117
Âải Hc  Nàơng - Trỉåìng Âải hc Bạch Khoa
Khoa Âiãûn - Bäü män Âiãûn Cäng Nghiãûp
Giạo trçnh K thût Âiãûn
Biãn soản: Nguùn Häưng Anh, Bi Táún Låüi, Nguùn Vàn Táún, V Quang Sån

Chỉång 7
MẠY ÂIÃÛN KHÄNG ÂÄƯNG BÄÜ

7.1. KHẠI NIÃÛM CHUNG
Mạy âiãûn khäng âäưng bäü l mạy âiãûn xoay chiãưu, lm viãûc theo ngun l cm
ỉïng âiãûn tỉì, cọ täúc âäü ca räto n khạc våïi täúc âäü tỉì trỉåìng quay trong mạy n
1
. Mạy
âiãûn khäng âäưng bäü cọ thãø lm viãûc åí hai chãú âäü : Âäüng cå v mạy phạt.
Mạy phạt âiãûn khäng âäưng bäü êt dng vç cọ âàûc tênh lm viãûc khäng täút, nãn
trong chỉång náưy ta chè xẹt âäüng cå khäng âäưng bäü. Âäüng cå khäng âäưng bäü âỉåüc
sỉí dủng nhiãưu trong sn xút v trong sinh hoảt vç chãú tảo âån gin, giạ thnh r,
âäü tin cáûy cao, váûn hnh âån gin, hiãûu sút cao v gáưn nhỉ khäng bo trç. Dy
cäng sút ca nọ ráút räüng tỉì vi watt âãún hng ngn kilowatt. Háưu hãút l âäüng cå
ba pha, cọ mäüt säú âäüng cå cäng sút nh l mäüt pha.
Cạc säú liãûu âënh mỉïc ca âäüng cå khäng âäưng bäü ba pha l:
Cäng sút cå cọ êch trãn trủc: P
âm
(kW).

= 3
1

118
7.2. CÁÚU TẢO CA ÂÄÜNG CÅ KHÄNG ÂÄƯNG BÄÜ
Cáúu tảo ca mạy âiãûn khäng âäưng bäü âỉåüc trçnh by trãn hçnh 7.1, gäưm hai bäü
pháûn ch úu l stator v räto, ngoi ra cn cọ v mạy, nàõp mạy v trủc mạy. Trủc
lm bàòng thẹp, trãn âọ gàõn räto, äø bi v phêa cúi trủc cọ gàõn mäüt quảt giọ âãø lm
mạt mạy dc trủc.

7.2.1. Stato (så cáúp hay pháưn ỉïng)
Stato gäưm hai bäü pháûn chênh l li thẹp v dáy qún, ngoi ra cn cọ v mạy
v nàõp mạy (hçnh 7.1). Cn hçnh 7.3c l k hiãûu âäüng cå trãn så âäư âiãưu khiãøn.
pha âàût trong 12 rnh ca mäüt mạy âiãûn, dáy qún pha A âàût trong cạc rnh 1, 4, 7,
10; pha B âàût trong cạc rnh 3, 6, 9, 12; pha C âàût trong cạc rnh 5, 8, 11, 2.
Dng âiãûn xoay chiãưu ba pha chảy trong dáy qún ba pha stator s tảo nãn tỉì
trỉåìng quay
.
i
A
i
A
(b) A B
C
X
Z
Y
(c)
1
2
11
12
10


1.

Li thẹp
: Li thẹp rotor gäưm cạc lạ thẹp k thût âiãûn âỉåüc láúy tỉì pháưn
bãn trong ca li thẹp stator ghẹp lải, màût ngoi dáûp rnh (hçnh 7.2a) âãø âàût dáy
qún, åí giỉỵa cọ dáûp läù âãø làõp trủc.
2.

Dáy qún
: Dáy qún rotor ca mạy âiãûn khäng âäưng bäü cọ hai kiãøu : rotor
ngàõn mảch cn gi l rotor läưng sọc v rotor dáy qún.
•

Rotor läưng sọc (hçnh 7.3a) gäưm cạc thanh âäưng hồûc thanh nhäm âàût trong
rnh v bë ngàõn mảch båíi hai vnh ngàõn mảch åí hai âáưu. Våïi âäüng cå cåí nh, dáy
120
qún rotor âỉåüc âục bàòng nhäm ngun khäúi gäưm thanh dáùn, vnh ngàõn mảch,
cạnh tn nhiãût v cạnh quảt lm mạt (hçnh 7.3b). Cạc âäüng cå cäng sút trãn
100kW thanh dáùn lm bàòng âäưng âỉåüc âàût vo cạc rnh rotor v gàõn chàût vo vnh
ngàõn mảch.
Hçnh 7.3 Cáúu tảo rotor âäüng cå khäng âäưng bäü.
a) Dáy qún rotor läưng sọc c) Li thẹp rotor d) K hiãûu âäüng cå trãn så âäư
ÂC
(c)
(a) (b)

7.3. TỈÌ TRỈÅÌNG CA MẠY ÂIÃÛN KHÄNG ÂÄƯNG BÄÜ
7.3.1. Tỉì trỉåìng âáûp mảch ca dáy qún mäüt pha
Tỉì trỉåìng ca dáy qún mäüt pha l tỉì trỉåìng cọ phỉång khäng âäøi, song trë säú
v chiãưu biãún âäøi theo thåìi gian, âỉåüc gi l tỉì trỉåìng âáûp mảch.

121
(a)
Hçnh 7.5
Tỉì trỉåìng âáûp mảch 2 cỉûc ca dáy qún mäüt pha

A
X
1 2 3 4
(b)
+
+
A
N
S
X
1
2
3

A
X
1 4 7 10
(b)
Hçnh 7.6

Tỉì trỉåìng âáûp mảch 4 cỉûc ca dáy qún mäüt pha

(a)
N
S
X
A
1
4
7
10
7.3.2. Tỉì trỉåìng quay ca dáy qún ba pha
1.

Sỉû hçnh thnh tỉì trỉåìng quay
Xẹt mạy âiãûn ba pha âån gin, trãn stato cọ 6 rnh (hçnh 7.7). Trong âọ
ngỉåìi ta âàût dáy qún ba pha âäúi xỉïng AX, BY, CZ. Trủc ca cạc dáy qún ba pha
lãûch nhau trong khäng gian mäüt gọc 120
0
âiãûn.
Gi thiãút ràòng trong ba dáy qún cọ hãû thäúng dng âiãûn ba pha âäúi xỉïng thỉï

CBA
i,i,i
CBA
i,i,i

CBA
BBBB ++=
(7.2)

Ta xẹt tải cạc thåìi âiãøm khạc nhau:
→
B
α
) Xẹt thåìi âiãøm
ω
t = 90
0
(hçnh 7.7a) A
X
B
ZY
C
A
B
X
Y
Z

B
r

C
B
r

60
0
60
0
C
B
r
täøng
B
r
A
B
r
B
B
r
60
0
Hçnh 7.7
Tỉì trỉåìng quay hai cỉûc ca dáy qún ba pha
(a) (b) (c)
ωt = 90
0
123
ÅÍ thåìi âiãøm náưy, dng âiãûn pha A cỉûc âải v dỉång (i
A
= I
m
), nãn
A
B
r
cng
cỉûc âải v hỉåïng theo chiãưu dỉång ca trủc pha A (B
A
= B
m
). Âäưng thåìi cạc dng
âiãûn pha B v C ám (i
B
= i
C
= -I
m
/2) nãn

B
m
v â quay âi mäüt gọc 120
0
so våïi thåìi âiãøm ωt = 90
0
.
γ
) Xẹt thåìi âiãøm
ω
t = 90
0
+ 240
0
(hçnh 7.7c)
Lục náưy l thåìi âiãøm sau thåìi âiãøm âáưu hai pháưn ba chu k. ÅÍ thåìi âiãøm náưy,
dng âiãûn pha C cỉûc âải v dỉång, cạc dng âiãûn pha A v B ám. L lûn tỉång
tỉû, ta tháúy tỉì trỉåìng täøng hỉåïng theo chiãưu dỉång ca trủc pha C, cọ âäü di
(3/2)B
→
B
m
v â quay âi mäüt gọc 240
0
so våïi thåìi âiãøm ωt = 90
0
.
Qua phán têch trãn ta tháúy, tỉì trỉåìng täøng ca hãû thäúng dng âiãûn hçnh sin ba pha âäúi
xỉïng chảy qua dáy qún ba pha l tỉì trỉåìng quay trn cọ biãn âäü bàòng 3/2 tỉì trỉåìng cỉûc
âải ca mäüt pha. Tỉì trỉåìng quay mọc vng våïi c hai dáy qún stato v räto l tỉì trỉåìng

(vng/phụt) (7.3b)
124
β
) Chiãưu tỉì trỉåìng quay
Chiãưu ca tỉì trỉåìng quay phủ thüc vo thỉï tỉû pha ca dng âiãûn. Mún âäøi
chiãưu quay ca tỉì trỉåìng ta thay âäøi thỉï tỉû hai trong ba pha cho nhau. Gi sỉí âi
dc theo chu vi stato ta láưn lỉåüt gàûp trủc cạc pha A, B, C theo chiãưu kim âäưng häư
(hçnh 7.7). Nãúu thỉï tỉû pha thûn, tỉì trỉåìng
B
r
s láưn lỉåüt quẹt qua cạc trủc pha A,
B, C ... theo chiãưu kim âäưng häư (nam chám gi SN quay theo chiãưu kim âäưng häư).
Nãúu thỉï tỉû pha ngỉåüc, cỉûc âải dng cạc pha i
A
, i
B
, i
C
láưn lỉåüc xy ra theo thỉï tỉû A,
C, B ... v tỉì trỉåìng s láưn lỉåüc quẹt qua cạc trủc pha theo thỉï tỉû A, C, B ...
nghéa l ngỉåüc chiãưu kim âäưng häư.
B
r
7.4.
NGUN
L LM VIÃÛC CA ÂÄÜNG CÅ KHÄNG ÂÄƯNG BÄÜ
Khi âàût âiãûn ạp xoay chiãưu ba pha cọ táưn säú f
1
vo dáy qún stato, trong dáy
qún stato s cọ hãû thäúng dng ba pha chảy qua, dng âiãûn náưy s tảo ra tỉì trỉåìng

r
nãn trong thanh dáùn
a
ca räto cm ỉïng sââ e
2
cọ chiãưu
cho båíi :

Bvle ××=
2
(7.7)
tỉïc l e
2
hỉåïng tỉì trỉåïc ra sau. Vç räto
ngàõn mảch nãn E
2
tảo ra dng âiãûn I
2
cng chiãưu E
2
.
B

N
F
ât
n
1
Hçnh 7.8
Quạ trçnh tảo momen

- n
Hóỷ sọỳ trổồỹt cuớa tọỳc õọỹ laỡ:

1
1
1
1
1
2
n
nn
n
n
s


=

==
(7.9)
trong
1
= 2n
1
vaỡ = 2n. laỡ tọỳc õọỹ goùc cuớa tổỡ trổồỡng quay vaỡ cuớa rọto.
Khi rọto õổùng yón, tọỳc õọỹ n = 0, hóỷ sọỳ trổồỹt s = 1; khi rọto quay õởnh mổùc s =
0,02 ữ 0,06. Tọỳc õọỹ õọỹng cồ laỡ:
n = n
1
(1-s) =


E
1
= 4,44f
1
N
1
k
õq1

m
(7.12)
Vồùi N
1
, k
õq1
lỏửn lổồỹc laỡ sọỳ voỡng dỏy vaỡ hóỷ sọỳ dỏy quỏỳn cuớa mọỹt pha stato. Hóỷ
sọỳ dỏy quỏỳn k
õq1
< 1, noùi lón sổỷ giaớm sõõ cuớa dỏy quỏỳn do quỏỳn raợi trón caùc raợnh vaỡ
ruùt ngừn bổồùc dỏy quỏỳn so vồùi quỏỳn tỏỷp trung nhổ maùy bióỳn aùp.

m
laỡ bión õọỹ tổỡ thọng cuớa tổỡ trổồỡng quay.
f
1
laỡ tỏửn sọỳ doỡng õióỷn trong dỏy quỏỳn stato.
7.5.2. Phổồng trỗnh õióỷn aùp ồớ dỏy quỏỳn rọto.
Tổỡ trổồỡng chờnh quay vồùi tọỳc õọỹ n
1

= 1ữ4Hz.
Sõõ pha caớm ổùng trong dỏy quỏỳn rọto luùc quay laỡ:
E
2s
= 4,44f
2
N
2
k
õq2

m
(7.14a)
126
E
2s
= 4,44sf
1
N
2
k
âq2
Φ
m
(7.14b)
Trong âọ: N
2
, k
âq2
láưn lỉåüc l säú vng dáy v hãû säú dáy qún ca dáy qún räto. Hãû

2
= 2πf
1
L
2
(7.17)
+ lục räto quay:
X
2s
= 2πf
2
L
2
= 2πsf
1
L
2
= sX
2
(7.18)
trong âọ: L
2
l âiãûn cm tn ca dáy qún räto.
Tỉì (7.12) v (7.15), ta cọ tè säú sââ pha stato v räto l:

r
s
dq
dq
e


)jXR(IE0
s222s2
+−=
&&
(7.20a)
hay:
)jsXR(IEs0
2222
+−=
&&
(7.20b)
VÊ DỦ 7.1
Âiãûn ạp v táưn säú ca âäüng cå khäng âäưng bäü ba pha räto dáy qún näúi Y cọ 6 cỉûc
tỉì khi dáy qún räto håí mảch l 100V, f = 50Hz. Xạc âënh âiãûn ạp v táưn säú trong
dáy qún räto khi quay åí täúc âäü 950 vng/phụt.
Bi gii
1.

Täúc âäü âäưng bäü:
1000
3
5060
p
f60
n
1
=
×
==

1
= 0,05.50 = 2,5 Hz
7.5.3. Phổồng trỗnh stõ cuớa õọỹng cồ khọng õọửng bọỹ.
Khi õọỹng cồ laỡm vióỷc, tổỡ trổồỡng quay trong maùy do doỡng õióỷn cuớa caớ hai dỏy
quỏỳn sinh ra. Doỡng õióỷn trong dỏy quỏỳn stato sinh ra tổỡ trổồỡng quay stato quay vồùi
tọỳc õọỹ n
1
so vồùi stato. Doỡng õióỷn trong dỏy quỏỳn rọto sinh ra tổỡ trổồỡng quay rọto
quay vồùi tọỳc õọỹ n
2
so vồùi rọto bũng:
n
2
=
1
12
ns
p
sf60
p
f60
==

Vỗ rọto quay õọỳi vồùi stato coù tọỳc õọỹ n, nón tổỡ trổồỡng rọto seợ quay õọỳi vồùi stato
coù tọỳc õọỹ laỡ:
n
2
+ n = sn
1
+ n = sn

k
dq2
2
I
&
= m
1
N
1
k
dq1
0
I
&

trong õoù: I
0
laỡ doỡng õióỷn stato luùc khọng taới;
I
1
, I
2
laỡ doỡng õióỷn stato vaỡ rọto khi coù taới;
m
1
, m
2
laỡ sọỳ pha cuớa dỏy quỏỳn stato vaỡ rọto;
k
dq1

201
III
&&&
+=
Trong õoù, laỡ doỡng õióỷn rọto qui õọứi vóử stato, coỡn hóỷ sọỳ a
'
2
I
&
i
laỡ hóỷ sọỳ qui õọứi doỡng
õióỷn, ta coù :

2dq22
1dq11
i
kNm
kNm
a =
(7.22)
7.6. MACH IN THAY TH CUA ĩNG C KHNG ệNG Bĩ
óứ thuỏỷn tióỷn cho vióỷc nghión cổùu vaỡ tờnh toaùn, tổỡ hóỷ phổồng trỗnh cỏn bũng
õióỷn aùp vaỡ sổùc tổỡ õọỹng cuớa maùy õióỷn khọng õọửng bọỹ, ta thaỡnh lỏỷp sồ õọử maỷch õióỷn
tổồng õổồng goỹi laỡ maỷch õióỷn thay thóỳ maùy õióỷn khọng õọửng bọỹ.
Tổỡ (7.11), ta vióỳt laỷi phổồng trỗnh cỏn bũng õióỷn aùp stator cuớa maùy õióỷn laỡ:
128

11111111
ZIE)jXR(IEU
&&&&&

s
R
(IE0
222222
2
22
++

=+=
&&&&
(7.25)


oR
I
&

oX
I
&
X
2
2
I
&

s
R
2

(c)
2
E
&

'
2
I
&

(b)
2
Es

&

R
fe
X
m
1
I
&
o
I
&

(e)
1
E
&
oR
I
&
oX
I
&
i2
'
2
a/II
&&
=
s

/s = R
2
+ R
2
(1-s)/s ta cọ hçnh 7.9d. Phỉång trçnh (7.25) l phỉång trçnh
âiãûn ạp rotor lục quay â âỉåüc qui âäøi vãư rotor âỉïng n. Cọ thãø gi l phỉång
trçnh âiãûn ạp rotor qui âäøi vãư táưn säú stator.
Nhán phỉång trçnh (7.25) våïi a
e
, chia v nhán våïi a
i
, ta cọ:

)aajXaa
s
R
(
a
I
Ea0
ie2ie
2
i
2
2e
+−=
&
&
(7.26a)


++
−
−=
&&
(7.26c)trong âọ: E’
2
= a
e
E
2
=E
1
l sââ pha rotor qui âäøi vãư stator; I
2
’= I
2
/a
I
l dng âiãûn
rotor qui âäøi vãư stator; R
2
’= R
2
a
i
a
e

v R
cå
= R’
2
(1-s)/s gi l
âiãûn tråí cå gi tỉåíng, nàng lỉåüng tiãu tạn trãn âiãûn tråí ny tỉång âỉång nàng
lỉåüng âiãûn tỉì biãún thnh cå nàng trãn trủc âäüng cå khi nọ quay (hçnh 7.9e).

Cúi cng ta cọ phỉång trçnh cå bn lục rotor quay l:
1111
ZIEU
&&&
+=)jXR
s
)s1(
R(IE0
'
2
'
2
'
2
'
2
'
2
++

ca âäüng cå.
7.7. CẠC DẢNG KHẠC CA MẢCH ÂIÃÛN THAY THÃÚ
Âãø thûn tiãûn cho viãûc tênh toạn, mảch âiãûn hçnh 7.9e âỉåüc xem gáưn âụng
tỉång âỉång våïi så âäư hçnh 7.10a, khi chuøn nhạnh tỉì họa vãư näúi trỉûc tiãúp våïi
âiãûn ạp U
1
âỉåüc sỉí dủng nhiãưu trong tênh toạn âäüng cå âiãûn khäng âäưng bäü.
Trong mạy âiãûn khäng âäưng bäü thỉåìng R
c
>> X
m
, nãn ta b qua âiãûn tråí âàûc
trỉng cho täøn hao trong li thẹp, hçnh 7-10b.

130

2
I
&

jX
2
jX
1
R
1
(b)
1
U
&
1
I
&
jX
2
jX
1
R
1
jX
m
o
I
&
'
2

s
s1
R
'
2


+

_

+

_

+

_Ngoaỡi ra, nóỳu laỡm mọỹt vaỡi pheùp bióỳn õọứi õồn giaớn, ta coù maỷch õióỷn thay thóỳ
nhổ hỗnh 7-10c, trong õoù:

'
21n
RRR +=
(7.28)
'
21n
XXX +=

R
2
jX
2
jX
R
1
Hỗnh 7.11 Maỷch õióỷn thay thóỳ IEEE
+
_
+
_
1
E
& Trong maùy õióỷn khọng õọửng bọỹ, do coù khe hồớ khọng khờ lồùn nón tọửn taỷi doỡng
õióỷn tổỡ hoùa lồùn, khoaớng (20-50)%I
õm
. ióỷn khaùng taớn X
1
cuợng lồùn. Trong trổồỡng
hồỹp nhổ vỏỷy õióỷn khaùng tổỡ hoùa X

(7.30)
Trong âọ: U
1
, I
1
l âiãûn ạp pha v dng âiãûn pha, cn ϕ
1
l gọc lãûch pha ca dng
âiãûn v âiãûn ạp pha.
Cäng sút ny mäüt pháưn b vo täøn hao âäưng trãn dáy qún stator : p
Cu1
=
m
1
I
2
1
R
1
v täøn hao sàõt thẹp trong li thẹp: p
Fe
= m
1
I
2
0R
R
fe
. Cäng sút cn lải gi l
cäng sút âiãûn tỉì truưn qua rotor:

= P
ât
- p
Cu2
=
s
R
Im
'
2
2'
21
- m
2
I’
2
2
R’
2
=
s
s1
RIm
'
2
2'
21
−
(7.32)
Tỉì cäng thỉïc (7.31) v (7.32), ta cọ cäng sút cå trãn trủcv P

q

Täøng täøn hao ca âäüng cå âiãûn:
Σp = p
Cu1
+ p
Fe
+ p
Cu2
+ p
q

Hçnh 7.12
Gin âäư nàng lỉåüng âäüng cå
khäng âäưng bäü

P
1
P
ât
P
2
P
cå
p
Cu1
p
q
p
Cu2