Phân Loại Động Cơ Điện Xoay Chiều: 1 Pha, 3 Pha, Đồng Bộ, Không Đồng Bộ

Phân loại động cơ điện xoay chiều là cách chia động cơ AC thành các nhóm theo số pha nguồn (1 pha, 3 pha), theo nguyên lý làm việc (không đồng bộ, đồng bộ, có cổ góp), theo cấu tạo rotor (lồng sóc, dây quấn, nam châm vĩnh cửu, từ trở) và theo kết cấu, mục đích sử dụng (motor giảm tốc, motor phanh, motor phòng nổ, motor hiệu suất cao). Mỗi nhóm có tốc độ, mô-men, cách khởi động và cách điều khiển riêng, nên phân loại đúng là bước đầu để chọn đúng động cơ.

Bài viết lần lượt trình bày từng cách phân loại, đặc điểm từng loại động cơ điện xoay chiều, bảng so sánh, thông số điện áp – dòng điện và biến tần phù hợp, ứng dụng, cách chọn loại động cơ AC theo tải và phần hỏi đáp chi tiết.

Mục lục

• 1. Động cơ điện xoay chiều là gì?
• 2. Phân loại động cơ điện xoay chiều theo số pha
• 3. Phân loại theo nguyên lý làm việc
• 4. Phân loại theo cấu tạo rotor
• 5. Phân loại theo kết cấu và mục đích sử dụng
• 6. Bảng so sánh các loại động cơ xoay chiều
• 7. Điện áp, dòng điện, tốc độ và biến tần phù hợp
• 8. Ứng dụng của từng loại động cơ AC
• 9. Cách chọn loại động cơ điện xoay chiều
• 10. Câu hỏi thường gặp về phân loại động cơ điện xoay chiều

1. Động cơ điện xoay chiều là gì?

Động cơ điện xoay chiều (động cơ AC, AC motor) biến điện năng xoay chiều thành cơ năng nhờ từ trường do dòng điện xoay chiều tạo ra trong cuộn dây stator. Với nguồn 3 pha, từ trường quay được tạo ra trực tiếp; với nguồn 1 pha, từ trường đập mạch nên động cơ cần thêm cuộn phụ, tụ điện hoặc vòng chập để có mô-men khởi động.

Tốc độ từ trường quay (tốc độ đồng bộ) được tính bằng n₁ = 60 × f / p, trong đó f là tần số (50 Hz ở Việt Nam), p là số đôi cực. Động cơ 4 cực có tốc độ đồng bộ 1500 v/p; động cơ không đồng bộ 4 cực chạy thực tế khoảng 1400–1480 v/p, động cơ đồng bộ 4 cực chạy đúng 1500 v/p.

Kiến thức nền xem bài Tổng quan về motor điện và tổng quan về động cơ điện 3 pha.

2. Phân loại động cơ điện xoay chiều theo số pha

a. Động cơ xoay chiều 1 pha

Chạy với điện 1 pha 220 V dân dụng, công suất phổ biến đến khoảng 3–4 kW. Vì từ trường 1 pha không tự quay, động cơ có cuộn phụ đặt lệch 90 độ điện và các kiểu khởi động:

• Tụ khởi động (tụ đề): tụ lớn chỉ đóng lúc khởi động qua công tắc ly tâm hoặc rơ le, mô-men khởi động lớn; dùng cho máy nén, bơm.
• Tụ ngâm (tụ chạy, PSC): tụ nhỏ luôn nối với cuộn phụ, chạy êm, mô-men khởi động nhỏ; dùng cho quạt, bơm nhỏ, motor điều tốc.
• Tụ đề + tụ ngâm: kết hợp cả hai, mô-men khởi động lớn và chạy hiệu quả; dùng cho motor 1 pha 1,5–3 kW.
• Cuộn phụ điện trở (split-phase): không có tụ, mô-men khởi động vừa, dòng khởi động lớn.
• Vòng chập (shaded pole): rất rẻ, hiệu suất thấp, chỉ dùng công suất nhỏ.

Chi tiết xem bài động cơ điện 1 pha.

b. Động cơ xoay chiều 3 pha

Chạy với điện 3 pha 380 V (hoặc 220 V, 660 V, trung thế 6 kV), từ trường quay tự tạo ra nên tự khởi động, hiệu suất và hệ số công suất tốt hơn 1 pha, công suất từ vài chục watt đến hàng chục MW. Đây là nhóm động cơ chủ lực trong công nghiệp.

3. Phân loại theo nguyên lý làm việc

a. Động cơ không đồng bộ (động cơ cảm ứng)

Rotor quay chậm hơn từ trường một lượng gọi là độ trượt (thường 1–6% ở tải định mức), dòng điện rotor do cảm ứng sinh ra. Cấu tạo đơn giản, bền, giá thấp, chiếm phần lớn số động cơ đang dùng. Xem chi tiết tại bài động cơ cảm ứng.

b. Động cơ đồng bộ

Rotor quay đúng bằng tốc độ từ trường. Từ trường rotor được tạo bằng cuộn kích từ cấp điện một chiều qua vành trượt hoặc máy kích từ không chổi than, bằng nam châm vĩnh cửu, hoặc nhờ cấu tạo từ trở. Động cơ đồng bộ kích từ điện công suất lớn chỉnh được hệ số công suất, dùng cho máy nén, máy nghiền cỡ MW. Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) dùng cho servo, xe điện, máy nén biến tần. Xem bài động cơ đồng bộ.

c. Động cơ xoay chiều có cổ góp (động cơ vạn năng)

Cấu tạo giống động cơ một chiều kích từ nối tiếp, chạy được cả điện xoay chiều lẫn một chiều, tốc độ cao (10.000–30.000 v/p), mô-men khởi động lớn nhưng có chổi than mòn và ồn. Dùng trong máy khoan, máy mài cầm tay, máy hút bụi, máy xay sinh tố.

4. Phân loại theo cấu tạo rotor

• Rotor lồng sóc: thanh nhôm hoặc đồng đúc trong lõi thép, hai đầu nối tắt; không có tiếp xúc trượt, gần như không bảo dưỡng. Xem động cơ rotor lồng sóc.
• Rotor dây quấn: dây quấn 3 pha nối ra vành trượt và chổi than, khởi động bằng điện trở rotor cho dòng khởi động nhỏ, mô-men khởi động lớn; dùng cho cầu trục, máy nghiền, quạt lớn. Xem động cơ rotor dây quấn.
• Rotor nam châm vĩnh cửu: nam châm NdFeB gắn bề mặt hoặc chìm trong lõi thép; hiệu suất cao (IE4, IE5), cần biến tần hoặc driver để chạy. Xem động cơ nam châm vĩnh cửu.
• Rotor từ trở (reluctance): lõi thép có khe từ, không dây quấn không nam châm; động cơ đồng bộ từ trở (SynRM) dùng biến tần chuyên dụng, hiệu suất cao, rotor mát.
• Rotor cực lồi có cuộn kích từ: ở động cơ đồng bộ công suất lớn, tốc độ thấp.

5. Phân loại theo kết cấu và mục đích sử dụng

• Theo kiểu lắp: chân đế (B3), mặt bích lớn (B5), mặt bích nhỏ (B14), chân đế kết hợp mặt bích (B35), lắp đứng (V1).
• Theo cấp bảo vệ và làm mát: IP44, IP54, IP55, IP56; làm mát tự quạt IC411, quạt cưỡng bức IC416, làm mát nước.
• Theo hiệu suất: IE1, IE2, IE3, IE4, IE5 theo IEC 60034-30-1.
• Motor giảm tốc: động cơ (thường 4 cực, sau đó 6 cực, 8 cực) ghép liền hộp giảm tốc bánh răng, trục vít, hành tinh hoặc cyclo, cho tốc độ ra thấp, mô-men lớn.
• Motor có phanh điện từ: giữ tải khi mất điện, dùng cho nâng hạ, băng tải dốc.
• Motor phòng nổ: vỏ chịu nổ dùng trong khu vực có khí, bụi dễ cháy (mỏ than, xăng dầu, hóa chất), ký hiệu dòng phổ biến YBX3.
• Motor chuyên dụng: motor cho biến tần (có quạt độc lập), motor tời, motor rung, motor bơm chìm, motor cầu trục, motor tàu thủy.

6. Bảng so sánh các loại động cơ xoay chiều

• Độ trượt và dải tốc độ trong bảng là giá trị điển hình.
• Motor PMSM và SynRM không chạy trực tiếp từ lưới (trừ loại có lồng khởi động LSPM).
• Motor 1 pha công suất lớn có dòng khởi động cao, cần kiểm tra khả năng chịu tải của đường dây.

7. Điện áp, dòng điện, tốc độ và biến tần phù hợp

• Dòng là giá trị tham khảo, số chính xác lấy trên nhãn motor ở đúng điện áp lưới.
• Biến tần chọn theo dòng định mức motor và đặc tính tải (tải nhẹ như bơm, quạt hoặc tải nặng như băng tải đầy, máy nghiền).
• Motor 3 pha 220/380 V có thể chạy với biến tần đầu vào 1 pha 220 V, đầu ra 3 pha 220 V khi đấu tam giác.

Tốc độ đồng bộ ở 50 Hz: 2 cực 3000 v/p, 4 cực 1500 v/p, 6 cực 1000 v/p, 8 cực 750 v/p. Động cơ không đồng bộ chạy thấp hơn các giá trị này vài phần trăm; động cơ đồng bộ chạy đúng các giá trị này.

8. Ứng dụng của từng loại động cơ AC

• Động cơ không đồng bộ 3 pha lồng sóc: máy bơm, quạt công nghiệp, máy nén khí, băng tải, máy trộn, máy công cụ, motor giảm tốc cho dây chuyền.
• Động cơ rotor dây quấn: cầu trục, máy nghiền bi xi măng, máy cán, quạt khói lò công suất lớn.
• Động cơ xoay chiều 1 pha: máy bơm nước gia đình, quạt điện, máy giặt, máy nén tủ lạnh, máy công cụ nhỏ dùng điện dân dụng.
• Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu: servo cho máy CNC, robot, ô tô điện, máy nén điều hòa inverter, bơm tiết kiệm điện.
• Động cơ đồng bộ kích từ điện: máy nén piston lớn, máy nghiền, quạt gió nhà máy điện, đồng thời bù công suất phản kháng.
• Động cơ vạn năng: dụng cụ điện cầm tay, máy hút bụi, máy xay, máy may gia đình.

9. Cách chọn loại động cơ điện xoay chiều

• Theo nguồn điện: chỉ có 1 pha 220 V và tải dưới khoảng 2–3 kW thì motor 1 pha, hoặc motor 3 pha 220 V kèm biến tần 1 pha vào; có 3 pha 380 V thì ưu tiên motor 3 pha.
• Theo tốc độ: cần tốc độ cố định chính xác (đồng bộ nhiều trục, đồng hồ, máy dệt) thì động cơ đồng bộ; còn lại động cơ không đồng bộ là đủ.
• Theo tải khởi động: tải nặng, quán tính lớn mà lưới yếu thì motor rotor dây quấn hoặc motor lồng sóc kèm biến tần, khởi động mềm.
• Theo thời gian chạy: chạy nhiều giờ mỗi ngày thì chọn IE3 trở lên hoặc PMSM để tiết kiệm điện.
• Theo tốc độ ra cần: tải chậm dưới vài trăm v/p thì dùng motor giảm tốc (ưu tiên motor 4 cực ghép hộp số), không chọn motor nhiều cực quá lớn.
• Theo môi trường: IP55 cho xưởng thông thường, motor phòng nổ cho khu vực nguy hiểm cháy nổ.

10. Câu hỏi thường gặp về phân loại động cơ điện xoay chiều

a. Người sắp mua cần hỏi gì, xác minh gì

• Làm sao biết motor là đồng bộ hay không đồng bộ? Đọc tốc độ trên nhãn: motor không đồng bộ ghi tốc độ lẻ thấp hơn tốc độ đồng bộ, ví dụ 1450 v/p hoặc 2880 v/p; motor đồng bộ ghi tròn 1500 v/p, 3000 v/p hoặc ghi dải tốc độ kèm tần số. Motor PMSM thường ghi thêm sức điện động ngược (V/1000 v/p) và yêu cầu biến tần.
• Motor 1 pha hay 3 pha có lợi hơn? Cùng công suất, motor 3 pha rẻ hơn, nhỏ hơn, hiệu suất cao hơn và dòng mỗi dây thấp hơn nhiều. Motor 1 pha chỉ nên chọn khi chỉ có điện 1 pha và công suất nhỏ; motor 1 pha 2.2kW có dòng khoảng 13–15 A, motor 3 pha 380 V cùng công suất chỉ khoảng 5 A.
• Cần hỏi gì về điện áp và kiểu đấu? Hỏi điện áp nhãn 220/380 V hay 380/660 V. Với lưới 380 V, motor 380/660 V đấu tam giác và khởi động sao – tam giác được; motor 220/380 V phải đấu sao. Đây là thông số quyết định tủ điện khởi động.
• Motor có chạy được với biến tần không? Motor không đồng bộ 3 pha hầu hết chạy được. Motor PMSM, SynRM bắt buộc dùng biến tần hỗ trợ đúng loại motor. Motor 1 pha có tụ không dùng biến tần 3 pha thông thường.
• Cấp hiệu suất IE ghi ở đâu, có cần quan tâm không? Ghi trên nhãn (IE2, IE3…). Motor chạy liên tục nhiều ca nên chọn IE3 trở lên; chênh lệch tiền điện sau vài năm thường lớn hơn chênh lệch giá mua.
• Motor giảm tốc thì cần hỏi thêm gì? Hỏi số cực motor (4 cực phổ biến nhất, sau đó 6 cực, 8 cực), tỉ số truyền, tốc độ ra, mô-men ra, hệ số phục vụ và kiểu lắp. Với cùng tốc độ ra, motor 4 cực ghép hộp số có tỉ số lớn hơn thường gọn và rẻ hơn motor 6 cực, 8 cực.

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

• Đấu motor 1 pha có tụ thế nào cho đúng? Theo sơ đồ trên nắp hộp cực: cuộn chính nối thẳng nguồn, cuộn phụ nối qua tụ (và công tắc ly tâm nếu là tụ đề). Muốn đổi chiều, đổi đầu cuộn phụ so với cuộn chính. Sai sơ đồ là motor không khởi động được, kêu ù và nóng.
• Đấu motor 3 pha sao hay tam giác? Chọn theo điện áp nhãn và lưới: lưới 380 V với motor 220/380 V thì sao; với motor 380/660 V thì tam giác. Đấu sai làm motor yếu hoặc cháy.
• Chạy motor đồng bộ nam châm vĩnh cửu cần lưu ý gì? Cài đúng loại motor trên biến tần (PM), nhập sức điện động ngược, số cực, dòng định mức và chạy auto-tuning. Không tháo motor PMSM khi trục còn quay vì motor phát điện ra cực.
• Tối ưu tiền điện cho bơm, quạt thế nào? Dùng biến tần chạy theo nhu cầu thay vì tiết lưu van hoặc cửa gió; giảm tốc 20% có thể giảm gần một nửa điện năng nhờ quan hệ công suất – tốc độ bậc ba.
• Motor vạn năng dùng lâu có sao không? Motor vạn năng thiết kế cho chế độ ngắn hạn, chổi than mòn nhanh. Dùng liên tục nhiều giờ cần nghỉ cho nguội và thay chổi định kỳ.
• Bảo vệ cơ bản cần có là gì? Aptomat, contactor, rơ le nhiệt chỉnh theo dòng nhãn, bảo vệ mất pha với motor 3 pha, nối đất vỏ motor. Biến tần đã có sẵn bảo vệ quá dòng, quá tải, mất pha nhưng vẫn cần aptomat đầu vào.

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

• Gọi mọi motor AC là motor cảm ứng. Motor đồng bộ, PMSM, vạn năng cũng là motor AC nhưng có cách điều khiển khác hẳn. Cách sửa: đọc nhãn để xác định nguyên lý trước khi chọn biến tần hoặc bộ điều khiển.
• Dùng biến tần 3 pha cho motor 1 pha có tụ. Tụ chịu điện áp xung từ biến tần sẽ nóng và nổ, motor chạy giật. Cách sửa: thay motor 3 pha 220 V và dùng biến tần 1 pha vào 3 pha ra, hoặc dùng biến tần chuyên cho motor 1 pha.
• Chọn motor nhiều cực để có tốc độ thấp thay vì dùng hộp giảm tốc. Motor 8 cực trở lên to, nặng, đắt và cos φ thấp. Cách sửa: dùng motor 4 cực kèm hộp giảm tốc tỉ số phù hợp.
• Cấp lưới trực tiếp cho motor PMSM không có lồng khởi động. Motor không khởi động được, rung và quá dòng. Cách sửa: luôn dùng biến tần hoặc driver hỗ trợ motor nam châm vĩnh cửu.
• Thay tụ motor 1 pha sai loại. Lắp tụ đề (tụ hóa không phân cực) vào vị trí tụ ngâm làm tụ nổ sau ít phút. Cách sửa: tụ ngâm dùng tụ dầu hoặc tụ màng CBB đúng µF và điện áp.
• Không kiểm tra chiều quay trước khi nối tải. Bơm, quạt quay ngược vẫn chạy nhưng lưu lượng kém, hộp số có cơ cấu chống quay ngược sẽ hỏng. Cách sửa: chạy thử không tải để xác nhận chiều quay rồi mới nối tải.

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

• Nên nắm kiến thức nền nào trước? Mạch điện xoay chiều 1 pha và 3 pha, điện áp pha – dây, đấu sao – tam giác, công suất tác dụng – phản kháng – biểu kiến, hệ số công suất. Sau đó là từ trường, cảm ứng điện từ và lực điện từ.
• Học loại động cơ nào trước? Động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc, vì đây là loại phổ biến nhất và là nền cho mọi loại khác. Tiếp theo là động cơ 1 pha (vì sao cần cuộn phụ, tụ), rồi rotor dây quấn, động cơ đồng bộ, cuối cùng là PMSM, SynRM và servo.
• Thiết bị nào nên học kèm? Máy biến áp (để hiểu mạch thay thế động cơ không đồng bộ), contactor, rơ le nhiệt, aptomat, khởi động mềm và biến tần. Đây là các thiết bị luôn đi cùng động cơ AC trong tủ điện.
• Bài thực hành gợi ý? Tháo một motor 1 pha chạy tụ cũ để nhận biết cuộn chính, cuộn phụ, công tắc ly tâm, tụ; đo điện trở hai cuộn (cuộn chính thường nhỏ hơn). Sau đó lắp mạch khởi động sao – tam giác cho motor 3 pha và đo dòng khởi động ở hai chế độ.
• Đọc nhãn motor cần thuộc những gì? Công suất kW, điện áp và kiểu đấu Δ/Y, dòng định mức, tần số, tốc độ, cos φ, hiệu suất và cấp IE, cấp cách điện, IP, chế độ làm việc S1. Đọc nhanh được nhãn là kỹ năng cơ bản nhất của người làm cơ điện.
• Sau đó nên học tiếp gì? Cài đặt và vận hành biến tần, điều khiển vector, motor giảm tốc và cách chọn tỉ số truyền, servo AC và encoder, tiêu chuẩn hiệu suất IEC 60034-30-1. Đây là nền để làm việc với dây chuyền tự động hóa hiện đại.

Phân loại động cơ điện xoay chiều theo số pha, nguyên lý, cấu tạo rotor và kết cấu giúp xác định ngay cách khởi động, cách điều tốc và bộ điều khiển phù hợp. Khi đã xác định đúng loại, việc chọn điện áp, dòng điện, biến tần và thiết bị bảo vệ trở nên rõ ràng và ít sai sót.