Mạch tương đương của động cơ không đồng bộ 3 pha

Mạch tương đương của động cơ cảm ứng cho phép ta đánh giá được các đặc tính hiệu suất trong điều kiện trạng thái ổn định. Một động cơ cảm ứng hoạt dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện áp và dòng điện. Điện áp và dòng điện được cảm ứng trong mạch Rotor từ hoạt động của mạch Stator.

Mạch tương đương của động cơ cảm ứng tương tự như của máy biến áp.

Hình 1. Mạch tương đương của động cơ cảm ứng khi Rotor đang quay.

Mạch tương đương khi động cơ đang quay thỏa phương trình cân bằng áp:

Hình 2. Mạch tương đương của động cơ cảm ứng khi Rotor đứng yên.

Hình 2 trình bày mạch tương đương của động cơ khi Rotor đứng yên. Tại trạng thái này tần số phía Rotor và Stator bằng nhau. Trong thực tế trạng thái này xảy ra tại thời điểm động cơ khởi động hay khi Rotor mang tải có momen tải quá lớn so với momen ra trên trục động cơ làm rotor bị ghìm đứng yên không quay.

Muốn qui đổi mạch Rotor về phía Stator để đơn giản đi tác động của từ trường quay lên Rotor tương tự như mạch qui đổi đã thực hiện cho máy biến áp, ta cần thực hiện 2 lượt qui đổi:

Qui đổi mạch rotor từ tần số f2 sang tần số f1, (nói cách khác là qui đổi các thông số mạch Rotor lúc đang quay thành các thông số khác tương đương như lúc Rotor đứng yên).
Khi đã qui đổi mạch Rotor sang tần số f1, chúng ta qui đổi Rotor về Stator.

1. Mô hình mạch Stator

Mô hình mạch stator của động cơ cảm ứng bao gồm điện trở cuộn dây Stator R1, cuộn kháng Stator X1 như trong sơ đồ mạch sau:

Hình 3. Mô hình mạch Stator.

Trong đó, dòng điện không tải được tính bằng:

Tổng dòng điện từ hóa I0 trong động cơ cảm ứng lớn hơn nhiều so với máy biến áp. Điều này là do sự cưỡng bức cao hơn gây ra bởi khe hở không khí của động cơ cảm ứng.

Như chúng ta đã biết, trong máy biến áp, dòng không tải thay đổi từ 2% đến 5% dòng định mức, trong khi đó trong động cơ cảm ứng, khoảng thay đổi này là từ 25% đến 40% dòng định mức tùy thuộc vào kích thước của động cơ.

2. Mô hình mạch Rotor

Hình 4. Mô hình mạch Rotor.

Khi cấp nguồn ba pha cho cuộn dây Stato, điện áp được tạo ra trong cuộn dây Rotor của máy. Chuyển động tương đối của Rotor và từ trường của Stator càng lớn thì điện áp Rotor sẽ càng lớn.

Chuyển động tương đối lớn nhất xảy ra khi Rotor bị khóa (khoá Rotor). Nếu điện áp cảm ứng ở điều kiện này là E2 thì điện áp cảm ứng tại bất kỳ độ trượt nào được đưa ra theo phương trình: E2s = s.E2.

Tương tự như thế, ta được: X2s = s.X2.

Điện trở của rôto không đổi và không phụ thuộc vào độ trượt. Cảm kháng của động cơ cảm ứng phụ thuộc vào độ tự cảm của Rotor, tần số của điện áp và dòng điện trong Rotor.

3. Qui đổi mạch rotor từ tần số f2 sang tần số f1

Phương trình cân bằng áp phía rotor lúc đang quay ứng với tần số f2:

Mà E2s = s.E2 và X2s = s.X2, nên ta suy ra:

Hình 5. Mạch tương đương lúc rotor quay và tần số Rotor qui về f1.

4. Qui đổi mạch Rotor về Stator

Sau khi qui đổi mạch Rotor từ tần số f2 sang tần số f1, muốn qui đổi mạch Rotor về phía Stator, ta căn cứ vào các biểu thức sức điện động hiệu dụng của mỗi pha dây quấn phía stator và rotor suy ra tỉ số biến đổi Kbd như sau: