Hiện nay trên thị trường đang sử dụng phổ biến 2 loại động cơ là động cơ điện roto lồng sóc và động cơ điện rotor dây quấn. Rotor được phát minh vào đầu thế kỷ XIX bởi 2 sĩ quan hải quân có tên là R. P. C. Spengler và Theo A. van Hengel. Đến nay, sau một giai đoạn dài phát triển rotor đã được cải tiến đa dạng các chủng loại có thể ứng dụng tốt nhất trong nhiều lĩnh vực. Bài viết dưới đây sẽ làm rõ khái niệm rotor là gì và những điểm khác nhau của 2 loại động cơ điện này
1. Khái niệm động cơ điện rotor lồng sóc và roto dây quấn
Trước khi tìm hiểu về điểm khác nhau của động cơ điện roto dây quấn và động cơ điệnroto lồng sóc, chúng ta hãy cùng tìm hiểu xem roto là gì? Roto là một cơ cấu chuyển động (còn gọi là phần quay) của 1 hệ thống điện từ bên trong động cơ điện, máy phát điện. Chuyển động quay của roto là do từ trường quay sinh ra bởi các cuộn dây quấn stator khi được cấp điện và lực điện từ tạo bởi các cuộn dây hoặc thanh dẫn roto tạo ra một momen xoắn quay quanh trục của rotor.
Có 2 thiết kế cho rotor bên trong 1 động cơ cảm ứng từ: rotor lồng sóc và roto dây quấn. Trong động cơ điện cũng như máy phát điện xoay chiều, các thiết kế của rotor thường bao gồm có:
a) Động cơ roto lồng sóc (tiếng Anh: squirrel cage rotor)
Rotor lồng sóc bao gồm lõi thép được ép từ nhiều lớp thép kỹ thuật điện với các thanh dẫn bằng đồng hoặc bằng nhôm đặt ở các khe bố trí xiên và cách đều nhau . Các thanh dẫn bị chập vĩnh viễn ở 2 đầu khi đến các vòng cuối. Cấu trúc đơn giản nhưng chắc chắn này làm cho rotor lồng sóc được sử dụng rộng rãi và có mặt trong hầu hết các ứng dụng là vì vậy.
Lắp ráp chỉ có 1 vòng xoắn với các thanh đồng hoặc nhôm được xiên, hoặc nghiêng, để giảm âm thanh, tiếng ồn từ tính, độ rung và làm hài hòa các khe để giảm thiểu xu hướng khóa. Các nam châm được bố trí cách đều nhau, quay ngược chiều với nhau theo cả 2 hướng.
Vòng bi ở mỗi đầu được gắn vào trục động cơ trong vỏ của nó với 1 đầu của trục được làm nhô ra khỏi động cơ để cho phép kết nối vào hộp số truyền động hoặc đấu trực tiếp với tải. Trong 1 số loại động cơ roto lồng sóc, sẽ tích hợp thêm thiết bị cảm biến để lấy tín hiệu tốc độ điều khiển các thiết bị điện tử khác. Roto quay sẽ truyền động quay đến tải thông qua trục động cơ.
Roto quay với tốc độ (n) nhỏ hơn tốc độ của từ trường quay (n1) trong stato hoặc là tốc độ đồng bộ. Những tín hiệu cảm ứng cần thiết của dòng rotor tương ứng với mô men xoắn của động cơ, đồng thời tỷ lệ với hệ số trượt.
Tốc độ cánh quạt càng cao thì hệ số trượt càng giảm. Việc tăng hệ số trượt cũng sẽ làm tăng dòng điện của động cơ, tăng dòng roto, tăng mô men xoắn của động cơ roto lồng sóc làm tăng nhu cầu tải.
Động cơ điện roto lồng sóc có ưu điểm là giá thành rẻ, hoạt động đảm bảo, ít hư hỏng nên mặc dù có nhược điểm là khó điều chỉnh tốc độ và dòng khởi động lớn , động cơ điện roto lồng sóc vẫn được sử dụng rộng rãi trong đời sống và các ngày công nghiệp.
Từ khi biến tần ra đời, động cơ điện roto lồng sóc có thể điều chỉnh tốc độ một cách linh hoạt. Có rất nhiều loại biến tần với các dải công suất khác nhau phù hợp với từng chủng loại động cơ roto lồng sóc.
b) Đông cơ roto dây quấn (tiếng Anh: Wound rotor)
Roto dây quấn là 1 cục nam châm lớn cùng với các cực được chế tạo ra từ thép cán chạy ra khỏi lõi roto. Các cực từ được trực tiếp cung cấp dòng điện bởi một nguồn điện bên ngoài hoặc từ hóa bằng 1 cục nam châm vĩnh cửu khác. Nguồn điện bên ngoài cấp cho cụm dây quấn roto thường là 1 bộ kích bên ngoài hoặc 1 cầu diode được gắn trên trục roto.
Phần ứng cùng với cuộn dây 3 pha được để trong khe lõi thép stato chính là nơi điện áp được cảm ứng. Dòng điện một chiều (ký hiệu là DC) sẽ tạo ra 1 từ trường và cung cấp năng lượng cho cuộn dây roto. Lúc này dòng điện xoay chiều sẽ cung cấp năng lượng cho các cuộn dây stato của phần ứng một cách đồng thời.
Roto được hoạt động ở tốc độ nhất định và có dòng điện khởi động thấp hơn. để tăng mômen xoắn cho quá trình khởi động, người ta đấu thêm điện trở ngoài vào trong mạch roto. Hiệu suất chạy của động cơ sẽ được cải thiện, mô men xoắn và tốc độ cũng được kiểm soát tốt hơn.
2. Khác biệt của động cơ điện roto lồng sóc và roto dây quấn
– Loại động cơ điện roto dây quấn
- Trong động cơ điện loại có công suất trung bình trở lên thường bố trí loại dây quấn roto tương tự như dây quấn stato. Dây quấn roto thường dùng là kiểu quấn sóng 2 lớp vì bớt được phần dây đầu nối và làm kết cấu dây quấn ở trên roto càng chặt chẽ hơn. Trong các loại động cơ điện cỡ nhỏ, người ta thường dùng dây quấn đồng tâm chỉ có 1 lớp.
- Dây quấn 3 pha của roto thường được đấu hình sao, 3 đầu còn lại được nối với các vành trượt được làm bằng đồng gắn vào 1 đầu trục, cách điện với nhau cũng như với trục. Tỳ lên 3 vành trượt là 3 chiếc chổi than. Thông qua chổi than và vành trượt, dây quấn rôto có thể kết nối vào điện trở phụ bên ngoài để cải thiện được tính năng khởi động, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện được hệ số công suất cosϕ của máy.
- Khi đang hoạt động bình thường, dây quấn roto sẽ được đấu ngắn mạch. Cách nối dây của roto dây quấn vào điện trở bên ngoài và ký hiệu của nó cũng tương tự như trong các sơ đồ điện.
– Loại động cơ điện roto lồng sóc (còn gọi là rôto ngắn mạch):
- Trong các rãnh của lõi thép có đặt các thanh đồng hoặc thanh nhôm, 2 đầu thanh được nối ngắn mạch bởi 2 chiếc vòng đồng hoặc nhôm để tạo thành lồng sóc.
- Động cơ điện roto lồng sóc có công suất >100kw thường dùng các thanh dẫn bằng đồng, động cơ điện roto lồng sóc có công suất nhỏ sử dụng các thanh dẫn bằng nhôm.
- Để cải thiện tính năng khởi động của động cơ, trong các động cơ điện roto lồng sóc có công suất tương đối lớn thì phần rãnh roto thường sâu hoặc có hình dáng lồng sóc kép (2 rãnh lồng sóc). Đối với động cơ điện roto lồng sóc cỡ nhỏ, rãnh của roto thường được làm chéo đi 1 góc so với phần tâm trục để cải thiện được độ rung, tiếng ồn của từ trường.
