So Sánh Động Cơ Điện Đồng Bộ Và Không Đồng Bộ

Động cơ xoay chiều hiện nay được chia thành 2 loại chính, đó là động cơ điện đồng bộ và động cơ điện không đồng bộ. Một động cơ điện không đồng bộ còn có tên gọi phổ biến là động cơ cảm ứng. Cả hai loại động cơ này có nhiều điểm khác nhau. Để làm rõ sự khác biệt này, chúng ta hãy cùng so sánh động cơ điện đồng bộ và không đồng bộ trong bài viết dưới đây.

1. Khái niệm động cơ điện đồng bộ và không đồng bộ

Trước khi đi vào so sánh động cơ điện đồng bộ và không đồng bộ, chúng ta hãy cùng tìm hiểu sơ lược về khái niệm của 2 loại động cơ này. Cần chú ý, những thuật ngữ có tên gọi gần giống nhau, có liên quan đến công nghệ động cơ có thể dễ gây ra sự nhầm lẫn. 

Vì đôi khi nhiều thuật ngữ chỉ có thể áp dụng ở các trường hợp rất cơ bản chứ không phải hàm chứa một điều gì đó khác biệt và đột phá. Và một trong những thuật ngữ cần lưu ý đó chính là “động cơ đồng bộ” và “động cơ không đồng bộ”.

Cái “lồng sóc” này bao gồm có nhiều thanh đồng hoặc thanh nhôm

Tất cả các động cơ hoạt động dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện từ ngày nay (induction motor – tạm gọi tắt là động cơ điện từ) đều được xem là động cơ không đồng bộ. Bản chất không đồng bộ của quá trình vận hành động cơ điện từ đến từ sự trượt giữa tốc độ quay của từ trường kết hợp với tốc độ quay chậm hơn của rotor. Còn tại sao lại có sự trượt này, cần xem lại 1 vấn đề chuyên sâu hơn ở kết cấu bên trong của động cơ.

Cái “lồng sóc” này bao gồm có nhiều thanh đồng hoặc thanh nhôm bố trí như hình ở trên. Chúng được nối với nhau bằng 2 vòng dẫn điện ở 2 đầu, làm cho các thanh ngắn mạch hoàn toàn với nhau. Còn phần lõi của rotor lại được làm bằng chất liệu thép.

Bạn có thể nhìn thấy các rãnh được chạy dọc theo bộ phận rotor. Các rãnh này thực ra cũng có lý do tồn tại của nó, đặc biệt là số lượng rãnh của rotor thường nhỏ hơn của stator. Hơn nữa, số lượng rãnh trên rotor cũng phải tránh không được là ước của stator, để tránh được tình trạng mắc kẹt từ trường (còn gọi là magnetic interlock) trong khi khởi động động cơ.

Bên cạnh động cơ roto lồng sóc, chúng ta cũng có thể thấy có rất nhiều loại động cơ sử dụng các cuộn dây. Lợi thế của kiểu cấu tạo này chính là có thể giảm tốc khởi động của động cơ nhờ vào các điện trở được đấu nối tiếp vào trong mỗi cuộn dây. 

Các cuộn dây sản sinh ra dòng điện do hoạt động theo kiểu bố trí vòng trượt. Khi động cơ đã đạt được tốc độ mong muốn, thì nó sẽ chuyển qua một vòng ngắn mạch, và khi đó, động cơ lại vận hành tương tự như một động cơ lồng sóc.

2. So sánh động cơ điện đồng bộ và không đồng bộ

a) Khác nhau về cấu tạo

Những động cơ dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện từ đều được gọi là động cơ không đồng bộ. Sự trượt giữa tốc độ quay của từ trường và tốc độ quay chậm hơn của rotor là bản chất không đồng bộ của việc vận hành động cơ điện tử.

Động cơ không đồng bộ có một thành phần quay (rotor) được mô phỏng như kiểu lồng sóc.

Cái lồng sóc này gồm nhiều thanh nhôm hoặc thanh đồng nối với nhau bằng 2 vòng dẫn điện ở 2 đầu làm các thanh gắn mạch hoàn toàn với nhau. Phần lõi của rotor được làm bằng thép.

Ngoài động cơ không đồng bộ có sử dụng lồng sắt thì còn có nhiều loại sử dụng cuộn dây nhằm giảm bớt dòng khởi động của động cơ nhờ vào các điện trở được đấu nối tiếp vào mỗi cuộn dây.

Phần Stator của động cơ là phần đứng yên trong động cơ được nối với nguồn điện xoay chiều AC để tạo ra dòng điện chạy bên trong nó.

Động cơ không đồng bộ 

Động cơ đồng bộ: Đây là cấu trúc động cơ đặc biệt mà trong đó rotor quay cùng tốc độ với từ trường của Stator. Có 2 loại động cơ đồng bộ như sau:

• Kích từ độc lập: Hoạt động theo nguyên tắc tương tự giống như động cơ từ. Đây là động cơ có được từ trở thay đổi, bao gồm rotor làm bằng thép có các răng, thuộc kiểu cực lồi. Để chuyển rotor chạy sang vị trí kế tiếp, mạch điều khiển sẽ phải tuần tự chuyển đổi công suất sang cho các cuộn dây 1 cách tuyến tính, quá trình này cũng tương tự như ở động cơ bước.
• Kích từ trực tiếp: Được dùng với nam châm vĩnh cửu. Thiết kế này sẽ sử dụng 1 rotor có chứa một số nam châm vĩnh cửu và chúng có thể được lắp đặt ở trên bề mặt hoặc ráp vào phía trong.

b) Khác nhau về động cơ

Động cơ đồng bộ: Stato có các khe dọc theo phần trục, bao gồm các khe của cuộn dây stato được làm theo một số cực cụ thể. Nói chung, 1 rotor cực mạnh thường được gắn trên đó 1 cuộn dây rôto. Cuộn dây roto sẽ cung cấp cho nguồn cung cấp DC nhờ vào sự trợ giúp của vòng trượt. Ngoài ra, bạn cũng có thể sử dụng một cánh quạt cùng với nam châm vĩnh cửu là đủ.

Động cơ không đồng bộ: Cuộn dây stato bên trong cũng tương tự như động cơ đồng bộ. Đó là dấu hiệu cho một số cực cụ thể của một rôto lồng sóc hoặc một rôto dây quấn có thể được sử dụng. Trong rôto lồng sóc, các thanh rôto cũng được ngắn mạch vĩnh viễn cùng với các vòng cuối. Trong rôto dây quấn, cuộn dây cũng bị ngắn mạch vĩnh viễn, do đó lúc này sẽ không cần vòng trượt.

Động cơ không đồng bộ có nhiều điểm đặc biệt

c) So sánh hiệu suất làm việc

Động cơ đồng bộ: Các cực của stato chuyển động quay với tốc độ đồng bộ (Ns) khi đã được cung cấp điện bởi nguồn cung cấp 3 pha. Các cánh quạt cũng được cung cấp với một nguồn điện DC. Roto cần được quay cùng với tốc độ gần với tốc độ đồng bộ của động cơ trong quá trình khởi động. 

Nếu được vận hành như vậy, các cực của roto cũng được ghép từ tính với các cực của bộ phận stato quay. Khi đó, roto bắt đầu quay để đạt được tốc độ của động cơ đồng bộ. Động cơ đồng bộ thì sẽ luôn chạy ở tốc độ bằng với tốc độ đồng bộ của nó. Tức là tốc độ thực tế sẽ = tốc độ đồng bộ hoặc số vòng dây N = Ns = 120f / P.

Động cơ không đồng bộ (động cơ cảm ứng): Khi stato được cung cấp điện bởi nguồn cung cấp AC 2 pha hoặc 3 pha, từ trường quay (ký hiệu RMF) cũng được tạo ra. Tốc độ tương đối giữa từ trường quay của stato và phần rôto sẽ gây ra dòng điện cảm ứng bên trong các dây dẫn của rôto. Dòng điện rôto lúc này sẽ làm tăng thông cho lượng rôto. 

Theo định luật Lenz, lúc này hướng của dòng điện cảm ứng chính là xu hướng chống lại nguyên nhân sản xuất ra nó, tức là tốc độ tương đối của từ trường quay RMF giữa stato và roto. Do đó, roto sẽ cố gắng để bắt kịp với RMF và giảm thiểu được tốc độ tương đối. Động cơ cảm ứng cũng sẽ luôn chạy ở tốc độ nhỏ hơn so với tốc độ đồng bộ, tức là: N <Ns.

Động cơ cảm ứng luôn chạy ở tốc độ nhỏ hơn so với tốc độ đồng bộ

d) Độ bền và khả năng tiết kiệm năng lượng

Động cơ đồng bộ luôn yêu cầu phải có một nguồn điện 1 chiều DC bổ sung để cung cấp năng lượng vào trong cuộn dây roto. Động cơ cảm ứng không đồng bộ thì không yêu cầu bất kỳ 1 nguồn năng lượng bổ sung nào cả.

Vòng trượt và bàn chải của động cơ được yêu cầu bên trong động cơ đồng bộ, nhưng không phải là ở trong động cơ cảm ứng. Ngoại trừ trường hợp động cơ cảm ứng loại dây quấn, trong đó động cơ vòng trượt sẽ được sử dụng để tăng thêm điện trở ở phía bên ngoài của cuộn dây rôto.

Động cơ đồng bộ thông thường sẽ yêu cầu cơ chế khởi động bổ sung để cho ban đầu quay roto gần bằng với tốc độ đồng bộ. Không có cơ chế khởi động được yêu cầu ở bên trong động cơ cảm ứng.

Hệ số công suất được xác định của động cơ đồng bộ còn có thể được điều chỉnh thành độ trễ, sự thống nhất hoặc dẫn đầu cũng như thay đổi phương pháp kích thích. Trong khi đó, động cơ không đồng bộ luôn chạy ở hệ số công suất trễ hơn. Động cơ đồng bộ thường hoạt động hiệu quả hơn so với động cơ cảm ứng. Nhưng về giá thành sản phẩm, động cơ đồng bộ có chi phí đắt đỏ hơn.

e) So sánh về ứng dụng trong thực tế

Động cơ đồng bộ được ứng dụng rộng rãi trong các hệ điều khiển yêu cầu phải có độ chính xác cao và đem lại khả năng tiết kiệm điện năng hết sức, đặc biệt là khi chạy không tải hoặc có tải nhẹ. Do đó, động cơ đồng bộ thường được sử dụng nhiều trong các loại động cơ có công suất lớn, chẳng hạn như: cần cẩu, máy xúc, máy kéo,…

Động cơ không đồng bộ vốn là loại động cơ đáp ứng được tối đa yêu cầu về việc điều chỉnh tốc độ. Dãy công suất của động cơ không đồng bộ khá rộng, trải dài từ vài W cho đến hàng nghìn KW. Trên thị trường hiện nay, hầu hết động cơ được sử dụng cho máy móc đều là động cơ 3 pha, chỉ có 1 sống dòng động cơ 1 pha là có công suất động cơ thuộc dạng nhỏ. 

Khi máy điện không đồng bộ 3 pha vận hành riêng lẻ, tức là khi không có dòng điện chạy vào dây quấn stato của động cơ. Lúc này người ta sẽ phải tiến hành kích từ cho máy. Đây chính cũng là nhược điểm lớn nhất chưa khắc phục được của chiếc máy phát điện chạy bằng động cơ không đồng bộ.

Kết luận

Bài viết trên đây đã cho các bạn những kiến thức cơ bản về khái niệm động cơ đồng bộ và động cơ không đồng bộ. Đồng thời, so sánh động cơ điện đồng bộ và không đồng bộ để cho các bạn có được cái nhìn toàn diện hơn về 2 loại động cơ này, từ đó sẽ có sự lựa chọn đúng đắn nhất cho những thiết bị gia dụng cũng như trong vận hành các máy móc khác.

Nội Dung Có Thể Bạn Quan Tâm: