Động cơ AC, cụ thể là động cơ cảm ứng một pha, thường cần tụ điện để khởi động vì những lý do sau:
1. Yêu cầu từ trường cho sự quay
Một động cơ AC ba pha có thể tạo ra một từ trường quay trực tiếp từ nguồn điện ba pha, tương tác với rôto để tạo ra mô-men xoắn và làm cho động cơ quay. Tuy nhiên, nguồn điện xoay chiều một pha tạo ra từ trường dao động (một từ trường chỉ thay đổi về độ lớn nhưng không quay). Một từ trường dao động không thể tạo ra mô-men xoắn khởi động cần thiết để đưa rô-to chuyển động từ trạng thái đứng yên.
2. Vai trò của tụ điện trong việc tạo ra từ trường quay
Để tạo ra từ trường quay trong động cơ một pha, chúng ta cần đưa vào một độ lệch pha giữa hai cuộn dây (thường là cuộn dây chính và cuộn dây phụ). Tụ điện được kết nối nối tiếp với cuộn dây phụ.
Khi dòng điện xoay chiều chạy qua mạch, tụ điện sẽ khiến dòng điện trong cuộn dây phụ chỉ huy điện áp (ngược lại, dòng điện trong cuộn dây chính trễ pha điện áp ở một mức độ nào đó). Sự lệch pha giữa dòng điện trong hai cuộn dây dẫn đến việc tạo ra hai từ trường lệch pha. Sự kết hợp của hai từ trường lệch pha này tạo ra một từ trường quay.
3. Bắt đầu tạo mô-men xoắn
Từ trường quay này cắt qua các dây dẫn rotor, tạo ra dòng điện trong chúng. Theo định luật Lenz và nguyên lý cảm ứng điện từ, tương tác giữa các dòng điện cảm ứng này và từ trường quay tạo ra một mô-men xoắn khởi động, đủ để thắng lực ma sát tĩnh và quán tính của rôto, khiến động cơ bắt đầu quay.
4. Các loại sử dụng tụ điện
- Tụ điện – khởi động động cơ: Tụ điện chỉ được sử dụng trong giai đoạn khởi động. Khi động cơ đạt đến một tốc độ nhất định (thường khoảng 70-80% tốc độ đồng bộ), một công tắc ly tâm sẽ ngắt cuộn dây phụ và tụ điện khỏi mạch. Sau đó, động cơ chỉ chạy bằng cuộn dây chính.
- Động cơ tụ điện – khởi động – chạy: Tụ điện được sử dụng cho cả khởi động và vận hành. Có hai tụ điện: một tụ điện lớn hơn để khởi động (được ngắt kết nối bằng công tắc ly tâm sau khi khởi động) và một tụ điện nhỏ hơn được giữ lại trong mạch để cải thiện hiệu suất vận hành, mang lại hệ số công suất và hiệu suất tốt hơn trong quá trình vận hành.
Tóm lại, tụ điện rất cần thiết trong động cơ AC một pha để tạo ra từ trường quay cần thiết khi khởi động bằng cách đưa vào sự dịch pha giữa các dòng điện trong cuộn dây.