng rơto rãnh
sâu lồng sóc kép để hạ dịng điện khởi động, đồng thời mô men khởi động cũng đƣợc
tăng lên.
Với động cơ rôto dây quấn (hay động cơ vành trƣợt) thì loại trừ đƣợc những nhƣợc
điểm trên nhƣng làm cho kết cấu rôto phức tạp, nên khó chế tạo và đắt tiền hơn động cơ
KĐB rơto lồng sóc (khoảng 1,5 lần). Do đó động cơ KĐB rôto dây quấn chỉ đƣợc sử
dụng trong điều kiện mở máy nặng nề, cũng nhƣ khi cần phải điều chỉnh bằng phẳng
tốc độ quay. Động cơ loại này đôi khi đƣợc dùng để nối cấp với các máy khác. Nối cấp

máy KĐB cho phép điều chỉnh tốc độ quay một cách bằng phẳng trong phạm vi rộng
với hệ số công suất cao. Nhƣng do giá thành cao nên không thông dụng. Trong động cơ
KĐB rôto dây quấn các pha dây quấn rơto nối hình sao và các đầu ra của chúng đƣợc
nối với 3 vành trƣợt. Nhờ các chổi điện tiếp xúc với vành trƣợt nên có thế đƣa điện trở
phụ vào trong mạch rôto đế thay đổi đặc tính làm việc của máy.
Theo kết cấu của động cơ KĐB có thể chia ra các kiểu: kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu
kín, kiểu phịng nổ...
c. Thơng số kỹ thuật
Công suất do động cơ sinh ra Pđm = P2đm
Tần số lƣới: f1
Điện áp dây quấn stato: U1đm
Dòng điện dây quấn stato: I1đm
Tốc độ quay Rôto: nđm
Hệ số công suất: cos
Hiệu suất:

đm

dm

Ngoài ra động cơ KĐB do các nhà máy chế tạo ra phải làm việc trong những điều
kiện nhất định với những số liệu xác định gọi là số liệu định mức. Những số liệu định
mức của động cơ KĐB đƣợc ghi trên nhãn và đƣợc gắn trên thân máy.
Nếu dây quấn 3 pha stato có đƣa ra các đầu ra ở cuối pha để có thể đấu thành hình
sao hay tam giác thì điện áp dây và dịng điện dây với mỗi một cách đấu có thể (Y/ )
đƣợc ghi dƣới dạng phân số ( U dY / U d ) và ( I dY / I d ). Các số liệu định mức của động cơ
KĐB biến đổi trong phạm vi rất rộng. Công suất định mức đến hàng chục nghìn kW.


5

Tốc độ quay đồng bộ định mức ndm

60 f / p với tần số lƣới 50 Hz thì nđm từ (300 đến

500 vòng/phút) trong những trƣờng hợp đặc biệt còn lớn hơn nữa (tốc độ quay định mức
của rôto thƣờng nhỏ thì tốt hơn tốc độ quay đồng bộ 2% - 5% trong các động cơ nhỏ thì
tới 5% - 20%. Điện áp định mức từ 24 V đến 10 V (trị số lớn ứng với công suất lớn).
1.1.2.

Cấu tạo động cơ KĐB

Máy điện quay nói riêng và máy điện KĐB nói riêng gồm 2 phần cơ bản: phần
quay (rơto) và phần tĩnh (stato). Giữa phần tĩnh và phần quay là khe hở khơng khí. Dƣới
đây chúng ta nghiên cứu từng phần riêng biệt.

Hình 1-2. Cấu tạo động cơ KĐB 3 pha

a. Cấu tạo của stato
Stato gồm 2 phần cơ bản là mạch từ và mạch điện.


6

Hình 1-3. Lá thép stato và rơto: 1- Lá thép stato, 2- Rãnh, 3- Răng, 4- Lá thép rôto

- Mạch từ: Mạch từ của stato đƣợc ghép bằng các lá thép điện kỹ thuật có chiều
dày khoảng 0,3 ÷ 0,5mm, đƣợc cách điện 2 mặt để chống dịng Fucơ. Lá thép stato có
dạng hình vành khăn (hình 1-3), phía trong đƣợc đục các rãnh, đế giảm dao động từ
thông, số rãnh stato và rôto không đƣợc bằng nhau.
Ở những máy có cơng suất lớn, lõi thép đƣợc chia thành từng phần (section) nhằm

tăng khả năng làm mát của mạch từ. Các lá thép đƣợc ghép lại với nhau thành hình trụ.
Mạch từ đƣợc đặt trong vỏ máy. vỏ máy đƣợc làm bằng gang đúc hay thép. Đe tăng diện
tích tản nhiệt, trên vỏ máy có đúc các gân tản nhiệt. Ngồi vỏ máy cịn có nắp máy, trên
nắp máy có giá đỡ ổ bi. Tuỳ theo yêu cầu mà vỏ máy có đế đế gắn vào bệ máy hay nền
nhà hoặc vị trí làm việc. Trên đỉnh có móc để giúp di chuyến thuận tiện. Trên vỏ máy
gắn hộp đấu dây.
- Mạch điện của stato: Dây quấn stator thƣờng là cuộn dây phân tán đƣợc đặt trong
các rãnh nằm rải rác trên chu vi phần tĩnh máy điện, do đó tại một thời điếm nhất định
một nhóm cuộn dây sẽ móc vịng với những đƣờng sức từ khác nhau và đƣợc cách điện
tốt với lõi sắt. Cuộn dây có thể là một vòng (gọi là dây quấn kiểu thanh dẫn), cuộn dây
thƣờng đƣợc chế tạo dạng phần tử và tiết diện dây thƣờng lớn, hay cũng có thể: cuộn
dây gồm nhiều vòng dây (tiết diện dây nhỏ gọi là dây quấn kiểu vòng dây), số vòng dây
mỗi cuộn, số cuộn dây mỗi pha và cách nối dây là tuỳ thuộc vào công suất, điện áp, tốc
độ, điều kiện làm việc của máy và q trình tính tốn mạch từ.
b. Cấu tạo của rôto
Mạch từ: Giống nhƣ mạch từ stato, mạch từ rôto cũng gồm các lá thép điện kỹ
thuật cách điện đối với nhau nhƣ hình 1-3. Rãnh của rơto có thế song song với trục hoặc
nghiêng đi một góc nhất định nhằm giảm dao động từ thông và loại trừ một số sóng bậc
cao. Các lá thép điện kỹ thuật đƣợc gắn với nhau thành hình trụ ở tâm lá thép mạch từ


7
đƣợc đục lỗ để xuyên trục, rôto gắn trên trục. Ở những máy có cơng suất lớn, trên rơto
cịn đục các rãnh thơng gió.
Mạch điện: Mạch điện rơto đƣợc chia làm 2 loại: loại rơto lồng sóc và rơto dây
quấn.
Loại rơto lồng sóc: Mạch điện của loại rơto này đƣợc làm bằng nhơm hoặc đồng
thau. Nếu làm bằng nhơm thì đƣợc đúc trực tiếp vào rãnh rôto, 2 đầu đƣợc đúc 2 vịng
ngắn mạch, cuộn dây hồn tồn ngắn mạch, chính vì vậy gọi là rơto ngắn mạch. Nếu
làm bằng đồng thì đƣợc làm thành các thanh dẫn và đặt vào trong rãnh, hai đầu đƣợc

gắn với nhau bằng 2 vịng ngắn mạch cùng kim loại. Bằng cách đó cho ta một cái lồng
chính vì vậy loại rơto này cịn có tên là rơ to lồng sóc. Loại rơto ngắn mạch không phải
thực hiện cách điện giữa dây dẫn và lõi thép.
Loại rôto dây quấn: Mạch điện của loại rôto này thƣờng làm bằng đồng và phải
cách điện với mạch từ. Cách thực hiện cuộn dây này giống nhƣ thực hiện cuộn dây máy
điện xoay chiều đã trình bày ở phần trƣớc. Cuộn dây rơto dây quấn có số cặp cực và pha
cố định. Với máy điện 3 pha, thì 3 đầu cuối đƣợc nối với nhau ở trong, 3 đầu cịn lại
đƣợc dẫn ra ngồi và gắn vào 3 vành trƣợt đặt trên trục rơto, đó là tiếp điểm nối với
mạch ngoài.
1.1.3.

Nguyên lý làm việc của động cơ KĐB 3 pha

Để xét nguyên lý làm việc của máy điện KĐB, ta lấy mơ hình máy điện gồm 3
cuộn dây đặt cách nhau trên chu vi máy điện một góc 120°, rôto là cuộn dây ngắn mạch.
Khi cung cấp vào 3 cuộn dây 3 dòng điện của hệ thống điện 3 pha có tần số là f1 thì
trong máy điện sinh ra từ trƣờng quay với tốc độ 60 f1 / p . Từ trƣờng này cắt thanh dẫn
của rôto và stato, sinh ra ở cuộn stato suất điện động tự cảm e1 và ở cuộn dây rôto suất
điện động cảm ứng e2 có giá trị hiệu dụng nhƣ sau:
E1
E2

4, 44W 1 1 f1kcd
4, 44W 2 2 f1kcd

(1.1)

Khi xác định chiều sức điện động cảm ứng theo qui tắc bàn tay phải ta căn cứ vào
chuyển động tƣơng đối của thanh dẫn rôto với từ trƣờng. Nếu coi từ trƣờng đứng yên thì
chiều chuyển động tƣơng đối của thanh ngƣợc với chiều chuyến động của từ trƣờng, từ

đó áp dụng qui tắc bàn tay phải xác định đƣợc chiều chuyển động của sức điện động.
Chiều lực điện từ xác định theo qui tắc bàn tay trái trùng với chiều quay của từ trƣờng.
Do cuộn rơto kín mạch, nên sẽ có dòng điện chạy trong các thanh dẫn của cuộn dây
này. Từ thơng do dịng điện này sinh ra hợp với từ thông của stato tạo thành từ thông
tổng ở khe hở. Sự tác động tƣơng hỗ giữa dòng điện chạy trong dây dẫn rơto và từ
trƣờng sinh ra lực, đó là các ngẫu lực (2 thanh dẫn nằm cách nhau đƣờng kính rơto) nên


8
tạo ra mơ men quay. Mơmen quay có chiều đẩy stato theo chiều chống lại sự tăng từ
thơng móc vịng với cuộn dây. Nhƣng vì stato gắn chặt cịn rơto lại treo trên ổ bi, do đó
rơto phải quay với tốc độ n theo chiều quay của từ trƣờng. Tuy nhiên tốc độ này không
thể bằng tốc độ quay của từ trƣờng, bởi nếu n

n tt thì từ trƣờng khơng cắt các thanh

dẫn nữa, do đó khơng có suất điện động cảm ứng, E 2

0 dẫn đến I 2

0 và mô men

quay cũng bằng không, rôto quay chậm lại, khi rơto chậm lại thì từ trƣờng lại cắt các
thanh dẫn, nên lại có suất điện động, lại có dịng và mô men, rôto lại quay. Do tốc độ
quay của rôto khác tốc độ quay của từ trƣờng nên xuất hiện độ trƣợt và đƣợc định nghĩa
nhƣ sau:
n1

s

n2

(1.2)

n1

Từ đó sẽ có 3 trƣờng hợp tƣơng ứng với các chế độ làm việc theo phạm vi hệ số
trƣợt và tốc độ nhƣ sau:
Trƣờng hợp rôto quay thuận với từ trƣờng quay nhƣng tốc độ nhỏ hơn tốc độ
đồng bộ (0

0) . Trƣờng hợp này tƣơng ứng với chế độ động cơ

ndb ) và (1 s

n

điện.
Trƣờng hợp rôto quay thuận và nhanh hơn tốc độ đồng bộ (n

1) và (s

0) .

Đây là chế độ máy phát điện KĐB. Trƣờng hợp rôto quay ngƣợc với chiều từ trƣờng
quay, đây là chế độ hãm điện từ
n

0, s

(1.3)

1

Do đó tốc độ quay của rơto có dạng:
n

(1.4)

n tt (1 s )

Bây giờ ta hãy xem dòng điện trong rôto biến thiên với tần số nào. Do n

n tt nên

( n tt n ) là tốc độ cắt các thanh dẫn rôto của từ trƣờng quay. Vậy tần số biến thiên của
suất điện động cảm ứng trong rôto biểu diễn bởi:
f2

(n tt

n )p

n tt (n tt

60

n tt

n )p

60

n tt p (n tt
60

n)

n tt

sf1

(1.5)

Khi rơto có dịng I 2 chạy, nó cũng sinh ra một từ trƣờng quay với tốc độ:
n tt 2

60 f2

60sf1

p

p

(1.6)

sn tt

So với một điểm không chuyển động của stato, từ trƣờng này sẽ quay với tốc độ:
n tt 2

n tt 2

n

sn tt

n

sn tt

n tt (1 s )

n tt

(1.7)


9
Nhƣ vậy so với stato, từ trƣờng quay của rôto có cùng giá trị với tốc độ quay của
từ trƣờng stato.
1.2. Các phƣơng pháp điều khiển tốc độ động cơ KĐB
Trong thực tế sản xuất và tiêu dùng, các khâu cơ khí sản xuất cần có tốc độ thay
đổi. Song khi chế tạo, mỗi động cơ điện lại đƣợc sản xuất với một tốc độ định mức, vì
vậy vấn đề điều chỉnh tốc độ các động cơ điện là rất cần thiết. Khi mô men cản trên trục
động cơ thay đổi, thì tốc độ động cơ thay đổi, nhƣng sự thay đổi tốc độ nhƣ thế không
gọi là điều chỉnh tốc độ. Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB là quá trình thay đổi tốc độ
động cơ theo ý chủ quan của con ngƣời phục vụ các yêu cầu về cơng nghệ. Phụ thuộc
vào đặc tính cơ của cơ khí sản xuất mà quá trình thay đổi tốc độ xảy ra khi mơ men cản
khơng đổi (hình 1-4a) hoặc khi mơ men cản thay đổi (hình 1-4b).

Khi điều chỉnh tốc độ động cơ cần thoả mãn những yêu cầu sau:
Phạm vi điều chỉnh, sự liên tục trong điều chỉnh và tính kinh tế trong điều chỉnh.
Với các thiết bị vận chuyển, phải điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng, cịn thiết bị dệt
hoặc giấy thì lại địi hỏi tốc độ khơng đổi với độ chính xác cao.

Hình 1-4. Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB a) Khi mô men cản không đối, b)Khi mô men cản
thay đổi

Để nghiên cứu các phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB ta dựa vào các
biểu thức sau:
n
n tt
s

(1.8)

n tt 1 s
60 f
p
E1
E2

(1.9)

hoặc s

f1
f2

Mặt khác ta lại có:

E2

I 2 R 22

(X 20s )2

(1.10)


10
Vậy
R 2I 2

s
2
E 20

(X 20I 2 )

2

(1.11)

Từ các công thức trên ta rút ra các phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ kinh điển sau
đây:
Thay đổi tần số nguồn cung cấp f1
Thay đổi số đôi cực p
Thay đổi điện trở R2 ở mạch rô to
Thay đổi điện áp nguồn cung cấp E20 hoặc U1
Thay đổi điện áp mạch rôto E2

Thay đổi tần số f2.
Trong các phƣơng pháp trên, ngƣời ta hay sử dụng phƣơng pháp 1, 2 và còn động
cơ KĐB rôto dây quấn ngƣời ta sử dụng phƣơng pháp 3. Dƣới đây trình bày ngắn gọn
một số phƣơng pháp thƣờng dùng.
1.2.1 Thay đổi tần số nguồn điện cung cấp f1
Phƣơng pháp này chỉ sử dụng đƣợc khi nguồn cung cấp có khả năng thay đổi tần
số. Ngày nay, do sự phát triển của công nghệ điện tử các bộ biến tần tĩnh đƣợc chế tạo
từ các van bán dẫn công suất đã đảm nhiệm đƣợc nguồn cung cấp năng lƣợng điện có
tần số thay đổi, do đó phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số đang đƣợc áp
dụng rộng rãi và cạnh tranh với các hệ thống truyền động điện dòng một chiều.
Nếu bỏ qua tổn hao điện áp ở mạch stato ta có:
U1

E1

U1

kf1

4, 44fW
kd
1 1 c 1

(1.12)

hay
Từ biểu thức này ta thấy nếu thay đổi f1 mà giữ U1 = const thì từ thơng sẽ thay đổi.
Việc thay đổi từ thông làm giảm điều kiện công tác của máy điện, thay đổi hệ số cos ,
thay đổi hiệu suất và tổn hao lõi thép, do đó yêu cầu khi thay đổi tần số phải giữ cho từ
thông không đổi.

Mặt khác trong điều chỉnh tốc độ phải đảm bảo khả năng quá tải của động cơ
không đổi trong tồn bộ phạm vi điều chỉnh, điều đó có nghĩa là phải giữ cho Mmax =
const. Muốn giữ cho Mmax = const thì phải giữ cho từ thơng khơng đổi. Muốn giữ cho từ
thơng khơng đổi thì khi thay đổi tần số ta phải thay đổi điện áp. Mô men cực đại có thể
biểu diễn bởi biểu thức:


11
M max

C

U1

2

(1.13)

f1

Nếu hệ số q tải khơng đổi, thì tỷ số của mô men tới hạn ở 2 tốc độ khác nhau
phải bằng tỷ số mô men cản ở 2 tốc độ đó, tức là
M th'

M c'

U 1' 2

f1'' 2

M th''

M c''

f1' 2

U 1'' 2

từ đây ta có
U 1'

f1'

M c'

U 1''

f1''

M c''

(1.14)

trong đó:
M th' và M c' là mơ men tới hạn và mô men cảm ứng với tần số nguồn nạp f’1, điện

áp U’1
M”th và Mc” là mô men tới hạn và mô men cảm ứng với tần số nguồn nạp f1” và điện
áp U1”.
Nếu điều chỉnh theo công suất khơng đổi P2 = const thì mơ men của động cơ tỉ lệ

nghịch với tốc độ, do vậy:
M c'

f1''

M c''

f1'

do đó
U 1'

f1'

U 1''

f1''

Trong thực tế ta thƣờng gặp điều chỉnh với Mc = const:
U1
f1

const

Khi giữ cho

const thì cos

const , hiệu suất không đổi, I 0

const . Nếu mô

men cản có dạng quạt gió thì:
U 1'

f1'

U 1''

f1''

2

Theo các biểu thức trên đây thì khi thay đổi tần số, mơ men cực đại khơng đổi.
Điều đó chỉ đúng trong phạm vi tần số định mức, khi tần số vƣợt ra ngoài phạm vi định
mức thì khi tần số giảm, mơ men cực đại cũng giảm do từ thông giảm, sở dĩ nhƣ vậy vì
để nhận đƣợc các biểu thức trên ta đã bỏ qua độ sụt áp trên các điện trở thuần, điều đó


12
đúng khi tần số lớn, nhƣng khi tần số thấp thì giá trị X giảm, ta khơng thể bỏ qua độ sụt
áp trên điện trở thuần nữa, do đó từ thông sẽ giảm và mô men cực đại giảm. Trên hình
1-5 biểu diễn đặc tính cơ khi điều chỉnh tần số với f1>f2>f3.
Ƣu điếm của phƣơng pháp điều chỉnh tần số là phạm vi điều chỉnh rộng, độ điều
chỉnh láng, tổn hao điều chỉnh nhỏ.

Hình 1-5. Đặc tính cơ khi điều chỉnh tần số theo nguyên lý: f1>f2>f3

1.2.2 Thay đổi số đơi cực
Nếu động cơ KĐB có trang bị thiết bị đổi nối cuộn dây để thay đổi số đôi cực ta có

thể điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi số đôi cực.
Dùng đổi nối một cuộn dây. Giả sử lúc đầu cuộn dây đƣợc nối nhƣ hình 1-6a, khi
đó số cặp cực là p, nếu bây giờ đổi nối nhƣ hình 1-6b ta đuợc số cặp cực p/2. Đặc tính
cơ khi thay đổi số đơi cực biểu diễn trên hình 1-6c

Hình 1-6. Cách đổi nối cuộn dây: a) Mắc nối tiếp, số đôi cực là p. b) Mắc song song, số đơi cực
là p/2, c) Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi số đôi cực

Để thay đổi cách nối cuộn dây ta có những phƣơng pháp sau:


13
Đổi từ nối sao sang sao kép (hình 1.7a).

A
A

B

B

C

C

A
A

B

B

C

C

b)

a)

Hình 1-7. Đổi nối cuộn dây a) Y

Giả thiết rằng hiệu suất và hệ số cos

YY, b) ∆

YY

khơng đổi thì cơng suất trên trục động cơ

ở sơ đồ Y sẽ là:
PY

3U d I d cos

1

Cho sơ đồ YY ta có:
PY Y

3U d 2I d cos

1

do đó:
PY
PY Y

2

Ở đây Ip - dịng pha. Nhƣ vậy khi thay đổi tốc độ 2 lần thì công suất cũng thay đổi
với tỷ lệ ấy. Cách đổi nối này gọi là cách đổi nối có M = const.
Ngƣời ta còn thực hiện đổi nối theo nguyên tắc
Ta có:
P
PY Y

Do đó:

3U d 3I d cos

1

3U d 2I d cos

1

sang YY (sao kép) hình 1-7b.

14
PY Y
P

2

1, 15 thực tế coi nhƣ không đổi. Đây là cách đổi nối có P = const.

3

Dùng cuộn dây độc lập với những số cực khác nhau, đó là động cơ KĐB nhiều tốc
độ. Với động cơ loại này stato có 2 hoặc 3 cuộn dây, mỗi cuộn dây có số đơi cực khác
nhau. Nếu ta trang bị thiết bị đổi nối cuộn dây thì ta đƣợc 6 số cặp cực khác nhau ứng
với 6 tốc độ.
Đặc điểm của phƣơng pháp thay đổi tốc độ bằng thay đổi số đôi cực: rẻ tiền, dễ
thực hiện. Tuy nhiên do p là một số nguyên nên thay đổi tốc độ có tính nhảy bậc và
phạm vi thay đổi tốc độ khơng rộng.
1.2.3 Thay đổi điện áp nguồn cung cấp
Thay đổi điện áp nguồn cung cấp làm thay đổi đặc tính cơ. Vì mơ men cực đại
Mmax=cU12, nên khi giảm điện áp thì mơ men cực đại cũng giảm mà khơng thay đổi độ
trƣợt tới hạn (vì sth ≈ R2/X2). Neu mơ men cản khơng đổi thì khi giảm điện áp từ Uđm tới
0,9Uđm tốc độ sẽ thay đổi, nhƣng khi điện áp giảm tới 0,7Uđm thì mơ men của động cơ
nhỏ hơn mô men cản, động cơ sẽ bị dừng dƣới điện.
Đặc điểm của phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng điều chỉnh điện áp nguồn cung
cấp là phạm vi điều chỉnh hẹp, rất dễ bị dừng máy, chỉ điều chỉnh theo chiều giảm tốc
độ. Mặt khác vì Pdt

CE 20I 2 cos

2

C 1U1I 2 cos

1

const nên khi giảm điện áp U1, mà

mơ men cản khơng đổi sẽ làm tăng dịng trong mạch stato và rôto làm tăng tổn hao trong
các cuộn dây.
Để thay đổi điện áp ta có thể dùng bộ biến đổi điện áp không tiếp điểm bán dẫn,
biến áp hoặc đƣa thêm điện trở hoặc điện kháng vào mạch stato. Đƣa thêm điện trở
thuần sẽ làm tăng tổn hao, nên ngƣời ta thƣờng đƣa điện kháng vào mạch stato hơn.
Để mở rộng phạm vi điều chỉnh và tăng độ cứng của đặc tính cơ, hệ thống điều
chỉnh tốc độ bằng điện áp thƣờng làm việc ở hệ thống kín.
1.2.4 Thay đỗi điện trở mạch rôto
Phƣơng pháp điều chỉnh này chỉ áp dụng cho động cơ KĐB rôto dây quấn. Đặc
tính cơ của động cơ KĐB rơto dây quấn khi thay đổi điện trở rơto biếu diễn trên hình 18. Bằng việc tăng điện trở rơto, đặc tính cơ mềm đi nhiều, nếu mơ men cản khơng đổi ta
có thể thay đổi tốc độ động cơ theo chỉều giảm. Nếu điện trở phụ thay đổi vô cấp ta thay
đổi đƣợc tốc độ vô cấp , tuy nhiên việc thay đổi vơ vấp tốc độ bằng phƣơng pháp điện
trở rất ít dùng mà thay đổi nhảy bậc do đó các điện trở điều chỉnh đƣợc chế tạo làm việc
ở chế độ lâu dài và có nhiều đầu ra.


15

n0
n1
n2
n3

Mmax

Hình 1-8. Đặc tính cơ của động cơ KĐB dây quấn khi thay đổi điện trở rôto

Giá trị điện trở phụ đƣa vào rơto có thể tính bằng cơng thức:
s2

Rp

s1

(1.15)

1 R2

trong đó: s1 và s 2 ứng với tốc độ n1 và n 2 .
Khi Mc = const thì phạm vi điều chỉnh tốc độ là n1 ÷ n3 (hình 1.8), khi Mc tăng
phạm vi điều chỉnh tốc độ sẽ tăng lên. Khi mơ men cản khơng đổi thì cơng suất nhận từ
lƣới điện khơng đổi trong tồn phạm vi điều chỉnh tốc độ. Cơng suất hữu ích P2

M

2

ở trên trục động cơ sẽ tăng khi độ trƣợt giảm.
Vì P

Pdt

P2

M(

1

2

) là tốn hao rôto nên khi độ trƣợt lớn tổn hao sẽ lớn.

Đặc điểm của phƣơng pháp điều chỉnh điện trở rôto là điều chỉnh láng, dễ thực
hiện, rẻ tiền nhƣng không kinh tế do tổn hao ở điện trở điều chỉnh, phạm vi điều chỉnh
phụ thuộc vào tải. Không thế điều chỉnh ở tốc độ gần tốc độ không tải.
1.2.5 Thay đổi điện áp mạch rôto
Trƣớc khi bƣớc vào nghiên cứu phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng đƣa thêm sức
điện động vào mạch rôto, ta thực hiện việc thống kê cơng suất ở máy điện KĐB khi có
đƣa điện trở phụ vào mạch rôto.
Công suất nhận vào:
P1

m 1U 1I 1 cos

1

Cơng suất điện từ hay cịn gọi là công suất từ trƣờng quay:
Pdt

P1

P1

P1

PCu1

PFe1

Đây là công suất chuyển qua từ trƣờng sang rôto.


16
Công suất điện từ đƣợc chia ra công suất điện và cơng suất cơ:
Pdt

Pco

Pdien

Trong đó: Pđiện = ∆PCu2 + P2 Với: P2 là tổn hao trên điện trở phụ đƣa vào mạch rôto
và ∆PCu2 là tổn hao đồng cuộn dây rơto. Do đó:
P2

m2 I 2 Rp cịn

PCu 2

mR2 I 22

Cơng suất cơ học Pcơ là công suất điện trở: R 2'
Pco

m 1 R 2'

'
R p' I 22

R p'

1 s
do vậy:
s

1 s
s

Khi thay đổi tốc độ quay bằng thay đổi đện trở mạch rôto, là ta đã làm thay đổi P2
truyền cho điện trở phụ để cơng suất cơ khí Pcơ thay đổi vì:
Pđ t

Pco

P2

Pcu 2

const

trong đó ∆PCu2 = const
Bây giờ chúng ta nghiên cứu một phƣơng pháp khác thay đổi cơng suất P2 trong
mạch rơto. Đó là phƣơng pháp đƣa thêm vào mạch rơto một đại lƣợng: ∆E2 (hình 1-9)
có cùng tần số rôto và cũng phải thay đổi theo tốc độ.

Giả thiết rằng điều chỉnh tốc độ theo nguyên tắc: M = const, Pđt = const.
Trong điều kiện đó, thống kê cơng suất nhƣ sau (hình 1-9):
Pdt

Pco

Pdien

Pco

P2

PCu 2

const