§2.5 Các đặc tính của động cơ không đồng bộ ba pha
I. Các đặc tính :
Sơ đồ nguyên lý của đông cơ không đồng bộ: bao gồm động cơ không đồng bộ ro to dây quấn và roto
lồng sóc:
Động cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giản, nhưng việc khống chế nó trong quá trình khởi động,
điều chỉnh tốc độ và quá trình hãm là rất phức tạp. Đặc biệt là khi động cơ làm việc trong vùng bão
hoà từ thì các đặc tính của nó đều là phi tuyến. Do vậy để đơn giản khi nghiên cứu động cơ không
đồng bộ ba pha cần có các giả thiết sau :
+ Ba pha của động cơ là đối xứng
+ Các thông số của mạch không thay đổi nghĩa là không phụ thuộc vào nhiệt độ , điện trở mạch rôto
không phụ thuộc vào tần số dòng điện trong nó, mạch từ không bão hào
+ Tổng dẫn của mạch vòng từ hoá không thay đổi , dòng điện từ hoá chỉ phụ thuộc vào điện áp đặt
vào stato của động cơ
+ Bỏ qua các tổn thất do ma sát , tổn thất trong lõi thép
+ Điện áp là hoàn toàn hình sin và đối xứng
Với các giả thiết trên ta có sơ đồ thay thế của động cơ KĐB ba pha như sau :
Trong đó:
U
1
: Trị số hiệu dụng điện áp pha ở stato
I
1
, I
μ
, I
2
: Trị số dòng điện stato , dòng từ hoá , dòng điện roto qui đổi về stato
r
1
, r
μ









+
+
+
=
2
'
2
1
22
11
11
nm
x
s
R
r
xr
UI
µµ
32
Trong đó
'

1
µµ
xr
UI
= I
μ
Nghĩa là ở tốc độ đồng bộ động cơ vẫn tiêu thụ dòng điện từ hoá để tạo ra từ trường quay . Ta có đặc
tính dòng điện stato được trình bày như sau :
Trị số dòng điện roto quy đổi về stato là
2
'
2
1
1
'
2
nm
x
s
R
r
U
I
+







0
.
dt dt
P M
ω
=
với M
đt
là mô men điện từ của động cơ . Nếu bỏ qua các tổn thất phụ thì ta có M
đt
= M
cơ
và ta có M
đt
=
M
cơ
= M .
Công suất đó được chia làm hai thành phần đó là : Công suất cơ trên trục động cơ P
cơ
và công suất tổn
hao đồng trong roto là ΔP
2

P
12
= P
cơ
+ ΔP
2

ω
=
Khi thay thế vào ta có phương trình đặc tính cơ như sau






++
=
22
'
2
10
'
2
2
1
)(
3
nm
x
s
R
rs
RU
M
ω
Mối quan hệ M = f (ω) là một đường cong có cực trị , dạng của nó được biểu diễn trên hình vẽ .

± +
Trong biểu thức trên dấu + ứng với trạng thái động cơ còn dấu - ứng với trạng thái máy phát
Phương trình đặc tính cơ còn được viết ở dạng sau :
th
th
1
'
2
2 (1 as
2as
th
th
th
M
M
s
s
s s
r
a
R
+
=
+ +
=
- Đối với những động cơ có công suất lớn thì r
1
rất nhỏ hơn so với x
nm
nên ta có thể coi r

M
x
ω
= ±
= ±
- Trong nhiều trường hợp cho phép ta sử dụng những phương trình gần đúng bằng cách tuyến tính hoá
đặc tính cơ trong đoạn làm việc . Ở những vùng có độ trượt s < 0,4 ta xem như
0
th
s
s
=
và khi đó ta có
phương trình đặc tính cơ
2
th
th
M
M s
s
=
- Có thể tuyến tính hoá đoạn đặc tính làm việc qua hai điểm làm việc là điểm không tải và điểm làm
việc định mức . Phương trình có dạng gần đúng như sau
dm
2
dm
M
M s
s
=

ω
= ± =
= ± =
Nếu điện áp đặ vào động cơ giảm quá thấp có thể làm cho mô men khởi động của động cơ giảm thấp
và động cơ sẽ không khởi động được
34
Khi giảm áp ta sẽ thu được một họ đường đặc tính cơ như sau :
2. Ảnh hưởng của thông số điện trở phụ mạch roto
Khi thay đổi điện trở mạch rôto thì độ trượt tới hạn của động cơ thay đổi , còn mô men tới hạn của
động cơ không thay thay đổi
'
2
2
1
0
ar
3
onst
2
th
nm
th
nm
R
s v
x
U
M c
x
ω

ω π
= ± = =
 
= ± = ± =
 ÷
 
Như vậy mô men tới hạn thay đổi theo sự thay đổi của tỷ số U1/f1 . Nếu ta giữ cho tỷ số này không
đổi thì M
th
cũng không thay đổi
35
4. Ảnh hưởng của số đôi cực p
Đối với những động cơ không đồng bộ roto lồng sóc nhiều cấp tốc độ để điều chỉnh tốc độ người ta
thay đổi thông số đôi cực của máy
Khi thay đổi số đôi cực p ta có
1
0
'
2
2
1
0
2
ar
onst
3
onst
2
th
nm

đm
, U
đm
, I
2đm
, E
2đm
, r
1
,x
1
, r
2
, x
2
, hoặc
' '
2 2 .
, , ,
th nm
M Mkd
dm dm
M M
r x
M M
λ λ
= =
Từ các thông số đó ta sẽ xác điịnh được s
th
, M

th M dm
M M
λ
=
Để xác định được thông số a và s
th
ta phải giả đồng thời biểu thức tính mô men cho hai điểm đặc
biệt là điểm làm việc định mức và điểm khởi động :
Điểm định mức [ M
đm
, s
đm
]
th
th
2 (1 as )
2as
th
dm
dm th
th dm
M
M
s s
s s
+
=
+ +
Điểm khởi động [M
kđ

0,15 – 0,25 ) thì khi đó ta coi
,
1
1 2
'
2
, 1
r
r r a
r
≈ = ≈
, khi đó phương trình đặc tính cơ có dạng sau :
2 (1 )
2
th th
th
th
th
M s
M
s
s
s
s s
+
=
+ +
trong đó
.
th M dm

th dm
dm M
s
s s
s
λ λ λ
λ
 
+ − + −
 
=
− −
 
 
Đối với những động cơ có công suất lớn do r
1
<< x
nm
nên có thể coi a.s
th
= 0 và khi đó ta có
2
( 1)
th dm M M
s s
λ λ
= + −
phương trình đặc tính cơ có dạng đơn giản
2
th

r R
+
=
+
=
+
37
Ta nhận thấy
1
' ,
2
. .
tn thtn nt thnt
f
r
a s a s
r R
= =
+
và phương trình đặc tính cơ biến trở có dạng
2 (1 . )
2 .
th nt thnt
thnt
nt thnt
thnt
M a s
M
s
s

th
s
s
=
thì khi
đó phương trình đặc tính cơ có dạng
' '
2
2
nm
th
f
x
M M s
r R
=
+
-Ta cũng có thể dựng đặc tính biến trở từ đặc tính cơ tự nhiên đã tìm được :
Với cùng một giá trị mô men từ phương trình đặc tính cơ tự nhiên và biến trở ta có
th th
2 (1 as ) 2 (1 as )
th th
thtn tn thnt nt
tn thtn nt thnt
thtn tn thnt nt
tn thtn nt thnt
M M
s s s s
s s s s
s s s s

tn
, thay vào * sẽ xác
định được s
nt
từ đó dựng từng điểm trên đặc tính biến trở
Lưu ý :
Trong các biểu thức tính toán nếu đã cho E
2nm
, I
2đm
mà không cho r
2
thì ta có thể xác định theo biểu
thức :
' ' 2
2
2 2 2 2 2 2
2
.
; . ; . ;
3
nm dm
r x r r e
dm
E s
r r k r x k x k x k k
I
= = = = =
38
với

1 . Khởi động động cơ KĐB
2. Xác định điện trở khởi động
Để xác định trị số các cấp điện trở khởi động ta sử dụng đồ thị hình tia với các đường đặc tính tuyến
tính hoá trong quá trình khởi động
Các bước tiến hành như sau ;
Bước 1 : Dựa vào các thông số của động cơ tiến hành dựng đường đặc tính cơ tự nhiên
Bước 2 : Chọn giới hạn trên của mô men khởi động
1
0,85
th
M M≤
và giới hạn dưới
2
(1,1 1,3)
c
M M≥ ÷
hoặc
2
(1,1 1,3)
dm
M M≥ ÷
Bước 3 : Đặt M
2
, M
1
lên trục hoành và kẻ hai đường thẳng song song với trục tung cắt đặc tính cơ tự
nhiên tại hai điểm a và b . Kẻ đường thẳng qua ab cắt đường thẳng song song với trục hoành qua điểm
0
ω
tại t , t là điểm đồng qui của các tia khởi động . Lấy t làm điểm xuất phát ta vẽ các đặc tính biến

f
id ib bd
r r r
ib ib
if id df
r r r
ib ib
ih if fh
r r r
ib ib
−

= =


−

= =


−

= =


V. Các trạng thái hãm của động cơ không đồng bộ
39
1 . Hãm tái sinh
Hãm tái sinh là một trạng thái máy phát mà động cơ biến cơ năng trên trục động cơ thành điện năng
trả về lưới điện . Trạng thái này xảy ra khi tốc độ

I +=








+






−








+





40
2. Hãm ngược
Hãm ngược là một trạng thái máy phát mà roto của động cơ quay ngược với từ trường quay tương ứng
với thứ tự pha của điện áp lưới đặt vào stato .
Hãm ngược xảy ra trong các trường hợp sau :
a . Đưa thêm điện trở phụ vào mạch roto của động cơ với tải là tải thế năng . Đặc tính cơ được biểu
diễn như sau
b. Đổi chiều từ trường quay khi động cơ đang làm việc bằng cách đảo chéo hai trong ba pha của động
cơ . Đặc tính cơ trong trường hợp này như sau :
Đoạn bc chính là đoạn hãm ngược của động cơ trong trường hợp này
3. Hãm động năng
Hãm động năng là trạng thái mà động cơ không đồng bộ làm việc như một máy phát điện đồng bộ cực
ẩn có tần số biến đổi và được kích từ ở stato . Động năng được tích luỹ trong quá trình làm việc trước
đó , biến thành điện năng tiêu hao trên điện trở roto dưới dạng nhiệt . Trạng thái này xảy ra khi động
cơ đang quay ta cắt nó khỏi lưới điện xoay chiều và đóng vào nguồn một chiều .
41
Căn cứ vào loại nguồn một chiều đưa vào stato người ta chia hãm động năng của động cơ này thành 2
loại : hãm động năng tự kích và kích từ độc lập
- Khi cắt stato ra khỏi lưới điện xoay chiều rồi đóng vào nguồn điện một chiều , dòng một chiều chạy
trong stato sinh ra một từ trường đứng yên so với stato , giả sử từ thông Φ có chiều như mũi tên . Do
có quán tính nên roto của động cơ vẫn quay theo chiều cũ ( chiều trên hình vẽ ) . Các thanh dẫn ở roto
sẽ cắt từ trường đứng yên nên xuất hiện trong nó một sđđ cảm ứng e
2
có chiều được xác định theo qui
tắc bàn tay phải . Do roto vẫn kín mạch nên e
2
sinh ra một dòng điện i
2
cùng chiều với sđđ . tác dụng
tương hỗ giữa i

W
3
2W
2
mc mc
a
I I AI= =
Trong đó a,A : Hệ số phụ thuộc cách đấu dây mạch stato khi hãm . Việc xác định các hệ số này phụ
thuộc vào đồ thị véc tơ sức từ động một chiều của stato
Ta có ví dụ sau đây
Theo sơ đồ dưới ta có
0
1 1
2 W os30 3W
2
3;
3
mc mc mc
F I c I
a A
= =
⇒ = =
42
Có một số cách mắc cuộn dây stator để hãm động năng như sau :
Ta có sơ đồ thay thế của động cơ trong chế độ hãm động năng như sau
Ở chế độ động cơ không đồng bộ thì điện áp đặt vào stato không thay đổi nghĩa là nguồn stato là
nguồn áp , dòng điện từ hoá I
μ
và từ thông Φ là không đổi , còn I
1

2 2
'
2
2
*
( )
E E
I
R x
R
x
ω
ω
ω
′
= =
+
 
+
 ÷
 
Hay
*
' ' ' '
2 2 2
'2 ' * 2
2 2
. .
( )
f

R x
ω
ϕ
ω
=
+
Từ các biểu thức trên ta rút ra
2 2 *2 2 ' *2
2
2 2
1
'2 ' * 2 '2 ' * 2
2 2 2 2
2
( ) ( )
I x I x x
I I
R x R x
µ µ µ µ
µ
ω ω
ω ω
= + +
+ +
2
1
* '
2
2
' 2 '2

2 2
( ) ( )
I x
I
R x x
µ
µ
ω
ω
=
+ +
Tương tự như trong chế độ động cơ mô men được xác định theo biểu thức
'2 ' *
2 2
0
3 . /I R
M
ω
ω
=
Thay giá trị của I
2
’ tìm được ở trên vào ta có
2 2 ' *
1 2
'2 ' 2 *2
0 2 2
3 . . .
( )
I x r

2
1
,
0 2
3 .
2 ( )
th
thdn
R
x x
I x
M
x x
µ
µ
µ
ω
ω
=
+
=
+
Phương trình đặc tính cơ còn được viết dưới dạng sau :
*
*
* *
2
thdn
th
th

7. Hãy trình bày phương pháp tính toán điện trở khởi động cho động cơ một chiều kích từ song
song ?
8. Thế nào là trạng thái hãm trong động cơ điện ? Trình bày các trạng thái hãm của động cho động
cơ một chiều kích từ song song ?
9. Thiết lập phương trình đặc tính cơ, vẽ dạng đặc tính và nêu các đại lượng đặc trưng cơ bản cho
đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ nối tiếp ?
10. Hãy nêu các thông số ảnh hưởng đến đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ nối tiếp ?
11. Hãy trình bày phương pháp xây dựng đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ nối tiếp ?
12. Hãy trình bày phương pháp tính toán điện trở khởi động cho động cơ một chiều kích từ nối tiếp
?
45
13. Thế nào là trạng thái hãm trong động cơ điện ? Trình bày các trạng thái hãm của động cho
động cơ một chiều kích từ nối tiếp ?
14. Thiết lập phương trình đặc tính cơ, vẽ dạng đặc tính và nêu các đại lượng đặc trưng cơ bản cho
đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha ?
15. Hãy nêu các thông số ảnh hưởng đến đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha ?
16. Hãy trình bày phương pháp xây dựng đặc tính cơ của động c không đồng bộ ba pha ?
17. Hãy trình bày phương pháp tính toán điện trở khởi động cho động cơ không đồng bộ ba pha ro
to dây quấn ?
18. Thế nào là trạng thái hãm trong động cơ điện ? Trình bày các trạng thái hãm của động cho
động cơ không đồng bộ ba pha ?
II . Bµi tËp:

Bài 1 : Động cơ điện một chiều kích từ song song có các thông số sau :
P
đm
= 6,6 KW ; U
đm
= 220 V ; n
đm

đm
= 4,4 KW ; U
đm
= 220 V ; n
đm
= 1500 vg/ph : η
đm
= 0,85 ; J = 0,07 kgm
2
.
Yêu cầu : Xác định : KФ
đm
; I
uđm
; I
unm
; M
đtđm
; M
nm
; M
đm
; R
u
; R
đm
; ω
0
; ω
đm

M
đm
; M
th
;η
đm
; K
e
; R
2đm
; R
2
; S
th
; M
nm
; ω
1
= ?

Bài 4 : Động cơ điện không đồng bộ roto dây quấn các thông số sau :
P
đm
= 3,5 KW ; U
1đm
= 380 V ; n
đm
= 915 vg/ph : λ
M
= 2,3 ; I

th
; M
nm
; ω
1
= ?
Bài 5 : Xây dựng đặc tính cơ của động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc với các thông số sau :
P
đm
= 10 KW ; U
1đm
= 380 V ; n
đm
= 2930 vg/ph : λ
M
= 2,5 ; λ
kđ
= 1,3 .
Bài 6 : Xây dựng đặc tính cơ của động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc với các thông số sau :
P
đm
= 14 KW ; U
1đm
= 380 V ; n
đm
= 2930 vg/ph : λ
M
= 2,5 ; λ
kđ
= 1,5 .

= 2I
đm
) .

Bài 8 : Động cơ điện một chiều kích từ song song có thông số sau :
P
đm
= 10KW ; U
1đm
= 220 V ; I
1đm
= 54 (A); n
đm
= 970 vg/ph ; R
u
= 0,35 (Ω ) ;
R
kt
= 140 (Ω ).
1 / Xây dựng đặc tính cơ tự nhiên và nhân tạo khi R
F
= 0,5 (Ω ) ; M
c
= 30 ( Nm ) .
2 / Xác định R
h
; ω
h
khi động cơ thực hiện hãm động năng với M
hbđ

; M
đm
; R
u
; R
đm
; ω
0
; ω
đm
; Δω
đm
= ?
46
I.Tính toán :
1.
)(35
85,0.220
10.6,6
.
10
3
3
.
A
U
P
I
dmdm
dm

srad
n
dm
dm
===
ω
4.
)(47,0
220
)85,01(
2
1
)1(
2
1
Ω=−=−=
dmdm
dm
dmu
II
U
R
η
5.
885,0
230
35.47,0220
.
=
−

nm
= KФ
đm
.I
unm
= 0,885.468 = 414 (Nm)
9.
)/(58,18
885,0
47,0.35
)(

2
srad
K
RM
K
RI
dm
udm
dm
uudm
dm
====∆
φ
φ
ω
10.
666.1
47,0

= 248,5(rad/s)] ; B[ I
dm
= 35 (A) ; ω
dm
= 230 (rad/s) ]
2. Đặc tính cơ : C [ M = 0 ; ω
0
= 248,5(rad/s)]; D[ M
dm
= 28,65 (Nm) ; ω
dm
= 230 (rad/s) ]
Bài tập 2 : Động cơ điện không đồng bộ roto dây quấn các thông số sau :
P
đm
= 1,4 KW ; U
1đm
= 380 V ; n
đm
= 855 vg/ph : λ
M
= 2,3 ; I
1đm
= 5,3 (A) ; cosφ
đm
= 0,65 ; E
2nm

= 112 (V) ; I
2đm

)/(90
55,9
855
55,9
srad
n
dm
dm
===
ω
2.
)/(105
3
50.14,3.2
2
1
1
srad
p
f
===
π
ω
3.
14,0
105
90105
1
1
=

5.
62,0
065.3.5.380.3
10.4,1
cos 3
10
3
11
3
.
===
dmdmdm
dm
dm
IU
P
ϕ
η

6.
2,3
112
380.95,0
95,0
2
1
2
1
====
nm

. R
2dm
= S
dm
. R
dm
= 0,14 . 15 = 2,1 ( Ω )
9.
61,0)1)3,2(3,2.(14,0)1.(
22
=−+=−+≈
MMdmth
SS
λλ
10. M
th
= λ
M
.M
dm
= 2,3.15,6 = 35,88 (Nm)
10.
=
+
=
+
=
61,0
61,0
1

S
2
S
3
S
n
M M
1
M
2
M
3
M
n
ω ω
1
ω
2
ω
3
ω
n
Dựa vào số liệu xây dựng đặc tính cơ .
Bài tập 3 : Xây dựng đặc tính cơ của động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc với các thông số sau :
P
đm
= 10 KW ; U
1đm
= 380 V ; n
đm

ω
;

023,0
314
8,306314
1
1
=
−
=
−
=
ω
ωω
dm
dm
S
;
)(6,32
2930
55,9.10.10
55,9.1010
3
3
.
3
.
Nm
n

a
S
S
S
S
aM
M
th
th
th
++
+
=
(*) với điểm định mức và điểm khởi động ta có hai phương trình để tính a,S
th
.

th
th
S2
)S1(2
a
S
S
S
S
aM
M
dm
th

1
.(38,42
)1)(S1(5,81.2)S2
023,0
023,0
.(6,32
thth
thth
aa
S
S
aa
S
S
th
th
th
th
+=++
+=++
Giải ra có kết quả : S
th
= ; a = ; Thay vào phương trình (*) và lập bảng sau :
Cho S nhận các giá trị từ 0 đến 1. Tính toán và xây dựng đặc tính cơ.
S S
1
S
2
S
3

===
ω
;.
)/(314
1
50.14,3.2
2
1
1
srad
p
f
===
π
ω
;

023,0
314
8,306314
1
1
=
−
=
−
=
ω
ωω
dm

= 2,5.32,6 = 81,5 (Nm) ; M
nm
= λ
kđ
.M
dm
= 1,3.32,6 = 42,38 (Nm) ;

11,0)1)5,2(5,2.(023,0)1.(
22
=−+=−+≈
MMdmth
SS
λλ
.
Xây dựng đặc tính :
S
S
S
S
S
S
M
M
th
th
th
11,0
11,0
5,81.2

49