Động cơ điện là một bộ phận quan trọng trong các thiết bị điện, thường dùng để chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ. Vậy động cơ điện có cấu tạo và nguyên lý hoạt động như thế nào?
Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về cấu tạo và ứng dụng của động cơ điện.
1. Động cơ điện là gì?
Động cơ điện là một thiết bị chuyển động hoạt động dựa trên các nguyên tắc vật lý của điện và từ. Được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp và dân dụng, động cơ điện giúp tạo ra các chuyển động và lực cần thiết để thực hiện các quá trình sản xuất và vận chuyển.
Các loại động cơ điện phổ biến bao gồm động cơ điện xoay chiều (AC) và động cơ điện một chiều (DC), với nhiều biến thể khác nhau như động cơ không chổi than (brushless), động cơ đồng bộ và động cơ bán dẫn.
Các loại động cơ điện phổ biến
Hiện này trên thị trường có rất nhiều loại động cơ điện từ lớn tới nhỏ, ứng dụng được trong nhiều mặt của cuộc sống.
Tùy thuộc vào công nghệ, sản phẩm ‘đích’ mà sẽ có những loại động cơ điện phù hợp riêng. Dưới đây là một vài loại động cơ điện thường gặp trên thị trường:
Động cơ điện AC: Đây là loại động cơ điện xoay chiều được ứng dụng phổ biến nhất trong các phương tiện di chuyển như: ô tô, xe máy điện, tàu điện, xe nâng,…
Chúng hoạt động vào nam châm điện vĩnh cửu và nguyên lý cảm ứng từ trường. Do đó, động cơ điện AC gần như không cần phải bảo dưỡng định kỳ, tiện lợi cho người sử dụng.
Động cơ điện DC: Là loại động cơ điện 1 chiều. Đây là loại động cơ được ứng dụng phổ biến nhất trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống như: đồ gia dụng, thiết bị, máy móc công nghiệp…
Động cơ điện 1 pha: Là loại động cơ sử dụng nguồn điện một pha. Đây là loại động cơ với công suất nhỏ, dễ dàng sửa chữa hoặc thay thế. Do đó, chúng được ứng dụng chủ yếu trong các loại máy móc, thiết bị dân dụng.
Động cơ điện 3 pha: Khác với động cơ điện 1 pha. Động cơ điện 3 hoạt động theo nguyên lý hoạt động dùng dòng điện xoay chiều tạo ra công suất chuyển đổi lớn, chúng đáp ứng được nhiều công việc nặng trong các ngành công nghiệp, máy móc, thiết bị cỡ lớn.
Xem thêm: các dòng động cơ điện Sew-Eurodriver
2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ điện
2.1. Cấu tạo của động cơ điện.
Cấu tạo động cơ điện gồm những bộ phận cơ bản sau:
A. Phần tĩnh
Phần tĩnh hay còn gọi là stato. Phần này thường gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn.
Lõi thép
Lõi thép là bộ phận dẫn từ của máy, có dạng hình trụ rỗng, được dập thành hình vành khăn từ một tấm thép dẫn điện dày từ 0,35 đến 0,5 mm, bên trong có rãnh để đặt dây quấn. trước khi lắp ráp lại.
Dây quấn
Dây quấn stato làm bằng dây đồng hoặc dây nhôm, được đặt trong các rãnh của lõi thép. Hai bộ phận chính phía trên còn có bộ phận phụ bao bọc lấy lõi thép là vỏ bằng nhôm hoặc gang dùng để cố định lõi thép, phần dưới là bệ cố định với đế, ở hai đầu có hai nắp làm bằng vật liệu cùng loại với vỏ máy, trong vỏ có ổ đỡ (còn gọi là bạc) đỡ trục quay của roto.
B. Phần quay
Phần quay hay còn gọi là roto, bao gồm lõi thép, dây quấn và trục máy.
Lõi thép
Lõi thép có một hình trụ đặc làm bằng tấm thép kỹ thuật điện, dập thành dĩa và ép chặt, trên bề mặt có các rãnh để đặt các thanh dẫn hoặc dây quấn. Lõi thép liên kết chặt với trục quay và đặt vào hai ổ trục của stato.
Dây quấn
Dây quấn tên phần quay (roto) có 2 loại, bao gồm: roto lồng sóc và roto dây quấn.
Roto dây quấn: Rôto dây quấn cũng giống như dây quấn stato, có ưu điểm là momen xoắn lớn nhưng cấu tạo phức tạp và giá thành cao.
Loại rôto lồng sóc: Cấu tạo của loại này rất khác so với các loại dây quấn của stato. Nó được làm bằng cách đúc nhôm vào các rãnh của roto, tạo thành các thanh nhôm và nối ngắn mạch ở cả hai đầu, có thêm các cánh quạt để làm mát bên trong khi roto quay.
Phần dây quấn được làm bằng các dải nhôm và hai vòng ngắn mạch hình lồng nên được gọi là rôto lồng sóc. Các rãnh trên roto thường được thiết kế theo phương xiên với trục để cải thiện đặc tính mở máy và giảm rung do tác động không liên tục của lực điện từ lên roto.
2.2 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.
3. Ứng dụng của động cơ điện
Động cơ điện là thiết bị sử dụng phổ biến nhất trong các lĩnh vực của cuộc sống hàng ngày.
Chúng có mặt ở những động cơ nhỏ nhất dùng trong lò vi sóng để chuyển động đĩa quay, các thiết bị xây dựng như máy khoan đến các thiết bị gia đình như máy giặt,… tất cả đều sử dụng động cơ điện.
Ở một số nước hiện đại, động cơ điện được dùng trong các phương tiện di chuyển công cộng như đầu máy xe lửa. Dùng trong công nghệ thông tin như máy tính như ổ cứng, ổ quang,…
Ứng dụng động cơ điện trong xe ô tô và xe máy
Tình trạng ô nhiễm không khí hiện nay ngày càng tăng cao. Đặc biệt là ở các khu đô thị, thành phố lớn. Trong đó ô nhiễm giao thông được các cơ quan môi trường đánh giá là một trong những nguyên nhân chính dẫn tới tình trạng này.
Cụ thể theo kết quả nghiên cứu của các chuyên gia, hoạt động giao thông sẽ gây ra gần 85% lượng khí cacbon monoxit thải ra không khí mỗi ngày. Với tỷ lệ này, nó có thể gây ảnh hưởng xấu tới cơ thể, thậm chí dẫn tới bị nhiễm độc cấp.
Ngoài ra, việc khai thác và sử dụng các nhiên liệu hóa thạch (xăng, dầu,…) quá mức cũng khiến cho nguồn tài nguyên bị cạn kiệt.
Vì vậy, việc tìm kiếm và chuyển đổi sang một nguyên liệu khác thân thiện hơn với môi trường trở nên bức thiết hơn bao giờ hết. Theo đó, xe điện bao gồm xe ô tô điện, xe bus và xe máy điện đang được xem là giải pháp tối ưu và hiệu quả trong việc bảo vệ môi trường.
Ứng dụng động cơ điện trong công nghiệp sản xuất
Trong những lĩnh vực công nghiệp nặng. Các loại động cơ điện là một trong những bộ phận chính của thiết bị biến tần cỡ lớn.
Công dụng chính của máy biến tần rất đa dạng với khả năng điều chỉnh tốc độ vận hành cho nhiều loại máy móc khác nhau trong dây chuyền thông qua một máy chủ ( máy tính ) ở khu vực trung tâm điều khiển.
Hệ thống bơm, máy bơm nước
Trục quay của rotor được gắn vào cánh quạt hút nước bơm cho cả hệ thống được ứng dụng cho sinh hoạt hằng ngày, hệ thống tưới tiêu nông nghiệp.
Hệ thống bơm cao áp thường được lắp đặt thêm cửa gió để tăng áp được ứng dụng vào hệ thống bơm công nghiệp, phòng cháy chữa cháy. Máy bơm là ứng dụng hàng đầu được biết đến của motor điện.
Trong các tòa nhà, nhà xưởng, trường học, bệnh viện thì tất cả đều phải có hệ thống thông gió cung cấp không khí cho công việc và sinh hoạt. Tương tự như máy bơm, motor hút gió từ ngoài vào sau khi qua bộ lọc gió, không khí được đưa đến khắp nơi trong tòa nhà.
Sau đó, có 1 động cơ điện được đặt để làm quạt hút lại hút không khí ra ngoài. Việc đối lưu không khí làm cho nơi làm việc, sinh hoạt trở nên thông thoáng.
Vừa mát mẻ, có đủ không khí để sử dụng, vừa chống ẩm thấp ngăn ngừa dịch bệnh, vi khuẩn.
Ứng dụng trong Hệ Thống Băng Tải
Một trong những ứng dụng tuyệt vời của động cơ điện, trục quay của rotor sẽ được gắn vào một bộ truyền động hay thông thường còn được gọi là nhông, sên, dĩa.
Bộ truyền động này sẽ truyền moment từ trục quay của động cơ đến trục quay và ổ trục của băng tải, giúp cho việc vận chuyển hàng hóa trở nên dễ dàng. Vừa nhanh chóng vừa không phải tốn nhiều công bưng vác hàng hóa và các thiết bị.
4. Kết luận
Động cơ điện là một phần quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp và dân dụng. Với những tính năng và lợi ích của mình, động cơ điện đã và đang đóng vai trò quan trọng trong việc giúp tăng cường hiệu suất và tiết kiệm tài nguyên cho nhiều ngành công nghiệp.
Các xu hướng mới trong công nghệ động cơ điện cũng hứa hẹn mang đến những cải tiến và tiềm năng cho tương lai.
