Buzz
1. Khái niệm về Động cơ không đồng bộ ba pha
Động cơ không đồng bộ ba pha
Giả sử có một nam châm chữ U quay quanh trục thẳng đứng Δ. Các véc tơ cảm ứng từ B cũng quay xung quanh trục Δ, luôn vuông góc với Δ, tạo ra một từ trường quay. Một khung dây dẫn cứng MNPQ đặt trong từ trường quay này có thể quay tự do quanh trục Δ. Khi khung MNPQ nằm sao cho B vuông góc với mặt phẳng khung, véc tơ pháp tuyến dương n của MNPQ hướng cùng chiều với B, góc α=(n, B) =0, và từ thông qua khung Φ=BS (>0).
Khi từ trường quay, góc α=(n, B) không còn bằng 0, từ thông qua khung Φ giảm đi vì Φ=BScosα. Điều này gây ra dòng điện cảm ứng i trong khung, và khi khung có dòng điện i trong từ trường, từ trường tác dụng một ngẫu lực làm khung quay. Theo định luật Len xơ, dòng điện cảm ứng i sẽ quay theo chiều của từ trường để chống lại sự thay đổi của từ thông.
Khung sẽ quay với tốc độ ngày càng nhanh để theo kịp từ trường. Tuy nhiên, khi tốc độ góc của khung tăng lên, tốc độ thay đổi từ thông qua khung giảm, dẫn đến giảm cường độ dòng điện cảm ứng i và momen ngẫu lực từ. Cuối cùng, khi momen ngẫu lực từ cân bằng với momen ngẫu lực cản và ma sát, khung sẽ quay với tốc độ đều, nhỏ hơn tốc độ góc của từ trường quay.
Kết luận: Khung dây dẫn trong từ trường quay sẽ quay theo từ trường đó nhưng với tốc độ góc thấp hơn.
Các động cơ hoạt động theo nguyên lý này được gọi là động cơ không đồng bộ.
Động cơ không đồng bộ ba pha
Khái niệm về động cơ không đồng bộ ba pha:
- Động cơ không đồng bộ ba pha là loại động cơ mà tốc độ quay của roto luôn chậm hơn tốc độ quay của từ trường.
Cấu tạo của động cơ không đồng bộ ba pha:
Động cơ không đồng bộ ba pha bao gồm hai thành phần chính để hoạt động hiệu quả:
- Stato (phần tĩnh): Bao gồm cuộn dây đồng quấn quanh khung, được lắp ráp bằng các lá thép kỹ thuật điện. Khi có dòng điện đi qua, điện năng chuyển hóa thành hệ thống từ trường có hướng, tạo thành mạch từ khép kín.
Rôto của động cơ không đồng bộ ba pha có hai loại chính: rôto lồng sóc và rôto dây quấn. Trong thực tế, rôto lồng sóc được ưa chuộng hơn vì dễ chế tạo và lắp đặt, chi phí thấp. Nó bao gồm các thanh đồng đúc xuyên qua các rãnh của rôto, nối tắt ở hai đầu, kèm theo cánh tản nhiệt và quạt làm mát.
Nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ ba pha
Dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ và sự tác động của từ trường quay.
Khung dây dẫn trong từ trường quay sẽ quay theo hướng của từ trường nhưng với tốc độ thấp hơn (đặc điểm của động cơ không đồng bộ).
Tạo từ trường quay bằng cách cung cấp dòng điện xoay chiều ba pha vào stato, gồm ba cuộn dây giống nhau, đặt cách nhau 120 độ trên một giá tròn. Từ trường quay sinh ra trong không gian giữa các cuộn dây có tần số góc bằng tần số góc của dòng điện xoay chiều.
Trong từ trường quay, đặt một rôto lồng sóc có khả năng quay xung quanh trục trùng với trục quay của từ trường.
Rôto lồng sóc quay với tốc độ chậm hơn so với từ trường quay. Chuyển động quay của rôto được dùng để làm quay các thiết bị khác.
Cấu tạo của động cơ cảm ứng ba pha
Động cơ cảm ứng ba pha hoạt động nhờ nguồn điện xoay chiều ba pha, được gọi là động cơ không đồng bộ ba pha. Loại động cơ này thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp, không phù hợp với các ứng dụng gia đình.
Để nắm rõ nguyên lý hoạt động của động cơ cảm ứng ba pha, ta cần tìm hiểu cấu tạo của nó.
Động cơ ba pha gồm stato và rôto, không có kết nối điện giữa hai phần này. Cả stato và rôto đều được chế tạo từ vật liệu từ tính cao nhằm giảm tổn thất điện năng và độ trễ.
Khung stato được làm từ gang, nhôm hoặc thép cuộn, bảo vệ cơ học và hỗ trợ các lõi stato nhiều lớp cùng cuộn dây. Stato quấn các cuộn dây ba pha với sự dịch chuyển pha 120 độ, được lắp vào các rãnh và kết nối với hộp điện để đấu nguồn ba pha.
Các cuộn dây được làm từ dây đồng cách điện bằng vecni, lắp vào các lớp rãnh cách điện. Chúng có điện trở cách điện cao và khả năng chống lại không khí mặn, độ ẩm, kiềm, dầu và mỡ. Cuộn dây được kết nối theo kiểu sao hoặc tam giác.
Ứng dụng của động cơ không đồng bộ ba pha
Động cơ không đồng bộ ba pha được sử dụng trong các ngành công nghiệp từ quy mô nhỏ đến lớn trong các hệ thống sản xuất như:
- Điều khiển thang máy
- Vận hành các cẩu trục và cần cẩu
- Được sử dụng làm động cơ chính cho máy mài, máy tiện và máy cắt
- Nhà máy chế biến dầu
- Hệ thống cánh tay robot
- Hệ thống băng chuyền
- Ứng dụng trong các hệ thống máy nghiền công suất lớn
2. Ví dụ bài tập
Bài 1: Chọn câu đúng: Động cơ không đồng bộ ba pha là loại động cơ:
A. Có thể hoạt động với các dòng điện có pha khác nhau.
B. Được chế tạo từ ba cuộn dây không đồng bộ.
C. Rôto quay không đồng bộ với từ trường quay của stato.
D. Có cấu trúc stato và rôto khác với động cơ đồng bộ.
Giải đáp: Đáp án đúng là C.
Bài 2: Một động cơ điện xoay chiều có công suất tiêu thụ là 440W, hệ số công suất 0,8, và điện áp hiệu dụng 220V. Tính cường độ dòng điện hiệu dụng qua động cơ.
3. Bài tập luyện tập số 18 Vật lý 12
Đây là bài tập quan trọng về động cơ điện xoay chiều và là bài cuối cùng trong chương Dòng điện xoay chiều. Sau khi hoàn thành bài học này, các bạn cần nắm vững kiến thức cơ bản.
- Nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ
- Cấu trúc và cơ chế vận hành của động cơ không đồng bộ ba pha.
- Làm quen với các dạng bài tập về động cơ điện xoay chiều từ cơ bản đến nâng cao…
Bài kiểm tra trắc nghiệm
Các bạn có thể tổng hợp lại kiến thức qua bài kiểm tra trắc nghiệm Vật lý 12 Bài 18, với đáp án và giải thích chi tiết.
Câu 1: Chọn câu trả lời ĐÚNG từ các lựa chọn dưới đây:
A. Máy phát điện 3 pha bao gồm 3 phần: phần cảm với 3 cuộn dây giống nhau (hoặc 3 cặp cuộn dây) được đặt lệch nhau 1200 trên lõi sắt (stato) và phần ứng với một hoặc nhiều cặp cực từ quay tròn (roto).
B. Dòng điện 3 pha là hệ thống dòng điện xoay chiều được tạo ra bởi hai máy phát điện một pha riêng biệt.
C. Khi chưa kết nối với các mạch tiêu thụ, ba suất điện động của máy phát điện 3 pha đều giống nhau hoàn toàn.
D. Khi các mạch tiêu thụ giống nhau, ba dòng điện từ máy phát điện 3 pha có dạng: i1 = I0cosωt; i2 = I0cos(ωt + 1200) và i3 = I0cos(ωt – 1200).
Câu 2: Một động cơ không đồng bộ ba pha có công cơ học gấp 80 lần nhiệt lượng tiêu tán. Tính hiệu suất của động cơ?
A. 38,8%
B. 8,8%
C. 90,8%
D. 98,8%
Câu 3: Một động cơ điện xoay chiều tiêu thụ công suất 440W, với hệ số công suất 0,8 và điện áp hiệu dụng 220V. Tính cường độ dòng điện hiệu dụng qua động cơ?
A. 7,5(A)
B. 2(A)
C. 2,5(A)
D. 5(A)
