Động Cơ Cảm Ứng: Cấu Tạo, Ưu Điểm Và Ứng Dụng

1. Khái niệm động cơ cảm ứng

Động cơ cảm ứng là thiết bị tạo ra chuyển động cho máy móc giống như một động cơ. Motor là từ thường được dùng để chỉ 1 động cơ điện hoặc là 1 động cơ đốt trong. Bộ phận này chính là chiếc máy điện dùng để chuyển đổi từ năng lượng điện trở thành năng lượng cơ. Các motor – động cơ điện cảm ứng thường gặp được sử dụng rất phổ biến trong các dụng cụ gia đình, chẳng hạn như máy giặt, máy bơm nước, quạt điện, tủ lạnh, máy hút bụi,…

Motor cảm ứng từ: Là công nghệ motor sản xuất tiên tiến, được ứng dụng tất cả những kỹ thuật hiện đại hơn. Động cơ cảm ứng điện từ còn được gọi là động cơ không đồng bộ, tức là chúng luôn phụ thuộc vào sự khác biệt dù là nhỏ nhất về tốc độ giữa từ trường quay của stator cũng như tốc độ của trục rotor.

Sự chênh lệch đó còn được gọi là sự trượt nhằm tạo ra dòng điện cảm ứng bên trong cuộn dây rotor. Có thể thấy rằng động cơ cảm ứng điện từ không thể thực hiện việc tạo ra mô men xoắn bằng với tốc độ đồng bộ trong khi hiện tượng cảm ứng (hoặc sự trượt) không liên quan hoặc đã ngừng tồn tại.

2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ cảm ứng

a) Cấu tạo của động cơ cảm ứng

Bao gồm 2 phần chính:

• Phần Stato: Được làm bằng cách ghép chồng lên nhau các tấm thép kỹ thuật điện mỏng bên trong động cơ có xẻ rãnh hoặc sử dụng  khối thép đúc. Cách mà các lá thép được gắn vào trong khung được biểu diễn giống như hình bên dưới. Ở đây chỉ có một số lá thép kỹ thuật được hiển thị, dây quấn sẽ đi qua các khe (rãnh) của stator.
• Phần Roto: Chính là phần quay của động cơ, chúng được được ghép từ nhiều thanh kim loại gộp chung lại thành một cái lồng có hình trụ. Rotor được chia thành 2 loại, bao gồm Rotor lồng sóc (được tạo thành bởi nhiều thanh kim loại song song) cùng với các dây quấn.

b) Nguyên lý hoạt động của mô tơ cảm ứng từ

Mô tơ là một thiết bị đem lại chuyển động, nhờ vào những chuyển động này của nó mà động cơ có thể chuyển hóa từ điện năng trở thành cơ năng. Vì vậy, các thiết bị trong motor mới hoạt động được. Phần Stato sẽ xuất hiện một từ trường quay khi motor cấp 1 dòng điện xoay chiều. 

Từ trường này vừa xuất hiện sẽ có nhiệm vụ là quét qua phần lõi  của bộ phận Roto buộc chúng phải quay. Suất điện động sẽ làm cho motor cảm ứng quay, điều này sẽ có nghĩa là làm cho động cơ quay và thiết bị cũng sẽ đi vào hoạt động.

3. Ưu điểm của động cơ cảm ứng

Bền bỉ, chịu được các lực tác động cao: Những motor cảm ứng từ có thể làm việc liên tục cùng với công suất lớn mà không phải lo bị hao mòn. Kể cả sử dụng động cơ trong một thời gian dài cũng vẫn cho hiệu quả làm việc của chúng ổn định giống như ban đầu.

Đáp ứng tốt nhu cầu vệ sinh làm sạch: Do motor được trang bị những công nghệ tiên tiến, hiện đại nhất. Cho nên chúng có khả năng đánh bật được mọi vết bẩn cứng đầu. Đặc biệt, công suất của motor cảm ứng từ có thể cho phép máy hoạt động liên tục từ 1300 – 1500W cùng với áp lực phun cao và lưu lượng nước mạn mà không bị giảm công suất. Đây là một ưu điểm vượt trội hơn hẳn của máy điện cảm ứng từ đối với các máy động cơ có chổi than.

Do đó, các loại máy xịt, rửa xe này đã được sử dụng với mục đích làm vệ sinh cho máy móc trong công nghiệp, nhà xưởng, vệ sinh chuồng trại hoặc các trung tâm rửa xe chuyên nghiệp, kể cả dùng trong gia đình.

Máy chạy êm, không hề phát ra tiếng ồn: Khác với các loại máy có động cơ bằng chổi than, chỉ sau một thời gian sử dụng động cơ sẽ làm giảm công suất và gây ra tiếng xào máy, gây ồn rất lớn. Nhưng ở motor cảm ứng từ thì không  những đem lại khả năng làm việc tốt mà còn giúp tiếng máy không phát ra tiếng ồn, máy chạy vô cùng êm ái, nhẹ nhàng.

Có khả năng tự động hút nước: Công suất của máy càng mạnh thì khả năng hút nước của chúng càng lớn, điều này giúp cho người dùng hút nước thuận tiện hơn trong khi làm việc.

4. Ứng dụng động cơ cảm ứng

Ngày nay, motor cảm ứng từ được ứng dụng một cách rộng rãi trong đời sống cũng như phổ biến trong các dòng sản phẩm hiện nay như máy bơm xịt rửa áp lực cao, các loại máy hút bụi công nghiệp,… hay sử dụng cho các dịch vụ chăm sóc, bảo dưỡng xe máy hoặc làm vệ sinh công nghiệp,… Đây đều là những công việc đưa ra đòi hỏi áp lực cao, đồng thời mức độ năng suất làm việc cũng khá lớn, yêu cầu độ bền của máy móc và khả năng máy có thể làm việc được liên tục.

Ngoài ra, motor điện từ cũng được sử dụng khá nhiều trong hầu hết các lĩnh vực trong đời sống, từ sản xuất cho đến sinh hoạt của con người. Cụ thể như các động cơ cảm ứng nhỏ còn được dùng trong lò vi sóng để giúp làm chuyển động đĩa quay, hay bê tông trong các máy đọc đĩa (máy chạy CD hay DVD), đến các đồ nghề như máy khoan, hay các máy gia dụng như máy giặt. Đồng thời, sự hoạt động của thang máy hay các hệ thống thông gió cũng dựa vào động cơ điện.

5. Sự khác biệt giữa động cơ đồng bộ và động cơ cảm ứng

Chênh lệch lớn về động cơ:

• Động cơ đồng bộ: Stato có các khe dọc theo trục, bao gồm các vết thương cuộn dây stato đem lại cho một số cực. Nói chung, một Roto cực mạnh được sử dụng, còn trên đó cuộn dây rôto được gắn vào. Cuộn dây rôto được cung cấp với nguồn DC cùng với sự trợ giúp tối đa của các vòng trượt. Một cánh quạt cùng với cục nam châm vĩnh cửu chính là một ứng dụng cũng có thể được sử dụng khả thi.
• Động cơ cảm ứng: Trong cuộn dây stato, cấu tạo cũng tương tự như động cơ đồng bộ, đó cũng chính là đặc trưng cho một số cực cụ thể. Một phần rôto lồng sóc hoặc bất kỳ 1 rôto nào cũng có thể được sử dụng. Trong rôto lồng sóc, các thanh rôto được ngắn mạch vĩnh viễn đối với các vòng cuối. Trong rôto đó, cuộn dây cũng xảy ra ngắn mạch vĩnh viễn, do đó chúng cũng không cần dùng đến vòng trượt.

Sự khác biệt trong vận hành động cơ:

• Đối với một động cơ đồng bộ: Các cực của phần stato sẽ quay với tốc độ đồng bộ (Ns) khi được cung cấp với nguồn vào dòng điện 3 pha. Các cánh quạt cũng sẽ được cung cấp với 1 nguồn cung cấp DC. Rôto cần được quay với tốc độ gần tương đương với tốc độ đồng bộ trong suốt quá trình khởi động. 
• Nếu được thực hiện thông suốt, các cực của rôto còn được ghép từ tính với các cực của phần stato quay. Do đó, phần rôto bắt đầu quay cùng với tốc độ đồng bộ. Động cơ đồng bộ luôn được chạy ở tốc độ bằng với tốc độ đồng bộ của nó, tức là tốc độ thực tế = tốc độ đồng bộ, hoặc tương đương N = Ns = 120f / P.
• Động cơ cảm ứng: Khi stato đã được cung cấp với nguồn cung cấp AC 2 pha hoặc 3 pha, từ trường quay (RMF) cũng được tạo ra. Tốc độ tương đối giữa từ trường quay của stato và tốc độ rôto sẽ gây ra dòng điện cảm ứng từ bên trong các dây dẫn của rôto. 
• Dòng điện rôto sẽ làm tăng cường thông lượng cho phần rôto. Theo định luật của Lenz, hướng chuyển động của dòng điện cảm ứng từ này là nó sẽ có xu hướng chống lại chính nguyên nhân sản xuất ra nó, tức là phủ định tốc độ tương đối giữa RMF của phần stato và roto. Do đó, phần roto sẽ cố gắng để bắt kịp với RMF và làm giảm tốc độ tương đối.

Động cơ cảm ứng của động cơ luôn chạy ở tốc độ nhỏ hơn tốc độ của dòng điện  đồng bộ, tức là N <Ns.

Sự khác biệt khác:

• Động cơ đồng bộ cũng đòi hỏi một nguồn điện DC được bổ sung để cung cấp năng lượng cho riêng cuộn dây roto. Động cơ cảm ứng không đòi hỏi bất kỳ nguồn năng lượng bổ sung nào.
• Vòng trượt và bàn chải là bộ phận không thể thiếu trong động cơ đồng bộ, nhưng không phải ở trong động cơ cảm ứng (ngoại trừ những động cơ cảm ứng có phần vòng trượt được sử dụng để nhằm tăng thêm điện trở ở bên ngoài cho cuộn dây rôto).
• Động cơ đồng bộ còn yêu cầu có thêm cơ chế khởi động bổ sung để giúp cho hoạt động ban đầu là quay rôto sao cho gần với tốc độ đồng bộ. Không có cơ chế khởi động được ở bên trong động cơ cảm ứng.
• Hệ số công suất của các loại động cơ đồng bộ cũng có thể được điều chỉnh biến thành độ trễ, thống nhất hoặc dẫn đầu bằng cách tiến hành thay đổi kích thích lên động cơ. Trong khi đó, động cơ cảm ứng lại luôn hoạt động  ở hệ số công suất trễ.
• Động cơ đồng bộ thường hoạt động hiệu quả hơn cả động cơ cảm ứng. Hơn nữa, động cơ đồng bộ còn có giá thành đắt tiền hơn.

6. Phân loại động cơ cảm ứng

Động cơ cảm ứng được phân loại dựa trên một số tiêu chí khác nhau:

• Theo số pha

Có hai loại động cơ cảm ứng chính dựa theo số pha là động cơ một pha và ba pha. Động cơ một pha thường được sử dụng cho các thiết bị gia dụng nhỏ như quạt điện, máy giặt. Động cơ ba pha có công suất lớn hơn, thường dùng cho các thiết bị công nghiệp như máy bơm, máy nén khí.

• Theo kiểu rôto

Hai loại rôto chính là rôto lồng sóc và rôto có cuộn dây. Rôto lồng sóc có cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ nên được sử dụng phổ biến. Rôto cuộn dây có khả năng điều chỉnh tốc độ linh hoạt hơn nhưng giá thành cao hơn.

7. Cách lựa chọn động cơ cảm ứng phù hợp

Để lựa chọn động cơ cảm ứng phù hợp, cần căn cứ vào một số yếu tố sau:

• Công suất: phải phù hợp với nhu cầu sử dụng thực tế.
• Tốc độ: tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể.
• Mômen xoắn: phải đủ lớn để vận hành tải trọng.
• Môi trường làm việc: chọn loại có khả năng chống bụi, nước, cháy nổ nếu cần.

8. Bảo trì và sửa chữa động cơ cảm ứng

Để đảm bảo động cơ cảm ứng vận hành tốt, cần thực hiện các công việc bảo trì và sửa chữa định kỳ.

8.1 Kiểm tra định kỳ các thông số kỹ thuật

Các thông số kỹ thuật của động cơ cảm ứng cần được kiểm tra định kỳ để đảm bảo hoạt động bình thường. Các thông số cần kiểm tra bao gồm dòng điện, điện áp, tốc độ quay, nhiệt độ cuộn dây, độ rung và tiếng ồn khi hoạt động. Việc kiểm tra này giúp phát hiện sớm các hư hỏng tiềm ẩn để kịp thời xử lý.

8.2 Bảo dưỡng định kỳ

Bảo dưỡng định kỳ động cơ cảm ứng rất quan trọng, bao gồm các công việc như tra mỡ bôi trơn cho các bộ phận chuyển động, thay thế vòng bi khi hư hỏng hoặc đã quá tuổi thọ sử dụng, vệ sinh bụi bẩn, kiểm tra phần cứng và kết nối điện.

8.3 Sửa chữa kịp thời các hư hỏng

Khi động cơ bị hư hỏng cần được sửa chữa kịp thời để tránh ảnh hưởng đến hoạt động của cả hệ thống. Một số lỗi thường gặp cần sửa chữa gồm cháy cuộn dây, gãy trục quay, bộ phận cơ khí bị kẹt không quay được. Việc sửa chữa nhanh chóng sẽ giảm thiểu thiệt hại và chi phí.

9. Xu hướng phát triển của động cơ cảm ứng

Động cơ cảm ứng đang được phát triển theo một số xu hướng chính sau:

9.1 Nâng cao hiệu suất, tiết kiệm năng lượng

Các nhà sản xuất đang tập trung nâng cao hiệu suất động cơ bằng cách sử dụng các vật liệu mới, cải tiến thiết kế và quy trình chế tạo để giảm tổn thất năng lượng. Động cơ càng có hiệu suất cao thì càng tiết kiệm điện năng tiêu thụ.

9.2 Ứng dụng trong xe điện

Động cơ cảm ứng được ứng dụng rộng rãi trong các loại xe điện để cung cấp khả năng vận hành êm, mượt mà với mô-men xoắn lớn ngay từ vòng quay thấp. Điều này giúp xe điện tiết kiệm năng lượng và vận hành trơn tru.

9.3 Sử dụng biến tần điều khiển

Xu hướng hiện nay là nhúng bộ điều khiển biến tần vào bên trong động cơ để có thể điều chỉnh được tốc độ một cách chính xác và linh hoạt mà không cần bộ biến tần riêng. Điều này giúp đơn giản hóa hệ thống và tiết kiệm chi phí.

Như vậy, động cơ cảm ứng đang được phát triển theo xu hướng hiện đại hóa, tiết kiệm năng lượng và mở rộng phạm vi ứng dụng.