Roto Dây Quấn Và Roto Lồng Sóc Của Motor Điện Có Gì Khác Nhau

Rotor lồng sóc và rotor dây quấn là hai kiểu phần quay của motor điện không đồng bộ 3 pha. Rotor lồng sóc gồm các thanh nhôm hoặc đồng nối tắt hai đầu, không có chổi than, bền và rẻ, chiếm gần hết motor dùng trong bơm, quạt, băng tải. Rotor dây quấn có cuộn dây 3 pha đưa ra ngoài qua vành trượt và chổi than để nối điện trở, cho dòng khởi động thấp mà momen khởi động lớn, dùng cho cầu trục, máy nghiền, máy cán khởi động nặng. Chọn loại nào phụ thuộc vào kiểu khởi động, công suất và việc có dùng biến tần hay không.

1) Rotor là gì, khác stator thế nào

Motor không đồng bộ (motor cảm ứng) có hai phần chính: stator đứng yên tạo từ trường quay và rotor quay theo từ trường đó. Rotor là khối lõi lá thép kỹ thuật điện xếp chồng, ép lên cốt, ngoài mặt xẻ rãnh để đặt thanh dẫn hoặc cuộn dây. Máy phát điện đồng bộ có kiểu rotor khác (rotor cực lồi, cực ẩn có cuộn kích từ một chiều), không bàn trong bài này.

2) Cấu tạo rotor lồng sóc và rotor dây quấn

a) Rotor lồng sóc (squirrel cage rotor)

Trong mỗi rãnh lõi thép có một thanh dẫn, hai đầu thanh nối tắt bằng hai vòng ngắn mạch, nhìn giống cái lồng sóc nên gọi tên vậy. Motor nhỏ và vừa đúc nhôm cả thanh lẫn vòng cùng lúc, có đúc luôn cánh tản nhiệt nhỏ ở vòng ngắn mạch. Motor lớn dùng thanh đồng hàn vào vòng đồng. Rãnh thường làm xiên một góc nhỏ so với trục để giảm tiếng ồn từ, giảm rung và tránh hiện tượng rotor bị "kẹt" ở vị trí răng đối răng khi khởi động.

Để tăng momen khởi động mà không cần điện trở ngoài, nhà sản xuất làm rãnh sâu hoặc lồng sóc kép: lúc khởi động, tần số dòng rotor cao làm dòng dồn ra phía ngoài thanh, điện trở rotor tăng tạm thời, momen khởi động cao hơn; khi lên tốc độ, dòng phân bố đều, điện trở giảm, motor chạy hiệu suất cao.

b) Rotor dây quấn (wound rotor)

Rãnh rotor đặt cuộn dây 3 pha cách điện giống cuộn stator, có cùng số cực với stator, thường đấu sao. Ba đầu dây nối với ba vành trượt bằng đồng gắn trên cốt, ba chổi than tì lên vành trượt để đưa mạch rotor ra hộp đấu bên ngoài, nối với biến trở hoặc tủ điện trở khởi động. Khi chạy bình thường, mạch rotor được nối tắt (có loại có cơ cấu nâng chổi và ngắn mạch vành trượt).

3) Nguyên lý hoạt động

Cấp điện 3 pha vào stator sinh ra từ trường quay với tốc độ đồng bộ n1 = 60 × f / p (p là số đôi cực): 3.000 vòng/phút với 2 cực, 1.500 với 4 cực, 1.000 với 6 cực, 750 với 8 cực ở 50Hz. Từ trường quét qua thanh dẫn rotor, cảm ứng ra sức điện động và dòng điện trong rotor; dòng này nằm trong từ trường nên chịu lực, tạo momen quay rotor theo chiều từ trường.

Rotor luôn quay chậm hơn từ trường một chút, chênh lệch đó là hệ số trượt s = (n1 − n) / n1, thường khoảng 2–6% với motor lồng sóc đầy tải. Motor 4 cực vì thế chạy khoảng 1.420–1.470 vòng/phút chứ không đúng 1.500. Với rotor dây quấn, thêm điện trở vào mạch rotor làm hệ số trượt ứng với momen cực đại dịch về phía tốc độ thấp: chọn điện trở đúng, momen khởi động có thể bằng momen cực đại trong khi dòng khởi động giảm rõ.

4) So sánh rotor lồng sóc và rotor dây quấn

5) Ưu điểm và nhược điểm của từng loại

a) Motor rotor lồng sóc

• Ưu điểm: kết cấu chắc, không có chi tiết mòn trên rotor; giá rẻ; hiệu suất và hệ số công suất tốt; chạy cực ổn với biến tần; có đủ dải từ vài chục W đến hàng MW.
• Nhược điểm: dòng khởi động trực tiếp lớn gây sụt áp lưới; muốn giảm phải dùng sao – tam giác, khởi động mềm hoặc biến tần; không chỉnh tốc độ được nếu không có biến tần.

b) Motor rotor dây quấn

• Ưu điểm: khởi động tải nặng với dòng nhỏ; momen khởi động chỉnh được; chịu khởi động – dừng liên tục tốt (motor YZR cho cầu trục); thích hợp lưới yếu không chịu nổi dòng khởi động lớn.
• Nhược điểm: đắt; phải bảo trì chổi than, vành trượt; chỉnh tốc độ bằng điện trở thì phần năng lượng tiêu hao thành nhiệt trên điện trở; tia lửa chổi than hạn chế ở môi trường dễ cháy.

6) Dòng điện, điện áp và cách khởi động

Ở cùng công suất và số cực, dòng định mức hai loại gần nhau. Motor 3 pha 380V 4 cực tham khảo: 2.2kW khoảng 5A, 7.5kW khoảng 15A, 15kW khoảng 30A, 37kW khoảng 70A, 75kW khoảng 140A. Motor dây quấn thường gặp từ vài kW trở lên vì loại nhỏ không kinh tế.

• Motor lồng sóc 380V: dưới khoảng 4kW thường khởi động trực tiếp; lớn hơn dùng sao – tam giác (dòng còn khoảng 1/3), khởi động mềm hoặc biến tần.
• Motor dây quấn: khởi động bằng tủ điện trở rotor nhiều cấp, cắt dần theo thời gian hoặc theo dòng; stator vẫn đóng thẳng lưới.
• Thay motor dây quấn cũ bằng motor lồng sóc + biến tần tải nặng đang là cách cải tạo phổ biến cho cầu trục, băng tải, máy trộn.

7) Ứng dụng của motor rotor lồng sóc và rotor dây quấn

a) Ứng dụng motor rotor lồng sóc

Motor rotor lồng sóc chạy máy bơm nước, máy bơm ly tâm, quạt hút, quạt thông gió, máy nén khí, băng tải, máy khuấy, máy trộn, máy công cụ, động cơ giảm tốc, motor phòng nổ cho kho xăng dầu, mỏ than; trong gia dụng là motor máy giặt, quạt, máy bơm 1 pha (cũng là rotor lồng sóc). Phần lớn motor điện 3 pha bán trên thị trường thuộc loại này.

b) Ứng dụng motor rotor dây quấn

Motor rotor dây quấn YZR, YZ cho cầu trục, cổng trục, tời nâng ở nhà máy thép, cảng; motor YR cho máy nghiền bi, máy nghiền đá, quạt lớn, bơm lớn khởi động trên lưới yếu; máy cán, máy ép, máy trộn bê tông trạm lớn; truyền động cần mở máy nặng và đóng cắt nhiều lần mỗi giờ.

8) Cách chọn giữa rotor lồng sóc và rotor dây quấn

• Tải bơm, quạt, băng tải thông thường, có điện lưới đủ mạnh: chọn lồng sóc, khởi động trực tiếp hoặc sao – tam giác.
• Cần chỉnh tốc độ: lồng sóc kèm biến tần là phương án gọn, hiệu suất cao.
• Tải quán tính rất lớn, lưới yếu, đóng cắt liên tục, sẵn hệ thống điện trở cũ: rotor dây quấn vẫn hợp lý, nhất là khi thay thế đồng bộ trong nhà máy đang dùng.
• Môi trường dễ cháy nổ: chọn motor lồng sóc phòng nổ ký hiệu YBX3.

9) Câu hỏi thường gặp về rotor dây quấn và rotor lồng sóc

a) Người sắp mua motor cần hỏi gì, xác minh gì

• Làm sao biết motor là rotor lồng sóc hay dây quấn? Motor dây quấn có thêm hộp đấu hoặc nắp che vành trượt ở đuôi, tem ghi thêm điện áp rotor hở mạch (V) và dòng rotor (A); hộp cực có 3 đầu rotor (K, L, M) ngoài 3 hoặc 6 đầu stator. Motor lồng sóc chỉ có đầu dây stator.
• Cần đọc gì trên tem motor dây quấn? Ngoài công suất, điện áp, dòng stator, tốc độ, phải có điện áp rotor và dòng rotor để chọn điện trở khởi động; chế độ làm việc (S1, S3 40%…) và cấp cách điện. Thiếu thông số rotor thì rất khó tính tủ điện trở.
• Nhận ra motor quấn lại hoặc thông số không đúng như quảng cáo thế nào? Đo dòng không tải: motor lồng sóc 4 cực thường khoảng 30–45% dòng định mức; lệch xa so với motor cùng loại là dấu hiệu quấn sai số vòng. Đo điện trở ba pha stator phải cân bằng, lệch không quá vài phần trăm.
• Thay motor dây quấn hỏng bằng motor lồng sóc được không? Được nếu có biến tần tải nặng hoặc khởi động mềm phù hợp và lưới chịu được. Cần so khung, chiều cao tâm trục, cốt, chân đế; motor lồng sóc cùng công suất thường ngắn hơn, phải làm lại bệ hoặc dùng tấm đệm.
• Giá hai loại chênh nhau thế nào? Theo giá trung bình thị trường Việt Nam, motor rotor dây quấn thường đắt hơn motor lồng sóc cùng công suất khá nhiều, chưa kể tủ điện trở và chổi than thay thế; motor lồng sóc phổ thông dễ mua, dễ thay thế hơn.

b) Người đã mua: lắp cho đúng, dùng cho bền

• Đấu điện motor dây quấn cần lưu ý gì? Stator đấu theo tem (sao hoặc tam giác) vào lưới 380V; ba đầu rotor nối tủ điện trở, cấp điện trở lớn nhất khi khởi động. Tuyệt đối không đóng điện stator khi mạch rotor đang hở.
• Chổi than và vành trượt bảo trì thế nào? Kiểm tra mỗi 1–3 tháng: chổi mòn còn khoảng 1/3 chiều dài thì thay, lực lò xo đều, vành trượt bóng màu nâu sẫm là tốt; vành bị rỗ, cháy xém thì đánh bóng hoặc tiện lại.
• Motor lồng sóc chạy với biến tần cần cài gì? Nhập thông số tem, chạy auto-tuning nếu dùng chế độ vector, cài thời gian tăng tốc theo tải. Chạy chậm dưới khoảng 25–30Hz lâu dài với tải nặng thì cần quạt làm mát cưỡng bức.
• Làm sao để motor lồng sóc ít nóng, tiết kiệm điện? Chọn công suất sát tải (motor chạy khoảng 75–100% tải có hiệu suất tốt), đảm bảo điện áp ba pha cân bằng, vệ sinh cánh tản nhiệt và quạt đuôi, dùng biến tần cho bơm, quạt.
• Thời gian khởi động bao lâu là bình thường? Motor lồng sóc khởi động trực tiếp bơm, quạt thường 1–5 giây; quạt lớn có thể 10–20 giây. Motor dây quấn theo số cấp điện trở, thường vài giây mỗi cấp. Khởi động kéo dài bất thường là dấu hiệu tải nặng, điện áp thấp hoặc rotor có vấn đề.

c) Các lỗi thường gặp và cách chỉnh sửa

• Rotor lồng sóc nứt thanh: motor kêu ù theo nhịp, dòng ampe kìm dao động lên xuống, momen yếu, khởi động khó. Cách sửa: kiểm tra bằng máy dò thanh nứt hoặc bằng phương pháp cấp điện áp thấp quay rotor đo dao động dòng; thanh nhôm đúc nứt thường phải thay rotor.
• Mạch rotor dây quấn hở một pha: motor chạy rất yếu, rung, nóng. Cách sửa: đo thông mạch rotor qua vành trượt, kiểm tra chổi than kẹt, dây nối tủ điện trở bị đứt.
• Quên cắt điện trở sau khởi động: motor dây quấn chạy chậm, điện trở đỏ nóng, tốn điện. Cách sửa: kiểm tra contactor ngắn mạch cấp cuối và bộ định thời.
• Khởi động trực tiếp motor lồng sóc lớn trên lưới yếu: đèn chớp, máy khác nhảy, motor khởi động không nổi. Cách sửa: chuyển sang sao – tam giác, khởi động mềm hoặc biến tần; kiểm tra tiết diện dây cấp.
• Chạy motor lồng sóc mất một pha: motor kêu to, nóng nhanh, cháy cuộn nếu relay nhiệt không tác động. Cách sửa: kiểm tra cầu chì, tiếp điểm contactor; lắp relay bảo vệ mất pha, cài relay nhiệt đúng dòng tem.

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

• Khái niệm cần nắm? Từ trường quay, tốc độ đồng bộ, hệ số trượt, sức điện động cảm ứng, đặc tính momen – tốc độ, momen khởi động và momen cực đại, dòng khởi động, mạch tương đương motor không đồng bộ, cấp cách điện F, cấp bảo vệ IP.
• Nên tìm hiểu thiết bị nào trước? Motor 3 pha rotor lồng sóc nhỏ 0.75–2.2kW trước: tháo ra xem rotor, đấu sao – tam giác, chạy trực tiếp. Sau đó tới khởi động sao – tam giác, biến tần, rồi mới tới motor rotor dây quấn và tủ điện trở, vì loại này cần hiểu đặc tính momen – điện trở rotor.
• Thứ tự học hợp lý? Cấu tạo → tem motor → đấu dây → khởi động trực tiếp và sao – tam giác → đo dòng, tốc độ, tính hệ số trượt → biến tần → motor dây quấn. Các bài nền tảng có trong mục kỹ thuật motor điện.
• Tự kiểm chứng bằng dụng cụ đo? Đo tốc độ motor bằng máy đo tốc độ quang học, tính hệ số trượt ở không tải và có tải; ampe kìm đo dòng khởi động (chế độ inrush) và dòng chạy; megomet đo cách điện stator, và với motor dây quấn đo cả cách điện rotor qua vành trượt.
• Hiểu sai hay gặp? Cho rằng rotor dây quấn có "dòng điện một chiều kích từ" như máy phát đồng bộ. Rotor dây quấn của motor không đồng bộ vẫn nhận dòng cảm ứng xoay chiều; chổi than chỉ để nối điện trở ngoài, không cấp điện một chiều.

Nội dung liên quan:

• Motor Cầu Trục Tời, Cấu Tạo, Tốc Độ, Ứng Dụng Và Cách Kiểm Tra Chất Lượng
• Động Cơ Không Đồng Bộ 3 Pha Roto Lồng Sóc: Nguyên Lý Làm Việc Và Sơ Đồ Khởi Động
• Motor Điện 3 Pha Xuất Khẩu Châu Âu, Cấu Tạo, Ký Hiệu, Tiêu Chuẩn Thiết Kế
• Động Cơ Parma, Thương Hiệu Bán Chạy Nhất Việt Nam, Quy Mô Tập Đoàn
• Biến Tần Điều Khiển Tốc Độ Motor 3 Pha, Lợi Ích, Khái Niệm
• Giá Motor 3 Pha Hitachi Toshiba Mitsu Nhật, ABB, Siemens Đức, Giá Quấn Lại Motor Toàn Quốc