Motor Không Đồng Bộ: Cấu Tạo, Phân Loại, Nguyên Lý Hoạt Động Và Ứng Dụng

Bạn có từng thắc mắc điều gì ẩn sau những chuyển động mượt mà của chiếc quạt mát, tiếng ầm ầm của máy giặt hay nhịp đập mạnh mẽ của các thiết bị công nghiệp? Câu trả lời chính là Motor điện Không Đồng Bộ - một "cánh tay đắc lực" thầm lặng góp phần tạo nên cuộc sống hiện đại tiện nghi và năng động.

Motor điện Không Đồng Bộ (hay còn gọi là Động cơ điện không đồng bộ) là một loại động cơ điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi trong đời sống và công nghiệp. Với ưu điểm cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ, hiệu suất cao, dễ sử dụng và bảo trì, Motor điện Không Đồng Bộ đã trở thành lựa chọn hàng đầu cho nhiều ứng dụng khác nhau.

Bài viết này sẽ đưa bạn đi sâu vào khám phá thế giới của Motor điện Không Đồng Bộ

1. Khái niệm động cơ điện không đồng bộ

Máy điện không đồng bộ, còn gọi là động cơ điện không đồng bộ, là 1 loại máy điện xoay chiều, chúng làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ của rotor (ký hiệu là n) khác với tốc độ của từ trường quay trong máy (tức là n1). Máy điện không đồng bộ có thể làm việc ở 2 chế độ là động cơ và máy phát điện.

Động cơ điện không đồng bộ là 1 loại máy điện xoay chiều

Máy phát điện không đồng bộ (KĐB) ít dùng vì có đặc tính làm việc không tốt, nên chủ yếu chúng ta xét động cơ không đồng bộ. Động cơ KĐB thường được sử dụng nhiều trong sản xuất và đời sống vì được chế tạo rất đơn giản, giá thành rẻ và độ tin cậy cao, phương pháp vận hành đơn giản, đem lại hiệu suất cao và gần như không cần phải bảo trì.

Do kỹ thuật điện tử hiện nay rất phát triển, nên động cơ KĐB đã đáp ứng được những yêu cầu phức tạp về điều chỉnh tốc độ. Vì vậy, động cơ này lại càng được sử dụng rộng rãi hơn. Dãy công suất của động cơ KĐB rất rộng, được tính từ vài watt cho đến hàng ngàn kilowatt. Hầu hết là động cơ KĐB 3 pha, bên cạnh đó có 1 số động cơ có công suất nhỏ là 1 pha.

2. Cấu tạo động cơ điện không đồng bộ

Động cơ không đồng bộ bao gồm 2 bộ phận chủ yếu là stator và rotor. Ngoài ra còn có phần vỏ máy, nắp máy và cả trục máy. Trục máy được làm bằng thép, trên đó có gắn rotor, ổ bi và phía cuối của trục có gắn 1 chiếc quạt gió để làm mát cho máy dọc trục. Các bộ phận của động cơ điện KĐB gồm có: lõi thép stato, dây quấn stato, nắp máy, ổ bi, lõi thép rôto, thân máy, trục máy, hộp dầu cực, quạt gió làm mát, hộp quạt.

Cụ thể như sau:

a) Stator (còn gọi là phần tĩnh)

Stator bao gồm 2 bộ phận chủ yếu là lõi thép và phần dây quấn, ngoài ra còn có bộ phận vỏ máy và nắp máy. 

• Lõi thép stato: Có dạng hình trụ, được làm từ các lá thép kỹ thuật điện, có dập rãnh ở bên trong, sau đó ghép lại để tạo thành các rãnh chạy theo hướng trục. Lõi thép còn được ép vào trong vỏ máy.
• Dây quấn stato là bộ phận được làm bằng dây đồng, có bọc 1 lớp cách điện và đặt ở trong các rãnh của phần lõi thép. Dòng điện xoay chiều 3 pha chạy trong dây quấn 3 pha stato thì sẽ tạo nên từ trường quay. Phần vỏ máy bao gồm có thân và nắp, thường được làm bằng gang.

Động cơ không đồng bộ bao gồm các bộ phận chủ yếu như trên

b) Rotor (còn gọi là phần quay)

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

Trục của máy điện KĐB được làm bằng thép và trên đó có gắn lõi thép roto. Dây quấn rotor của máy điện KĐB có 2 kiểu là: rôto ngắn mạch (còn được gọi là roto lồng sóc) và kiểu roto dây quấn.

• Rotor lồng sóc: Bao gồm các thanh đồng hoặc các thanh nhôm được đặt trong rãnh và bị ngắn mạch bởi 2 vành ngắn mạch được thiết kế ở hai đầu. Với động cơ nhỏ, phần dây quấn rotor sẽ được đúc nguyên khối, bao gồm có các bộ phận như vành ngắn mạch, thanh dẫn, cánh tản nhiệt và cả cánh quạt để làm mát. Các động cơ KĐB có công suất trên 100kW thì có thêm thanh dẫn làm bằng đồng được đặt vào giữa các rãnh rotor rồi gắn chặt vào phần vành ngắn mạch.
• Rotor dây quấn: Được quấn dây tương tự như dây quấn 3 pha stato và có cùng số cực từ giống như dây quấn stator. Dây quấn kiểu này luôn luôn được đấu thành hình sao (Y) và có 3 đầu ra được đấu vào 3 vành trượt. 

Tiếp đến, các phần trên sẽ được gắn vào trục quay của roto nhưng lại cách điện với trục. Ba chổi than được đặt cố định nhưng luôn tỳ trên vành trượt nhằm mục đích dẫn điện vào 1 biến trở cũng nối hình sao nằm ở phía ngoài động cơ để tiến hành khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ.

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

Nối dây quấn stato cùng với lưới điện, sau đó sử dụng động cơ sơ cấp để kéo roto chuyển động quay với tốc độ n. Lưu ý, khi đó n > n1 và sẽ cùng chiều với n1. Lúc này, chiều của từ trường sẽ quét qua các thanh dẫn roto và dẫn ngược lại. Suất điện động cũng như dòng điện roto sẽ đi ngược chiều cùng với chế độ hoạt động của động cơ.

Chiều của lực điện từ lúc này sẽ đặt lên roto sẽ ngược với chiều quay của roto. Lúc này, mômen lực hãm được tạo ra cũng sẽ cân bằng với mômen quay của động cơ sơ cấp. Máy điện KĐB làm việc ổn định nhất là ở chế độ máy phát. 

Nhờ vào từ trường quay của phần nguồn lưới điện mà cơ năng động cơ sơ cấp ở roto cũng được biến đổi để tạo thành điện năng ở stato.

Sơ đồ thể hiện nguyên lý làm việc của động cơ điện không đồng bộ

Để tạo ra từ trường quay, lúc này lưới điện phải cung cấp cho động cơ máy điện 1 giá trị công suất phản kháng Q. Do đó, hệ số của công suất cos trong lưới điện cũng sẽ bị thấp đi.

Khi máy điện KĐB 3 pha làm việc một cách riêng lẻ, tức là không có điện chạy vào dây quấn stato thì người ta phải tiến hành kích từ cho máy. Đây chính là nhược điểm “khó chịu” nhất của máy phát điện KĐB. Và cũng chính vì lý do này mà nó ít được ứng dụng để làm máy phát điện trong hệ thống nguồn cung cấp điện.

4. Phân loại động cơ điện không đồng bộ

Phân theo kết cấu vỏ máy bao gồm có:

• Kiểu hở
• Kiểu kín
• Kiểu bảo vệ

Phân theo số pha sẽ có:

• Một pha
• Hai pha
• Ba pha

Phân theo kiểu dây quấn của rôto:

• Máy điện KĐB rôto lồng sóc.
• Máy điện KĐB rôto dây quấn.

5. Đặc tính cơ của máy điện không đồng bộ

Khởi động và tính điện trở của khởi động được thể hiện như sau:

• Nếu khởi động động cơ KĐB bằng phương pháp đóng trực tiếp thì khi đó dòng khởi động ban đầu sẽ rất lớn. Như vậy, nếu khởi động ĐMđl, người ta cũng cần đưa điện trở phụ vào trong mạch rôto động cơ KĐB có rôto dây quấn để có thể hạn chế dòng khởi động Ġ. Và sau đó sẽ tiến hành loại dần chúng ra để có thể đưa tốc độ động cơ lên mức xác lập.

Sơ đồ đặc tính khởi động của động cơ KĐB (2 cấp khởi động m = 2)

* Xây dựng các đặc tính cơ khi tiến hành khởi động ĐK:

• Từ các thông số định mức (chẳng hạn như Pđm, Uđm, Iđm, nđm, ?đm,…) và thông số tải (chẳng hạn như Ic; Mc; Pc;…) và số cấp khởi động m, ta có thể vẽ được sơ đồ đặc tính cơ tự nhiên.
• Vì đặc tính cơ của động cơ KĐB là phi tuyến, nên để đơn giản hơn, người ta dùng phương pháp tính gần đúng: Theo toán học đã chứng minh thì lần lượt các đường đặc tính khởi động của động cơ KĐB tuyến tính hóa sẽ được hội tụ tại một điểm T đang nằm trên vị trí đường ?o = const ở phía bên phải trục tung của tọa độ (?, M) như hình trên.
• Ta chọn giá trị: Mmax = M1 = (IJ2,5) Mđm hoặc Mmax = 0,85Mth và giá trị Mmin = M2 = (1,ı1,3) Mc khi tiến hành khởi động.
• Sau khi đã tuyến hóa được các đặc tính khởi động của động cơ KĐB, ta tiến hành xây dựng các đặc tính khởi động giống như của động cơ ĐMđl. Cuối cùng ta sẽ có được các đặc tính khởi động với giá trị gần đúng là edcbaXL cũng như hình trên.
• Nếu điểm cuối cùng đã gặp được đặc tính TN mà lại không trùng với giao điểm của đặc tính cơ TN, trong khi đó: M1 = const thì chúng ta phải chọn lại giá trị M1 hoặc M2 rồi tiến hành thao tác lại từ đầu.

6. Ứng dụng của động cơ điện không đồng bộ

Máy phát điện KĐB 3 pha thường ít được sử dụng ở trong đời sống hằng ngày. Nguyên nhân chủ yếu là do đặc tính làm việc của máy điện này không tốt. Hiện nay, máy phát điện đang được ứng dụng rộng rãi nhất và đem lại hiệu suất làm việc cao nhất chính là động cơ máy phát điện xoay chiều.

Nếu như máy phát điện KĐB không được “săn đón” nhiệt tình thì động cơ KĐB lại được ứng dụng vô cùng rộng rãi. Bộ phận này được ưa chuộng vì chế tạo đơn giản, giá thành sản phẩm rẻ, cách vận hành, bảo trì đơn giản mà hiệu suất làm việc lại cao. Cũng chính vì những sự tiện lợi, tính năng tuyệt vời đó mà động cơ KĐB 3 pha đem lại độ tin cậy cao nhất cho người sử dụng hiện nay.

Bên cạnh đó, động cơ KĐB đáp ứng được tối đa các yêu cầu về điều chỉnh tốc độ. Do dãy công suất của chúng được dàn trải khá rộng, khoảng cách từ vài W đến hàng nghìn KW nên hiện nay trên thị trường người ta sử dụng hầu hết là động cơ 3 pha, chỉ có một số dòng máy 1 pha là có công suất động cơ nhỏ.

7. Đặc tính cơ:

7.1. Mô-men xoắn:

• Mô-men xoắn là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công của động cơ.
• Mô-men xoắn của động cơ KĐB phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tốc độ quay, điện áp, tần số nguồn điện,...
• Mô-men xoắn khởi động của động cơ KĐB cao hơn mô-men xoắn định mức, giúp động cơ khởi động êm ái.

7.2. Tốc độ quay:

• Tốc độ quay của động cơ KĐB luôn nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường.
• Tốc độ quay của động cơ KĐB có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi tần số nguồn điện.
• Động cơ KĐB có thể hoạt động ở nhiều tốc độ khác nhau, đáp ứng nhu cầu của nhiều ứng dụng.

7.3. Hiệu suất:

• Hiệu suất của động cơ KĐB là tỷ số giữa công suất hữu ích và công suất tiêu thụ.
• Hiệu suất của động cơ KĐB thường cao hơn so với các loại động cơ khác.
• Hiệu suất của động cơ KĐB có thể được cải thiện bằng cách sử dụng các phương pháp điều khiển tiên tiến.

8. Ứng dụng:

8.1. Ứng dụng trong gia dụng:

• Quạt điện
• Máy giặt
• Máy bơm nước
• Tủ lạnh
• Máy điều hòa

8.2. Ứng dụng trong công nghiệp:

• Máy móc công nghiệp
• Máy bơm
• Máy nén khí
• Quạt ly tâm
• Máy tời

8.3. Ứng dụng trong giao thông vận tải:

• Tàu điện
• Xe điện
• Xe nâng

Kết luận:

Động cơ điện không đồng bộ 3 pha là một loại động cơ điện có nhiều ưu điểm như cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ, hiệu suất cao, dễ sử dụng và bảo trì. Do đó, động cơ KĐB được sử

Nội Dung Có Thể Bạn Quan Tâm:

• Motor Điện 3 Pha Xuất Khẩu Châu Âu, Cấu Tạo, Ký Hiệu, Tiêu Chuẩn Thiết Kế
• Động Cơ Điện 1 Pha Các Công Suất, Ứng Dụng Cấu Tạo Và Chất Lượng Sản Phẩm
• Biến Tần Điều Khiển Tốc Độ Motor 3 Pha, Lợi Ích, Khái Niệm
• Động Cơ Parma, Thương Hiệu Bán Chạy Nhất Việt Nam, Quy Mô Tập Đoàn
• Cách Đấu Điện Motor 1 Pha, Đấu tụ, Đảo Chiều Tùy Ý
• Giá Motor 1 Pha Các Công Suất
• Giá Motor 3 Pha Hitachi Toshiba Mitsubishi Nhật, ABB, Siemens Đức, Giá Quấn Lại Motor Toàn Quốc