
Đồ án
Điều chỉnh tốc độ
động cơ điện không
đồng bộ 3 pha
Sinh viên thực hiện: Trần Duy Cường
Lớp : CK-ĐTĐ 11
1
Nghành đào tạo : Công nghệ tự động
Tên đề tài : Điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ 3 pha
Ngày nhận đề : 7-10-2010
Ngày nộp đồ án : 27-11-2010
Nhiệm vụ của đề tài:
- Các phương pháp điều chỉnh tốc độ
- Lựa chọn phương án mạch lực và mạch điều khiển
- Tính các phần tử mạch lực và mạch điều khiển.
Kết quả cần đạt được:
Bản thuyết minh đồ án môn học
Ngày tháng năm 2010
Khoa điện - điện tử
Nguyễn Đức Hỗ
Bộ môn kt điều khiển
Phạm Văn Chính
Giáo viên hướng dẫn
ThS.Phạm Thị Hoa
Lời nói đầu
2
Việc tỡm ra và phỏt triển nguồn năng lượng điện có thể nói là một sự
kiện vĩ đại nhất của con người, mà cũng chính nhờ sự kiện vĩ đại đó mà đó
khiến cho thế giới thay đổi hoàn toàn: thế giới chuyển từ hỡnh thức lao động
giản đơn lên thời kỳ đại công nghiệp, sức lao động được giải phóng, năng

Chương I
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ
I Cấu tạo và nguyên lý làm việc của Động cơ không đồng bộ
I.1 Cấu tạo: gồm 2 phần
a) Stato: là phần tĩnh của động cơ bao gồm lõi thép (ghép từ các lá
thép kĩ thuật điện) có răng để chứa dây quấn. Stato được gắn vào bệ động cơ
với nắp có ổ trục định vị cho rôto (hình 1).
b) Rotor: gồm lõi thép (mạch từ) hình trụ các rãnh đặt dây quấn. Lõi
thép có trục quay định tâm để gắn vào ổ trục trên stato.
- Rotor lồng sóc (rotor ngắn mạch) có dây quấn dạng lồng sóc là các
thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm đặt trong các rãnh rotor, hai đầu các thanh
dẫn nối tắt với nhau bằng vòng ngắn mạch.
- Rotor dây quấn (rotor pha) có ba đầu dây ra của dây quấn được nối
với ba vòng đồng ở đầu rotor, tiếp xúc với ba chổi than ở stato để dẫn ra
ngoài.
Hình 1.1: Cấu tạo động cơ điện không đồng bộ
4
I.2 Nguyên lý làm việc
Khi nối dây quấn Stato vào lưới điện xoay chiều ba pha, trong động cơ
sẽ sinh ra một từ trường quay. Từ trường này quét qua các thanh dẫn roto,
làm cảm ứng trên dây quấn roto một sức điện động E
2
sẽ sinh ra dòng điện I
2
chạy trong dây quấn. Chiều của sức điện động và chiều dòng điện được
xác định theo qui tắc bàn tay phải.
n
1
M
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động động cơ không đồng bộ

n
1
tốc độ quay của từ trường quay (tốc độ đồng bộ của động
cơ)
P
f
n
1
1
60
=
(1.2)
5
Khi tần số của mạng điện thay đổi thì n
1
thay đổi làm cho n thay đổi.
Khi mở máy thì n = 0 và S = 1 gọi là độ trượt của máy.
Dòng điện trong dây cuốn và từ trường quay tác dụng tương hỗ nên
nhau nên khi rôto chịu tác dụng của mômen M thì từ trường quay cũng chịu
tác dụng của mômen M theo chiều ngược lại. Muốn cho từ trường quay với
tốc độ n
1
thì nó phải nhận một công suất đưa vào gọi là công suất điện từ.
60
2
1
1
n
MMP
đt

2
'
2
n
MMP
π
ω
==
(1.7)
Công suất cơ nhỏ hơn công suất điện từ vì còn tổn hao trên dây quấn
rôto:
22 dđt
PPP ∆−=
(1.8)
Trong đó:
2222
rImP
d
=∆
(1.9)
m
2
số pha của dây cuốn rôto
Vì
đt
PP <
'
2
do đó n < n
1

Hay tính theo phần trăm:
Xét về mặt lý thuyết giá trị S sẽ biến thiên từ 0 đến 1 hoặc từ 0
÷
100%
Trong đó:
p
f
n
1
1
60
=
(1.14)
)1(
1
snn −=
(1.15)
II.2 Sức điện động của mạch rôto lúc đứng yên
m
WfKE Φ=
220220
44,4
(1.16)
Trong đó:
m
φ
trị số cực đại của từ thông trong mạch từ
K
2
là hệ số dây quấn rôto của động cơ

=
o
o
o
o
n
nn
S 100
1
1
−
=
6060
)(
1
1
11
2
pn
n
nnpnn
f
Xs
−
=
−
=
(1-13)
(1-18)
(1-19)

'
21
xx
s
r
rw
.r3U
M
(1)
Biểu thức (1) là phương trình đặc tính cơ, biểu diễn quan hệ m = f(n).
Lấy đạo hàm của mômen theo hệ số trượt và cho d
m
/d
s
= 0. Ta có hệ số trượt
tương ứng với mômen tới hạn m
t
gọi là hệ số trượt tới hạn:
S
th
=
'
2
2 ' 2
2 1 2
( )
r
r x x+ +
(2)
Do đó ta có biểu thức mômen tới hạn:

th
th
th
M
s
s
s s
ε
ε
+
+ +
(5)
8
mKWfE
ss
Φ=
2222
44,4
SKWfE
ms
Φ=
2212
44,4
(1-21)
- Đối với động cơ rôto lồng sóc có công suất lớn thì r
1
<<x
n
nên bỏ qua
r

- Khi điện áp sụt xuống thì mômen khởi động và mômen cực đại giảm
rất nhiều vì mômen tỉ lệ với bình phương điện áp.
9
III Các phương pháp điều chỉnh động cơ không đồng bộ:
III.1 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số
Việc thay đổi tần số f của dòng điện stato thực hiện bằng bộ biến đổi
tần số.
Ta có: Phương trình điện áp dây quấn stato
.
U
1
=
.
I
1
1
Z
-
1
E
Trong đó:
1
Z
= R
1
+ JX
1
là tổng trở dây quấn stato
- R
1

Thứ tự là số vòng dây quấn và hệ số dây quấn của
một pha stato
- Hệ số dây quấn kdq
1
< 1, nói nên sự giảm sức điện động của
dây quấn do quấn rải rác trên rãnh và bước rút ngắn.
-
max
φ
Biên độ từ thông của trường quay
10
Họ đặc tính của động cơ không đồng bộ
Từ phương trình: (1)
Ta có
max
φ
tỉ lệ thuận với tỉ số
f
U
1
. Khi thay đổi tần số người ta mong
muốn giữ cho
max
φ
không đổi để mạch từ máy ở tình trạng định mức. Muốn
vậy phải điều chỉnh đồng thời tần số và điện áp, giữ cho tỉ số điện áp U
1
và
điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi f, tần số f không đổi.
Việc điều chỉnh tốc độ quay bằng thay đổi tần số thích hợp khi điều

a. Phương pháp đổi nối Y/YY
Ta cú:
= 2
Nghĩa là tốc độ của động cơ khi đấu YY lớn hơn gấp 2 lần so với khi
đấu Y. để xây dựng được đặc tính điều chỉnh ta cần xác định được M ,và
S .khi thực hiện đấu Y thỡ 2 cuộn stato đấu nối tiếp nên:
R = 2R , X = 2X
R = 2R , X = 2X , X = 2X
12
R ,R ,X ,X là điện trở và điện kháng của các cuộn dây stato và roto
Sơ đồ nguyên lý đấu YY
Như vậy điện áp trên mỗi cuộn dây là:
U =
Khi đấu Y thỡ:
S =
Moomen tới hạn khi đấu Y sẽ được tính bằng:
M = 3U
Khi nối YY thỡ 2 cuộn dõy nối song song nờn:
R = , x =
R = , X =
lúc đó M = 3U
13
So sỏnh giữa cỏc biểu thức trờn ta thấy
= = 2
Vậy M = 2M
Và S = S
Như vậy khi đổi nối từ đấu Y sang cách đấu YY thỡ momen tới hạn
tăng gấp đôi cũn độ trượt tới hạn thỡ như nhau.
Tương tự như cách tính trên thỡ ta cũng cú:
Vậy P = 2P

1
đm, 0,7U
1
đm
M
C
Nhược điểm của phương pháp điều chỉnh tốc độ quay bằng điện áp là
giảm khả năng quá tải của động cơ, dải điều chỉnh tốc độ hẹp, tăng tổn hao ở
dây quấn rôto:
1
sMwsPP
đtđt
==∆
Việc điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp được dùng chủ yếu với
các động cơ công suất nhỏ có hệ số trượt S
th
lớn.
III.4 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch rôto
Thay đổi điện trở mạch rôto, bằng cách mắc biến trở ba pha vào mạch
rôto.
Biến trở điều chỉnh tốc độ phải làm việc lâu dài nên có kích thước lớn
hơn so với biến trở mở máy. Họ đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ rôto
dây quấn khi có biến trở điều chỉnh tốc độ. Ta thấy rằng khi tăng điện trở,
tốc độ quay của động cơ giảm.
16
Nếu mômen cản không đổi, dòng rôto không đổi, khi tăng điện trở để
giảm tốc độ, sẽ tăng tổn hao công suất trong biến trở, do đó phương pháp
này không kinh tế. Tuy nhiên phương pháp đơn giản, điều chỉnh trơn và
khoảng điều chỉnh tương đối rộng, được sử dụng điều chỉnh tốc độ quay của
động cơ công suất cỡ trung bình.

+ Điện áp đầu ra phía chỉnh lưu có độ nhấp nhô thấp chất lượng điều
chỉnh tốt hơn
+ Có điện áp nguồn nhỏ hơn so với hình tia, máy biến áp tận dụng triệt
để hơn, lõi thép không bị từ hóa.
Nhưng ở sơ đồ hình cầu có Dioed nhiều hơn 3 van nên giá thành đắt
hơn.
Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha
Dạng sóng đầu ra
19
Nguyên lý hoạt động:
Mạch dùng 6 Diode chia làm 2 nhóm:
+Nhóm lẻ: D
1
, D
3
, D
5
các Katot đấu chung
+Nhóm chẵn: D
2
, D
4
, D
6
các Anot đấu chung
U U
d
u
a2
u

3
và D
2
dẫn
- Từ
65
tt ÷
: U
c2
dương nhất và U
a2
âm nhất nên D
5
và D
4
dẫn
Bảng tóm tắt hoạt động:
Khoảng Chiều dòng điện Diode mở
Điện áp tải
d
U
21
tt ÷
Từ A đến B 1 và 6
a
u
2
÷
b
u

2
65
tt ÷
C - A 5 - 4
c
u
2
÷
a
u
2
76
tt ÷
C - B 5 - 6
c
u
2
÷
b
u
2
20
t
1
t
2
t
3
t
4

Để đặc trưng cho chất lượng của điện áp ( hay dòng điện ) sau chỉnh lưu
người ta đưa ra hệ số đập mạch K
p
.
K
p
=
- Tụ C
0
có nhiệm vụ đảm bảo điện áp nguồn ít bị thay đổi, mặt khác nó
trao đổi năng lượng phản kháng với cuộn cảm.
21
Biên độ sóng h i là ớn nhất của I
t
( hay U
t
)
Giá trị trung bình của I
0
( hay U
0
)
U
t
t
U
t
có tụ C
C Phóng C nạp
t

van an toàn.
I.3.1 Sơ đồ nguyên lý và quá trình chuyển mạch

Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu
Phương pháp điều chỉnh các Tranzito thông thường nhất là điều khiển
cho góc mở của van là:
λ
= 180
0
ở đây ta xét góc dẫn với tải đấu sao như thiết kế bằng cách xác định
điện áp trên tải trong từng khoảng thời gian 60
0
( vì cứ 60
0
có một sự
chuyển trạng thái mạch).
Với nguyên tắc van nào dẫn coi là thông mạch.
Nguyên tắc chuyển mạch: cho góc mở của mỗi Tranzito là
0
180
và cứ
0
60
tiếp theo ( kể từ khi Tranzito trước đó mở thì cho một Tranzito khác mở).
Như vậy trong cùng một thời gian có 3 Tranzito mở.
23
T
0 ÷
60
0

2
tương ứng khoảng thời gian từ
0 ÷ 60
0
sang 60
0
÷120
0
.
Trong khoảng thời gian này 0 ÷ 60
0
thì T
1
, T
5
, T
6
dẫn. Chiều dòng
điện trên tải được xác định theo chiều mũi tên, đến thời điểm 60
0
thì đảo
trạng thái từ T
5
sang T
2
. Do trên tải Z
c
mang tính cảm nên dòng điện không
đảo ngay lập tức mà năng lượng tích lũy trong Z
c