Cấu Tạo Motor Điện, Những Bộ Phận Quan Trọng Nhất Khi Vận Hành

Motor điện (động cơ điện) gồm hai phần chính là stator đứng yên mang cuộn dây và rotor quay gắn trên trục, cùng các bộ phận phụ: bạc đạn, nắp, vỏ có cánh tản nhiệt, quạt làm mát và hộp cực đấu dây. Những bộ phận quan trọng nhất khi vận hành là cuộn dây stator (quyết định dòng điện, nhiệt độ), bạc đạn (quyết định độ êm, độ bền) và hộp cực (quyết định đấu đúng điện áp); motor 1 pha có thêm tụ và công tắc ly tâm, motor giảm tốc có thêm hộp bánh răng.

Hiểu cấu tạo motor điện giúp đọc đúng tem, đấu đúng dây, nhận ra sớm tiếng kêu bạc đạn hay mùi khét cuộn dây trước khi cháy. Bài dưới đây đi từ motor 3 pha, motor 1 pha đến motor giảm tốc, motor mini và motor phòng nổ, kèm hình cắt từng loại.

1) Các bộ phận chính của motor điện

a) Stator: lõi thép và cuộn dây

Lõi stator ghép từ lá thép kỹ thuật điện dày 0,35–0,5 mm, sơn cách điện từng lá để giảm dòng xoáy. Mặt trong xẻ rãnh, trong rãnh đặt cuộn dây đồng tráng men cách điện cấp F (155°C) hoặc H (180°C), lót giấy cách điện và nêm rãnh. Motor 3 pha có 3 bộ dây lệch nhau 120° điện; motor 1 pha có cuộn chạy và cuộn đề lệch 90° điện. Cuộn dây là phần đắt và dễ hỏng nhất: quá tải, mất pha, ẩm là cháy cuộn.

b) Rotor: lồng sóc hoặc dây quấn

Rotor lồng sóc gồm lõi thép ghép lá, các thanh dẫn nhôm (hoặc đồng) đúc liền với hai vòng ngắn mạch ở hai đầu, trông như cái lồng sóc. Không có tiếp điểm điện nên rất bền, chiếm phần lớn motor công nghiệp. Rotor dây quấn có 3 cuộn dây đưa ra vành trượt và chổi than, dùng cho máy cần momen khởi động lớn. Motor DC và motor vạn năng có rotor quấn dây kèm cổ góp.

c) Trục, bạc đạn và nắp motor

Trục thép C45 có rãnh then (cavet) và lỗ ren tâm trục để lắp puly, khớp nối. Hai bạc đạn cầu (ví dụ motor 1,5 kW 4 cực mã vỏ 90 thường dùng 6205 và 6205) đỡ trục, lắp trong hai nắp đúc. Motor lớn có vú bơm mỡ. Khe hở không khí giữa rotor và stator chỉ khoảng 0,3–1 mm, nên bạc đạn mòn là rotor dễ cạ stator.

d) Vỏ, quạt làm mát và hộp cực

Vỏ gang hoặc nhôm có cánh tản nhiệt, quạt nhựa gắn đuôi trục thổi gió dọc thân, có nắp chụp quạt. Hộp cực chứa cầu đấu 6 đầu dây (U1, V1, W1, U2, V2, W2) với motor 3 pha, có cầu nối đồng để đấu sao hoặc tam giác. Tem motor gắn trên vỏ ghi điện áp, dòng điện, công suất, tốc độ, cấp cách điện, IP.

2) Cấu tạo motor 3 pha

Motor 3 pha rotor lồng sóc là loại thông dụng nhất. Dòng 3 pha vào 3 cuộn stator tạo từ trường quay với tốc độ đồng bộ n = 60f/p: 2 cực 3.000, 4 cực 1.500, 6 cực 1.000, 8 cực 750 vòng/phút ở 50Hz. Rotor quay chậm hơn 2–5% (hệ số trượt). Điện áp ghi trên tem dạng Δ220V/Y380V (motor nhỏ, lưới 380V đấu sao) hoặc Δ380V/Y660V (motor từ khoảng 4 kW, lưới 380V đấu tam giác, khởi động sao – tam giác được). Motor 3 pha chạy biến tần để chỉnh tốc độ rất tốt; tham khảo danh mục motor điện 3 pha.

3) Cấu tạo motor 1 pha

Motor 1 pha thông dụng có công suất từ 0,37 kW tới 3,7 kW, lớn nhất tới 7,5 kW. Ngoài stator, rotor như motor 3 pha, motor 1 pha có thêm cuộn đề, tụ điện và với loại 2 tụ có thêm công tắc ly tâm ở nắp sau. Tụ đề (dung lượng lớn, 100–400 µF) giúp khởi động mạnh, công tắc ly tâm cắt tụ đề khi motor đạt 70–80% tốc độ; tụ chạy (12–50 µF) giữ trong mạch suốt quá trình chạy. Xem thêm công tắc ly tâm và danh mục động cơ điện 1 pha.

4) Cấu tạo motor giảm tốc

Motor giảm tốc là motor điện (thường 4 cực, sau đó 6 cực, 8 cực) ghép liền với hộp bánh răng để hạ tốc độ và tăng momen. Phần hộp số gồm vỏ gang, các cặp bánh răng trụ răng nghiêng hoặc bánh răng côn, trục trung gian, bạc đạn, phớt chặn dầu và dầu hoặc mỡ bôi trơn.

a) Motor giảm tốc tải nặng

Motor giảm tốc tải nặng từ 7,5 kW tới 30 kW có đường kính trục ra 30, 35, 40, 45, 50, 55 mm tới 90 mm. Hộp số 2–3 cấp bánh răng, vỏ gang dày, ngâm dầu, dùng cho băng tải nặng, máy nghiền, máy trộn bê tông.

b) Motor giảm tốc tải thường

Motor hộp số tải thường 0,2 kW – 5,5 kW, đường kính cốt 18, 22, 28, 32, 40, 50 mm. Đây là nhóm dùng nhiều nhất cho băng tải nhẹ, máy đóng gói, máy chế biến thực phẩm.

c) Motor giảm tốc Đài Loan

Bánh răng của motor giảm tốc Đài Loan được xử lý nhiệt luyện làm cứng bề mặt. Hộp số bôi trơn bằng mỡ chất lượng cao giúp giảm ma sát, chống mòn, hạn chế sinh nhiệt; khi thay mỡ nên dùng đúng loại mỡ bánh răng có cấp NLGI phù hợp, không trộn lẫn mỡ khác gốc.

d) Motor mini liền hộp số trục thẳng

Motor mini 6W–400W gắn đầu hộp số bánh răng trụ, mặt vuông 60, 70, 80, 90, 104 mm. Cấu tạo gồm motor cảm ứng 1 pha chạy tụ hoặc 3 pha, đầu số rời lắp bằng 4 bulong, trục ra có then. Nhóm này dùng rất nhiều trong máy tự động, băng chuyền mini; tham khảo động cơ giảm tốc mini.

e) Motor giảm tốc có phanh

Phanh từ (phanh điện từ) gắn ở đuôi motor, gồm cuộn hút, đĩa ma sát và lò xo. Khi mất điện, lò xo ép đĩa phanh giữ trục đứng ngay, không trôi theo quán tính; khi có điện, cuộn hút nhả phanh. Dùng cho máy tự động hóa, băng tải dốc, băng truyền lẩu, cửa cuốn. Cuộn phanh thường chạy điện DC 24V, 99V hoặc 190V qua bộ chỉnh lưu.

f) Motor mini trục ra vuông góc

Hộp số bánh răng côn hoặc trục vít đổi hướng trục ra 90°, có loại trục âm (RH) và trục dương (RA). Bánh răng lớn, vỏ dày giúp tải được vật nặng dù chỉ là motor mini, hợp chỗ lắp chật.

5) Cấu tạo motor phòng nổ

Motor phòng nổ (ký hiệu dòng YBX3) có vỏ gang dày, các mặt ghép giữa nắp và thân được gia công khe hở chống cháy rất nhỏ và dài, để tia lửa hoặc vụ nổ bên trong motor không lan ra môi trường khí dễ cháy bên ngoài. Hộp cực là phần quan trọng nhất: thành dày, đầu cáp vào qua ống luồn kín, cầu đấu chống xoay. Hình dưới là motor phòng nổ mặt bích nhiều cấp tốc độ, phần màu đỏ là hộp cực.

Motor phòng nổ dùng ở hầm mỏ, kho xăng dầu, nhà máy hóa chất, sơn, dược phẩm, nơi có khí hoặc bụi dễ cháy. Xem thêm danh mục motor phòng nổ.

6) Thông số điện quan trọng khi vận hành motor

• Dòng khởi động trực tiếp gấp 5–7 lần dòng định mức.
• Dây cấp nguồn tính cho chiều dài dưới 30 m; xa hơn cần tăng tiết diện để sụt áp dưới 5%.
• Motor 1 pha lớn nhất thông dụng 7,5 kW, dòng tới 43–46 A.

Biến tần dùng cho motor 3 pha lồng sóc thông thường (chọn theo dòng định mức motor); motor 1 pha chạy tụ hạn chế khi chạy biến tần. Cách khởi động chi tiết có trong bài các phương pháp khởi động động cơ điện.

7) So sánh các loại motor điện

• Motor DC: dễ chỉnh tốc, momen khởi động lớn, nhưng chổi than và cổ góp cần bảo dưỡng.
• Motor AC 1 pha: rẻ, dùng điện nhà, hiệu suất thấp hơn, khó chỉnh tốc.
• Motor AC 3 pha: bền, hiệu suất cao, cần nguồn 3 pha hoặc biến tần.
• Motor bước, servo: điều khiển vị trí chính xác, cần driver, giá cao.

8) Ứng dụng của các loại motor điện theo cấu tạo

• Motor 3 pha lồng sóc: bơm nước công nghiệp, quạt hút, máy nén khí, máy nghiền, máy công cụ.
• Motor 1 pha chạy tụ: máy bơm gia đình, máy xay, máy nén khí mini, máy cưa, máy bào gỗ.
• Motor giảm tốc chân đế, mặt bích: băng tải, máy trộn, máy đóng gói, máy ép viên, cửa cổng tự động.
• Motor giảm tốc mini có phanh: băng chuyền lẩu, máy chiết rót, máy dán nhãn, thiết bị tự động hóa.
• Motor phòng nổ YBX3: bơm xăng dầu, quạt hút khí mỏ than, máy khuấy hóa chất.
• Motor DC, servo, motor bước: máy CNC, robot, máy in 3D, xe điện.

9) Ưu điểm và nhược điểm theo từng kiểu cấu tạo

a) Ưu điểm

• Rotor lồng sóc không có tiếp điểm điện, ít hỏng, chạy bền hàng chục nghìn giờ.
• Cấu tạo module: bạc đạn, quạt, tụ, phanh thay riêng được, sửa nhanh.
• Motor giảm tốc liền khối gọn, đồng tâm, lắp nhanh hơn tự ghép puly, dây đai.
• Vỏ phòng nổ, vỏ IP55, IP65 giúp motor làm việc được ở môi trường bụi, ẩm, khí dễ cháy.

b) Nhược điểm

• Cuộn dây nhạy với quá tải, mất pha, ẩm; cháy cuộn phải quấn lại.
• Motor 1 pha phụ thuộc tụ và công tắc ly tâm, hai điểm yếu nhất.
• Hộp số cần dầu mỡ đúng loại, rò dầu ở phớt nếu lắp lệch tâm.

10) Câu hỏi thường gặp về cấu tạo motor điện

a) Người sắp mua motor điện cần hỏi gì, xác minh gì về cấu tạo

• Cần hỏi người bán những gì về cấu tạo motor? Dây quấn đồng hay nhôm, cấp cách điện (F là phổ biến), cấp bảo vệ IP, vỏ gang hay nhôm, mã bạc đạn trước – sau, kiểu khởi động với motor 1 pha (1 tụ hay 2 tụ), có vú mỡ không với motor lớn. Motor giảm tốc thì hỏi bánh răng có tôi cứng không, bôi trơn dầu hay mỡ.
• Tem motor cần đối chiếu những gì? Công suất, điện áp và cách đấu (Δ/Y), dòng điện, tốc độ, tần số, cấp cách điện, IP, mã vỏ, năm sản xuất. Dòng ghi trên tem nên khớp với công suất: motor 3 pha 380V khoảng 2 A mỗi kW, motor 1 pha 220V khoảng 6–8 A mỗi kW.
• Làm sao biết motor dây đồng hay dây nhôm? Mở hộp cực xem đầu dây ra, cạo nhẹ lớp men ở đầu dây gần cầu đấu: đồng màu đỏ, nhôm màu trắng bạc. Motor dây nhôm nhẹ hơn, rẻ hơn, nóng hơn khi quá tải và khó quấn lại.
• Nhận ra motor không đúng như quảng cáo bằng cách nào? So trọng lượng với catalog cùng mã vỏ, nhìn chiều dài lõi stator qua khe gió (lõi ngắn là công suất thật thấp hơn), chạy thử đo dòng có tải. Motor đẹp vỏ nhưng nhẹ, quạt mỏng, bạc đạn không thương hiệu là dấu hiệu đáng ngờ.
• Giá motor điện thường khoảng bao nhiêu? Theo giá trung bình thị trường Việt Nam, motor 3 pha 1,5 kW 4 cực khoảng 2–3 triệu, 7,5 kW khoảng 5,5–8 triệu; motor 1 pha 1,5 kW khoảng 2,8–4 triệu; motor giảm tốc 0,75 kW khoảng 3–5 triệu tùy tỷ số và kiểu lắp.

b) Người đã mua: lắp cho đúng, dùng cho tối ưu

• Đấu hộp cực motor 3 pha thế nào? Lưới 380V: motor Δ220V/Y380V đấu sao (3 đầu U2, V2, W2 nối chung), motor Δ380V/Y660V đấu tam giác (U1–W2, V1–U2, W1–V2). Siết cầu nối chặt, đầu cos đúng cỡ, nối dây tiếp địa vào ốc tiếp địa trong hộp cực.
• Chạy thử motor mới thế nào cho chắc? Đo cách điện trên 1 MΩ, xoay tay trục thấy nhẹ, chạy không tải xem chiều quay, nghe bạc đạn, đo dòng 3 pha cân bằng. Lắp tải rồi đo lại dòng, sờ vỏ sau 30–60 phút.
• Căn chỉnh motor với máy công tác ra sao? Khớp nối lệch tâm dưới 0,05–0,1 mm, puly thẳng hàng, dây đai căng vừa (ấn giữa nhịp lún khoảng 1–1,5 cm cho mỗi 1 m nhịp). Lệch tâm làm hỏng bạc đạn nhanh nhất.
• Bôi trơn bạc đạn, hộp số thế nào? Motor có vú mỡ thì bơm theo chu kỳ và lượng trên tem. Motor giảm tốc ngâm dầu thay dầu lần đầu sau khoảng 300–500 giờ chạy rà, sau đó theo khuyến cáo; tham khảo bài mức dầu trong hộp giảm tốc.
• Motor nóng, kêu rè khi đang dùng thì kiểm tra gì trước? Đo điện áp 3 pha xem lệch hay mất pha, đo dòng từng pha, nghe bạc đạn bằng tua vít dài áp vào nắp, kiểm tra quạt gió và cánh tản nhiệt có bị bụi bít.

c) Các lỗi người dùng thường mắc và cách chỉnh sửa

• Đấu sai sao – tam giác. Triệu chứng: đấu tam giác motor Δ220V/Y380V vào lưới 380V làm motor rú, nóng, cháy; đấu sao motor Δ380V làm motor yếu, chậm. Cách sửa: đọc lại tem, đấu theo điện áp lưới.
• Chạy motor mất một pha. Triệu chứng: motor ù, không khởi động hoặc đang chạy thì yếu, nóng, mùi khét. Cách sửa: kiểm tra cầu chì, tiếp điểm contactor, đầu cos; lắp rơ le bảo vệ mất pha.
• Đóng puly bằng búa. Triệu chứng: bạc đạn kêu sớm, rung. Cách sửa: lắp puly bằng vam ép hoặc bulong qua lỗ ren tâm trục; thay bạc đạn cùng mã đã hỏng.
• Để nước rơi vào hộp cực. Triệu chứng: nhảy chống giật, cách điện thấp. Cách sửa: sấy motor 60–80°C, đo cách điện, thay gioăng hộp cực, đi cáp vào từ phía dưới.
• Thay tụ motor 1 pha sai giá trị. Triệu chứng: motor nóng, kêu ù hoặc khởi động yếu. Cách sửa: thay tụ đúng µF và điện áp ghi trên tem.
• Bít kín chụp quạt. Triệu chứng: nhiệt độ vỏ cao bất thường, rơ le nhiệt nhảy. Cách sửa: chừa khoảng trống thông gió phía đuôi motor, vệ sinh lưới chụp quạt.

d) Dành cho sinh viên cơ điện mới vào ngành: nên tìm hiểu gì trước

• Khái niệm nào cần nắm trước? Từ trường quay, tốc độ đồng bộ n = 60f/p, hệ số trượt, sức điện động cảm ứng, công suất – momen – tốc độ (T = 9550 × P/n), hiệu suất, cosφ, cấp cách điện F, IP, mã vỏ IEC.
• Nên học loại motor nào trước? Motor 3 pha rotor lồng sóc trước tiên, vì cấu tạo đơn giản và nguyên lý rõ nhất. Sau đó đến motor 1 pha chạy tụ, rồi motor giảm tốc, motor có phanh, cuối cùng là motor DC, servo và motor phòng nổ.
• Thứ tự học thực hành hợp lý? Tháo một motor 3 pha nhỏ hỏng để nhìn stator, rotor, bạc đạn → đọc tem → đo điện trở 3 cuộn → đấu sao, tam giác → chạy thử và đo dòng → học khởi động động cơ điện → học biến tần.
• Tự kiểm chứng bằng đồng hồ đo thế nào? Đồng hồ vạn năng đo thông mạch và điện trở 3 cuộn dây (lệch dưới 2–3%); megomet đo cách điện cuộn với vỏ và giữa các pha; ampe kìm đo dòng không tải (motor 3 pha 4 cực khoảng 30–50% dòng định mức) và có tải.
• Bài tập nên tự làm? Motor 7,5 kW, 4 cực, 1.460 vòng/phút: tính hệ số trượt s = (1.500 − 1.460) ÷ 1.500 ≈ 2,7%; momen định mức T = 9550 × 7,5 ÷ 1.460 ≈ 49 Nm; dòng định mức ước tính I = 7.500 ÷ (√3 × 380 × 0,85 × 0,9) ≈ 14,9 A.