Tại sao động cơ một pha cần nhiều dòng điện hơn khi khởi động so với khi chạy?

So sánh với khi hoạt động, động cơ một pha yêu cầu dòng điện lớn hơn trong quá trình khởi động chủ yếu do các lý do sau:

1. Khối lượng quán tính trong quá trình khởi động

Trong quá trình khởi động, động cơ phải vượt qua quán tính tĩnh của chính nó. Vì động cơ đứng yên trước khi khởi động, nên cần mô-men xoắn lớn hơn để vượt qua ma sát tĩnh và tăng tốc đến tốc độ hoạt động. Quá trình này đòi hỏi dòng điện lớn hơn để cung cấp mô-men xoắn khởi động so với hoạt động bình thường.

2. Thay đổi mật độ từ thông

Khi khởi động, mật độ từ thông bên trong động cơ cần được thiết lập từ không. Điều này có nghĩa là động cơ cần dòng điện lớn hơn để nhanh chóng tạo ra từ trường cần thiết để tạo ra mô-men xoắn khởi động đủ. Khi động cơ bắt đầu quay, mật độ từ thông ổn định và dòng điện cần thiết giảm đi.

3. Hiệu ứng pha

Động cơ một pha, khi khởi động, chỉ có một pha điện, điều này không tự nhiên tạo ra từ trường quay. Để mô phỏng từ trường quay, thường sử dụng tụ điện, điện trở hoặc nhiệt điện trở PTC (Positive Temperature Coefficient) làm phụ trợ khởi động. Những thành phần này cung cấp hiệu ứng pha bổ sung trong quá trình khởi động, làm cho phân phối dòng điện đồng đều hơn để tạo ra từ trường quay. Quá trình này đòi hỏi dòng điện lớn hơn để kích hoạt.

4. Kháng cơ học

Ngoài việc vượt qua quán tính của động cơ, động cơ cũng có thể cần vượt qua kháng của tải mà nó đang điều khiển. Nếu động cơ được kết nối với tải cơ học có trọng lượng hoặc ma sát, cần mô-men xoắn lớn hơn để vượt qua những kháng này, dẫn đến sự tăng dòng điện khởi động.

5. Hiệu ứng cảm ứng

Cuộn dây động cơ có tính chất cảm ứng, điều này có nghĩa là sự thay đổi đột ngột của dòng điện sẽ tạo ra điện áp phản hồi (back EMF) chống lại sự tăng dòng điện. Tuy nhiên, khi khởi động, vì động cơ chưa quay, điện áp phản hồi rất nhỏ, cho phép dòng điện tăng nhanh lên mức cao hơn.

6. Hiệu ứng nhiệt

Trong quá trình khởi động, động cơ có thể trải qua sự tăng nhiệt độ nhanh chóng, khiến điện trở của cuộn dây tăng lên. Mặc dù sự tăng điện trở hạn chế dòng điện, nhưng trong khoảnh khắc ban đầu của quá trình khởi động, động cơ chưa nóng lên hoàn toàn, nên dòng điện vẫn có thể đạt đến mức đỉnh.

Ứng dụng thực tế

Để bảo vệ động cơ một pha khỏi bị hỏng do dòng điện khởi động quá lớn, thường sử dụng tụ điện khởi động, điện trở khởi động hoặc nhiệt điện trở PTC để làm mượt quá trình khởi động. Ngoài ra, các thiết bị bảo vệ quá tải (như rơ-le nhiệt) được sử dụng để ngăn chặn dòng điện khởi động lớn gây quá nhiệt hoặc hư hại động cơ.

Tóm tắt

Động cơ một pha yêu cầu dòng điện lớn hơn trong quá trình khởi động chủ yếu vì chúng cần vượt qua ma sát tĩnh, thiết lập từ trường, cung cấp mô-men xoắn khởi động đủ và vượt qua kháng cơ học. Thông qua thiết kế phù hợp và các biện pháp bảo vệ, có thể đảm bảo rằng động cơ không bị hỏng trong quá trình khởi động và chuyển tiếp mượt mà sang hoạt động bình thường.