Real Group Efficiency Projects
Trong phần này chúng ta sẽ cùng tìm hiểu hai thành phần cơ bản của động cơ không đồng bộ 3 pha có mối liên quan như thế nào để tạo ra cảm ứng điện từ.
1. Khái niệm
Trước hết, chúng ta cần phải hiểu thế nào là cảm ứng điện từ?
Hình 1. Hiện tượng cảm ứng điện từ.
Cảm ứng điện từ là một hiện tượng trong đó dòng điện được tạo ra trong một dây dẫn bằng cách di chuyển nó qua một từ trường, hoặc là từ trường xung quanh dây dẫn đứng yên đó đang chuyển động (thay đổi).
Nói cách khác, cảm ứng điện từ là hiện tượng hình thành một suất điện động (điện áp) trên một vật dẫn khi vật dẫn đó được đặt trong một từ trường biến thiên. Khi cho từ thông gửi qua một mạch kín thay đổi thì trong mạch xuất hiện một dòng điện. Dòng điện đó được gọi là dòng điện cảm ứng.
2. Sự hình thành cảm ứng từ
Hình 2. Stator quay để tạo ra từ trường trong động cơ cảm ứng.
Stator có lõi thép và dây quấn, lõi thép bao gồm rất nhiều lá thép được ghép lại với nhau, giữa các lá thép có rãnh nhỏ để cách nhiệt.
Hình 3. Cấu tạo Startor của động cơ không đồng bộ 3 pha.
Khi dòng điện chạy qua các cuộn dây quấn quanh Stator thì nó sẽ tạo ra từ trường.
Hình 4. Dòng điện chạy vào các cuộn dây quấn quanh Stator.
Để hiểu rõ hơn về sự hình thành cảm ứng từ, ta hãy cùng nhau xem xét ví dụ về chiếc đinh như sau:
Một dây đồng cách điện được quấn quanh một chiếc đinh như hình bên dưới. Khi có dòng điện chạy qua dây đồng, chiếc đinh sẽ biến thành một nam châm điện.
Hình 5. Dây đồng cách điện được quấn quanh cây đinh.
Trong trường hợp này ta có thể liên tưởng chiếc đinh như là lõi thép và dây đồng giống như cuộn dây quấn quanh lõi thép.
Một số kim loại như sắt, thép có đặc tính từ, nguyên tử chuyển động ngẫu nhiên, hỗn loạn. Khi có dòng điện đi qua cuộn dây sẽ tạo ra từ trường làm cho các nguyên tử đó phải sắp xếp thẳng hàng, chúng kết hợp với nhau để tạo nên một từ trường mạnh.
Hình 6. Sự hình thành từ trường trong kim loại khi có dòng điện chạy qua.
3. Động cơ cảm ứng sử dụng nguồn xoay chiều 3 pha cân bằng
Nguồn điện ba pha được mô tả hình sau đây:
Hình 7. Dòng điện xoay chiều ba pha.
Như chúng ta thấy, các pha bị lệch nhau một góc 120o và nó sẽ đổi chiều theo từng nửa chu kỳ.
Hình 8. Dòng điện đổi chiều theo từng nửa chu kỳ.
Sự thay đổi nhanh chóng này là do tần số dòng điện tiêu chuẩn là 60 Hz, điều đó có nghĩa là thời gian dòng điện chạy qua Stator lặp đi lặp lại theo một chu kỳ là 16,6ms (mili giây), nó còn nhanh hơn cả chúng ta chớp mắt.
3.1. Vai trò của Stator
Hình 9. Dòng điện chạy (quét) qua Stator.
Sau đây là một mô hình đơn giản hoá cho quá trình trên.
Hình 10. Từ trường quay được sinh ra khi cho dòng xoay chiều ba pha đi qua Stator.
Stator bình thường đứng yên về mặt cơ học, nhưng khi kết hợp với dòng điện xoay chiều ba pha nó sẽ tạo ta một từ trường quay.
3.2. Vai trò của Rotor
Rotor xem nó đóng vai trò như thế nào trong quá trình cảm ứng?
Hình 11. Rotor với các thành phần cơ bản.
Rotor gồm có lõi thép, thanh dẫn và vòng ngắn mạch ở hai đầu của nó được tạo ra để dẫn dòng điện từ. Khi từ trường quay của Stator quét qua các thanh dẫn trên Rotor, nó sẽ cảm ứng ra các sức điện động. Lúc này, do các thanh dẫn được nối ngắn mạch với nhau, nên sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện trên chúng, từ đó nó sẽ sinh ra một từ trường trong Rotor (từ trường Rotor) và từ trường này có chiều ngược với từ trường do Stator tạo ra.
Hình 12. Đường dẫn kín cho dòng điện trong các thanh Rotor.
Sở dĩ có sự đối lập này là vì bất kì lực điện động cảm ứng nào được tạo ra sẽ chống lại lực của từ trường nguồn.
3.3. Chuyển động tương đối
Chúng ta vừa tìm hiểu qua chức năng từng thành phần (Stator và Rotor) của động cơ trong quá trình cảm ứng, nhưng để quá trình cảm ứng diễn ra thì còn tồn tại một yếu tố cần thiết thứ ba và đó là chuyển động tương đối.
Nói chung, chuyển động tương đối là một phép tính giữa tốc độ của một vật chuyển động so với tốc độ của vật chuyển động khác.
Trong trường hợp này, chuyển động tương đối xảy ra giữa từ trường quay của Stator và Rotor.
Hình 13. Chuyển động của Stator và Rotor.
Rotor quay chậm hơn so với Stator, chậm hơn bao nhiêu lần phụ thuộc vào tải bên ngoài, nên năng lượng bị hao phí là do ma sát và các nguyên nhân khác.