Động cơ điện xoay chiều

Động cơ điện xoay chiều hay Động cơ AC là động cơ điện được dẫn động bằng dòng điện xoay chiều (AC). Động cơ AC thường bao gồm hai phần cơ bản, một stator bên ngoài có các cuộn dây được cấp dòng xoay chiều để tạo ra từ trường quay và một rô-to bên trong được gắn vào trục đầu ra tạo ra từ trường quay thứ hai. Từ trường rôto có thể được tạo ra bởi các nam châm vĩnh cửu, sự lồi từ trở, hoặc cuộn dây điện DC hoặc AC.
Ít phổ biến hơn, động cơ tuyến tính AC  hoạt động trên các nguyên tắc tương tự như động cơ quay nhưng có các bộ phận cố định và chuyển động của chúng được bố trí theo cấu hình đường thẳng, tạo ra chuyển động thẳng thay vì xoay.

Nguyên lý hoạt động

Hai loại động cơ AC chính là động cơ cảm ứng điện từ và động cơ đồng bộ. Động cơ cảm ứng điện từ (hoặc động cơ không đồng bộ) luôn phụ thuộc vào sự khác biệt nhỏ về tốc độ giữa từ trường quay stator và tốc độ trục rotor được gọi là sự trượt tạo ra dòng điện cảm ứng trong cuộn dây rotor. Kết quả là, động cơ cảm ứng điện từ không thể tạo ra mô-men xoắn bằng với tốc độ đồng bộ khi hiện tượng cảm ứng (hoặc trượt) không liên quan hoặc ngừng tồn tại. Ngược lại, động cơ đồng bộ không phụ thuộc vào cảm ứng điện từ - trượt trong hoạt động và sử dụng nam châm vĩnh cửu, các cực từ lồi hoặc cuộn dây rôto độc lập. Động cơ đồng bộ tạo ra mô-men xoắn danh định bằng chính xác với tốc độ đồng bộ. Hệ thống động cơ đồng bộ nguồn đôi rô-to dây quấn không chổi than có một cuộn dây rôto độc lập được kích thích không phụ thuộc vào nguyên tắc cảm ứng - trượt của dòng điện. Động cơ đồng bộ nguồn đôi rô-to dây quấn không chổi than là động cơ đồng bộ có thể hoạt động bằng chính xác tần số nguồn cấp  hay bằng bội số của tần số cung cấp.
Các loại động cơ khác bao gồm động cơ dòng điện xoáy, máy móc chuyển mạch cơ học AC và DC, trong đó tốc độ phụ thuộc vào kết nối cuộn dây và điện áp.

Rô-to dây quấn 3 pha

Một thiết kế thay thế, được gọi là rôto dây quấn, được sử dụng khi cần điều chỉnh tốc độ. Trong trường hợp này, rôto có cùng số cực như stato và cuộn dây được làm bằng dây dẫn, được nối với vành trượt trên trục. Chổi than kết nối các vành trượt với bộ điều khiển như biến trở cho phép thay đổi tốc độ trượt của động cơ. Trong một số ổ đĩa rotor có tốc độ biến thiên công suất cao nhất định, năng lượng tần số trượt được bắt, chỉnh lưu và quay trở lại nguồn điện thông qua một biến tần. Với công suất điều khiển hai chiều, rôto dây quấn trở thành một người tham gia tích cực trong quá trình chuyển đổi năng lượng, với cấu hình nguồn đôi cho rô-to dây quấn giúp nhân đôi mật độ công suất.
So với rôto lồng sóc, động cơ rotor dây quấn rất tốn kém và yêu cầu bảo dưỡng các vành trượt và chổi quét, nhưng chúng là dạng chuẩn để điều khiển tốc độ thay đổi trước khi các thiết bị điện tử nhỏ gọn ra đời. Với biến tần đổi điện với điều khiển tần số thay đổi được bây giờ có thể được sử dụng để kiểm soát tốc độ nên động cơ rô-to dây quấn đang trở nên ít phổ biến hơn.
Có vài phương pháp khởi động động cơ ba pha. Khi có thể khởi động với mômen khởi động lớn và dòng khởi động cao, động cơ có thể được khởi động trên đường dây, bằng cách áp dụng đường dây điện áp đầy đủ cho các thiết bị đầu cuối (trực tiếp, DOL). Trường hợp cần giới hạn dòng kích từ khởi động (như khi động cơ lớn hơn so với công suất ngắn mạch của nguồn cung cấp), động cơ được khởi động ở chế độ giảm áp sử dụng các cuộn cảm mắc nối tiếp, biến áp tự ngẫu, thyristor hoặc các thiết bị khác. Một kỹ thuật đôi khi được sử dụng là khởi động sao - tam giác (YΔ), nơi các cuộn dây động cơ ban đầu được kết nối trong cấu hình sao để tăng tốc tải, sau đó chuyển sang cấu hình tam giác khi tải đạt tốc độ. Kỹ thuật này phổ biến hơn ở châu Âu so với ở Bắc Mỹ. Điều khiển bằng tranzitor có thể trực tiếp thay đổi điện áp khi cần đặc tính khởi động của động cơ và tải.
Đây là loại động cơ đang trở nên phổ biến hơn trong các ứng dụng kéo như đầu máy kéo, nơi nó được gọi là động cơ đầu kéo không đồng bộ.

Động cơ cực xẻ rãnh

Động cơ có cực xẻ rãnh là một loại động cơ một pha phổ biến. Nó được sử dụng trong các thiết bị yêu cầu mô-men xoắn khởi động thấp, chẳng hạn như quạt điện, máy bơm nhỏ hoặc các thiết bị gia dụng nhỏ. Trong động cơ này, "cuộn xẻ rãnh" bằng đồng vòng đơn tạo ra từ trường chuyển động. Một phần của mỗi cực được bao quanh bởi một cuộn dây hoặc vòng bằng đồng; dòng điện cảm ứng trong vòng chống lại sự thay đổi thông lượng qua cuộn dây. Điều này gây ra một khoảng thời gian trễ trong thông lượng đi qua các cuộn xẻ rãnh, do đó cường độ trường tối đa di chuyển cao hơn trên mặt cực trên mỗi chu kỳ. Điều này tạo ra từ trường quay ở mức độ thấp nhưng đủ lớn để quay cả rotor và tải trọng của nó. Khi rôto tăng tốc độ, mô-men xoắn tích lũy đến mức đầy đủ của nó khi từ trường chính xoay vòng tương ứng với rôto quay.

Động cơ tách pha

Một động cơ AC một pha phổ biến khác là động cơ cảm ứng tách pha , thường được sử dụng trong các thiết bị chính như máy điều hòa không khí và máy sấy quần áo. So với động cơ cực xẻ rãnh, những động cơ này có mô-men khởi động lớn hơn nhiều.
Động cơ một pha có một cuộn khởi động thứ cấp lệch pha 90 độ cho cuộn chính, luôn luôn nằm giữa các cực của cuộn dây chính và được kết nối với cuộn dây chính bằng một bộ tiếp điểm điện. Các cuộn dây của cuộn dây này được quấn với ít vòng quay và dây quấn cũng nhỏ hơn cuộn chính, vì vậy nó có điện cảm thấp hơn và trở kháng cao hơn. Vị trí của cuộn dây tạo ra một sự dịch chuyển pha nhỏ giữa thông lượng của cuộn dây chính và thông lượng của cuộn khởi đong, làm  rôto quay. Khi tốc độ của động cơ đủ để vượt qua quán tính của tải, các tiếp điểm được mở tự động bằng công tắc ly tâm hoặc rơle điện. Hướng xoay được xác định bởi kết nối giữa cuộn dây chính và mạch khởi động. Trong các ứng dụng mà động cơ yêu cầu quay cố định, một đầu của mạch khởi động được kết nối vĩnh viễn với cuộn dây chính, với các tiếp điểm tạo kết nối ở đầu kia.

Động cơ khởi động bằng tụ điện

Động cơ khởi động bằng tụ điện là động cơ cảm ứng tách pha với tụ điện khởi động được mắc nối tiếp với cuộn khởi động, tạo ra mạch LC tạo ra sự lệch pha lớn hơn (và do đó, mô men khởi động lớn hơn nhiều) so với động cơ tách pha và động cơ cực xẻ rãnh.

Động cơ khởi động bằng điện trở

Động cơ khởi động trở kháng là động cơ cảm ứng tách pha có mạch khởi động được mắc nối tiếp với cuộn khởi động, tạo ra điện kháng. Mạch khởi động hỗ trợ việc khởi động và hướng quay ban đầu. Cuộn khởi động quấn bằng dây nhỏ và có ít vòng hơn nên có trở cao hơn và ít cảm ứng điện từ hơn. Cuộn chính được làm bằng dây lớn hơn với số vòng quấn lớn hơn khiến nó trở nên ít điện trở và cảm ứng hơn.

Động cơ tụ tách vĩnh cửu (Động cơ PSC)

Một dạng khác là động cơ tụ tách vĩnh cửu (PSC). Còn được gọi là động cơ chạy bằng tụ điện, loại động cơ này sử dụng tụ điện không phân cực với điện áp làm việc cao để tạo ra sự lệch pha giữa cuộn khởi động và cuộn chạy. Động cơ PSC là loại động cơ dùng chủ yếu ở châu Âu và nhiều nơi thế giới, nhưng ở Bắc Mỹ, chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng có mô-men xoắn thay đổi (như quạt gió, quạt và máy bơm) và các trường hợp đòi hỏi thay đổi tốc độ.
Một tụ điện có điện dung tương đối thấp và điện áp làm việc tương đối cao, được mắc nối tiếp với cuộn khởi động và duy trì trong mạch trong toàn bộ chu kỳ hoạt động. Giống như các động cơ lệch pha khác, cuộn chính sử dụng cuộn khởi động nhỏ hơn và chiều xoay được thay đổi bằng cách đảo chiều kết nối giữa cuộn chính và mạch khởi động, hoặc bằng cách thay đổi chiều phân cực cuộn chính trong khi cuộn khởi động luôn được kết nối với một tụ điện. Tuy nhiên, có những khác biệt đáng kể; việc sử dụng công tắc ly tâm nhạy tốc độ yêu cầu các động cơ lệch pha khác phải hoạt động gần như là ở tốc độ tối đa. Động cơ PSC có thể hoạt động trong phạm vi tốc độ rộng, thấp hơn nhiều so với tốc độ điện của động cơ. Ngoài ra, đối với các ứng dụng như dụng cụ mở cửa tự động yêu cầu động cơ đảo chiều thường xuyên, việc sử dụng cơ cấu yêu cầu động cơ phải chậm lại gần như dừng lại trước khi kết nối với cuộn khởi động được thiết lập lại. Kết nối 'vĩnh viễn' với tụ điện trong động cơ PSC có nghĩa là việc thay đổi chiều quay là tức thời.
Động cơ ba pha có thể được chuyển đổi thành động cơ PSC bằng cách tạo hai cuộn dây thông thường và kết nối thứ ba thông qua một tụ điện để hoạt động như một cuộn dây khởi động. Tuy nhiên, định mức công suất cần phải lớn hơn ít nhất 50% so với động cơ một pha có thể so sánh do một cuộn dây không sử dụng.