Nguyên lý hoạt động của động cơ đồng bộ

Cấu trúc và Khích thích của Động cơ Đồng bộ

Động cơ đồng bộ bao gồm hai thành phần chính: stator (phần tĩnh) và rotor (phần quay). Stator được cấp điện bằng nguồn AC ba pha, trong khi rotor được khích thích bằng nguồn DC.

Nguyên lý Khích thích:
Khích thích là quá trình tạo ra từ trường trong cả stator và rotor, biến chúng thành nam châm điện. Sự kết hợp từ trường này là cần thiết để chuyển đổi năng lượng điện thành chuyển động quay cơ học.

Tạo Từ Trường trong Động cơ Đồng bộ

Nguồn AC ba pha tạo ra các cực nam và cực bắc thay đổi trong stator. Do nguồn là dạng sóng sin, cực tính (dương/âm) của nó đảo ngược mỗi nửa chu kỳ, gây ra sự thay đổi giữa các cực nam và cực bắc của stator. Điều này tạo ra một từ trường quay trong stator.

Từ trường của rotor được thiết lập bởi nguồn DC, cố định cực tính và tạo ra một từ trường tĩnh—có nghĩa là các cực nam và cực bắc của nó giữ nguyên không đổi.

Tốc độ quay của từ trường stator được gọi là tốc độ đồng bộ, được xác định bởi tần số nguồn và số cực của động cơ.

Tương tác Cực Từ trong Động cơ Đồng bộ

Khi các cực đối diện của stator và rotor sắp xếp cùng nhau, một lực hấp dẫn xuất hiện giữa chúng, tạo ra mômen xoắn theo chiều ngược kim đồng hồ. Mômen xoắn, như tương đương của lực trong chuyển động quay, kéo rotor theo các cực từ của stator.

Sau mỗi nửa chu kỳ, cực tính của stator đảo ngược. Tuy nhiên, quán tính của rotor—tính chất kháng cự sự thay đổi chuyển động—giữ cho vị trí của nó không thay đổi. Khi các cực giống nhau (nam-nam hoặc bắc-bắc) sắp xếp cùng nhau, một lực đẩy tạo ra mômen xoắn theo chiều kim đồng hồ.

Để trực quan hóa điều này, hãy xem xét một động cơ 2 cực: trong hình dưới đây, các cực đối diện của stator-rotor (N-S hoặc S-N) tạo ra lực hấp dẫn, như được thể hiện.

Sau nửa chu kỳ, các cực trên stator đảo ngược. Các cực giống nhau của stator và rotor đối mặt với nhau, và lực đẩy phát triển giữa chúng.

Mômen xoắn không một chiều làm rung rotor chỉ ở một chỗ và vì lý do này, động cơ đồng bộ không tự khởi động.

Cơ chế Khởi động của Động cơ Đồng bộ

Để bắt đầu hoạt động, rotor được quay bởi một ổ đĩa bên ngoài, căn chỉnh cực tính của nó với từ trường quay của stator. Khi các cực của stator và rotor liên kết, một mômen xoắn một chiều được tạo ra, kéo rotor quay với tốc độ đồng bộ của từ trường stator.

Một khi đã đồng bộ, động cơ chạy ở tốc độ không đổi bằng với tốc độ đồng bộ, được cố định bởi tần số nguồn và số cực.