Động Cơ Điện

Hình 1. Một số nhãn của các động cơ 3 pha.

Vấn đề đặt ra là trên các nhãn đó ghi những thông tin gì? Nó có giúp ích gì cho chúng ta hay không?

Để trả lời câu hỏi đó thì ta cùng tìm hiểu sơ lược về những thông số được ghi trên nhãn của động cơ 3 pha qua bài viết nhé!

1. Sơ lược về các thông số trên nhãn động cơ 3 pha

Trên nhãn của một động cơ 3 pha thông thường sẽ có những thông số quan trọng như sau:

– Công suất định mức (Hp, kW, W): là công suất định mức đầu ra trên trục động cơ (động cơ), công suất điện đưa ra (máy phát). Hay nói cách khác là công suất cơ trên trục động cơ.

– Điện áp dây định mức Uđm(V): đối với động cơ ba pha là U dây, đối với động cơ một pha thì U là điện áp đặt trên đầu cực của động cơ (Pha-trung tính, pha-pha).

– Dòng điện dây định mức Iđm(A).

Ví dụ: Trên nhãn động cơ ghi Δ/Y – 220/380V – 7,5/4,3A có nghĩa là khi điện áp dây lưới điện bằng 220V thì ta nối dây quấn stator theo hình tam giác và dòng điện dây định mức tương ứng là 7,5A. Khi điện áp dây lưới điện là 380V thì dây quấn stator nối theo hình sao, dòng điện định mức là 4,3A.

– Tốc độ quay định mức nđm (vòng/phút).

– Tần số định mức (Hz).

– Cấp cách điện.

– Hệ số công suất định mức (cosφ).

– Hiệu suất định mức (η).

– Loại động cơ: Theo các tiêu chuẩn National Electrical Code và National Electrical Manufactures Association (NEMA), các motor được phân loại bởi kí tự đặc trưng cho tỉ số của dòng khởi động và dòng định mức. Có 6 loại: A, B, C, D, E, F. Bằng các kí tự này, có thể xác định chính xác được dòng định mức của CB (Circuit Breaker), cầu chì (Fuse) và các thiết bị bảo vệ khác.

  • Loại A: Dòng khởi động bình thường, 5 đến 7 lần dòng định mức. Trên 7,5HP phải giảm điện áp khởi động, momen khởi động bình thường và khoảng 150% định mức. Đây là loại motor bình thường (Normal type), thông dụng (General Purpose) như: máy công cụ, bơm ly tâm, bộ động cơ – máy phát, quạt, máy thổi, các thiết bị cần momen khởi động thấp.
  • Loại B: điện kháng cao và dòng khởi động thấp do các rãnh của rotor kín, sâu và hẹp. Thông dụng như loại A. Nhiều nhà sản xuất chỉ chế tạo động cơ General Purpose trên 5 Hp.
  • Loại C: Dòng khởi động thấp 4,5 đến 5 lần định mức, momen khởi động cao khoảng 225% định mức, rotor lồng sóc kép. Ứng dụng: máy nén khí, máy bơm kiểu piston, máy trộn, máy nghiền, băng tải (conveyor) khởi động dưới tải, máy làm lạnh lớn, các thiết bị cần momen khởi động lớn.
  • Loại D: Dòng khởi động thấp, momen khởi động cao khoảng 275% định mức, dây quấn rotor có điện trở lớn. Loại motor này chỉ thích hợp với hoạt động không liên tục (intermittent) và tốc độ không phải ổn định vì độ trượt quá cao và hiệu suất quá thấp. Ứng dụng: máy đóng, máy cắt tỉa, xe ủi đất, máy nâng nhỏ, máy kéo kim loại, máy khuấy,…
  • Động cơ rotor dây quấn: điện trở ở mạch rotor cho dòng điện khởi động thấp và momen khởi động cao. Ứng dụng: thang máy, máy nâng, cần trục (Crane), cán thép, máy ủi, tải quặng hoặc than,…

Hình 2. Ví dụ về nhãn của một động cơ 3 pha bất kì.

Hình 3. Một số nhãn của động cơ 3 pha.

2. Công suất trong động cơ 3 pha

2.1. Công suất của động cơ nhận từ nguồn

Pđiện = P= 3U1I1cosφ

Trong đó:

2.2. Các công suất hao phí

Trong quá trình vận hành động cơ 3 pha sẽ xảy ra một số năng lượng bị hao phí, bao gồm:

  • Tổn hao đồng trên dây quấn stator (Pđ1).
  • Tổn hao sắt từ trong lõi thép stator (Pt).
  • Công suất điện từ: Là công suất nhận từ nguồn đưa vào rotor sau khi mất đi 1 phần do tổn hao đồng và sắt từ trên stator (Pđt).
  • Tổn hao đồng trên dây quấn rotor (Pđ2).
  • Tổn hao cơ trên trục (PC).

2.3. Công suất cơ có ích trên trục (công suất ra)

Là phần công suất cơ sau khi trừ đi do tổn hao ma sát, quạt và tổn hao phụ:

Pcơ có ích = P= P– Pmq

Tổng tổn hao trong đông cơ là:

∆P = Pđ1 + P+ Pđ2 + Pmq

2.4. Hiệu suất động cơ

3. Ví dụ về tính toán

Hãng sản xuất A có một động cơ 3 pha, nhãn của động cơ ghi những thông số như sau:

  • Điện áp: Y/∆ – 380/220V.
  • Công suất: 3 Hp.
  • Tốc độ: 2940 vòng/phút.
  • Hệ số công suất: cosφ = 0,89.
  • Hiệu suất động cơ: η = 91,2%.
  • Tần số định mức 50 Hz.

Hãy tính toán dòng điện đầy tải của động cơ và Momen quay định mức ở đầu trục động cơ.

Ta có:

– Dòng đầy tải của động cơ được xác định:

– Momen quay định mức ở đầu trục:

Sự khác biệt giữa tốc độ của từ trường và tốc độ của Rotor được gọi là độ trượt (hệ số trượt), kí hiệu s.

Hình 1. Độ trượt là sự chênh lệch giữa tốc độ từ trường và tốc độ Rotor.

Hệ số trượt được tính bằng công thức:

Trong đó:

  • N1 là tốc độ từ trường quay (tốc độ đồng bộ).
  • N là tốc độ của Rotor.

1. Một số thuật ngữ

Để giúp các bạn hiểu thêm về phần này thì chúng ta hãy cùng xác định một số thuật ngữ bạn phải biết sẽ được dùng trong bài viết này.

1.1. Tốc độ đồng bộ (tốc độ từ trường)

Tốc độ của từ trường quay trong Stator được gọi là tốc độ đồng bộ, bạn có thể tính toán tốc độ đồng bộ bằng cách sử dụng công thức:

(Công thức này được ứng dụng trong động cơ là số cực từ)

Trong đó:

  • f là tần số của dòng điện xoay chiều được cung cấp.
  • p là số lượng cực của động cơ.

Ngoài ra, tốc độ đồng bộ còn có thể tính bởi công thức:

(Công thức này được ứng dụng trong động cơ là số cặp cực từ)

Trong đó:

  • f là tần số của dòng điện xoay chiều được cung cấp.
  • p là số lượng cặp cực (đôi cực) của động cơ.

Vì vậy, với một phép toán đơn giản ta có thể thấy rằng một động cơ 4 cực (2 cặp cực) được kết nối với một dòng điện có tần số 60 Hertz sẽ có tốc độ đồng bộ là 1800 vòng/phút (rpm).

Hoặc

1.2. Tốc độ Rotor (tốc độ định mức)

Tốc độ cơ học của Rotor được gọi là tốc độ định mức. Tốc độ định mức dựa trên tải trọng định mức của động cơ.

Hình 2. Nhãn của động cơ cảm ứng 3 pha.

Dựa vào hình 2 ở trên, ta thấy được giá trị tốc độ định mức trên nhãn của động cơ cho biết tốc độ chung của tải định mức.

Ta xem lại ví dụ một động cơ 4 cực (2 cặp cực) được kết nối với một dòng điện có tần số 60 Hertz sẽ có tốc độ đồng bộ là 1800 vòng/phút (rpm), tốc độ định mức của động cơ sẽ nằm trong khoảng 1725 đến 1750 vòng/phút.

Vì vậy, ta suy ra rằng đối với động cơ cảm ứng xoay chiều thì Rotor luôn quay chậm hơn từ trường của Stator.

2. Hệ số trượt

Sự khác biệt giữa tốc độ đồng bộ (tốc độ từ trường quay) của Stator và tốc độ cơ học của Rotor được gọi là độ trượt (hệ số trượt).

Lượng trượt phụ thuộc vào lượng tải của động cơ. Tải trọng trên động cơ càng lớn thì Rotor quay càng chậm so với tốc độ quay của Stator.

Hình 3. Tốc độ quay của Rotor chậm hơn rất nhiều so với tốc độ quay của từ trường.

Sự khác biệt này càng lớn thì độ trượt càng lớn, được chứng qua công thức:

Để rõ hơn về độ trượt, chúng ta cùng xem ví dụ sau đây. Hãy chú ý đến những điều xảy ra với tốc độ của động cơ khi tải tăng hoặc giảm.

Hình 4. Khi tải nhẹ, tốc độ Rotor rất nhanh.

Hình 5. Khi tăng tải thì tốc độ Rotor chậm dần.

Hình 6. Khi đầy tải thì tốc độ Rotor chậm nhất.

Vậy tóm lại, sự tăng hoặc giảm tốc độ động cơ do tải gọi là trượt.

Động cơ cảm ứng được tạo ra nhằm mục đích để xử lý các loại tải khác nhau và các tốc độ khác nhau.

Trong bài viết này chúng ta sẽ tìm hiểu động cơ cảm ứng sẽ bị ảnh hưởng như thế nào khi thay đổi số cực trong Stator.

Ta có thể tăng hoặc giảm Moment xoắn bằng cách thêm hoặc bớt số cực trong Stator. Càng nhiều cực sẽ làm cho từ trường quay càng chậm.

Hình 1. Một số cực của động cơ cảm ứng mà ta thường gặp.

1. Tại sao càng nhiều cực sẽ làm cho từ trường quay càng chậm?

Để trả lời cho câu hỏi trên, chúng ta sẽ sử dụng công thức tính tốc độ đồng bộ sau để giải thích.

(Công thức này được ứng dụng trong động cơ là số cực từ)

Trong đó:

  • f là tần số của dòng điện xoay chiều được cung cấp.
  • p là số lượng cực của động cơ.

Giả sử chúng ta có một động cơ cảm ứng 2 cực hoạt động ở tần số 60 Hz, suy ra tốc độ từ trường của Stator là 3600 vòng/phút.

Hình 2. Động cơ cảm ứng 2 cực hoạt động ở tần số 60 Hz.

Nhưng điều gì sẽ xảy ra khi ta thay đổi số cực của động cơ ở ví dụ trên là 6 cực thay vì 2 cực hoạt động ở tần số 60 Hz? Kết quả sẽ như hình bên dưới, ta thu được tốc độ từ trường của Stator bị giảm xuống còn 1200 vòng/phút.

Hình 3. Động cơ cảm ứng 4 cực hoạt động ở tần số 60 Hz.

Bảng sau đây thống kê lại những giá trị của tốc độ đồng bộ sẽ giảm khi ta tăng số cực số cực.

Chính vì vậy động cơ cảm ứng có moment xoắn càng cao sẽ có tốc độ càng chậm hơn so với động cơ cảm ứng có moment xoắn thấp hơn cùng loại, và dĩ nhiên tốc độ của nó cũng sẽ lớn hơn.

2. Lưu ý

Ở đây có một điều cần lưu ý, đó chính là khi tăng số cực thì chi phí sản xuất cũng sẽ tăng theo. Vì vậy, hầu hết các loại động cơ cảm ứng có cấu hình từ 2 đến 4 cực. Nếu như cần nhiều moment xoắn hơn thì người ta sẽ chọn một loại động cơ lớn hơn thay vì dùng động cơ 6 cực hoặc 8 cực.

3. Ví dụ

Cuối cùng chúng ta hãy cùng xem lại ví dụ sau nhé.

Nếu ta có một động cơ với tốc độ định mức 1774 vòng/phút, nó có bao nhiêu cực?

Hình 4. Nhãn động cơ cảm ứng.

Dựa vào nhãn của động cơ như hình trên, câu trả lời cho câu hỏi là 4 cực.

Hình 5. Tính số cực của động cơ với tốc độ định mức 1774 vòng/phút.

Trong bài viết này chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về ý nghĩa đường cong của momen động cơ.

1. Giới thiệu

Động cơ cảm ứng được dùng để thực hiện công việc hoàn thành một nhiệm vụ mang tính cơ học nào đó. Khi động cơ cảm ứng hoạt động nó sẽ sử dụng năng lượng điện để tạo ra momen xoắn cần thiết để hoàn thành nhiệm vụ đó.

Đường cong tốc độ của momen xoắn sẽ cho chúng ta thấy momen xoắn được tạo ra như thế nào khi một động cơ cảm ứng thay đổi cách hoạt động trong suốt các giai đoạn khác nhau.

Hình 1. Đường cong tốc độ của moment xoắn của động cơ cảm ứng.

Hình 1. Đường cong tốc độ của momen xoắn của động cơ cảm ứng.

  • Momen khởi động là lượng momen mà động cơ cảm ứng tạo ra khi nó tăng tốc từ vị trí đứng yên.

Nhìn vào hình bên dưới, đường cong momen khởi động đạt 150% momen định mức.

Hình 2. Đường cong momen khởi động.

  • Pull up Torque (tạm gọi là Momen kéo tải) là lượng momen dùng để tăng tốc động cơ về tốc độ định mức của nó. Nếu momen của động cơ nhỏ hơn momen cần thiết để tăng tốc kéo tải thì tốc độ của động cơ không thể nào đạt đến tốc độ định mức.

Khi động cơ tiếp tục tăng tốc về tốc độ định mức thì nó sẽ đạt đến một giá trị gọi là momen tới hạn.

Hình 3. Momen tới hạn của động cơ.

Momen tới hạn là lượng momen lớn nhất mà động cơ có thể tạo ra. Hay nói cách khác, tại đây sẽ sinh ra một lực xoắn lớn nhất và một động cơ điện tạo ra với điện áp tương ứng được dùng ở tần số tương ứng mà không có sự suy giảm bất thường trong tốc độ.

Khi động cơ tăng tốc đến tốc độ định mức của nó, momen động cơ lúc này bằng khoảng 80% đến 100% momen định mực của nó. Đó là điều tất nhiên nếu như động cơ được thế kế đúng.

Hình 4. Momen động cơ khi tăng tốc đến tốc độ định mức.

2. Từng trường hợp của tải làm cho momen thay đổi

2.1. Ví dụ 1

Bây giờ chúng ta hãy cùng xem lại ví dụ sau và hãy chú ý đến giá trị momen động cơ.

Hình 5. Momen của động cơ thay đổi khi tăng tải.

Khi tải được tăng lên, tốc độ động cơ giảm kéo theo momen của động cơ sẽ tăng. Từ đó, ta có thể thấy được momen và dòng điện tỉ lệ thuận với nhau; điều đó có nghĩa là một động cơ cảm ứng sẽ có dòng điện lớn hơn khi tăng tải. Vì vậy, khi tải tăng nó sẽ tăng lượng dòng điện mà động cơ sinh ra đồng thời một lượng momen cũng được tạo ra.

Hình 6. Khi tải tăng thì dòng điện và momen cũng tăng theo.

2.2. Ví dụ 2

Chúng ta hãy cùng xem một ví dụ khác, giả sử tải trở nên rất lớn, lớn đến mức làm cho momen động cơ tạo ra gần bằng với giá trị của momen tới hạn (Mth).

Hình 7. Tải vừa bắt đầu tăng.

Hình 8. Tải tăng đến mức giữa.

Chúng ta có thể thấy rằng khi tải càng tăng thì momen cũng tăng theo đường cong này (như hình vẽ), bởi vì lúc này tốc độ của động cơ giảm và dòng điện trong động cơ bắt đầu tăng dần.

Dòng điện trong Rotor bắt đầu giảm khi Rotor đạt trạng thái bão hoà. Điều này làm rời rạc (phân rã) các từ trường trong Rotor, làm cho Rotor quay chậm lại hoặc ngừng hoạt động.

Hình 9. Momen của động cơ khi đầy tải.

Mặc dù dòng điện đang giảm trong Rotor nhưng dòng điện trong toàn bộ hệ thống đang tăng lên, khi động cơ trượt ra ngoài momen tới hạn của nó, nó sẽ bắt đầu tạo ra momen ít hơn và làm cho tốc độ động cơ giảm.

Hình 10. Động cơ trượt ra ngoài momen tới hạn của nó.

Trường hợp này rất có hại cho động cơ do Stator của động cơ quá nóng. Để khắc phục trường hợp này, thông thường người ta sẽ có một relay bảo vệ quá tải, nó sẽ giúp bảo vệ động cơ tránh khỏi hư hại.

Hình 11. Relay nhiệt bảo vệ quá tải động cơ.

Hình 12. Một số Relay nhiệt dùng bảo vệ quá tải động cơ trong thực tế.

NEMA là viết tắt của National Electrical Manufacturers Association: Hiệp hội các nhà sản xuất điện quốc gia Hoa Kỳ (Mỹ). Tổ chức này đã phát triển một loạt các tiêu chuẩn của vỏ bọc, vỏ bảo vệ cho thiết bị điện tử tương ứng với hệ thống đánh giá IP của Ủy Ban Kỹ Thuật Điện Quốc Tế (IEC).

NEMA đã đề ra các tiêu chuẩn thiết kế về điện cho động cơ cảm ứng, bao gồm các tiêu chuẩn A, B, C và D.

Hình 1. Các tiêu chuẩn thiết kế của NEMA cho động cơ cảm ứng.

Mỗi một tiêu chuẩn thiết kế có khả năng về tốc độ momen và tốc độ trượt riêng độc đáo riêng, tuỳ thuộc vào việc mà động cơ được thiết kế sẽ thực hiện.

1. Kiểu A

Hình 2. Tiêu chuẩn thiết kế kiểu A.

  • Động cơ được cho phép trượt tối đa 5%.
  • Tương tự thiết kế kiểu B về lượng momen.
  • Không bị giới hạn về dòng khởi động.
  • Cho phép trở kháng của cuộn dây thấp hơn bình thường, từ đó giảm điện trở Stator làm cho thiết kế kiểu A hiệu quả nhất tại điểm nguồn.
  • Thường cung cấp momen lớn hơn kiểu B.
  • Quạt li tâm và máy bơm là ví dụ điển hình cho kiểu thiết kế A.

Hình 3. Quạt li tâm (phải) và máy bơm (trái).

2. Kiểu B

Hình 4. Tiêu chuẩn thiết kế kiểu B.

  • Động cơ được thiết kế theo kiểu B là kiểu động cơ được sử dụng phổ biến nhất trong ngành Điện.
  • Độ trượt tối đa của kiểu B là 5%.
  • Tốc độ momen tương tự như các động cơ được thiết kế theo kiểu A.
  • Nhưng dòng khởi động của động cơ bị giới hạn theo tiêu chuẩn của NEMA.
  • Bởi vì loại động cơ này có thể cung cấp Pull Up Torque (tạm gọi là momen kéo tải) tốt nên chúng được sử dụng trong nhiều ứng dụng.

Hình 5. Một số ứng dụng của động cơ thiết kế theo kiểu B.

  • Động cơ được thiết kế theo kiểu B có thể chịu sự tác động hoặc tải tăng đột ngột ở tốc độ lớn nhất mà không có lực bên ngoài ngăn cản.

3. Kiểu C

Hình 6. Tiêu chuẩn thiết kế kiểu C.

  • Động cơ được thiết kế theo kiểu C cũng có độ trượt tối đa là 5%.
  • Kiểu C được chế tạo để cung cấp năng lượng cho các thiết bị đòi hỏi momen tới hạn cao như Positive-displacement pumps và băng tải.

Hình 7. Positive-displacement pumps (trái) và băng tải (phải).

4. Kiểu D

Hình 8. Tiêu chuẩn thiết kế kiểu D.

  • Tương tự như kiểu thiết kế C, động cơ được thiết kế theo kiểu D là động cơ lồng sóc được thiết kế với độ trượt tối đa từ 5% đến 13%.
  • Dòng khởi động thấp.
  • Momen khoá Rotor rất cao.
  • Yêu cầu momen khởi động cơ.

Hình 9. Ứng dụng cẩu trục (trái) và xà lan (phải).

Hình 1. Loại vỏ của động cơ cảm ứng.

Hình 1. Loại vỏ của động cơ cảm ứng.

1. Open drip proof (ODP)

Hình 2. Open drip proof (ODP).

  • ODP thường được sử dụng cho các ứng dụng trong nhà. Vỏ bọc cho phép không khí bên ngoài lưu thông qua để làm mát cuộn dây. Cánh quạt giúp di chuyển không khí đi qua động cơ.
  • Trong vỏ ODP, các lỗ thông hơi ngăn chất lỏng và chất rắn rơi từ trên cao xuống theo góc tới 15° so với phương thẳng đứng vào bên trong động cơ và tránh làm hư hỏng các bộ phận vận hành khi động cơ không ở vị trí nằm ngang, như khi nó được gắn trên tường.
  • ODP có thể được chỉ định khi môi trường không có chất gây ô nhiễm và nơi mà có nhiều mưa gió thì cần cân nhắc.

2. Totally enclosed nonventilated (TENV)

Hình 3. Totally enclosed nonventilated (TENV).

  • Không khí xung quanh động cơ có chứa các yếu tố ăn mòn, bụi, cát và các mảnh vụn khác có thể làm hỏng các bộ phận bên trong của động cơ hoặc động cơ tiếp xúc với mưa gió, nước biển.
  • TENV hoàn toàn không kín, nhưng nó hạn chế việc trao đổi không khí tự do giữa bên trong và bên ngoài động cơ. Ngăn chặn nước, bụi và các vật lạ khác có thể đi vào động cơ dọc theo trục. Tất cả nhiệt đều được tản ra qua vỏ bọc thông qua sự dẫn nhiệt.
  • Động cơ TENV có thể được sử dụng trong nhà và ngoài trời.

3. Totally enclosed fan cooled (TEFC)

Hình 4. Totally enclosed fan cooled (TEFC).

  • TEFC tương tự như vỏ TENV, TEFC được làm mát bằng quạt gắn bên ngoài được kết nối với trục động cơ.
  • Quạt làm mát bằng cách thổi không khí bên ngoài vào động cơ để tản nhiệt nhanh hơn. Một tấm vải che quạt lại để đảm bảo an toàn, ngăn bất cứ ai chạm vào nó.
  • Động cơ TEFC có thể được sử dụng trong điều kiện vận hành bẩn, ẩm hoặc có sự ăn mòn nhẹ, hoặc nơi dự kiến ​​có mưa gió.

4. Totally enclosed blower cooled (TEBC)

Hình 5. Totally enclosed blower cooled (TEBC).

  • TEBC được làm mát bằng cách thông qua đối lưu cưỡng bức bằng quạt gió. TEBC được sử dụng phổ biến nhất cho động cơ tốc độ thay đổi kết hợp với ổ đĩa tốc độ biến đổi của một số loại.
  • Động cơ được chế tạo với vỏ kín, loại bỏ nước. Một quạt quay với tốc độ không đổi nhằm mục đích thổi không khí qua động cơ để giữ cho động cơ mát ở mọi tốc độ vận hành.
  • Lưu ý rằng động cơ này không phù hợp để sử dụng trong môi trường ô nhiễm hoặc nguy hiểm.

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.

Trên những động cơ 3 pha thường được gắn kèm với một nhãn, trên đó ghi thông tin cần thiết của động cơ, nó được gọi là nhãn của động cơ 3 pha (hay gọi tắt là Name tag).

Hình 1. Một số nhãn của các động cơ 3 pha.

Vấn đề đặt ra là trên các nhãn đó ghi những thông tin gì? Nó có giúp ích gì cho chúng ta hay không?

Để trả lời câu hỏi đó thì ta cùng tìm hiểu sơ lược về những thông số được ghi trên nhãn của động cơ 3 pha qua bài viết nhé!

1. Sơ lược về các thông số trên nhãn động cơ 3 pha

Trên nhãn của một động cơ 3 pha thông thường sẽ có những thông số quan trọng như sau:

– Công suất định mức (Hp, kW, W): là công suất định mức đầu ra trên trục động cơ (động cơ), công suất điện đưa ra (máy phát). Hay nói cách khác là công suất cơ trên trục động cơ.

– Điện áp dây định mức Uđm(V): đối với động cơ ba pha là U dây, đối với động cơ một pha thì U là điện áp đặt trên đầu cực của động cơ (Pha-trung tính, pha-pha).

– Dòng điện dây định mức Iđm(A).

Ví dụ: Trên nhãn động cơ ghi Δ/Y – 220/380V – 7,5/4,3A có nghĩa là khi điện áp dây lưới điện bằng 220V thì ta nối dây quấn stator theo hình tam giác và dòng điện dây định mức tương ứng là 7,5A. Khi điện áp dây lưới điện là 380V thì dây quấn stator nối theo hình sao, dòng điện định mức là 4,3A.

– Tốc độ quay định mức nđm (vòng/phút).

– Tần số định mức (Hz).

– Cấp cách điện.

– Hệ số công suất định mức (cosφ).

– Hiệu suất định mức (η).

– Loại động cơ: Theo các tiêu chuẩn National Electrical Code và National Electrical Manufactures Association (NEMA), các motor được phân loại bởi kí tự đặc trưng cho tỉ số của dòng khởi động và dòng định mức. Có 6 loại: A, B, C, D, E, F. Bằng các kí tự này, có thể xác định chính xác được dòng định mức của CB (Circuit Breaker), cầu chì (Fuse) và các thiết bị bảo vệ khác.

  • Loại A: Dòng khởi động bình thường, 5 đến 7 lần dòng định mức. Trên 7,5HP phải giảm điện áp khởi động, momen khởi động bình thường và khoảng 150% định mức. Đây là loại motor bình thường (Normal type), thông dụng (General Purpose) như: máy công cụ, bơm ly tâm, bộ động cơ – máy phát, quạt, máy thổi, các thiết bị cần momen khởi động thấp.
  • Loại B: điện kháng cao và dòng khởi động thấp do các rãnh của rotor kín, sâu và hẹp. Thông dụng như loại A. Nhiều nhà sản xuất chỉ chế tạo động cơ General Purpose trên 5 Hp.
  • Loại C: Dòng khởi động thấp 4,5 đến 5 lần định mức, momen khởi động cao khoảng 225% định mức, rotor lồng sóc kép. Ứng dụng: máy nén khí, máy bơm kiểu piston, máy trộn, máy nghiền, băng tải (conveyor) khởi động dưới tải, máy làm lạnh lớn, các thiết bị cần momen khởi động lớn.
  • Loại D: Dòng khởi động thấp, momen khởi động cao khoảng 275% định mức, dây quấn rotor có điện trở lớn. Loại motor này chỉ thích hợp với hoạt động không liên tục (intermittent) và tốc độ không phải ổn định vì độ trượt quá cao và hiệu suất quá thấp. Ứng dụng: máy đóng, máy cắt tỉa, xe ủi đất, máy nâng nhỏ, máy kéo kim loại, máy khuấy,…
  • Động cơ rotor dây quấn: điện trở ở mạch rotor cho dòng điện khởi động thấp và momen khởi động cao. Ứng dụng: thang máy, máy nâng, cần trục (Crane), cán thép, máy ủi, tải quặng hoặc than,…

Hình 2. Ví dụ về nhãn của một động cơ 3 pha bất kì.

Hình 3. Một số nhãn của động cơ 3 pha.

2. Công suất trong động cơ 3 pha

2.1. Công suất của động cơ nhận từ nguồn

Pđiện = P= 3U1I1cosφ

Trong đó:

2.2. Các công suất hao phí

Trong quá trình vận hành động cơ 3 pha sẽ xảy ra một số năng lượng bị hao phí, bao gồm:

  • Tổn hao đồng trên dây quấn stator (Pđ1).
  • Tổn hao sắt từ trong lõi thép stator (Pt).
  • Công suất điện từ: Là công suất nhận từ nguồn đưa vào rotor sau khi mất đi 1 phần do tổn hao đồng và sắt từ trên stator (Pđt).
  • Tổn hao đồng trên dây quấn rotor (Pđ2).
  • Tổn hao cơ trên trục (PC).

2.3. Công suất cơ có ích trên trục (công suất ra)

Là phần công suất cơ sau khi trừ đi do tổn hao ma sát, quạt và tổn hao phụ:

Pcơ có ích = P= P– Pmq

Tổng tổn hao trong đông cơ là:

∆P = Pđ1 + P+ Pđ2 + Pmq

2.4. Hiệu suất động cơ

3. Ví dụ về tính toán

Hãng sản xuất A có một động cơ 3 pha, nhãn của động cơ ghi những thông số như sau:

  • Điện áp: Y/∆ – 380/220V.
  • Công suất: 3 Hp.
  • Tốc độ: 2940 vòng/phút.
  • Hệ số công suất: cosφ = 0,89.
  • Hiệu suất động cơ: η = 91,2%.
  • Tần số định mức 50 Hz.

Hãy tính toán dòng điện đầy tải của động cơ và Momen quay định mức ở đầu trục động cơ.

Ta có:

– Dòng đầy tải của động cơ được xác định:

– Momen quay định mức ở đầu trục: