Động cơ điện là gì? Cấu tạo và ứng dụng của động cơ điện

Hầu hết tất cả các loại máy trong cuộc sống của chúng ta đều sử dụng đến động cơ điện. Tuy nhiên, nhiều người vẫn chưa hiểu rõ động cơ điện là gì, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nó ra sao. Tất cả những vấn đề này sẽ được chuthapdoquangninh.org.vn giải đáp chi tiết trong bài viết dưới đây.

Khái niệm động cơ điện là gì?

Động cơ điện là máy điện dùng để chuyển đổi từ điện năng sang cơ năng. Các động cơ điện thường gặp được sử dụng trong nhà phổ biến như tủ lạnh, quạt điện, máy giặt, máy bơm nước,…

Cấu tạo động cơ điện

Cấu tạo động cơ điện gồm những bộ phận cơ bản sau:

Cuộn dây rôto

Dây roto là loại dây được làm bằng đồng. Bởi vì đồng là một chất dẫn điện tốt. 

Cuộn dây roto sẽ trở thành nam châm điện khi có dòng điện chạy qua nó.

Phần ứng

Phần ứng hỗ trợ cuộn dây và có thể giúp cho nam châm điện mạnh hơn. Điều này giúp cho động cơ hoạt động hiệu quả và năng suất hơn.

Nam châm vĩnh cửu

Thông thường sẽ có hai nam châm vĩnh cửu. Chúng sẽ tạo ra một từ trường ổn định để cuộn dây sẽ quay khi có dòng điện chạy trong đó.

Một số động cơ sử dụng nam châm điện thay vì nam châm vĩnh cửu. 

Cổ góp

Mỗi đầu của cuộn dây được nối bởi một trong hai nửa của cổ góp. Cổ góp sẽ hoán đổi các cuộn dây qua mỗi nửa lượt.

Chổi than

Các chổi than sẽ nhấn vào cổ góp. Chổi than sẽ “giữ liên lạc” với cổ góp mặc dù nó đang quay tròn. Dòng điện chạy ra vào khỏi động cơ thông qua các chổi than. Trong động cơ, chổi than thường được làm từ carbon.

Tấm thép

Tấm thép là bộ phận được làm từ vật liệu từ tính liên kết hai nam châm vĩnh cửu. Trên thực tế sẽ biến chúng thành một nam châm hình móng ngựa.

Nguyên lý hoạt động của động cơ điện

Phần chính của động cơ điện bao gồm phần đứng yên, gọi là stato và phần chuyển động, gọi là rotor được quấn nhiều vòng dây dẫn. Khi cuộn sợi dây trên stato và rotor với nguồn điện. Xung quanh nó sẽ tồn tại từ trường, sự tương tác từ những từ trường của nó tạo ra chuyển động quay của rotor quanh trục hay còn gọi là momen.

Phần lớn các động cơ điện đều được hoạt động dựa trên nguyên lý điện từ. Tuy nhiên, vẫn có một số loại động cơ dựa trên nguyên lý khác như lực tĩnh điện và hiệu ứng điện áp cũng được sử dụng.

Nguyên lý cơ bản để các động cơ điện từ hoạt động đó là dựa vào 1 lực cơ học trong 1 cuộn dây có dòng điện chạy qua nằm trong từ trường. Lực này theo mô tả của định luật lực Lorentz là vuông góc với cả cuộn dây và từ trường.

Các động cơ từ phần lớn đều xoay tuy nhiên cũng có 1 vài động cơ tuyến tính. Trong động cơ xoay thì rotor sẽ là phần chuyển động, còn stator sẽ là phần đứng yên.

Các loại động cơ điện

Các loại động cơ điện phổ biến và được sử dụng nhiều trên thị trường hiện nay gồm có:

Động cơ AC không chổi than

Đây là loại động cơ phổ biến nhất trong điều khiển chuyển động. Động cơ này sử dụng cảm ứng của từ trường quay, được tạo ra trong stato, để quay cả stato và roto với tốc độ đồng bộ nhau. Động cơ AC không chổi than hoạt động được là dựa vào nam châm điện vĩnh cửu.

Động cơ DC chổi than

Motor điện một chiều có chổi than sử dụng cấu hình gồm có cuộn dây quấn, phần ứng, hoạt động giống như một nam châm điện hai cực.

Chiều của dòng điện sẽ được đảo chiều hai lần mỗi chu kỳ bằng cổ góp, công tắc quay cơ học. Điều này sẽ tạo điều kiện cho dòng điện chạy qua. Vì vậy, các cực của nam châm điện kéo và đẩy nam châm vĩnh cửu dọc phía bên ngoài động cơ. Sau đó, cổ góp sẽ đảo ngược cực của nam châm điện phần ứng khi các cực của nó cắt ngang các cực của nam châm vĩnh cửu.

Động cơ DC không chổi than

Động cơ DC không chổi than lần đầu tiên được phát triển đã đạt được hiệu suất cao hơn trong không gian nhỏ hơn so với động cơ chổi than DC và chúng nhỏ hơn so với những mẫu AC tương đương. Bộ điều khiển chúng được sử dụng để vận hành trong trường hợp không có vòng trượt hoặc cổ góp.

Động cơ truyền động trực tiếp

Động cơ truyền động trực tiếp là động cơ tải được kết nối trực tiếp với động cơ. Ở đó, không có phần tử truyền động cơ học như hộp số hoặc hệ thống dây đai và ròng rọc. Nói cách khác đây là loại động cơ trực tiếp truyền động đến tải.

Động cơ truyền động trực tiếp là một triển khai công nghệ hiệu quả, ít bị hao mòn. Động cơ này thay thế động cơ servo thông thường và các hộp số đi kèm của chúng. Ngoài việc dễ bảo trì hơn trong thời gian dài, những động cơ này cũng tăng tốc nhanh hơn.

Động cơ tuyến tính

Động cơ tuyến tính là loại động cơ cảm ứng điện tạo ra chuyển động theo đường thẳng chứ không phải chuyển động quay. Trong động cơ điện truyền thống, roto (phần chuyển động) quay bên trong stato (phần tĩnh). Trong động cơ tuyến tính thì stator không được bọc và mặt phẳng. Đồng thời, rôto di chuyển qua nó theo một đường thẳng.

Động cơ Servo

Động cơ servo là một bộ chuyển động quay hoặc bộ chuyển động tuyến tính cho phép điều khiển chính xác vị trí góc, tuyến tính, vận tốc hoặc gia tốc. Nó bao gồm một động cơ phù hợp kết hợp với một cảm biến để phản hồi vị trí.

Động cơ bước

Động cơ bước sử dụng roto bên trong, được điều khiển điện tử bằng nam châm ở ngoài. Rôto có thể được chế tạo từ nam châm vĩnh cửu hoặc những  kim loại mềm. Khi những cuộn dây được cung cấp năng lượng, các răng của rôto sẽ thẳng hàng so với từ trường. Điều này cho phép chúng chuyển từ điểm này sang điểm khác với gia số cố định.

Động cơ điện 1 chiều

Động cơ một chiều là thành phần chuyển động lấy năng lượng điện dưới dạng dòng điện một chiều (hoặc dưới dạng điều khiển của dòng điện một chiều) sẽ chuyển nó thành chuyển động quay cơ học. Động cơ thực hiện được điều này là thông qua việc sử dụng từ trường sinh ra từ dòng điện thúc đẩy chuyển động quay của rôto được cố định với trục đầu ra. Momen xoắn đầu ra và tốc độ sẽ phụ thuộc vào nguồn điện đầu vào và thiết kế động cơ.

Động cơ một chiều là một máy điện biến điện năng thành cơ năng.

Động cơ điện xoay chiều

Động cơ điện xoay chiều là động cơ được chạy bằng dòng điện xoay chiều (AC). Động cơ xoay chiều thường bao gồm hai phần cơ bản: một stato bên ngoài bao gồm các cuộn dây được cung cấp dòng điện xoay chiều để tạo ra từ trường quay và một rôto bên trong được gắn bởi trục đầu ra tạo ra từ trường quay thứ hai. Từ trường rôto có thể được tạo ra bởi nam châm vĩnh cửu, từ trở,cuộn dây điện một chiều hoặc xoay chiều.

Động cơ đồng bộ

Nguyên lý làm việc của động cơ đồng bộ chủ yếu là phụ thuộc vào nguồn điện 3 pha. Stator trong động cơ điện tạo ra dòng điện quay với tốc độ ổn định dựa vào tần số xoay chiều. Cũng như tốc độ của rôto phụ thuộc vào dòng điện stato. Các động cơ này được ứng dụng trong ngành công nghiệp tự động hóa, chế tạo rô bốt,…

Động cơ không đồng bộ

Động cơ điện còn được gọi là động cơ cảm ứng. Động cơ này chủ yếu sử dụng cảm ứng điện từ để thay đổi năng lượng từ điện năng sang cơ năng. Dựa trên cấu tạo của rôto, các động cơ này được chia thành hai loại là loại lồng sóc và loại quấn pha.

Động cơ 1 pha

Là động cơ sử dụng nguồn điện một pha. Được cấp nguồn bởi hai dây: dây nóng và dây trung tính. Công suất của chúng có thể đạt đến 3kW và điện áp cung cấp thay đổi đồng thời.

Động cơ một pha chỉ có một hiệu điện thế xoay chiều duy nhất. Đoạn mạch hoạt động cùng hai dây dẫn và cường độ dòng điện chạy qua chúng luôn bằng nhau.

Thông thường, đây là những động cơ nhỏ với mô-men xoắn hạn chế. Chúng không tạo ra được từ trường quay mà  chỉ có thể tạo ra một trường thay thế, có nghĩa là chúng cần một tụ điện để có thể khởi động.

Động cơ điện một pha có giá phải chăng, dễ sửa chữa và bảo trì. 

Loại động cơ này thường được sử dụng chủ yếu trong gia đình, cửa hàng, văn phòng và các công ty nhỏ phi công nghiệp. 

Các ứng dụng phổ biến nhất của chúng bao gồm những thiết bị gia dụng, HVAC gia đình và doanh nghiệp, những thiết bị khác như máy khoan, máy điều hòa không khí và hệ thống đóng mở cửa nhà để xe,…

Động cơ 3 pha

Động cơ ba pha là loại động cơ xoay chiều. Các động cơ này có thể là động cơ cảm ứng (còn được gọi là động cơ không đồng bộ) hoặc động cơ đồng bộ. Động cơ gồm có ba thành phần chính: stator, roto và vỏ.

Stato gồm một loạt những lá thép hợp kim xung quanh được quấn bằng dây để tạo thành các cuộn dây cảm ứng. Những cuộn dây stato được cấp điện từ nguồn điện ba pha.

Rôto cũng chứa các cuộn dây cảm ứng và những thanh kim loại được nối với nhau để tạo thành mạch điện. Rôto bao quanh trục các động cơ và là thành phần động cơ quay để tạo ra cơ năng của động cơ.

Vỏ của động cơ giữ cho roto với trục động cơ của nó trên một bộ ổ trục để giảm ma sát của trục quay. Vỏ bọc có nắp giữ các giá đỡ ổ trục và chứa một quạt được gắn vào trục của động cơ. Quạt quay hút không khí xung quanh từ bên ngoài vỏ và sẽ ép không khí đi qua stato và roto để làm mát những bộ phận của động cơ. Đồng thơi, tản nhiệt được tạo ra ở phía trong các cuộn dây khác nhau từ điện trở của cuộn dây. Vỏ bọc cũng thường có những cánh tản nhiệt cơ học nâng lên ở phía ngoài để dẫn nhiệt ra ngoài không khí. Nắp đầu và cuối cũng sẽ cung cấp vị trí để chứa các kết nối điện cho nguồn điện ba pha với động cơ.

Ứng dụng thực tế của motor điện trong cuộc sống hàng ngày

Động cơ điện có thể được sử dụng cho hầu hết ứng dụng trong nước. Cụ thể đó là motor điện được sử dụng trong các thiết bị điện máy như máy điều hòa không khí, máy hút bụi, quạt, máy chế biến thực phẩm,… Tất cả những sản phẩm kể trên đều sử dụng lực quay của motor điện theo cách riêng của chúng. Thậm chí trong đồ chơi của trẻ em như như ô tô hay máy bay mô hình được điều khiển từ xa hoặc điều khiển bằng ứng dụng đều sử dụng đến motor.

Nói về phương tiện mô hình điện, các phiên bản động cơ điện phức tạp hơn, lớn hơn có thể dễ dàng được tìm thấy trong ô tô điện và máy bay kích thước thực tế.

Cuối cùng nhưng cũng quan trọng không kém, một số loại motor điện được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp như máy nâng, nén khí công nghiệp, máy bơm, máy trộn, v.v.

Cũng qua đó, chúng ta có thể thấy được động cơ đóng một vai trò quan trọng trong các thiết bị máy móc. Nếu không có động cơ thì các máy không thể hoạt động và vận hành một cách bình thường.

Trên đây là toàn bộ những thông tin về động cơ điện. Nếu các bạn muốn cập nhật thêm những thông tin thú vị và hữu ích khác thì đừng quên truy cập vào chuthapdoquangninh.org.vn mỗi ngày nhé! Hẹn gặp lại các bạn ở những bài viết tiếp theo của chuthapdoquangninh.org.vn!

Xem thêm: 

• Động cơ giảm tốc là gì? Cấu tạo nguyên lý hoạt động
• Cảm biến tiệm cận là gì? – Khái niệm, đặc điểm và ứng dụng
• Khởi động từ là gì? Nguyên lý hoạt động, cấu tạo và ứng dụng
• Tụ điện là gì? Cấu tạo, nguyên lý và ứng dụng
• Cảm biến quang là gì? Phân loại và tác dụng của cảm biến quang