1. Lý thuyết Động cơ không đồng bộ ba pha
Động cơ không đồng bộ
Động cơ không đồng bộ ba pha Giả sử có một nam châm chữ U quay đều xung quanh một trục thẳng đứng Δ. Các véc tơ cảm ứng từ B nằm trong khoảng giữa hai cực cùng quay đều xung quanh trục Δ. B luôn vuông góc với Δ. Từ trường của nam châm lúc này là một từ trường quay. Trong từ trường quay đó đặt một khung dây dẫn cứng MNPQ. Khung này cũng có thể quay tự do xung quanh trục Δ. Lúc đầu khung ở vị trí sao cho B vuông góc với mặt phẳng MNPQ. Ta chọn véc tơ pháp tuyến dương n của MNPQ cùng hướng B tại vị trí đó (t=0), nghĩa là góc α=(n, B) =0, từ thông qua khung Φ=BS (>0)
Khi B quay, góc α=(n, B) khác 0, từ thông quay khung Φ=BScosα => giảm đi, như vậy trong khung xuất hiện dòng điện cảm ứng i và khung dây dẫn có dòng điện i lại nằm trong từ trường, nên từ trường sẽ tác dụng lên khung một ngẫu lực làm cho khung quay. Theo định luật Len xơ, chiều của dòng điện cảm ứng i phải có tác dụng làm khung quay theo chiều từ trường, chống lại sự biến thiên của từ thông.
Khung sẽ quay nhanh dần đều, đuổi theo từ trường. Tuy nhiên, khi tốc độ góc của khung tăng lên thì tốc độ biến thiên từ thông qua khung sẽ giảm đi. Do đó cường độ của dòng điện cảm ứng i đồng thời momen ngẫu lực từ cũng sẽ giảm đi. Cho đến khi momen ngẫu lực từ vừa đủ cân bằng với momen ngẫu lực cản của các lực cản và ma sát thì khung sẽ quay đều. Tốc độ góc của khung nhỏ hơn tốc độ góc của từ trường quay.
Kết luận: Khung dây dẫn đặt trong từ trường quay sẽ quay theo từ trường đó với tốc độ góc nhỏ hơn.
Những động cơ hoạt động theo nguyên tắc này gọi là động cơ không đồng bộ.
Động cơ không đồng bộ 3 pha
Khái niệm động cơ không đồng bộ 3 pha:
- Động cơ không đồng bộ 3 pha là động cơ có tốc độ quay của roto nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường.
Cấu tạo động cơ không đồng bộ 3 pha:
Động cơ không đồng bộ 3 pha có hai phần chính giúp động cơ hoạt động là:
- Stato: (phần tĩnh): Gồm cuộn dây đồng quấn trên khung được ghép lại bởi các lá thép kỹ thuật điện. Khi cho dòng điện chạy qua nó, điện năng sẽ biến đổi thành hệ thống các đường sức từ trường có hướng, khép kín trên mạch từ.
Động cơ không đồng bộ ba pha Rôto (phần động): gồm hai dạng: rôto lồng sóc và dây quấn. Nhưng thực tế, động cơ roto lồng sóc chiếm ưu thế hơn vì dễ dàng chế tạo và lắp đặt, chi phí giá thành rẻ hơn. Nó gồm các thanh đồng được đúc xuyên qua các rãnh của roto được nối tắt ở hai đầu, kèm theo cánh tản nhiệt và quạt làm mát.
Nguyên lí hoạt động của động cơ không đồng bộ 3 pha
Dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ và tác dụng từ trường quay.
Khung dây dẫn đặt trong từ trường quay sẽ quay theo từ trường với tốc độ nhỏ hơn (Động cơ không đồng bộ).
Nguyên tắc hoạt động:
Tạo ra từ trường quay bằng cách cho dòng diện xoay chiều 3 pha đi vào trong stato gồm 3 cuộn dây giống nhau, đặt lệch nhau một góc một trăm hai mươi độ trên một giá tròn thì trong không gian giữa 3 cuộn dây sẽ có một từ trường quay với tần số góc bằng tần số góc w của dòng điện xoay chiều.
Đặt trong từ trường quay một roto lồng sóc có thể quay xung quanh trục trùng với trục quay của từ trường
Roto lồng sóc quay do tác dụng của từ trường quay với tốc độ nhỏ hơn tốc độ của từ trường. Chuyển động quay của roto được sử dụng để làm quay các máy khác.
Cấu tạo động cơ cảm ứng ba pha
Động cơ cảm ứng hoạt động trên nguồn điện xoay chiều ba pha được gọi là động cơ không đồng bộ ba pha. Thông thường, động cơ cảm ứng ba pha được sử dụng trong các ngành công nghiệp. Và không phù hợp cho các ứng dụng gia đình.
Để hiểu rõ hơn về nguyên lý làm việc của động cơ cảm ứng ba pha, chúng ta hãy xem xét cấu tạo của chúng.
Những động cơ ba pha này bao gồm một stato và một rôto và giữa đó không có kết nối điện nào tồn tại. Các stato và rôto này được chế tạo với việc sử dụng các vật liệu lõi có từ tính cao để giảm độ trễ và tổn thất dòng điện xoáy.
Khung stato có thể được cấu tạo bằng gang, nhôm hoặc thép cuộn. Khung stato dùng để bảo vệ cơ học cần thiết và hỗ trợ cho lõi stato nhiều lớp, cuộn dây và các sắp xếp khác để thông gió. Stato được quấn với các cuộn dây ba pha được chồng lên nhau với sự dịch chuyển pha 120 độ được lắp vào các rãnh. Sáu đầu của ba cuộn dây được đưa ra và kết nối với hộp điện để các cuộn dây này được đấu nguồn ba pha.
Những cuộn dây này được làm bằng dây đồng cách điện với vecni được lắp vào các lớp có rãnh cách điện. Những cuộn dây này có điện trở cách điện cao và khả năng chống chịu cao với không khí mặn, hơi ẩm, kiềm, dầu và mỡ, … Các cuộn dây này được kết nối trong các kết nối sao hoặc tam giác.
Ứng dụng của động cơ không đồng bộ ba pha
Các ngành công nghiệp quy mô nhỏ, quy mô trung bình hay quy mô lớn đều sử dụng các động cơ không đồng bộ ba pha này trong các hệ thống sản xuất của họ như:
- Dùng trong vận hành thang máy
- Sử dụng trên các cẩu trục, cần cẩu
- Là động cơ chính của các loại máy mài, máy tiện, máy cắt
- Nhà máy chiết xuất dầu
- Cánh tay robot
- Hệ thống băng tải
- Dùng trong các hệ thống máy nghiền công suất lớn
2. Bài tập minh họa
Bài 1: Chọn phát biểu đúng: Động cơ không đồng bộ ba pha là động cơ:
A. Hoạt động được với các dòng điện ngược pha nhau.
B. Được cấu tạo bởi ba cuộn dây không đồng bộ nhau.
C. Rôto quay không đồng bộ với từ trường quay của stato.
D. Có cấu tạo của stato và rôto ngược với động cơ đồng bộ.
Hướng dẫn giải: Đáp án C.
Bài 2: Một động cơ điện xoay chiều có công suất tiêu thụ điện năng bằng 440W, hệ số công suất bằng 0,8. Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu động cơ bằng 220V. Tìm cường độ dòng điện hiệu dụng qua động cơ?
3. Luyện tập Bài 18 Vật lý 12
Đây là một dạng bài tập quan trọng về Động cơ điện xoay chiều, và cũng là dạng bài tập cuối cùng của chương Dòng điện xoay chiều, vì vậy, sau khi học xong bài này, các em cần phải nắm được:
- Nguyên tắc hoạt động của động cơ không đồng bộ
- Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của động cơ không đồng bộ ba pha.
- Làm quen với các dạng bài tập về Động cơ điện xoay chiều theo nhiều cấp độ từ dễ đến khó…
Trắc nghiệm
Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lý 12 Bài 18 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết.
Câu 1: Tìm câu trả lời ĐÚNG trong các câu dưới đây:
A. Máy phát điện 3 pha có 3 phần: phần cảm gồm 3 cuộn dây giống nhau (hay 3 cặp cuộn dây) đặt lệch nhau 1200 trên lõi sắt (stato) và phần ứng gồm 1 hay nhiều cặp cực từ quay tròn đều (roto).
B. Dòng điện 3 pha là hệ dòng điện xoay chiều tạo ra bởi 2 máy đao điện một pha riêng biệt.
C. Khi chưa nối với các mạch điện tiêu thụ điện thì 3 suất điện động tạo bởi máy phát điện 3 pha giống hệt nhau về mọi mặt.
D. Khi 3 mạch tiêu thụ điện giống hệt nhau thì 3 dòng điện tạo ra bởi máy phát điện 3 pha là 3 dòng điện xoay chiều có dạng: i1 = I0cosωt; i2 = I0cos(ωt + 1200) và i3 = I0cos(ωt – 1200)
Câu 2: Một động cơ không đồng bộ ba pha sinh ra công cơ học gấp 80 lần nhiệt lượng tỏa ra của máy. Tìm 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 điện năng bằng 440W, hệ số công suất bằng 0,8. Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu động cơ bằng 220V. Tìm cường độ dòng điện hiệu dụng qua động cơ?
A. 7,5(A)
B. 2(A)
C. 2,5(A)
D. 5(A)
Xem thêm: Con lắc lò xo là gì? Lý thuyết và bài tập con lắc lò xo Vật lý 12
