Động cơ đồng bộ và ứng dụng

1. Động cơ đồng bộ là gì?

Động cơ đồng bộ là cấu trúc động cơ đặc biệt mà rotor quay cùng tốc độ với tốc độ từ trường stator ( nên được gọi là đồng bộ ). Một ví dụ của động cơ đồng bộ chính là động cơ bước, được sử dụng nhiều trong các ứng dụng liên quan đến điều khiển vị trí (tay vận hành robot trong các nhà máy). Tuy nhiên, với sự phát triển gần đây của các mạch điện tử công suất, người ta đã có thể tối ưu thiết kế của động cơ đồng bộ để sử dụng cho các ứng dụng với công suất cao hơn như quạt, máy sấy, và thậm chí là trong động cơ xe địa hình.

2. Phân loại

Có hai loại động cơ đồng bộ :

• Kích từ độc lập – sử dụng nguyên tắc tương tự như động cơ điện từ
• Kích từ trực tiếp – thường dùng với các nam châm vĩnh cữu, nhưng không phải lúc nào cũng vậy.

a. Động cơ kích từ độc lập

Còn được gọi là động cơ từ trở thay đổi, gồm rotor thép có các răng, kiểu cực lồi. Chính các răng này sẽ khoác rotor với từ trường stator và làm rotor quay với tốc độc đồng bộ.

Để chuyển rotor sang vị trí kế tiếp, mạch điều khiển phải tuần tự chuyển công suất sáng các cuộn dây/pha stator một cách tuyến tính tương tự như động cơ bước.

b. Động cơ kích từ trực tiếp

Có nhiều tên gọi khác nhau như ECPM ( động cơ nam châm vĩnh cữu ) hoặc BLDC ( động cơ DC không chổi quét ), hoặc đơn giản là động cơ nam châm vĩnh cữu không chổi quét. Thiết kế này sử dụng một rotor có chứa các nam châm vĩnh cữu. Các nam châm này có thể được lắp trên bề mặt hoặc ráp ở phía trong ( trong trường hợp này được gọi là động cơ nam châm vĩnh cữu chìm )

Các nam châm vĩnh cữu là các cực lồi và giúp loại bỏ sự trượt. Một bộ vi xử lý điều khiển mạch công suất tuần tự trên cuộn dây stator sẽ sử dụng các công tắt chuyển trạng thái để giảm giật ( torque ripple ). Nguyên lý vận hành của các kiểu động cơ đồng bộ này cơ bản là tương tự nhau. Công suất được cấp cho các cuộn dây quấn trên các răng stator tạo ra một từ thông đi qua các khe hở không khí giữa rotor và stator. Dòng từ thông sẽ vuông góc với các khe hở không khí. Nếu một cực lồi của rotor vuông goc hoàn toàn với răng stator, thì sẽ không có moment được tạo ra. Nếu các răng rotor không vuông góc với răng stator, sẽ có một ít từ thông đi qua khe hở và tạo ra moment trên rotor làm quay rotos. Nếu thay đổi công suất trên cuộn dây stator đúng lúc, có thể tạo ra các chuyển động cùng chiều hoặc ngược chiều kim đồng hồ.

3. Ứng dụng

Biến tần A1000 của yaskawa có thể điều khiển được động cơ đồng bộ

Hình ảnh biến tần A1000 điều khiển cơ cấu nâng hạ, di chuyển xe con, xe lớn ứng dụng trên cảng biển