So Sánh Động Cơ Điện 1 Chiều Và Xoay Chiều

02 thg 6 2024 16:25

Bạn đã bao giờ tự hỏi điều gì khiến chiếc quạt máy quay vù vù hay chiếc xe điện lướt đi êm ái? Bí mật nằm ở trái tim của những cỗ máy này - động cơ điện. Giống như hai chiến binh vô song trong thế giới công nghệ, động cơ điện 1 chiều (DC) và động cơ điện xoay chiều (AC) luôn cạnh tranh và so kè nhau về sức mạnh, hiệu quả và tính ứng dụng.

Bài viết này sẽ đưa bạn vào cuộc chiến so sánh đầy kịch tính giữa hai "chiến binh" này. Cùng khám phá ưu điểm và nhược điểm của từng loại động cơ, tìm hiểu sự khác biệt về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng thực tế. Sau hành trình này, bạn sẽ có thể lựa chọn "chiến binh" phù hợp cho nhu cầu của mình và tự hào trở thành chuyên gia về động cơ điện!

Hãy sẵn sàng cho cuộc so tài đầy hấp dẫn giữa DC và AC!

Nội dung

1. Khái niệm, phân loại động cơ điện
2. Khái niệm động cơ 1 chiều DC
3. Khái niệm động cơ xoay chiều AC
4. So sánh động cơ điện 1 chiều và xoay chiều
5. Nguyên lý hoạt động chi tiết của động cơ DC và AC:
6. Ưu và nhược điểm của động cơ DC và AC:
7. Hướng dẫn lựa chọn động cơ DC và AC:
8. Ứng dụng cụ thể của động cơ DC và AC:
9. Xu hướng phát triển của động cơ điện:
Kết luận:

1. Khái niệm, phân loại động cơ điện

Trước khi đi so sánh động cơ điện 1 chiều và xoay chiều, chúng ta ta hãy cùng tìm hiểu khái niệm động cơ điện là gì? Động cơ điện thực chất chính là một chiếc máy điện có khả năng biến đổi năng lượng điện trở thành năng lượng cơ.

Từ những đồ dùng phổ biến trong gia đình, chẳng hạn như: quạt điện, máy bơm nước, tủ lạnh, máy giặt, máy hút bụi,… cho đến những động cơ, máy móc đồ sộ, hiện đại trong các lĩnh vực công nghiệp sản xuất, ví dụ như: máy khoan, máy tiện, máy trộn bê tông,… thậm chí là ổ cứng, ổ quang trong ngành công nghệ máy tính hiện nay cũng đều là động cơ điện.

Động cơ điện thực chất chính là một chiếc máy điện

Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của động cơ điện:

Cấu tạo: Phần chính của động cơ điện bao gồm có phần tĩnh (đứng yên) stator và phần chuyển động rotor được quấn thành nhiều vòng dây dẫn hay có sử dụng nam châm vĩnh cửu. Khi cuộn dây trên phần rotor và stator được nối vào trong nguồn điện, xung quanh nó cũng sẽ tồn tại các từ trường quay. Lúc này, sự tương tác từ trường của phần rotor và stator cũng sẽ tạo ra chuyển động quay cho rotor quay quanh trục hay là 1 mô men.
Nguyên lý điện từ cũng chính là nguyên tắc hoạt động của hầu hết các động cơ điện. Nhưng cũng có 1 số loại động cơ điện dựa trên những nguyên lý khác, chẳng hạn như lực tĩnh điện, hiệu ứng áp điện,...

Nguyên lý cơ bản mà các loại động cơ điện từ dựa vào căn cứ là có 1 lực cơ học trên 1 cuộn dây xuất hiện dòng điện chạy qua lúc này sẽ nằm trong 1 từ trường. Lực này theo mô tả theo nội dung định luật Lorentz và nó vuông góc với cuộn dây và lực từ trường.

Phần lớn động cơ điện từ đều xoay nhưng hiện nay cũng có động cơ hoạt động tuyến tính. Trong động cơ xoay, bộ phận chuyển động quay sẽ được gọi là roto và phần đứng yên chính là stator.

Điều khiển động cơ: Đa số các động cơ điện không đồng bộ đều có thể điều khiển tốc độ bằng phương pháp thay đổi kiểu đấu nối (hình sao hoặc hình tam giác). Một số khác còn có thể được điều khiển bằng cách dùng biến tần. Các động cơ bước thường sử dụng 1 bộ điều khiển riêng (cái này còn được gọi là Driver).

Phân loại động cơ điện theo sơ đồ dưới đây:

Sơ đồ phân loại cụ thể các loại động cơ điện

Động cơ điện hiện nay được sản xuất với nhiều kiểu dáng và công suất để đáp ứng đúng được nhu cầu thực tế của từng loại ứng dụng cụ thể. Nếu dựa vào sơ đồ đấu nối dây điện thì ta có thể chia động cơ điện ra làm 2 loại: động cơ điện 3 pha và động cơ điện 1 pha. Còn nếu dựa vào tốc độ động cơ thì cũng chia làm 2 loại là động cơ điện đồng bộ và động cơ điện không đồng bộ.

Riêng đối với động cơ điện 1 chiều sẽ có 2 loại là động cơ điện 1 chiều được kích thích bởi nam châm vĩnh cửu và động cơ điện 1 chiều được kích thích bởi dòng điện, chẳng hạn như:

Động cơ giảm tốc
Động cơ rung
Động cơ bước
Động cơ Servo

Đôi nét về động cơ điện không đồng bộ: Đây là loại động cơ điện hoạt động với tốc độ quay của roto được biết đến là chậm hơn so với tốc độ quay của từ trường stator. Ta thường bắt gặp động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc vì đặc tính hoạt động trong động cơ của nó tốt hơn là ở dạng dây quấn.

Động cơ điện đồng bộ: Là loại động cơ điện mà tốc độ quay của roto sẽ bằng với tốc độ quay của từ trường. Cấu tạo của động cơ điện đồng bộ bao gồm 2 phần chủ yếu, đó là stator và rotor.

Stator: Bao gồm vỏ lõi và phần dây quấn. Vỏ lõi được làm bằng thép đúc, chúng có nhiệm vụ bảo vệ cho mạch từ và kết hợp với tấm chắn để có thể bắt chặt được tất cả các bộ phận khác vào máy. Trên phần vỏ có gắn biển máy.
Lõi stato: Là bộ phận được chế tạo với kết cấu hoàn toàn giống như lõi stato của động cơ điện dị bộ với cuộn dây quấn ở phần ứng tương tự như dây quấn 3 pha (stato hay roto) của các loại máy điện dị bộ.
Rotor nếu như phần quay chính là phần cảm (được đặt thêm 1 cuộn kích từ) thì nó sẽ bao gồm phần lõi và dây quấn.Trong trường hợp này, phần quay roto có 2 loại đó là cực lồi và cực ẩn.

Một số thông số cơ bản của các loại động cơ điện hiện nay hay được áp dụng:

Thông số kỹ thuật – Động cơ vỏ gang theo tiêu chuẩn IEC
Thông số kỹ thuật	Sản phẩm tiêu chuẩn	Sản phẩm theo yêu cầu
Công suất động cơ	0.18 Kw – 315 Kw	2,4,6,8,10 Cực
Size động cơ	Size 80 – Size 355
Cấp độ bảo vệ	IP55/ Class F	IP66/ Class H
Kiểu lắp ráp	Chân đế (B3), mặt bích (B5)/ B35
Điện áp	220Δ/ 380λ/50/ 60 Hz	Theo yêu cầu
Phanh điện từ	DC Brake	AC Brake
Hệ thống làm mát	IC411	IC410
Nhiệt độ môi trường	– 20 °C 40 °C	– 50 °C 100 °C
Ứng dụng	Máy bơm, máy quạt, máy trộn vữa, máy nghiền,…

Thông số cơ bản của các loại động cơ điện hiện nay

2. Khái niệm động cơ 1 chiều DC

Motor DC còn được gọi là động cơ 1 chiều, chúng hoạt động cùng với dòng điện 1 chiều, có khả năng chịu tải được trọng lượng trung bình và thường được sử dụng trong các loại máy điện gia dụng.

Động cơ DC gồm có 2 bộ phận chính là stator và rotor.

Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu ghép lại với nhau hay nam châm điện.
Rotor thường gồm có những cuộn dây quấn, chúng được nối với nguồn điện 1 chiều, 1 phần quan trọng khác của motor điện 1 chiều chính là bộ phận chỉnh lưu, nhiệm vụ chủ yếu của nó chính là đổi chiều dòng điện. Trong khi đó, chuyển động quay của roto lúc này là liên tục. Thông thường thì rotor sẽ bao gồm có 1 bộ cổ góp và 1 bộ chổi than được lắp tiếp xúc với cổ góp.

Sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động của động cơ 1 chiều DC

Sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động của động cơ 1 chiều DC

3. Khái niệm động cơ xoay chiều AC

Motor AC là loại động cơ điện xoay chiều, chúng hoạt động cùng với dòng điện xoay chiều, chịu được tải trọng lớn và rất thích hợp với máy điện trung bình và lớn dùng trong sản xuất công nghiệp.

Động cơ điện AC cũng bao gồm có 2 phần chính, đó là stator và rotor.

Stator bao gồm những cuộn dây của 3 pha điện được quấn trên các lõi sắt được bố trí trên 1 chiếc vành tròn để có thể tạo ra từ trường quay.
Rotor có hình trụ, chúng có tác dụng tương tự như 1 cuộn dây quấn được đặt trên lõi thép.

Khi mắc motor điện AC vào trong mạch điện xoay chiều, từ trường quay do stator gây ra lúc này sẽ làm cho roto chuyển động quay liên tục trên trục. Chuyển động sẽ được trục máy truyền ra bên ngoài, đồng thời được dùng để vận hành các máy công cụ máy móc hoặc những cơ cấu phục vụ chuyển động khác.

Motor điện AC được chia ra thành 2 loại: Động cơ điện 3 pha và 1 pha. Động cơ điện AC là động cơ mới nên chúng có công suất mạnh mẽ hơn và đặc biệt là đa năng hơn động cơ DC. Công suất của motor AC cũng mạnh hơn nhiều so với động cơ DC, do đó chúng thường được sử dụng cho các loại máy điện có công suất cao.

Sơ đồ cấu tạo của một số động cơ xoay chiều AC

Sơ đồ cấu tạo của một số động cơ xoay chiều AC

4. So sánh động cơ điện 1 chiều và xoay chiều

Giống nhau: Nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều DC và động cơ điện xoay chiều AC về cơ bản giống là nhau. Tuy nhiên, đối với motor DC thì nó chuyển động quay ngay cả khi nguồn cấp của nó không đảo chiều.

Khác nhau: Theo bảng so sánh dưới đây:

Nội dung so sánh	Động cơ 1 chiều DC	Động cơ xoay chiều AC
Về ứng dụng	Thường được phổ biến trong các ứng dụng mà tốc độ động cơ buộc phải được điều khiển từ bên ngoài.	Hoạt động tốt nhất là trong các ứng dụng mà hiệu suất năng lượng được tăng cao trong suốt 1 thời gian dài.
Về số pha	Tất cả đều là động cơ 1 pha	Có thể là động cơ 1 pha hoặc 3 pha
Về cấu trúc và hoạt động	Dùng nguyên tắc sử dụng cuộn dây phần ứng và từ trường nhưng phần ứng của nó quay trong khi đó từ trường thì lại không quay. Trong những ứng dụng phổ biến hiện nay, motor DC được thay thế bằng cách kết hợp 1 động cơ điện xoay chiều và 1 bộ điều khiển tốc độ (chẳng hạn như biến tần). Bởi vì chúng có giá thành phù hợp, giá trị kinh tế cao và ít tốn kém hơn.	Dùng nguyên tắc chung là sử dụng cuộn dây phần ứng kết hợp với từ trường, nhưng phần ứng của nó lại không quay và từ trường lại liên tục quay.
Về bảo dưỡng và thay thế	Có nhiều bộ phận chuyển động đắt tiền để thay thế, và đề sửa chữa động cơ điện DC thường tốn kém hơn	Sử dụng động cơ AC mới với bộ điều khiển điện tử có giá thành rẻ hơn

Bảng so sánh sự khác nhau giữa động cơ điện 1 chiều và xoay chiều

5. Nguyên lý hoạt động chi tiết của động cơ DC và AC:

Động cơ DC:

Cấu tạo: Bao gồm stato (nam châm vĩnh cửu hoặc điện từ), roto (cuộn dây), cổ góp và chổi than.
Nguyên lý hoạt động: Dòng điện chạy qua cuộn dây roto tạo ra từ trường tương tác với từ trường của stato, tạo ra mô men quay. Cổ góp và chổi than giúp đổi chiều dòng điện trong cuộn dây roto để đảm bảo roto quay liên tục.

Động cơ AC:

Cấu tạo: Bao gồm stato (cuộn dây 3 pha), roto (lồng sóc hoặc dây quấn).
Nguyên lý hoạt động: Dòng điện xoay chiều 3 pha chạy qua cuộn dây stato tạo ra từ trường quay. Từ trường quay này cảm ứng dòng điện trong roto, tạo ra mô men quay. Roto quay với tốc độ gần bằng tốc độ của từ trường quay.

6. Ưu và nhược điểm của động cơ DC và AC:

Động cơ DC:

Ưu điểm:

Điều khiển tốc độ dễ dàng và chính xác.
Khả năng khởi động mô men cao.
Hoạt động tốt trong môi trường có tải trọng thay đổi.

Nhược điểm:

Cấu tạo phức tạp hơn.
Chi phí cao hơn.
Bảo trì phức tạp hơn.

Động cơ AC:

Ưu điểm:

Cấu tạo đơn giản hơn.
Chi phí thấp hơn.
Bảo trì đơn giản hơn.
Hiệu suất cao hơn.

Nhược điểm:

Điều khiển tốc độ phức tạp hơn.
Khả năng khởi động mô men thấp hơn.
Hoạt động không tốt trong môi trường có tải trọng thay đổi.

7. Hướng dẫn lựa chọn động cơ DC và AC:

Yếu tố cần cân nhắc:

Mức độ cần thiết của việc điều khiển tốc độ.
Khả năng khởi động mô men cần thiết.
Mức độ tải trọng.
Môi trường hoạt động.
Chi phí.

8. Ứng dụng cụ thể của động cơ DC và AC:

Động cơ DC:

Xe điện.
Máy công cụ.
Máy móc gia dụng (quạt, máy giặt, máy hút bụi, v.v.).
Thiết bị y tế.

Động cơ AC:

Quạt điện.
Máy bơm.
Máy nén.
Máy móc công nghiệp.
Ô tô.

9. Xu hướng phát triển của động cơ điện:

Động cơ servo: Cung cấp khả năng điều khiển tốc độ và vị trí chính xác.
Động cơ bước: Cung cấp khả năng chuyển động chính xác từng bước.
Động cơ điện từ vĩnh cửu: Hiệu suất cao, tiết kiệm năng lượng.
Công nghệ điều khiển mới: Biến tần, bộ điều khiển vector, v.v.

Kết luận:

Kết thúc hành trình khám phá thế giới của những chiếc "máy móc biết quay" - động cơ điện 1 chiều và xoay chiều rồi đấy! Bạn có thấy hào hứng không nào? Giờ đây, bạn đã trang bị đầy đủ kiến thức để phân biệt "anh DC năng động, dễ điều khiển" với "anh AC mạnh mẽ, bền bỉ".

Không chỉ hiểu rõ "bản chất" của từng loại động cơ, bạn còn nắm được ưu nhược điểm của chúng, ứng dụng thực tế đa dạng và cả những bí mật công nghệ đang dẫn lối tương lai. Giờ đây, khi nhìn thấy bất cứ thiết bị nào vận hành, bạn sẽ mỉm cười thầm hiểu, biết chính xác "trái tim" của nó là anh DC hay anh AC tài ba!

Còn chần chờ gì nữa? Hãy chia sẻ kiến thức thú vị này với bạn bè, cùng nhau chinh phục thế giới của những "cỗ máy thông minh" và đừng quên khám phá những điều mới mẻ hơn nữa nhé!

Video đấu điện motor