Phân Loại Động Cơ Điện, Cấu Tạo, Nguyên Lý Hoạt Động

Bạn có bao giờ tự hỏi điều gì khiến chiếc máy xay sinh tố của bạn hoạt động, quạt mát mẻ vào những ngày nóng bức, hay thậm chí cả chiếc xe điện đưa bạn đi làm mỗi ngày không? Câu trả lời chính là Động Cơ Điện, một người hùng thầm lặng nhưng hùng mạnh, âm thầm chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng.

Mỗi lần bạn bật công tắc, dòng điện như những chú ngựa thồ nhỏ bé tuôn chảy, mang theo năng lượng được tích trữ. Động cơ điện chính là người thuần hóa những chú ngựa này, biến chúng thành lực quay cuồng các bánh răng, cánh quạt, hay rotor bên trong. Sự hoạt động của chúng, tưởng chừng đơn giản, lại là cả một vũ điệu kỳ diệu của điện và lực, góp phần vận hành biết bao tiện ích trong cuộc sống của chúng ta.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng bước vào thế giới của những Động Cơ Điện đầy mê hoặc. Bạn sẽ được khám phá các loại khác nhau, tìm hiểu cấu tạo tinh xảo bên trong, và vỡ lẽ về nguyên lý hoạt động kỳ diệu của chúng. Hãy sẵn sàng cho một hành trình thú vị, nơi bạn sẽ không chỉ hiểu thêm về khoa học mà còn cảm nhận được sự trân trọng dành cho những người bạn đồng hành thầm lặng này trong cuộc sống hàng ngày!

1. Khái niệm các loại motor điện

Motor điện cũng như các loại motor điện là gì hiện đang là thắc mắc của rất nhiều người. Thực chất, motor trong tiếng Pháp là Moteur, tiếng Anh: Motor chính là một thiết bị dùng để tạo ra chuyển động. Motor điện như một động cơ, nó thường được dùng để chỉ 1 động cơ điện hoặc 1 động cơ đốt trong. Bộ phận này có khả năng chuyển đổi từ điện năng sang cơ năng. 

Motor điện có khả năng chuyển đổi từ điện năng sang cơ năng

Còn máy điện dùng để chuyển đổi theo chiều ngược lại (từ cơ năng sang điện năng) được gọi là máy phát điện hay tên gọi khác là dynamo. Các motor điện – động cơ điện thường gặp trong các thiết bị gia đình như: máy bơm nước, quạt điện, tủ lạnh, máy giặt, các loại máy hút bụi,…

2. Phân loại động cơ điện

a) Phân loại động cơ điện dựa theo dòng điện

Động cơ điện được thiết kế thành dòng điện xoay chiều với nhiều kiểu động cơ và công suất khác nhau. Theo sơ đồ đấu nối điện, người ta có thể phân động cơ điện ra làm 2 loại chính: 

Động cơ điện 1 pha: Là loại động cơ dây quấn stato chỉ có 1 cuộn dây pha, còn nguồn cấp là 1 dây pha và 1 dây nguội (có thêm tụ điện để làm cho lệch pha). Tuy nhiên nếu chỉ có 1 cuộn dây pha thì động cơ điện sẽ không tự mở máy được vì từ trường 1 pha chính là từ trường đập mạch. 

Để động cơ 1 pha có thể tự mở máy được, các bạn có thể dùng nhiều phương pháp khác nhau. Động cơ điện 1 pha hiện nay đang được sử dụng rất nhiều trong sản xuất và đời sống, chẳng hạn như: máy bơm nước, các loại máy nén khí, tời kéo, các dụng cụ cầm tay,…

Động cơ điện 3 pha: Khi dòng điện xoay chiều 3 pha đi qua phần dây quấn stator sẽ có điều cực kỳ thú vị xảy ra đó là nó tạo nên 1 từ trường quay rotating magnetic field (viết tắt la RMF). Do vậy giống như hiện tượng ở phía trên, dòng điện sẽ được tạo ra bên trong các thanh dẫn của bộ phận roto lồng sóc và nó sẽ bắt đầu quay.

b) Phân loại động cơ điện trong thực tế

Động cơ đồng bộ: Đây là cấu trúc động cơ vô cùng đặc biệt mà rôto quay cùng tốc độ với từ trường Stator. Có 2 loại động cơ đồng bộ:

• Kích từ độc lập: Được sử dụng nguyên tắc giống như động cơ từ.
• Kích từ trực tiếp: Sử dụng nam châm vĩnh cửu.

Động cơ không đồng bộ: Những động cơ nào hoạt động dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện từ đều được gọi tắt là động cơ không đồng bộ. Sự trượt giữa tốc độ quay của từ trường kết hợp với tốc độ quay chậm hơn của rotor đã thể hiện bản chất không đồng bộ của quá trình vận hành động cơ điện tử.

Động cơ không đồng bộ có 1 thành phần quay (roto) được mô phỏng tương tự như kiểu lồng sóc. Ngoài ra, động cơ không đồng bộ còn sử dụng cuộn dây nhằm giảm bớt áp lực từ dòng khởi động của động cơ nhờ vào việc các điện trở được đấu nối trực tiếp vào trong mỗi cuộn dây.

c) Bảng phân loại động cơ điện

3. Cấu tạo motor điện không đồng bộ

Cơ cấu của motor điện không đồng bộ còn phụ thuộc vào kiểu được vỏ bọc kín hoặc là kiểu hở, là do hệ thống làm mát bằng những cánh quạt thông gió được đặt ở bên trong hay bên ngoài của động cơ điện. Nhìn chung, động cơ điện – motor điện bao gồm có 2 phần chính:

a) Phần tĩnh của motor điện 

Phần tĩnh hay còn gọi là stato lại bao gồm 2 bộ phận nhỏ hơn:

Lõi thép: Là bộ phận dẫn từ của động cơ, có dạng hình trụ rỗng, lõi thép được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện có độ dày từ 0,35 0,5 mm, được dập theo hình vành khăn, phía bên trong có xẻ rãnh để đặt dây quấn vào và sơn phủ trước khi ghép chúng lại.

Dây quấn: Dây quấn stato được làm bằng dây đồng hoặc nhôm, sau đó đặt trong các rãnh của lõi thép. Ngoài 2 bộ phận chủ yếu trên còn có các bộ phận phụ được bao bọc lõi thép (còn gọi là vỏ máy) được làm bằng nhôm hoặc bằng gang dùng để giữ chặt cái lõi thép phía dưới tức là chân đế nhằm mục đích bắt chặt vào phần bệ máy. Còn 2 đầu có 2 nắp được làm bằng vật liệu có cùng loại với vỏ máy, bên trong nắp có ổ đỡ (hay còn gọi là phần bạc) được dùng để đỡ trục quay của roto.

Sơ đồ cấu tạo của motor điện không đồng bộ

b) Phần quay (rôto) của motor điện 

Phần quay bao gồm:

Lõi thép: Có dạng hình trụ đặc, được ghép bằng các lá thép kỹ thuật điện, dập thành hình dĩa và được ép chặt lại, trên bề mặt có các đường rãnh để đặt các thanh dẫn hoặc cuộn dây quấn. Lõi thép được ghép chặt với bộ phận trục quay và đặt lên trên 2 ổ đỡ của stato.

Dây quấn: Trên rôto có 2 kiểu: rôto lồng sóc và rôto dây quấn.

• Loại rôto dây quấn có 1 cuộn dây quấn giống như stato, loại này có ưu điểm là mô men quay lớn hơn nhưng lại kết cấu phức tạp, đồng thời giá thành cũng tương đối cao.
• Loại rôto lồng sóc: Kết cấu của loại này khác biệt so với dây quấn của stato. Nó được chế tạo bằng phương pháp đúc nhôm vào các khe rãnh của rôto được tạo thành bởi các thanh nhôm và được nối ngắn mạch ở 2 đầu và còn đúc thêm nhiều cánh quạt để có thể làm mát ở bên trong mỗi khi rôto quay.
• Phần dây quấn được hình thành từ các thanh nhôm và 2 vòng ngắn mạch có hình dạng trông giống như một cái lồng nên còn có tên gọi là rôto lồng sóc. Các đường rãnh nằm trên rôto thường được dập xiên với thanh trục nhằm mục đích cải thiện đặc tính mở máy. Đồng thời, làm giảm bớt hiện tượng rung chuyển, giật do lực điện từ tác dụng lên phần rôto không liên tục.

4. Nguyên lý hoạt động của động cơ điện

Nguyên lý điện từ vốn là nguyên tắc hoạt động của phần lớn các loại động cơ điện, nhưng các loại động cơ còn dựa trên cả những nguyên lý khác, chẳng hạn như lực tĩnh điện và cả hiệu ứng áp điện cũng được áp dụng. Nguyên lý cơ bản mà các motor điện từ dựa vào đó là có một lực cơ học ở trên 1 cuộn dây có dòng điện chạy qua nằm bên trong 1 từ trường. Lực này, chúng hoạt động theo sự mô tả của định luật Lorentz và vuông góc cả với cuộn dây lẫn từ trường.

Động cơ điện có thắng từ

Phần lớn động cơ từ đều xoay chiều nhưng cũng có vài động cơ tuyến tính. Trong động cơ xoay chiều, phần chuyển động sẽ được gọi là roto và phần đứng yên được gọi là stator.

Đa số động cơ điện không đồng bộ hiện nay có thể điều khiển được tốc độ bằng cách đổi kiểu đấu nối (hình sao hoặc nối tam giác). Một số động cơ khác có thể được điều khiển được bằng biến tần. Các động cơ bước thường phải sử dụng 1 bộ điều khiển riêng (cái này người ta gọi là Driver).

Động cơ điện phòng nổ

Muốn cho động cơ vận hành, stato của động cơ cần được cấp vào 1 dòng điện xoay chiều. Dòng điện chạy qua dây quấn stato sẽ tạo ra một từ trường quay với tốc độ: n = 60. f/ p (vòng/ phút), trong đó f được gọi là tần số của nguồn điện, còn p chính là số đôi cực của phần dây quấn stato.

Trong quá trình chuyển động quay, từ trường này sẽ thực hiên quét qua các thanh dẫn của rôto, do đó làm xuất hiện 1 suất điện động cảm ứng. Vì dây quấn rôto là kín mạch nên suất điện động này sẽ tạo ra dòng điện trong các thanh dẫn của phần rôto. Các thanh dẫn có xuất hiện dòng điện lại nằm bên trong từ trường, nên chúng sẽ tương tác với nhau, tạo ra 1 lực điện từ được đặt vào các thanh dẫn.

Động cơ rung 3 pha

Tổng hợp các lực này sẽ tạo ra 1 mô men quay đối với trục của roto, làm cho roto quay theo chiều quay của từ trường. Khi động cơ làm việc, cần biết rằng tốc độ của rôto (n) sẽ luôn nhỏ hơn tốc độ của từ trường quay (n1).

Kết quả là rôto sẽ quay chậm lại nên thông số của nó luôn nhỏ hơn n1, vì thế động cơ còn được gọi tên là động cơ không đồng bộ. Độ sai lệch giữa tốc độ của rôto và tốc độ của từ trường còn được gọi là hệ số trượt. Thông thường thì hệ số trượt sẽ được đo vào khoảng 2% 10%.

5. Chế độ làm việc S1, S2, S3 của motor điện

Chế độ làm việc S1, S2, S3 của motor điện Chế độ công tác của động cơ điện một pha như thế nào?

Chế độ công tác là đối với các loại trạng thái phụ tải (bao gồm chạy không tải, ngừng quay), thời giản tiếp tục duy trì và trình tự làm việc trước sau. Thông thường dựa theo sự liên tục, chế độ công tác ngắn và theo chu kỳ được phân thành 10 loại, tức được biểu thị bằng S1÷S10.S1 là chế độ công tác liên tục. Biểu thị là động cơ điện được vận hành với phụ tải cố định đủ thời gian để đạt tới sự ổn định về nhiệt. Nói cách khác, loại động cơ điện này có thể vận hành liên tục trong một thời gian dài trong tình trạng công tác định mức. Chế độ làm việc S2 công tác trong thời gian ngắn. Như S2-30min (phút), biểu hiện động cơ điện này làm việc trong một thời gian ngắn hạn là 30 phút. Chế độ công tác trong thời gian ngắn là biểu hiện động cơ điện được vận hành trong thời gian ngắn dựa theo phụ tải cố định đã định trước, trong khoảng thời gian đó động cơ điện không đủ để đạt tới ổn định về nhiệt, sau đó tùy theo động cơ ngừng chạy hoặc mất năng lượng trong một thời gian đủ làm cho động cơ điện lạnh đi và trong khoảng hiệu số nhiệt độ môi trường 2K.S3÷S8 là chế độ công tác theo chu kỳ, S9÷S10 là chế độ công tác không theo chu kỳ.Về định mức của động cơ điện một pha có 5 loại:

1. Định mức liên tục lớn nhất: Khi vận hành theo yêu cầu số hiệu ghi trên tên biển, động cơ điện có thể vận hành liên tục trong một thời gian dài, tức là định mức liên tục lớn nhất lấy chế độ công tác liên tục S1 làm chuẩn.
2. Định mức trong thời gian ngắn: Trong thời gian vận hành quy định, với tải lớn hay nhỏ và những quy định khác, động cơ điện có thể sử dụng bình thường trong một quy định hạn chế thời gian. Quy định hạn chế thời gian có: 10, 30, 60 và 90 phút.
3. Định mức liên tục cùng một hiệu quả: Nhà máy chế tạo vì để đơn giản hóa thí nghiệm mà quy định các loại điều kiện công tác và phụ tải đối với động cơ điện, động cơ điện theo những quy định trên có thể vận hành bình thường.
4. Chế độ công tác chu kỳ: Quy định chu kỳ của chế độ công tác chu kỳ là 10 phút. Hiệu suất bảo đảm duy trì phụ tải FC là trị số tỷ lệ giữa thời gian vận hành thực tế và thời gian chu kỳ của động cơ.
5. Định mức công tác không chu kỳ: loại động cơ điện có định mức này phải phù hợp với chế độ công tác S9 và S10

Motor giảm tốc 3 pha chân đế 

6. Công dụng của động cơ điện

Để chuyển hoá điện năng thành cơ năng thông qua chuyển động xoay tròn và đồng tâm. Các ứng dụng đơn giản của motor là: quạt gió khi trời nóng, bơm nước từ ao hồ vào ruộng lúa, máy xay thịt để làm giò chả, máy tuốt lúa, máy xay gạo, máy đu quay trẻ em trong vườn trẻ, máy đánh sữa trứng, máy xay sinh tố, máy tạo gió để sấy tóc, máy trộn bê tông để xây nhà, máy trộn bột mì để làm bánh, máy khoan tường để tạo ra các lỗ đóng đinh rồi treo các vật trang trí, máy mài để mài các mắt kính …

Motor giảm tốc 3 pha chân đế 

7. Các loại động cơ điện

Như đã đề cập ở trên, động cơ điện được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, trong đó phổ biến nhất là phân loại theo dòng điện cấp vào và phân loại theo nguyên lý hoạt động.

Phân loại theo dòng điện cấp vào

Theo tiêu chí này, động cơ điện được chia thành hai loại chính là:

• Động cơ điện một pha: Động cơ điện một pha sử dụng dòng điện xoay chiều một pha để cấp vào. Loại động cơ này có ưu điểm là giá thành rẻ, dễ sử dụng và lắp đặt, tuy nhiên nhược điểm là có mô-men xoắn khởi động thấp, do đó thường được sử dụng cho các ứng dụng có yêu cầu mô-men xoắn khởi động thấp như quạt điện, máy bơm nước,...
• Động cơ điện ba pha: Động cơ điện ba pha sử dụng dòng điện xoay chiều ba pha để cấp vào. Loại động cơ này có ưu điểm là mô-men xoắn khởi động cao, do đó thường được sử dụng cho các ứng dụng có yêu cầu mô-men xoắn khởi động cao như máy công cụ, máy móc thiết bị trong sản xuất,...

Phân loại theo nguyên lý hoạt động

Theo tiêu chí này, động cơ điện được chia thành hai loại chính là:

• Động cơ điện đồng bộ: Động cơ điện đồng bộ là loại động cơ điện mà tốc độ quay của rotor luôn bằng tốc độ quay của từ trường quay. Loại động cơ này có ưu điểm là tốc độ quay ổn định, do đó thường được sử dụng cho các ứng dụng cần độ chính xác cao như máy cưa, máy tiện,...
• Động cơ điện không đồng bộ: Động cơ điện không đồng bộ là loại động cơ điện mà tốc độ quay của rotor luôn nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường quay. Loại động cơ này có ưu điểm là giá thành rẻ, dễ sử dụng và lắp đặt, do đó thường được sử dụng cho các ứng dụng phổ biến như quạt điện, máy bơm nước,...

8. Ứng dụng của động cơ điện

Động cơ điện được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống, bao gồm:

• Trong sản xuất: Động cơ điện được sử dụng để vận hành các máy móc thiết bị trong sản xuất, chẳng hạn như máy công cụ, máy móc thiết bị chế biến thực phẩm, máy móc thiết bị may mặc,...
• Trong đời sống: Động cơ điện được sử dụng để vận hành các thiết bị gia dụng, chẳng hạn như quạt điện, máy bơm nước, máy giặt, máy sấy tóc,...
• Trong giao thông vận tải: Động cơ điện được sử dụng để vận hành các phương tiện giao thông, chẳng hạn như xe điện, tàu điện,...

9. Các tiêu chuẩn kỹ thuật của động cơ điện

Để lựa chọn và sử dụng động cơ điện một cách hiệu quả, cần nắm được các tiêu chuẩn kỹ thuật của động cơ điện. Các tiêu chuẩn kỹ thuật chính của động cơ điện bao gồm:

• Điện áp định mức: Điện áp định mức là điện áp mà động cơ điện có thể hoạt động ổn định.
• Công suất định mức: Công suất định mức là công suất mà động cơ điện có thể cung cấp khi hoạt động ở điện áp và tần số định mức.
• Hiệu suất: Hiệu suất là tỷ số giữa công suất thực tế mà động cơ điện cung cấp và công suất điện năng tiêu thụ.
• Tốc độ định mức: Tốc độ định mức là tốc độ quay của động cơ điện khi hoạt động ở điện áp và tần số định mức.
• Mô-men xoắn định mức: Mô-men xoắn định mức là mô-men xoắn mà động cơ điện có thể tạo ra khi hoạt động ở điện áp và tần số định mức.
• Chế độ làm việc: Chế độ làm việc là điều kiện hoạt động của động cơ điện, chẳng hạn như liên tục, ngắn hạn, chu kỳ,...
• Vỏ máy: Vỏ máy là bộ phận bảo vệ các bộ phận bên trong của động cơ điện.
• Cách thức làm mát: Cách thức làm mát là phương pháp sử dụng để làm mát các bộ phận bên trong của động cơ điện.

Kết luận

Động cơ điện là một thiết bị quan trọng trong đời sống và sản xuất. Việc nắm vững kiến thức về cấu tạo, phân loại, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của động cơ điện là cần thiết để lựa chọn và sử dụng động cơ điện một cách hiệu quả.

Bài viết trên đây đã cung cấp cho người đọc những kiến thức cơ bản về động cơ điện, bao gồm cấu tạo, phân loại, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của động cơ điện. Hy vọng bài viết sẽ hữu ích cho các bạn trong quá trình học tập, thực hành cũng như lựa chọn và vận hành máy móc, động cơ điện.

Nội Dung Có Thể Bạn Quan Tâm:

• Cấu Tạo Động Cơ Điện Không Đồng Bộ, Phân Loại, Nguyên Lý Hoạt Động Và Ứng Dụng
• Motor Điện 3 Pha Xuất Khẩu Châu Âu, Cấu Tạo, Ký Hiệu, Tiêu Chuẩn Thiết Kế
• Động Cơ Điện 1 Pha Các Công Suất, Ứng Dụng Cấu Tạo Và Chất Lượng Sản Phẩm
• Biến Tần Điều Khiển Tốc Độ Motor 3 Pha, Lợi Ích, Khái Niệm
• Động Cơ Parma, Thương Hiệu Bán Chạy Nhất Việt Nam, Quy Mô Tập Đoàn
• Cách Đấu Điện Motor 1 Pha, Đấu tụ, Đảo Chiều Tùy Ý
• Giá Motor 3 Pha Hitachi Toshiba Mitsubishi Nhật, ABB, Siemens Đức, Giá Quấn Lại Motor Toàn Quốc