Synchronous motor hay động cơ đồng bộ là thiết bị phổ biến, xuất hiện trong nhiều dây chuyền, hệ thống máy móc khác khau. Nhờ được áp dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật, Synchronous motor ngày càng hiện đại, hiệu quả năng suất cao. Trong bài viết dưới đây, Schneider Electric sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về loại động cơ đặc biệt này.
Synchronous motor - động cơ đồng bộ là gì?
Synchronous motor là gì?
Synchronous motor hay động cơ đồng bộ là cấu trúc động cơ xoay chiều đặc biệt mà rôto quay cùng tốc độ với tốc độ từ trường stato (vì thế được gọi là đồng bộ). Nói một cách khác, ở trạng thái ổn định, chuyển động quay của trục được đồng bộ với tần số của dòng điện cung cấp và chu kỳ quay đúng bằng một số tích phân của chu kỳ xoay chiều. Động cơ đồng bộ chứa nam châm điện xoay chiều nhiều pha trong stato của động cơ tạo ra từ trường quay theo thời gian với dao động của dòng điện. Roto với nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện quay cùng bước với trường stato với cùng tốc độ. Kết quả là tạo ra trường nam châm quay đồng bộ thứ hai.
Một ví dụ của Synchronous motor chính là động cơ bước, thường được sử dụng nhiều trong các ứng dụng liên quan đến điều khiển vị trí, chẳng hạn như cánh tay vận hành robot trong các nhà máy. Cùng với sự phát triển của các mạch điện tử công suất, hiện nay động cơ đồng bộ đã được tối ưu về thiết kế để ứng dụng với công suất cao hơn như quạt, máy sấy, và thậm chí là trong động cơ xe địa hình.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Cấu tạo
Synchronous motor gồm ba bộ phận chính: stato, roto và bộ kích từ. Cụ thể như sau:
Stato (phần ứng)
Cấu tạo của stato gồm 2 phần: lõi thép và dây quấn. Trong đó lõi thép là các lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh bên trong, ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo hướng trục và được ép vào trong vỏ máy. Dây quấn stato làm bằng dây dẫn được bọc cách điện (đồng, nhôm), được đặt trong các rãnh của lõi thép.
Roto (phần cảm)
Roto của Synchronous motor bao gồm lõi thép cực từ và dây quấn kích từ. Trong đó, dây quấn kích từ được nối với nguồn điện một chiều nhằm tạo ra từ trường cố định trên các cực từ.
Bộ kích từ (nguồn kích từ)
Hệ thống kích từ phải đảm bảo được các điều kiện sau: Điều chỉnh được dòng kích từ; Cưỡng bức dòng kích từ tăng nhanh; Triệt từ trường kích thích khi có sự cố. Dòng điện kích từ có thể lấy từ Máy phát điện một chiều (xoay chiều) hoặc bộ chỉnh lưu.
Một số ít động cơ đồng bộ có công suất nhỏ thì Roto lại đóng vai trò phần ứng còn Stato lại đóng vai trò phần cảm.
Nguyên lý hoạt động
Hoạt động của động cơ đồng bộ là do sự tương tác giữa từ trường của stato và roto. Cuộn dây stato được cung cấp nguồn điện 3 pha và rôto được cung cấp nguồn điện một chiều. Khi đó, stato sẽ tạo ra từ thông quay 3 pha (và do đó là từ trường quay) còn roto khóa với từ trường quay và quay cùng với nó. Khi trường roto khóa với từ trường quay, động cơ được sẽ được đồng bộ hóa. Bên cạnh đó, có thể sử dụng cuộn dây stato một pha (hoặc hai pha xuất phát từ một pha), nhưng trong trường hợp này hướng quay không được xác định và Synchronous motor có thể khởi động theo một trong hai hướng.
Phân loại Synchronous motor
Có hai loại Synchronous motor là động cơ đồng bộ kích từ độc lập – sử dụng nguyên tắc tương tự như động cơ điện từ và động cơ đồng bộ kích từ trực tiếp – thường dùng với các nam châm vĩnh cửu. Cụ thể:
Động cơ kích từ độc lập
Synchronous motor kích từ độc lập còn được gọi là động cơ từ trở thay đổi, gồm roto thép có các răng, kiểu cực lồi. Các răng này sẽ khoác roto với từ trường stato và làm roto quay với tốc độ đồng bộ. Để chuyển roto sang vị trí kế tiếp, mạch điều khiển phải tuần tự chuyển công suất sang các cuộn dây/pha stato một cách tuyến tính giống như động cơ bước.
Động cơ kích từ trực tiếp
Động cơ kích từ trực tiếp có nhiều tên gọi khác nhau như ECPM (động cơ nam châm vĩnh cửu) hoặc BLDC (động cơ DC không chổi quét) hoặc đơn giản là động cơ nam châm vĩnh cửu không chổi quét. Loại Synchronous motor này sử dụng một roto có chứa các nam châm vĩnh cửu cực lồi. Các nam châm này có thể được lắp trên bề mặt hoặc ráp ở phía trong.
Ưu điểm và ứng dụng
Ưu điểm
- Tốc độ của Synchronous motor không phụ thuộc vào tải trên phạm vi hoạt động.
- Tốc độ và vị trí của động cơ có thể được kiểm soát chính xác bằng cách sử dụng các điều khiển vòng hở; ví dụ: động cơ bước.
- Chúng sẽ giữ nguyên vị trí của chúng khi cho dòng điện một chiều vào cả cuộn dây stato và roto.
Ứng dụng
Động cơ đồng bộ đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng yêu cầu điều khiển tốc độ và / hoặc vị trí chính xác. Chẳng hạn máy định vị, nơi yêu cầu độ chính xác cao và thiết bị truyền động rô bốt; Đồng hồ chạy bằng động cơ đồng bộ về nguyên tắc chính xác bằng tần số dòng của nguồn điện. Mặc dù sự chênh lệch tần số nhỏ sẽ xảy ra trong vài giờ nhất định bất kỳ, các nhà điều hành lưới điện sẽ chủ động điều chỉnh tần số đường dây trong những khoảng thời gian sau đó để bù đắp, do đó giữ cho đồng hồ điều khiển bằng động cơ luôn chính xác.