NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ

Động cơ đồng bộ thường được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp yêu cầu độ chính xác cao. Video này sẽ giải thích và minh họa về cách hoạt động của chúng.

---

Như tên gọi của nó thì động cơ đồng bộ có khả năng chạy với một tốc độ không đổi mà không bị ảnh hưởng bởi tải của chúng. Không giống như các động cơ cảm ứng, ở đây tốc độ của động cơ phụ thuộc vào momen tác động lên chúng, động cơ không đồng bộ có đặc điểm là tốc độ - momen không đổi. 
Động cơ đồng bộ có hiệu suất ( tỉ số chuyển đổi điện năng sang cơ năng) cao hơn các loại động cơ tương ứng khác. Hiệu suất của nó dao động từ 90-92%.

hình.1 Động cơ đồng bộ là máy điện có hiệu suất và độ chính xác cao

Nguyên lý hoạt động: Tương tác giữa các từ trường không đổi và từ trường quay

Đặc tính tốc độ không đổi đạt được bằng sự tương tác giữa từ trường quay và từ trường không đổi. Rotor của động cơ đồng bộ tạo ra một từ trường không đổi và startor tạo ra một từ trường quay.

hình.2 Sự tương tác giữa từ trường quay và từ trường
không đổi làm cho chúng đạt được tốc độ đồng bộ

Stator: Từ trường quay

các cuộn dây của stator được cung cấp bởi nguồn điện 3 pha AC.  Điều này sẽ tạo ra một từ trường quay(RMF), quay với tốc độ đồng bộ. cách mà tạo ra từ trường quay với dòng điện 3 pha được đề cập đến bằng 1 bài viết riêng. Từ trường quay được tạo ra trong động cơ đồng bộ và nó được đánh dấu chiều quay như Hình.2

Rotor: Từ trường không đổi

Rotor được kích từ bằng một nguồn điện một chiều DC. từ trường được tạo ra xung quanh rotor bằng nguồn kích từ 1 chiều được hiển thị như hình dưới.  rõ ràng là với từ trường được tạo ra như vậy,  rotor hoạt động như một nam châm vĩnh cữu . Ngoài ra rotor có thể được làm bằng nam châm vĩnh cữu

Sự tương tác giữa rotor và từ trường quay rất thú vị. giả sử  rotor quay vòng ban đầu cùng chiều với chiều quay của từ trường quay RMF. Bạn có thể thấy rằng các cực khác cực tính của từ trường Quay RMF và Rotor sẽ bị hút lẫn nhau. và chúng sẽ bị khóa bằng từ tính. Điều này có nghĩa là rotor sẽ quay cùng tốc độ với tốc độ của từ trường quay RMF. Hay rotor quay với tốc độ đồng bộ.

hình.3 hình bên trái thể hiện sự hút lẫn nhau giữa các cực của từ trường quay và
từ trườn không đổi
hình bên trái cho thấy các cực bị khóa lẫn nhau ( khóa từ)

Tốc độ đồng bộ

Tốc độ đồng bộ có thể được tính một cách khá đơn giản như sau:

Rõ ràng từ mối quan hệ đó thấy rằng tốc độ động cơ đồng bộ, N_s(rpm) tỉ lệ thuận với tần số của nguồn điện f(Hz). P là số cực của rotor. điều này có nghĩa rằng nếu chúng ta điều khiển được tần số nguồn điện cấp cho động cơ, tốc độ của động có đồng bộ có thể được điều khiển một các rất chính xác. Đây là lý do tại sao chúng được dùng trong các ứng dụng có độ chính xác cao.

Tại sao động cơ đồng bộ không tự khởi động

Nếu rotor không có sự chuyển động quay ban đầu, thì tình hình ngày càng khác. Cực bắc của rotor sẽ bị hút bởi cực nam của Từ trường quay RMF và sẽ bắt đầu chuyển động cùng chiều quay của Từ trường quay RMF. Nhưng khi rotor có quán tính Tốc độ khời động sẽ rất thấp. bởi vì sau đó cực nam của từ trường quay sẽ được Thay thế bởi một cực bắc. và chúng sẽ đẩy nhau. Điều này làm cho rotor chuyển động ngược lại. Nó làm cho rotor không thể tự khởi động.

Hình .4 hình bên trái các cực của RMF và rotor hút lẫn nhau.
khi rotor chưa đạt tốc độ như hình bên trái thì chúng trở thành lực đẩy

Tóm lại là động cơ không đồng bộ không thể tự khởi động

Cách làm cho động cơ đồng bộ tự khởi động

Để làm cho động cơ đồng bộ tự khởi động, một lồng sóc được ngắn mạch 2 đầu bằng vòng ngắn mạch được gắn vào rotor.

Fig.5 Lồng sóc được gắn thêm cho rotor

Lúc khởi động thì các cuộn dây của rotor không được cấp năng lượng. vì vậy với sự tác động của từ trường quay, sẽ có dòng điện cảm ứng trong các thanh dẫn của lồng sóc, lúc này trở thành trường hợp dòng điện đặt trong từ trường. nên sẽ có lực điện từ tác động vào rotor và rotor bắt đầu quay giống như trường hợp của động cơ cảm ứng rotor lồng sóc.( tốc độ quay lúc này không phải là tốc độ đồng bộ)

Hình .7 Lồng sốc giúp động cơ khởi động như động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc.

Khi rotor đạt được tốc độ lớn nhất, các cuộn dây rotor được cấp năng lượng. Do đó, như đã đề cập ở trên, các cực của rotor sẽ bị khóa với các cực của từ trường quay và sẽ quay với tốc độ đồng bộ. khi rotor chuyển động ở tốc độ đồng bộ, chuyển động tương đối giữa lồng sóc và từ trường quay là bằng 0. Điều này có nghĩa là không có dòng điện và lực trên các thanh dẫn của lồng sóc. Do đó nó không ảnh hưởng đến hoạt động của động cơ đồng bộ. 

Động cơ đồng bộ không còn tính đồng bộ

Động cơ đồng bộ sẽ chạy với tốc độ không đổi nếu tải của động cơ nằm trong công suất của động cơ. nếu momen tải lớn hơn momen do động cơ sinh ra, nó sẽ không còn tính đồng bộ và sẽ dừng. Điện áp cấp và điện áp kích từ thấp cũng sẽ dấn đến động cơ sẽ không còn tính đồng bộ nữa. Động cơ đồng bộ có cấu tạo gần giống với máy phát điện.

Máy bù đồng bộ

Động cơ đồng bộ có thể được dùng để cải thiện hệ số công suất của hệ thống.Khi mục đích duy nhất của chúng được ứng dụng để cải thiện hệ số công suất thì chúng được gọi là máy bì đồng bộ. Trong trường hợp đóp thì trục động cơ không được kết nối với tải nào và nó quay tự do.
Nguồn: Learn Engineering