wird festgestellt und in Erwägung gezogen:
1.- M._ reichte am 20. März 1997 Klage beim Amtsgericht Luzern-Land auf Abänderung des Scheidungsurteils vom 17. Juli 1995 ein und verlangte die Aufhebung des persönlichen Unterhaltsbeitrages für die geschiedene Ehefrau H._ ab 1. September 1996 sowie die Herabsetzung der Unterhaltsbeiträge für die beiden Kinder P._ (geb.
1985) und S._ (geb. 1987) auf je Fr. 500.-- pro Monat. Mit Klage vom 2. Juni 1998 begehrte er weiter, P._ sei unter seine elterliche Gewalt zu stellen, der Mutter sei ein Besuchsrecht einzuräumen, und diese sei zu verpflichten, einen monatlichen Unterhaltsbeitrag von Fr. 500.-- zu entrichten. Mit Urteil vom 24. September 1999 hiess das Amtsgericht die Herabsetzungsbegehren teilweise gut, stellte den Sohn P._ unter die elterliche Gewalt des Vaters und verpflichtete die Mutter zur Zahlung eines monatlichen Unterhaltsbeitrags von Fr. 250.--.
Das Obergericht des Kantons Luzern, an welches M._ mit Appellation gelangt war, entschied am 29. September 2000 neu. Es verpflichtete den Kläger, der Beklagten folgende monatliche, vorauszahlbare, erstmals am 27. November 1996 anteilmässig fällig gewesene und ab Verfall zu 5% verzinsliche und indexierte Unterhaltsbeiträge zu bezahlen:
- für sie persönlich je zur Hälfte im Sinne von
Art. 151 und 152 ZGB: Fr. 560.-- bis 30. April
1998, danach Fr. 660.-- bis 31. Juli 1998 sowie
Fr. 1'050.-- ab 1. Juni 1999 bis 31. Juli 2007;
- für die Tochter S._ Fr. 600.-- bis
31. Juli 1998 sowie ab 1. Juni 1999;
- für den Sohn P._ Fr. 600.-- bis
31. Dezember 1997.
Gegen dieses Urteil hat M._ beim Bundesgericht sowohl staatsrechtliche Beschwerde als auch Berufung eingereicht. Mit der staatsrechtlichen Beschwerde beantragt er, das Urteil des Obergerichts des Kantons Luzern vom 29. September 2000 aufzuheben und die Sache zur neuen Entscheidung an das Obergericht zurückzuweisen. Ferner ersucht er um Bewilligung der unentgeltlichen Rechtspflege.
Das Obergericht beantragt in seiner Vernehmlassung, die Beschwerde abzuweisen, soweit darauf einzutreten sei. Die Beschwerdegegnerin hat keine Vernehmlassung eingereicht.
2.- Der Beschwerdeführer hat gegen das Urteil des Obergerichts sowohl Berufung als auch staatsrechtliche Beschwerde eingereicht. Vorliegend besteht kein Anlass, von der Regel des Art. 57 Abs. 5 OG abzuweichen, wonach die staatsrechtliche Beschwerde vor der Berufung zu behandeln ist.
3.- Von hier nicht gegebenen Ausnahmen abgesehen ist die staatsrechtliche Beschwerde rein kassatorischer Natur (<ref-ruling> E. 4 S. 332 f.). Zulässig, aber überflüssig ist das Beschwerdebegehren, die Sache zu neuer Beurteilung an das Obergericht zurückzuweisen: sollte der Antrag auf Aufhebung des Urteils vom 29. September 2000 gutzuheissen sein, hätte die kantonale Instanz - unter Berücksichtigung der Ergebnisse des vorliegenden Verfahrens - ohne ausdrückliche Anweisung neu zu entscheiden (<ref-ruling> E. 3c S. 126; <ref-ruling> f.; vgl. auch <ref-ruling> E. 2).
4.- Der Beschwerdeführer rügt zunächst, das Obergericht habe ihm ohne sachliche Begründung mehrfach fiktive Einkünfte angerechnet.
a) Unter diesem Gesichtswinkel beanstandet er, das Obergericht habe ihm eine hypothetische Arbeitslosenunterstützung angerechnet, obwohl die Beschwerdegegnerin dies gar nie verlangt habe. Sie habe nämlich keine Appellationsantwort eingereicht und könne folglich auch nicht der Meinung gewesen sein, beim Einkommen ihres geschiedenen Ehemannes müsse eine fiktive Arbeitslosenunterstützung berücksichtigt werden. Das Obergericht hätte daher in Anwendung von <ref-law>/LU auf Grund der Akten entscheiden müssen. Darin fänden sich indessen keinerlei Anhaltspunkte für die Zurechnung einer Arbeitslosenentschädigung. Angesichts dessen sei das Gericht nicht berechtigt gewesen, von sich aus Annahmen zugunsten der Beschwerdegegnerin zu treffen.
Diese Rüge scheitert schon deshalb, weil es vorliegend auch um die Festlegung von Kinderunterhaltsbeiträgen geht und hiefür im Abänderungsprozess nach früherem wie nach neuem Recht die unbeschränkte Offizialmaxime und der Untersuchungsgrundsatz gelten (Bühler/Spühler, Zürcher Kommentar, N. 185 zu <ref-law>; Lüchinger/Geiser, Basler Kommentar, N. 21 zu <ref-law>; Sutter/Freiburghaus, Kommentar zum neuen Scheidungsrecht, N. 39 zu <ref-law>), deren Verletzung mit Berufung geltend gemacht werden kann (<ref-ruling>). Demgemäss hat das Gericht unabhängig von den ihm gemachten Angaben und Anträgen der Parteien den Sachverhalt von Amtes wegen zu erforschen. Dazu gehört insbesondere auch die Abklärung der wirtschaftlichen Leistungsfähigkeit der unterhaltspflichtigen Person, bildet doch deren Leistungskraft ein zentrales Kriterium für die Bemessung der Unterhaltsbeiträge.
Die Leistungsfähigkeit bemisst sich in erster Linie nach dem Einkommen, wozu auch jede Art von Ersatzeinkommen wie insbesondere die Arbeitslosenentschädigung gehört (Bühler/Spühler, a.a.O., N. 147 zu <ref-law>; Hausheer/Spycher, Handbuch des Unterhaltsrechts, Bern 1997, Rn 05.142; Sutter/Freiburghaus, a.a.O, N. 44 zu <ref-law>; Schwenzer, Praxis Kommentar Scheidungsrecht, N. 17 zu <ref-law>; Bräm/Hasenböhler, Zürcher Kommentar, N. 89 zu <ref-law>).
Soll der Unterhaltsanspruch nicht sinnleer bleiben, so muss der Pflichtige die materiellen Mittel hiefür bereitstellen oder sich um Ersatzleistungen bemühen (Breitschmid, Basler Kommentar, N. 25 zu <ref-law>).
Vorliegend war der Beschwerdeführer vom 1. Juli bis 31. August 1997 erwerbslos. Er hat für diesen Zeitraum zwar keine Arbeitslosenunterstützung bezogen, doch macht er nicht geltend, er habe sich bei der zuständigen Arbeitslosenkasse nicht anmelden können oder es seien ihm Arbeitslosengelder verweigert worden. Wenn das Obergericht dem Beschwerdeführer eine hypothetische Arbeitslosenentschädigung von 80% des früher erzielten Einkommens angerechnet hat, ist es keineswegs in Willkür verfallen. Inwiefern das Obergericht gegen die Verfahrensgarantien von <ref-law> verstossen haben soll, wird vom Beschwerdeführer nicht in einer den Anforderungen von Art. 90 Abs. 1 lit. b OG genügenden Weise dargelegt (<ref-ruling> E. 2a), weshalb auf diese Rüge nicht eingetreten werden kann.
Nicht hinreichend begründet im Sinne von Art. 90 Abs. 1 lit. b OG sind die Ausführungen des Beschwerdeführers zu der vom Obergericht vorgenommenen Einkommensberechnung für die Zeit vom 1. September 1996 bis 30. Juni 1997. Das Obergericht hat für diesen Zeitraum einen Verdienst von Fr. 4'928.-- gestützt auf die "kläg. Bel. 13 und 19a" ermittelt.
Warum dieser bloss Fr. 4'909.-- betragen soll, legt der Beschwerdeführer nicht ansatzweise dar. Desgleichen wird mit keinem Wort dargetan, weshalb 80 % des Lohnes von Fr. 4'909.-- eine Arbeitslosenentschädigung von Fr. 3'663.-- ergäben und nicht Fr. 3'943.-- (exakt: Fr. 3'942. 40), wie das Obergericht angenommen hat. Ebenfalls nicht rechtsgenüglich begründet wird der sinngemässe Vorwurf, es dürften während der Zeit, da eine Arbeitslosenentschädigung bezogen werde oder geltend gemacht werden könnte, keine Kinderzulagen ausgerichtet werden (vgl. dazu jedoch <ref-ruling>), weshalb die vom Obergericht vorgenommene Anrechnung derselben willkürlich sei.
b) Nach Ansicht des Beschwerdeführers ist das Obergericht auch dadurch in Willkür verfallen, dass es ihm zugemutet hat, neben der Führung eines Fünfpersonenhaushaltes noch eine 50%-ige ausserhäusliche Erwerbstätigkeit auszuüben.
Gemäss den Berechnungstabellen von Schultz-Bosch/Hofmann erfordere die Führung eines Haushaltes von fünf Personen einen Zeitaufwand von 57,3 Stunden pro Woche in der zweiten Anspruchsstufe und von 80,8 Stunden in der dritten Stufe. Weil er einen Haushalt in einem alten Bauernhaus mit Garten zu führen habe und zudem in diesem Haushalt drei schulpflichtige Kinder lebten, komme vorliegend eher die dritte als die zweite Anspruchsstufe zur Anwendung. Wenn ihm das Obergericht bei dieser Ausgangslage unterstelle, er könne neben der Haushaltführung noch eine 50%-ige Erwerbstätigkeit ausüben, so verlange es von ihm, dass er zwischen 80 bis 100 Stunden pro Woche arbeite, was absolut unhaltbar sei.
Auch auf diese Rügen kann nicht eingetreten werden, denn dabei geht es um die Zumutbarkeit einer Erwerbstätigkeit, also um eine Rechtsfrage, die im Verfahren der eidgenössischen Berufung überprüft werden kann (<ref-ruling> E. 2b S. 13); die entsprechenden Ausführungen in der staatsrechtlichen Beschwerde dazu sind unzulässig (Art. 84 Abs. 2 OG).
c) Als willkürlich erachtet der Beschwerdeführer sodann die Feststellung im angefochtenen Urteil, es sei ihm dank seiner kaufmännischen Ausbildung möglich, selbst bei einem wesentlich geringeren Arbeitspensum als 50% ein monatliches Einkommen von Fr. 2'000.-- zu erzielen. Dagegen wendet er ein, er habe überhaupt nie eine kaufmännische Ausbildung absolviert, vielmehr habe das Obergericht diese angebliche Ausbildung schlicht erfunden. Angesichts dessen sei es unhaltbar, ihm zu unterstellen, er könne auch bei einem geringeren Arbeitseinsatz als 50% monatlich Fr. 2'000.-- verdienen.
Das Obergericht räumt ein, dass der Beschwerdeführer keine formelle Ausbildung zum Kaufmann genossen habe, doch hält es dafür, dass er dank seiner beruflichen Erfahrung im kaufmännischen Sektor ein monatliches Einkommen von Fr. 2'000.-- zu erzielen imstande sei. Nach seinen eigenen Angaben hat der Beschwerdeführer zur Zeit der Scheidung zwei Firmen geleitet und ein Monatseinkommen von Fr. 9'000.-- erzielt.
Im Hinblick darauf ist es nicht unhaltbar, wenn das Obergericht angenommen hat, der Beschwerdeführer verfüge als früherer Firmeninhaber über eine kaufmännische Berufserfahrung, die ihn dazu befähige, im weitgespannten Bereiche der kaufmännischen Aktivitäten auch bei einem reduzierten Arbeitspensum ein Monatseinkommen in der Grössenordnung von Fr. 2'000.-- zu erzielen.
d) Willkür erblickt der Beschwerdeführer weiter darin, dass das Obergericht angenommen habe, der Beschwerdegegnerin könne die Bekleidung einer Vollzeitstelle wegen der Betreuung ihrer Tochter und wegen der fehlenden Ausbildung zur Sekundarlehrerin nicht zugemutet werden. Für eine solche Annahme würden die Akten keinerlei Anhaltspunkte bieten.
Denn die Beschwerdegegnerin habe keine Appellationsantwort eingereicht und damit weder bestritten, dass ihr von der Gemeinde X._ eine Vollzeitstelle angeboten worden sei, noch dass sie generell ein Vollpensum als Englischlehrerin versehen könne. Ebenso wenig habe sie in Abrede gestellt, dass sie intakte Chancen habe, längerfristig an einer öffentlichen Schule zu unterrichten. Wenn ihr das Obergericht gleichwohl ein hypothetisches Monatseinkommen von nur gerade Fr. 2'000.-- angerechnet habe, so habe es sie in unhaltbarer Weise bevorzugt.
Bereits wurde ausgeführt, dass das Gericht bei der Festlegung der Kinderunterhaltsbeiträge im Abänderungsprozess angesichts der Offizial- und Untersuchungsmaxime von sich aus die Leistungsfähigkeit des unterhaltspflichtigen Elternteils abzuklären hat. Sollte der Beschwerdeführer eine Verletzung der Offizialmaxime rügen, so könnte darauf nicht eingetreten werden (Art. 43 Abs. 2 OG; E. 3a hievor). Vorliegend geht es auch darum, ob und gegebenenfalls in welcher Höhe die Beschwerdegegnerin an den Unterhalt des beim Beschwerdeführer lebenden Sohnes P._ beizutragen habe.
Deshalb musste das Obergericht in Beachtung der erwähnten Prozessgrundsätze Ermittlungen über die wirtschaftliche Leistungskraft der Beschwerdegegnerin anstellen. Es verfiel deshalb nicht in Willkür, wenn es nicht einfach auf die in den Akten enthaltenen Behauptungen des Beschwerdeführers über die wirtschaftliche Kapazität seiner geschiedenen Ehefrau abgestellt, sondern selber geprüft hat, wie es um die Leistungsfähigkeit der Beschwerdegegnerin bestellt ist.
Im gleichen Zusammenhang beanstandet der Beschwerdeführer die Feststellung des Obergerichts als unhaltbar, dass er und seine geschiedene Ehefrau hinsichtlich Erwerbsfähigkeit und familiärer Verpflichtungen sich in einer vergleichbaren Situation befänden. Indessen begründet er diese Rüge nicht in einer den Anforderungen von Art. 90 Abs. 1 lit. b OG genügenden Weise, sodass darauf nicht einzutreten ist. Immerhin kann bemerkt werden, dass der Beschwerdeführer und seine geschiedene Ehefrau wegen der Haushaltführung und Kinderbetreuung in ihrer Erwerbsfähigkeit eingeschränkt sind und beide sich insoweit in einer vergleichbaren Situation befinden.
e) Nach Ansicht des Beschwerdeführers hat das Obergericht in unhaltbarer Weise angenommen, die Beschwerdegegnerin könne monatlich nur gerade Fr. 2'000.-- verdienen.
Nachdem sie die entsprechende Ausbildung schon im September 1997 abgeschlossen habe, sei zudem unerfindlich, weshalb ihr das Obergericht erst ab dem Schuljahr 1999/2000 ein hypothetisches Einkommen angerechnet habe.
Nach der Rechtsprechung ist eine Vollzeiterwerbstätigkeit erst zumutbar, wenn das jüngste Kind das 16. Altersjahr vollendet hat. Dagegen kann dem betreuenden Elternteil eine Teilzeittätigkeit schon zugemutet werden, wenn das Kind zwischen 10 und 16 Jahre alt ist (<ref-ruling> E. 3c S. 10; <ref-ruling> E. 5b 289 f.). In Beachtung dieser Grundsätze hat das Obergericht angenommen, die Beschwerdegegnerin könne wegen des Betreuungsbedarfs ihrer 13-jährigen Tochter keine Vollzeitstelle versehen, wogegen ihr ein Teilzeiterwerb durchaus zuzumuten sei. Dies ist sachlich vertretbar, bildet doch die nacheheliche Kinderbetreuung den häufigsten Grund für eine eingeschränkte Erwerbsfähigkeit. Insoweit der Beschwerdeführer dagegen einwendet, die Beschwerdegegnerin habe nicht geltend gemacht, sie sei nicht in der Lage, ein Vollpensum als Englischlehrerin (ca. 22 - 26 Wochenstunden) zu unterrichten, kann er nicht gehört werden, denn mit seinem Einwand stellt er unzulässiger Weise das für die Beschwerdegegnerin Zumutbare infrage (E. 3b hievor).
Das Obergericht hat zudem in Betracht gezogen, dass die Beschwerdegegnerin wohl Englischunterricht erteilen könne, dass sie aber über keine eigentliche Ausbildung als Sekundarlehrerin verfüge, was ihre beruflichen Möglichkeiten einschränke. Wenn das Obergericht aus diesen Gründen zur Auffassung gelangte, die Beschwerdegegnerin könne Fr. 2'000.-- pro Monat verdienen, so ist dies nicht schlechterdings unhaltbar.
Dasselbe gilt in Bezug auf die Erwägung, der Beschwerdegegnerin müsse wegen ihres Einstieges ins Erwerbsleben eine angemessene Übergangszeit gewährt werden und deshalb könne ihr erst ab dem Schuljahr 1999/2000 ein hypothetisches Einkommen in der Höhe von Fr. 2'000.-- angerechnet werden.
5.- Weiter beanstandet der Beschwerdeführer, das Obergericht habe durch die unterschiedliche Unterhaltsregelung für die Kinder S._ einerseits und P._ anderseits die Rechtsgleichheit verletzt. Während er - der Beschwerdeführer - für die Tochter S._ monatliche Unterhaltsbeiträge von Fr. 600.-- bezahlen müsse, sei die Beschwerdegegnerin lediglich zu Beiträgen von Fr. 250.-- für P._ verpflichtet worden.
Indessen erhebt der Beschwerdeführer dieselbe Rüge auch in der Berufung. Aus der Subsidiarität der staatsrechtlichen Beschwerde folgt, dass der Vorwurf der Verletzung verfassungsmässiger Rechte nur dann im Verfahren der staatsrechtlichen Beschwerde zu prüfen ist, wenn dieselben Rügen nicht gleichzeitig als Verletzung von Bundesrecht vorgebracht werden können (Art. 84 Abs. 2 OG; <ref-ruling> E. 4a, 118 Ia 118 E. 1a; Kälin, Das Verfahren der staatsrechtlichen Beschwerde, 2. A., S. 282; Spühler, Die Praxis der staatsrechtlichen Beschwerde, S. 25 Rn 3 und 4). Vorliegend zeigt ein Vergleich der beiden Rechtsschriften, dass die in der staatsrechtlichen Beschwerde erhobenen Beanstandungen sich mit der in der Berufung vorgebrachten Kritik decken; in der Berufung wird eine fehlerhafte Anwendung von <ref-law> gerügt. Unter dem Gesichtswinkel von Art. 84 Abs. 2 OG ist daher insoweit auf die staatsrechtliche Beschwerde nicht einzutreten. Dass die Unterhaltsregelung mit dem Gebot der Rechtsgleichheit (Art. 4 Abs. 2 aBV) nicht vereinbar sei, wird bloss behauptet, jedoch nicht ansatzweise nach Art. 90 Abs. 1 lit. b OG begründet.
6.- Nach Ansicht des Beschwerdeführers ist das Obergericht auch dadurch in Willkür verfallen, dass es bei der Berechnung seines (des Beschwerdeführers) Einkommens nur gerade die Einkünfte seiner zweiten Ehefrau aus der vermieteten Liegenschaft "Y._" mit einbezogen hat, ohne gleichzeitig die für den Unterhalt und die Erneuerung dieser Liegenschaft notwendigen Ausgaben zu berücksichtigen.
Auf den Vorwurf kann nicht eingetreten werden, denn ob solche Aufwendungen - im Rahmen der Festlegung des Notbedarfs - zu veranschlagen sind, ist im Berufungsverfahren zu prüfen (Art. 84 Abs. 2 OG; allgemein zu den zu berücksichtigenden Ausgaben: <ref-ruling> E. 1a). Und das Gleiche gilt auch für die Frage, inwieweit Ausgaben der Ehefrau des unterhaltsverpflichteten Beschwerdeführers beachtet werden müssen.
7.- Willkür erblickt der Beschwerdeführer schliesslich darin, dass das Obergericht bei einem angerechneten Monatseinkommen von Fr. 9'468.- ihm nur gerade einen Steuerrückbehalt von Fr. 500.-- zugestanden habe. Bei einem Jahreseinkommen von Fr. 113'616.-- müsse mit Steuern von mehr als Fr. 20'000.-- gerechnet werden, was einem monatlichen Steuerrückbehalt von Fr. 1'650.-- und nicht nur von Fr. 500.-- entspreche.
Das Vorbringen, die Steuerbelastung betrage jährlich mehr als Fr. 20'000.-- ist neu und insoweit unzulässig (vgl. dazu <ref-ruling> E. 5a S. 26). Im Verfahren vor Obergericht hat der Beschwerdeführer sich nämlich nur auf die Veranlagungsverfügung des Steueramtes Z._ für 1997 berufen, welche Kantons- und Gemeindesteuern von Fr. 4'640.-- ausweise, was einer monatlichen Belastung von Fr. 386.-- entspreche; zusammen mit der Bundessteuer übersteige daher die monatliche Belastung den Betrag von Fr. 400.--, welcher bei den notwendigen Auslagen berücksichtigt werden müsse. Der Beschwerdeführer hat zur Kenntnis zu nehmen, dass er mit der staatsrechtlichen Beschwerde nicht nachholen kann, was er im kantonalen Verfahren versäumt hat. Insoweit ist auf seine Rüge nicht einzutreten.
8.- Zusammenfassend erweist sich die Beschwerde als unbegründet, soweit darauf überhaupt eingetreten werden kann.
Bei diesem Verfahrensausgang wird der Beschwerdeführer grundsätzlich kostenpflichtig. Er hat um Bewilligung der unentgeltlichen Rechtspflege ersucht. Da es teilweise schon an den Eintretensvoraussetzungen fehlt und im Übrigen das angefochtene Urteil überzeugend begründet ist, war die Beschwerde von Anfang an aussichtslos, weshalb das Gesuch nicht gutgeheissen werden kann (Art. 152 Abs. 1 OG). Da die Beschwerdegegnerin keine Vernehmlassung eingereicht hat, entfällt eine Parteientschädigung.

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1.- Die staatsrechtliche Beschwerde wird abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2.- Das Gesuch des Beschwerdeführers um Gewährung der unentgeltlichen Rechtspflege wird abgewiesen.
3.- Die Gerichtsgebühr von Fr. 2'000.-- wird dem Beschwerdeführer auferlegt.
4.- Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Luzern (II. Kammer) schriftlich mitgeteilt.
_
Lausanne, 24. April 2001
Im Namen der II. Zivilabteilung
des SCHWEIZERISCHEN BUNDESGERICHTS
Der Präsident:
Der Gerichtsschreiber: