TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

ĐỒ ÁN TRUYỀN
ĐỘNG ĐIỆN
ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA BẰNG BIẾN TẦN
CBHD : TH. S TRẦN QUANG THỌ
SVTH : LÊ HOÀNG MINH - NHÂM ĐỖ MINH HOÀNG
MSSV : 07102073 - 07102053
TP Hồ Chí Minh – Tháng 6/2010
 Đồ án Truyền động điện 
A. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
áy điện không đồng bộ (KĐB) là loại máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làm
động cơ điện. Động cơ không đồng bộ ngày càng được sử dụng rộng rãi trong
công nghiệp, nông nghiệp và đời sống hàng ngày… vì có nhiều ưu điểm so với
các loại động cơ khác. Trong công nghiệp, động cơ KĐB 3 pha là loại động cơ chiếm 1 tỷ lệ rất
lớn. Dải công suất của động cơ cũng rất rộng từ vài trăm W đến hàng ngàn kW. Đó là do động
cơ KĐB có những ưu điểm: kết cấu đơn giản, gọn, chế tạo dễ, vận hành dễ dàng, nguồn cấp lấy
ngay từ lưới điện công nghiệp. Tuy nhiên, các hệ truyền động có điều chỉnh tốc độ dung động
cơ KĐB lại có tỷ lệ nhỏ so với động cơ 1 chiều. Đó là do việc điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB
gặp nhiều khó khăn và dải điều chỉnh hẹp. Chỉ khi có linh kiện bán dẫn công suất lớn (transistor,
thyristor…) phát triển cùng với kỹ thuật điện tử tin học thì các hệ thống truyền động có điều
chỉnh tốc độ dùng động cơ KĐB mới được khai thác mạnh hơn.
M
Hiện nay có rất nhiều hệ thống điều tốc động cơ KĐB, chằng hạn như: điều tốc giảm
điện áp, điều tốc bộ ly hợp trượt điện từ, điều tốc thay đổi số đôi cực, điều tốc biến tần… Trong
đó hệ thống điều tốc biến tần có hiệu suất cao nhất, chất lượng tốt nhất, được sử dụng rộng rãi
nhất và là phương hướng phát triển chủ yếu của điều tốc xoay chiều. Trong giới hạn đồ án này
chỉ đề cập đến vấn đề điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng biến tần.

chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy. Khi máy làm việc bình thường dây quấn
rotor được nối ngắn mạch. Nhược điểm so với động cơ rotor lồng sóc là giá thành cao, khó sử
dụng ở môi trường khắc nghiệt, dễ cháy nổ .
Rotor lồng sóc :
Kết cấu loại dây quấn này rất khác với dây quấn stator. Trong mỗi rãnh của lõi sắt rotor đặt
vào thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai
vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng mà người ta quen gọi là lồng sóc.
c)Khe hở không khí
Vì rotor là một khối tròn nên khe hở đều. Khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ
(0,2 mm ÷ 1mm). Để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới và như vậy mới có thể làm cho hệ số
công suất của máy cao hơn.
II. Nguyên lý làm việc:
- Như đã biết trong vât lý, khi dòng điện xoay chiều 3 pha vào ba cuộn dây đặt lệch nhau
120
0
trong không gian thì từ trường tổng đi qua 3 cuộn dây là từ trường quay. Nếu trong từ
trường quay có đặt các thanh dẫn điện thì từ trường quay sẽ quét qua các thanh dẫn này và làm
xuất hiện 1 sức điện điện cảm ứng trong các thanh dẫn. Trong động cơ KĐB thì phía roto ( phần
cảm ứng sức điện động ) được nối ngắn mạch làm xuất hiện dòng điện ( ngắn mạch ) trên dây
quấn roto, dòng điện có chiều xác định theo quy tắc bàn tay phải. Từ trường quay lại tác dụng
4
 Đồ án Truyền động điện 
vào chính dòng cảm ứng này 1 lực từ có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái và tạo ra 1
momen làm quay roto theo chiều quay của từ trường quay.
- Tốc độ quay của roto luôn luôn nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường. Nếu roto quay với tốc
độ bằng tốc độ của từ trường quay thì từ trường sẽ không quét qua các thanh dẫn nữa nên sẽ
không có dòng điện cảm ứng nên momen quay cũng không còn. Khi đó, do momen cản roto sẽ
quay chậm hơn từ trường quay và các thanh dẫn lại bị từ trường quét qua, dòng điện cảm ứng lại
xuất hiện và do đó lại có momen quay làm roto tiếp tục quay nhưng với tốc độ luôn nhỏ hơn của
từ trường quay. Động cơ hoạt động với nguyên tắc này nên được gọi là động cơ không đồng bộ.

ω
o
là tốc độ từ trường quay, cũng là tốc độ lớn nhất mà rotor có thế đạt được khi không có
bất kì lực cản nào. Tốc độ này gọi là tốc độ đồng bộ hay tốc độ không tải lý tưởng. Tần số lưới
điện Việt Nam là 50Hz và vì p là số nguyên nên tốc độ đồng bộ thường là 3000, 1500, 1000,
750, 600, 500…(vòng/phút).
Tốc độ không đồng bộ của rotor n
2
nhỏ hơn tốc độ đồng bộ n
o
và sự sai lệch này được đánh
giá qua 1 đại lượng gọi là hệ số trượt s:
s =
0
20
n
nn −
=
0
20
ω
ωω
−
= 1 -
0
2
ω
ω
(2)
ở chế độ động cơ, hệ số trượt s có giá trị 0

biến áp. Hệ số qui đổi sức điện động là:
K
E
=
đmph
đmph
E
E
.2
.1

Từ đó ta có hệ số qui đổi dòng điện:
K
I
=
E
K
1
Và hệ số qui đổi trở kháng: K
R
= K
X
=
I
E
K
K
= K
E
2

I
1
– dòng điện cuộn dây stator.
R
1,
X
1
– điện trở và điện kháng cuộn dây stator.
Dòng điện rotor qui đổi về stator được tính từ sơ đồ thay thế:
I’
2
=
( )
2
21
2
2
1
1
'
'
XX
s
R
R
U
ph
++



= M
Từ đó: P
12
= M.ω
0
= Mω + ∆P
2
Suy ra : M =
ωω
−
∆
0
2
P
=
0
2
.
ω
s
P∆
(5)
Mặt khác, công suất nhiệt trong cuộn dây 3 pha là:
∆P
2 =
3.R’
2
.I’
2
2

X
s
R
Rs
RU
ω
(6)
7
 Đồ án Truyền động điện 
Trong đó X
nm
= X
1
+ X’
2
là điện kháng ngắn mạch.
Phương trình trên biểu thị mối quan hệ M = f(s) = f[s(ω)] gọi là phương trình đặc tính cơ của
ĐCKĐB 3 pha.
Với những giá trị khác nhau của s (0
≤
s
≤
1) phương trình đặc tính cơ cho ta những giá trị
khác nhau của M. Đường biểu diễn M = f(s) gọi là đường đặc tính cơ:
Hình 3: Đường đặc tính cơ của ĐCKĐB
Đường đặc tính cơ có điểm cực trị K gọi là điểm tới hạn. Tại đó:
ds
dM
= 0
Giải phương trình ta có: s

Vì đang xem xét ở chế động động cơ nên giá trị M
th
, s
th
trên đặc tính cơ chỉ ứng với dấu +.
2) Ảnh hưởng của việc thay đổi tần số nguồn cung cấp đến đặc tính cơ:
Phương trình đặc tính cơ cho ta thấy đặc tính cơ của ĐCKĐB chịu ảnh hưởng của nhiều thông
số điện: điện áp lưới U
1ph
, điện trở mạch rotor R’
2
, điện trở và điện kháng stator R
1
, X
1
, số đôi cực p
8
 Đồ án Truyền động điện 
và tần số lưới. Ở đây chỉ đề cập đến ảnh hưởng của tần số lưới đến đặc tính cơ động cơ KĐB 3 pha.
Khi f thay đổi thì các thông số sau thay đổi: tốc độ đồng bộ, độ trượt giới hạn, momen tới hạn.
Khi thay đổi f
1
thì tốc đô đồng bộ ω
0
sẽ thay đổi, đồng thời X
1
, X
2
cũng bị thay đổi (X = 2
π

f
1
.2
π
X
nm
= X
1
+ X’
2
= ω
1
L
1
+ ω
1
L’
2
= ω
1
.(L
1
+ L’
2
) = ω
1
.L
nm
Thay vào phương trình M
th

1
f
U
ph
(9)
Biểu thức trên cho ta thấy rằng khi tăng tần số nguồn mà vẫn giữ nguyên U
1ph
thì momen tới
hạn giảm rất nhiều. Do đó khi thay đổi tần số nguồn thì đồng thời phải thay đổi U
1ph
theo các qui luật
nhất định đảm bảo sự làm việc tương ứng của động cơ với nhiều loại tải khác nhau ( hình 4). Nghĩa là
tỷ số giữa momen cực đại và momen phụ tải đối với các dạng đặc tính cơ là hằng số:
λ =
c
th
M
M
= const (10)
từ biểu thức M
th
(9) ta có:
cdm
2
1
2
1
2
1
2

x
đm
n
n








(11)
Khi xem M
co
≈ 0 thì biểu thức trên sẽ là:
M
c
= M
cđm
x
đm
n
n












=








2
1
1
2
1
1
=>
const
f
U
f
U
k
đm
đm
k

=
1
1
, ứng với M
c
= M
cđm
= const ( x = 0) như hệ thống nâng hạ, thang máy…
const
f
U
=
3
, ứng với M
c
= a + bn ( x= 1) như máy phát một chiều…
10
 Đồ án Truyền động điện 
const
f
U
=
2
1
1
, ứng với dạng đặc tính M
c
= a + bn
2
( x = 2) như quạt, máy bơm…

được chỉnh lưu thành
dòng điện 1 chiều ( f = 0 ), lọc rồi lại được biến đổi thành dòng điện xoay chiều tần số f
2
. Đây là loại
biến tần được dùng phổ biến hơn vì tần số ra f
2
hoàn toàn không phụ thuộc vào tần số vào mà chỉ phụ
thuộc vào mạch điều khiển. BBT gián tiếp cần có khâu chỉnh lưu trung gian. Tùy thuộc tính chất của
khâu chỉnh lưu và dạng tín hiệu đầu ra mà BBT gián tiếp lại chia ra BBT nguồn áp hay BBT nguồn
dòng.
+ BBT nguồn dòng thường dùng cho truyền động đảo chiều công suất lớn, có nguồn cấp một
chiều là nguồn dòng, điện trở trong của nguồn rất lớn. Dạng dòng điện của nguồn dòng xác định dạng
dòng điện ra trên tải, còn dạng áp trên tải thì phụ thuộc các thông số tải. Mạch điện một chiều thường
mắc nối tiếp với một cuộn kháng có độ tự cảm lớn.
+ BBT nguồn áp thường dùng cho truyền động nhiều động cơ, có nguồn cấp một chiều là nguồn
áp, điện trở trong rất nhỏ. Dạng điện áp nguồn xác định dạng điện áp ra trên tải, còn dạng dòng điện
trên tải thì phụ thuộc vào các thông số tải. Mạch điện một chiều thường được mắc song song với một
tụ điện có điện dung lớn.
IV. BBT gián tiếp ba pha nguồn áp:
_Sơ đồ nguyên lý:
Hình 9: BBT gián tiếp 3 pha nguồn áp
12
 Đồ án Truyền động điện 
Nguồn điện xoay chiều 3 pha tần số f
1
qua mạch chỉnh lưu cầu trở thành điện áp 1 chiều và được
san phẳng bởi cuộn kháng K, lọc bởi tụ C sẽ cấp cho mạch nghịch lưu điện áp biến đổi thành điện áp
xoay chiều ba pha tần số f
2
ra ĐCKĐB. Trong mạch nghịch lưu ngoài các thyristor còn sử dụng các

(vì cứ 60
o
lại có sự
chuyển mạch). Từ đó ta có sơ đồ thay thế hình 10b. Nhìn chung sơ đồ này có dạng 1 pha mắc nối tiếp
với 2 pha đấu song song nhau. Do đó:
U
A
= U
ZA
= (1/3)U = U
C
= U
ZC
; U
B
= U
ZB
= (-2/3)U
13
 Đồ án Truyền động điện 
(a) (b)
Hình 10: Dạng sóng điện áp ra trong trường hợp tải đấu sao, góc dẫn λ = 180
o
Theo dạng điện áp pha ta có trị hiệu dụng của nó:
U
pha
=
=
∫
π

3/
0
3/2
3/
22
3
2
3
2
1
π π
π
θθ
π
dUd
U
=
3
2U
(13)
_ Kiểu đấu tam giác: vẫn bằng cách tìm sơ đồ thay thế cho từng khoảng 60
o
như ở kiểu đấu sao, ta
thấy rằng các pha hoặc được đấu thẳng vào nguồn hoặc bị nối ngắn mạch như hình 11. Do đó điện áp
pha có dạng khác đi, dựa vào đồ thị U
A
ta xác định được điện áp hiệu dụng:
U
pha
=

chuyển mạch nghịch lưu
áp ba pha kiểu đấu tam
giác
2) Trường hợp λ = 120
o
: theo biểu đồ dẫn của thyristor hình 12, mỗi thời điểm chỉ có 2 van dẫn. Để
xem xét ta vẫn thực hiện như khi xét trường hợp 180
o
khi động cơ đấu sao hay đấu tam giác.
Hình 12: Biểu đồ điều khiển thyristor với góc
dẫn λ = 120
o
V. Ví dụ ứng dụng:
ĐCKĐB 3 pha rotor lồng sóc có 2p = 4, điện áp pha định mức U
đm
= 240V, tần số định mức 50Hz,
được điều khiển bằng biến tần gián tiếp nguồn áp theo quy luật U/f = const. Hãy xác định điện áp và
tần số ở ngõ ra của biến tần khi động cơ làm việc với tốc độ n
o
= 900 vòng/phút ; 1200 vòng/phút; 1800
vòng/phút.
Giải
Động cơ được điều khiển với quy luật U/f = const nên ta có:
fU
f
U
8,48,4
50
240
=→==

60
2.1350
)/(1800
00
VfUHzfphútvòngn ===→==→=
VI. Đánh giá nhận xét:
* Ưu điểm:
_ Cách tiếp cận vấn đề đơn giản, dễ hiểu, hình ảnh minh họa rõ ràng.
* Nhược điểm:
_ Đề tài chỉ đề cập đến những vấn đề cơ bản nhất của phương pháp điều khiển tốc độ ĐCKĐB qua
biến tần.
_ Chưa thật sự thực tế về vấn đề điều tốc xoay chiều vì biến tần gián tiếp nguồn áp chỉnh lưu có điều
khiển hiệu suất thấp và nghịch lưu điện áp xoay chiều dùng thyristor chưa đáp ứng được với yêu cầu
hoạt động tần số cao.
_ Ví dụ ứng dụng chưa phong phú.
* Nhận xét về đề tài:
_ Điều tốc biến tần là vấn đề phức tạp nhưng là vấn đề thiết yếu phải tìm hiều khi mà khoa học kỹ
thuật trong lĩnh vực điện-điện tử phát triền cùng với sự ra đời và ngày càng hoàn thiện của các bộ
biến đổi điện tử công suất đã thúc đẩy lĩnh vực truyền động điều tốc biến tần ngày càng chính xác,
đáp ứng nhiều đặc tính làm việc khác nhau, dễ dàng ứng dụng theo yêu cầu công nghệ sản xuất. Tìm
hiểu đề tài này thật sự hữu ích cho công việc thực tiễn sau này.
16