Động cơ đồng bộ thường được ứng dụng để thực hiện các hoạt động

1.1 Động cơ đồng bộ thường được ứng dụng để thực hiện các hoạt động như: - Bộ truyền động tốc độ không đổi: dành cho các ứng dụng yêu cầu không

thay đổi về tốc độ như quạt, máy thổi, máy nén và máy bơm.

 Để vận hành bộ truyền động tốc độ không đổi bằng động cơ đồng bộ, cần đảm bảo động cơ được đồng bộ hóa đúng cách với nguồn điện AC Điều này liên quan đến việc kết hợp tốc độ rôto của động cơ với từ trường quay được tạo ra bởi cuộn dây stato Sau khi được đồng bộ hóa, động cơ sẽ duy trì tốc độ không đổi bất kể sự thay đổi của tải.

 Các bước để vận hành bộ truyền động tốc độ không động:

+ Đảm bảo nguồn điện phù hợp: Xác minh rằng tần số nguồn điện xoay chiều phù hợp với tần số định mức của động cơ đồng bộ.

+ Khởi động động cơ: Khởi động động cơ đồng bộ bằng phương pháp khởi động phụ trợ, chẳng hạn như động cơ cảm ứng hoặc động cơ ngựa

(Pony motor)

+ Quá trình đồng bộ hóa: Khi động cơ đạt tốc độ gần bằng tốc độ đồng bộ, hãy cấp kích thích DC cho cuộn dây rôto Điều này sẽ tạo ra một từ trường tương tác với từ trường quay của stato, kéo rôto vào trạng thái đồng bộ.

+Vận hành ở tốc độ không đổi: Sau khi được đồng bộ hóa, động cơ sẽ duy trì tốc độ không đổi bất kể sự thay đổi của tải Tốc độ của động cơ có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi tần số nguồn điện xoay chiều +Giám sát và điều khiển: Theo dõi tốc độ, tải và dòng điện kích thích của động cơ để đảm bảo hoạt động ổn định Sử dụng bộ điều khiển tần số thay đổi (VFD) để điều khiển chính xác tốc độ của động cơ nếu cần Hãy nhớ rằng động cơ đồng bộ không tự khởi động nên cần có phương pháp khởi động phụ Ngoài ra, kiểm soát kích thích thích hợp là rất quan trọng để duy trì sự đồng bộ hóa và hoạt động ổn định.

Figure 1 VFD

- Hiệu chỉnh hệ số công suất: Động cơ đồng bộ có thể được sử dụng để cải thiện hệ số công suất hệ thống điện, giúp giảm chi phí, năng lượng đồng thời nâng cao hiệu suất của thiết bị điện.

Để vận hành hiệu chỉnh hệ số công suất của động cơ đồng bộ, bạn cần tăng dòng điện kích từ Điều này sẽ khiến động cơ hoạt động ở hệ số công suất lớn hơn, nghĩa là nó sẽ cung cấp công suất phản kháng cho lưới điện thay vì tiêu thụ.

Lượng dòng điện kích từ cần thiết để đạt được hệ số công suất mong muốn sẽ phụ thuộc vào tải trên động cơ và đặc tính của chính động cơ Điều quan trọng cần lưu ý là việc kích thích động cơ quá mức có thể dẫn đến quá nhiệt và hư hỏng, vì vậy điều quan trọng là phải theo dõi nhiệt độ của động cơ và điều chỉnh dòng điện kích từ cho phù hợp.

Các bước hiệu chỉnh hệ số công suất của động cơ đồng bộ xoay chiều + Đo hệ số công suất hiện tại của động cơ Điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng máy đo hệ số công suất.

+ Xác định hệ số công suất mong muốn Hệ số công suất hàng đầu thường được khuyến nghị là 0,9 đến 0,95.

+ Điều chỉnh dòng điện kích từ của động cơ cho đến khi đạt được hệ số công suất mong muốn Điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng bộ điều khiển kích thích của động cơ.

+ Theo dõi nhiệt độ của động cơ và điều chỉnh dòng điện kích từ cho phù hợp.

Một số mẹo bổ sung để điều chỉnh hệ số công suất vận hành của động cơ đồng bộ:

+ Hãy chắc chắn rằng động cơ được tải đúng cách Nếu động cơ không đủ tải thì có thể không đạt được hệ số công suất cao nhất.

+ Tránh kích thích động cơ quá mức Kích thích quá mức có thể dẫn đến quá nhiệt và hư hỏng.

+ Theo dõi nhiệt độ động cơ thường xuyên Nếu động cơ bắt đầu quá nóng, hãy giảm dòng điện kích từ.

- Điều chỉnh điện áp: Động cơ đồng bộ được dùng vào việc điều chỉnh điện áp của hệ thống điện nhằm đảm bảo tất cả các thiết bị điện đều hoạt động ở điện áp chính xác.

Để vận hành điều chỉnh dòng điện áp trong động cơ đồng bộ có thể thực hiện các cách sau:

Cách 1 :Điều chỉnh dòng điện trường

+ Giám sát điện áp đầu cuối của động cơ, có thể sử dụng một vôn kế cho mục đích này.

+ Điều chỉnh bộ điều khiển kích thích của động cơ để tăng dòng kích từ Điều này sẽ làm tăng điện áp được tạo ra và cải thiện việc điều chỉnh điện áp.

+ Tiếp tục điều chỉnh bộ điều khiển kích thích cho đến khi đạt được mức điện áp mong muốn.

Cách 2: Sử dụng bộ điều chỉnh điện áp

+ Kết nối bộ điều chỉnh điện áp với động cơ và nguồn điện Làm theo hướng dẫn của nhà sản xuất để thực hiện việc này.

+ Đặt điện áp mong muốn trên bộ điều chỉnh điện áp Đây sẽ là điện áp mà động cơ sẽ duy trì ở các cực của nó, bất kể hệ số tải hoặc công suất.

+ Khởi động động cơ, bộ điều chỉnh điện áp sẽ tự động điều chỉnh dòng điện kích từ để duy trì điện áp đầu cực ở giá trị đã đặt.

Điều quan trọng cần lưu ý là việc kích thích động cơ quá mức có thể dẫn đến quá nhiệt và hư hỏng, vì vậy điều quan trọng là phải theo dõi nhiệt độ của động cơ và điều chỉnh dòng điện kích từ cho phù hợp.

1.2 Ứng dụng động cơ đồng bộ vào các ngành công nghiệp:

1 Robotics: Động cơ đồng bộ được sử dụng trong robot để cung cấp

chuyển động chính xác và chính xác.

Động cơ đồng bộ (synchronous motor) thường được sử dụng trong robot để cung cấp chuyển động chính xác và chính xác Động cơ đồng bộ là một loại động cơ điện xoay chiều (AC) trong đó tốc độ quay của rotor (củng cốt) đồng bộ với tốc độ quay của trường từ được tạo bởi stator (cuộn cảm) của động cơ.

Có một số ưu điểm khi sử dụng động cơ đồng bộ trong robot:

- Chính xác về vị trí: Động cơ đồng bộ có khả năng cung cấp chuyển động với độ chính xác cao về vị trí Điều này làm cho chúng phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu định vị chính xác, như robot công nghiệp hoặc robot y tế - Độ tin cậy cao: Với cấu trúc đơn giản và ít bộ phận chuyển động, động cơ

đồng bộ thường có tuổi thọ và độ tin cậy cao hơn so với các loại động cơ

khác Điều này làm cho chúng phù hợp cho các ứng dụng robot đòi hỏi sự ổn định và đáng tin cậy trong thời gian dài.

- Động cơ mạnh mẽ: Động cơ đồng bộ có khả năng cung cấp lực xoắn cao ở tốc độ quay cao Điều này cho phép robot di chuyển nhanh và thực hiện các tác vụ có yêu cầu về lực xoắn, chẳng hạn như nâng và đẩy.

- Điều khiển chính xác: Động cơ đồng bộ có thể được điều khiển chính xác thông qua việc sử dụng các phương pháp điều khiển phức tạp như điều khiển vector trường hướng (field-oriented control) hoặc điều khiển tỷ lệ (proportional control) Điều này cho phép robot thực hiện các chuyển động mượt mà và chính xác theo yêu cầu.

Tuy nhiên, động cơ đồng bộ cũng có một số hạn chế, bao gồm chi phí cao hơn so với một số loại động cơ khác và yêu cầu hệ thống điều khiển phức tạp hơn để hoạt động hiệu quả.

Để vận hành động cơ đồng bộ trong robot, cần áp dụng một hệ thống điều khiển phức tạp để đảm bảo chuyển động chính xác và chính xác Dưới đây là một số bước cơ bản để vận hành động cơ đồng bộ trong robot:

- Điều khiển tốc độ: Để đạt được chuyển động chính xác, cần điều khiển tốc độ quay của động cơ đồng bộ Điều này có thể được thực hiện thông qua việc sử dụng các thuật toán điều khiển như điều khiển PID (Proportional-Integral-Derivative) hoặc các phương pháp điều khiển tiên tiến hơn như điều khiển vector trường hướng (field-oriented control) hay điều khiển trực tiếp (direct control).

- Điều khiển vị trí: Nếu yêu cầu robot đạt được vị trí chính xác, cần sử dụng các thuật toán và phương pháp điều khiển vị trí Điều này bao gồm việc sử

dụng các bộ mã hóa (encoder) để đo vị trí và sử dụng các thuật toán điều khiển vòng lặp đóng (closed-loop control) để điều chỉnh vị trí của robot dựa trên phản hồi từ bộ mã hóa.

- Đồng bộ hóa: Để đảm bảo động cơ đồng bộ với các chuyển động của robot, cần thực hiện quá trình đồng bộ hóa động cơ đồng bộ Điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các tín hiệu đồng bộ từ bộ mã hóa hoặc sử dụng các thuật toán điều khiển đặc biệt như điều khiển vectơ xoắn (torque control) để đảm bảo động cơ và robot hoạt động cùng một tốc độ.

- Điều khiển bảo vệ: Để đảm bảo an toàn và tránh hỏng hóc, cần có các hệ thống bảo vệ và kiểm soát để giám sát và điều khiển động cơ đồng bộ trong trường hợp quá tải, quá nhiệt, hoặc các tình huống nguy hiểm khác Điều này có thể bao gồm việc sử dụng cảm biến quá tải, cảm biến nhiệt độ và các thuật toán bảo vệ tích hợp vào hệ thống điều khiển.

Đồng bộ hóa hệ thống: Ngoài việc đồng bộ hóa động cơ đồng bộ, cần đồng bộ hóa các thành phần khác trong hệ thống robot như các cơ cấu khác, cảm biến và bộ điều khiển Điều này đảm bảo rằng toàn bộ hệ thống robot hoạt động một cách chính xác và hiệu quả.

Các bước và phương pháp vận hành động cơ đồng bộ trong robot có thể thay đổi tùy thuộc vào loại robot và yêu cầu cụ thể của ứng dụng Điều quan trọng là áp dụng các nguyên tắc và phương pháp điều khiển phù hợp để đảm bảo chuyển động chính xác và chính xác của robot.

2 Thiết bị y tế: Động cơ đồng bộ được sử dụng trong các thiết bị y tế như

máy MRI và máy quét CT.

Động cơ đồng bộ (synchronous motor) thường được sử dụng trong nhiều thiết bị y tế, bao gồm máy cộng hưởng từ (MRI - Magnetic Resonance Imaging) và máy quét CT (Computed Tomography).

Máy MRI sử dụng một động cơ đồng bộ để tạo ra một trường từ mạnh và đồng nhất trong quá trình tạo hình ảnh Động cơ này cung cấp sự đồng bộ hoạt động giữa các phần tử quan trọng trong máy MRI, như cảm biến từ và các vòng dòng điện, để đảm bảo tạo ra một trường từ mạnh và ổn định.

Máy quét CT cũng sử dụng động cơ đồng bộ để điều chỉnh chuyển động của bộ lăn và ống quay trong quá trình quét Điều này giúp đảm bảo rằng các hình ảnh được thu thập từ nhiều góc độ khác nhau để tạo thành một hình ảnh 3D chính xác của cơ thể.

Động cơ đồng bộ được sử dụng trong các thiết bị y tế vì nó có khả năng hoạt động ổn định và chính xác trong môi trường y tế Ngoài ra, động cơ này cũng có khả năng điều chỉnh tốc độ và vị trí một cách chính xác, điều này rất quan trọng trong quá trình tạo hình ảnh y tế chính xác.

Hình ảnh máy MRI - Magnetic Resonance Imaging

Cách vận hành:

- Bước 1: Bệnh nhân được đặt trong máy MRI trên một bàn di chuyển Đối với một số loại quét MRI, bệnh nhân có thể cần tiêm chất đối lưu (contrast agent) trước khi quét để nâng cao chất lượng hình ảnh.

- Bước 2: Máy sử dụng một nam châm mạnh để tạo ra một trường từ mạnh và đồng nhất trong khu vực quét Điện áp được cung cấp đến động cơ đồng bộ trong máy để tạo ra trường từ.

- Bước 3: Đồng thời, máy sử dụng một tín hiệu từ (RF signal) để tạo ra các xung điện từ trong cơ thể bệnh nhân Các xung điện từ này tương tác với trường từ mạnh để tạo ra tín hiệu điện từ, được thu thập bởi các anten nhận tín hiệu.

- Bước 4: Dữ liệu thu thập được từ các anten nhận tín hiệu sẽ được xử lý bởi máy tính để tạo ra hình ảnh chi tiết của cơ thể bệnh nhân Quá trình này có thể mất vài phút đến một giờ tùy thuộc vào loại quét và vùng cần tạo hình ảnh.

Hình ảnh máy quét CT (Computed Tomography) Cách vận hành

- Bước 1: Bệnh nhân được đặt trên một bàn di chuyển và được đưa vào vòng quay của máy quét CT.

- Bước 2: Máy quét sử dụng một động cơ đồng bộ để quay vòng quay xung quanh cơ thể bệnh nhân Trong quá trình quay, máy quét sẽ tạo ra một dải tia X (photon X) đi qua cơ thể.

- Bước 3: Các bức ảnh chụp X-ray sẽ được thu thập bởi các cảm biến hoặc bảng điện tử đặt ngang qua vòng quay Dữ liệu thu thập được sẽ được máy tính xử lý để tạo ra hình ảnh chi tiết của cơ thể.

- Bước 4: Máy tính sẽ kết hợp thông tin từ nhiều góc độ khác nhau để tạo ra một hình ảnh 3D hoặc 2D của cơ thể bệnh nhân.-

3 Hàng không vũ trụ: Động cơ đồng bộ được sử dụng trong máy bay và

tàu vũ trụ để cung cấp năng lượng cho nhiều hệ thống khác nhau, chẳng hạn như máy phát điện và máy bơm.

Động cơ đồng bộ (synchronous motor) được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không vũ trụ để cung cấp năng lượng cho nhiều hệ thống

quan trọng, bao gồm máy phát điện và máy bơm Dưới đây là một số ứng dụng của động cơ đồng bộ trong lĩnh vực này:

Máy phát điện (Generators): Động cơ đồng bộ thường được sử dụng để tạo ra

điện trong máy bay và tàu vũ trụ Động cơ này được kết nối với một bộ phận rotor và stator, trong đó rotor được cung cấp điện năng từ hệ thống năng lượng khác như động cơ dùng nhiên liệu hoặc động cơ điện Khi rotor quay, nó tạo ra một trường từ và dòng điện xoay chiều trong stator, từ đó tạo ra điện.

Động cơ phản lực trong máy bay Máy phát điện (Generators):

- Bước 1: Động cơ đồng bộ được kết nối với một nguồn năng lượng khác như động cơ dùng nhiên liệu hoặc động cơ điện.

- Bước 2: Khi nguồn năng lượng khác cung cấp điện năng cho rotor của động cơ đồng bộ, rotor sẽ quay xung quanh trục quay.

- Bước 3: Rotor tạo ra một trường từ quanh stator của động cơ, từ đó tạo ra một dòng điện xoay chiều trong stator.

- Bước 4: Dòng điện xoay chiều được điều chỉnh và định hướng bởi hệ thống điều khiển để tạo ra một dòng điện xoay chiều ổn định và điều chỉnh được theo nhu cầu.

- Bước 5: Dòng điện xoay chiều này được chuyển đổi thành điện xoay chiều hoặc điện xoay ngược chiều thành một hệ thống điện xoay chiều trong máy bay hoặc tàu vũ trụ.

- Bước 6: Hệ thống điện xoay chiều được sử dụng để cung cấp điện cho các hệ thống và thiết bị khác trong máy bay hoặc tàu vũ trụ, bao gồm hệ thống điện tử, đèn chiếu sáng, thiết bị điều hòa không khí, và các thiết bị khác.

Máy bơm (Pumps): Động cơ đồng bộ cũng được sử dụng trong hệ thống bơm

của máy bay và tàu vũ trụ Các hệ thống bơm cần một nguồn năng lượng ổn định để tạo ra áp suất và lưu chất trong hệ thống Động cơ đồng bộ cung cấp độ chính xác cao trong việc điều chỉnh tốc độ và áp suất của bơm, giúp duy trì hiệu suất hoạt động của hệ thống.

Hệ thống đẩy cho tàu vũ trụ

Máy bơm (Pumps):

- Bước 1: Động cơ đồng bộ được kết nối với bơm trong hệ thống bơm của máy bay hoặc tàu vũ trụ.

- Bước 2: Động cơ đồng bộ được cung cấp điện năng và điều khiển từ hệ thống điện của máy bay hoặc tàu vũ trụ.

- Bước 3: Động cơ đồng bộ quay để cung cấp động năng cho cánh quạt hoặc van của bơm.

- Bước 4: Cánh quạt hoặc van của bơm sẽ tạo áp suất và đẩy chất lưu (như dầu, nước, nhiên liệu) thông qua hệ thống ống và đường ống để cung cấp năng lượng hoặc làm chuyển động cho các thiết bị khác trong máy bay hoặc tàu vũ trụ.

- Bước 5: Mức áp suất và lưu lượng của bơm có thể được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh tốc độ quay của động cơ đồng bộ thông qua hệ thống điều khiển.

4 Năng lượng tái tạo: Động cơ đồng bộ được sử dụng trong các hệ thống

năng lượng tái tạo như tua-bin gió và nhà máy điện mặt trời.

Động cơ đồng bộ (synchronous motor) cũng được sử dụng trong các hệ thống năng lượng tái tạo như tua-bin gió (wind turbines) và nhà máy điện mặt trời (solar power plants) Dưới đây là cách mà động cơ đồng bộ tham gia vào hoạt động của hai hệ thống này:

Tua-bin gió (Wind turbines):

- Bước 1: Động cơ đồng bộ được kết nối với cánh quạt tua-bin gió, cũng được gọi là cánh quạt gió (wind rotor).

- Bước 2: Khi gió thổi vào cánh quạt gió, năng lượng gió được chuyển đổi thành năng lượng cơ học, làm quay cánh quạt gió.

- Bước 3: Cánh quạt gió truyền động quay đến động cơ đồng bộ thông qua hệ thống truyền động (transmission system) hoặc hộp số (gearbox).

- Bước 4: Động cơ đồng bộ nhận năng lượng cơ học từ cánh quạt gió và chuyển đổi thành năng lượng điện.

- Bước 5: Điện năng được tạo ra từ động cơ đồng bộ được điều chỉnh và đồng bộ hóa để phù hợp với hệ thống lưới điện và yêu cầu năng lượng.

- Bước 6: Điện năng được truyền đến hệ thống lưu trữ hoặc hệ thống lưới điện để sử dụng hoặc phân phối cho các thiết bị và hệ thống khác.

Tua-bin gió

Nhà máy điện mặt trời (Solar power plants):

- Bước 1: Động cơ đồng bộ được kết nối với các bảng điện mặt trời (solar panels) trong nhà máy điện mặt trời.

- Bước 2: Các bảng điện mặt trời thu thập năng lượng mặt trời và chuyển đổi thành năng lượng điện mặt trời (solar electricity).