Bài giảng Máy điện - Chương 4: Máy điện không đồng bộ 3 pha - Nguyễn Quang Nam

1Phần 1
Bài giảng
Chương 4: Máy điện không đồng bộ 3 pha
TS. Nguyễn Quang Nam
2013 – 2014, HK 2
nqnam@hcmut.edu.vn
2Phần 1

 Như đã giới thiệu trước đó, động cơ không đồng bộ (KĐB) 
là động cơ có dòng điện xoay chiều được đưa vào dây quấn 
stato (đã được giới thiệu), và dòng điện trong dây quấn rôto 
xuất hiện do cảm ứng từ phía stato.

 Khi được cấp nguồn nhiều pha cân bằng, máy sẽ có từ 
trường khe hở quay ở tốc độ đồng bộ, được xác định bởi số
cực stato và tần số dòng điện stato.

 Rôto của máy KĐB có thể ở dạng dây quấn hoặc lồng sóc.
Máy điện không đồng bộ – Tổng quan
3Phần 1

 Hình dưới đây minh họa cấu trúc của máy KĐB.
Tổng quan (tt)
TrụcỔ đỡ
Quạt
thông gió
Rôto
lồng sóc
Dây quấn
stato
Cánh
khuấy
4Phần 1

 Hình dưới đây minh họa các dây quấn nhiều pha phía 
stato của máy KĐB.
Tổng quan (tt)
Nêm
Đầu nối
cuộn dây Răng
stato
Rãnh
stato
5Phần 1

 Rôto dây quấn được tạo thành từ các dây quấn nhiều 
pha giống như phía stato, với số cực bằng với số cực 
của dây quấn stato.

 Cần có các chổi than tỳ lên các vành trượt để nối 
mạch điện rôto với bên ngoài.

 Các máy KĐB rôto dây quấn ít được dùng, chỉ được 
tìm thấy trong một số ứng dụng đặc biệt.
Tổng quan (tt)
6Phần 1

 Hình dưới đây minh họa kết cấu của rôto dây quấn trong 
các máy KĐB.
Tổng quan (tt)
Thanh dẫn
rôto
Cánh khuấy
Vành trượt
Trục
7Phần 1

 Rôto lồng sóc được chế tạo bằng cách đúc các thanh dẫn 
trong các rãnh rôto và nối tắt các thanh dẫn với nhau tại hai 
đầu của rôto.

 Kết cấu cực kỳ đơn giản và bền chắc của rôto lồng sóc là 
ưu điểm nổi bật của các động cơ KĐB rôto lồng sóc, giúp nó
trở thành loại động cơ được sử dụng phổ biến nhất.

 Động cơ KĐB rôto lồng sóc có công suất từ vài chục W 
đến hàng trăm kW hay hơn nữa.
Tổng quan (tt)
8Phần 1

 Hình vẽ dưới đây biểu diễn kết cấu của rôto lồng sóc 
trong các máy KĐB.
Tổng quan (tt)
Thanh dẫn
rôto
Cánh khuấy
Vòng
ngắn mạch
9Phần 1
Tổng quan (tt)
10Phần 1

 Gọi n (vòng/phút) là tốc độ quay xác lập của động cơ, 
và ns (vòng/phút) là tốc độ đồng bộ của từ trường quay.

 Độ chênh lệch giữa tốc độ đồng bộ và tốc độ rôto 
thường được gọi là tốc độ trượt. Tuy nhiên, mức độ
chênh lệch tốc độ thường được biểu diễn ở dạng tương 
đối, độ trượt
Tổng quan (tt)
(4.1)
s
ms
s
s p
n
nn
s
ω
ωω −
=
−
=
11Phần 1

 Như vậy có thể biểu diễn tốc độ rôto theo độ trượt và
tốc độ đồng bộ như sau:

 Tương tự, có thể biểu diễn tốc độ cơ (rad/s) theo tốc 
độ đồng bộ (rad/s) và độ trượt như sau:
Tổng quan (tt)
(4.2)( ) snsn −= 1
(4.3)( ) sm sp ωω −= 1
12Phần 1

 Do đó, tần số của điện áp cảm ứng trong các thanh 
dẫn rôto sẽ là:
và được gọi là tần số trượt.

 Do đó, máy KĐB có thể được xem như một MBA 
nhưng có thêm đặc tính biến đổi tần số, tạo ra bởi 
chuyển động tương đối giữa dây quấn stato và rôto.
Tổng quan (tt)
(4.4)
sr sff =
13Phần 1

 Ở cả hai loại rôto, các cực rôto đều được nối ngắn 
mạch. Từ thông quay khe hở làm cảm ứng điện áp trong 
dây quấn rôto ở tần số trượt.

 Vì vậy, các dòng điện rôto được xác định bởi độ lớn 
của điện áp cảm ứng và tổng trở rôto ở tần số trượt.

 Khi mở máy, rôto đứng yên (n = 0) nên độ trượt bằng 
đơn vị (s = 1), và tần số rôto bằng với tần số stato.
Tổng quan (tt)
14Phần 1

 Khi rôto quay cùng chiều với từ trường quay, tần số
của các dòng điện rôto sẽ là sfs, và sẽ tạo ra từ trường 
quay với tốc độ sns (vòng/phút) so với hệ rôto, theo cùng 
chiều quay.

 Vì rôto đang quay với tốc độ n (vòng/phút), nên so với 
hệ quy chiếu đứng yên, tốc độ của từ trường quay rôto:
Tổng quan (tt)
(4.5)( ) ssss nnssnnsn =−+=+ 1
15Phần 1

 Như vậy từ trường quay do dòng rôto tạo ra quay ở
tốc độ đồng bộ, và đồng bộ với từ trường quay stato.

 Hai từ trường quay rôto và stato do đó sẽ đứng yên 
so với nhau, và tạo ra mômen ổn định, duy trì chuyển 
động của rôto.

 Mômen đó, tồn tại ở bất kỳ tốc độ rôto nào khác với 
tốc độ đồng bộ, được gọi là mômen không đồng bộ.
Tổng quan (tt)
16Phần 1

 Hình bên cho thấy đặc 
tính mômen-tốc độ điển 
hình của động cơ KĐB 
rôto lồng sóc.

 Các yếu tố ảnh hưởng 
đến đường cong này có
thể thấy từ phương trình 
mômen (3.43).
Tổng quan (tt)
M
ôm
e
n
, 
%
m
ôm
en
đ
ịn
h 
m
ứ
c
Tốc độ, % tốc độ đồng bộ (ns)
Độ trượt s
17Phần 1

 Chú ý rằng từ thông tổng gần như không thay đổi khi 
điện áp và tần số stato không đổi. Còn sức từ động rôto 
thì tỷ lệ thuận với dòng điện rôto.

 Do đó (3.43) có thể viết lại dưới dạng
với K là hằng số và δr là góc vượt trước của sóng sức từ 
động rôto so với sóng sức từ động tổng.
Tổng quan (tt)
(4.6)( )rre KIT δsin−=
18Phần 1

 Dấu trừ trong (4.6) phản ánh thực tế là dòng điện rôto 
trong chương 3 được định nghĩa như dòng điện từ hóa, 
trong khi dòng điện rôto tính theo điện áp cảm ứng và
tổng trở rôto có tác dụng khử từ.

 Dưới điều kiện làm việc bình thường, độ trượt rất nhỏ: 
2% đến 10% khi đầy tải trong hầu hết các động cơ lồng 
sóc. Do đó, tần số rôto rất thấp (1 đến 5 Hz trong các 
động cơ 50 Hz).
Tổng quan (tt)
19Phần 1

 Ở dải tần số này, tổng trở rôto chủ yếu mang tính trở, 
và do đó không phụ thuộc vào độ trượt. Mặt khác, điện 
áp cảm ứng tỷ lệ với độ trượt và vượt trước từ thông 
tổng một góc 90°.

 Do đó, dòng điện rôto xem như tỷ lệ thuận với độ 
trượt, và cũng tỷ lệ nhưng lệch pha 180° so với điện áp 
rôto. Dẫn đến sóng stđ rôto trễ pha so với từ thông tổng 
khoảng 90°, như vậy sinδr ≈ – 1.
Tổng quan (tt)
20Phần 1

 Do đó, có thể coi mômen tỷ lệ thuận với độ trượt khi 
độ trượt có giá trị nhỏ.

 Khi độ trượt tăng lên, tổng trở rôto tăng lên do có sự 
đóng góp của điện kháng tản rôto. Và dòng điện rôto sẽ
giảm dần mức độ tỷ lệ với độ trượt.

 Dòng điện rôto cũng trễ pha nhiều hơn so với điện áp 
cảm ứng, và độ lớn của sinδr giảm xuống.
Tổng quan (tt)
21Phần 1

 Tổng hợp các yếu tố đó, mômen sẽ tăng theo độ trượt đến 
một giá trị cực đại, và sau đó giảm, như có thể thấy ở slide 
16.

 Giá trị cực đại của mômen, gọi là mômen mất đồng bộ, 
thường có giá trị gấp đôi mômen định mức, làm giới hạn khả 
năng quá tải ngắn hạn của động cơ.

 Với các động cơ lồng sóc, độ trượt ứng với mômen cực 
đại là khá nhỏ.
Tổng quan (tt)
22Phần 1

 Như vậy, động cơ lồng sóc thực tế là một động cơ có
tốc độ không đổi, với tốc độ chỉ giảm vài phần trăm từ
không tải đến đầy tải.

 Với động cơ dây quấn, điện trở rôto có thể được tăng 
lên bằng điện trở phụ bên ngoài, do đó làm tăng độ trượt 
ứng với mômen cực đại, và giảm tốc độ động cơ tại 
mômen đã cho.
Tổng quan (tt)
23Phần 1

 Tuy nhiên, với kết cấu đắt tiền và cồng kềnh hơn, 
cùng với chế độ bảo trì phức tạp hơn, phương pháp 
điều khiển tốc độ này ít khi được dùng.

 Điều này làm giới hạn phạm vi ứng dụng của các 
động cơ lồng sóc. Trong thời gian gần đây, khả năng 
ứng dụng các động cơ lồng sóc cho các ứng dụng thay 
đổi tốc độ đã trở nên hiện thực hơn nhiều, nhờ các bộ
biến đổi tần số bán dẫn.
Tổng quan (tt)
24Phần 1

 Xét một rôto dây quấn, với phân bố từ thông – sức từ 
động như sơ đồ khai triển dưới đây.

 Số cực của rôto sẽ bằng với số cực của stato (mặc dù
số pha không nhất thiết phải bằng).
Dòng điện và từ thông trong máy KĐB
Stđ rôto
Từ cảm
khe hở
Mômen
Chiều quay
Từ cảm
khe hở
Stđ rôto
Mômen
Chiều quay
25Phần 1

 Nếu điện kháng tản rôto là rất nhỏ so với điện trở rôto, 
dòng điện pha a sẽ ở giá trị cực đại, và sóng stđ rôto sẽ 
đồng trục với pha a.

 Góc lệch δr dưới các điều kiện này sẽ có giá trị tối ưu 
là – 90°.

 Tuy nhiên, nếu điện kháng tản rôto là đáng kể, dòng 
điện pha sẽ trễ pha so với điện áp cảm ứng 1 góc φ2.
Dòng điện và từ thông trong máy KĐB (tt)
26Phần 1

 Dòng điện pha a sẽ không ở giá trị. Sóng stđ rôto do 
đó sẽ không đồng trục với pha a, mà phải sau 1 khoảng 
thời gian khi sóng từ thông đã di chuyển được φ2 độ.

 Góc δr bây giờ có giá trị –(90° + φ2). Do đó, góc 
mômen tổng quát của động cơ KĐB là:
Dòng điện và từ thông trong máy KĐB (tt)
(4.7)( )290 φδ +°−=r
27Phần 1

 Hình bên minh họa quá trình 
của một rôto lồng sóc có 16 
thanh dẫn.

 Trong hình trên cùng, điện áp 
cảm ứng trong các thanh dẫn 
được biểu diễn bởi 1 vạch thẳng 
đứng nét liền. 
Dòng điện và từ thông trong máy KĐB (tt)
(1-s)ωs
(1-s)ωs
Chiều
quay
ωs
(1-s)ωs
ωs
ωs
Từ cảm
Điện áp
thanh dẫn rôto
Dòng thanh 
dẫn rôto
Stđ rôto
T/p cơ bản
stđ rôto
28Phần 1

 Sau đó 1 khoảng thời gian ngắn, các dòng điện thanh 
dẫn có giá trị tức thời được minh họa bởi các vạch 
thẳng đứng nét liền trong hình giữa. Trong khoảng thời 
gian này, sóng từ cảm đã di chuyển được 1 khoảng ứng 
với góc φ2 theo chiều quay, so với rôto.

 Hình dưới cùng biểu diễn sóng stđ rôto. Thành phần 
cơ bản của sóng stđ là đường nét đứt.
Dòng điện và từ thông trong máy KĐB (tt)
29Phần 1

 Xét máy KĐB với dây quấn nhiều pha đối xứng, được 
kích thích từ điện áp nhiều pha cân bằng. Giả thiết các 
máy 3 pha được nối hình Y.

 Dưới đây sẽ rút ra mạch tương đương cho 1 pha, 
hiểu rằng điện áp và dòng điện trong các pha còn lại có
thể tìm được bằng cách thêm vào các góc lệch pha 
thích hợp.
Mạch tương đương của động cơ KĐB
30Phần 1

 Trước hết xét stato của máy. Sóng từ thông quay khi 
quét qua các dây quấn stato sẽ tạo ra các sức điện 
động cân bằng.

 Điện áp đầu cực stato U1 sai lệch so với sức điện 
động E1 một lượng đúng bằng điện áp rơi trên tổng trở
tản stato Z1 = r1 + jx1. Vậy
Mạch tương đương của động cơ KĐB (tt)
(4.8)( )11111 jxrIEU ++=
31Phần 1

 Dẫn đến mạch tương đương 1 pha như sau của stato 
máy KĐB.
Mạch tương đương của động cơ KĐB (tt)
r1
jx1
gc bm
U1 E1
I1 Ic
Iϕ
Im
I’2
 U1 là điện áp pha đầu cực 
stato

 E1 là sức điện động pha

 I1 là dòng điện stato

 r1 và x1 là điện trở hiệu dụng và điện kháng tản stato
32Phần 1

 Từ thông tổng trong khe hở được tạo ra bởi stđ tổng 
hợp của các dòng điện stato và rôto.

 Tương tự như với máy biến áp, dòng điện stato có
thể được tách thành 2 thành phần: thành phần dòng tải 
và thành phần dòng kích từ (từ hóa).

 Thành phần dòng tải I2 tạo ra stđ tương ứng với stđ 
của dòng điện rôto.
Mạch tương đương của động cơ KĐB (tt)
33Phần 1

 Thành phần dòng kích từ Iϕ là dòng stato bổ sung để
tạo ra từ thông tổng, và nó một hàm số của E1.

 Dòng kích từ có thể được tách thành tổng của thành 
phần tổn hao lõi thép Ic (cùng pha với E1) và thành phần 
từ hóa Im (trễ pha 90° so với E1).

 Trong mạch tương đương, dòng kích từ có thể được 
biểu diễn nhờ một nhánh song song.
Mạch tương đương của động cơ KĐB (tt)
34Phần 1

 Nhánh song song được tạo bởi một điện trở đặc 
trưng tổn hao lõi thép Rc và một điện kháng từ hóa Xm, 
mắc song song với nhau, có điện áp E1 đặt vào 2 đầu.

 Rc và Xm thường được xác định ở tần số stato định 
mức và cho giá trị E1 xấp xỉ với giá trị làm việc bình 
thường. Các phần tử được coi như không đổi khi E1 có
những thay đổi nhỏ so với giá trị làm việc bình thường.
Mạch tương đương của động cơ KĐB (tt)
35Phần 1

 Mạch tương đương cho stato giống hệt như mạch đã 
dùng để biểu diễn sơ cấp của máy biến áp.

 Để hoàn tất mô hình, cần tích hợp các ảnh hưởng 
của rôto. Nhìn từ mạch tương đương của stato, rôto có
thể được biểu diễn bởi một tổng trở tương đương Z2
tương ứng với tổng trở tản của 1 rôto đứng yên.
Mạch tương đương của động cơ KĐB (tt)
(4.9)
2
1
2 I
EZ =
36Phần 1

 Rôto đứng yên cần phải tương đương với rôto thực, 
do đó cần phải xác định Z2 bằng cách biểu diễn điện áp 
và dòng điện stato và rôto theo các đại lượng rôto, rồi 
quy đổi về stato.

 Trước hết, cần quy đổi mạch rôto về một rôto tương 
đương có cùng số vòng dây với dây quấn stato. Nếu tỷ
số vòng dây đã biết, việc quy đổi hoàn toàn giống như 
trong trường hợp của máy biến áp.
Mạch tương đương của động cơ KĐB (tt)
37Phần 1

 Trong máy KĐB, mạch rôto được nối tắt, do đó tổng 
trở được nối vào điện áp cảm ứng chỉ là tổng trở ngắn 
mạch của rôto.

 Do đó, quan hệ giữa tổng trở tản ở tần số trượt Z2s
của rôto tương đương và tổng trở tản ở tần số trượt Zr
của rôto thực phải là
Mạch tương đương của động cơ KĐB (tt)
(4.10)r
r
r
s
s
s ZaI
E
a
I
EZ 22
2
1
2 ===
38Phần 1
với a là tỷ số vòng dây hiệu dụng giữa dây quấn stato 
và dây quấn rôto thực.

 Chỉ số s ở đây để nhấn mạnh các đại lượng thuộc về 
rôto được quy đổi. Tức là E1s là điện áp cảm ứng của 
rôto tương đương, còn I2s là dòng điện tương ứng.

 Tiếp theo, cần xét đến chuyển động tương đối của 
stato và rôto, tức là xét đến yếu tố tần số khác nhau của 
mạch stato và mạch rôto.
Mạch tương đương của động cơ KĐB (tt)
39Phần 1

 Mục tiêu ở đây là có được 1 mạch tương đương ở 1 
tần số (tần số mạch stato) để thực hiện các phân tích.

 Điều này có nghĩa là rôto tương đương cũng phải vận 
hành ở cùng tần số. Xét tổng trở tản ở tần số trượt của 
rôto đã quy đổi (số vòng dây)
Mạch tương đương của động cơ KĐB (tt)
(4.11)22
2
1
2 jsxrI
EZ
s
s
s +==
40Phần 1

 Với r2 là điện trở rôto quy đổi, và sx2 là điện kháng tản 
ở tần số trượt của rôto quy đổi.

 Chú ý rằng x2 được định nghĩa là điện kháng tản ở
tần số stato của rôto quy đổi. Vì tần số của rôto bằng s 
lần tần số của stato, điện kháng ở tần số trượt được 
xác định bằng cách nhân x2 với độ trượt s.

 Tiếp đến, xét sóng stđ khe hở do I1 và I2 tạo ra. Cũng 
có thể coi stđ này do I1 và I2s tạo ra.
Mạch tương đương của động cơ KĐB (tt)
41Phần 1

 Như vậy, I2 và I2s phải có cùng độ lớn vì hai dây quấn 
có cùng số vòng dây. Ngoài ra, sóng stđ tổng là như 
nhau nên I2 và I2s phải cùng pha, từ đó

 Sau cùng, xét điện áp cảm ứng do từ thông tổng quét 
qua các dây quấn, ở tần số trượt và tần số stato. Nếu 
không có khác biệt tốc độ, các điện áp này phải bằng 
nhau vì có cùng số vòng dây.
Mạch tương đương của động cơ KĐB (tt)
(4.12)22 II s =
42Phần 1

 Tuy nhiên, vì tốc độ của từ thông so với rôto bằng s
lần tốc độ của nó so với stato, các điện áp này sẽ có
quan hệ:

 Các vectơ pha điện áp cũng sẽ thỏa mãn quan hệ đó, 
vì chúng đều lệch pha 90° so với từ thông tổng. Do đó

 Chia (4.14) cho (4.12) và sử dụng (4.11):
Mạch tương đương của động cơ KĐB (tt)
(4.13)11 sEE s =
(4.14)11 EsE s =
43Phần 1

 Chia hai vế cho s, ta có
với Z2 là tổng trở của rôto đứng yên tương đương ở tần 
số stato, tức là tổng trở được nối vào phía tải của sơ đồ 
tương đương stato ở slide 31.
Mạch tương đương của động cơ KĐB (tt)
(4.15)
222
2
1
2
1 jsxrZ
I
Es
I
E
s
s
s +===
(4.16)
2
2
2
1
2 jx
s
r
I
EZ +==
44Phần 1

 Kết hợp 2 mạch tương đương cho ta mạch tương 
đương 1 pha của máy KĐB. Hiệu ứng tổng hợp của trục 
máy và điện trở rôto được biểu diễn bởi điện trở r2/s.
Mạch tương đương của động cơ KĐB (tt)
r1
jx1 jx2
r2/s
U1 E1
I1 I2
Iϕ
gc bm
1Phần 2
Bài giảng
Chương 4: Máy điện không đồng bộ 3 pha
TS. Nguyễn Quang Nam
2013 – 2014, HK 2
nqnam@hcmut.edu.vn
2Phần 2

 Mạch tương đương 1 pha của máy KĐB có thể được dùng 
để xác định hiệu năng xác lập của máy, chẳng hạn sự thay 
đổi của dòng điện, tốc độ, và tổn thất công suất khi mômen 
tải thay đổi, cũng như mômen mở máy và mômen cực đại.

 Mạch tương đương cho thấy công suất điện từ truyền qua 
khe hở của stato là
Phân tích mạch tương đương
(4.17)





=
s
rIPag 2
2
23
3Phần 2

 Tổn hao đồng rôto có thể được tính từ rôto tương 
đương: 

 Công suất cơ được tạo ra có thể được xác định bằng 
cách lấy công suất điện từ trừ đi tổn hao đồng rôto
Phân tích mạch tương đương (tt)
(4.18)
2
2
22
2
22 33 rIrIP sc ==
(4.19)




 −
=−





=
−=
s
s
rIrI
s
rI
PPP cagm
1333 2
2
22
2
2
22
2
2
4Phần 2

 So sánh (4.17) và (4.19) có thể thấy

 Như vậy, trong lượng công suất truyền qua khe hở, 1 – s 
phần được chuyển thành cơ năng, và s phần được chuyển 
thành tổn hao trên các thanh dẫn rôto. Do đó, động cơ KĐB 
vận hành với độ trượt cao là một thiết bị có hiệu suất kém.
Phân tích mạch tương đương (tt)
(4.20)( ) agm PsP −= 1
(4.21)agc sPP =2
5Phần 2

 Ví dụ 6.1: Động cơ KĐB 3 pha, 2 cực, 60 Hz có tốc độ
3502 vòng/phút khi tiêu thụ 15,7 kW và dòng điện ngõ vào là 
22,6 A. Điện trở dây quấn stato là 0,2 Ω/pha. Tính tổn hao 
I2R của rôto.
Phân tích mạch tương đương (tt)
6Phần 2

 Nhớ lại rằng công suất cơ bằng với tích số của mômen cơ 
và tốc độ cơ, suy ra mômen được tính bởi

 Te và Pm không phải là những giá trị ngõ ra ở đầu trục, vì
còn có các tổn hao do ma sát, quạt gió, và tổn hao phụ. Nếu 
coi Prot là tổng các tổn hao quay (có thể gộp luôn tổn hao phụ
vào) thì công suất tại đầu trục sẽ là:
Phân tích mạch tương đương (tt)
(4.22)( ) ( )
ess
ag
m
me srIpsrI
PPT
ωωωω
/3/3 2
2
22
2
2
====
7Phần 2

 Có thể dẫn ra quan hệ tương tự cho mômen đầu trục.

 Việc phân tích mạch tương đương của máy biến áp 
thường được đơn giản hóa bằng cách bỏ qua hay chuyển 
nhánh từ hóa lên sát đầu cực.

 Với máy KĐB vận hành bình thường các phép xấp xỉ này 
không được dùng vì sự hiện diện của khe hở làm cho tổng từ
hóa khá thấp, dẫn đến dòng kích từ khá cao – 30 đến 50% 
dòng định mức, và vì điện kháng tản cũng cao hơn.
Phân tích mạch tương đương (tt)
(4.23)rotm PPP −=2
8Phần 2

 Có thể đơn giản hóa mạch tương đương của máy KĐB 
nếu bỏ qua điện trở rc và kể đến tổn hao lõi thép khi tính Te
hay Pm cùng lúc với tổn hao quay và tổn hao phụ.

 Khi đó, mạch tương đương chỉ còn lại xm ở nhánh từ hóa, 
và sai số thường không đáng kể.

 Quy trình này có ưu điểm khi thử nghiệm động cơ, vì tổn 
hao lõi thép không tải không cần phải tách ra khỏi tổn hao ma 
sát và thông gió.
Phân tích mạch tương đương (tt)
9Phần 2

 Ví dụ 6.2: Một động cơ KĐB 3 pha, nối Y, 220 V (điện áp 
dây), 7,5 kW, 60 Hz, 6 cực có các tham số mạch tương 
đương (tính bằng Ω/pha) quy về phía stato như sau:
r1 = 0,294 r2 = 0,144 x1 = 0,503 x2 = 0,209 xm = 13,25

 Tổng tổn hao ma sát, quạt gió và lõi thép có thể được coi 
không đổi và bằng 403 W, độc lập với tải. Ở độ trượt 2%, tính 
tốc độ, mômen và công suất ngõ ra, dòng điện stato, hệ số
công suất và hiệu suất, khi động cơ vận hành ở điện áp và
tần số định mức.
Phân tích mạch tương đương (tt)
10Phần 2

 Khi mối quan tâm chính là quan hệ giữa công suất và
mômen, có thể đơn giản hóa việc phân tích rất nhiều bằng 
việc ứng dụng định lý Thevenin.

 Toàn bộ phần mạch nằm phía trước tổng trở rôto có thể 
được thay thế bằng một nguồn áp phức nối tiếp với một tổng 
trở phức.
Tính mômen và công suất bằng Thevenin
11Phần 2

 Các công thức (4.23) và (4.24) được rút ra với giả thiết bỏ 
qua điện trở tổn hao lõi thép rc.

 Từ mạch thay thế (slide 10), rút ra
Tính mômen và công suất bằng Thevenin (tt)
(4.23)( )m
m
th
xxjr
jxVV
++
=
11
1
(4.24)( )( )m
m
th
xxjr
jxrjxZ
++
+
=
11
11
(4.25)
srjxZ
VI
th
th
/22
2 ++
=
12Phần 2

 Như vậy mômen sẽ là
trong đó Rth và Xth là phần thực và phần ảo của Zth.

 Khi động cơ vận hành bình thường, tốc độ nằm giữa 0 và
tốc độ đồng bộ, độ trượt tương ứng nằm giữa 1 và 0.

 Động cơ mở máy ở điều kiện ứng với s = 1.
Tính mômen và công suất bằng Thevenin (tt)
(4.26)( )( ) ( ) 




+++
= 2
2
2
2
2
2
/
/31
xXsrR
srVT
thth
th
s
e
ω
13Phần 2

 Để vận hành ở độ trượt lớn hơn 1, cần phải kéo động cơ 
ngược chiều từ trường quay, bằng một nguồn cơ năng có
khả năng thắng được mômen điện từ.

 Ứng dụng chính của vùng này là làm cho động cơ dừng 
nhanh bằng phương pháp có tên là hãm ngược.

 Thực tế người ta đảo 2 trong số 3 pha của nguồn, để làm 
đảo chiều quay của từ trường một cách đột ngột, khiến độ 
trượt có giá trị xấp xỉ 2, và động cơ nhanh chóng dừng lại.
Tính mômen và công suất bằng Thevenin (tt)
14Phần 2

 Máy sẽ vận hành như 1 máy phát nếu các cực stato được 
nối với nguồn áp nhiều pha, và rôto của nó được ĐCSC kéo 
quay nhanh hơn tốc độ đồng bộ (tạo ra độ trượt âm).

 Ứng dụng của chế độ này có thể là máy phát điện gió.

 Để xác định giá trị mômen cực đại, hay mômen mất đồng 
bộ, có thể áp dụng nguyên lý truyền đạt công suất cực đại, 
dẫn đến điều kiện r2/s có độ lớn bằng độ lớn của tổng trở
nằm giữa nguồn áp Thevenin và r2/s.
Tính mômen và công suất bằng Thevenin (tt)
15Phần 2

 Tức là máy sẽ đạt mômen cực đại tại s = smaxT, với

 Do đó, độ trượt tại đó mômen đạt cực đại là

 Mômen khi đó
Tính mômen và công suất bằng Thevenin (tt)
(4.27)( )222
max
2 xXR
s
r
thth
T
++=
(4.28)( )222
2
max
xXR
r
s
thth
T
++
=
(4.29)( ) 





+++
=
2
2
2
2
max
5,11
xXRR
VT
ththth
th
s
e
ω
16Phần 2

 Ví dụ 6.3: Với động cơ trong ví dụ 6.2, xác định (a) thành 
phần tải I2 của dòng điện stato, mômen điện từ, và công suất 
điện từ ở độ trượt s = 0,03; (b) mômen điện từ cực đại và tốc 
độ tương ứng; và (c) mômen khởi động Tstart và dòng điện tải 
I2,start tương ứng.
Tính mômen và công suất bằng Thevenin (tt)
17Phần 2

 Từ (4.28) và (4.29), có thể thấy độ trượt ứng với mômen 
cực đại phụ thuộc vào r2, nhưng mômen cực đại lại không 
phụ thuộc vào r2.

 Do đó, nếu thêm điện trở phụ vào mạch rôto (dây quấn) thì
sẽ có thể kéo đỉnh của đặc tính cơ về bên trái (tăng smaxT) mà
không làm thay đổi độ cao của đỉnh.
Tính mômen và công suất bằng Thevenin (tt)
18Phần 2

 Hình bên minh họa quá trình 
thay đổi đặc tính bằng cách 
thêm điện trở phụ vào mạch 
rôto.

 Đặc tính càng bị kéo dãn ra 
thì hiệu suất sẽ càng giảm.
Tính mômen và công suất bằng Thevenin (tt)
Mômen cực đại
Tốc độ (% tốc độ đồng bộ)
Độ trượt
M
ôm
e
n
(%
m
ôm
en
đ
ịn
h 
m
ứ
c
)
r24 > r23 > r22 > r21
r24
r23 r22
r21

 Một số rôto có thể được thiết kế theo hướng này để có đặc 
tính mở máy tốt và hiệu suất cao khi vận hành bình thường.
19Phần 2

 Nhìn lại (4.26) có thể thấy đặc tính cơ cần khá nhiều thông 
số để xây dựng. Sẽ thuận lợi hơn nếu có thể xây dựng đặc 
tính cơ từ một số thông số cơ bản trên nhãn máy.

 Công thức Klauss cho phép thực hiện việc này, với giả
thiết Xth + x2 lớn hơn nhiều lần so với Rth (càng hợp lý nếu 
công suất máy càng lớn)
Đặc tính cơ gần đúng – công thức Klauss
(4.30)( ) ( )ssssT
T
TT
e
e
//
2
maxmaxmax +
=
20Phần 2

 Cũng có thể thực hiện phép xấp xỉ tương tự cho dòng điện 
rôto. Và với giả thiết Xth + x2 lớn hơn nhiều lần so với Rth
(càng hợp lý nếu công suất máy càng lớn), ta có công thức 
xấp xỉ đối với dòng điện rôto như sau:

 Các bài tập 5 và 6 sử dụng công thức trên và công thức 
Klauss.
Dòng điện rôto gần đúng
(4.31)
( ) ( )2maxmax2
2
/1
2
ssI
I
TT +
=
21Phần 2

 Giống như với MBA, thí nghiệm không tải của động cơ 
KĐB cung cấp thông tin về dòng điện kích từ và tổn hao 
không tải.

 Thí nghiệm này thường được thực hiện ở tần số định mức 
và với điện áp nhiều pha cân bằng đặt vào stato.

 Số liệu được đọc ứng với điện áp định mức, sau khi động 
cơ đã chạy đủ lâu để các ổ đỡ được bôi trơn đầy đủ.
Thí nghiệm không tải
22Phần 2

 Giả thiết thí nghiệm được thực hiện ở tần số định mức và 
đo được điện áp pha, dòng điện dây, và công suất ngõ vào.

 Khi không tải, dòng điện rôto chỉ mang giá trị rất nhỏ đủ để
tạo ra mômen thắng được ma sát và tổn hao thông gió. Do 
đó, tổn hao đồng phía rôto khi không tải được bỏ qua.

 Tuy nhiên, tồn tại khe hở không khí trong động cơ KĐB, 
tổn hao đồng stato không thể bỏ qua, vì dòng điện kích từ lớn 
hơn nhiều so với trường hợp MBA.
Thí nghiệm không tải
23Phần 2

 Bỏ qua tổn hao đồng rôto khi không tải, tổn hao quay có
thể được xác định bằng cách trừ tổn hao đồng stato khỏi 
tổng công suất ngõ vào khi không tải.

 Tổn hao quay ở điện áp và tần số định mức thường được 
coi không đổi và bằng giá trị khi không tải.

 Chú ý rằng ở đây điện trở rc được bỏ qua, và tổn hao lõi 
thép được gộp chung với tổn hao ma sát và quạt gió.
Thí nghiệm không tải
(4.32)12100 3 rIPProt −=
24Phần 2

 Nếu biết mômen quán tính J của rôto, có thể xác định tổn 
hao quay theo độ giảm tốc

 Khi đó, tổn hao lõi thép có thể được xác định bởi

 Tổn hao lõi thép không tải ở đây tương ứng với điện áp 
thử nghiệm không tải.
Thí nghiệm không tải (tt)
(4.33)( )
dt
dJP mmmrot
ω
ωω −=
(4.34)12100 3 rIPPP roti −−=
25Phần 2

 Nếu bỏ qua điện áp rơi trên tổng trở tản stato khi thí
nghiệm không tải (vì dòng stato khá nhỏ), có thể xác định giá
trị của điện trở rc theo

 Nếu máy hoạt động ở gần tốc độ và điện áp định mức thì
việc tách tổn hao lõi thép và đưa rc vào mạch tương đương 
không tạo khác biệt đáng kể nào.
Thí nghiệm không tải (tt)
(4.35)
i
c P
V
r
2
103
=
26Phần 2

 Vì độ trượt khi không tải rất nhỏ, r2/s sẽ rất lớn. Tổng trở
tạo bởi nhánh từ hóa song song với mạch rôto quy đổi về 
stato thường có giá trị rất gần jxm.

 Như vậy điện kháng không tải x0 sẽ có giá trị

 Và x10 có thể xác định bởi
Thí nghiệm không tải (tt)
(4.36)mxxx += 10
(4.37)
10
10
2
10
10
0 3 I
V
I
Q
x ≈=
27Phần 2

 Thí nghiệm này cho phép xác định các tổng trở tản. Rôto 
được chèn chặt để không quay (s = 1), và điện áp nhiều pha 
cân bằng được đặt vào stato.

 Thí nghiệm sẽ đo điện áp pha, dòng điện dây, công suất 
ngõ vào và tần số.

 Mạch tương đương trong điều kiện này giống như của một 
máy biến áp bị ngắn mạch. Tuy nhiên, động cơ KĐB phức 
tạp hơn MBA, vì tổng trở tản bị ảnh hưởng bởi bão hòa từ.
Thí nghiệm chèn chặt rôto
28Phần 2

 Nguyên tắc định hướng ở đây là thí nghiệm nên được thực 
hiện dưới các điều kiện tần số giống như khi máy được đo 
hiệu năng.

 Ví dụ, để khảo sát điều kiện mở máy, thí nghiệm chèn chặt 
rôto nên được thực hiện ở tần số nguồn, và dòng điện gần 
với giá trị khi khởi động.

 Ngược lại, đặc tính vận hành bình thường cần được xác 
định ở dòng điện định mức và tần số giảm xuống.
Thí nghiệm chèn chặt rôto (tt)
29Phần 2

 Điện kháng ngắn mạch có thể được xác định bởi

 Điện trở ngắn mạch được xác định như bình thường

 Sau khi đã xác định được các thông số này, có thể xác 
định các thông số của mạch tương đương.
Thí nghiệm chèn chặt rôto (tt)
(4.38)











= 2
1
1
3 n
n
n
dm
n I
Q
f
f
x
(4.39)2
1
1
3 n
n
n I
P
r =
30Phần 2

 Có thể thấy tổng trở tản khi thử nghiệm chèn rôto là tổng 
trở tản stato nối tiếp với cụm tổng trở tản rôto song song với 
nhánh từ hóa (chỉ gồm jxm).

 Giả sử r2 << xm ta rút ra (xn tính ở tần số định mức)
Thí nghiệm chèn chặt rôto (tt)
(4.40)
2
2
21 





+
+=
m
m
n
xx
x
rrr
(4.41)





+
+=
m
m
n
xx
x
xxx
2
21
31Phần 2

 Dẫn đến

 Từ thí nghiệm không tải
Thí nghiệm chèn chặt rôto (tt)
(4.42)( )
2
2
12 




 +
−=
m
m
n
x
xx
rrr
(4.43)( ) 





+−
−=
mn
m
n
xxx
x
xxx
1
12
(4.44)( ) 





−
−
−=
n
n
xx
xx
xxx
0
10
12
32Phần 2

 (4.44) cho thấy vẫn không có cách nào xác định riêng x1 và
x2. Do đó, tiêu chuẩn IEEE 112 đề nghị phân bố có tính thực 
nghiệm như bảng sau.
Thí nghiệm chèn chặt rôto (tt)
0,5
0,6
0,7
0,5
0,5
0,5
0,4
0,3
0,5
0,5
Mômen và dòng mở máy bình thường
Mômen mm thường, dòng mm thấp 
Mômen mm cao, dòng mm thấp
Mômen mm cao, độ trượt cao
Hiệu năng tùy vào điện trở rôto
A
B
C
D
Dây quấn
x2x1Mô tảClass
33Phần 2

 Ví dụ 6.5: Các số liệu cho động cơ 7,5 HP, 3 pha, 220 V, 
19 A, 60 Hz, 4 cực thuộc class C.

 TN không tải ở 60 Hz: 219 V áp dây, 5,7 A dòng pha, 380 
W công suất tổn hao.

 TN chèn rôto ở 15 Hz: 26,5 V áp dây, 18,57 A dòng pha, 
675 W công suất tổn hao.

 Điện trở DC trên mỗi pha (đo ngay sau TN chèn rôto) = 
0,262 Ω
Thí nghiệm chèn chặt rôto (tt)
34Phần 2

 Ví dụ 6.5 (tt):

 TN chèn rôto ở 60 Hz: 212 V áp dây, 83,3 A dòng pha, 
20,1 kW công suất tổn hao, 74,2 N.m mômen mở máy.
a) Tính tổn hao không tải và các tham số của mạch tương 
đương ở điều kiện vận hành bình thường.
b) Tính mômen điện từ khi mở máy.

 Giả thiết nhiệt độ bằng với khi đo điện trở DC.
Thí nghiệm chèn chặt rôto (tt)