§3.3 . Điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ ba pha
3.3.1 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng phương pháp thay đổi điện áp
1. Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh
Để điều chỉnh điện áp ta dùng bộ biến đổi BĐ có tín hiệu điện áp ra thay đổi theo tín hiệu điều
khiển như sơ đồ nguyên lý sau

2. Đặc tính cơ trong điều chỉnh
a. Nếu bỏ qua tổng trở nguồn và không dùng điện trở phụ trong mạch ro to
- Điện áp nguồn thay đổi ta thu được một họ đặc tính điều chỉnh có độ trượt tới hạn giữ nguyên
còn M
th
thay đổi tỉ lệ với U
2
Như vậy những đường đặc tính điều chỉnh này có đoạn làm việc ngắn , độ cứng thấp và M
th
giảm
nhanh khi điện áp giảm
Để cải thiện đặc tính điều chỉnh và làm giảm mức phát nóng của máy điện người ta nối thêm một
điện trở R
cđ
vào mạch roto . Khi điện áp đặt vào stato là định mức thì ta thu được đặc tính mềm hơn
đặc tính tự nhiên, ta gọi nó là đường đặc tính giới hạn

ththgh
cd
ththgh
MM
R
RR
ss =
+

==
=








=
.
2*
2
.
.
Dựa vào đặc tính giới hạn M
gh
(s) ta suy ra đặc tính điều chỉnh ứng với giá trị U cho trước nhờ quan
hệ
2*
.UMM
ghu
=
Các đường đặc tính điều chỉnh sẽ có dạng như sau:
63
b. Nếu tính đến cả tổng trở nguồn
Trường hợp đơn giản ta xét bộ biến đổi có điện trở R
b
, điện kháng X

M
XXRR
U
M
XXR
RR
s
ttt
th
ttt
thgh
tt
cd
thgh
+++
+++
=
+++
=
++
+
=
ω

Trong đó R
1t
= R
1
+R
b

1
,
cd
t
RR
R
a
+
=
3.3.2 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng phương pháp thay đổi tần số nguồn f
1

1. Khái niệm chung
Xuất phát từ biểu thức
)1(
2
)1(
1
0
s
p
f
s −=−=
π
ωω
, ta nhận thấy khi thay đổi tần số f
1
ta cũng có
thể thay đổi được tốc độ của động cơ không đồng bộ .
Ta có sơ đồ điều chỉnh như sau :

1
tăng thì từ thông Φ sẽ giảm do đó sẽ dẫn đến hiện tượng
giảm mô men trong máy . Để giữ cho mô men không đổi thì ta phải tăng dòng điện. Như vậy động
cơ sẽ bị quá tải về điện
Nếu ta giảm tần số f
1
thì từ thông Φ sẽ tăng lên , điều này sẽ làm đốt nóng lõi thép và làm cho hiện
tượng bão hoà từ trong máy tăng lên
Như vậy đối với phương pháp thay đổi tần số thì khi điều chỉnh tần số thì ta cũng phải thay đổi U
1
cho phù hợp nhằm mục đích giữ cho Φ là không đổi
2. Quy luật thay đổi tần số
Khi tiến hành điều chỉnh nếu ta giữ cho hệ số quá tải về mô men là một hằng số thì chế độ làm việc
của máy điện sẽ luôn được duy trì ở mức tối ưu như khi làm việc với tải định mức
Như vậy khi điều chỉnh ta cần phải luôn thoả mãn điều kiện :
const
M
M
c
th
==
λ
Nếu coi
0
1
≈r
từ biểu thức của M
th
ta có


p
f
1
0
2
π
ω
=
Hệ số quá tải về mô men của động cơ được xác định dưa vào M
th
và M
c
= f (ω)

)(.
.
)(.)(
4
3
2
1
2
1
2
1
'
21
2
1
ω

p
f
11
1
0
)2(
.)(
2
⋅=•==⇒=≈
π
ωω
π
ωω
Như vậy ta có
)2(
1
2
1
x
c
th
f
U
B
A
M
M
+
⋅==
λ

xx
dm
f
f
U
U
f
U
f
U
+
+
++
=⇒=
Từ đó ta rút ra quy luật biến đổi của điện áp
)2(
1
)2(
1
1
1
x
dm
x
dm
f
f
U
U
+

3. Các đặc tính điều chỉnh
Đặc tính cơ của động cơ khi điều chỉnh tần số không những phụ thuộc vào f
1
mà còn phụ thuộc
vào quy luật thay đổi điện áp , nghĩa là phụ thuộc vào đặc tính tải
Khi sử dụng quy luật điều chỉnh điện áp gần đúng thì mô men tới hạn của đặc tónh điều chỉnh cũng
được xác định gần đúng . Khi tần số và điện áp là định mức thì mô men tới hạn sẽ là
65

)(
4
3
'
21
2
1
2
1
.
CCf
p
U
M
dm
dm
dmth
+
=
π
So sánh với M

=
1
.
1
'
211
'
2
f
s
fCfC
R
s
dmth
th
Trong đó s
th.đm
là độ trượt tới hạn của đặc tính cơ tự nhiên.
Như vậy khi biết số liệu của đặc tính tự nhiên và đặc tính cơ của máy sản xuất ta có thể xác định
được M
th
và s
th
của động cơ tại bất kỳ tần số nào . Cuối cùng sử dụng phương trình:s
s
s
s

- Độ cứng của đặc tính cơ cũng phụ thuộc vào tần số điều chỉnh và đặc tính của mô men cản . Để
đơn giản trong tính toán ta coi đoạn làm việc của đặc tính cơ là đường thẳng và có phương trình
2
th
th
M
M s
s
=
Khi đó độ cứng của nó sẽ được xác định theo phương trình
0
2
1
th
th
M
s
β
ω
= −
Thay các giá trị của M
th
và s
th
vào ta có các đặc tính điều chỉnh tương ứng
3.3.3 Biến tần bán dẫn làm việc với động cơ không đồng bộ
Trong công nghiệp có 2 loại biến tần chính là biến tần nguồn áp và nguồn dòng . Biến tần nguồn áp
được sử dụng rộng rãi hơn . Đối với động cơ không đồng bộ thì động cơ lồng sóc có kết cấu vững
chắc , chi phí bảo dưỡng ít hơn nên được ưu tiên sử dụng.
I. Chuyển mạch của biến tần nguồn áp cho động cơ không đồng bộ ba pha

 
∑
Trong đó k = 1 6c ; c =
0, 1, 2 , 2 /3
e
ω π
± ± =
. Giá trị hiệu dụng của chuỗi điều hoà là
U
ab
= 0,816U
d
Thành phần sóng điều hoà bậc 1 có biên độ được xác định như sau :
1
2 3
1,103
abm d d
U U U
π
= =
67
Hình 2
Đồ thị điện áp pha và dòng điện pha có dạng như sau
68
Hình 3
Dạng điện áp và dòng điện này không phù hợp với động cơ không đồng bộ , mặt khác biên độ điện
áp là cố định và không điều chỉnh được nên trong các bộ biến tần phải thực hiện các thật toán điều
chế
Ta có logic chuyển mạch đơn giản như trên hình vẽ
Hình 4

1.6
2
d
b
U
U
π
=
Nếu như thành phần sóng bậc một là U
1
thì chỉ số điều chế được xác định như sau :
1
1.6b
U
m
U
=
69
Trên hình 3 – 37 có thể thấy chỉ số điều chỉnh m
max
= π/4 = 0,785 đạt được tại điểm khi biên độ của
song mang bằng biên độ của sóng sin chuẩn.
Hình 3.37 Điều chế PWM kinh điển
a) m = m
max
b) m = 0,5
Phương pháp điều chế độ rộng xung tồn tại các nhược điểm sau :
+ Không sử dụng hết khả năng của điện áp một chiều
+ Đáp ứng của nghịch lưu không đủ nhanh
Để giải quyết các vấn đề trên thường sử dụng các thuật toán điều chế biến thể , quá điều chế hoặc

U U
−
=
với U
am
là biên độ điện áp pha .Căn cứ vào luật chuyển mạch và sơ đồ
nối dây tương ứng ta có thể thấy rằng điện áp không gian của hệ biến tần - động cơ tại một thời
điểm , sẽ chỉ lây các giá trị gián đoạn là một trong số tám véc tơ :
1 2 3 4 5 6 0 7
/ / / / / / /
s
U V V V V V V V V
− − − − − − − − −
=
70
Vị trí của các véc tơ được chỉ ra trên hình sao điện áp ( Hình 5 )
Để thoả mãn các luật điều khiển khác nhau thì véc tơ điện áp U
s_
phải có biên độ và vị trí pha bất kỳ
trong vòng tròn giới hạn , tức là phải lấy các giá trị liên tục trong không gian . kỹ thuật điều chế véc
tơ điện áp không gian là nó không sử dụng các bộ điều chế riêng rẽ mà véc tơ điện áp mong muốn
được hònh thành bởi tổ hợp chuyển mạch phức tạp
Véc tơ mong muốn
d
s
V
−
có thể được phân tich làm hai véc tơ thành phần
a
V

V
−
là các véc tơ
1 2 3 4 5 6
/ / / / /V V V V V V
− − − − − −
, A,B là các hệ số tỷ lệ chính là khoảng thời gian
cần thiết để tồn tại các véc tơ
a
V
−
hoặc
b
V
−
.
Véc tơ điện áp mong muốn
d
s
V
−
được lây mẫu với tần số cố định 2f
s
, giá trị của nó được dùng để giải
phương trình
. .
0
2 .( ) ( )
1
2

của
b
V
−
và t
0
của
0
V
−
hoặc
7
V
−
0
1 3 1
( ) . ( os - sin )
2
3
1 2 3
( ) . sin
2
1
2
d
a s s
s
d
b s s
s

a b
V V V V
− − − −
= =
, ở vùng thứ 2
2 1
,
a b
V V V V
− − − −
= =
Véc tơ “ không” sẽ là
0
V
−
hoặc
7
V
−
sao cho đảm bảo chuyển mạch tối ưu giữa các véc tơ tích cực
1 6
( )V V
− −
−
và véc tơ không .

3.3.4 Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng phương pháp thay đổi số đôi cực
I. Nguyên lý điều chỉnh
- Khi thay đổi số đôi cực của máy điện KĐB , tốc độ từ trường quay thay đổi do đó tốc độ của roto
cũng thay đổi theo . Quan hệ đó được thể hiện theo biểu thức :

II. Cách đổi nối trên thực tế
Trong thực tế việc đổi nối cách cuộn dây được thực hiện theo 2 cách : Hình sao
→ sao kép ( Y → YY ) và tam giác → sao kép (Δ → YY )
1. Đổi nối hình tam giác → sao kép (Δ → YY )
Sơ đồ đổi nối có dạng như sau
Khi nối theo hình Δ các cuộn dây được nối nối tiếp thuận với nhau nên ta giả thiết khi đó p = 2 tương
ứng với tốc độ đồng bộ là ω
0
. Khi đổi nối thành hình YY các đoạn dây nối nối tiếp ngược nên p = 1
và tốc độ đồng bộ là
0 0
2
YY
ω ω
=
Để dựng các đặc tính điều chỉnh cần phải xác định các trị số M
th
, s
th
và ω
0
với các cách đấu dây .
- Khi nối hình Δ do hai cuộn dây mắc nối tiếp nhau nên ta có R
1
= 2r
1
; X
1
= 2x
1

( ' )
3( 3 ) 9
2 4
th
nm
th
nm nm
R r
s
R X X r x
U U
M
R R X r r x
ω ω
∆
∆
∆ ∆ ∆
∆
∆ ∆ ∆
= =
+ + +
= =
   
± + ± +
   
- Nếu đổi thành đấu YY ta có : R
1YY
= r
1
/2 ; X

3 3
2 2
YY
thYY th
YY YY YY nm
thYY
YY YY YY nmYY nm
R r
s s
R X X r x
U U
M
R R X r r x
ω ω
∆
= = =
+ + +
= =
   
± + ± +
   
So sánh ta thấy
2
3
thYY
th
M
M
∆
=

ϕ η
∆
∆ ∆
= ≈
Thực tế có thể coi
ccpYY ccp
P P
∆
≈
vì hệ số công suất và hiệu suất khi nối Δ cao hơn khi nối YY . Đó là
khi nối YY điện áp đặt lên từng cuộn dây quấn lớn hơn khi nối Δ nên dòng từ hoá tăng một cách vô
ích :
- Mô men cản cho phép giữa 2 cách nối
0. 0
0.
0
1
2
ccpYY
ccpYY
YY
ccp
ccp YY
P
M
P
M
ω ω
ω
ω

; X
1
=
2x
1
và R
2
= 2r
2
; X
2
= 2x
2
; X
nm
= 2x
nm
'
2 2
2 2 2 2
1 1 2 1
2 2
1 1
2 2 2 2
0 1 1 0 1 2
'
( ' )
3 3
2 4
Y

2 os
2
3 os os
ccpYY
dm YY YY
YY YY
ccpY dm Y Y Y Y
P
U I c
c
P U I c c
ϕ η
ϕ η
ϕ η ϕ η
= ≈ ≈
- Mô men cản cho phép
0.
0
1
ccpYY
ccpYY
YY
ccpY
ccpY
Y
P
M
P
M
ω

pháp thay đổi điện điện áp đặt vào mạch phần ứng ?
4. Trình bày nguyên tắc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng phương pháp thay đổi từ
thông trong động cơ ?
5. Trình bày hệ thống máy phát - động cơ một chiều thông dụng ?
6. Trình bày hệ truyền động điện Tiristor - Động cơ một chiều ?
7. Trình bày phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha khi thay đổi điện áp
đặt vào stator, thay đổi điện trở phụ rotor, thay đổi số đôi cực ?
8. Khi động cơ không đồng bộ ba pha làm việc với điện áp và tần số định mức và không định
mức sẽ xảy ra hiện tượng gì ?
75
9. Trình bày phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha bằng cách thay đổi
tần số nạp cho động cơ theo quy luật giữ hệ số quá tải không đổi ?
10. Trình bày hệ truyền động điện bộ biến tần nguồn áp - động cơ không đồng bộ ba pha ?
11. Trình bày hệ truyền động điện bộ biến tần nguồn dòng - động cơ không đồng bộ ba pha ?
76