Động Cơ Không Đồng Bộ

Động cơ cảm ứng là một thiết bị nổi tiếng hoạt động theo nguyên lý máy biến áp. Vì vậy, nó còn được gọi là máy biến áp quay.

Mạch tương đương của động cơ cảm ứng cho phép ta đánh giá được các đặc tính hiệu suất trong điều kiện trạng thái ổn định. Một động cơ cảm ứng hoạt dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện ápdòng điện. Điện ápdòng điện được cảm ứng trong mạch Rotor từ hoạt động của mạch Stator.

Mạch tương đương của động cơ cảm ứng tương tự như của máy biến áp.

Hình 1. Mạch tương đương của động cơ cảm ứng khi Rotor đang quay.

Mạch tương đương khi động cơ đang quay thỏa phương trình cân bằng áp:

Hình 2. Mạch tương đương của động cơ cảm ứng khi Rotor đứng yên.

Hình 2 trình bày mạch tương đương của động cơ khi Rotor đứng yên. Tại trạng thái này tần số phía Rotor và Stator bằng nhau. Trong thực tế trạng thái này xảy ra tại thời điểm động cơ khởi động hay khi Rotor mang tải có momen tải quá lớn so với momen ra trên trục động cơ làm rotor bị ghìm đứng yên không quay.

Muốn qui đổi mạch Rotor về phía Stator để đơn giản đi tác động của từ trường quay lên Rotor tương tự như mạch qui đổi đã thực hiện cho máy biến áp, ta cần thực hiện 2 lượt qui đổi:

  • Qui đổi mạch rotor từ tần số f2 sang tần số f1, (nói cách khác là qui đổi các thông số mạch Rotor lúc đang quay thành các thông số khác tương đương như lúc Rotor đứng yên).
  • Khi đã qui đổi mạch Rotor sang tần số f1, chúng ta qui đổi Rotor về Stator.

1. Mô hình mạch Stator

Mô hình mạch stator của động cơ cảm ứng bao gồm điện trở cuộn dây Stator R1, cuộn kháng Stator X1 như trong sơ đồ mạch sau:

Hình 3. Mô hình mạch Stator.

Trong đó, dòng điện không tải được tính bằng:

Tổng dòng điện từ hóa I0 trong động cơ cảm ứng lớn hơn nhiều so với máy biến áp. Điều này là do sự cưỡng bức cao hơn gây ra bởi khe hở không khí của động cơ cảm ứng.

Như chúng ta đã biết, trong máy biến áp, dòng không tải thay đổi từ 2% đến 5% dòng định mức, trong khi đó trong động cơ cảm ứng, khoảng thay đổi này là từ 25% đến 40% dòng định mức tùy thuộc vào kích thước của động cơ.

2. Mô hình mạch Rotor

Hình 4. Mô hình mạch Rotor.

Khi cấp nguồn ba pha cho cuộn dây Stato, điện áp được tạo ra trong cuộn dây Rotor của máy. Chuyển động tương đối của Rotor và từ trường của Stator càng lớn thì điện áp Rotor sẽ càng lớn.

Chuyển động tương đối lớn nhất xảy ra khi Rotor bị khóa (khoá Rotor). Nếu điện áp cảm ứng ở điều kiện này là E2 thì điện áp cảm ứng tại bất kỳ độ trượt nào được đưa ra theo phương trình: E2s = s.E2.

Tương tự như thế, ta được: X2s = s.X2.

Điện trở của rôto không đổi và không phụ thuộc vào độ trượt. Cảm kháng của động cơ cảm ứng phụ thuộc vào độ tự cảm của Rotor, tần số của điện ápdòng điện trong Rotor.

3. Qui đổi mạch rotor từ tần số f2 sang tần số f1

Phương trình cân bằng áp phía rotor lúc đang quay ứng với tần số f2:

Mà E2s = s.E2 và X2s = s.X2, nên ta suy ra:

Hình 5. Mạch tương đương lúc rotor quay và tần số Rotor qui về f1.

4. Qui đổi mạch Rotor về Stator

Sau khi qui đổi mạch Rotor từ tần số f2 sang tần số f1, muốn qui đổi mạch Rotor về phía Stator, ta căn cứ vào các biểu thức sức điện động hiệu dụng của mỗi pha dây quấn phía stator và rotor suy ra tỉ số biến đổi Kbd như sau:

Ta có một số mối quan hệ:

Ta suy ra các phương trình:

Hình 6. Mạch tương đương chính xác qui đổi rotor vế stator.

Động cơ không đồng bộ 3 pha là loại máy điện xoay chiều, biến điện năng thành cơ năng và hoạt động dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện từ có tốc độ quay của Rotor nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường.

Máy điện không đồng bộ có nhiều loại, được chia theo nhiều cách khác nhau, sau đây là một số loại cơ bản:

  • Theo kết cấu của vỏ: máy điện không đồng bộ có thể chia theo các kiểu chính sau: kiểu kín, kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu chống nổ…
  • Theo kết cấu Rotor: Rotor kiểu lồng sóc và Rotor kiểu dây quấn.
  • Theo số pha trên dây quấn Sator: 1 pha, 2 pha, 3 pha.

Để hiểu rõ hơn về loại động cơ không đồng bộ 3 pha này, chúng ta sẽ cùng đi tìm hiểu cấu tạo của nó như thế nào qua bài viết này nhé!

Hình 1. Cấu tạo chung của động cơ không đồng bộ 3 pha.

Động cơ không đồng bộ 3 pha được khái quát như hình 1, có hai phần chính để động cơ hoạt động, đó là:

1. Stator (Đứng yên)

Bên trong khung Stator bao gồm lõi thép, dây quấn Stator (cuộn dây Stator) và vỏ máy.

Hình 2. Cấu tạo chung của Stator.

Hình 3. Sơ đồ mặt cắt của stator.

1.1.  Lõi thép

Hình 4. Hình chiếu mặt cắt của lõi thép trong Stator.

  • Được ép trong vỏ máy làm nhiệm vụ dẫn từ.
  • Lõi thép stator hình trụ do các lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh bên trong ghép lại với nhau tạo thành các rãnh.
  • Mỗi lá thép kỹ thuật đều được phủ sơn cách điện để giảm hao tổn do dòng xoáy gây nên.
  • Phía trong có xẻ rãnh để đặt dây quấn.

1.2.  Dây quấn

Hình 5. Sơ đồ khai triển dây quấn ba pha đặt trong 12 rãnh.

– Dây quấn stator làm bằng dây đồng, bọc cách điện, đặt trong các rãnh của lõi thép.

– Sơ đồ khai triển dây quấn ba pha đặt trong 12 rãnh:

  • Dây quấn pha A trong các rãnh 1, 4, 7, 10.
  • Dây quấn pha B trong các rãnh 3, 6, 9, 12.
  • Dây quấn pha C trong các rãnh 5, 8, 11, 2.
  • Dòng xoay chiều ba pha chạy trong ba pha dây quấn stator sẽ tạo ra từ trường quay.

1.3.  Vỏ máy

  • Giữ chặt lõi thép và cố định máy trên bệ.
  • Được làm bằng nhôm hoặc gang.
  • Hai đầu có nắp máy, trong nắp có ổ đỡ trục.
  • Vỏ và nắp máy còn dùng để bảo vệ máy.

2. Rotor (Quay)

Rotor cũng bao gồm lõi thép và dây quấn.

Hình 6. Cấu tạo của rotor.

Hình 7. Sơ đồ mặt cắt rotor.

2.1.  Lõi thép

Hình 8. Hình chiếu mặt cắt của lõi thép rotor.

  • Gồm các lá thép kỹ thuật điện giống stator, các lá thép này lấy từ phần ruột bên trong khi dập lá thép stator.
  • Mặt ngoài có xẻ rãnh đặt dây quấn rotor, ở giữa có lỗ để gắn với trục máy.
  • Trục máy được gắn với lõi thép rotor và làm bằng thép tốt.

2.2.  Dây quấn

Dây quấn được đặt trong lõi thép rôto, và phân làm 2 loại chính: loại rotor kiểu lồng sóc và loại rotor kiểu dây quấn.

Hình 9. Hình minh hoạ cho dây quấn bên trong rotor.

– Rotor dây quấn:

Hình 10. Rotor dây quấn và sơ đồ mạch điện của rotor dây quấn.

  • Giống dây quấn stator.
  • Dây quấn ba pha của rotor đấu sao, ba đầu còn lại được nối với ba vành trượt làm bằng đồng gắn ở một đầu trục, cách điện với nhau và với trục.
  • Thông qua chổi than và vành trượt, có thể nối dây quấn rotor với điện trở phụ bên ngoài. Khi làm việc bình thường, dây quấn rotor được nối ngắn mạch.

– Rotor lồng sóc:

Hình 11. Rotor lồng sóc và rotor lồng sóc rãnh chéo.

  • Rotor lồng sóc của các máy công suất lớn hơn 100 kW là các thanh đồng đặt trong rãnh của lõi thép, hai đầu nối ngắn mạch bằng hai vòng đồng tạo thành lồng sóc.
  • Đối với động cơ công suất nhỏ, lồng sóc được chế tạo bằng cách đúc nhôm vào các rãnh lõi thép rotor, tạo thành thanh nhôm, hai đầu đúc vòng ngắn mạch và cánh làm mát.