TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ
CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP
ªªªªª ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA BẰNG BIẾN TẦN
CBHD : TH. S Lê Ngọc Hội
SVTH : Tạ Văn Tiến
MSSV : 11010603

TP Hồ Chí Minh – Tháng 6/2013 ª Đồ án Truyền động điện ª

1

B. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
I. Cấu tạo:
Hình 1: Cấu tạo ĐCKĐB
a)Phần tĩnh (Stato)
Stato có cấu tạo gồm vỏ máy,lõi sắt và dây quấn
* Vỏ máy
ª Đồ án Truyền động điện ª

3

Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng để làm mạch
dẫn từ. Thường vỏ máy được làm bằng gang. Đối với máy có công suất
tương đối lớn ( 1000kW ) thường dùng thép tấm hàn lại làm thành vỏ máy.
Tuỳ theo cách làm nguội máy mà dạng vỏ cũng khác nhau.
*Lõi sắt
Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên để
giảm tổn hao lõi sắt được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện ép lại. Khi
đường kính ngoài lõi sắt nhỏ hơn 90 mm thì dùng cả tấm tròn ép lại. Khi
đường kính ngoài lớn hơn thì dùng những tấm hình rẻ quạt (hình 2) ghép lại.
*Dây quấn
Dây quấn stator được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt
với lõi sắt. Dây quấn stato gồm 3 cuộn dây đặt lệch nhau 120

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 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.
ª Đồ án Truyền động điện ª

5

- Tốc độ quay của từ trường phụ thuộc vào số đôi cực p, số đôi cực càng
lớn thì tốc độ từ trường quay càng giảm. Với cuộn cảm tạo ra từ trường có p
đôi cực thì tốc độ quay giảm p lần là
p
f1
(vòng/s)
Hay n

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
w
ww
-
= 1 -
0
2
w
w

(2)
ở chế độ động cơ, hệ số trượt s có giá trị 0
£
s
£


Khi cuộn dây stator được cấp với điện áp định mức U
1ph.đm
trên 1 pha mà
rotor không quay thì mỗi pha của cuộn dây rotor sẽ xuất hiện 1 sức điện động
cảm ứng E
2ph.đm
theo nguyên lý của máy 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

= K
R
.R
2

Các đại lượng khác trên sơ đồ thay thế hình 2:
I
0
– dòng từ hóa của động cơ.
R
m
, X
m
– điện trở và điện kháng mạch từ hóa.
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

P
12
= P
cơ
+ ∆P
2

Nếu bở qua tổn thất phụ thì có thể xem momen điện từ M
đt
của động cơ
bằng momen cơ M
cơ
:
M
đt
= M
cơ
= M
Từ đó: P
12
= M.ω
0
= Mω + ∆P
2
Suy ra : M =
ww
-
D
0
2

ê
ë
é
+
÷
ø
ö
ç
è
æ
+
2
2
2
10
2
2
1
'

' 3
nm
ph
X
s
R
Rs
RU
w


ª Đồ án Truyền động điện ª

9

Giải phương trình ta có: s
th
=
22
1
2
'
nm
XR
R
+
±
(7)
Thay vào phương trình đặc tính cơ ta có:
M
th
=
)(.2
3
22
110
2
1
nm
ph
XRR

0
sẽ thay đổi, đồng thời X
1
, X
2
cũng bị
thay đổi (X = 2
p
f L) kéo theo sự thay đổi cả độ trượt tới hạn s
th
và momen tới
hạn M
th
.
Ta nhận thấy khi thay đổi tần số f
1
, nếu bỏ qua điện trở dây quấn stator R
1
=
0 thì M
th
là:
M
th
=
nm
ph
X
U
2

1
.(L
1
+ L’
2
) = ω
1
.L
nm
ª Đồ án Truyền động điện ª

10

Thay vào phương trình M
th
(8) ta có:
M
th
=
nm
ph
Lf
pU
2
1
22
1
2)2(2
3
p

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
1
Mf
U
A
Mf
U
A
đm
đm
c
ph

æ

(11)
Khi xem M
co
≈ 0 thì biểu thức trên sẽ là:
M
c
= M
cđm
x
đm
n
n
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
= M
cđm
x
đm
f
f
÷
÷

=
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
2
1
1
2
1
1
=> const
f
U
f
U
k
đm
đm
k
ph
==
++
2
1
1

const
f
U
=
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…
ª Đồ án Truyền động điện ª

12

const
f
U
=
2
1

Các bộ biến tần (BBT) là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều từ tần số này
sang tần số khác, với các BBT dùng cho điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều,
ª Đồ án Truyền động điện ª

13

ngoài thay đổi tần số, chúng còn có thể thay đổi cả điện áp ra khác với điện áp lưới
cấp vào BBT. Các BBT được chia làm 2 loại chính:
- BBT trực tiếp: loại này biến đổi thẳng dòng điện xoay chiều tần số f
1
thành f
2

không qua khâu chỉnh lưu nên hiệu suất cao hơn loại gián. Biến tần trực tiếp
thường được dùng cho truyền động công suất lớn, tốc độ làm việc thấp, thí dụ để
cung cấp cho các động cơ roto lồng sóc, các động cơ roto dây quấn cung cấp bởi 2
nguồn, các động cơ đồng bộ…Tuy nhiên biến tần trực tiếp có các nhược điểm
như: hệ số công suất thấp, tần số điều chỉnh bị giới hạn trên bởi tần số nguồn cung
cấp…
- BBT gián tiếp: với BBT loại này, dòng điện xoay chiều đầu vào tần số f
1

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

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 diode cách ly D
1
àD
6

nhằm cách ly giữa các tụ điện chuyển mạch và dây quấn các pha của ĐCKĐB để
chúng không tạo thành mạch cộng hưởng làm ảnh hưởng đến quá trình chuyển
mạch. Tần số điện áp ra f
2
và độ lớn điện áp ra được quyết định bởi mạch nghịch
lưu điện áp 3 pha cầu. Các quá trình điện từ trong mạch nghịch lưu điện áp phụ
thuộc vào nhiều yếu tố như: đặc tính tải, cách đấu tải, nguồn cấp và nguyên tắc
ª Đồ án Truyền động điện ª

15

điều khiển. Phương pháp điều khiển thường dùng nhất là điều khiển góc dẫn của
thyristor: λ = 180
o
và λ = 120

; U
B
= U
ZB
= (-2/3)U

ª Đồ án Truyền động điện ª

16(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
=
=
ò
p
q
p
2
0
2
2
1
dU

2
1
p p
p
qq
p
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
ª Đồ án Truyền động điện ª

17

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
=
( )
ò

Hình 11: Sơ đồ thay
thế 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
oV. Ví dụ ứng dụng:
ª Đồ án Truyền động điện ª

18

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

ứng của động cơ:
)(14430.8,48,4)(30
60
2.900
)/(900
00
VfUHzfphútvòngn ===®==®=

)(19240.8,48,4)(40
60
2.1200
)/(1200
00
VfUHzfphútvòngn ===®==®=

)(21645.8,48,4)(45
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.
ª Đồ án Truyền động điện ª