Lý thuyết Động cơ không đồng bộ ba pha hay và chi tiết

1. Định nghĩa về động cơ không đồng bộ ba pha:

Động cơ không đồng bộ ba pha là loại động cơ điện xoay chiều ba pha, có tốc độ quay của rotor nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường stato. 

Động cơ không đồng bộ ba pha là một loại động cơ sử dụng dòng điện ba pha để tạo ra sự quay không đồng bộ. Động cơ này chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ, cung cấp moment lực. Nó được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp và gia đình.

2. Cấu tạo của động cơ không đồng bộ ba pha:

Động cơ không đồng bộ ba pha là loại động cơ điện sử dụng dòng điện xoay chiều ba pha để tạo ra từ trường quay và kích thích roto quay theo. Động cơ không đồng bộ ba pha có cấu tạo gồm hai bộ phận chính là stator và rotor. 

* Stator:

Trong động cơ không đồng bộ ba pha, Stator là bộ phận cố định, bao gồm lõi thép dẫn từ, dây quấn và vỏ máy. Lõi thép có hình trụ, được ghép bằng các lá thép kỹ thuật điện có dập rãnh bên trong để đặt dây quấn. Dây quấn được làm bằng dây đồng bọc cách điện, thường có ba cuộn dây giống nhau đặt trên vòng tròn lệch nhau góc 120°. Khi cấp dòng điện xoay chiều ba pha vào ba cuộn dây này, sẽ tạo ra từ trường quay trong stator. 

Stator là phần đứng yên, không chuyển động của một hệ thống máy quay, là phần ngược lại của rotor. Stator có trong các máy phát điện, động cơ điện, còi báo động hoặc rotor sinh học. Stator thường có cấu tạo gồm lõi từ, cuộn dây và khung. Lõi từ là phần chứa các cánh sắt hoặc nhôm để tăng hiệu suất của trường từ. Cuộn dây là phần dẫn điện, có thể là nam châm điện hoặc nam châm vĩnh cửu, để tạo ra trường từ tính hoặc tác động lên các bộ phận quay. Khung là phần bảo vệ và nâng đỡ stator. Nguyên lý hoạt động của stator là dựa vào sự chuyển đổi năng lượng giữa trường từ tính và năng lượng cơ học hoặc năng lượng điện. Khi stator được cấp điện, cuộn dây trong stator sẽ tạo ra trường từ tính. Trường từ tính này sẽ tác động lên rotor, làm cho rotor quay theo chiều của trường từ. Khi rotor quay, nó sẽ tạo ra năng lượng cơ học hoặc năng lượng điện, tùy thuộc vào loại máy quay. Ví dụ, trong một động cơ điện, stator tạo ra trường từ để làm quay rotor, và rotor tạo ra năng lượng cơ học để chuyển động các bộ phận khác. Trong một máy phát điện, stator tạo ra trường từ để làm quay rotor, và rotor tạo ra năng lượng điện để cung cấp cho các thiết bị khác. 

Stator có nhiều ứng dụng trong các thiết bị quay như động cơ điện, máy phát điện, quạt, máy bơm, máy giặt, máy bay không người lái, xe điện và nhiều thiết bị khác.

* Rotor:

Trong động cơ không đồng bộ ba pha, Rotor là bộ phận có thể quay, bao gồm khung dây dẫn và trục quay. Khung dây dẫn có thể là một cuộn dây quấn trên lõi thép hoặc nhiều khung dây dẫn ghép lại tạo thành lồng hình trụ (rotor lồng sóc). Khi roto nằm trong từ trường quay của stator, sẽ có hiện tượng cảm ứng điện từ, tạo ra dòng điện trong roto và từ trường của rotor. Hai từ trường này tương tác với nhau, tạo ra mô-men xoắn kích thích roto quay theo hướng của từ trường quay của stator. Tốc độ quay của roto luôn nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường do có hiệu ứng trượt.

Rotor là một thuật ngữ tiếng Anh có nghĩa là phần quay của máy, thường được dùng để chỉ phần chuyển động của các động cơ điện hoặc máy phát điện. Rotor hoạt động nhờ vào lực tương tác giữa các cuộn dây và các từ trường điện tích, tạo ra một mô men xoắn xoay quanh trục quay của nó. Rotor có thể được chia thành nhiều loại khác nhau tùy thuộc vào cấu tạo và nguyên lý hoạt động của chúng. Một số loại rotor phổ biến là rotor của động cơ điện 3 pha, rotor của máy phát điện xoay chiều, rotor của máy bay trực thăng, v.v. Rotor là phần ngược lại của stator, là phần cố định của máy.

3. Nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ ba pha:

Động cơ không đồng bộ ba pha hoạt động dựa trên nguyên lý tương tác giữa dòng điện xoay chiều trong stator và rotor. Dưới đây là nguyên lý hoạt động cơ bản của động cơ không đồng bộ ba pha:

– Động cơ không đồng bộ ba pha bao gồm hai phần chính là stator và rotor. Stator chứa các cuộn dây điện và tạo ra cảm ứng từ dòng điện xoay chiều. Rotor là bộ phận quay và tương tác với cảm ứng từ stator để tạo ra moment quay.

– Khi dòng điện ba pha được cấp vào stator, nó tạo ra một cảm ứng từ dòng điện này. Cảm ứng này tạo ra dòng điện xoay chiều trong stator.

– Dòng điện xoay chiều trong stator tương tác với rotor thông qua cảm ứng từ cảm ứng stator, tạo ra một lực từ trường xoay. Do tương tác này, rotor bắt đầu quay theo chiều từ trường xoay tạo ra.

– Sự tương tác giữa stator và rotor tạo ra moment quay, đưa ra công suất cơ học từ động cơ.

– Trong một số trường hợp, động cơ không đồng bộ ba pha có thể mất đồng bộ, điều này có thể xảy ra khi tải thay đổi đột ngột hoặc khi không có dòng điện trong một số pha.

4. Những ưu điểm và hạn chế của động cơ không đồng bộ ba pha:

* Ưu điểm:

Động cơ không đồng bộ ba pha có nhiều ưu điểm, bao gồm:

– Dễ dàng điều khiển và vận hành: Động cơ không đồng bộ ba pha có cấu tạo đơn giản và dễ dàng điều khiển. Nó có thể hoạt động ổn định và linh hoạt trong các ứng dụng công nghiệp và gia đình.

– Cấu tạo đơn giản và chi phí sản xuất thấp: Động cơ không đồng bộ ba pha có cấu tạo đơn giản, gồm hai phần chính là phần tĩnh (Stator) và phần quay (Rotor). Do đó, chi phí sản xuất và bảo trì của nó thường thấp hơn so với các loại động cơ khác.

– Độ bền cao và tuổi thọ dài: Động cơ không đồng bộ ba pha có khả năng chịu tải cao và tuổi thọ dài. Với việc sử dụng vật liệu chất lượng và công nghệ sản xuất tiên tiến, động cơ này có thể hoạt động liên tục trong thời gian dài mà không gặp vấn đề về độ bền.

– Hiệu suất cao và tiết kiệm năng lượng: Động cơ không đồng bộ ba pha có hiệu suất cao, giúp tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí vận hành. Nó có khả năng chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ một cách hiệu quả, giúp tăng cường hiệu suất làm việc của các hệ thống sử dụng động cơ này.

Tóm lại, động cơ không đồng bộ ba pha có nhiều ưu điểm như dễ dàng điều khiển và vận hành, cấu tạo đơn giản và chi phí sản xuất thấp, độ bền cao và tuổi thọ dài, cùng với hiệu suất cao và tiết kiệm năng lượng. Đây là lý do tại sao động cơ này được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp và gia đình.

* Hạn chế:

Động cơ không đồng bộ ba pha cũng có những hạn chế như sau:

– Hệ số công suất thấp gây tổn thất nhiều công suất phản kháng của lưới điện

– Không sử dụng được lúc non tải hoặc không tải

– Khó điều chỉnh tốc độ

– Đặc tính mở máy không tốt, dòng mở máy lớn (gấp 6-7 lần dòng định mức)

– Momen mở máy nhỏ 

– Dễ phát nóng đối với stato, nhất là khi điện áp lưới tăng và đối với rôto khi điện áp lưới giảm

– Làm giảm bớt độ tin cậy vì khe hở không khí nhỏ

– Khi điện áp sụt xuống thì momen khởi động và momen cực đại giảm rất nhiều vì momen tỉ lệ với bình phương điện áp

Để khắc phục những hạn chế này, có thể sử dụng các biện pháp như:

– Sử dụng các thiết bị giảm áp hoặc biến tần để giảm dòng mở máy và điều chỉnh tốc độ.

– Sử dụng các loại rôto khác nhau để thay đổi momen mở máy và hệ số công suất.

– Sử dụng các phương pháp khởi động khác nhau để giảm sụt điện áp trong mạng cung cấp.

Ngoài ra, cần tuân thủ các quy định về kỹ thuật và an toàn khi lắp đặt, vận hành và bảo trì động cơ để tránh hư hỏng và tai nạn.