Cấu Tạo, Nguyên Lý Hoạt Động Của Động Cơ Không Đồng Bộ 3 Pha - Motor Điện 3 Pha

Động cơ điện 3 pha là loại động cơ điện thường được sử dụng chủ yếu trong lĩnh vực điện công nghiệp, không như loại động cơ điện 1 pha thường được dùng trong lĩnh vực điện dân dụng. Vậy, cụ thể cấu tạo, nguyên lý hoạt động và những ứng dụng của động cơ điện 3 pha trong đời sống như thế nào? Bài viết dưới đây có thể sẽ giúp bạn có cái nhìn đúng đắn hơn về động cơ điện 3 pha.

1. Khái niệm motor điện 3 pha

Động cơ điện 3 pha là 1 dạng máy điện không đồng bộ hoạt động sử dụng dòng điện xoay chiều 3 pha. Đây là loại động cơ điện được sử dụng thông dụng trong các ngành công nghiệp hoặc trong những dây chuyền sản xuất công suất lớn, cụ thể như các loại máy bơm ly tâm trục ngang, máy bơm ly tâm trục đứng…

Động cơ điện 3 pha là 1 dạng máy điện không đồng bộ

Dòng điện 3 pha trong động cơ điện khi chạy qua nam châm điện được đặt lệch trên một vòng tròn sẽ tạo ra từ trường quay và các cuộn dây sẽ được bố trí tương tự như cách bố trí đường dây trong máy phát điện 3 pha. Đối với động cơ điện 3 pha, dòng điện được đưa từ ngoài vào bên trong các cuộn dây 1, 2, 3.

Khi motor điện xoay chiều 3 pha được đem đấu nối vào dòng điện 3 pha thì từ trường quay cũng sẽ được tạo ra để nhằm làm rotor quay trên trục. Roto truyền chuyển động ra ngoài thông qua qua trục máy giúp vận hành các cơ cấu chuyển động hay các chuyển động của máy công cụ.

2. Ứng dụng của motor điện 3 pha

Ngày nay, động cơ điện 3 pha không đồng bộ được sử dụng vô cùng rộng rãi trong các lĩnh vực của đời sống bởi nó hoạt động bằng điện áp 3 pha ở tần số 50Hz mà động cơ có thể hoạt động ổn định. 

Động cơ điện 3 pha có các ứng dụng cơ bản và thông dụng ở dưới đây:

Động cơ điện của máy bơm nước 3 pha

Động cơ điện của máy phát điện xoay chiều 3 pha

Động cơ điện của motor giảm tốc

Động cơ điện của motor kéo

Động cơ điện 3 pha ứng dụng khác trong lĩnh vực công nghiệp như:

• Máy bơm nước 3 pha: Chuyên cung cấp nước cho dây chuyền sản xuất hiện dại, công nghiệp, dùng cho nồi hơi, các loại tháp tản nhiệt, đặc biệt là hệ thống cứu hỏa, phòng cháy chữa cháy.
• Motor giảm tốc 3 pha: Được dùng rộng rãi trong dây chuyền sản xuất phân bón, dây chuyền băng tải chuyển nông sản trong kho, công nghệ sản xuất sắt thép, motor 3 pha của máy tời dùng trong xây dựng, công nghiệp...
• Motor kéo 3 pha: Loại động cơ 3 pha này có tốc độ cao, được sử dụng cho động cơ của các loại máy bơm nước cao áp...

3. Ưu điểm motor điện 3 pha

 Dưới đây là một số ưu điểm chính của motor điện 3 pha:

• Công suất cao và hiệu suất cao: Motor điện 3 pha có công suất cao hơn so với motor điện một pha cùng kích thước. Hiệu suất của motor điện 3 pha cũng cao hơn, giúp tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí vận hành.
• Mô-men xoắn mạnh: Motor điện 3 pha cung cấp mô-men xoắn mạnh hơn so với motor điện một pha. Điều này giúp nâng cao khả năng vận hành và đáp ứng cho các ứng dụng yêu cầu công suất và mô-men xoắn lớn.
• Khởi động dễ dàng: Motor điện 3 pha có khả năng khởi động dễ dàng và mạnh mẽ hơn so với motor điện một pha. Không cần sử dụng các thiết bị khởi động bổ sung, motor điện 3 pha có thể khởi động trực tiếp.
• Ổn định và đồng bộ: Motor điện 3 pha hoạt động ổn định và đồng bộ hơn so với motor điện một pha. Với ba dây điện và pha điện áp phân phối đều nhau, motor điện 3 pha đảm bảo sự cân bằng và ổn định trong quá trình vận hành.
• Kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ: Motor điện 3 pha có kích thước nhỏ gọn và trọng lượng nhẹ hơn so với motor điện một pha cùng công suất. Điều này giúp tiết kiệm không gian và thuận tiện trong việc lắp đặt và vận chuyển.
• Độ tin cậy cao: Motor điện 3 pha có độ tin cậy cao và tuổi thọ dài. Với ít bộ phận chuyển động và không có bộ chuyển đổi, motor điện 3 pha ít hỏng hóc và yêu cầu ít bảo trì.
• Ứng dụng đa dạng: Motor điện 3 pha được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp, xây dựng, nông nghiệp và gia dụng.

4. Cấu tạo motor điện 3 pha

Cấu tạo của Motor 3 pha được thiết kế bao gồm 2 phần chính là phần stator (đứng yên) và phần rotor (quay).

Phần stator: Là tập hợp các tấm thép kỹ thuật điện rất mỏng ghép lại với nhau vào khung, bên trong có xẻ rãnh hoặc làm bằng khối thép đúc. Phần dây sẽ được quấn đi qua các rãnh khe của stator.

Phần rotor: Là phần quay của motor điện, nó được ghép lại bằng nhiều thanh kim loại để tạo thành dạng cái lồng có hình trụ ngay ngắn. Rotor của động cơ được chia thành 2 loại, đó là: loại rotor lồng sóc được tạo thành từ nhiều thanh kim loại song song cùng và các dây quấn.

Motor điện 3 pha bao gồm 2 phần chính, đó là phần stator và phần rotor

5. Nguyên lý hoạt động của động cơ điện không đồng bộ 3 pha

Những lá sắt trong động cơ điện 3 pha là những lá sắt rất mỏng để giúp giảm dòng điện xoáy đến mức nhỏ nhất có thể. Người có chuyên môn đều biết được rằng một lợi thế lớn nhất của động cơ điện 3 pha đó chính là nó có thể tự khởi động. Đồng thời, với mục đích tránh sự dao động của momen quay trong động cơ, các thanh dẫn truyền trong rotor của động cơ được thiết kế đặt xiên so với bộ phận trục quay.

Trong cấu tạo động cơ không đồng bộ 3 pha có sử dụng một chiếc rotor lồng sóc đã được thay vì sử dụng một vòng dây kín đơn giản. Loại rotor lồng sóc được cấu tạo bao gồm nhiều thanh dẫn được ngắn mạch 2 đầu, quá trình này được thực hiện bởi 2 vòng ngắn mạch.

Sẽ có 1 khoảng nhỏ mô men quay chuyển động từ cặp thanh dẫn này sang cho cặp thanh dẫn tiếp theo của động cơ nếu các thanh dẫn trong động cơ điện 3 pha được đặt thẳng song song với trục. Đây là nguyên nhân gây ra sự dao động moment quay trong động cơ và làm rotor bị giật, gián đoạn khi quay. Với cách đặt theo hướng xiên các thanh dẫn rotor, trước khi mô men quay của động cơ điện 3 pha ngừng thì các cặp thanh dẫn khác cũng đi vào hoạt động. Do vậy, việc này giúp tránh được quá trình dao động của mô men quay.

Nguyên lý hoạt động cơ bản của một động cơ điện xoay chiều 3 pha đó là: khi ta thực hiện cho dòng điện 3 pha có tần số f vào trong 3 dây quấn stator thì ngay lập tức chúng sẽ tạo ra từ trường quay bên trong động cơ với tốc độ là n1 = 60f/ p. 

Từ trường quay ở phía bên trong động cơ sẽ giúp bạn dễ dàng cắt lần lượt các thanh dẫn của phần dây quấn rotor cùng với cảm ứng của các sức điện động. Đồng thời, các dây quấn rotor cũng được thực hiện việc đấu nối kín mạch. Vì thế, sức điện động cảm ứng của động cơ điện 3 pha sẽ làm sinh ra dòng điện ở trong các thanh dẫn rotor. Khi đó, lực tác dụng tương hỗ của từ trường quay của máy cùng với thanh dẫn mang dòng điện rotor sẽ gây cho rotor quay nhanh hơn với tốc độ n < n1, quay đồng thời cùng với nó và cùng chiều với n1.

Như ta đã biết, rotor n của động cơ điện 3 pha luôn có tốc độ quay nhỏ hơn tốc độ vốn có của từ trường quay n1. Khi tốc độ quay của chúng bằng nhau thì lực điện từ bằng 0, trong dây quấn rotor sẽ không còn tồn tại cả sức điện động lẫn dòng điện cảm ứng.

Công thức tính hệ số trượt của tốc độ là: s = (n1n)/ n1

Công thức tính tốc độ của động cơ là: n= 60f/ p.(1s) (vòng/ phút)

Clip chi tiết về nguyên lý hoạt động của động cơ điện - motor điện 3 pha

6. Phân loại động cơ điện không đồng bộ 3 pha được sử dụng nhiều nhất

Hiện nay có rất nhiều cách để phân loại loại động cơ điện 3 pha, cụ thể như dựa vào các tiêu chí kích thước kết cấu, tốc độ quay, đặc tính cơ khí, chế độ vận hành , hình thức phòng hộ ...

Phân loại động cơ điện 3 pha có nhiều cách

 

Phân loại động cơ điện 3 pha dựa vào tiêu chí kích thước kết cấu của các bộ phận motor điện 3 pha sẽ phân ra các loại động cơ như: Động cơ điện 3 pha loại lớn, động cơ điện 3 pha loại vừa và động cơ điện 3 pha loại nhỏ.

• Động cơ điện 3 pha loại nhỏ: Có đường kính bên ngoài lõi thép thông thường khoảng từ 25 560mm và chiều cao trung tâm vào khoảng 90 315mm;
• Động cơ điện 3 pha loại vừa: Đường kính bên ngoài của lõi thép stato là 560 990mm và chiều cao trung tâm vào khoảng 355 630mm;
• Động cơ điện 3 pha loại lớn: Đường kính bên ngoài lõi thép stato có kích thước lớn hơn 99mm và chiều cao trung tâm lớn hơn 630mm;

Phân loại động cơ điện 3 pha dựa vào tiêu chí tốc độ quay của các motor điện 3 pha, có các loại động cơ như sau:

•  Động cơ điện 3 pha có rôto lồng sóc có đặc điểm tốc độ quay không đổi.
•  Động cơ điện 3 pha điều tốc là loại động cơ điện 3 pha có cổ góp.
•  Động cơ điện 3 pha thay đổi được tốc độ và có thể thể đổi chiều quay.

Phân loại động cơ điện 3 pha dựa vào các đặc tính cơ khí của motor điện 3 pha bao gồm có:

•  Động cơ điện 3 pha KĐB có cấu tạo rôto quấn dây.
•  Động cơ điện 3 pha KĐB có cấu tạo rôto lồng sóc thông dụng.
•  Động cơ điện 3 pha rôto cấu tạo lồng sóc có rãnh sâu.
•  Động cơ điện 3 pha KĐB có cấu tạo hai lồng sóc.
•  Động cơ điện 3 pha KĐB có cấu tạo hai lồng sóc đặc biệt.

Phân loại động cơ điện 3 pha dựa theo các chế độ vận hành của động cơ, gồm có các loại như:

• Loại động cơ điện 3 pha có chế độ công tác thường xuyên, liên tục (S1)
• Loại động cơ điện 3 pha có chế độ công tác ít, ngắn hạn (S2) gồm có: 10min, 30min, 60min và 90min.
• Loại động cơ điện 3 pha có chế độ công tác dựa theo chu kỳ của động cơ.

Phân loại động cơ điện 3 pha dựa theo hình thức phòng hộ của motor điện 3 pha sẽ có:

•  Loại động cơ điện 3 pha chống nước
•  Loại động cơ điện 3 pha mở
•  Loại động cơ điện 3 pha phòng hộ
•  Loại động cơ điện 3 pha chống nổ
•  Loại động cơ điện 3 pha kín
•  Loại động cơ điện 3 pha kín nước
•  Loại động cơ điện 3 pha ngâm nước

Phân loại động cơ điện 3 pha theo ứng dụng của motor điện 3 pha, gồm có các loại động cơ điện 3 pha như: loại phổ thông, loại ẩm nhiệt, loại khô nhiệt, loại dùng trên tàu biển, loại dùng trong công nghiệp hóa học, dùng trên cao và loại dùng ngoài trời.

7. Cách lựa chọn động cơ điện 3 pha

Khi lựa chọn động cơ điện 3 pha, có một số yếu tố quan trọng cần xem xét để đảm bảo phù hợp với nhu cầu và yêu cầu của ứng dụng cụ thể. Dưới đây là các yếu tố cần xem xét:

• Công suất: Xác định công suất cần thiết của động cơ dựa trên yêu cầu của ứng dụng. Điều này bao gồm cân nhắc về mô-men xoắn, tốc độ và khả năng vận hành ổn định trong thời gian dài.
• Điện áp và tần số: Xác định điện áp và tần số của nguồn điện cung cấp. Điện áp phải tương ứng với động cơ 3 pha và tần số phải phù hợp với nguồn điện cung cấp trong khu vực hoạt động.
• Mô-men xoắn và tốc độ: Xem xét yêu cầu về mô-men xoắn và tốc độ của ứng dụng để lựa chọn động cơ có khả năng đáp ứng. Điều này liên quan đến công suất và kích thước của động cơ.
• Loại động cơ: Có nhiều loại động cơ điện 3 pha như động cơ không đồng bộ, đồng bộ và động cơ tự kích từ. Xem xét yêu cầu về hiệu suất, khởi động, đáp ứng tải và yêu cầu vận hành để chọn loại động cơ phù hợp.
• Môi trường làm việc: Xác định điều kiện môi trường làm việc của động cơ, bao gồm nhiệt độ, độ ẩm và môi trường chất lỏng hoặc hóa chất. Chọn động cơ có khả năng hoạt động tốt trong môi trường cụ thể.
• Độ tin cậy và tuổi thọ: Xem xét độ tin cậy và tuổi thọ của động cơ để đảm bảo sự ổn định và đáng tin cậy của hệ thống. Đánh giá về độ bền, tuổi thọ của vật liệu, hãng sản xuất và thông tin phản hồi từ người dùng trước đó.
• Yêu cầu đặc biệt: Nếu có yêu cầu đặc biệt như chống rung, chống nhiễu điện, chống cháy nổ, hãy chọn động cơ có tính năng và tính năng bảo vệ tương ứng.

8. Lưu ý trong sử dụng động cơ điện 3 pha

Để thiết bị hoạt động hiệu quả và tuổi thọ cao, duy tu, bảo dưỡng thường xuyên là việc làm hết sức cần thiết, và động cơ điện 3 pha cũng không ngoại lệ. Trong vận hành và kiểm tra motor điện 3 pha cần lưu ý:

 Thường xuyên lau chùi vệ sinh sạch sẽ bên ngoài động cơ, tránh để bụi bám quá nhiều và xâm lấn vào bên trong trong động cơ gây ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động của động cơ.

Khi máy hoạt động, theo dõi âm thanh của máy chạy để phát hiện bất thường và xử lý kịp thời, kiểm tra công suất tiêu thụ năng lượng, dòng vào – ra của động cơ.

Duy trì chế độ bảo dưỡng động cơ điện định kỳ đúng theo khuyến cáo của nhà sản xuất.

Cần bảo dưỡng động cơ điện 3 pha định kỳ và đúng cách

Động cơ điện 3 pha đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong đời sống ngày nay vì những hiệu quả lớn lao mà nó mang lại trong nhiều lĩnh vực. Do vậy, việc tìm hiểu đúng đắn về động cơ điện 3 pha để khai thác đúng mức tiềm năng và giá trị của thiết bị phục vụ nhu cầu của con người là điều rất nên đầu tư trong thời buổi công nghệ.