| Skip to content
Show
Ngày nay, động cơ điện không đồng bộ được ứng dụng rộng rãi, tuy nhiên không phải ai cũng biết được nguyên lý hoạt động và cấu tạo của động cơ điện không đồng bộ. Động cơ điện không đồng bộ (KDB) thường được sử dụng rất nhiều trong cuộc sống, ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: máy bơm nước, máy nén khí, tời kéo, dụng cụ cầm tay…Trong bài viết này Thegioidienco sẽ cùng các bạn tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ điện không đồng bộ. Cơ cấu động cơ điện không đồng bộ phụ thuộc vào kiểu loại vỏ bọc kín hoặc hở, là do hệ thống làm mát bằng cánh quạt thông gió đặt ở bên trong hay bên ngoài động cơ điện. 1.1. Phần tỉnh Phần tĩnh hay còn gọi là stato gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn a. Lõi thép Là bộ phận dẩn từ của máy có dạng hình trụ rổng, lõi thép được làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,35 đén 0,5 mm, được dập theo hình vành khăn, phía trong có xẻ rảnh để đặt dây quấn và được sơn phủ trước khi ghép lại. b. Dây quấn Dây quấn stato làm bằng dây đồng hoặc dây nhôm đặt trong các rảnh của lõi thép. 1.2. Phần quay Hay còn gọi là rôto, gồm có lõi thép, dây quấn và trục máy. a. Lõi thép Có dạng hình trụ đặc làm bằng các lá thép kỹ thuật điện, dặp thành hình dĩa và ép chặt lại, trên mặt có các đường rãnh để đặt các thanh dẩn hoặc dây quấn. Lõi thép được ghép chặt với trục quay và đặt trên hai ổ đở của stato. b. Dây quấn Trên rôto có hai loại: rôto lồng sốc và rôto dây quấn.
– Loại rôto dây quấn có dây quấn giống như stato, loại này có ưu điểm là môment quay lớn nhưng kết cấu phức tạp, giá thành tương đối cao.
– Loại rôto lồng sóc: kết cấu của loại này rất khác với dây quấn của stato. Nó được chế tạo bằng cách đúc nhôm vào các rãnh của rôto, tạo thành các thanh nhôm và được nối ngắn mạch ở hai đầu và có đúc thêm các cánh quạt để làm mát bên trong khi rôto quay.
Phần dây quấn được tạo từ các thanh nhôm và hai vòng ngắn mạch có hình dạng như một cái lồng nên gọi là rôto lồng sóc. Các đường rãnh trên rôto thông thường được dập xiên với trục, nhằm cải thiện đặt tính mở máy và giảm bớt hiện tượng rung chuyển do lực điện từ tác dụng lên rôto không liên tục. 2. Nguyên lý hoạt độngMuốn cho động cơ làm việc, stato của động cơ cần được cấp dòng điện xoay chiều. Dòng điện qua dây quấn stato sẽ tạo ra từ trường quay với tốc độ:n=60. f/p (vòng/phút) trong đó: f- là tần số của nguồn điện p- là số đôi cực của dây quấn stato Trong quá trình quay từ trường này sẽ quét qua các thanh dẩn của rôto, làm xuất hiện sức điện động cảm ứng. Vì dây quấn rôto là kín mạch nên sức điện động này tạo ra dòng điện trong các thanh dẩn của rôto. Các thanh dẩn có dòng điện lại nằm trong từ trường, nên sẽ tương tác với nhau, tạo ra lực điện từ đặc vào các thanh dẩn. Tổng hợp các lực này sẽ tạo ra môment quay đối với trục rôto, làm cho rôto quay theo chiều của từ trường. Khi ĐC làm việc, tốc độ của rôto (n) luôn nhỏ hơn tốc độ của từ trường (n1) ( tứclà n Kết quả là rôto quay chậm lại nên luôn nhỏ hơn n1, vì thế động cơ được gọi là động cơ không đồng bộ. Độ sai lệch giữa tốc độ rôto và tốc độ từ trường được goi là hệ số trược, ký hiệu là: S và được tính bằng: Thông thường hệ số trược vào khoảng 2% đến 10% Sự khác biệt giữa động cơ điện đồng bộ và động cơ điện không đồng bộ1. Động cơ điện đồng bộ Động cơ đồng bộ là cấu trúc động cơ đặc biệt mà rotor quay cùng tốc độ với tốc độ từ trường Stator. Có 2 loại động cơ đồng bộ:
Đây là động cơ có từ trở thay đổi gồm rotor thép có các răng, kiểu cực lồi. Để chuyển rotor sang vị trí kế tiếp, mạch điều khiển phải tuần tự chuyển công suất sáng các cuộn dây một cách tuyến tính tương tự như động cơ bước.
Thiết kế này sử dụng một rotor có chứa các nam châm vĩnh cửu và các nam châm này có thể được lắp trên bề mặt hoặc ráp ở phía trong. 2. Động cơ điện không đồng bộNhững 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. Xem thêm: Máy phát điện gia đình: cách sử dụng và các loại máy tốt nên mua Trên đây chúng ta đã tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt dộng của động cơ điện không đồng bộ. Đồng thời cũng so sánh sự khác nhau giữa động cơ điện không đồng bộ với động cơ điện đồng bộ. Hy vọng qua bài viết này, các bạn có thể hiểu rỏ được động cơ của mình hoạt động như thế nào.
Mời bạn nhập đầy đủ thông tin vào form ứng tuyển sau:
Máy điện không đồng bộ là máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ của rô to n khác với tốc độ từ trường quay trong máy n1. Máy điện không đồng bộ có thể làm việc ở hai chế độ: Động cơ và máy phát. Máy điện không đồng bộ ít dùng vì có đặc tính làm việc không tốt, nên trong chương này ta chỉ xét động cơ không đồng bộ. Động cơ không đồng bộ được sử dụng nhiều trong sản xuất và trong sinh hoạt vì chế tạod dơn giản, giá thành rẻ, độ tin cậy cao, vận hành đơn giản, hiệu suất cao và gần như không bảo trì. Dãy công suất của nó rất rộng từ vài watt đến hàng ngàn kilowatt. Hầu hết là động cơ bap ha, có một só động cơ công suất nhỏ là một pha. Xem thêm:
Các số liệu định mức của động cơ không đồng bộ ba pha là:
Nếu gọi P1dm là công suất tác dụng động cơ không đồng bộ bap ha nhận từ lưới điện khi làm việc với tải định mức, ta có: P1dm = Pdm / ᶯdm = √3 UdmIdm Cosφdm Cấu tạo của động cơ không đồng bộCấu tạo của máy điện không đồng bộ được trình bày trên hình 7.1, gồm hai bộ phận chủ yếu là stator và rotor, ngoài ra còn có vỏ máy, nắp máy và trục máy. Trục làm bằng thép, trên đó gắn roto, ổ bi và phía cuối trục có gắn một quạt gió để làm mát máy dọc trục. Stato (sơ cấp hay phần ứng)Stato gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn, ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy (hình 7.1). Còn hình 7.3c là ký hiệu động cơ trên sơ đồ điều khiển. 1 – Lõi thép stato; 2 – Dây quấn stato; 3 – Nắp máy; 4 – Ổ bi; 5 – Trục máy; 6 – Hộp dầu cực; 7 – Lõi thép stato; 8 – Thân máy; 9 – Quạt gió làm mát; 10 – Hộp quạt Lõi thép statoLõi thép stator có dạng hình trụ (hình 7.2b), làm bằng các lá thép ký thuật điện, được dập rãnh bên trong (hình 7.2a) rồi ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo hướng trục. Lõi thép được ép vào trong vỏ máy. Dây quấn statoDây quấn stato thường được làm bằng dây đồng có bọc cách điện và đặt trong các rãnh của lõi thép (hình 7.2a). Trên hình 7.2c vẽ sơ đồ khai triển dây quấn bap ha đặt trong 12 rãnh của một máy điện, dây quấn pha A đặt trong các rãnh 1, 4, 7, 10; pha B đặt trong các rãnh 3, 6, 9, 12; pha C đặt trong các rãnh 5, 8, 11, 2. Dòng điện xoay chiều bap ha chạy trong dây quấn ba pha stator sẽ tạo nên từ trường quay. Xem thêm: Sơ đồ quấn dây stato động cơ 3 pha Vỏ máyVỏ máy gồm có thân và nắp, thường làm bằng gang Rotor (thứ cấp hay phần quay)Rotor là phần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy. Lõi thépLõi thép rotor gồm các lá thép kỹ thuật điện được lấy từ phần bên trong của lõi thép stator ghép lại, mặt ngoài dập rãnh (hình 7.2a) để đặt dây quấn, ở giữa có dập lỗ để lắp trục. Dây quấnDây quấn rotor của máy điện không đồng bộ có hai kiểu là rotor ngắn mạch còn gọi là rô to lồng sóc và rotor dây quấn.
Xem thêm: máy bơm nước loại nào tốt Dòng điện xoay chiều 3 pha chạy trong dây quấn bap ha stato sẽ tạo nên từ trường quay.
Từ trường của máy điện không đồng bộTừ trường đập mạch của dây quấn một phaTừ trường của dây quấn một pha là từ trường có phương không đổi, song trị số và chiều biến đổi theo thời gian, được gọi là từ trường đập mạch. Xét dây quấy một pha AX đặt trong 4 rãnh của stato (hình 7.5a,b). Cho dòng điện hình sin iA = Imsinὼt chạy qua dây quấn. Giả thiết chiều dòng diện trong các dây dẫn được vẽ trên hình 7.5a,b. Căn cứ vào chiều dòng điện, vẽ chiều từ trường theo quy tắc vặn nút chai. Dây quấn hình 7.5a tạo thành từ trường một đôi cực. Từ trường đấu dây quấn như trên hình 7.6, ta sẽ được một từ trường đập mạch 4 cực. Chú ý rằng trên hình 7.5 dây quấn được chia làm hai nhóm nối song song, còn trên hình 7.6 dây quấn được mắc nối tiếp. Từ trường quay của dây quấn ba phaSự hình thành từ trường quayXét máy điện bap ha đơn giản, trên stato có 6 rãnh (hình 7.7). Trong đó người ta đặt dây quấn bap ha đối xứng AX, BY, CZ. Trục của các dây quấn bap ha lệch nhau trong không gian một góc 1200 điện. Giả thiết rằng trong ba dây quấn có hệ thống dòng điện ba pha đối xứng thứ tự thuận chạy qua:
Lúc đó từ cảm BA, BB, BC do các dòng điện iA, iB, iC tạo ra riêng rẽ là các từ cảm đập mạch có phương lần lượt trùng với trục các pha A, B, C còn chiều cho bởi quy tắc vặn nút chai và độ lớn tỉ lệ lần lượt với iA, iB, iC. Từ cảm do cả ba dòng điện tạo ra là tổng vectơ: B = BA + BB + BC (7.2) Ta xét B tại các thời điểm khác nhau:
Ở thời điểm này, dòng điện pha A cực đại và dương (iA = Im) nên BA cũng cực đại và hướng theo chiều dương của trục pha A (BA = Bm). Đồng thời các dòng điện pha B và C âm (iB = iC = -Im/2) nên BB hướng theo chiều âm của trục pha B và C, và có độ dài Bm/2. Từ cảm tổng B hướng theo chiều dương của trục pha A và có độ dài (3/2)Bm.
Lúc này là thời điểm sau thời điểm đã xét ở trên một phần ba chu kỳ. Ở thời điểm này, dòng điện pha B cực đại và dương, các dòng điện pha A và C âm. Lý luận tương tự, ta thấy từ trường tổng B hướng theo chiều dương của trục pha B, có độ dài (3/2)Bm và đã quay đi một góc 1200 so với thời điểm ὼt = 900.
Lúc này là thời điểm sau thời điểm đầu hai phần ba chu kỳ. Ở thời điểm này, dòng điện pha C cực đại và dương, các dòng điện pha A và B âm. Lý luận tương tự, ta thấy từ trường tổng B hướng theo chiều dương của trục pha C, có độ dài (3/2)Bm và đã quay đi một góc 2400 so với thời điểm ὼt = 900. Qua phân tích trên ta thấy, từ trường tổng của hệ thống dòng điện hình sin bap ha đối xứng chạy qua dây quấn bap ha là từ trường tròn có biên độ bằng 3/2 từ trường cực đại của một pha. Từ trường quay móc vòng với cả hai dây quấn stato và rô to là từ trường chính của máy điện, nó tham gia vào quá trình biến đổi năng lượng. Với cách cấu tạo và quấn như hình 7.7, ta có từ trường quay một đôi cực. Nếu thay đổi cách cấu tạo dây quấn, ta có từ trường quay 2, 3, … đôi cực. Đặc điểm từ trường quayTốc độ từ trường quay Tốc độ từ trường quay phụ thuộc vào tần số dòng điện stato f và số đôi cực từ p. Thật vậy, với dây quấn hình 7.5, máy có một đôi cực p = 1, khi dòng điện biến thiên một chu kỳ, từ trường quay một vòng. Do đó dòng điện biến thiên f chu kỳ trong một giây, từ trường quay f vòng/giây. Với dây quấn hình 7.6, máy có hai đôi cực p = 2, khi dòng điện biến thiên một chu kỳ, từ trường quay ½ vòng (từ cực N qua S đến N là 1/2 vòng). Do đó dòng điện biến thiên f chu kỳ trong một giây, từ trường quay f/2 vòng/giây. Một cách tổng quát, khi máy cóp đôi cực từ, dòng điện biến thiên một chu kỳ, từ trường quay 1/p vòng. Do đó dòng điện biến thiên f chu kỳ trong một giây, từ trường quay f/p vòng/giây. Vậy tốc độ từ trường quay (hay còn gọi là tốc độ đồng bộ) trong một giây là: n1 = f / p (vòng/giây) hoặc n1 = 60f / p (vòng/phút) (7.3b) Chiều từ trường quay Chiều của từ trường quay phụ thuộc vào thứ tự pha của dòng điện. Muốn đổi chiều quay của từ trường ta thay đổi thứ tự hai trong ba pha cho nhau. Giả sử đi dọc theo chu vi stato ta lần lượt gặp trục các pha A, B, C theo chiều kim đồng hồ (7.7). Nếu thứ tự pha thuận, từ trường B sẽ lần lượt quét qua các trục pha A, B, C,… theo chiều kim đồng hồ (nam châm giả SN quay theo chiều kim đồng hồ). Nếu thứ tự pha ngược, cực đại dòng các pha iA, iB, iC lần lượt xảy ra theo thứ tự A, C, B, … và từ trường B sẽ lần lượt quét qua các trục pha theo thứ tự A, C, B… nghĩa là ngược chiều kim đồng hồ. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộKhi đặt điện áp xoay chiều ba pha có tần số f1 vào dây quấn stato, trong dây quấn stato sẽ có hệ thống dòng 3 pha chạy qua, dòng điện này sẽ tạo ra từ trường quay p đôi cực, quay với tốc độ n1 = 60f1/p. Từ trường quay cắt các thanh dẫn của dây quấn roto và cảm ứng trong đó các sức điện động E2. Vì dây quấn rô to nối ngắn mạch, nên sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện I2 trong các thanh dẫn roto. Lực tác dụng tương hổ giữa từ trường quay của máy với thanh dẫn mang dòng điện rô to I2, kéo roto quay theo chiều của từ trường quay với tốc độ n. Để minh họa, ta xét từ trường quay B của stato đang quay theo chiều kim đồng hồ với tốc độ n1 (hình 7.8). Lúc đó thanh dẫn a của roto đang chuyển động trong từ cảm B với tốc độ (tương đối) v nên trong thanh dẫn a của rô to cảm ứng sức điện động e2 có chiều cho bởi: e2 = 1 x v x B (7.7) tức là e2 hướng từ trước ra sau. Vì rô to ngắn mạch nên E2 tạo ra dòng điện I2 cùng chiều E2. Dòng điện i2 đặt trong từ cảm B sẽ chịu tác dụng lực điện từ có chiều cho bởi : F2 = 1 x i2 x B (7.8) tức là cùng chiều từ trường quay stato. Tốc độ rô to của máy n luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường quay n1, vì nếu tốc độ bằng nhau thì không có sự chuyển động tương đối, trong dây quấn rô to không có sức điện động và dòng điện cảm ứng, nên lực điện từ bằng không. Độ chênh lệch giữa tốc độ từ trường quay và tốc độ rô to gọi là tốc độ trượt n2: n2 = n1 – n Hệ số trượt của tốc độ là: s = n2 / n1 = (n1 – n) / n1 = (Ω1 – Ω) / Ω1 (7.9) trong đó Ω1 = 2 πn1 và Ω = 2 πn là tốc độ góc của từ trường quay và của rô to. Khi roto đứng yên, tốc độ n = 0, hệ số trượt s = 1; khi rô to quay định mức s = 0,02 ~ 0,06. Tốc độ động cơ là: n = n1(1-s) = 60f1 / p (1-s) vg/ph (7.10) |
