Bài giảng Máy điện - Chương 8: Quan hệ điện từ trong máy điện không đồng bộ - Phạm Khánh Tùng

PHẦN 3 – MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG 8 
QUAN HỆ ĐIỆN TỪ 
TRONG MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
+ Stato máy điện không đồng bộ có dây quấn m1 pha, còn roto có 
dây quấn m2 pha. 
+ Trong máy điện KĐB có hai mạch điện không nối với nhau và 
giữa chúng có liên hệ với nhau về từ. 
+ Khi làm việc bình thường stato và rôto có từ thông tản tương 
ứng điện kháng tản và giữa hai dây quấn có hỗ cảm → có thể coi 
máy điện không đồng bộ như mba, dây quấn stato – sơ cấp, dây 
quấn rôto – thứ cấp và sự liên hệ giữa hai mạch sơ cấp và thứ 
cấp thông qua từ trường quay. 
+ Dùng cách phân tích mba để nghiên cứu nguyên lý làm việc cơ 
bản của máy điện không đồng bộ. 
+ Chỉ xét tác dụng của sóng cơ bản mà không xét sóng bậc cao. 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
1. MÁY ĐIỆN KĐB LÀM VIỆC KHI RÔTO ĐỨNG YÊN 
Đặt một điện áp U1 có tần số f1 vào dây quấn stato, trong dây quấn 
stato có dòng điện I1, tần số f1; trong dây quấn rôto sẽ có dòng điện I2, 
tần số f1; dòng I1 và I2 sinh ra stđ quay F1 và F2 có trị số: 
trong đó : m1,m2 – số pha của dây quấn stato và rôto; p – số đôi cực 
từ; N1,N2 – số vòng dây một pha của dây quấn stato và rôto; kdq1,kqd2 
là hệ số dây quấn của dây quấn stato và rôto 
1
1dq11
1 I
p
kN2m
F 
2
2dq22
2 I
p
kN2m
F 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Hai stđ này quay cùng tốc độ n1 = 60f1/p và tác dụng với nhau để sinh 
ra stđ tổng trong khe hở F0. Vì vậy phương trình cân bằng stđ: 
Dòng điện I1 gồm hai thành phần: 
+ Thành phần dòng điện I0 tạo nên stđ F0: 
+ Thành phần dòng điện –I’2 tạo nên stđ (–F’2) bù lại stđ F2 của dòng 
thứ cấp I2: 
)F(FFFFF 201021
 
0
1dq11
0 I
p
kN2m
F 
'
2
1dq11'
2 I
p
kN2m
)F( 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Như vậy: 
So sánh stđ F2 do dòng điện I2 của rôto tạo ra và stđ F’2 do thành 
phần I’2 của dòng điện stato sinh ra: 
Hệ số qui đổi dòng điện: 
0
'
21
'
201
III
)I(II


'
2
2dq11
2
2dq22 I
p
kN2m
I
p
kN2m 
2dq22
1dq11
i
kNm
kNm
k 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Stđ F0 sinh ra từ thông chính Φ trong khe hở, từ thông Φ nầy cảm 
ứng trong dây quấn stato và rôto các sđđ: 
Khi rôto đứng yên f2 = f1 nên tỉ số biến đổi điện áp của máy điện không 
đồng bộ bằng: 
2
jkNf
2
2
jE m11m1dq111

 


2
jkNf
2
2
jE m22m2dq222

 


2dq2
1dq1
e
kN
kN
k 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Tương tự như mba ta có phương trình cân bằng sđđ trong mạch điện 
stato: 
trong đó: 
+ Z1 = r1 + jx1 – tổng trở của dây quấn stator. 
 r1 – điện trở của dây quấn stato. 
 x1 – điện kháng tản của dây quấn stator. 
+ Et1 = – jI1x1 – sđđ tản do từ thông tản stato Φt1 sinh ra. 
1111111111t11 ZIE)jxr(IErIEEU
 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Phương trình cân bằng sđđ trong mạch điện rôto: 
trong đó: Z2 = r2 + jx2 – tổng trở của dây quấn rôto. 
 r2 – điện trở của dây quấn rôto. 
 x2 = 2πf1Lt2 – điện kháng tản của dây quấn rôto lúc đứng yên 
Cũng giống như ở mba: 
trong đó: I0 – dòng điện từ hóa sinh ra stđ F0. 
 Zm = rm + jxm – tổng trở của nhánh từ hóa. 
 rm – điện trở từ hóa đặt trưng cho sự tổn hao sắt từ. 
 xm – điện kháng từ hóa biểu thị sự hỗ cảm giữa stato và 
rôto. 
2222222 ZIE)jxr(IE0
 
)jxr(IZIE mm0m01 

CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Qui đổi phía rôto về phía stato theo nguyên tắc tổn hao không đổi 
• Qui đổi sđđ rôto E2 sang bên stato: 
• Qui đổi điện trở rôto r2 về stato: 
• Qui đổi điện kháng rôto x2 về stato: 
2e1
'
2 EkEE 
2
2
22
'
2
2'
21 rImrIm 
2
2
22dq2
11dq1
1
2
2
2
'
2
2
1
2'
2
2'
21 r
Nkm
Nkm
m
m
r
I
I
m
m
rIm
2ei
'
2 rkkr 
2ei
'
2 xkkx 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Phương trình đặc trưng của máy điện KĐB qui đổi về stato 
m01
'
201
1
'
2
222
1111
ZIE
)I(II
EE
ZIE0
ZIEU





CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Rôto đứng yên trong khi dây quấn rôto ngắn mạch, dòng điện trong 2 
dây quấn rất lớn. 
Để hạn chế dòng điện I1 và I2 ở trị số định mức thì cần phải giảm thấp 
điện áp xuống còn khoảng (15 - 25)%Uđm. 
Lúc này sđđ E1 trong máy điện không đồng bộ nhỏ đi rất nhiều và 
tương ứng từ thông Φm cũng nhỏ, nghĩa là stđ từ hóa F0 rất nhỏ so với 
F1 và F2, do đó ta coi F0 = 0: 
0III
0FFF
0
'
21
021


CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Đồ thị vectơ của MĐ KĐB khi rôto đứng yên 
Mạch điện thay thế của MĐ KĐB khi ngắn mạch 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Từ mạch điện thay thế có thể tính dòng điện stato I1: 
trong đó: Zn = Z1 + Z’2 = rn +jxn – tổng trở ngắn mạch. 
 rn = r1 + r’2 và xn = x1 + x’2 
Khi U1 = Uđm thì I1 = In – dòng điện khởi động. 
n
1
'
21
1
1
Z
U
ZZ
U
I

 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
2. MÁY ĐIỆN KĐB LÀM VIỆC KHI RÔTO QUAY 
Khi rôto quay thì tần số của trị số sđđ và dòng điện trong dây quấn 
rôto thay đổi. 
Những thay đổi trong các dây quấn ảnh hưởng rất lớn đến sự làm 
việc của máy điện, nhưng nó không làm thay đổi những qui luật và 
quan hệ điện từ khi rôto đứng yên. 
Các phương trình đặc trưng của máy điện cũng bao gồm phương 
trình sđđ stato, rôto và phương trình stđ. 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
2.1. Các phương trình cơ bản 
Phương trình cân bằng sđđ ở dây quấn stato: 
Máy điện KĐB làm việc thì dây quấn rôto phải kín mạch (thường 
ngắn mạch). Khi nối dây quấn stato với nguồn ba pha, ta có 
phương trình cân bằng sđđ khi rôto quay giống như khi đứng yên: 
Phương trình cân bằng sđđ ở dây quấn rôto: 
Từ trường khe hở do stđ F0 sinh ra quay với tốc độ n1. Nếu rôto 
quay với tốc độ n cùng chiều từ trường thì giữa rôto và từ trường 
có tốc độ trượt n2 = n1 - n, vậy tần số sđđ và dòng điện trong dây 
quấn rôto: 
1111 ZIEU
 
1
1
1
12
2 f.s
60
pn
n
nn
60
pn
f 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Sđđ cảm ứng trong dây rôto lúc quay: 
Điện kháng của dây quấn rôto lúc quay: 
Phương trình cân bằng sđđ của mạch điện rôto: 
Sau khi qui đổi: 
2
m
2m2dq22s2 E.s
2
jkNf
2
2
jE 

 

 
22t12t2s2 x.sLsf.2Lf.2x 
)jxr(IE0 s222s2 

)jxr(IE0 ' s2
'
2
'
2
'
s2 

CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Trong phương trình cân bằng điện áp rôto, sđđ và dòng điện có tần 
số f2, còn bên stato sđđ và dòng điện có tần số f1 → phải qui đổi tần 
số thì việc thiết lập phương trình mới có ý nghĩa, từ phương trình: 
Nhân hai vế với: 
Trong đó: ω = ω1 - ω2 tốc độ góc của rôto → hệ số qui đổi 
tần số 
tj'
s2
'
2
'
2
tj'
s2
22 e)jxr(IeE0
 
t)(jtj 21e
s
1
e
s
1   
t)(j 21e
 
t)(j'
s2
'
2
'
2
t)(j'
s2
22 e)jxr(I
s
1
eE
s
1
0
   
tj'
2
'
2'
2
tj'
2
11 e)jx
s
r
(IeE0
 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Nhận xét: 
1. Về mặt toán học hai phương trình sđđ rô to không có gì khác nhau, 
nhưng về mặt vật lý đã khác nhau về bản chất. 
Phương trình chỉ rõ mối quan hệ của điện áp 
khi rôto quay với hệ số trượt s, trong đó E’2s, I’2 và tổng trở r’2 + jx’2s có 
tần số f2. 
Phương trình chỉ rõ quan hệ trường 
hợp rôto đứng yên và lúc này trên rôto được nối thêm một điện trở giả 
tưởng r’2(1 - s)/s; còn E’2, I’2 và tổng trở r’2/s + jx’2 có tần số f1. 
)jxr(IE0 s222s2 

tj'
2
'
2'
2
tj'
2
11 e)jx
s
r
(IeE0
 
'
2
'
2
'
2 r
s
s1
r
s
r 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Nhận xét: 
2. Trong hai trường hợp dòng điện I2 có khác nhau về tần số nhưng trị 
hiệu dụng và góc lệch pha là không đổi. 
3. Dù rôto quay hay không quay thì stđ stato F1 và stđ rôto F2 bao giờ 
cũng quay đồng bộ với nhau. 
4. Năng lượng tiêu tán trên điện trở giả tưởng Rcơ = r’2(1-s)/s tương 
đương với năng lượng điện biến đổi thành cơ năng trên trục động cơ 
khi quay. 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Phương trình cân bằng stđ : (vì stđ stato F1 và rôto F2 quay cùng ω1) 
0
'
21
021
III
FFF


Phương trình đặc trưng của máy điện KĐB khi rôto quay: 
m01
'
201
1
'
2
'
2
'
2
'
22
1111
ZIE
)I(II
EE
)jxs/r(IE0
ZIEU





CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
2.2. Mạch điện thay thế của máy điện không đồng bộ 
Dựa vào các phương trình cơ bản, thành lập sơ đồ thay thế hình T 
cho máy điện không đồng bộ khi rôto quay giống như mba. 
Dây quấn sơ cấp mba là dây quấn stato; 
Dây quấn thứ cấp mba là dây quấn rôto; 
Phụ tải mba là điện trở giả tưởng r’2(1-s)/s. 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Từ sơ đồ thay thế có thể tính dòng điện stato, dòng điện rôto, mômen, 
công suất cơ và những tham số khác. 
Như vậy ta đã chuyển việc tính toán một hệ Điện - Cơ hay Cơ - Điện về 
việc tính toán mạch điện đơn giản. 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Trong máy điện KĐB, do có khe hở không khí lớn nên tồn tại dòng điện 
từ hóa lớn, khoảng (20-50)%Iđm, và điện kháng tản x1 cũng lớn. 
Trong trường hợp như vậy điện kháng từ hóa xm giữ nguyện và bỏ qua 
điện trở rm (rm = 0) còn tổn hao sắt ta gộp vào tổn hao cơ và tổn hao 
phụ. Từ đó ta có mạch điện thay thế (do IEEE đề xướng). Đây là mạch 
điện thay thế được sử dụng nhiều trong tính toán và khảo sát máy điện 
không đồng bộ. 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Để thuận lợi cho tính toán, thường biến đổi mạch điện thay thế hình T 
về mạch điện thay thế hình Г đơn giản hơn. Cách biến đổi như sau: 
Từ sơ đồ thay thế: 
Dòng điện stato: 
'
2
'
2
'
2
'
s2
'
2'
2
jxs/r
E
Z
E
I


m
1
0
Z
E
I

 
'
s2m
1'
s2
'
2
m
1'
201
Z
1
Z
1
E
Z
E
Z
E
)I(II 


CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Tư phương trình sđđ stato: 
 với: 
Dòng điện roto: 
'
s2
1
m
1
111111
Z
Z
Z
Z
EUZIUE 
'
s2
1
1
1
'
s2
1
m
1
1
1
Z
Z
C
U
Z
Z
Z
Z
1
U
E



m11 Z/Z1C 

1
'
s21
1
'
s2
1'
2
ZZC
U
Z
E
I



1
'
s21
1
m
111'
201
ZZC
U
Z
ZIU
III



CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
1
'
s21
1
m
1
m
11
1
ZZC
U
Z
U
Z
ZI
I



11
1
'
s21
1
m
1
m
1
1 CI
ZZC
U
Z
U
Z
Z
1I 


 
''
200
11
'
s2
2
1
1
m1
1
1 II
ZCZC
U
ZC
U
I 




 
Trong đó: 
m1
1
mm1
1
m1
1
00
ZZ
U
Z)Z/Z1(
U
ZC
U
I




được gọi là dòng điện không tải lý tưởng, nghĩa là dòng điện 
không tải lúc s = 0, tức là r’2(1-s)/s = 8. 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
1
'
2
11
'
s2
2
1
1''
2
C
I
ZCZC
U
I 



 
I’’2 được gọi là dòng điện thứ cấp của mạch điện hình G. Từ các 
phương trình trên ta thành lập được mạch điện thay thế hình Г 
chính xác của máy điện không đồng bộ. 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Thực tế giá trị C1 chỉ lớn hơn 1 một ít, góc phức lại rất nhỏ nên có 
thể coi: 
Ta có mạch điện đơn giản hơn 
m111 x/x1CC 

CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
2.3. Hệ số qui đổi của dây quấn rôto lồng sóc 
Khi vẽ mạch điện thay thế hay đồ thị vectơ, các tham số bên rôto 
đều qui đổi về bên stato. Các hệ số qui đổi từ rôto sang stato: 
Đối với dây quấn rôto lồng sóc, là loại dây quấn đặc biệt có số pha 
bằng số rãnh rô to và mỗi pha chỉ có ½ vòng, hệ số dây quấn kdq 
bằng một, nên: 
ie
22dq2
11dq1
i
22dq
11dq
e kkk;
Nkm
Nkm
k;
Nk
Nk
k 
1k
;2/1N
;Zm
2dq
2
22
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
2
11dq1
22dq2
11dq1
i
Z
Nkm2
Nkm
Nkm
k 
2
11dq
2
1
ie )Nk(
Z
m4
kkk 
Thay vào biểu thức hệ số qui đổi: 
11dq
11dq
22dq
11dq
e Nk2
2/1.1
Nk
Nk
Nk
k 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
3. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC, GIẢN ĐỒ NĂNG LƯỢNG VÀ 
 ĐỒ THỊ VÉCTƠ 
3.1. Chế độ động cơ điện (0 < s < 1) 
Công suất tác dụng động cơ nhận từ lưới điện 
Một phần nhỏ công suất này bù tổn hao đồng trên dây quấn stato 
và tổn hao sắt thép trong lõi thép 
Phần lớn công suất đưa vào còn lại chuyển thành công suất điện 
từ Pđt truyền qua rôto. 
11111 cosIUmP 
1
2
111đ rImp 
m
2
01st rImp 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Như vậy : 
Trong rôto có dòng điện nên có tổn hao đồng trên dây quấn rôto: 
Do đó công suất cơ của động cơ điện: 
Công suất ở đầu trục của động cơ điện: 
Trong đó: pcơ – tổn hao cơ (ma sát và quạt gió) 
 pf – tổn hao phụ 
s
r
Im)pp(PP
'
22'
21st1đ1đt 
'
2
2'
212đ rImp 
s
s1
rImrIm
s
r
ImpPP '2
2'
21
'
2
2'
21
'
22'
212đđtco
)pp(PP fcoco2 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Tổng tổn hao của động cơ điện không đồng bộ: 
Hiệu suất của động cơ điện không đồng bộ : 
fco2đst1đ pppppp 
11
2
P
p
1
P
P 
 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Giản đồ năng lượng của động cơ 
không đồng bộ 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Sự phân phối công suất phản kháng trong máy điện KĐB có thể thấy 
rõ từ mạch điện thay thế hình T. 
Công suất phản kháng động cơ điện nhận từ lưới điện : 
Một phần công suất phản kháng này được dùng để sinh ra từ trường 
tản trong mạch stato và từ trường tản rôto: 
Phần lớn công suất phản kháng còn lại dùng để sinh ra từ trường khe 
hở : 
11111 sinIUmQ 
'
2
2'
212
1
2
111
xImq
xImq
m
2
01m xImQ 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Như vậy : 
Do máy điện không đồng bộ có khe hở không khí lớn hơn mba, 
nên dòng điện từ hoá trong máy điện không đồng bộ lớn hơn dòng 
điện từ hoá trong mba, thường I0 = 20 - 25%Iđm. 
Và do Qm và I0 tương đối lớn nên hệ số công suất cosφ của máy 
thấp, thường: 
 Định mức: cosφđm = 0,7- 0,95 
 Không tải: cosφ0 = 0,1 - 0,15 
1111m211 sinIUmQqqQ 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Đồ thị véc tơ: 
Véc tơ Φ ở phương ngang → véc tơ E1 
chậm pha 90o. Góc Ψ2 giữa I’2 và E1 xác 
định theo biểu thức: 
Véc tơ I0 từ thông số không tải 
Véc tơ I1 bằng tổng của I0 và –I’2. 
Các véc tơ r1I1, jx1I1 xác định theo I1. 
Véc tơ U1 bằng tổng –E1 và r1I1; jx1I1. 
Góc φ1 giữa U1 và I1. 
s/r
x
arctg
'
2
'
2
2 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
3.2. Chế độ máy phát điện (– ∞ < s < 0) 
Khi máy điện không đồng bộ làm việc ở chế độ máy phát, s < 0 thì 
công suất cơ của máy âm, máy nhận công suất cơ vào: 
Ngoài ra: 
Vậy sự lệch pha giữa E1 và I2 là nằm trong khoảng 90
0 < Ψ2 <180
0. 
Từ đồ thị véc tơ chế độ máy phát φ1 > 90
o. 
0
s
s1
rImpPP '2
2'
212đđtco 
0
r
sx
s/r
x
tg
'
2
'
2
'
2
'
2
2 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Công suất tác dụng: 
Công suất phản kháng: 
Máy phát công suất tác dụng vào lưới và nhận công suất phản 
kháng từ lưới như động cơ điện 
0cosIUmP 11111 
0sinIUmQ 11111 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Giản đồ năng lượng và đồ thị véc tơ của máy điện KĐB làm việc ở 
chế độ máy phát 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
3.3. Chế độ hãm (1 < s < + ∞) 
Khi s > 1 thì công suất cơ của máy: 
Và công suất điện từ: 
Máy nhận công suất cơ từ ngoài vào và nhận công suất điện từ 
lưới → biến thành tổn hao đồng trên mạch rôto: 
Vì tất cả năng lượng đưa vào đều tiêu thụ trên máy nên khi điện 
áp U1 = U1đm chỉ cho phép máy làm việc trong thời gian ngắn. 
0
s
s1
rImP '2
2'
21co 
0
s
1
rImP '2
2'
21đt 
'
2
2'
21
'
2
2'
21
'
2
2'
21cođt rIm
s
s1
rIm
s
1
rIm)P(P 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Giản đồ năng lượng và đồ thị véc tơ của máy điện KĐB làm việc ở 
chế độ hãm 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
4. MÔMEN ĐIỆN TỪ CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 
Máy điện không đồng bộ thường được dùng làm động cơ điện, 
nên khi phân tích sẽ lấy động cơ điện làm ví dụ. 
Khi làm việc, động cơ điện KĐB phải khắc phục mômen tải bao 
gồm mômen không tải M0 và mômen của phụ tải M. 
Phương trình cân bằng mômen của động cơ điện không đồng bộ 
lúc làm việc ổn định: 
Trong đó: M – Mômen điện từ của động cơ điện. 
 M0 – Mômen không tải; M2 – Mô men cơ cấp cho phụ tải 
20 MMM 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Tốc độ góc của rôto: , với n – tốc độ quay rôto 
Do đó: 
Theo công suất điện từ: 
Tổn hao đồng trên rôto: 

 fco0
pp
M

 22
P
M
60/n2 


 co2fco
PPpp
M
1
đtPM

đtđt
1
co
co
1
đt P)s1(PP
PP




đtcođt2đ P.sPPp 
Các biểu thức đã biết: 
Thay vào biểu thức mô men điện từ: 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
2222co
2222đt
cosIE)s1(mP
cosIEmP
 
 
60/n2)s1()s1(
60/pnf
kNf.s.2E
11
11
m2dq212
  
 
22m2dq22
co cosIkpNm
2
1P
M  

CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Thông thường mômen điện từ được tính theo mạch điện thay thế. Từ 
sơ đồ thay thế hình Г: 
Mô men điện từ tính theo dòng điện I’2: 
2'
211
2'
211
1''
21
'
2
)xCx()s/rCr(
U
ICI
2'
211
2'
211
'
2
2
1
1
1
)xCx()s/rCr(
s/rUm
M
 
1
'
2
2'
21co
)s1(
s
s1
rImP
 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Nhận xét: 
+ Mômen M tỉ lệ U1
2. 
+ Mômen M tỉ lệ nghịch (x1 + c1x’2)
2 khi tần số cho trước. 
+ M = f(s). 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
4.1. Tìm mômen cực đại Mmax 
Để vẽ quan hệ (đặc tính cơ) M = f(s), ta tìm mômen cực đại bằng 
cách giả thiết như sau: 
• Các tham số khác là không đổi. 
• Đặt y = 1/s. 
Viết lại biểu thức mômen điện từ: 
Trong đó: 
2DyCyB
Ay
M

'
2
2
11 rUmA 2'211
2
1 )xCx(rB 
'
211 rrC2C 
2'
2
2
1rCC 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Lấy đạo hàm và tìm sm ứng với mômen cực đại Mmax. 
0
)DyCyB(
)DyB(A
dy
dM
22
2
yy
m
D/Bym 
2'
211
2
1
'
21
m
)xCx(r
rC
B/Ds
2'
211
2
11
2
11
11
max
)xCx(rr
Um
C2
1
M
 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Thường r1 << x1 + C1x’2, nên xem r1 = 0, ta có: 
Ta nhận xét về Mmax : 
 + Mmax tỉ lệ với U1
2 
 + Mmax không phụ thuộc r’2 
 + Mmax ở chế độ máy phát lớn hơn so với Mmax ở chế độ 
động cơ. 
 + r ’2 càng lớn thì sm càng lớn. 
 + r’2 tăng thì Mmax không đổi mà dịch sang phải. 
'
211
'
21
m
xCx
rC
s
'
211
2
11
11
max
xCx
Um
C2
1
M
 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
4.2. Mômen khởi động 
Điểm s = 1 (n = 0) trên đặc tính cơ ứng với chế độ khởi động của 
động cơ: 
Nhận xét về mômen khởi động Mk: 
 + Mk tỉ lệ với U1
2 
 + Mk tỉ lệ với nghịch với Z2 = (r1 + C1r’2)
2 + (x1 + C1x’2)
2 . Nếu 
C1 = 1 thì Z = Zn. Còn nếu (r1 + C1r’2) << (x1 + C1x’2) thì Mk tỉ lệ với 
nghịch điện kháng (x1 + C1x’2)
2. 
 + Tìm Mk = Mmax thì hệ số trượt sm = 1 
2'
211
2'
211
'
2
2
11
1
k
)xCx()s/rCr(
rUm1
M
 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
'
2
1
1'
2'
211
'
21
m x
C
x
r1
xCx
rC
s 
Điện trở của mạch rôto để Mk = Mmax . 
4.3. Đặc tính cơ của động cơ điện 
Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ: M2 = f(n) hoặc n = f(M2). 
Mà ta có M = M0 + M2 , vậy ở đây ta xem M0 = 0 hoặc chuyển M0 về 
mômen cản tĩnh, nên xem rằng M2 = M = f(n). 
Đồ thị M = f(s) : 
+ Đoạn 0 < s < sm: Động cơ làm việc ổn định. Đặc tính cơ cứng. 
+ Đoạn sm < s < 1: Động cơ làm việc không ổn định. 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
4.4. Tìm biểu thức Klox (Động cơ) 
Lập tỉ số M/Mmax : 
Ta có: 
Thay vào biểu thức tỉ số mômen: 
Với: 
])xCx()s/rCr[(s
])xCx(rr[rC2
M
M
2'
211
2'
211
2'
211
2
11
'
21
max 
m
'
212'
211
2
1
s
rC
)xCx(r 
m
m
m
m
max s.a
s
s
s
s
s.a2
M
M
'
21
1
rC
r2
a 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Trong máy điện KĐB, thường điện trở r1 = r’2 và sm = 0,1÷0,2, nên: 
a.sm rất nhỏ hơn số hạng trước nó, nên: 
Năng lực quá tải: 
Bội số mô men và dòng điện 
khởi động: 
s
s
s
s
2
M
M
m
m
max 
)37,1(
M
M
k
đm
max
m  
đm
k
I
đm
k
k
I
I
k;
M
M
k 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
5. THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ MẠCH ĐIỆN THAY THẾ 
Mô hình mạch điện của động cơ không đồng bộ tương tự như mba, 
các thông số cũng được xác định bằng thí nghiệm không tải (đầu trục 
động cơ không nối với tải) và ngắn mạch (giữ rôto đứng yên) giống 
như trong mba. 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
5.1. Thí nghiệm không tải 
Thí nghiệm không tải là dây quấn stato nối vào lưới điện có điện áp 
và tần số định mức, còn đầu trục động cơ không nối với tải. 
Sơ đồ nối dây thí nghiệm 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Khi nối nguồn điện có điện áp định mức vào dây quấn stato, lúc đó ta 
đo được các đại lượng nhờ các dụng cụ đo như sau : 
 Công suất không tải P0 (3-pha, tổng công suất trên hai Watt kế) 
 Dòng điện không tải I0 (tính trung bình từ 3 ampe kế) 
 Điện áp không tải U0 (tính trung bình từ 3 vôn kế). 
Công suất không tải P0 (tổn hao không tải) là các tổn thất khi công suất 
trên đầu trục là zéro, bao gồm : tổn hao đồng stato, tổn hao sắt và tổn 
hao quay (tổn hao quạt gió, ma sát và tổn hao phụ) 
Tổn hao sắt trong lõi thép chỉ xảy ra ở stato, còn trong rôto không đáng 
kể, do hệ số trượt rất thấp (so=0,001), nên tần số dòng điện trong dây 
quấn rôto thấp, khoảng 0,05Hz. 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Trị số dòng điện không tải khoảng 20 - 40% dòng điện định mức vì có 
khe hở không khí. Tổn thất đồng stato khi không tải cần được tính 
toán, bằng cách đo điện trở một chiều và hiệu chỉnh theo dòng điện 
xoay chiều (50Hz). 
Công suất cơ Pcơ tương ứng với điện trở giả tưởng có độ trượt so rất 
thấp. Vì vậy r’2/so + jx’2 >> Zm = rm + jxm nên r’2/so + jx’2 có thể bỏ qua. 
Từ mạch điện thay thế, 
mạch điện khi không tải như sau 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Phối hợp hai nhánh nối tiếp Z1 và Zm ta 
được mạch điện hình bên. 
Trong đó Zo = Z1 + Zm = ro + jxo, 
với ro = r1 + rm và xo = x1 + xm. 
Ở đây, ro đặc trưng cho tổn hao không tải 
gồm tổn hao sắt, quạt gió, ma sát và tổn 
hao phụ. 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Từ các thông số thí nghiệm và mạch điện thay thế: 
Hệ số công suất không tải : 
2
0
0
m1o
I
1
3
P
rrr 
0
0
o
I
1
3
U
z 
2
o
2
om1o rzxxx 
00
0
o
IU
P
cos 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Điện kháng tản stato x1 tìm được từ thí ngắn mạch. Ta có thể tách tổn 
hao quay từ tổn hao không tải bằng cách trừ tổn hao đồng trên dây 
quấn stato khi không tải : 
2
010q Ir.3Pp 
Tổng trở stato Z1 = r1 + jx1 << Zm = rm + jxm, 
nên có thể bỏ qua Z1. 
Mạch điện thay thế gần đúng động cơ 
không đồng bộ khi không tải trình bày 
trên hình bên. 
Mạch điện tương đương này dùng để tính 
tổng trở nhánh từ hoá rất đơn giản, giống 
như trong mba. 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
6.2. Thí nghiệm ngắn mạch 
Thí nghiệm này được dùng để xác định các thông số nối tiếp trong 
mô hình mạch động cơ không đồng bộ. Sơ đồ nối dây thí nghiệm 
giống như khi không tải, nhưng giữ rôto đứng yên, lúc này hệ số 
trượt s = 1. Giảm điện áp đặt vào dây quấn stato, sao cho dòng điện 
chạy trong dây quấn stato bằng dòng điện định mức. Lúc đó ta đo 
được các đại lượng nhờ các dụng cụ đo như sau : 
Công suất ngắn mạch Pn (3-pha, tổng công suất trên hai oát kế) 
Dòng điện ngắn mạch In (tính trung bình từ 3 ampe kế) 
Điện áp ngắn mạch Un (tính trung bình từ 3 vôn kế). 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Trong thí nghiệm này, bỏ qua tổn hao sắt rm = 0, nhưng không thể bỏ 
qua điện kháng từ hoá Xm vì nó nhỏ hơn nhiều so với mba. Từ mạch 
điện thay thế, mạch khi thí nghiệm ngắn mạch như sau: 
Phối hợp hai nhánh song song, nếu bỏ qua nhánh từ hoá song song 
của mạch điện thì giống như thí nghiệm ngắn mạch mba, việc tính 
toán sẽ đơn giản hơn vì x’’2 và r’’2 tương ứng bằng x’2 và r’2. 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Từ các thông số thí nghiệm và mô hình mạch, ta tính được : 
Hệ số công suất ngắn mạch : 
2
n
n''
21tđ
I
1
3
P
rrr 
n
n
tđ
I
1
3
U
z 
2
tđ
2
tđ
''
21tđ rzxxx 
nn
n
n
IU
P
cos 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Trong trường hợp gần đúng có thể cho rằng điện kháng tản stato và 
điện kháng tản rôto bằng nhau và bằng nửa xtđ (xtđ ≈ xn): 
Từ mạch điện thay thế: 
Phần thực của biểu thức trên chính là điện trở r’’2: 
2/xxx tđ
''
21 
)xx(jr
jx)jxr(
jxr
m
'
2
'
2
m
'
2
'
2''
2
''
2
2
m
'
2
2'
2
2
m
'
2''
2
)xx()r(
xr
r
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Do r’2 << (x’2 + xm), nên bỏ qua r’2 : 
Theo sơ đồ mạch: 
Khi xm >> x’2, ta có: 
2
m
'
2
2
m
'
2''
2
)xx(
xr
r
2
m
2
m
'
2
1tđ
'
21tđ
''
2
x
)xx(
)rr(rrrr
'
21tđ xxx 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
6. MÔMEN PHỤ CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 
Mômen phụ máy điện không đồng bộ là mômen sinh ra do từ 
trường sóng bậc cao quay với những tốc độ khác nhau. 
Những mômen phụ nầy rất yếu so với sóng cơ bản, nhưng ở tốc 
độ thấp nó sinh ra mômen hãm tương đối lớn làm ảnh hưởng đến 
sự làm việc của máy điện, nhất là trong quá trình mở máy động cơ 
không đồng bộ. 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
6.1. Các loại mômen phụ 
a. Mômen phụ không đồng bộ 
Dù tốc dộ quay của rôto như thế nào, stđ sóng cơ bản của stato 
và rôto đều quay cùng tố độ n1, do đó sinh ra mômen điện từ như 
đã phân tích trên. 
Hiện tượng này cũng đúng cho các sóng điều hòa bậc cao. 
Các sóng điều hòa đều sinh ra mômen, nhưng sóng bậc 5 quay 
ngược và sóng bậc 7 quay thuận có biên độ tương đối lớn và 
mômen phụ sinh ra cũng ảnh hưởng nhiều đến mômen của máy 
điện. 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
+ Sóng bậc 7 quay thuận: (ν = 6k + 1) 
 Tốc độ đồng bộ của stđ bậc 7: n7 = n1/7 
 Đối với sóng bậc 7, với tốc độ: 0 < n < n1/7 → máy ở chế độ động 
cơ; còn n > n1/7 n1 → máy ở chế độ máy phát. 
+ Sóng bậc 5 quay ngược : (ν = 6k – 1) 
 Tốc độ đồng bộ của stđ bậc 5: n5 = – n1/5 < 0 nên tốc độ này nằm 
trong khu vực hãm đối với động cơ (s > 1). Vì từ trường sóng bậc 5 
quay ngược nên tốc độ trong khoảng : - n1/5 < n < n1 mômen âm và 
n < - n1/5 mômen dương. 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
b. Mômen phụ đồng bộ: 
Mômen phụ đồng bộ sinh ra do sóng điều hòa bậc cao nào đó của từ 
trường stato tác dụng với một sóng điều hòa bậc cao có cùng số đôi 
cực của từ trường rôto. Mômen phụ nầy chủ yếu do stđ sóng điều 
hòa răng của stato va rôto sinh ra. 
Do đó sự phối hợp răng rãnh giữa stato và rôto liên quan đến việc 
sinh ra mômen này 
Chú ý: Z1 = Z2 và Z1 - Z2 = ± 2p → sinh ra mômen phụ đồng bộ. 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
c. Mômen dòng điện xoáy và Mômen từ trễ: 
+ Mômen dòng xoáy Mx sinh ra do sự tương tác của dòng điện xoáy 
cảm ứng trong mạch dẫn từ rôto và từ trường chính. 
+ Mômen từ trễ MT sinh ra do hiện tượng trễ của thép làm mạch dẫn 
từ rôto làm chậm trễ sự từ hóa lại rôto đối với từ trường dịch chuyển 
tương đối so với rôto 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
6.2. Phương pháp trừ khử momen phụ 
Mômen phụ là do stđ sóng điều hòa bậc cao sinh ra, trong đó có 
cả stđ sóng điều hòa răng. Vì vậy muốn trừ khử mômen phụ thì 
phải làm yếu stđ sóng điều hòa đó. 
 + Dùng dây quấn bước ngắn. 
 + Phối hợp rãnh thích đáng. 
 + Thực hiện rãnh nghiêng. 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
7. CÁC ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 
7.1. Đặc tính tốc độ n = f(P2). 
Theo công thức hệ số trượt: 
 n = n1(1-s) 
trong đó : s = pCu2/Pđt . 
Khi không tải pCu2 << Pđt nên s ≈ 0 
động cơ điện quay gần tốc độ đồng bộ 
n ≈ n1 
Khi tăng tải thì tổn hao đồng cũng tăng 
lên n giảm một ít, nên đường đặc tính 
tốc độ là đường dốc xuống. 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
7.2. Đặc tính momen M = f(P2) 
Ta có M = f(s) thay đổi rất nhiều. 
Nhưng trong phạm vi 0 < s < sm thì 
đường M = f(s) gần giống đường 
thẳng, nên M2 = f(P2) đường thẳng 
qua gốc toạ độ. 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
7.3. Đặc tính hiệu suất η = f(P2). 
Ta có hiệu suất của máy điện không 
đồng bộ 
Σp tổng tổn hao, nhưng ở đây chỉ có 
tổn hao đồng thay đổi theo phụ tải 
còn các tổn hao khác là không đổi. 
pP
P
2
2
 
 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
Vì máy điện KĐB luôn luôn nhận 
công suất phản kháng từ lưới. 
Lúc không tải cosφ rất thấp thường 
nhỏ hơn 0,2. 
Khi có tải dòng điện I2 tăng lên nên 
cosφ cũng tăng. 
7. 4. Đặc tính hệ số công suất cosφ = f(P2). 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
8. MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ LÀM VIỆC TRONG ĐIỀU KIỆN 
 KHÔNG ĐỊNH MỨC 
8.1. Điện áp không định mức. 
Giả thiết U1 < Uđm (thường gặp nhất), lúc này M giảm vì M ~ U
2. 
Và ta có M = CΦI2cosφ2, nếu Mc không đổi thì I2 sẽ tăng lên tỉ lệ với 
sự giảm Φ, làm máy nóng lên, vì U ≈ E ~ F nên U giảm thì Φ giảm. 
Hệ số công suất cosφ có xu hướng tăng vì I0 giảm khi U giảm. 
Về mặt tổn hao, điện áp giảm có ảnh hưởng như sau : 
• tổn hao pst giảm ~ U
2 
• tổn hao pđ2 tăng ~ I2
2 
• tổn hao pđ1 phụ thuộc vào I0 và I2 vì I0 giảm còn I2 tăng. 
Nếu tải < 40%, tổn hao có giảm nên hiệu suất η tăng. 
Nhưng tải > 50%, tổn hao tăng nên hiệu suất η giảm. 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
8.2. Tần số không định mức. 
Thường thì tần số f không đổi hay thay đổi ±5%fđm xem như không 
đổi. 
Giả thiết : f < fđm mà U ≈ E ~ f.Φ cho rằng U = const → Φ ~ 1/ f . 
Vậy khi tần số f giảm thì: 
+ Φ tăng thì I0 tăng làm pst tăng và cosφ1 giảm. 
+ tốc độ n giảm. 
+ Nếu MC = const thì I2 giảm và s giảm vì s.Pđt = pđ2 = m2I2
2r’2. 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
8.3. Điện áp đặt vào không đối xứng 
Phân tích điện áp không đối xứng thành các thành phần thuận, thứ 
tự ngược, thứ tự không và trung tính không nối đất như thường gặp 
trong các động cơ không đồng bộ. 
Hệ thống điện áp thứ tự ngược sinh ra từ trường quay nghịch có hệ 
số trượt của rôto đối vớitừ trường quay nầy là (2-s) > 1 và mômen 
do nó sinh ra làm giảm mômen có ích, đồng thời gây nên tổn hao 
phụ. 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB 
CHƯƠNG 8: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KĐB