61

Ch"ơng 17
Mở máy và điều chỉnh tốc độ
động cơ điện không đồng bộ

17-1. QUá TRìNH Mở MáY Động cơ điện không đồng bộ

Trong quá trình mở máy động cơ điện, mômen mở máy là đặc tính chủ yếu nhất
trong những đặc tính mở máy của động cơ điện. Muốn cho máy quay đFợc thì mômen
mở máy của động cơ phải lớn hơn mômen tải tĩnh và mômen ma sát tĩnh. Trong quá
trình tăng tốc phFơng trình cân bằng động về mômen nhF sau:

dt
d
JMMM
jC

==
(17-1)
trong đó:
M, M
c
, M
j
là mômen điện từ của động cơ điện, mômen cản và mômen quán tính.

g
GD
J

mở máy ảnh hFởng rất nhiều đến năng suất lao động.
Khi bắt đầu mở máy thì rôto đứng yên, hệ số trFợt s = 1 nên dòng mở máy có thể
tính đFợc theo mạch điện thay thế.

2,
211
2,
211
1
)()( xCxrCr
U
I
mm
+++
=
(17-2)
Thực tế do mạch từ tản bão hoà rất nhanh, điện kháng giảm xuống nên dòng điện
mở máy còn lớn hơn nhiều so với trị số tính theo công thức (17-2). ở trị số điện áp
định mức dòng điện mở máy thFờng bằng từ 4 ữ 7 lần dòng điện định mức. Dòng điện
quá lớn không những làm cho bản thân máy bị nóng mà còn làm cho điện áp lFới giảm
nhiều, nhất là đối với những lFới điện có công suất nhỏ.
Trong thực tế, theo yêu cầu của sản xuất, động cơ không đồng bộ thFờng phải mở
máy và ngừng máy nhiều lần. Tuỳ theo tính chất của tải và tình hình của lFới điện mà
yêu cầu mở máy đối với động cơ điện cũng khác nhau. Có khi yêu cầu mômen mở máy
lớn, có khi cần hạn chế dòng điện mở máy và có khi lại cần cả hai. Những yêu cầu trên
đòi hỏi động cơ điện phải có tính năng mở máy thích ứng.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version

62
!"#$%

17.2.2. Hạ điện áp để mở máy
Khi hạ điện áp để mở máy sẽ giảm đFợc dòng
điện mở máy nhFng đồng thời mômen mở máy
cũng giảm xuống, do đó đối với những tải yêu cầu có mômen mở máy lớn thì phFơng pháp này không dùng đFợc. Tuy vậy đối với những
thiết bị yêu cầu mômen mở máy nhỏ thì phFơng pháp này rất thích hợp. Có ba cách hạ
điện áp nhF sau:$
1- Mắc cuộn kháng nối tiếp vào mạch stato (hình 17-2)
Khi mở máy đóng cầu dao D
1
, mở cầu dao D
2
, trong mạch điện stato đFợc mắc nối
tiếp một điện kháng K. Mở máy xong đóng cầu dao D
2
nối tắt cuộn kháng (hình 17-2).
Điều chỉnh trị số của điện kháng thì có thể có đFợc dòng điện mở máy cần thiết. Do có
điện áp giáng trên điện kháng nên điện áp mở máy trên đầu cực của động cơ điện là
U
,
mm
nhỏ hơn điện áp lFới U
1
. Ta có U
,

&
'
>?$ @$529"$,4$+*$
$
+,-$=A"7$=23"$,4$.0$"7BC.

ĐC

D
1

D
2TD
3

I
,
mmU
,
mm


D
1

D
2

I

$

I
mm
$
J
K
++
$$
U
l
Ưu điểm của phFơng pháp này là thiết bị đơn giản, giảm đFợc dòng điện mở máy
nhFng nhFợc điểm là khi giảm dòng điện mở máy thì mômen mở máy giảm xuống
bình phFơng lần.
2- Dùng biến áp tự ngẫu hạ điện áp mở máy
Sơ đồ lúc mở máy nhF hình 17-3, trong
đó T là biến áp tự ngẫu, bên cao áp nối với
lFới điện, bên hạ áp nối với động cơ điện.
Khi mở máy đóng cầu dao D
1
và D
3

và M
,
mm
=
k
2
T
M
mm
.
Gọi dòng điện lấy từ lFới vào là I
1
(dòng
điện sơ cấp của biến áp tự ngẫu) thì dòng
điện đó bằng: I
1
= k
T
I
,
mm
= k
2
T
I
mm
.
So với phFơng pháp trên ta thấy, nếu
chọn k
T

máy bằng dòng điện mở máy của phFơng pháp trên thì với phFơng pháp này ta có
mômen mở máy lớn hơn. Đó là Fu điểm của phFơng pháp dùng biến áp tự ngẫu để hạ
thấp điện áp mở máy.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version

64
!"#$%&'L($M1$.N"#$+;+O"$:#2$
.#P+$529"$./*$4#Q$RST$5U$+*$+,-(
$
4

3

2


1
còn cầu dao D
2
đóng về phía dFới,
nhF vậy máy đấu Y. Khi máy đã chạy rồi thì đóng cầu dao D
2
về phía trên, máy đấu
theo .
Theo phFơng pháp này, khi dây quấn đầu Y thì điện áp pha trên dây quấn là:
1
'
3
1
UU
mmf
=
, trong đó U
1
là điện áp dây của lFới điện.
Ta có:
mmfmmf
II
3
1
'
=
và
mmmmf
MM
3

nhF dùng một biến áp tự ngẫu có tỷ số biến đổi điện áp
3
1
=
T
k .
Trong các phFơng pháp hạ điện áp mở máy nói trên, phFơng pháp mở máy Y -
tFơng đối đơn giản nên đFợc dùng rộng rãi đối với những động cơ điện khi làm việc
đấu tam giác.
17.2.3 Mở máy bằng cách ghép thêm điện trở phụ vào rôto
PhFơng pháp này chỉ áp dụng với
những động cơ rôto dây quấn vì đặc
điểm của loại động cơ điện này là có
thể ghép thêm điện trở phụ vào mạch
cuộn dây rôto. NhF ta đã biết, khi điện
trở rôto thay đổi thì đặc tính M = f(s)
cũng sẽ thay đổi. Khi điều chỉnh điện
trở mạch điện rôto thích hợp sẽ đFợc
trạng thái mở máy lý tFởng (đFờng 4 ở
hình 17-5). Sau khi máy đã quay, để
duy trì một mômen điện từ nhất định
trong quá trình mở máy, ta cắt dần điện
trở phụ thêm vào rôto làm cho quá trình
tăng tốc của động cơ điện thay đổi từ
đFờng M = f(s) này sang đFờng M =
f(s) khác. NhF ở hình 17-5 đổi từ đFờng
4 sang đFờng 3, đFờng 2 và sau khi cắt
toàn bộ điện trở phụ thì sẽ theo đFờng 1
tăng tốc đến điểm làm việc.


Mặc dù việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ có những khó khăn,
nhFng trong những trFờng hợp nào đó nếu dùng phFơng pháp điều chỉnh tốc độ thích
hợp cũng có thể thoả mãn đFợc yêu cầu đặt ra.
Các phFơng pháp điều chỉnh chủ yếu có thể thực hiện:
1- Trên stato: thay đổi điện áp đFa vào dây quấn stato, thay đổi số đôi cực của dây
quấn stato hay thay đổi tần số nguồn điện.
2- Trên rôto: thay đổi điện trở rôto hoặc nối tiếp trên mạch rôto một hay nhiều máy
điện gọi là nối cấp.
17.3.1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực
Nói chung động cơ điện không đồng bộ trong điều kiện làm việc bình thFờng có hệ
số trFợt nhỏ, do đó tốc độ của động cơ điện gần bằng tốc độ đồng bộ
p
f
n
60
1
= . Từ đó
ta thấy khi tần số không đổi thì tốc độ đồng bộ của động cơ điện tỷ lệ nghịch với số đôi
cực, do đó khi thay đổi số đôi cực của dây quấn stato có thể thay đổi đFợc tốc độ.
Dây quấn stato có thể nối thành bao nhiêu số đôi cực khác nhau thì tốc độ có bấy
nhiêu cấp, vì vậy tốc độ chỉ có thể thay đổi từng cấp một, không bằng phẳng. Có nhiều
cách thay đổi số đôi cực của dây quấn stato.
1. Đổi cách nối để có số đôi cực khác nhau. Dùng trong động cơ điện hai tốc độ
theo tỷ lệ 2 : 1.
2 - Trong rãnh stato đặt hai dây quấn độc lập có số đôi cực khác nhau, thFờng để
đạt hai tốc độ theo tỷ lệ 4 : 3 hay 6 : 5.
3 - Trên rãnh stato có đặt hai dây quấn độc lập có số đôi cực khác nhau, mỗi dây
quấn lại có thể đổi nối để có số đôi cực khác nhau, dùng trong động cơ điện ba bốn tốc
độ.
Dây quấn rôto trong động cơ điện không đồng bộ rôto dây quấn có số đôi cực bằng


X
2

!"#$%
&
'
W
($$X8$5<$"7C-P"$
YZ$.#[-$5\2$]^$5;2$101
$








$
A
1

[V
$
X
1

X
2

này để điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi
cực. NgFợc lại, rôto lồng sóc có thể thích ứng với
bất cứ số đôi cực nào của dây quấn stato, do đó
thích hợp cho động cơ điện thay đổi số đôi cực để
điều chỉnh tốc độ.
Sơ đồ thay đổi số đôi cực nhF ở hình 17 - 6. Khi
thay đổi từ nối thuận (hình 17-6a) sang nối ngFợc
(hình 17-6b) ta đFợc bFớc cực khác nhau, nghĩa là
số đôi cực khác nhau theo tỷ lệ 2 : 1. Hai cuộn dây
đó cũng có thể đấu nối tiếp (hình 17-6a) hay song
song (hình 17-6c) theo yêu cầu của điện áp và dòng
điện để thay đổi số đôi cực.
Đối với động cơ điện ba pha, tuỳ theo cách đấu
Y hay và cách đấu dây quấn pha song song hay
nối tiếp mà ngFời ta chế tạo động cơ điện hai tốc độ
thành loại mômen không đổi và loại công suất
không đổi.
ở hình 17-7, gọi công suất động cơ điện khi đấu
YY với số đôi cực ít (p
1
) là P
YY
, công suất động cơ
điện khi đấu Y với số đôi cực gấp đôi (p
2
) là P
Y
, ta
có:

Giả thiết khi thay đổi tốc độ, hiệu suất và cos không đổi thì ta có:

2=
Y
YY
P
P
(17-3)
Vì khi đổi nối từ đấu Y sang đấu YY số đôi cực giảm đi một nửa nên tốc độ tăng 2
lần (p
2
= 2p
1
nên n
1
= 2n
2
) và do quan hệ P = M, trong đó là tốc độ góc của rôto
động cơ điện; M, P là mômen điện từ và công suất đầu trục của động cơ điện, nên ta
có:
2
2
===
Y
YY
YY
YYYY
Y
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version

67

!"#$%
&
'
%
_
($FM1$.N"#$18$)$`$ab"V$
1c[$56"7$18$529"$#[2$.^1$56
$1d$]8$5<$
5eC$fg-$"#h$*$#!"#$%
i
'
i
$
_
$$$$$$$$$$$$$$$$
"
%
$$$$$$$$$$$$$$$$$H"
%
$$$$$$$$"
$
M



&
'
i
($X8$5<$5eC$fg-$kCe"$:#2$5\2
$
$.^1$56$.#OT$.l$Y9$H?%$Rm2$1;"7$]Ce.$:#;"7$5\2$
A B C A B C

n
f
(
p
2
= 2p
1
)
YY

(p
1
)

n
f

n
K


I
f

I
f
n
f

n
f

n
K
a
n
K
a

1
s
p
f
snn ==
Khi hệ số trFợt thay đổi ít thì n tỷ lệ với f
1
.
PhFơng pháp thay đổi tần số để điều chỉnh tốc độ là phFơng pháp điều chỉnh bằng
phẳng, động cơ điện có thể quay với bất cứ tốc độ nào, phạm vi điều ch ỉnh rộng, nhFng
cần phải sử dụng nguồn điện đặc biệt có tần số thay đổi đFợc, do đó chỉ khi nào có
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
2

68
nhiều động cơ điện cùng thay đổi tốc độ theo một quy luật chung thì cách điều chỉnh
này mới có ý nghĩa thực tế vì có thể dùng một nguồn điện biến tần chung.
Với điều kiện năng lực quá tải không đổi, có thể tìm ra đFợc quan hệ giữa điện áp
U
1
, tần số f
1
và mômen M.
Trong công thức về mômen cực đại (16-41), khi bỏ qua điện trở r
1
thì mômen cực
đại có thể viết thành:

2
1

1
2'
1
'
max
'
max
'
fU
fU
M
M
M
M
==

Do đó ta đFợc:
M
M
f
f
U
U '
1
'
1
1
'
1
=

'
1
1
'
f
f
M
M
=

Thay vào (17-6) ta đFợc:
1
'
1
1
'
1
f
f
U
U
=
(17-8)
Nếu yêu cầu mômen tỷ lệ với bình phFơng của tốc độ nghĩa là mômen tỷ lệ với
bình phFơng của tần số (nhF quạt gió) thì ta có:

2
1
'
1

đổi thì tốc độ giảm xuống, hệ số trFợt tăng từ s
a
đến s
b
rồi s
c
nhF ở hình 17-11.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
3

69 !"#$%
&
'
%
%
($F2oC$1#p"#$.^1$56
$
=A"7$.#[-$5\2$529"$,4$1c[$].[.T
1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0

1

2

M/M
đm


Theo công thức về mômen M = C
m
I
,
2
,
trong đó C
m
là hệ số, thì khi điện áp lFới
U
1
= xU
đm
, s.đ.đ. E và từ thông cũng bằng
x lần trị số ban đầu và I
,
2
tăng lên 1/x lần (để
giữ M = const cân bằng với mômen cản M
c
).
Vì hệ số trFợt
1
2'
2
2'
21
2
M
2
max
=
dm
M
M
, hệ số trFợt định mức s
đm
= 0,04 thì theo biểu thức Klox tính đFợc s
m
= 0,15
nghĩa là phạm vi điều chỉnh tối đa là 15%.
Khi mômen tải bằng mômen định mức thì điện áp thấp nhất là U
1
= 0,707U
đm
. Nếu
mômen tải nhỏ hơn tải định mức thì điện áp còn có thể giảm nữa.
Có thể dùng phFơng pháp đổi nối Y- hoặc dùng điện kháng nối tiếp với dây quấn
stato để hạ điện áp.
17.3.4. Điều chỉnh tốc độ bằng cách
ghép thêm điện trở phụ vào mạch rôto

bản thân không đổi, I
2
cũng không đổi nên một bộ phận công suất cơ trFớc
kia đã biến thành tổn hao đồng m
2
I
2
2
r
f
. Vì lúc đó công suất đFa vào không đổi nên hiệu
suất đã giảm. Đó là nhFợc điểm của phFơng pháp điều chỉnh này. Mặt khác, phạm vi
điều chỉnh tốc độ đFợc nhiều hay ít còn tuỳ thuộc theo tải lớn hay nhỏ, tải càng nhỏ
phạm vi điều chỉnh tốc độ càng ít, khi không tải không thể dùng phFơng pháp này để
điều chỉnh tốc độ đFợc.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
4
Nhuoc diem

70
~

A

B

R

!"#$%
&

2
, tốc độ
đồng bộ của các máy là n
1A
và n
1B
, tốc độ
rôto chung của cả hai máy là n
c
thì ta có:
A
A
p
f
n
1
1
60
=

và


B
cB
B
n
nn
s
1
1

=
(17-13)
Ta nhận thấy B làm việc giống nhF một động cơ điện không đồng bộ thFờng mà
tần số nguồn đFa vào trên rôto là f
2
, còn máy A làm việc nhF một động cơ điện không
đồng bộ mà trên rôto nối thêm một mạch điện đẳng trị của động cơ B. Cuối cùng, vì
rôto hai máy đFợc nối chặt với nhau về cơ khí nên cùng quay với tốc độ n
c
. Hiểu nhF
vậy thì rất dễ thấy, khi không tải hệ số trFợt của máy B là s
B
= 0 nên n
1B
= n
c
. Lúc đó n
c

là tốc độ đồng bộ của cả hệ thống nối cấp, gọi là n

(17-14)
NhF vậy, n
1c
đFợc xem nhF tốc độ của hệ thống nối cấp khi hệ số trFợt của động cơ
B bằng không.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
5

71

Công thức (17-14) cho ta thấy tốc độ đồng bộ của hệ thống là tốc độ đồng bộ của
một động cơ điện tFơng ứng có số đôi cực bằng (p
A
+ p
B
).
Các động cơ A, B có thể làm việc riêng lẻ nên ta đFợc ba tốc độ tFơng ứng với ba
số đôi cực p
A
, p
B
và p
A
+ p
B
.
Phân phối công suất của hệ thống nối cấp cũng giống nhF ở máy điện thFờng.
Công suât điện từ của máy A là P
đtA
chia làm hai phần, một phần biến thành công suất

n
1
;
công suất cơ của máy B là P
cơB
= P
s
= P
đtA
A
CA
n
nn
1
1

.
Từ đó ta thấy tải của hai máy đại thể phân phối tỷ lệ theo số đôi cực của chúng.
Vì công suất kích từ dùng từ trFờng quay của cả hai máy nên dòng điện không tải
lớn hơn so với một động cơ điện thFờng. Tổng trở ngắn mạch cũng lớn hơn do đó dòng
điện ngắn mạch nhỏ đi. Điều đó làm cho cos và M
max
giảm xuống.
Ngoài những phFơng pháp điều chỉnh tốc độ kể trên có thể dùng phFơng pháp đFa
s.đ.đ. phụ vào mạch điện rôto để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ. Tuy nhiên
phFơng pháp này không thực hiện trên những động cơ không đồng bộ loại thFờng mà
đFợc thực hiện ở loại động cơ điện đặc biệt gọi là động cơ điện xoay chiều có vành
góp. Nguyên lý làm việc của loại máy này sẽ xét ở chFơng sau.
Câu hỏi
1. Nêu các yêu cầu mở máy và trình bày tóm tắt các phFơng pháp mở máy động cơ

72
không đổi. Trong mạch rôto nối thêm điện trở phụ để tốc độ giảm xuống còn 750
vg/ph. Hãy tính công suất tiêu hao trên điện trở phụ và công suất đFa ra của động cơ
khi giảm tốc độ.
Đáp số: p
,
cu2
= 23,7 kW; P
,
2
= 76,3 kW
2. Cho một động cơ điện rôto dây quấn có: p = 2; f = 50Hz ; r
2
= 0,02 ; n = 1485
vg/ph. Nếu mômen tải không đổi, muốn có tốc độ n = 1050 vg/ph thì phải ghép thêm
điện trở phụ vào rôto là bao nhiêu? Nếu thay đổi điện áp đặt vào dây quấn stato để có
đFợc tốc độ nói trên (không có thêm điện trở phụ vào rôto) thì phải đặt vào stato một
điện áp là bao nhiêu?
Đáp số: r
p
= 0,58 ; U

= 0,316 U
đm
.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version