Động cơ ngưng tụ - thiết bị, nguyên lý hoạt động, ứng dụng
Trong bài viết này, chúng ta sẽ nói về động cơ tụ điện, thực chất là động cơ không đồng bộ thông thường, chỉ khác ở cách chúng được kết nối với mạng. Hãy chạm vào chủ đề lựa chọn tụ điện, phân tích lý do cần lựa chọn công suất chính xác. Hãy lưu ý các công thức chính sẽ giúp ước tính sơ bộ công suất cần thiết.
Động cơ tụ điện được gọi là động cơ không đồng bộ, trong mạch stato, trong đó điện dung bổ sung được đưa vào để tạo ra sự lệch pha của dòng điện trong cuộn dây stato. Điều này thường áp dụng cho mạch một pha khi sử dụng động cơ cảm ứng ba pha hoặc hai pha.
Các cuộn dây stato của động cơ cảm ứng được đặt lệch nhau về mặt vật lý và một trong số chúng được nối trực tiếp với nguồn điện, trong khi cuộn thứ hai hoặc thứ hai và thứ ba được nối với nguồn điện thông qua tụ điện.Công suất của tụ điện được chọn sao cho độ lệch pha của dòng điện giữa các cuộn dây bằng hoặc ít nhất là gần 90 °, khi đó mô-men xoắn cực đại sẽ được cung cấp cho rôto.
Trong trường hợp này, các mô-đun của cảm ứng từ của các cuộn dây phải giống nhau, sao cho từ trường của các cuộn dây stato bị dịch chuyển so với nhau, sao cho tổng trường quay theo một vòng tròn chứ không phải trong một hình elip, kéo rôto theo nó với hiệu quả cao nhất.
Rõ ràng, dòng điện và pha của nó trong cuộn dây nối qua tụ điện có liên quan đến cả điện dung của tụ điện và trở kháng hiệu dụng của cuộn dây, do đó lại phụ thuộc vào tốc độ của rôto.
Khi khởi động động cơ, trở kháng của cuộn dây chỉ được xác định bởi điện cảm và điện trở hoạt động của nó, vì vậy nó tương đối nhỏ trong quá trình khởi động và ở đây cần một tụ điện lớn hơn để đảm bảo khởi động tối ưu.
Khi rôto tăng tốc đến tốc độ định mức, từ trường của rôto sẽ tạo ra một EMF trong cuộn dây stato, từ trường này sẽ hướng vào điện áp cung cấp cho cuộn dây—điện trở hiệu dụng hiện tại của cuộn dây tăng lên và điện dung cần thiết giảm xuống.
Với công suất được chọn tối ưu ở mỗi chế độ (chế độ khởi động, chế độ vận hành), từ trường sẽ có dạng tròn, và ở đây cả tốc độ rôto và điện áp, số cuộn dây và điện dung được kết nối với dòng điện đều có liên quan . Nếu giá trị tối ưu của bất kỳ tham số nào bị vi phạm, trường sẽ trở thành hình elip và các đặc tính của động cơ sẽ giảm tương ứng.
Đối với các động cơ có mục đích khác nhau, sơ đồ kết nối của tụ điện là khác nhau.Khi chúng có ý nghĩa bắt đầu mô-men xoắn, sử dụng tụ bù dung lượng lớn hơn để đảm bảo dòng và pha tối ưu khi khởi động. Nếu momen khởi động không đặc biệt quan trọng thì chỉ chú ý tạo điều kiện tối ưu cho chế độ vận hành ở tốc độ định mức, còn công suất được chọn ở tốc độ định mức.
Thông thường, để khởi động chất lượng cao, tụ điện khởi động được sử dụng, tụ điện này được kết nối song song với tụ điện đang chạy có công suất tương đối nhỏ trong quá trình khởi động, để từ trường quay tròn trong quá trình khởi động, sau đó khởi động tụ điện bị tắt và động cơ chỉ tiếp tục chạy khi tụ điện đang chạy. Trong trường hợp đặc biệt, một bộ tụ điện có thể chuyển đổi được sử dụng cho các tải khác nhau.
Nếu tụ điện khởi động không vô tình bị ngắt sau khi động cơ đạt đến tốc độ định mức, thì sự lệch pha trong cuộn dây sẽ giảm, sẽ không tối ưu và từ trường stato sẽ trở thành hình elip, điều này sẽ làm giảm hiệu suất của động cơ. Điều bắt buộc là bạn phải chọn đúng công suất khởi động và vận hành để động cơ hoạt động hiệu quả.
Hình này cho thấy sơ đồ chuyển đổi động cơ tụ điện điển hình được sử dụng trong thực tế. Ví dụ, xét một động cơ lồng sóc hai pha có stato có hai cuộn dây để cấp điện cho hai pha A và B.
Tụ điện C được bao gồm trong mạch của pha bổ sung của stato, do đó dòng điện IA và IB chạy trong hai cuộn dây của stato theo hai pha. Thông qua sự hiện diện của điện dung, đạt được sự lệch pha của dòng điện IA và IB là 90 °.
Biểu đồ vectơ cho thấy tổng dòng điện của mạng được hình thành bởi tổng hình học của dòng điện của hai pha IA và IB. Bằng cách chọn điện dung C, họ đạt được sự kết hợp như vậy với độ tự cảm của cuộn dây sao cho độ lệch pha của dòng điện chính xác là 90 °.
Dòng điện IA trễ hơn điện áp đường dây đặt vào UA một góc φA và dòng điện IB trễ hơn điện áp UB đặt vào các cực của cuộn dây thứ hai tại thời điểm hiện tại một góc φB. Góc giữa điện áp nguồn và điện áp đặt vào cuộn dây thứ hai là 90°. Điện áp trên tụ điện USC tạo thành một góc 90° với dòng điện IV.
Sơ đồ cho thấy rằng việc bù hoàn toàn độ lệch pha ở φ = 0 đạt được khi công suất phản kháng mà động cơ tiêu thụ từ mạng bằng với công suất phản kháng của tụ điện C. Hình vẽ cho thấy các mạch điển hình bao gồm động cơ ba pha với tụ điện trong mạch quấn của stato.
Công nghiệp ngày nay sản xuất động cơ tụ điện dựa trên hai pha. Ba pha dễ dàng được sửa đổi thủ công để cung cấp từ mạng một pha. Ngoài ra còn có các sửa đổi ba pha nhỏ, đã được tối ưu hóa với tụ điện cho mạng một pha.
Những giải pháp này thường được tìm thấy trong các thiết bị gia dụng như máy rửa chén và quạt phòng. Máy bơm tuần hoàn công nghiệp, quạt và ống khói cũng thường sử dụng động cơ tụ điện trong hoạt động của chúng. Nếu cần thiết phải bao gồm một động cơ ba pha trong mạng một pha, thì một tụ điện có độ lệch pha được sử dụng, tức là một lần nữa động cơ được chuyển đổi thành một tụ điện.
Để tính toán gần đúng công suất của tụ điện, người ta sử dụng các công thức đã biết, trong đó đủ để thay thế điện áp nguồn và dòng điện hoạt động của động cơ, đồng thời dễ dàng tính được công suất cần thiết cho kết nối sao hoặc tam giác của cuộn dây.
Để tìm dòng điện hoạt động của động cơ, chỉ cần đọc dữ liệu trên bảng tên của nó (công suất, hiệu suất, cosin phi) và cũng có thể thay thế nó trong công thức. Là một tụ điện khởi động, người ta thường lắp tụ điện có kích thước gấp đôi tụ điện làm việc.
Trên thực tế, những ưu điểm của động cơ tụ điện — không đồng bộ, chủ yếu bao gồm một — khả năng kết nối động cơ ba pha với mạng một pha. Trong số các nhược điểm là nhu cầu về công suất tối ưu cho một tải cụ thể và không thể cung cấp năng lượng từ các bộ biến tần sóng hình sin đã sửa đổi.
Chúng tôi hy vọng rằng bài viết này hữu ích cho bạn và bây giờ bạn đã hiểu tụ điện cho động cơ không đồng bộ là gì và cách chọn công suất của chúng.