Buzz
1. Khái niệm về Động cơ không đồng bộ ba pha
Khái niệm về Động cơ không đồng bộ
Hãy tưởng tượng một nam châm chữ U quay quanh một trục đứng Δ. Các véc tơ cảm ứng từ B quay đồng thời quanh trục Δ, luôn vuông góc với Δ, tạo thành một từ trường quay. Khi đặt một khung dây dẫn cứng MNPQ vào từ trường quay này, khung có thể quay tự do quanh trục Δ. Nếu khung bắt đầu ở vị trí mà B vuông góc với mặt phẳng MNPQ, và véc tơ pháp tuyến n của MNPQ cùng hướng với B tại thời điểm t=0, thì góc α=(n, B) =0, và từ thông qua khung là Φ=BS (>0).
Khi từ trường B quay, góc α=(n, B) không còn bằng 0, dẫn đến việc từ thông qua khung dây Φ=BScosα giảm. Kết quả là, một dòng điện cảm ứng i sẽ xuất hiện trong khung. Dòng điện này sẽ tương tác với từ trường, tạo ra một ngẫu lực khiến khung tiếp tục quay. Theo định luật Len xơ, dòng điện cảm ứng i sẽ có chiều sao cho khung quay theo hướng của từ trường, chống lại sự thay đổi của từ thông.
Khung dây sẽ tăng tốc đều để theo kịp từ trường. Tuy nhiên, khi tốc độ quay của khung tăng, tốc độ thay đổi từ thông qua khung sẽ 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 cản từ các lực cản và ma sát, khung sẽ quay đều với tốc độ góc nhỏ hơn tốc độ của từ trường quay.
Kết luận: Khung dây trong từ trường quay sẽ xoay theo từ trường với tốc độ góc nhỏ hơn tốc độ của từ trường.
Các động cơ hoạt động dựa trên 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 thấp hơn tốc độ quay của từ trường.
Cấu trúc của động cơ không đồng bộ ba pha:
Động cơ không đồng bộ ba pha bao gồm hai thành phần chính để thực hiện chức năng của nó:
- Stato (phần tĩnh): Bao gồm cuộn dây đồng quấn quanh khung, được kết hợp bởi các lá thép kỹ thuật điện. Khi có dòng điện chạy qua, nó tạo ra một hệ thống từ trường có hướng, khép kín trên mạch từ.
Động cơ không đồng bộ ba pha có hai loại rôto chính: rôto lồng sóc và rôto dây quấn. Trong thực tế, rôto lồng sóc thường được sử dụng hơn vì dễ chế tạo và lắp đặt, đồng thời có chi phí thấp hơn. Rôto này bao gồm các thanh đồng được đúc xuyên qua các rãnh và nối ngắn mạch 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 trên hiện tượng cảm ứng điện từ và sự tác động của từ trường quay.
Khung dây dẫn đặt trong một từ trường quay sẽ quay theo hướng của từ trường, nhưng với tốc độ chậm hơn (Động cơ không đồng bộ).
Tạo ra một từ trường quay bằng cách cung cấp dòng điện xoay chiều ba pha cho stato, gồm ba cuộn dây giống nhau, được đặt lệch nhau 120 độ trên một vòng tròn. Trong không gian giữa ba cuộn dây này sẽ xuất hiện một từ trường quay với tần số góc tương ứng với tần số góc của dòng điện xoay chiều.
Khi đặt một rôto lồng sóc trong từ trường quay, rôto này có thể quay quanh trục trùng với trục quay của từ trường.
Rôto lồng sóc quay với tốc độ chậm hơn so với tốc độ của từ trường quay. Chuyển động quay của rôto được sử dụng để truyền động cho các máy móc khác.
Hệ thống cấu tạo của động cơ cảm ứng ba pha
Động cơ cảm ứng sử dụng nguồn điện xoay chiều ba pha được gọi là động cơ không đồng bộ ba pha. Loại động cơ này thường được áp dụng trong công nghiệp và không thích hợp cho các mục đích sử dụng gia đình.
Để nắm bắt nguyên lý hoạt động của động cơ cảm ứng ba pha, trước tiên chúng ta cần tìm hiểu cấu tạo của nó.
Động cơ ba pha này bao gồm một stato và một rôto, và giữa chúng không có kết nối điện trực tiếp. Stato và rôto được chế tạo từ các vật liệu có từ tính cao nhằm giảm thiểu độ trễ và tổn thất do dòng điện xoáy.
Khung của stato có thể được làm từ gang, nhôm hoặc thép cuộn. Khung này không chỉ bảo vệ cơ học mà còn hỗ trợ cho lõi stato nhiều lớp, cuộn dây và các cấu trúc khác cần thiết cho thông gió. Stato được quấn bằng ba cuộn dây ba pha, được đặt lệch nhau 120 độ và lắp vào các rãnh. Các đầu của ba cuộn dây được nối ra ngoài và kết nối với hộp điện để cấp nguồn ba pha cho động cơ.
Các cuộn dây được chế tạo từ dây đồng, được phủ lớp cách điện bằng vecni và được lắp vào các rãnh cách điện. Chúng có khả năng cách điện cao và chống lại các yếu tố như không khí mặn, độ ẩm, kiềm, dầu và mỡ. Các cuộn dây này được kết nối theo kiểu sao hoặc tam giác.
Các ứng dụng của động cơ không đồng bộ ba pha
Động cơ không đồng bộ ba pha được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp với quy mô từ nhỏ đến lớn, đặc biệt trong các hệ thống sản xuất như:
- Vận hành thang máy
- Sử dụng trên các cẩu trục và cần cẩu
- Được sử dụng làm động cơ chính cho máy mài, máy tiện và máy cắt
- Ứng dụng trong các nhà máy chiết xuất dầu
- Điều khiển cánh tay robot
- Vận hành hệ thống băng tải
- Phục vụ trong các máy nghiền công suất lớn
2. Ví dụ bài tập
Bài 1: Hãy chọn câu đúng: Động cơ không đồng bộ ba pha là loại động cơ:
A. Có thể hoạt động với các dòng điện ngược pha nhau.
B. Được chế tạo từ ba cuộn dây không đồng bộ với nhau.
C. Rôto quay không đồng bộ so 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 tiêu thụ công suất 440W với hệ số công suất 0,8 và điện áp hiệu dụng 220V. Xác định cường độ dòng điện hiệu dụng qua động cơ?
3. Bài tập ôn tập Vật lý 12
Đây là dạng bài tập quan trọng về Động cơ điện xoay chiều và cũng là bài tập cuối cùng của chương Dòng điện xoay chiều. Vì vậy, sau khi hoàn thành bài này, các em cần nắm vững kiến thức về:
- Nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ
- Cấu tạo và cơ chế hoạt động của động cơ không đồng bộ ba pha.
- Làm quen với nhiều loại bài tập về Động cơ điện xoay chiều từ cơ bản đến nâng cao…
Trắc nghiệm
Các bạn có thể ôn lại toàn bộ kiến thức đã học qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lý 12 Bài 18 với các câu hỏi có đáp án và giải thích chi tiết.
Câu 1: Chọn câu trả lời ĐÚNG nhất trong các lựa chọn sau đây:
A. Máy phát điện ba pha bao gồm ba phần chính: phần cảm với ba cuộn dây giống nhau (hoặc ba cặp cuộn dây) được đặt cách nhau 120° trên lõi sắt (stato), và phần ứng với một hoặc nhiều cặp cực từ quay đều (roto).
B. Dòng điện ba pha là hệ thống dòng điện xoay chiều được tạo ra từ 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 ba pha là giống hệt nhau về mọi đặc tính.
D. Khi ba mạch tiêu thụ điện là giống nhau, ba dòng điện do máy phát điện ba pha tạo ra có dạng: i1 = I0cosωt; i2 = I0cos(ωt + 120°) và i3 = I0cos(ωt – 120°)
Câu 2: Một động cơ không đồng bộ ba pha tạo ra công cơ học gấp 80 lần lượng nhiệt phát ra. 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 có công suất tiêu thụ là 440W và hệ số công suất là 0,8. Điện áp hiệu dụng giữa hai cực của động cơ là 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)
