1. Động cơ điện là gì?
Động cơ điện là một thiết bị điện có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ nhằm tạo ra lực quay hoặc lực tuyến tính.
Động cơ điện rất phổ biến trong đời sống của chúng ta do nó là một bộ phận không thể thiếu của hầu hết các thiết bị điện hiện đại từ các thiết bị điện gia dụng như quạt, điều hòa, tủ lạnh, máy giặt, máy rửa bát cho đến các thiết bị công nghiệp nặng như máy khoan, máy cắt, máy nén, máy đột dập, thiết bị cẩu tải, nâng hạ v…v
Động cơ điện ngày càng phát triển đa dạng cả về chủng loại, kích thước, công suất và dễ sử dụng hơn bao giờ hết. Khi triển khai một hệ thống điều khiển chuyển động, người kỹ sư thiết kế cần lựa chọn loại động cơ với công suất phù hợp mục đích sử dụng để đạt được hiệu suất làm việc tốt nhất cho toàn hệ thống
2. Nguyên lý của động cơ điện:
Từ trường quay được tạo ra thông qua dòng điện chạy trong cuộn dây stato của động cơ.
Vì vậy, để động cơ hoạt động được thì các cuộn dây stato của động cơ cần phải được đấu nối vào nguồn điện. Stato của động cơ có dòng điện chạy qua sẽ sinh ra từ trường quay. Các thanh dẫn điện của roto tiếp xúc với từ trường quay tạo ra sức điện động cảm ứng và sinh ra dòng điện trong thanh. Thanh của roto trở thành vật dẫn mang dòng điện nằm trong từ trường nên tương tác với nhau, tạo ra lực điện từ. Các lực này sẽ tạo ra một mô men quay lên trục roto, làm cho roto quay theo chiều của từ trường.
Có các loại nguồn điện khác nhau cấp cho động cơ bao gồm nguồn điện 1 pha, nguồn điện 3 pha, nguồn 1 chiều DC, nguồn xoay chiều AC.
Hầu hết các động cơ điện ngày nay đều hoạt động dựa trên nguyên lý điện từ. Tuy nhiên loại động cơ hoạt động theo nguyên lý khác như tác dụng lực tĩnh điện, hiệu ứng điện áp vẫn được sử dụng mặc dù mức độ phổ biến không cao
Động cơ điện được phân thành 2 chủng loại chính là động cơ 1 chiều DC tức động cơ được cấp nguồn đầu vào một chiều và động cơ xoay chiều AC tức là động cơ được cấp nguồn đầu vào xoay chiều
3. Các bộ phận cấu tạo nên động cơ điện:
- Stato hay còn gọi là phần tĩnh, phần đứng yên của động cơ:
Dây quấn stato là các cuộn dây làm từ đồng hoặc nhôm có bọc một lớp cách điện được đặt trong các rãnh của phần lõi thép. Phần lõi thép được làm từ các lá thép kỹ thuật điện có độ dày 0.35mm đến 0.5mm, dập rãnh bên trong tạo hình trụ rỗng.
- Roto hay còn gọi là phần động, phần quay của động cơ:
Phần ứng là lõi thép làm bằng tấm thép kỹ thuật điện có dạng hình trụ đặc , dập thành tấm và ép chặt tạo rãnh trên bề mặt để đặt các thanh dẫn hoặc dây quấn. Các rãnh trên roto thường được bố trí xiên với trục để tăng khả năng khởi động máy và giảm rung cho động cơ. Lõi thép được cố định với trục quay truyền động và ăn khớp với hai ổ trục của động cơ
Có 2 loại roto là roto dây quấn và roto lồng sóc:
- Roto dây quấn: là các cuộn dây đồng có phủ lớp cách điện được đặt vào các rãnh trên bề mặt của lõi thép roto.
- Loại rôto lồng sóc: Các thanh nhôm dẫn điện được đúc vào các rãnh của roto và ngắn mạch dạng vòng ở 2 đầu tạo thành hình lồng nên còn được gọi là lồng Sóc.
- Ngoài phần tĩnh và phần động, động cơ còn các bộ phận khác như vỏ động cơ được làm từ gang nhằm bảo vệ stator và các bộ phận bên trong, quạt gió, vòng bi, hộp đấu nối điện.
4. Phân loại động cơ điện:
a) Phân loại dựa trên dòng điện cấp
Động cơ điện được thiết kế thành dòng điện xoay chiều với đa dạng chủng loại động cơ và công suất đầu ra khác nhau. Theo sơ đồ dây quấn stato, chúng ta có thể phân động cơ điện ra làm 2 loại chính:
- Động cơ điện 1 pha: Chỉ có một cuộn dây pha duy nhất trong hệ thống dây quấn stator. Nguồn cấp cũng là nguồn 1 pha.
Động cơ điện 1 pha có một cuộn dây pha thì không tự khởi động được vì từ trường 1 pha chính là từ trường đập mạch nên cần phải có thêm các phương pháp khởi động cho động cơ
– Khởi động động cơ bằng tụ
Cuộn dây quấn phụ được mắc lõi nối tiếp với tụ điện có điện dung lớn và một cái ngắt điện tự động li tâm để tăng mo men khởi động cho động cơ.
Khi khởi động ngắt điện li tâm đóng, cả cuộn chính và phụ được đóng và động cơ được mở máy. Khi tốc độ động cơ đạt 2/3 tốc độ định mức thì ngắt điện li tâm mở, cuộn phụ không được cấp nguồn và động cơ chỉ làm việc với cuộn chính.
– Khởi động động cơ dùng trở kháng
Phương pháp khởi động này chỉ được áp dụng với động cơ công suất bé khoảng ¼, 1/3 HP. Trở kháng của dây quấn phụ tạo sự lệch pha của dòng điện trong dây quấn chính và dây phụ tạo ra mô men khởi động. Mô men khởi động tạo ra từ phương pháp này lớn hơn tụ thường trực nhưng bé hơn tụ khởi động.
- Động cơ điện 3 pha: Có 3 cuộn dây pha trong hệ thống dây quản của stator và được đấu nối tương ứng vào nguồn 3 pha của hệ cấp thống cấp điện. Động cơ điện 3 pha có thể tự khởi động được do cuộn dây stator khi có dòng điện chạy qua sẽ tạo ra từ trường quay làm quay roto.
b) Phân loại dựa trên tốc độ quay của từ trường và roto
Động cơ đồng bộ: Tốc độ quay của từ trường và roto đồng bộ với nhau
Động cơ không đồng bộ: Tốc độ quay của roto luôn thấp hơn tốc độ quay của từ trường
Động cơ không đồng bộ hoạt động dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện từ.
