Trong các kịch bản sản xuất công nghiệp, từ máy công cụ cỡ lớn đến máy nén công suất lớn, mức độ phổ biến của động cơ AC ba pha vượt xa động cơ AC một pha. Hiện tượng này không phải ngẫu nhiên; nó được xác định bởi sự khác biệt vốn có giữa hai loại động cơ này ở ba khía cạnh cốt lõi: thiết kế cấu trúc, hiệu suất vận hành và hiệu quả năng lượng. Những lý do cụ thể có thể được phân tích từ bốn khía cạnh sau:
1. Sự khác biệt về hiệu suất tạo ra từ trường quay
Cuộn dây stato của động cơ xoay chiều ba pha được thiết kế phân tán ba pha đối xứng. Khi cấp nguồn xoay chiều ba pha với độ lệch pha 120°, từ trường quay liên tục được hình thành trực tiếp bên trong động cơ, cho phép khởi động trơn tru mà không cần thêm thiết bị khởi động. Ngược lại, động cơ AC một pha chỉ có thể tạo ra "từ trường dao động" và cần tạo độ lệch pha thông qua việc tách pha tụ điện hoặc cấu trúc cực che bóng để khởi động. Điều này không chỉ làm tăng độ phức tạp của mạch mà còn dẫn đến mô-men xoắn khởi động chỉ bằng 1/3 đến 1/2 mô-men xoắn khởi động của động cơ ba pha, không đáp ứng được yêu cầu khởi động tải nặng của thiết bị công nghiệp.
2. Ưu điểm về độ ổn định vận hành và mật độ công suất
Mô-men xoắn điện từ của động cơ ba pha được thúc đẩy bởi dòng điện ba pha, dẫn đến biến động mô-men xoắn tối thiểu (với hệ số biến động thường <5%). Do đó, độ rung và tiếng ồn hoạt động của chúng thấp hơn đáng kể so với động cơ một pha (có hệ số dao động mô-men xoắn có thể đạt 20% -30%) - một yếu tố quan trọng cho thiết bị xử lý chính xác cao như máy công cụ CNC. Trong khi đó, đối với cùng khối lượng, công suất định mức của động cơ ba pha có thể gấp 3 đến 5 lần của động cơ một pha. Ví dụ, động cơ ba pha 10kW có khối lượng tương đương với động cơ một pha 3kW, làm cho nó phù hợp hơn với nhu cầu "khối lượng nhỏ, công suất cao" của các kịch bản công nghiệp.
3. Hiệu quả năng lượng và khả năng tương thích lưới điện
Về hiệu suất năng lượng, hệ số công suất của động cơ ba pha (thường là 0,85-0,95) cao hơn nhiều so với động cơ một pha (0,6-0,75). Ở cùng một công suất đầu ra, động cơ ba pha giảm tổn thất điện năng 20%-30%, đáp ứng các yêu cầu tiết kiệm năng lượng công nghiệp. Về khả năng thích ứng với lưới điện, lưới điện công nghiệp thường sử dụng hệ thống cung cấp điện ba pha. Nếu động cơ một pha hoạt động ở công suất cao trong thời gian dài, chúng dễ gây mất cân bằng tải ba pha và gây ra biến động điện áp lưới. Ngược lại, động cơ ba pha có thể phân phối tải đều, đảm bảo sự ổn định của lưới điện.
4. Sự khác biệt về chi phí bảo trì và tuổi thọ
Cấu trúc cuộn dây của động cơ ba pha đối xứng hơn, phân bố dòng điện đồng đều và nguy cơ quá nhiệt cục bộ thấp, mang lại tuổi thọ trung bình từ 10-15 năm. Đối với động cơ một pha, việc chuyển đổi thường xuyên giữa cuộn dây khởi động và cuộn dây chạy dễ gây ra hiện tượng hao mòn tiếp xúc, và các linh kiện dễ bị hỏng như tụ điện cần được thay thế thường xuyên. Chi phí bảo trì hàng năm của chúng cao gấp khoảng 2-3 lần so với động cơ ba pha, dẫn đến hiệu quả kinh tế lâu dài kém.
Tóm lại, những ưu điểm toàn diện của động cơ xoay chiều ba pha về hiệu suất khởi động, độ ổn định vận hành, hiệu quả năng lượng và chi phí bảo trì khiến chúng trở thành lựa chọn hàng đầu trong lĩnh vực công nghiệp. Ngược lại, động cơ xoay chiều một pha, bị hạn chế bởi công suất và độ ổn định không đủ, phù hợp hơn với các ứng dụng dân dụng công suất thấp như quạt gia dụng và máy bơm nước nhỏ.