Cách thức hoạt động của động cơ xoay chiều: Ứng dụng, Tiêu chí lựa chọn và Hướng dẫn thực hành

Động cơ AC hoạt động như thế nào - và tại sao trượt lại quyết định hầu hết mọi thứ

Rôto không bao giờ bắt được từ trường điều khiển nó. Sự thiếu hụt đó giải thích cho tốc độ định mức, mô-men xoắn, nhiệt độ, lỗi tụ điện và hầu hết các con số được ghi trên bảng tên.

Máy đo tốc độ trên động cơ quạt 50 Hz được đóng dấu 1.300 vòng / phút cho kết quả gần giống với con số đó cho dù cánh quạt sạch hay phủ bụi và chỉ tăng nhẹ khi luồng khí bị chặn. Lắp cùng một động cơ phía sau một cánh quạt nặng hơn và tốc độ hầu như không di chuyển trong khi dòng điện tăng lên. Cả hai hành vi đều đến từ một cơ chế.

Động cơ AC hoạt động bằng cách tạo ra một từ trường di chuyển xung quanh stato với tốc độ được đặt theo tần số nguồn và số cực, sau đó kéo rôto dọc theo một vài phần trăm phía sau nó. Mô-men xoắn chỉ tồn tại khi rôto chậm lại. Để rôto khớp chính xác với từ trường và không có chuyển động tương đối, không có dòng điện cảm ứng và không có mômen quay nào cả.

Hãy giữ ý tưởng đó và một số cuộc tranh luận hàng ngày sẽ ngắn hơn: tại sao tốc độ trên bảng tên là số lẻ, tại sao động cơ một pha lại kêu vo ve thay vì khởi động khi tụ điện khô và tại sao cùng một khung lại chạy nóng hơn trong lò sưởi so với trong quạt.

Trường quay, từng bước

Trong động cơ ba pha, ba cuộn dây đặt cách nhau 120 độ điện và mang dòng điện lệch nhau một góc. Từ trường của chúng cộng lại thành một trường duy nhất có cường độ không đổi quay một lần trong mỗi chu kỳ điện. Đó là tốc độ đồng bộ: Ns = 120f ÷ P, với f tính bằng hertz và P là số cực.

1. Dòng điện stato tạo ra một từ trường quét qua các thanh rôto.
2. Bởi vì các thanh chuyển động tương ứng với từ trường đó nên điện áp được tạo ra trong chúng, do đó rôto hoạt động như một thiết bị thứ cấp bị đoản mạch.
3. Dòng điện cảm ứng tạo ra từ trường riêng, từ trường này bị đẩy vào từ trường của stato và rôto tăng tốc theo cùng hướng.
4. Dưới tải, rôto đạt đến tốc độ đồng bộ nhưng không bao giờ đạt tới tốc độ đó. Khe hở bị trượt: s = (Ns − Nr) → Ns.
5. Mô-men xoắn tăng lên khi trượt đến mô-men xoắn sự cố, sau đó giảm xuống - đó là lý do tại sao động cơ quá tải sẽ ngừng hoạt động chứ không chỉ đơn giản là giảm tốc độ.

Độ trượt toàn tải thường là 2–6% ở các động cơ đa năng loại nhỏ. Động cơ quạt cố tình chạy cao hơn, thường là 8–15%, vì đường cong mô-men xoắn phẳng hơn giữ cho luồng không khí ổn định khi bộ lọc bị tắc và cánh quạt tải lên.

Vị trí của các bộ phận và nhiệt lượng đến từ đâu

Stator là một tập hợp các tấm thép silicon mỏng, cách điện với nhau để hạn chế dòng điện xoáy, với các cuộn dây bằng đồng tráng men được đẩy vào các khe. Rôto là một lồng bằng các thanh nhôm hoặc đồng đúc khuôn được nối ngắn bằng các vòng cuối. Các khe hở không khí trong động cơ nhỏ có kích thước khoảng 0,25–0,5 mm và khe hở đó là nơi xảy ra quá trình truyền năng lượng: bất kỳ độ lệch tâm nào ở đó đều biểu hiện dưới dạng rung và tiếng ồn.

Động cơ một pha chạy bằng tụ điện có thêm cuộn dây thứ hai và tụ điện màng; động cơ ba pha hoàn toàn không có tụ điện. Vòng bi, thường là vòng bi kín ở chế độ quạt, chiếm phần lớn tuổi thọ sử dụng.

Trượt không phải là một khiếm khuyết cần được loại bỏ. Đó là khoảng hở làm việc giữa trường và trục - đóng nó hoàn toàn và động cơ không tạo ra gì.

Tổn thất dưới dạng nhiệt: điện trở ở cả hai cuộn dây, tổn thất lõi ở các lớp mỏng, ma sát và gió ở vòng bi. Động cơ một pha nhỏ thường đạt hiệu suất 30–60%, đó là lý do tại sao đầu ra trục 45 W có thể kéo gần 90 W từ tường và tại sao vật liệu vỏ và luồng không khí lại quan trọng như chính cuộn dây.

Tại sao động cơ một pha không thể tự khởi động

Một cuộn dây được cấp dòng điện một pha sẽ tạo ra trường dao động chứ không phải trường quay. Nó phân giải thành hai trường quay ngược chiều nhau với cùng tốc độ. Ở trạng thái dừng, chúng triệt tiêu chính xác, do đó mô-men xoắn thực bằng 0 và rô-to chỉ kêu vo ve.

• Cột bóng mờ: một vòng đồng trên một phần của mỗi cực làm chậm dòng điện và tạo ra mô-men xoắn khởi động nhỏ - rẻ tiền, êm ái, không hiệu quả, thường gặp ở các quạt nhỏ.
• Điện trở phân pha: cuộn dây phụ có điện trở cao chuyển pha; một công tắc ly tâm hoặc PTC sẽ loại bỏ nó sau khi khởi động.
• Khởi động bằng tụ điện: tụ điện lớn mang lại mô-men xoắn khởi động cao cho máy bơm và máy nén.
• Tụ điện chạy bằng tụ điện hoặc tụ điện phân chia vĩnh viễn: một tụ điện màng nhỏ vẫn hoạt động trong mạch, nâng hệ số công suất và giảm tiếng ồn, với chi phí mô-men xoắn khởi động khiêm tốn.

Quạt sử dụng thiết kế chạy bằng tụ điện vì tải lúc khởi động nhẹ. Một tụ điện chạy điển hình là một vài microfarad của màng kim loại. Khi nó mất điện dung - nguyên nhân thông thường là nhiệt - mô-men xoắn khởi động giảm, động cơ tiêu thụ nhiều dòng điện hơn cho cùng một đầu ra và cuộn dây chạy nóng hơn. Nếu động cơ kêu vo vo và bộ bảo vệ nhiệt liên tục bị ngắt, trước tiên hãy đo tụ điện; ảnh hưởng của tụ điện chạy đến mô-men xoắn khởi động và hiệu suất chạy thường là toàn bộ câu chuyện.

Tốc độ đọc và trượt từ bảng tên

Vòng/phút trên bảng tên là tốc độ đầy tải ở điện áp định mức, không phải tốc độ chạy tự do. Đặt nó ở tốc độ đồng bộ và bạn có thể đọc được ý định của nhà thiết kế.

Vì vậy, 1.300 vòng/phút ở tần số 50 Hz có nghĩa là động cơ bốn cực chạy với độ trượt khoảng 13% — nhằm mục đích cao để cánh quạt đầy bụi không làm rung chuyển luồng khí. Một động cơ gia nhiệt có tốc độ 2.800 vòng/phút là loại hai cực với độ trượt khoảng 7%; 920 vòng/phút chỉ tới sáu cực.

Thông tin Hai động cơ có thể dùng chung một khung, đường kính trục và giá trị tụ điện mà vẫn cách nhau 200 vòng/phút. Xác nhận dòng điện đo được ở tải định mức thay vì chỉ tin vào tem.

Kết hợp động cơ với thiết bị

Chu kỳ hoạt động của thiết bị quyết định loại động cơ đáng tin cậy hơn so với công suất định mức.

Trên quạt gió lạnh, việc lựa chọn vỏ là một quyết định thực tế hơn là chỉ mang tính thẩm mỹ: vỏ nhôm tỏa nhiệt nhanh hơn và chống ăn mòn trong phòng ẩm tốt hơn thép sơn với mức chi phí tương tự. Sự lây lan của Động cơ AC không khí lạnh một pha trên các thiết bị để bàn và đặt trên sàn cho thấy mức độ thực sự của thông số kỹ thuật về hình dạng lắp đặt và trục.

Quạt sưởi chuyển sang động cơ hai cực để quay nhanh quạt gió nhỏ hơn và hạn chế ràng buộc trở thành nhiệt độ thay vì tốc độ. Lớp cách nhiệt, vị trí của cầu chì nhiệt và đường làm mát của động cơ quyết định liệu nó có chịu được lưới tản nhiệt bị chặn vào một buổi sáng lạnh giá hay không.

Mũ trùm phạm vi nằm giữa động cơ AC chạy bằng tụ điện trong vỏ nhựa và các lựa chọn thay thế DC. Dầu mỡ, hơi nước và hóa chất tẩy rửa sẽ trừng phạt các khung mở, do đó, việc đóng gói sẽ tính theo số năm sử dụng thay vì tính bằng decibel.

Thất bại, kiểm tra và những điều cần hỏi nhà cung cấp

• Vòng bi là sản phẩm hết hạn sử dụng thông thường; tiếng ồn đến rất lâu trước khi co giật.
• Chạy tụ điện trôi theo điện dung chứ không phải hỏng hoàn toàn, do đó động cơ vẫn quay khi chạy nóng.
• Cách điện quanh co thất bại sau khi nhiệt độ quá cao kéo dài; mỗi mức định mức trên 10 °C sẽ giảm gần một nửa tuổi thọ của nó.
• Độ ẩm và dầu mỡ điện trở cách điện thấp hơn; Động cơ bằng nhựa được bọc kín có khả năng chịu rửa trôi tốt hơn nhiều so với khung mở.

Nguy hiểm Không bao giờ thay tụ điện khởi động bằng tụ điện đang chạy. Định mức điện áp và công suất khác nhau và cuộn dây có thể quá nóng trong vòng vài phút đối với một chiếc quạt trước đó đã chạy trong nhiều năm.

Cảnh báo Trên máy sưởi, lưới tản nhiệt hạn chế làm tăng nhiệt độ không khí và cắt dòng khối làm mát động cơ. Bộ bảo vệ nhiệt có thể ngắt liên tục mà không có lỗi nào ở cuộn dây.

thành công Phê duyệt mẫu dựa trên bằng chứng chứ không phải trên danh mục. Yêu cầu tốc độ và dòng điện được đo bằng lưỡi thật, mức tăng nhiệt độ ở điện áp định mức 1,1×, dòng điện rôto bị khóa, giá trị tụ điện có dung sai, tiếng ồn ở tốc độ thấp nhất và số chứng chỉ phù hợp với thị trường đích.

Mọi quyết định thực tế về động cơ xoay chiều đều quay về cùng một bức tranh: từ trường quay với tốc độ đồng bộ, rôto kéo theo vài phần trăm và mô-men xoắn nằm trong khoảng trống đó. Tốc độ định mức cho bạn biết số cực, độ trượt cho bạn biết nhiệm vụ và tụ điện cho bạn biết động cơ khởi động như thế nào.

Chỉ định tốc độ, độ trượt, mức tăng nhiệt độ và phương pháp khởi động cùng nhau. Đánh giá từng con số một, mỗi con số đều có vẻ vô hại; cùng nhau đánh giá, họ dự đoán liệu thiết bị có còn yên tĩnh sau hai mùa hè sử dụng hàng ngày hay không.