Lựa chọn động cơ nguồn

Kể từ khi điện xoay chiều ba pha được phát minh, tôi nghĩ rằng động cơ nguyên lý thường được chọn là động cơ điện; dù sao thì động cơ diesel cũng khá phiền phức.

Ý tôi là cơ sở để lựa chọn động cơ đồng bộ và động cơ bất đồng bộ

Lựa chọn giữa động cơ đồng bộ và động cơ bất đồng bộ

I. Sự khác biệt về mặt thiết kế giữa động cơ đồng bộ và động cơ bất đồng bộ: ① Điểm khác biệt lớn nhất giữa động cơ đồng bộ và động cơ bất đồng bộ chính là tốc độ quay của rôto có trùng với tốc độ của từ trường quay trong stator hay không. Nếu tốc độ quay của rôto bằng tốc độ của stator, thì đó gọi là động cơ đồng bộ; còn nếu không trùng nhau, thì đó gọi là động cơ bất đồng bộ. 。 。 ②Khi số cặp cực được xác định, sẽ tồn tại mối quan hệ chặt chẽ giữa tốc độ quay và tần số của động cơ. Dùng thuật ngữ chuyên môn trong lĩnh vực động cơ, đó chính là trạng thái đồng bộ. Động cơ bất đồng bộ còn được gọi là động cơ cảm ứng, chủ yếu được sử dụng như động cơ điện. Tốc độ quay của rôto trong quá trình hoạt động của nó luôn thấp hơn so với động cơ đồng bộ. ③“Đồng bộ hóa” có nghĩa là khi dòng điện chạy qua cuộn dây của rôto (stator), sẽ tạo ra một từ trường quay trong khoảng cách giữa các phần tử cấu thành rôto và stator. Hướng và tốc độ quay của từ trường này giống hệt với hướng và tốc độ quay của rôto, vì vậy mới gọi là đồng bộ hóa. Đối với động cơ asynchro, từ trường quay của nó có tốc độ tương đối so với rôto, từ đó tạo ra mô-men xoắn. II. Tại sao lại xảy ra hiện tượng đồng bộ hóa, và tại sao lại không xảy ra hiện tượng đó? Cuộn dây stator của động cơ đồng bộ và động cơ bất đồng bộ là giống nhau; sự khác biệt chính nằm ở cấu trúc của rôto. Rôto của động cơ đồng bộ có cuộn dây kích thích một chiều, vì vậy cần có nguồn điện kích thích bên ngoài để cung cấp dòng điện vào thông qua các vòng trượt ； Còn rôto của động cơ bất đồng bộ là cuộn dây bị nối ngắn, tạo ra dòng điện nhờ hiệu ứng cảm ứng điện từ. Ngược lại, động cơ đồng bộ có cấu tạo phức tạp hơn và giá thành cao hơn. Cả động cơ đồng bộ lẫn động cơ bất đồng bộ đều thuộc nhóm động cơ điện xoay chiều, chúng hoạt động nhờ nguồn điện xoay chiều 50Hz. Động cơ bất đồng bộ là loại động cơ mà ở stator, dòng điện xoay chiều được cung cấp để tạo ra từ trường quay; rotor thì tạo ra từ trường do hiệu ứng cảm ứng. Sự tương tác giữa hai từ trường này khiến rotor quay theo hướng của từ trường quay tại stator. Trong đó, rôto quay chậm hơn từ trường quay của stator, tạo ra hiện tượng chênh lệch tốc độ quay; vì không đồng bộ nên được gọi là máy không đồng bộ. Rô-to của máy điện đồng bộ giống như máy điện bất đồng bộ, nhưng người ta tạo ra từ trường cố định bằng cách cung cấp dòng điện một chiều cho rô-to. Nhờ vậy, rô-to sẽ quay theo từ trường của stator, từ đó tạo nên hiện tượng đồng bộ hóa; máy điện này được gọi là máy điện đồng bộ. Nói một cách đơn giản, đó là: trên rô-to của máy điện asynchrone không có dòng điện kích thích một chiều; còn trên rô-to của máy điện synchrone thì có dòng điện kích thích một chiều, giúp tốc độ quay của rô-to khớp với tốc độ của từ trường được tạo ra bởi sự chuyển động tương đối giữa stator và rô-to. III. Tại sao rotor của máy phát điện đồng bộ lại cần được cấp dòng điện kích thích một chiều, chứ không phải dòng điện kích thích xoay chiều? Với tần số công nghiệp là 50HZ, khi dòng điện một chiều được cấp vào rôto, thì sẽ tạo ra điện thế 50HZ trong cuộn dây stator. Khi dòng điện phân cực xoay chiều được đưa vào rô-to, nó sẽ tạo ra hai từ trường quay có chiều ngược nhau. Tốc độ quay của từ trường quay có chiều thuận sẽ cộng thêm vào tốc độ quay của rô-to; điều này tạo ra điện thế 100Hz trong cuộn dây stator ； Tốc độ quay của từ trường quay ngược sẽ triệt tiêu tốc độ quay của rôto; do đó, rôto sẽ ở trạng thái tĩnh so với cuộn dây stator. Điều này khiến không có điện thế nào được tạo ra. Tuy nhiên, trong từ thông của stator sẽ xuất hiện thành phần dòng điện một chiều, và điều này có thể gây ra hiện tượng bão hòa. IV. Làm thế nào để lựa chọn máy điện đồng bộ và máy điện bất đồng bộ (phân biệt dựa trên chức năng và mục đích sử dụng)? ①Động cơ đồng bộ thường được sử dụng trong các máy phát điện có công suất lớn. Còn động cơ bất đồng bộ thì gần như được sử dụng hoàn toàn trong các ứng dụng điện. Động cơ đồng bộ có thể điều chỉnh linh hoạt pha của điện áp và dòng điện ở phía đầu vào nhờ hệ thống kích từ, tức là hệ số công suất ； Hệ số công suất của động cơ không đồng bộ không thể được điều chỉnh; giá trị của nó thường nằm trong khoảng 0,75–0,85. Do đó, ở những nhà máy lớn nơi sử dụng nhiều động cơ không đồng bộ, người ta có thể lắp thêm một động cơ đồng bộ để dùng làm máy điều chỉnh hệ số công suất, nhằm điều chỉnh giá trị hệ số công suất tại điểm kết nối giữa nhà máy và lưới điện. Tuy nhiên, do giá thành của động cơ đồng bộ khá cao và công việc bảo trì cũng rất phức tạp, nên hiện nay người ta thường sử dụng phương pháp bù hệ số công suất bằng tụ điện. ②Hiệu suất của động cơ đồng bộ cao hơn một chút so với động cơ không đồng bộ. Khi lựa chọn động cơ có công suất trên 2000KW, người ta thường cân nhắc xem có nên sử dụng động cơ đồng bộ hay không. Tuy nhiên, do máy đồng bộ có cuộn dây kích thích và vòng trượt, nên người vận hành cần có trình độ cao để kiểm soát quá trình kích thích. Ngoài ra, so với máy asynchrone không cần bảo trì, máy đồng bộ đòi hỏi công sức bảo trì nhiều hơn ； Vì vậy, hiện nay đối với các động cơ có công suất dưới 2500KW, người ta thường chọn động cơ không đồng bộ. Khi công suất ở mức thấp, sự chênh lệch về hiệu suất trở nên không đáng kể nữa. ③Động cơ bất đồng bộ có cấu tạo đơn giản, chi phí thấp, dễ lắp đặt, sử dụng và bảo trì, vì vậy được sử dụng rộng rãi. Nhược điểm là hiệu suất thấp, hệ số công suất thấp gây ảnh hưởng xấu đến lưới điện. Độ hiệu suất cao của động cơ đồng bộ khi làm việc với tải tụ điện giúp cải thiện hệ số công suất của lưới điện. ④Động cơ đồng bộ cần điều chỉnh điện áp và dòng điện phục vụ việc kích thích từ trường, trong khi động cơ bất đồng bộ thì không cần ； Máy đồng bộ có thể bù công suất vô công cho hệ thống, còn máy bất đồng bộ cần thiết bị chuyên dụng để bù công suất. ⑤Có ba chế độ vận hành chính của động cơ đồng bộ, đó là hoạt động như máy phát điện, máy điện và máy bù. Hoạt động như máy phát điện là cách vận hành chính của động cơ đồng bộ; hoạt động như máy điện là một cách vận hành quan trọng khác của động cơ đồng bộ. Hệ số công suất của động cơ đồng bộ có thể được điều chỉnh. Trong những trường hợp không yêu cầu điều chỉnh tốc độ, việc sử dụng động cơ đồng bộ cỡ lớn sẽ giúp nâng cao hiệu suất vận hành. Trong những năm gần đây, động cơ đồng bộ cỡ nhỏ ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều chỉnh tốc độ bằng biến tần. Động cơ đồng bộ cũng có thể được kết nối với lưới điện để hoạt động như máy bù đồng bộ. Lúc này, động cơ không chịu bất kỳ tải cơ học nào. Nó sử dụng việc điều chỉnh dòng điện kích thích trong rôto để cung cấp công suất vô công cần thiết cho mạng lưới điện, nhằm cải thiện hệ số công suất của mạng lưới hoặc điều chỉnh điện áp của mạng lưới. Trong các ứng dụng thông thường, việc chọn động cơ không đồng bộ làm động cơ điều khiển thiết bị là hoàn toàn phù hợp.