Stator là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ưu nhược điểm

Stator là một thành phần quan trọng trong động cơ điện (motor điện), đóng vai trò quyết định trong việc tạo ra từ trường cần thiết để vận hành động cơ. Hiểu rõ về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các ưu nhược điểm của stator sẽ giúp người sử dụng tối ưu hóa hiệu suất và bảo trì motor hiệu quả hơn. Hãy cùng Thành Thái Motor khám phá những kiến thức hữu ích này để hiểu rõ hơn về một bộ phận không thể thiếu trong các thiết bị điện.

Stator là gì?

Stator hay còn gọi là phần cảm hoặc phần tĩnh, là bộ phận cố định của động cơ điện hoặc máy phát điện. Chức năng chính của stator là tạo ra từ trường để tương tác với rotor (phần quay) và tạo ra chuyển động quay trong động cơ hoặc tạo ra dòng điện trong máy phát điện.

Cấu tạo chi tiết của stator

Stator bao gồm hai thành phần chính:

• Lõi thép stator: Được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện mỏng, dập thành hình vành khăn, có rãnh để đặt dây quấn. Lõi thép có tác dụng dẫn từ, tạo đường khép kín cho từ thông.
• Dây quấn stator: Được làm từ dây dẫn điện (thường là đồng hoặc nhôm) quấn thành các cuộn dây và đặt trong rãnh của lõi thép. Dây quấn có chức năng tạo ra từ trường khi có dòng điện chạy qua.

Lõi thép stator

Lõi thép của stator thường được chế tạo từ các lá thép kỹ thuật điện có độ dày từ 0.35mm đến 0.5mm. Các lá thép này được sơn cách điện và ghép lại với nhau để giảm tổn thất do dòng điện xoáy (dòng Foucault) gây ra. Hình dạng của lõi thép thường là hình trụ rỗng, có các rãnh xẻ dọc theo chiều dài để chứa dây quấn.

Vật liệu chế tạo lõi thép cần có từ tính cao, tổn thất từ trễ thấp và khả năng chịu nhiệt tốt. Các loại thép silic (thép kỹ thuật điện) thường được sử dụng phổ biến.

Dây quấn stator

Dây quấn của stator được làm từ dây dẫn điện chất lượng cao, thường là dây đồng tráng men hoặc dây nhôm bọc cách điện. Dây quấn được quấn thành các cuộn dây có số vòng và kích thước khác nhau tùy thuộc vào thiết kế của động cơ. Các cuộn dây này được đặt trong rãnh của lõi thép và được kết nối với nhau theo một sơ đồ nhất định để tạo ra từ trường mong muốn.

Việc lựa chọn vật liệu và kích thước dây dẫn có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất và tuổi thọ của động cơ điện. Dây dẫn cần có điện trở suất thấp, khả năng dẫn điện tốt và chịu được nhiệt độ cao.

Chức năng và nguyên lý hoạt động của stato

Chức năng chính của stato là tạo ra từ trường. Khi dòng điện xoay chiều chạy qua dây quấn stato, nó tạo ra một từ trường xoay chiều. Từ trường này tương tác với từ trường của rotor, tạo ra một lực điện từ làm rotor quay.

Trong động cơ xoay chiều ba pha, dây quấn stato được chia thành ba pha và được đặt lệch nhau một góc 120 độ điện. Khi dòng điện ba pha chạy qua dây quấn, nó tạo ra một từ trường quay có biên độ không đổi và tốc độ quay đồng bộ với tần số của dòng điện.

Các loại stator phổ biến

Có nhiều loại stato khác nhau, tùy thuộc vào loại động cơ điện và ứng dụng cụ thể. Một số loại stato phổ biến bao gồm:

• Stator của động cơ xoay chiều ba pha: Đây là loại stato phổ biến nhất, được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp và dân dụng.
• Stator của động cơ điện một pha: Loại stato này được sử dụng trong các thiết bị gia dụng nhỏ, như quạt điện, máy bơm nước mini.
• Stator của động cơ điện một chiều: Loại stato này sử dụng nam châm vĩnh cửu hoặc cuộn dây kích từ để tạo ra từ trường.
• Stator của máy phát điện: Loại stato này có chức năng tạo ra dòng điện xoay chiều khi rotor quay.

So sánh stator và rotor

Điểm giống nhau giữa stator và rotor là gì? 

• Cả stator và rotor đều đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học trong động cơ.
• Cả hai đều là các thành phần cơ bản trong cấu trúc của động cơ điện, bất kể là động cơ DC hay động cơ AC.
• Hoạt động của stator và rotor phụ thuộc lẫn nhau. Stator tạo ra từ trường, trong khi rotor quay trong từ trường đó để tạo ra lực.

Điểm khác nhau

Về cấu tạo

• Stator: Thường bao gồm các cuộn dây điện hoặc nam châm vĩnh cửu. Nếu là động cơ AC,  thường có nhiều cuộn dây được quấn quanh một lõi sắt.
• Rotor: Thường có dạng cuộn dây quấn quanh lõi sắt hoặc có thể là các thanh dẫn. Rotor trong động cơ DC có cấu trúc phức tạp hơn với commutator.

Về nguyên lý hoạt động

• Stator: Tạo ra từ trường cần thiết để hoạt động của động cơ. Trong động cơ AC, từ trường này quay do dòng điện xoay chiều.
• Rotor: Quay trong từ trường do stator tạo ra. Khi có dòng điện chạy qua rotor, nó tạo ra lực từ làm rotor quay.

Về chức năng

• Stator: Phần tĩnh của động cơ, chủ yếu tạo ra từ trường.
• Rotor: Phần quay của động cơ, thực hiện công việc cơ học và chuyển đổi năng lượng.

Về chi phí

• Stator: Chi phí thường thấp hơn so với rotor, đặc biệt trong các động cơ phức tạp. Thường có cấu trúc đơn giản hơn.
• Rotor: Chi phí có thể cao hơn do cấu tạo phức tạp hơn, đặc biệt là trong các động cơ DC với commutator và các cuộn dây phức tạp.

Cách quấn stator

Quá trình quấn stator là một bước quan trọng trong việc chế tạo động cơ điện. Dưới đây là các bước để thực hiện việc quấn stator một cách hiệu quả:

Bước 1: Xác định kích thước stator

Trước tiên, bạn cần xác định kích thước của stator mà bạn sẽ quấn. Điều này bao gồm việc đo đường kính trong và ngoài, cũng như chiều dài của lõi. Kích thước này sẽ quyết định lượng dây quấn cần thiết và cách bố trí dây trên stator.

Bước 2: Làm khuôn

Sau khi đã xác định kích thước, bước tiếp theo là tạo khuôn cho việc quấn dây. Khuôn giúp đảm bảo rằng dây quấn được bố trí chính xác và đồng đều. Bạn có thể sử dụng vật liệu như gỗ hoặc nhựa để tạo khuôn, đảm bảo rằng nó phù hợp với kích thước.

Bước 3: Cắt giấy

Khi khuôn đã hoàn thành, bạn cần cắt giấy cách điện phù hợp để sử dụng làm lớp cách điện giữa các lớp dây quấn. Giấy cách điện giúp ngăn chặn sự cố điện giữa các cuộn dây, từ đó bảo vệ motor khỏi hư hỏng. Đảm bảo rằng kích thước của giấy cắt phù hợp với khuôn.

Bước 4: Tiến hành quấn

Đến bước quấn, bạn sẽ bắt đầu quấn dây vào stator. Sử dụng dây đồng có độ dẫn điện tốt, quấn dây quanh khuôn theo số lượng vòng quấn đã được xác định trước. Hãy chắc chắn rằng mỗi vòng quấn đều và không bị chồng chéo, điều này sẽ giúp tăng hiệu suất hoạt động của động cơ.

Bước 5: Đưa dây quấn vào stato

Sau khi hoàn thành việc quấn, bạn sẽ đưa các dây quấn vào stator. Đảm bảo rằng các đầu dây được kết nối chắc chắn và không bị đứt. Kiểm tra kỹ lưỡng để đảm bảo rằng mọi thứ đều ở vị trí chính xác trước khi hoàn thành quá trình.

Ứng dụng của stator trong công nghiệp và đời sống

Stator là một bộ phận không thể thiếu trong nhiều thiết bị điện và máy móc công nghiệp. Một số ứng dụng phổ biến của stator bao gồm:

• Động cơ điện công nghiệp: Stator được sử dụng trong các động cơ điện công suất lớn để vận hành máy móc, thiết bị sản xuất, băng tải, máy bơm, quạt công nghiệp.
• Motor điện được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
• Máy phát điện: Stator là bộ phận quan trọng trong máy phát điện, giúp tạo ra điện năng cung cấp cho các hộ gia đình, nhà máy, công trình xây dựng.
• Thiết bị gia dụng: Stator được sử dụng trong các thiết bị gia dụng như quạt điện, máy giặt, tủ lạnh, máy bơm nước gia đình.
• Phương tiện giao thông: Stator được sử dụng trong các động cơ điện của xe điện, xe hybrid, tàu điện.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của stator

Hiệu suất của stator có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất tổng thể của động cơ điện. Một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của stator bao gồm:

• Vật liệu chế tạo: Vật liệu chế tạo lõi thép và dây quấn cần có chất lượng tốt, độ dẫn điện cao và tổn thất từ trễ thấp.
• Thiết kế: Thiết kế của stator cần tối ưu hóa để giảm thiểu tổn thất do dòng điện xoáy, từ thông tản và điện trở dây quấn.
• Chế độ vận hành: Chế độ vận hành của động cơ điện, bao gồm điện áp, tần số, tải trọng, nhiệt độ, cũng ảnh hưởng đến hiệu suất của stator.

Bảo trì và sửa chữa stator

Để đảm bảo stator hoạt động ổn định và có tuổi thọ cao, cần thực hiện bảo trì và sửa chữa định kỳ. Một số công việc bảo trì và sửa chữa stator bao gồm:

• Vệ sinh: Vệ sinh bụi bẩn, dầu mỡ bám trên bề mặt stato để đảm bảo tản nhiệt tốt.
• Kiểm tra: Kiểm tra tình trạng cách điện của dây quấn, độ chặt của các mối nối, tình trạng của lõi thép.
• Sửa chữa: Sửa chữa hoặc thay thế các bộ phận bị hư hỏng, như dây quấn bị cháy, lõi thép bị mòn.
• Quấn lại dây stato: Trong trường hợp dây quấn bị cháy hoặc hư hỏng nặng, cần quấn lại dây stator. Quá trình này đòi hỏi kỹ thuật cao và sử dụng các vật liệu chất lượng.

Lưu ý khi sử dụng và lựa chọn stato

Khi sử dụng và lựa chọn stato, cần lưu ý một số vấn đề sau:

• Chọn đúng loại stator: Chọn loại stato phù hợp với loại động cơ điện và ứng dụng cụ thể.
• Đảm bảo chất lượng: Chọn stato từ các nhà sản xuất uy tín, có chất lượng đảm bảo và tuổi thọ cao.
• Tuân thủ hướng dẫn: Tuân thủ các hướng dẫn của nhà sản xuất về lắp đặt, vận hành và bảo trì stato.
• Kiểm tra định kỳ: Kiểm tra định kỳ tình trạng của stato để phát hiện sớm các dấu hiệu hư hỏng và có biện pháp xử lý kịp thời.

Kết luận

Stator không chỉ là bộ phận tĩnh của motor mà còn là yếu tố quyết định đến hiệu suất và độ bền của thiết bị. Việc nắm vững các thông tin về stator sẽ giúp người dùng đưa ra những quyết định chính xác trong quá trình lắp đặt và bảo trì motor. Sự hiểu biết này cũng góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp.

Bảng giá động cơ điện tại Thành Thái Motor