Nguyờn Vn ụ - HL
77

Ch"ơng 18
Mở máy và điều chỉnh tốc độ
động cơ điện không đồng bộ

18-1. 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 đEợc thì mômen
mở máy của động cơ phải lớn hơn mômen tải tĩnh và mômen ma sát tĩnh. Trong quá
trình tăng tốc phEơng trình cân bằng động về mômen nhE sau:

dt
d
JMMM
jC

==
(18-1)
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 hEởng rất nhiều đến năng suất lao động.
Khi bắt đầu mở máy thì rôto đứng yên, hệ số trEợt s = 1 nên dòng mở máy có thể
tính đEợc theo mạch điện thay thế.

2,
211
2,
211
1
)()( xCxrCr
U
I
mm
+++
=
(18-2)
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 (18-2). ở trị số điện áp
định mức dòng điện mở máy thEờng bằng từ 4 đến 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 lEới
giảm nhiều, nhất là đối với những lEới điện có công suất nhỏ.
Trong thực tế, theo yêu cầu của sản xuất, động cơ không đồng bộ thEờng phải mở
máy và ngừng máy nhiều lần. Tuỳ theo tính chất của tải và tình hình của lEới 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.
Nguyờn Vn ụ - HL
78

!"#$%&'%($$)*$+,-$./01$.234$

cũng giảm xuống, do đó đối với những tải yêu cầu có mômen mở máy lớn thì phEơng pháp này không dùng đEợc. Tuy vậy đối với những
thiết bị yêu cầu mômen mở máy nhỏ thì phEơng pháp này rất thích hợp. Có ba cách hạ
điện áp nhE sau:$
1- Mắc cuộn kháng nối tiếp vào mạch stato (hình 18-2)
Khi mở máy đóng cầu dao D
1
, mở cầu dao D
2
, trong mạch điện stato đEợc mắc nối
tiếp một điện kháng K. Mở máy xong đóng cầu dao D
2
nối tắt cuộn kháng (hình 18-2).
Điều chỉnh trị số của điện kháng thì có thể có đEợc 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 lEới U
1
. Ta có U
,
mm
= kU
1

D
1D
2TD
3I
,
mmU
,
mmU
l !"#$%

1D
2I

$

I
mm
$

J
K
++
$$

U
l
Ưu điểm của phEơng pháp này là thiết bị đơn giản, giảm đEợc dòng điện mở máy
nhEng nhEợc điểm là khi giảm dòng điện mở máy thì mômen mở máy giảm xuống
bình phEơng lần.
2- Dùng biến áp tự ngẫu hạ điện áp mở máy
Sơ đồ lúc mở máy nhE hình 18-3, trong
đó T là biến áp tự ngẫu, bên cao áp nối với
lEới điện, bên hạ áp nối với động cơ điện.
Khi mở máy đóng cầu dao D

T
I
mm
và M
,
mm
=
k
2
T
M
mm
.
Gọi dòng điện lấy từ lEới 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
.

I
mm
). NgEợc lại, khi lấy từ lEới vào một dòng điện mở
máy bằng dòng điện mở máy của phEơng pháp trên thì với phEơng pháp này ta có
mômen mở máy lớn hơn. Đó là Eu điểm của phEơng pháp dùng biến áp tự ngẫu để hạ
thấp điện áp mở máy.
Nguyờn Vn ụ - HL
80

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

3

3/
l
U
. Sau khi động cơ đã chạy rồi, đổi thành đấu . Sơ đồ cách đấu dây
nhE ở hình 18- 4. Khi mở máy thì đóng cầu dao D
1
còn cầu dao D
2
đóng về phía dEới,
nhE vậy máy đấu Y. Khi máy đã chạy rồi thì đóng cầu dao D
2
về phía trên, máy đấu
theo .
Theo phEơng 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 lEới điện.
Ta có:
mmfmmf
II
3
1
'
=

1
''
=== , nghĩa là dòng điện mở máy và mômen mở
máy đều giảm đi ba lần so với mở máy trực tiếp. Trên thực tế trEờng hợp này tEơng tự
nhE dùng một biến áp tự ngẫu có tỷ số biến đổi điện áp
3
1
=
T
k
.
Trong các phEơng pháp hạ điện áp mở máy nói trên, phEơng pháp mở máy Y -
tEơng đối đơn giản nên đEợc dùng rộng rãi đối với những động cơ điện khi làm việc
đấu tam giác.
18.2.3 Mở máy bằng cách ghép thêm điện trở phụ vào rôto
PhEơng 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. NhE 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 đEợc
trạng thái mở máy lý tEởng (đEờng 4 ở
hình 18-5). 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
đEờng M = f(s) này sang đEờng M =

vấn đề nhE: phạm vi điều chỉnh tốc độ, năng lEợng tiêu thụ, độ bằng phẳng khi điều
chỉnh, thiết bị sử dụng. Vì vậy trong nhiều ngành công nghiệp quan trọng nhE cán
thép, vận tải, dệt giấy, cơ khí v.v có yêu cầu điều chỉnh tốc độ tEơng đối cao vẫn còn
dùng nhiều động cơ một chiều hay động cơ điện xoay chiều có vành góp.
Mặc dù việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ có những khó khăn,
nhEng trong những trEờng hợp nào đó nếu dùng phEơng pháp điều chỉnh tốc độ thích
hợp cũng có thể thoả mãn đEợc yêu cầu đặt ra.
Các phEơng pháp điều chỉnh chủ yếu có thể thực hiện:
1- Trên stato: thay đổi điện áp đEa 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.
18.3.1. 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 thEờng có hệ
số trEợt 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 đEợc 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, thEờng để
đạt hai tốc độ theo tỷ lệ 4 : 3 hay 6 : 5.

2

X
2

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








$
A
1

[V
$
X
1

X
2

$
A

thích hợp cho động cơ điện thay đổi số đôi cực để
điều chỉnh tốc độ.
Sơ đồ thay đổi số đôi cực nhE ở hình 18 - 6. Khi
thay đổi từ nối thuận (hình 18-6a) sang nối ngEợc
(hình 18-6b) ta đEợc bEớc 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 18-6a) hay song
song (hình 18-6c) 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 ngEời ta chế tạo động cơ điện hai tốc độ
thành loại mômen không đổi và loại công suất
không đổi.
ở hình 18 - 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:

YYYYfYY
IUP cos23
'

Y
YY
P
P
(18-3)
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
YY
M
M
M
M

5eC$fg-$"#h$*$#!"#$%
&
'
&
$
_
$$$$$$$$$$$$$$$$
"
%
$$$$$$$$$$$$$$$$$H"
%
$$$$$$$$"
$
M

Y Y

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

n
K
a
$
n
K
a
$
n
K
a$
n
K
a$
!"#$%&'j($X8$5<$5eC$fg-$kCe"$:#2$5\2$$
.^1$56$.#OT$.l$Y9$H?%$Rm2$+;+O"$:#;"7$5\2$

Y
$b4
H
`H4
%
V
YY
(p
1
)

A B C A B CGiả thiết khi thay đổi tốc độ, hiệu suất và cos không đổi, ta có:
115,1
3
2
==
P
P
YY
(18-4)
Động cơ điện hai tốc độ đấu theo kiểu này thuộc loại công suất không đổi.
Đặc tính M = f(n) của động cơ điện hai tốc độ đấu theo Y/YY và /YY đEợc biểu
diễn ở hình 18-9 và hình 18-10. 18.3.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số
NhE ta đã biết, tốc độ của động cơ điện không đồng bộ bằng:
)1(
60
)1(
1
1

max
f
U
CM = (18-5)
trong đó C là hệ số.
Giả thiết U
1
và M là điện áp và mômen lúc tần số là f
1
, căn cứ vào điều kiện
năng lực quá tải không đổi ta có:

M
M
M
M
max
'
max
'
=

Hay
2'
1
2
1
2
1
2'


1
1
1
1
'
1
f
f
U
U
=
hay
const
f
U
=
1
1
(18-7)
Khi yêu cầu điều chỉnh tốc độ đảm bảo công suất cơ P
cơ
không đổi, nghĩa là M tỷ
lệ nghịch với tần số f
1
(nhE trong đầu máy điện) thì ta có:

'
1
1









=
f
f
U
U
(18-9)
Tóm lại khi thay đổi tần số để điều chỉnh tốc độ ta phải đồng thời điều chỉnh cả
điện áp đEa vào động cơ.
18.3.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp
Khi thay đổi điện áp lEới, thí dụ giảm điện áp xuống còn x lần điện áp định mức,
U
1
= xU
đm
(x < 1) thì mômen sẽ giảm xuống còn M = x
2
M
đm
. Nếu mômen tải không
đổi thì tốc độ giảm xuống, hệ số trEợt tăng từ s
a
đến s


4

a

d

b

c

!"#$%&'%H($F2oC$1#p"#$.^1$56$=A"7$
$1,1#$7#q4$.#P+$529+$./*$4#Q$RST$/;.T
Theo công thức về mômen M = C
m
I
,
2
,
trong đó C
m
là hệ số, thì khi điện áp lEới
U
1
= xU
đm
, s.đ.đ. E và từ thông cũng bằng
x lần trị số ban đầu và I
,
2

1
x
s
nn =
(18-10)
Theo hình 18-11 ta thấy hệ số trEợt tối
đa có thể điều chỉnh đEợc là s = s
m
. Giả sử

2
max
=
dm
M
M
, hệ số trEợt định mức s
đm
= 0,04 thì theo biểu thức Klox tính đEợc s
m
= 0,15

rr
s
r
f
+
= (18-11)
trong đó r
f
là điện trở phụ.
Do P
dt
bản thân không đổi, I
2
cũng không đổi nên một bộ phận công suất cơ trEớc
kia đã biến thành tổn hao đồng m
2
I
2
2
r
f
. Vì lúc đó công suất đEa vào không đổi nên hiệu
suất đã giảm. Đó là nhEợc điểm của phEơng pháp điều chỉnh này. Mặt khác, phạm vi
điều chỉnh tốc độ đEợc 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 phEơng pháp này để
điều chỉnh tốc độ đEợc.
Nguyờn Vn ụ - HL
86

~

1
, tần số
dòng điện rôto của máy A là f
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 hệ số trEợt bằng:

B
cB
B
n
nn
s
1
1

=
(18-13)
Ta nhận thấy B làm việc giống nhE một động cơ điện không đồng bộ thEờng mà
tần số nguồn đEa vào trên rôto là f
2
, còn máy A làm việc nhE 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 đEợc nối chặt với nhau về cơ khí nên cùng quay với tốc độ n
c
. Hiểu nhE
vậy thì rất dễ thấy, khi không tải hệ số trEợt của máy B là s
B
= 0 nên n
1B
= n
c
. Lúc đó n

1
11
60
(18-14)
NhE vậy, n
1c
đEợc xem nhE tốc độ của hệ thống nối cấp khi hệ số trEợt của động cơ
B bằng không.
Nguyờn Vn ụ - HL
87

Công thức (18-14) cho ta thấy tốc độ đồng bộ của hệ thống là tốc độ đồng bộ của
một động cơ điện tEơng ứng có số đôi cực bằng (p
A
+ p
B
).
Các động cơ A, B có thể làm việc riêng lẻ nên ta đEợc ba tốc độ tEơng 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 nhE ở máy điện thEờng.
Công suât điện từ của máy A là P
đtA

n
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 trEờng quay của cả hai máy nên dòng điện không tải
lớn hơn so với một động cơ điện thEờng. 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 phEơng pháp điều chỉnh tốc độ kể trên có thể dùng phEơng pháp đEa
s.đ.đ. phụ vào mạch điện rôto để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ. Tuy nhiên
phEơng pháp này không thực hiện trên những động cơ không đồng bộ loại thEờng mà
đEợc 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 chEơng sau.
Câu hỏi

88

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 đEa 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
đEợc 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
.