Chƣơng 3 CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA XE ĐIỆN
3.2 Động cơ điện sử dụng trê nô tô điện
3.2.2.3 Nguyên lý hoạt động của động cơ cảm ứng
Xét dây quấn 3 pha đơn giản với chỉ 3 cuộn dây. Khi dòng điện xoay chiều 3 pha đi qua dây quấn stator, mỗi dây dẫn mang dòng điện tạo ra một trừ trƣờng xung quanh nó. Dịng điện AC sẽ thay đổi theo thời gian, xét 3 thời điểm đƣợc thể hiện ở hình 3.27, ở đây do sự thay đổi của dòng điện AC, từ trƣờng cũng thay đổi theo, mỗi từ trƣờng có một hƣớng khác nhau ở một thời điểm, nhƣng mà độ lớn là giống nhau. Từ 3 thời điểm thì rõ ràng nó giống nhƣ một từ trƣờng quay (Rotating Magnetic Field - RMF), tốc độ quay của từ trƣờng đƣợc gọi là tốc độ đồng bộ.
Đặt một vòng dây dẫn kín bên trong từ trƣờng quay nhƣ vậy. Khi từ trƣờng biến thiên thì một sức điện động (Electromotive Force - EMF) đƣợc tạo ra trong vịng kín theo định luật Faraday. EMF sẽ sinh ra một dịng điện chạy trong vịng dây kín. Do đó nó trở thành trƣờng hợp một vịng dây kín có dịng điện đi qua đƣợc đặt trong từ trƣờng. Điều này dẫn đến sẽ có một lực điện từ trong dây dẫn kín theo định luật Lorentz, vì vậy vịng dây kín sẽ bắt đầu quay dƣới tác dụng của lực điện từ.
Tƣơng tự, thay vì một vịng dây kín đơn giản, động cơ cảm ứng sử dụng một rotor lồng sóc. Rotor lồng sóc bao gồm các thanh dẫn đƣợc nối ngắn mạch 2 đầu bởi 2 vòng ngắn mạch. Dòng điện 3 pha chạy trong dây quấn stator tạo ra một từ trƣờng quay. Do vậy giống nhƣ hiện tƣợng nhắc đến phía trên, dịng điện sẽ đƣợc tạo ra trong các thanh
33 dẫn của rotor lồng sóc và nó bắt đầu quay. Dòng điện cảm ứng trong thanh dẫn sẽ thay đổi, điều này là do từ thông cắt qua mỗi một cặp thanh dẫn là khác nhau, và hƣớng khác nhau của chúng. Sự thay đổi của dòng điện trên các thanh dẫn sẽ thay đổi theo thời gian. Dòng điện trong rotor sinh ra do cảm ứng chứ không phải đƣợc cấp trực tiếp. Đây là lý do tại sao gọi là động cơ điện cảm ứng [4].
Hình 3.27: Cách tạo ra từ trường quay trong stator động cơ cảm ứng [4]
Thời điểm mà tốc độ từ trƣờng quay bằng tốc độ rotor ta có thể thấy rằng khi đó thì rotor sẽ chịu một từ trƣờng khơng đổi, do đó sẽ khơng có suất điện động hay dòng điện
34 cảm ứng đƣợc sinh ra trong rotor. Điều này có nghĩa sẽ khơng có lực điện từ nào sinh ra trong thanh dẫn của rotor, do đó rotor sẽ quay chậm dần. Nhƣng tại lúc nó quay chậm dần, rotor sẽ chịu 1 từ trƣờng biến thiên, Do đó, dịng điện cảm ứng và lực sẽ tăng lên lại và rotor sẽ quay nhanh lên. Nhƣ vậy, rotor sẽ khơng bao giờ có thể bắt kịp với tốc độ của từ trƣờng. Nó quay với một tốc độ cụ thể và nhỏ hơn tốc độ đồng bộ.
Tốc độ đồng bộ đƣợc tính theo cơng thức:
Hệ số trƣợt đƣợc tính theo cơng thức sau:
Hệ số trƣợt s thƣờng thay đổi từ 1 đến 10 phần trăm tùy thuộc vào kích cỡ và loại động cơ. Tốc độ trên trục động cơ đƣợc tính bằng: Trong đó: n: Tốc độ rotor, động cơ (vòng/phút) n1: Tốc độ từ trƣờng quay stator (vòng/phút) f: Tần số (Hz) p: Số cặp cực s: Hệ số trƣợt