Nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ 3 pha

Máy điện không đồng bộ 3 pha khá đơn giản về mặt kết cấu, làm việc chắc chắn, sử dụng và bảo quản thuận tiên. Bên cạnh đó, giá thành của máy điện loại này cũng rẻ hơn nhiều so với những loại khác. Vậy Nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ 3 pha như thế nào? Hãy cùng Toploigiai tìm hiểu qua bài viết dưới đây!

Cấu tạo của máy điện không đồng bộ 3 pha

- Cấu tạo máy điện không đồng bộ 3 pha khá đơn giản về mặt kết cấu, làm việc chắc chắn, sử dụng và bảo quản thuận tiên. Bên cạnh đó, giá thành của máy điện loại này cũng rẻ hơn nhiều so với những loại khác nên được ứng dụng rất nhiều trên thược tế, đặc biệt là loại máy phát điện không đồng bộ 3 pha công suất dưới 100kW. 

- Khái quát chung về cấu tạo, động cơ máy điện không đồng bộ 3 pha gồm có:

+ Phần tĩnh (STATOR): Gồm khung, sắt từ và dây quấn;

Lõi thép Stator gồm nhiều lá thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau tạo thành khối. Dây quấn được đặt vào rãnh của lõi sắt và cách điện đóng vai trò quan trọng trong việc trực tiếp tham gia vào quá trình biến đổi năng lượng điện  năng thành cơ năng và ngược lại.

+ Phần quay (ROTOR): Gồm Rotor, trục và bạc đạn.

Lõi sắt của Rotor bao gồm các lá thép kỹ thuật điện như của Stator, điểm khác biệt là giữa các lá thép không cách điện. Chúng được ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá Rotor của máy. Mặt ngoài lõi thép được dập rãnh để hấp thụ từ và ở giữa có dập lỗ để lắp trục.

Trục mang Rotor quay trong lòng Stator có thể được cấu tạo từ thép cacbon từ 5 đến 45, trên trục có lõi thép, bạc đạn và quạt gió.

+ Vỏ máy điện không đồng bộ 3 pha là nơi cố định lõi sắt, dây quấn cũng như là nơi ghép nối nắp hay gối đỡ trục. Vỏ máy làm bằng gang, nhôm hoặc thép tùy thuộc vào loại máy với phương pháp chế tạo từ đúc hàn hoặc rèn. Có hai kiểu vỏ máy là vỏ máy có gân tản nhiệt trên bề mặt và vỏ máy có bề mặt ngoài nhẵn.

- Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha

- Tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha tính theo công thức:
 

- Nhìn vào biểu thức ta thấy:

+ Với động cơ điện KĐB lồng sốc có thể điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số dòng điện stato bằng cách đổi nối dây quấn stato để thay đổi số đôi cực từ p của từ trường, hoặc thay đổi điện áp đặt vào stato để thay đổi hệ số trượt s. Tất cả các phương pháp trên được thực hiện ở phía stato.

+ Với động cơ roto dây quấn thường được điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở roto để thay đổi hệ số trượt s, việc điều chỉnh thực hiện ở phía roto.

Nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ 3 pha 

- Khi có dòng điện ba pha chạy trong dây quấn stato thì trong khe hở không khí suất hiện từ trường quay với tốc độ n₁ = 60f₁/p (f₁ là tần số lưới điện ; p là số cặp cực ; tốc độ từ trường quay ) .Từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch nên trong dây quấn rotor có dòng điện I₂ chạy qua . Từ thông do dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của stator tạo thành từ thông tổng ở khe hở . Dòng điện trong dây quấn rotor tác dụng với từ thông khe hở sinh ra moment . Tác dụng đó có quan hệ mật thiết với tốc độ quay n của rotor . Trong những phạm vi tồc độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũng khác nhau . Sau đây ta sẽ nghiên cứu tác dụng của chúng trong ba phạm vi tốc độ .

Hệ số trượt s của máy : 

s = (n₁-n)/n₁ = (Ω₁-Ω)/ Ω₁

Như vậy khi n = n₁ thì s = 0 , còn khi n = 0 thì s = 1 ; khi n > n₁ ,s < 0 và rotor quay ngược chiều từ trường quay n < 0 thì s > 1 .

* Rotor quay cùng chiều từ trường nhưng tốc độ n < n₁ ( 0 < s < 1)

- Giả thuyết về chiều quay n₁ của từ trường khe hở Φ và của rotor n như hình a .Theo quy tắc bàn tay phải , xác định được chiều sức điện động E₂ và I₂ ; theo quy tắc bàn tay trái ,xác định được lực F và moment M . Ta thấy F cùng chiều quay của rotor , nghĩa là điện năng đưa tới stator , thông qua từ trường đã biến đổi  thành cơ năng trên trục quay rotor theo chiều từ trường quay n₁ , như vậy động cơ làm việc ở chế độ động cơ điện .

* Rotor quay cùng chiều nhưng tốc độ n > n₁ (s < 0) .

- Dùng động cơ sơ cấp quay rotor của máy điện không đồng bộ vượt tốc độ đồng bộ n > n₁. Lúc đó chiều từ trường quay quét qua dây quấn rotor sẽ ngược lại , sức điện động và dòng điện trong dây quấn rotor cũng đổi chiều nên chiều nên chiều của M cũng ngược chiều n₁ ,nghĩa là ngược chiều với rotor , nên đó là moment hãm (hình b).Như vậy máy đã biến cơ năng tác dụng lên trục động cơ điện ,do động cơ sơ cấp kéo thành điện năng cung cấp cho luới điện ,nghĩa là động cơ làm việc ở chế độ máy phát .

* Rotor quay ngược chiều từ trường n < 0 (s > 1)

- Vì nguyên nhân nào đó mà rotor của máy điện quay ngược chiều từ trường quay hình c, lúc này chiều của sức điện động và moment giống như ở chế độ động cơ .Vì moment sinh ra ngược chiều quay với rotor nên có tác dụng hãm rotor lại . Trường hợp này máy vừa lấy điện năng ở lưới điện vào , vừa lấy cơ năng từ động cơ sơ cấp .Chế độ làm việc này gọi là chế độ hãm điện từ .

Ứng dụng của máy điện không đồng bộ 3 pha

- Máy phát điện KĐB 3 pha thường ít được sử dụng ở trong đời sống hằng ngày. Nguyên nhân chủ yếu là do đặc tính làm việc của máy điện này không tốt. Hiện nay, máy phát điện đang được ứng dụng rộng rãi nhất và đem lại hiệu suất làm việc cao nhất chính là động cơ máy phát điện xoay chiều.

- Nếu như máy phát điện KĐB không được “săn đón” nhiệt tình thì động cơ KĐB lại được ứng dụng vô cùng rộng rãi. Bộ phận này được ưa chuộng vì chế tạo đơn giản, giá thành sản phẩm rẻ, cách vận hành, bảo trì đơn giản mà hiệu suất làm việc lại cao. Cũng chính vì những sự tiện lợi, tính năng tuyệt vời đó mà động cơ KĐB 3 pha đem lại độ tin cậy cao nhất cho người sử dụng hiện nay.

- Bên cạnh đó, động cơ KĐB đáp ứng được tối đa các yêu cầu về điều chỉnh tốc độ. Do dãy công suất của chúng được dàn trải khá rộng, khoảng cách từ vài W đến hàng nghìn KW nên hiện nay trên thị trường người ta sử dụng hầu hết là động cơ 3 pha, chỉ có một số dòng máy 1 pha là có công suất động cơ nhỏ.