Động Cơ Điện Không Đồng Bộ Khái Niệm, Cấu Tạo, Nguyên Lý Hoạt Động, Ứng Dụng

Hiện nay, động cơ điện không đồng bộ đang được ứng dụng khá rộng rãi vào trong sản xuất cũng như thiết bị gia đình. Vậy, động cơ điện không đồng bộ có cấu tạo, ứng dụng và nguyên lý hoạt động của chúng như thế nào? Mời các bạn cùng tham khảo bài viết dưới đây, từ đó có thể tìm ra được câu trả lời chính xác nhất cho mình.

1. Khái niệm động cơ điện không đồng bộ

Động cơ điện không đồng bộ là động cơ điện vận hành với tốc độ quay của roto chậm hơn so với tốc độ quay bình thường của từ trường Stator. Ta thường gặp nhiều nhất động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc vì thực tế đặc tính hoạt động của nó được xem là tốt hơn động cơ dạng dây quấn.

Stator được quấn với các cuộn dây lệch nhau về không gian (thông thường là 3 cuộn dây sẽ lệch nhau 1 góc là 120°). Khi cấp điện áp 3 pha vào bên trong dây quấn, trong lòng Stator lúc này sẽ xuất hiện từ trường Fs được quay tròn với tốc độ n=60*f/ p, với p là số lượng cặp cực của dây quấn stato, còn f gọi là tần số.

Stator được quấn với các cuộn dây lệch nhau về không gian

Từ trường này sẽ chạy theo hướng móc vòng qua Rotor và gây ra điện áp cảm ứng ở trên các thanh dẫn lồng sóc của rotor. Điện áp này gây ra dòng điện ngắn mạch chạy trong các thanh dẫn. Trong miền từ trường do stato tạo ra, thanh dẫn này sẽ mang dòng I phải chịu tác động của lực có tên là Biot-Savart-Laplace kéo đi. 

Có thể nói cách khác, dòng điện I khi đó đã gây ra một lực từ trường ký hiệu Fr (từ trường cảm ứng của Rotor), đồng thời có sự tương tác giữa Fr và Fs sẽ gây ra mô men kéo rotor chuyển động theo chiều từ trường quay Fs của Stator.

2. Cấu tạo động cơ điện không đồng bộ

Máy điện không đồng bộ (viết tắt là KĐB) bao gồm 2 bộ phận chủ yếu chính là stator và rotor.  Ngoài ra nó còn có phần vỏ máy, nắp máy và phần trục máy. Trục máy được làm bằng thép, trên đó có gắn rotor, 1 ổ bi và phía cuối của trục có gắn 1 chiếc quạt gió để làm mát máy dọc theo thân trục. Cụ thể:

a) Stator (còn gọi là phần tĩnh)

Stator gồm có 2 bộ phận chính là lõi thép và phần dây quấn, ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy. Lõi thép stato có dạng hình trụ, từ các lá thép kỹ thuật điện người ta dập rãnh ở bên trong và ghép chúng lại để tạo thành các rãnh chạy dọc theo hướng trục. Lõi thép được ép luôn vào bên trong của vỏ máy.

Dây quấn stator thường được làm bằng 1 sợi dây đồng có bọc 1 lớp cách điện và đặt vào trong các rãnh của lõi thép. Dòng điện xoay chiều 3 pha chạy qua trong dây quấn 3 pha stato sẽ tạo nên 1 từ trường quay. Vỏ máy bao gồm có phần thân và nắp, thường được làm bằng gang.

Stator gồm có 2 bộ phận chính là lõi thép và phần dây quấn

b) Rotor (còn gọi là phần quay)

Rotor là phần quay, bao gồm có lõi thép, dây quấn và phần trục máy. Lõi thép rotor bao gồm có các lá thép kỹ thuật điện được lấy từ bộ phận bên trong của lõi thép stato ghép lại, mặt bên ngoài được dập thành rãnh để đặt dây quấn, ở giữa có dập lỗ để có thể lắp trục. 

Trục của máy điện xoay chiều không đồng bộ được làm bằng thép, trên đó có gắn lõi thép roto. Dây quấn rotor của động cơ điện không đồng bộ có 2 kiểu: kiểu roto ngắn mạch (còn gọi là roto lồng sóc) và kiểu roto dây quấn.

3. Nguyên lý làm việc động cơ điện không đồng bộ

Nối dây quấn stato vào lưới điện, sau đó sử dụng động cơ sơ cấp để kéo roto chuyển động quay với tốc độ n. Lưu ý, số vòng n > n1 và phải cùng chiều với n1. Lúc này, chiều của từ trường chạy qua các thanh dẫn roto sẽ được quay ngược lại. Suất điện động và dòng điện roto lúc này sẽ chạy ngược chiều với chế độ quay của động cơ.

Chiều của lực điện từ được đặt lên roto và sẽ ngược với chiều quay của roto. Lúc này, mô men hãm được động cơ tạo ra sẽ cân bằng với mô men quay của động cơ sơ cấp. Máy điện không đồng bộ sẽ làm việc ổn định tương tự ở chế độ máy phát. 

Nhờ từ trường quay của nguồn lưới điện mà lúc này cơ năng động cơ sơ cấp ở roto cũng sẽ được biến đổi, trở thành điện năng ở stato. Sơ đồ mạch điện lúc này như sau:

Nguyên lý làm việc động cơ điện không đồng bộ

Để tạo ra từ trường quay, bộ phận lưới điện sẽ phải cung cấp cho máy điện 1 mức công suất phản kháng ký hiệu là Q. Do đó, hệ số công suất cos của lưới điện cũng sẽ bị thấp đi. Khi máy điện không đồng bộ 3 pha làm việc riêng lẻ, tức là không có dòng điện chạy vào dây quấn stato thì người ta phải tiến hành kích từ cho máy. 

Đây cũng chính là nhược điểm lớn nhất của chiếc máy phát điện không đồng bộ. Và cũng vì lý do này mà nó ít được sử dụng để làm máy phát điện trong hệ thống cung cấp điện.

4. Phân loại động cơ điện không đồng bộ

a) Phân loại dựa vào kết cấu vỏ máy

Gồm có các loại động cơ điện không đồng bộ dưới đây:

Động cơ điện kiểu kín

Động cơ điện kiểu bảo vệ

Động cơ điện kiểu hở

b) Phân loại động cơ điện dựa vào số lượng pha

• Động cơ điện 1 pha
• Động cơ điện 2 pha
• Động cơ điện 3 pha

c) Phân loại động cơ điện dựa vào kiểu dây quấn rôto

• Máy điện không đồng bộ loại có rôto lồng sóc.
• Máy điện không đồng bộ loại có rôto dây quấn.

5. Đặc tính cơ của máy điện không đồng bộ

Máy điện không đồng bộ chính là loại máy điện có phần quay, chúng chạy bằng dòng điện xoay chiều, theo nguyên lý cảm ứng điện từ, đảm bảo cho tốc độ quay của roto sẽ khác so với tốc độ quay của từ trường.  

Máy điện không đồng bộ còn có tính thuận nghịch, có thể làm việc ở chế độ động cơ điện hoặc máy phát điện đều được. Máy phát điện không đồng bộ có đặc tính dễ thấy đó làm việc không hiệu quả nên ít được tin dùng.

Động cơ điện không đồng bộ có cấu tạo và cách vận hành rất đơn giản, giá thành lại rẻ, làm việc hiệu quả nên được sử dụng nhiều trong sản xuất công nghiệp và đời sống. Động cơ điện không đồng bộ thường bao gồm các loại: động cơ 3 pha, động cơ 2 pha và động cơ 1 pha.

Động cơ điện không đồng bộ có cấu tạo và cách vận hành rất đơn giản

Đặc tính cơ của các loại động cơ không đồng bộ khi khởi động: 

• Nếu khởi động các động cơ không đồng bộ bằng phương pháp đóng trực tiếp thì dòng khởi động ban đầu của chúng là rất lớn. Như vậy, tương tự như khi khởi động ĐMđl, người ta cũng tiến hành đưa điện trở phụ vào bên trong mạch rôto động cơ ĐK có rôto dây quấn để góp phần hạn chế dòng khởi động Ġ. Và sau đó thì sẽ tiến hành loại dần chúng ra để đưa tốc độ của động cơ lên xác lập.
• Cách xây dựng các đặc tính cơ khi tiến hành khởi động ĐK:
• Từ các thông số định mức (Pđm; Uđm; Iđm; nđm; ?đm;…) và các thông số tải (Ic; Mc; Pc;…) và số cấp khởi động m, ta vẽ được sơ đồ đặc tính cơ tự nhiên.
• Vì đặc tính cơ của động cơ điện không đồng bộ là phi tuyến, cho nên để đơn giản hóa, ta thường dùng phương pháp gần đúng: theo toán học đã chứng minh thì các đường đặc tính khởi động của động cơ ĐK tuyến tính hóa sẽ hội tụ tại một điểm T nằm trên đường ?o = const phía bên phải trục tung của tọa độ (?, M).
• Chọn các giá trị: Mmax = M1 = (IJ2,5) Mđm; hoặc Mmax = 0,85Mth
• và Mmin = M2 = (1,ı1,3)Mc trong suốt quá trình khởi động.
• Sau khi đã tuyến hóa đặc tính khởi động của động cơ ĐK, chúng ta tiến hành xây dựng đặc tính khởi động tiếp theo tương tự động cơ ĐMđl, cuối cùng ta sẽ nhận được các đặc tính khởi động gần đúng ký hiệu edcbaXL.

Nếu điểm cuối cùng đã có đặc tính TN mà lại không trùng với giao điểm của đặc tính cơ TN mà khi đó M1 = const thì ta buộc phải chọn lại giá trị M1 hoặc M2 rồi làm lại từ đầu.

6. Ứng dụng của động cơ điện không đồng bộ

Ngày nay, động cơ điện không đồng bộ được dùng trong hầu hết mọi lĩnh vực, từ các động cơ nhỏ thường dùng trong lò vi sóng để làm chuyển động đĩa quay, hay trong các loại máy đọc đĩa, cho đến các đồ nghề khác như máy khoan, hay các máy gia dụng, chẳng hạn  như máy giặt. Động cơ điện không đồng bộ còn đóng vai trò quan trọng trong sự hoạt động của thang máy, thậm chí đến các hệ thống thông gió cũng hoạt động dựa vào động cơ điện. 

Ở nhiều nước trên thế giới, động cơ điện được dùng trong các phương tiện giao thông vận tải, đặc biệt là trong các đầu máy xe lửa, chủ yếu bao gồm stator và rotor của động cơ điện 3 pha.

Trong công nghệ máy tính: Động cơ điện được ứng dụng trong hầu hết các ổ cứng, ổ quang (đây chính là các động cơ bước có kích thước rất nhỏ).

Bên cạnh đó, động cơ điện còn được sử dụng trong máy phát điện không đồng bộ 3 pha. Nhưng loại máy này thường ít được sử dụng ở trong đời sống hằng ngày. Nguyên nhân chủ yếu là do đặc tính làm việc của động cơ không tốt. Mặc dù vậy, hiện nay, loại máy phát điện được ứng dụng rộng rãi nhất và đem lại hiệu suất làm việc cao nhất chính là máy phát điện xoay chiều.

Máy phát điện không đồng bộ 3 pha một ứng dụng tiêu biểu nhất

Kết luận

Bài viết trên đây đã cung cấp cho các bạn những thông tin hữu ích về khái niệm, cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như những đặc tính và ứng dụng của động cơ điện không đồng bộ. Hy vọng qua đây, các bạn sẽ hiểu rõ hơn về loại động cơ này, từ đó có thể nắm được cách vận hành một động cơ điện không đồng bộ hiệu quả nhất.

Nội Dung Có Thể Bạn Quan Tâm: