Bài giảng Máy điện - Chương 10: Động cơ không đồng bộ một pha - Phạm Khánh Tùng

PHẦN 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG 10 
ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
1.1. Phạm vi áp dụng 
Động cơ điện không đồng bộ một pha được sử dụng rất rộng rãi trong 
dân dụng và công nghiệp như máy giặt, tủ lạnh, máy lau nhà, máy 
bơm nước, quạt, các dụng cụ cầm tay,... (có đặc điểm chung là các 
động cơ công suất nhỏ). 
Cụm từ “động cơ công suất nhỏ” chỉ các động cơ có công suất nhỏ 
hơn 750W. 
Phần lớn động cơ một pha thuộc loại nầy, mặt dù chúng còn được chế 
tạo với công suất đến 7,5kW và ở hai cấp diện áp 110V và 220V. 
1. PHẠM VI ÁP DỤNG, CẤU TẠO & NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 
CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
1.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc 
+ Stato : giống động cơ ba pha, nhưng đặt trên đó dây quấn một pha. 
+ Rôto : rôto lồng sóc giống động cơ ba pha . 
Nguyên lý làm việc 
Khi nối dây quấn một pha stato vào lưới điện có điện áp u1 thì trong 
dây quấn có dòng điện xoay chiều hình sin chạy qua : 
Dòng điện này sinh ra từ trường stato có phương không đổi nhưng có 
độ lớn thay đổi hình sin theo thời gian, gọi là từ trương đập mạch: 
tsinI2i 11  
  costsinFF m
CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
Phân tích stđ đập mạch thành hai stđ quay 
• Stđ quay thuận : 
• Stđ quay ngược : 
Hai stđ quay này có : 
• Biên độ từ trường đập quay: 
• Tốc độ quay : Quay thuận ω1 
 Quay ngược – ω1 
tj
m11
1eF

I
p
kW2
FF
2
F 1dq1
m12m11
m1
tj
m12
1eF
 
CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
Hệ số trượt: 
• Thuận : 
• Ngược : 
Phương trình cân bằng stđ tổng: 
• Thuận: sinh ra từ cảm 
• Ngược: sinh ra từ cảm 
Từ cảm tổng hình thành từ trường quay hình elip: 
ss
1
1
1 

 
m21m11m01 FFF
 
s2s
1
1
2 
 
  
)t(j
m1
11eB
 
m22m12m02 FFF
 
)t(j
m2
21eB
  
)t(j
m2
)t(j
m1
2111 eBeBB
~   
CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
Từ trường quay thuận B1 tác dụng với 
dòng điện rôto sẽ tạo ra mômen quay 
thuận M1 ; Còn từ trường quay ngược 
B2 tác dụng với dòng điện rôto sẽ tạo ra 
mômen quay ngược M2. 
Tổng đại số hai mômen cho đặc tính cơ 
M = f(s) : 
)s(fMMM 21 
CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
Từ đặc tính, thấy rằng lúc mở máy (n = 
0, s = 1), M1 = M2 và ngược chiều nhau 
nên M = 0, vì vậy động cơ không thể tự 
quay được. 
Nếu ta quay động cơ theo một chiều 
nào đó, s ≠ 1 tức M ≠ 0 động cơ sẽ tiếp 
tục quay theo chiều đó. 
Vì vậy để động cơ một pha làm việc 
được, ta phải có biện pháp mở máy, 
nghĩa là tìm cách tạo ra cho động cơ 
một mômen lúc rôto đứng yên (M = Mk 
khi s =1). 
CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
2.1. Các phương trình cơ bản 
Xét động cơ không đồng bộ một pha như chế 
độ không đối xứng của động cơ hai pha m =2, 
có hai cuộn dây đặt lệch nhau một góc 90o 
điện, trong đó pha A tách ra nên dòng IA = 0 và 
pha B còn lại có I1 = IB, máy nối vào lưới điện 
có điện áp U1. 
Ta có : 
 2B1BB
2A1AA
III
III


Trong đó: IA1, IB1 – dòng thứ tự thuận; IA2, IB2 – dòng thứ tự ngược 
2. PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN VÀ SƠ ĐỒ THAY THẾ 
CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
Theo đồ thị véc tơ: 
Giải hệ phương trình tìm được : 
Điện áp của một pha: 
2/I2/)IjI(II
2/I2/)IjI(II
BAB212B
BAB111B


2B2A1B1A IjI ;IjI
 
12112B1BB1 UUUUUU 

CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
Biểu diễn điện áp thứ tự thuận và ngược theo dòng I và Z tương ứng : 
Trong đó: I11, I12 là dòng điện thứ tự thuận và ngược. 
 Z11; Z12 là tổng trở thứ tự thuận và ngược. 
2/ZIZIUU
2/ZIZIUU
1211212122B
1111111111B


)ZZ/(ZZZZ '21m
'
21m111 
'
2
'
2
'
21 jxs/rZ 
)ZZ/(ZZZZ '22m
'
22m112 
'
2
'
2
'
22 jx)s2/(rZ 
CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
2.2. Mạch điện thay thế 
Từ các phương trình cân bằng 
ta xây dựng mạch điện thay thế 
chính xác của động cơ không 
đồng bộ một pha. 
Thông số qui đổi mạch rôto 
r’2 = kr2 
x’2 = kx2 
k = keki 
m1= 2 
CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
Mạch điện thay thế gần đúng 
Thông số: 
r1 - điện trở dây quấn stato 
x1 - điện kháng tản dây quấn 
stato 
xm - điện kháng từ hóa 
r’2 - điện trở dây quấn roto qui 
đổi về stato 
x’2 - điện kháng tản dây quấn 
roto qui đổi về stato 
U1 - điện áp của nguồn. 
CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
Giả thiết rôto quay với tốc độ nào đó trong từ trường quay thuận, ứng 
với hệ số trượt s. Lúc này dòng điện cảm ứng trong dây quấn rotor có 
tần số sf (f - tần số lưới điện). Do tổn hao sắt không đáng kể hoặc 
gộp vào tổn hao quay. Như vậy, tổng trở của dây quấn rôto ứng với từ 
trường quay thuận qui đổi về stato là 0,5r’2/s + j0,5x’2. 
Cũng tương tự như vậy đối với từ trường quay ngược, tổng trở của 
dây quấn rôto ứng với từ trường quay ngược qui đổi về stato là 
0,5r’2/(2-s) + j0,5x’2. 
Từ mạch điện gần đúng ta có mạch điện với tổng trở thứ tự thuận ZT 
và thứ tự ngược ZN như sau : 
CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
Mạch điện gần đúng với tổng trở thứ tự thuận ZT và thứ tự ngược ZN : 
)xx(5,0js/r5,0
)s/r5,0x5,0(x5,0j
jXRZ
'
2m
'
2
'
2
'
2m
TTT
)xx(5,0j)s2/(r5,0
)]s2/(r5,0x5,0[x5,0j
jXRZ
'
2m
'
2
'
2
'
2m
NNN
CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
Công suất điện từ (khe hở không khí) của từ trường thứ tự thuận và 
ngược : 
Mô men điện từ tương ứng: 
Mô men điện từ tổng: 
Công suất cơ: 
2
1NN.đt
2
1TT.đt
IRP
IRP
1
T.đt
T
P
M

1
N.đt
N
P
M

)RR(
I
MMM NT
1
2
1
NT 

)s1(M.MP 1co   
)s1)(RR(IP NT
2
1co 
CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
Công suất trên đầu trục: 
Với pq - tổn hao quay, gồm tổn hao cơ và tổn hao phụ, cũng có khi gộp 
cả tổn hao sắt vào tổn hao quay. 
Tổn hao đồng trong dây quấn rôto ứng với từ trường quay thuận và 
ngược : 
Tổn hao đồng trong dây quấn rôto: 
qco2 pPP 
N.đtN.2đ
T.đtT.2đ
P)s2(p
sPp
N.đtT.đtN.2đT.2đ2dd P)s2(sPppp 
CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
VÍ DỤ: Động cơ KĐB một pha công suất 1/4 mã lực, 230V, 60Hz và 4 
cực từ có tham số và tổn thất: R1 = 10Ω; X1 = X’2 = 12,5Ω; R’2 = 11,5Ω; 
Xm = 250Ω; Tổn hao sắt ở 230V là 35W; Tổn hao ma sát và quạt gió 
10W; Với hệ số trượt là 0,05 xác định dòng điện stato, công suất cơ, 
công suất ra trên trục, tốc độ và hiệu suất khi làm việc ở điện áp và tần 
số định mức với dây quấn khởi động cắt ra. 
Giải: 
Tổng trở thứ tự thuận ZT và thứ tự ngược ZN của động cơ một pha: 
65,57j59
)5,12250(5,0j05,0/5,11.5,0
)05,0/5,11.5,05,512,0(250.5,0j
)xx(5,0js/r5,0
)s/r5,0x5,0(x5,0j
Z
'
2m
'
2
'
2
'
2m
T
CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
Tổng trở thứ tự thuận ZT và thứ tự ngược ZN của động cơ một pha: 
Tổng trở vào tương đương: 
)xx(5,0j)s2/(r5,0
))s2/(r5,0x5,0(x5,0j
Z
'
2m
'
2
'
2
'
2m
N
01,6j67,2
)5,12250(5,0j)05,02/(5,11.5,0
))05,02/(5,11.5,05,512,0(250.5,0j
 
o
NT1tđ
73,466,10416,76j6,71 
01,6j67,265,57j595,12j10 
ZZZZ
CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
Dòng điện stato: 
Hệ số công suất : 
Tốc độ động cơ: 
Công suất cơ: 
o
o
o
tđ
1 74,462,2
74,466,104
0230
Z
U
I  




685,074,46coscos o 
1710
2
60.60
)05,01(n)s1(n 1 
259)05,01)(67,259(2,2)s1)(RR(IP 2NT
2
1co 
CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
Công suất trên trục động cơ: 
Công suất điện động cơ tiêu thụ từ lưới: 
Hiệu suất động cơ: 
2141035259ppPP qstco2 
77,34674,46cos1,2.230cos.I.UP o 
617,0
77,346
214
P
P
1
2 
CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
3. MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
3.1. Động cơ không đồng bộ dùng cuộn dây phụ 
Loại động cơ này được dùng khá phổ biến như 
máy điều hòa, máy giặt, dụng cụ cầm tay, quạt, 
bơm ly tâm ... 
Cấu tạo của loại động cơ này gồm dây quấn chính 
(dây quấn làm việc), dây quấn phụ (dây quấn mở 
máy). Hai cuộn dây này đặt lệch nhau một góc 90o 
điện trong không gian. 
CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
Để có được mômen mở máy, người ta tạo ra 
góc lệch pha giữa dòng điện qua cuộn chính Ic 
và dòng qua cuộn dây phụ Ip bằng cách mắc 
thêm một điện trở nối tiếp với cuộn phụ hoặc 
dùng dây quấn cở nhỏ hơn cho cuộn phụ, góc 
lệch nầy thường nhỏ hơn 30o. 
Dòng trong dây quấn chính và trong dây quấn 
phụ sinh ra từ trường quay để tạo ra momen 
mở máy. 
Đồ thị vectơ lúc mở máy được trình bày trong 
hình bên 
CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
Khi tốc độ đạt được 70÷75 % tốc độ đồng bộ, 
cuộng dây phụ được cắt ra nhờ công tắt ly tâm 
K và động cơ tiếp tục làm việc với cuộn dây 
chính. 
Đặc tính cơ của động cơ loại này: 
CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
3.2. Động cơ dùng tụ điện 
Các động cơ không đồng bộ một pha có cuộn dây phụ được mắt nối 
tiệp với một tụ điện được gọi là động cơ tụ điện. Loại động cơ nầy có 
cuộn dây phụ bố trí lệch so với cuộn dây chính một góc 90o điện 
trong không gian, để tạo góc lệch về thời gian ta mắc nối tiếp với 
cuộn dây phụ một tụ điện. Nếu chọn tụ điện có giá trị thích hợp thì 
góc lệch pha giữa Ic và Ip là gần 90
o. 
Tùy theo yêu cầu về momen mở máy 
và momen lúc làm việc, ta có các loại: 
+ Động cơ tụ điện mở máy (tụ đề) 
+ Động cơ tụ điện thường trực (tụ ngâm) 
CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
Động cơ dùng tụ điện mở máy 
Khi mở máy tốc độ động cơ đạt đến 
75÷85% tốc độ động bộ, công tắc K 
(tiếp điểm ly tâm) mở ra và động cơ 
sẽ đạt đến tốc độ ổn định. 
CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
Động cơ dùng tụ điện thường trực 
Cuộn dây phụ và tụ điện mở máy 
được mắt luôn khi động cơ làm việc 
bình thường. 
Loại nầy có công suất thường nhỏ 
hơn 500W và có đặc tính cơ tốt. 
CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
Ngoài ra, để cải thiện đặc tính làm việc và momen mở máy ta dùng 
động cơ hai tụ điện. 
Một tụ điện mở máy khá lớn (khoảng 10 ÷15 lần tụ điện thường 
trực) được ghép song song với tụ điện thường trực. Khi mở máy 
tốc độ động cơ đạt đến 75÷85% tốc độ động bộ, tụ điện mở máy 
được cắt ra khỏi cuộn phụ, chỉ còn tụ điện thường trực nối với cuộn 
dây phụ khi làm việc bình thường. 
CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
3.3. Động cơ dùng vòng ngắn mạch 
Cấu tạo: 
Trên stato ta đặt dây quấn một pha và cực 
từ được chia làm hai phần, phần có vòng 
ngắn mạch K ôm 1/3 cực từ và rôto lồng 
sóc. 
Dòng điện chạy trong dây quấn stato I1 
tạo nên từ thông Φ’ qua phần cực từ 
không vòng ngắn mạch và từ thông Φ’’ 
qua phần cực từ có vòng ngắn mạch. 
CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
Từ thông Φ’’ cảm ứng trong vòng ngắn 
mạch sđđ En , chậm pha so với một góc 
90o . Vòng ngắn mạch có điện trở và điện 
kháng nên tạo ra dòng điện In chậm pha so 
với một góc φn < 90
o. Dòng điện In tạo ra 
từ thông Φn và ta có từ thông tổng qua phần 
cực từ có vòng ngắn mạch: 
Từ thông nầy lệch pha so với từ thông qua 
phần cực từ không có vòng ngắn mạch một 
góc φ. Do từ thông Φ’ và ΦΣ lệch nhau trong 
không gian nên chúng tạo ra từ trường quay 
và làm quay rôto. 
''
n   
CHƯƠNG 10: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 
Mô men mở mày của động cơ khá nhỏ 
 Mk = (0,2 - 0,5)Mđm, 
Hiệu suất thấp 
 η = (25 - 40%), 
Thường được chế tạo với công suất 
nhỏ từ 
20 - 30W, đôi khi cũng có chế tạo công 
suất đến 300W và hay sử dụng làm 
quạt bàn, quạt trần, máy quay đĩa ...