121
Chương 2. CÁC QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB

Mục tiêu : Sau khi học xong chương này SV phải :
 Hiểu được bản chất vật lý của MĐKĐB khi roto đứng yên.
 Thành lập được phương trình cân bằng sức điện động và sức từ động của
MĐKĐB khi roto đứng yên và khi roto quay.
 Vẽ và hiểu được các thành phần của mạch điện thay thế.
 Phân tích được quá trình chuyển đổi năng lượng trong máy.
 Thành lập được biểu thức mômen điện từ .
 Xác lập được quan hệ giữa momen với hệ số trượt.
 Vẽ được đường đặc tính cơ của ĐCKĐB và giải thích điểm làm việc ổn đònh.
 Giải thích được quá trình hình thành các mômen phụ và ảnh hưởng của nó
đối với sự làm việc của động cơ.
 Xây dựng được các đường đặc tính làm việc.
 Phân tích được tình trạng của máy khi các trò số điện áp, tần số và điện áp
đặt vào không đối xứng.

Nội dung:

I. MĐKĐB LÀM VIỆC KHI ROTOR ĐỨNG YÊN

Bản chất vật lý của MĐKĐB khi rotor đứng yên giống MBA khi ngắn mạch, do
đó có thể sử dụng những qui luật của MBA vào MĐKĐB.
Khi rotor đứng yên, nếu đặt điện áp u
1
có tần số f
1
vào dây quấn stato, trong dây
quấn stato có dòng điện và sinh ra từ trường quay quét lên các thanh dẫn rotor và

.
K
.
w
.
44
,
4
E
12.dq222.dq22
(rotor đứng yên nên
f
1
=f
2
)
Ngoài từ trường chính còn có từ trường tản
1.


cảm ứng ra sđđ
1.
E

và
2.

cảm
ứng ra sđđ
2.

L
.
x

điện kháng tản dây quấn
stato

22222
x.Ijr.IE0


với
21212
L
.
f
.
.
2
L
.
x

điện kháng tản dây quấn rotor
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

122
Cũng giống MBA, dây quấn stato và rotor không liên hệ với nhau về điện. Vậy


i
2
2
K
I
I 


2dq22
1dq11
i
K.wm
K
.
w
.
m
K 2ie2
r
.
K
.
K
r




)x.jr(IZ.IE
mm0m0
1

II. MĐKĐB LÀM VIỆC KHI ROTOR QUAY
Rotor quay với tốc độ n, từ trường quay với tốc độ n
1
nên tốc độ chuyển động
tương đối của rotor và từ trường là: n
2
= n
1
– n sẽ làm cảm ứng trong dây quấn
rotor sđđ: 
.
f
K
.
w
.
44
,
4

f
.
S
.
K
.
w
.
44
,
4
E


Và
2212222S2
x
.
S
L
.
S
.
f
.
2
L
.
f
.

mà
22
2
r.
S
S1
r
S
r


nên
2222222
r.
S
S1
Ix.S.Ijr.IE0


2222222
r.
S
S1
.Ix.Ijr.IE





1
1111111
1
ZIEx.Ijr.IEU

22
2
22
x.Ij
S
r
.IE0








201
III


m
2
01Fe
r.I.mP 

Còn lại:

S
r
.I.m
S
r
.ImPPPP
2
2
22
2
2
21FeCu1dt





Khi có dòng điện trong dây quấn rotor sẽ có tổn hao
đồng trong dây quấn rotor

2
2
222

Khi máy quay có tổn hao cơ và tổn hao phụ. Vậy công
suất đưa ra đầu trục động cơ là:
Hình 2.2.Giản đồ năng lượng)
P
p
(
P
P
fucoco2


Hiệu suất động cơ:
11
2
P
P
1
P
P



Công suất phản kháng:
Động cơ lấy từ lưới vào công suất phản kháng:
11111
sin
.

P
co P
2
P
f
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

124
Một phần sinh ra từ trường tản của dây quấn stato:
1
2
111
x.I.mq 
và rotor
2
2
212
x.I.mq



Phần còn lại sinh ra từ trường khe hở không khí:
m
2
01m

khongtai


2.MÁY LÀM VIỆC Ở CHẾ ĐỘ MÁY PHÁT ( S < 0)
Do S < 0 nên
0r.
s
s1
.I.mP
2
2
21co














Nghóa là máy lấy công suất cơ từ lưới vào
0
s
r

U
.
m
P

< 0 máy phát công suất điện tác dụng vào lưới và
11111
sin
.
I
.
U
.
m
Q

> 0 nên máy nhận công suất phản kháng từ lưới.
3.MÁY LÀM VIỆC Ở CHẾ ĐỘ HÃM ( S >1 )
Do s > 1 nên
0r.
s
s1
.I.mP
2
2
21co





2
2
21codt
Pr.I.mr.
s
s1
.I.m
s
r
I.m)P(P


















s
1
)
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

125









2
1
2
2
I
C
I
I



0
00

2
xx
s
r
r
U
I


















từ phương trình vẽ đồ thò I = f (S)
1
dt
dt
P






 







2
21
2
2
11
2
2
11
1
.
2
2
21
dt
xx
s
r








-Moment cực đại: Lấy đạo hàm
0
ds
dM

giải ra được hệ số trượt S
m
ứng với
moment cực đại:
2
211
2
m
)xx(r
r
s




và
 
 

Thường trong lý lòch máy cho biết năng lực quá tải của động cơ (khả năng quá
tải mà động cơ điện có thể chòu được):
dm
max
m
M
M
K 
và hệ số trượt ứng với công
suất đònh mức. Sử dụng công thức Klox tính được moment theo hệ số trượt
Công thức Klox: Hình 2.4. Quan hệ n(M)

s
s
s
s
2
M
M
m
m
max

3. SỰ LÀM VIỆC ỔN ĐỊNH CỦA ĐỘNG
CƠ
Từ đặc tính M
đt

Kết luận: Trên đặc tính đoạn từ 0 đến M
max
là nhánh làm việc ổn đònh. Vậy
điều kiện để động cơ làm việc ổn đònh là:
ds
dM
ds
dM
C

hay
dn
dM
dn
dM
C
V. CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC KHÁC CỦA ĐCKĐB
1. ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ N = F(P
2
)
Từ
1
n
)
s
1
(

n


Khi tải tăng, tổn hao đồng tăng nên tốc độ động cơ giảm một ít. Thường khi tải
đònh mức hệ số trượt
%
5
5
,
1
s

 n

A

B

n
B
n
B’
A
’

P
(
f
2


Tổn hao trong máy điện gồm: P
Cu1
, P
Fe1
, P
Cu 2
, P
Fe2
, P
cơ
, P
f

Trong đó:
-Tổn hao P
Fe2
rất nhỏ ( do f
2
thấp) nên bỏ qua.
-Tổn hao phụ: gồm tổn hao phụ trong dây quấn và trong lõi thép. Tính tổn hao
phụ phức tạp nên thường lấy bằng 0,5% P
1
.
Trong đó tổn hao đồng thay đổi theo tải còn các tổn hao khác không thay đổi

< 1. Khi
không tải cos

thấp, thường cos

< 0,2. Khi có tải I
2
tăng nên cos

tăng và lớn
nhất khi tải xấp xỉ đònh mức.
5. NĂNG LỰC QUÁ TẢI:
dm
max
m
M
M
K 

Khi máy điện làm việc bình thường thì M

M
đm
. Nhưng trong một thời gian
ngắn máy có thể chòu đựng quá tải mà không xẩy ra hư hỏng. Đối với động cơ
không đồng bộ cỡ nhỏ K
m
= 1,6

1,8 ; đối với động cơ vừa và lớn K

,
4
E
dq11
). Do đó, khi U
1
giảm thì E
1
giảm và từ thông cũng giảm theo.
Nếu moment tải trên trục không thay đổi, thì I
2
phải tăng lên tỷ lệ nghòch với sự
biến thiên của từ thông (vì
const
cos
.
I
.
.
C
M
M
22mdtC

). Dòng điện qua
động cơ tăng sẽ làm cho máy nóng.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM


f
E
U
hay
f
1

. Khi tần số giảm, từ thông tăng lên làm mạch từ bão hòa nên tổn hao sắt
tăng nghóa là tổng tổn hao trong máy tăng làm máy phát nóng.
Mặt khác, khi tần số giảm thì tốc độ động cơ giảm (vì
P
f
.
60
n
1

và
1
n
)
s
1
(
n

), điều kiện làm mát động cơ giảm nên động cơ nóng hơn.

*****


Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

129
16. Khi ĐCKĐB làm việc ở chế độ máy phát máy có tiêu thụ công suất phản
kháng khôõng.
17. MĐKĐB làm việc ở chế độ động cơ tiêu thụ nhiều hay ít công suất phản
kháng.
18. Momen điện từ , momen cực đại và momen mở máy của MĐKĐB phụ thuộc
vào những đại lượng nào.
19. Để có momen mở máy lớn phải tăng hay giảm điện trở mạch roto. Trò số điện
trở bằng bao nhiêu thì momen mở máy là cực đại.
20.
Động cơ có thể làm việc ổn đònh tại điểm b không. Giải thích.
21. Từ công thức Klox có thể xác đònh được những trò số nào.
22. Tốc độ quay của từ trường sóng bậc 5, bậc 7.
23. Nguyên nhân sinh momen phụ đồng bộ
24. Phân tích để vẽ được đường đặc tính M
5
= f(s) và M
7
= f(s) từ đó nhận xét về
ảnh hưởng của các momen M
5
và M
7
đối với M tổng.
25.
Biện pháp hạn chế momen phụ không đồng bộ

BÀI TẬP ỨNG DỤNG
BÀI TẬP 1
Một động cơ điện không đồng bộ 3 pha rotor dây quấn có số đôi cực từ của stato p
= 3, tần số lưới điện f = 50 Hz. Từ thông chính trong từ trường động cơ là

= 3,12.10
-2

Wb, số vòng dây stato w
1
= 124 vòng và rotor w
2
= 98 vòng, hệ số dây quấn stato k
dq1
=
0,95 và rotor k
dq2
= 0,96. Hãy xác đònh sức điện động cảm ứng trong dây quấn stato và
rotor khi rotor đứng yên và khi rotor quay với hệ số trượt s = 3%. Tìm tốc độ quay n của
rotor động cơ.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

130
Gợi ý:
Công thức tính sức điện động cảm ứng dây quấn stato:

2
1
E
E
=
2dq2
1dq1
k.w
k
.
w

Sức điện động trong dây quấn rotor khi động cơ có hệ số trượt s là:
E
2s
= s. E
20 (V).

(E
20
: sức điện động khi rotor hở mạch khi động cơ quay).
BÀI GIẢI
Sức điện động cảm ứng dây quấn stato:
E
1
= 4,44.f.k
dq
.w
1
.

=
95,0.124
96,0.98
.816 = 652 (V).
Sức điện động trong dây quấn rotor khi quay với hệ số trượt s = 3%:
E
2s
= s. E
20
= 0,03.652 = 20 (V).
Tốc độ quay của động cơ là:
n = n
1
.(1 – s) =
p
f
.
60
.(1 – s) =
3
50.60
.(1 – 0,03) = 970 (vg/ph).

BÀI TẬP 2
Một động cơ điện không đồng bộ 3 pha rotor dây quấn khi để rotor hở mạch và cho
điện áp đònh mức vào stato thì điện áp trên vành trượt là 250 V. Khi động cơ làm việc với
tải đònh mức thì tốc độ n = 1420 vg/ph. Tính:
1.
Tốc độ đồng bộ.
2. Tốc độ từ trường quay do dòng điện rotor sinh ra so với tốc độ rotor.

Hệ số trượt trong động cơ: s =
1
1
n
n
n


Công thức liên hệ: f
2
= s.f
1
.
E
2s
= s.E
20
.
E
20
: điện áp dây quấn rotor hở mạch khi động cơ quay.
BÀI GIẢI
a/ Vì hệ số trượt của động cơ rất bé s = 3%

6%
nên tốc độ từ trường quay n
1
= 1500 vg/ph, tức là có hai đôi cực khi tần số là 50 Hz.
b/ Tốc độ của từ trường quay của rotor:
n

1500
14201500

=
1500
80
= 0,053
d/ Sức điện động của rotor khi quay ở tốc độ đònh mức:
E
2s
= s.E
20
= 0,053.250 = 13,4 (V).

BÀI TẬP 3
Một động cơ điện không đồng bộ 3 pha rotor lòng sóc có các số liệu sau: P
đm
=
11,9 kW, U
fđm
= 220 V; I
fđm
= 25 A; f = 50 Hz; 2p = 6; P
cu1
= 745 W; P
cu2
= 480 W; P
Fe
=
235 W; P

=
p
f
.
60
(vg/ph).
Công suất điện từ được tính từ công thức:
P
đt
= P
2
+ P
cơ
+ P
f
+ P
cu2

P
2
= P
đm
: công suất trên đầu trục của động cơ.
Công thức tính mômen điện từ:
M
đt
=
1
đt
P

+ P
cu2

= 11900 + 180 + 60 + 480 = 12620 (W).
Mômen điện từ của động cơ:
M
đt
=
1
đt
P

=
60
n.2
P
1
đt

=
60
1000.2
12620

= 120 (Nm).
Trong đó: n
1
=
p
f


, X
2
= 0,525

. Hãy tính mômen điện từ của động cơ.
ĐS: M
đt
= 257,34 Nm.

Bài 2
Xác đònh sức điện động cảm ứng trong dây quấn stato và rotor của động cơ điện
không đồng bộ 3 pha khi rotor đứng yên và khi rotor quay với hệ số trượt s = 6%. Biết từ
thông chính

= 0,782.10
-2
Wb, w
1
= 128 vòng, w
2
= 24 vòng, hệ số dây quấn stato k
dq1
=
0,933 và rotor k
dq2
= 0,92, f = 50 Hz.
ĐS: E
1
= 206 V; E

= 1,83 kG.m.

Bài 4
Một máy điện không đồng bộ ba pha 6 cực, 50 Hz. Khi đặt điện áp đònh mức lên
stato còn rotor hở mạch thì s.đ.đ cảm ứng trên mỗi pha dây quấn rotor là 110 V. Giả
thuyết tốc độ lúc làm việc đònh mức là n = 980 vg/ph; rotor quay cùng chiều với từ trường
quay. Hỏi:
1. Máy làm việc ở chế độ nào ?
2. Lúc đó s.đ.đ rotor E
2s
bằng bao nhiêu ?
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

133
3. Nếu giữ chặt rotor lại và đo được r
2
= 0,1

; x
2
= 0,5

, hỏi ở chế độ làm việc đònh
mức I
2
bằng bao nhiêu ?
ĐS: 1/ Chế độ động cơ.
2/ E

= 40

, bỏ qua r
m
.
Tính số đôi cực; tốc độ đồng bộ; hệ số trượt đònh mức; tần số dòng điện rotor lúc tải đònh
mức. Hãy vẽ mạch điện thay thế, căn cứ vào đó tính ra trò số thực và tương đối của dòng
điện I
1
, I
2
,
,
2
I .
ĐS: p = 2; n = 1500 vg/ph; s
đm
= 0,04; f
2
= 2Hz; I
1
= 33 A; I
2
= 5 A:
,
2
I = 31,92 A. ***