Bài giảng Biến đổi năng lượng điện cơ - Chương 9: Máy điện công suất nhỏ - Nguyễn Quang Nam

Biến Đổi Năng Lượng Điện Cơ NQN-TCB, HCMUT, 2013 
1 
1 Máy điện công suất nhỏ 
ĐH Bách Khoa TP.HCM – Khoa Điện-Điện Tử – Bộ Môn Thiết Bị Điện 
Bài giảng: Biến đổi năng lượng điện cơ 
Chương 9: 
Máy điện công suất nhỏ 
 Biên soạn: Nguyễn Quang Nam 
 Cập nhật: Trần Công Binh 
NH2012–2013, HK2 
2 Máy điện công suất nhỏ 
 Một số loại máy điện công suất nhỏ trong các ứng dụng 
dân dụng và công nghiệp sẽ được giới thiệu. 
 Các loại máy điện sau sẽ được giới thiệu: động cơ 2 pha, 
động cơ 1 pha, động cơ servo (DC và AC), động cơ từ trở, 
động cơ bước, và cơ cấu chấp hành (actuator). 
 Bài giảng chỉ giới thiệu chi tiết hơn về động cơ 1 pha và 
động cơ bước, là những động cơ có ứng dụng phổ biến. 
Sinh viên sẽ được cung cấp tài liệu để đọc thêm về các loại 
máy điện công suất nhỏ khác. 
Máy điện công suất nhỏ – Giới thiệu 
3 Máy điện công suất nhỏ 
 Động cơ không đồng bộ đầu tiên được chế tạo thử là một 
động cơ 2 pha, trong đó 2 cuộn dây được đặt lệch nhau 90º 
điện trong không gian, và được cung cấp hệ dòng điện lệch 
pha 90º điện theo thời gian. 
 Với cấu hình như trên, các cuộn dây sẽ tạo ra một từ 
trường quay tròn đều, và sẽ khiến rôto lồng sóc đặt trong từ 
trường đó quay theo. 
 Hệ thống AC 2 pha tuy nhiên kém hiệu quả so với hệ thống 
AC 3 pha, do đó các động cơ KĐB đã trở thành các thiết bị 3 
pha, ngay khi chứng minh được nguyên lý. 
Động cơ không đồng bộ 2 pha – Giới thiệu 
4 Máy điện công suất nhỏ 
 Dây quấn stato bao gồm 2 dây quấn đặt lệch pha 90º 
trong không gian, và sẽ tạo ra từ trường quay tròn nếu được 
cung cấp bởi một hệ dòng điện 2 pha lệch nhau 90º điện. 
 Nếu có thể tạo ra hệ dòng điện 2 pha từ nguồn AC 1 pha, 
thì động cơ sẽ có thể vận hành từ nguồn 1 pha => động cơ 
không đồng bộ 1 pha. 
 Có thể chứng minh rằng động cơ KĐB 1 pha có thể vận 
hành với chỉ 1 dây quấn được cấp nguồn, với chiều quay 
không định trước và không có mômen mở máy. 
Động cơ KĐB một pha – Giới thiệu 
5 Máy điện công suất nhỏ 
 Trong thực tế, người ta thêm vào dây quấn thứ hai (dây 
quấn phụ), và dùng một số phương pháp để tạo ra mô men 
mở máy hay duy trì một hệ dòng điện 2 pha có hiệu quả. Từ 
đó dẫn đến các loại máy KĐB 1 pha: phân pha, có tụ khởi 
động, có tụ thường trực, có tụ khởi động và thường trực, 
phân pha khởi động/tụ thường trực, có khâu từ cực. 
 Không có lý do gì để một kiểu rôto khác, do đó rôto trong 
các động cơ KĐB 1 pha thực chất là các rôto lồng sóc như 
trong các máy 3 pha. 
Động cơ KĐB một pha – Giới thiệu (tt) 
6 Máy điện công suất nhỏ 
Ảnh chụp động cơ AC 1 pha thực 
Biến Đổi Năng Lượng Điện Cơ NQN-TCB, HCMUT, 2013 
2 
7 Máy điện công suất nhỏ 
Các phương pháp kích thích dây quấn phụ 
Phân pha 
Tụ khởi động Tụ thường trực 
Tụ khởi động/ 
Tụ thường trực 
Phân pha khởi động/ 
Tụ thường trực 
8 Máy điện công suất nhỏ 
 Các phương pháp trên đều không tạo ra hệ dòng điện 2 
pha lý tưởng (lệch pha 90º điện). Do đó, từ trường sinh ra có 
dạng elip và sẽ tạo ra mômen bị dao động. 
 Vì các lưới điện gia dụng thường là 1 pha, các động cơ 
này được sử dụng trong hầu hết các thiết bị điện gia dụng 1 
pha như: bơm, quạt, máy giặt, tủ lạnh, . 
Đặc điểm và ứng dụng 
9 Máy điện công suất nhỏ 
 Động cơ servo (còn gọi là động cơ thừa hành) là một bộ 
phận của hệ thống điều khiển chuyển động hoặc điều khiển 
vị trí. Vì phục vụ cho mục đích điều khiển, các động cơ này 
có mức công suất vừa phải, thường không quá 1 HP, và 
nằm trong nhóm động cơ công suất nhỏ. 
 Động cơ servo cần phải đáp ứng các yêu cầu: tốc độ đáp 
ứng nhanh, dải tốc độ làm việc rộng, làm việc ổn định và lâu 
dài ở tốc độ thấp (đến 0). 
Động cơ servo 
10 Máy điện công suất nhỏ 
 Động cơ servo có thể thuộc một trong các dạng: động cơ 
AC (động cơ KĐB), động cơ DC, và động cơ BLDC. 
 Động cơ thừa hành DC được sử dụng trước tiên, nhờ ưu 
điểm về mặt điều khiển. Ngày nay, với sự tiến bộ của kỹ 
thuật điều khiển và công nghệ điện tử công suất, các động 
cơ thừa hành AC và BLDC đang ngày càng phát triển, nhờ 
khắc phục được nhược điểm chổi than + cổ góp của động 
cơ thừa hành DC. 
Động cơ servo (tt) 
11 Máy điện công suất nhỏ 
 Động cơ từ trở là động cơ trong đó mô men được tạo bởi 
xu hướng chuyển đến trạng thái làm cho tự cảm của dây 
quấn đang được kích thích trở nên cực đại. 
 Stato của động cơ này gồm các cực từ lồi với các dây 
quấn kích từ (giống như của động cơ DC, và rô to dạng cực 
lồi mà không có bất kỳ dây quấn hay nam châm trên nó. 
 Với cấu trúc cực kỳ đơn giản và chắc chắn như trên, động 
cơ này được chú ý nhờ giá thành rất thấp và tính bền vững. 
Động cơ từ trở chuyển mạch 
12 Máy điện công suất nhỏ 
Động cơ từ trở chuyển mạch (tt) 
Biến Đổi Năng Lượng Điện Cơ NQN-TCB, HCMUT, 2013 
3 
13 Máy điện công suất nhỏ 
 Cụm từ “chuyển mạch” được gắn liền với tên gọi vì phải 
có thao tác chuyển mạch để rôto liên tục di chuyển từ cực từ 
này sang cực từ kia. 
 Mặc dù có nguyên tắc hoạt động giống như động cơ 
bước, động cơ từ trở chuyển mạch được chế tạo như một 
nguồn cơ năng, khác với động cơ bước phục vụ cho mục 
đích điều khiển. 
 Cần có cảm biến vị trí rôto để điều khiển chuyển động. 
Động cơ từ trở chuyển mạch (tt) 
14 Máy điện công suất nhỏ 
 Động cơ bước có cấu tạo tương tự như động cơ từ trở 
chuyển mạch. Tuy nhiên, động cơ bước được chế tạo để có 
khả năng tự giữ vị trí trong điều kiện tải được thiết kế, và sẽ 
quay 1 góc định trước đối với mỗi xung dòng kích thích vào 
cuộn dây stato thích hợp. 
 Nhờ thiết kế trên, động cơ bước được dùng trong các ứng 
dụng đo lường và điều khiển chất lượng cao, như máy CNC, 
máy in phun, bơm định lượng, ... 
Động cơ bước – Giới thiệu 
15 Máy điện công suất nhỏ 
 Các ưu điểm của động cơ bước: góc quay tỷ lệ với số 
xung ngõ vào, định vị chính xác và có sai số không tích lũy 
giữa các bước, đáp ứng nhanh, cực kỳ tin cậy nhờ kết cấu 
chắc chắn, không cần tín hiệu hồi tiếp vị trí. 
 Phân loại động cơ bước theo tính chất rôto: từ trở thay 
đổi, nam châm vĩnh cửu, và kết hợp hai loại trên. Các cuộn 
dây stato có thể ở dạng đơn cực (cấp dòng theo 1 chiều) 
hoặc lưỡng cực (dòng điện có thể chạy theo cả hai chiều). 
Động cơ bước – Giới thiệu (tt) 
16 Máy điện công suất nhỏ 
 Hình dưới đây minh họa hoạt động của động cơ bước với 
cuộn dây đơn cực, góc bước danh định là 15º. 
Động cơ bước – Sơ đồ nguyên lý 
17 Máy điện công suất nhỏ 
 Chiều quay của động cơ được quyết định bởi thứ tự kích 
hoạt các pha dây quấn stato. 
 Tồn tại các kỹ thuật điều khiển để chia nhỏ hơn nữa các 
bước của động cơ, nâng cao chất lượng điều khiển mà 
không tốn thêm chi phí phần cứng. Các kỹ thuật này được 
gọi là kỹ thuật nửa bước (half-step) và vi bước (microstep). 
 Các cuộn dây thường có điện cảm nhỏ, do đó thường đòi 
hỏi một cơ chế giới hạn dòng điện (thường dùng PWM). 
Động cơ bước – Điều khiển