Ngày nay máy điện [động cơ điện] xoay chiều ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến để sản xuất, để truyền tải…,cả máy phát và động cơ điện xoay chiều đều có cấu tạo đơn giản và công suất lớn, dễ vận hành… nhờ có nhiều tính năng ưu việt. Vậy ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều là gì ? Cùng DICO tìm hiểu để rõ hơn về động cơ điện một chiều nhé.
Xem thêm: Đông cơ điện một pha – motor điện một pha là gì ?
1. Phân loại động cơ điện một chiều
Có 4 loại động cơ điện một chiều thường được sử dụng nhiều :
- Cuộn dây kích từ được nối song song với phần ứng là các bộ phận của :Động cơ điện một chiều kích từ song song:
- Phần ứng và phần kích từ được đem đến từ hai nguồn riêng rẽ là bộ Động cơ điện một chiều kích từ độc lập
- Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: cấu tạo từ 2 cuộn dây kích từ, một cuộn nối song song với phần ứng và một cuộn nối tiếp với phần ứng.
- Cuộn dây kích từ được gắn nối tiếp với phần ứng là bộ phận của :Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp .
2. Ưu, nhược điểm của động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều giữ vị trí thứ 5 trong công nghiệp giao thông vận tải, và các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi lớn [vd: trong máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện…]. Tuy nhiên so với động cơ không đồng bộ để chế tạo động cơ điện một chiều cùng kích thước thì giá thành lớn hơn do sử dụng nhiều kim loại màu, bảo quản, chế tạo cổ góp phức tạp.Nhưng máy điện một chiều vẫn không thể thiếu trong nền sản xuất hiện đại nhờ các ưu điểm của nó.
Ưu điểm của động cơ điện một chiều là dùng làm động cơ điện hay máy phát điện trong nhiều điều kiện làm việc khác nhau. Nhưng ưu điểm lớn nhất của động cơ điện một chiều đó là điều chỉnh, thay đổi tốc độ và khả năng làm việc trong điều kiện quá tải. Động cơ điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác , mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao so với động cơ điện không đồng bộ.
Động cơ điện một chiều có nhược điểm chủ yếu là có hệ thống cổ góp- chổi than nên vận hành kém độ chính xác và không đảm bảo an toàn an toàn trong các môi trường rung chấn, dễ cháy nổ.
Động cơ một pha vòng chập có cấu tạo đơn giản, giá thành hạ, dễ sử dụng, nên được dùng nhiều trong các thiết bị điện sinh hoạt, chẳng hạn làm động cơ quạt. Cấu tạo của động cơ một pha vòng ngắn mạch vẽ trên hình -2.1 Stator gồm các cực từ quấn cuộn dây tập trung. Số cực tùy theo tốc độ động cơ quy định theo biểu thức đã biết. Trên mặt cực có sẻ rãnh lệch về một phía, và lồng vào đó một vòng ngắn mạch bằng đồng, ôm lấy một phần cực từ, Rôto cũng là loại lồng sóc.
2Nguyên lý làm việc
Xét một động cơ điện xoay chiều một pha đơn giản gồm stato, rôto lồng sóc và một cuộn dây stato đấu vào lưới điện xoay chiều một pha. Xét từ trường do dòng điện sinh ra trong cuộn dây tại các thời điểm t1, t2, t3 .
Tại thời điểm t1, giả sử B dương, A âm, dòng điện chạy qua cuộn dây Stato. Dùng quy tắc vặn nút chai xác định được chiều của từ trường tương ứng chạy trong Stato như sau:
Tại thời điểm t2, không có dòng điện chạy qua cuộn dây Stato nên từ trường
trong Stato bằng không.
Tại thời điểm t3, khi đó B âm, A dương dòng điện chạy qua cuộn dây Stato. Dùng quy tắc vặn nút chai xác định được chiều của từ trường tương ứng chạy trong Stato. Ở các chu kỳ tiếp theo kết quả tương tự.
+ Nhận xét:
Khi cho dòng điện xoay chiều một pha chạy vào dâyquấn Stato sẽ tạo ra từ trường. Độ lớn và chiều của từ trường này biến thiên theo quy luật của dòng điện xoay chiều nhưng phương của nó trong không gian không thay đổi [vẫn theo phương thẳng đứng].
Ta nói từ trường này không quay hay nói khác đi đây không phải là từ trường mà là từ trường đập mạch.
Nhưng nếu ta lấy tay mồi cho rô to quay thì nếu coi rô to đứng yên ta lại có từ trường đập mạch quay tương đối so với rô to và kết quả là rô to sẽ tiếp tục quay theo chiều ta đã “mồi”.
Tuy nhiên, vì không phải là từ trường quay, nên khi cấp điện vào dây quấn stato của động cơ xoay chiều một pha có cấu tạo như trên thì rôto sẽ không tự quay được.
Vì vậy chúng ta cần phải dùng các phần tử phụ để biến từ trường một pha thành từ trường quay.
Để biến từ trường một pha thành từ trường quay người ta sử một trong các
cách sau:
Dùng vòng ngắn mạch đặt vào một phần của cực từ chính.
Dùng cuộn mở máy [cuộn dây phụ]
Dùng cuộn mở máy đấu nối tiếp với tụ điện.
Cả ba cách trên đều dựa trên một nguyên tắc chung là tạo ra một từ trường
phụ lệch pha so với từ trường chính [từ trường chính là từ trường đập mạch như đã
nói trên].
Như vậy trong stato tồn tại đồng thời hai từ trường lệch pha nhau. Tổng hợp hai từ trường này người ta sẽ được từ trường quay.
Tuy nhiên ba cách mở máy trên sẽ cho các góc lệch pha giữa từ trường chính và phụ khác nhau và chỉ có cách thứ ba là mở máy tốt nhất vì góc lệch pha có thể đạt được 900.
17 thg 3 2021 14:16
Động cơ xoay chiều hiện nay được chia thành 2 loại chính, đó là động cơ điện đồng bộ và động cơ điện không đồng bộ. Một động cơ điện không đồng bộ còn có tên gọi phổ biến là động cơ cảm ứng. Cả hai loại động cơ này có nhiều điểm khác nhau. Để làm rõ sự khác biệt này, chúng ta hãy cùng so sánh động cơ điện đồng bộ và không đồng bộ trong bài viết dưới đây.
1. Khái niệm động cơ điện đồng bộ và không đồng bộ
Trước khi đi vào so sánh động cơ điện đồng bộ và không đồng bộ, chúng ta hãy cùng tìm hiểu sơ lược về khái niệm của 2 loại động cơ này. Cần chú ý, những thuật ngữ có tên gọi gần giống nhau, có liên quan đến công nghệ động cơ có thể dễ gây ra sự nhầm lẫn.
Vì đôi khi nhiều thuật ngữ chỉ có thể áp dụng ở các trường hợp rất cơ bản chứ không phải hàm chứa một điều gì đó khác biệt và đột phá. Và một trong những thuật ngữ cần lưu ý đó chính là “động cơ đồng bộ” và “động cơ không đồng bộ”.
Cái “lồng sóc” này bao gồm có nhiều thanh đồng hoặc thanh nhôm
Tất cả các động cơ hoạt động dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện từ ngày nay [induction motor – tạm gọi tắt là động cơ điện từ] đều được xem là động cơ không đồng bộ. Bản chất không đồng bộ của quá trình vận hành động cơ điện từ đến từ sự trượt giữa tốc độ quay của từ trường kết hợp với tốc độ quay chậm hơn của rotor. Còn tại sao lại có sự trượt này, cần xem lại 1 vấn đề chuyên sâu hơn ở kết cấu bên trong của động cơ.
Cái “lồng sóc” này bao gồm có nhiều thanh đồng hoặc thanh nhôm bố trí như hình ở trên. Chúng được nối với nhau bằng 2 vòng dẫn điện ở 2 đầu, làm cho các thanh ngắn mạch hoàn toàn với nhau. Còn phần lõi của rotor lại được làm bằng chất liệu thép.
Bạn có thể nhìn thấy các rãnh được chạy dọc theo bộ phận rotor. Các rãnh này thực ra cũng có lý do tồn tại của nó, đặc biệt là số lượng rãnh của rotor thường nhỏ hơn của stator. Hơn nữa, số lượng rãnh trên rotor cũng phải tránh không được là ước của stator, để tránh được tình trạng mắc kẹt từ trường [còn gọi là magnetic interlock] trong khi khởi động động cơ.
Bên cạnh động cơ roto lồng sóc, chúng ta cũng có thể thấy có rất nhiều loại động cơ sử dụng các cuộn dây. Lợi thế của kiểu cấu tạo này chính là có thể giảm tốc khởi động của động cơ nhờ vào các điện trở được đấu nối tiếp vào trong mỗi cuộn dây.
Các cuộn dây sản sinh ra dòng điện do hoạt động theo kiểu bố trí vòng trượt. Khi động cơ đã đạt được tốc độ mong muốn, thì nó sẽ chuyển qua một vòng ngắn mạch, và khi đó, động cơ lại vận hành tương tự như một động cơ lồng sóc.
2. So sánh động cơ điện đồng bộ và không đồng bộ
a] Khác nhau về cấu tạo
Những động cơ dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện từ đều được gọi là động cơ không đồng bộ. Sự trượt giữa tốc độ quay của từ trường và tốc độ quay chậm hơn của rotor là bản chất không đồng bộ của việc vận hành động cơ điện tử.
Động cơ không đồng bộ có một thành phần quay [rotor] được mô phỏng như kiểu lồng sóc.
Cái lồng sóc này gồm nhiều thanh nhôm hoặc thanh đồng nối với nhau bằng 2 vòng dẫn điện ở 2 đầu làm các thanh gắn mạch hoàn toàn với nhau. Phần lõi của rotor được làm bằng thép.
Ngoài động cơ không đồng bộ có sử dụng lồng sắt thì còn có nhiều loại sử dụng cuộn dây nhằm giảm bớt dòng khởi động của động cơ nhờ vào các điện trở được đấu nối tiếp vào mỗi cuộn dây.
Phần Stator của động cơ là phần đứng yên trong động cơ được nối với nguồn điện xoay chiều AC để tạo ra dòng điện chạy bên trong nó.
Động cơ không đồng bộ
Động cơ đồng bộ: Đây là cấu trúc động cơ đặc biệt mà trong đó rotor quay cùng tốc độ với từ trường của Stator. Có 2 loại động cơ đồng bộ như sau:
- Kích từ độc lập: Hoạt động theo nguyên tắc tương tự giống như động cơ từ. Đây là động cơ có được từ trở thay đổi, bao gồm rotor làm bằng thép có các răng, thuộc kiểu cực lồi. Để chuyển rotor chạy sang vị trí kế tiếp, mạch điều khiển sẽ phải tuần tự chuyển đổi công suất sang cho các cuộn dây 1 cách tuyến tính, quá trình này cũng tương tự như ở động cơ bước.
- Kích từ trực tiếp: Được dùng với nam châm vĩnh cửu. Thiết kế này sẽ sử dụng 1 rotor có chứa một số nam châm vĩnh cửu và chúng có thể được lắp đặt ở trên bề mặt hoặc ráp vào phía trong.
b] Khác nhau về động cơ
Động cơ đồng bộ: Stato có các khe dọc theo phần trục, bao gồm các khe của cuộn dây stato được làm theo một số cực cụ thể. Nói chung, 1 rotor cực mạnh thường được gắn trên đó 1 cuộn dây rôto. Cuộn dây roto sẽ cung cấp cho nguồn cung cấp DC nhờ vào sự trợ giúp của vòng trượt. Ngoài ra, bạn cũng có thể sử dụng một cánh quạt cùng với nam châm vĩnh cửu là đủ.
Động cơ không đồng bộ: Cuộn dây stato bên trong cũng tương tự như động cơ đồng bộ. Đó là dấu hiệu cho một số cực cụ thể của một rôto lồng sóc hoặc một rôto dây quấn có thể được sử dụng. Trong rôto lồng sóc, các thanh rôto cũng được ngắn mạch vĩnh viễn cùng với các vòng cuối. Trong rôto dây quấn, cuộn dây cũng bị ngắn mạch vĩnh viễn, do đó lúc này sẽ không cần vòng trượt.
Động cơ không đồng bộ có nhiều điểm đặc biệt
c] So sánh hiệu suất làm việc
Động cơ đồng bộ: Các cực của stato chuyển động quay với tốc độ đồng bộ [Ns] khi đã được cung cấp điện bởi nguồn cung cấp 3 pha. Các cánh quạt cũng được cung cấp với một nguồn điện DC. Roto cần được quay cùng với tốc độ gần với tốc độ đồng bộ của động cơ trong quá trình khởi động.
Nếu được vận hành như vậy, các cực của roto cũng được ghép từ tính với các cực của bộ phận stato quay. Khi đó, roto bắt đầu quay để đạt được tốc độ của động cơ đồng bộ. Động cơ đồng bộ thì sẽ luôn chạy ở tốc độ bằng với tốc độ đồng bộ của nó. Tức là tốc độ thực tế sẽ = tốc độ đồng bộ hoặc số vòng dây N = Ns = 120f / P.
Động cơ không đồng bộ [động cơ cảm ứng]: Khi stato được cung cấp điện bởi nguồn cung cấp AC 2 pha hoặc 3 pha, từ trường quay [ký hiệu RMF] cũng được tạo ra. Tốc độ tương đối giữa từ trường quay của stato và phần rôto sẽ gây ra dòng điện cảm ứng bên trong các dây dẫn của rôto. Dòng điện rôto lúc này sẽ làm tăng thông cho lượng rôto.
Theo định luật Lenz, lúc này hướng của dòng điện cảm ứng chính là xu hướng chống lại nguyên nhân sản xuất ra nó, tức là tốc độ tương đối của từ trường quay RMF giữa stato và roto. Do đó, roto sẽ cố gắng để bắt kịp với RMF và giảm thiểu được tốc độ tương đối. Động cơ cảm ứng cũng sẽ luôn chạy ở tốc độ nhỏ hơn so với tốc độ đồng bộ, tức là: N