Động cơ điện không đồng bộ là gì?

Động cơ điện không đồng bộ hay động cơ không đồng bộ là một loại động cơ điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng công nghiệp và gia dụng. Được gọi là "không đồng bộ" vì tốc độ quay của nó không đồng bộ với tần số nguồn cấp điện xoay chiều.

Động cơ điện không đồng bộ 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.

Cấu tạo động cơ điện không đồng bộ

Động cơ điện không đồng bộ được chia thành hai phần chính: phần stator và phần rotor. Phần stator là phần không động của động cơ và chứa cuộn dây. Phần rotor là phần quay và chứa cực nam châm.

Stator (hay còn gọi là phần tĩnh)

Stato được cấu tạo từ 2 bộ phận chính là lõi thép và dây quấn. Ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy được làm bằng gang.

- Phần lõi thép stato có dạng hình trụ với các lá thép kỹ thuật điện có dập rãnh bên trong, sau đó ghép lại tạo thành các rãnh theo hướng trục. Phần lõi thép này được ép vào phía bên trong vỏ máy.

- Bộ phận dây quấn stato có thể là dây thép hoặc nhôm, nhưng vì để giảm thiểu thiệt hại trong động cơ mà hiện nay, hầu hết các nhà sản xuất thường sử dụng dây đồng có bọc cách điện và được đặt trong các rãnh của lõi thép. Khi dòng điện xoay chiều ba pha chạy trong dây quấn ba pha của stato, từ trường quay sẽ được tạo ra.

Rotor (còn gọi là phần quay)

Rotor gồm có lõi thép, dây quấn và trục máy.

- Lõi thép gồm các lá thép kỹ thuật điện được lấy từ phần bên trong của lõi thép stato ghép lại và có mặt ngoài được dập rãnh để đặt dây quấn. Ở giữa lõi thép có dập lỗ để lắp trục.

- Trục máy của máy điện không đồng bộ được làm bằng thép và có gắn lõi thép rotor.

Có 2 loại Rotor:

     Rotor lồng sóc

    Rotor lồng sóc gồm lõi thép được ghép bởi các lá ghép kỹ thuật điện và thanh dẫn là các thanh đồng hoặc nhôm cách đều nhau được đặt dọc trục ngoại vi, bị chập vĩnh viễn ở hai đầu bởi hai vành ngắn mạch. Đối với động cơ nhỏ, rotor được đúc nguyên khối với thanh dẫn, vành ngắn mạch, cánh tản nhiệt và cánh quạt làm mát.

Rotor lồng sóc quay với tốc độ nhỏ hơn từ trường quay của stato hoặc tốc độ đồng bộ và cung cấp cảm ứng cần thiết của dòng rotor cho momen xoắn động cơ, tỷ lệ với độ trượt. Các momen xoắn tạo ra lực chuyển động thông qua các cánh quạt đến tải và với những động cơ có công suất trên 100kW, thanh dẫn làm bằng đồng được đặt vào các rãnh rotor, gắn chặt vào vành ngắn mạch.

   Rotor dây quấn

Rotor dây quấn là một nam châm lớn với các cực được chế tạo từ cán thép chiếu ra khỏi lõi rotor và được quấn dây giống như dây quấn 3 pha stato với cùng số cực từ như dây quấn stato. Các cực sẽ được cung cấp dòng điện trực tiếp hoặc từ hóa bằng nam châm vĩnh cửu.

Dây quấn kiểu này luôn được đấu sao (Y) và có ba đầu ra đấu với ba vành trượt, gắn vào trục quay của rotor và được cách điện với trục. Ba chổi than cố định luôn tỳ trên vành trượt để dẫn điện vào một biến trở cũng nối sao nằm bên ngoài động cơ để khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ.

Dòng điện một chiều DC từ một bộ kích bên ngoài hoặc từ một cầu diode được gắn trên trục rotor sẽ tạo ra một từ trường và cung cấp năng lượng cho cuộn dây của trường quay, đồng thời, dòng điện xoay chiều cung cấp năng lượng cho cuộn dây phần ứng.

Rotor dây quấn hoạt động với tốc độ không đổi và có dòng khởi động thấp hơn, đồng thời, hiệu suất chạy của động cơ được cải thiện khi động cơ tăng tốc bởi sức cản bên ngoài giảm xuống.

Nguyên lý hoạt động của động cơ điện không đồng bộ

Nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ là dựa trên sự tương tác giữa trường từ tạo ra từ phần stator và cực nam châm trên phần rotor để tạo ra lực xoay và quay động cơ.

Khi nguồn điện xoay chiều được cấp vào phần stator, các cuộn dây xoắn quanh lõi sắt của phần stator sẽ tạo ra một trường từ xoay chiều. Trường từ này sẽ tương tác với cực nam châm trên phần rotor, gây ra sự chuyển động của các cực nam châm và tạo ra lực xoay để quay phần rotor. Do đó, phần rotor quay theo tốc độ gần bằng tốc độ quay của trường từ tạo ra từ phần stator.

Tuy nhiên, do sự trễ giữa trường từ tạo ra từ phần stator và cực nam châm trên phần rotor, động cơ không đồng bộ sẽ không quay đều và có thể bị rung hoặc gây ra tiếng ồn. Vì vậy, động cơ không đồng bộ cần được điều khiển bằng các phương pháp điều khiển tần số hoặc điều khiển vector để đảm bảo quay đều và ổn định.