Công Dụng Của Động Cơ Điện Và Nguyên Lý Làm Việc Của Motor

Công Dụng Của Động Cơ Điện Và Nguyên Lý Làm Việc Của Motor

Trong thế giới ngày nay, khi công nghệ xanh dần trở thành trọng tâm của mọi hoạt động sản xuất và đời sống, động cơ điện đã và đang thể hiện vai trò không thể thiếu của mình. Được biết đến với hiệu suất năng lượng cao và nguyên lý hoạt động vững chắc, động cơ điện không chỉ là trái tim của nhiều ứng dụng công nghiệp mà còn là bước tiến quan trọng trong hành trình hướng tới một tương lai bền vững. Bài viết này, “[Công Dụng Của Động Cơ Điện Và Nguyên Lý Làm Việc Của Motor]”, sẽ đưa bạn đến gần hơn với thế giới kỳ diệu của động cơ điện, mở ra cái nhìn toàn diện từ cấu tạo cho đến ứng dụng của chúng trong cuộc sống hàng ngày và ngành công nghiệp. Hãy cùng chúng tôi khám phá bí mật đằng sau hiệu suất năng lượng xuất sắc và tìm hiểu về nguyên lý hoạt động đằng sau mỗi chuyển động, để từ đó, bạn có thể cảm nhận được vẻ đẹp của công nghệ xanh, nơi mà khoa học kỹ thuật gặp gỡ với bảo vệ môi trường.

 

1. Khái niệm motor điện (động cơ điện)

Các loại motor điện hay còn có tên gọi khác là động cơ điện (tiếng Pháp là Moteur, tiếng Anh gọi là Motor)  là thiết bị cơ khí có công dụng chuyển hóa điện năng trở thành cơ năng, bằng cách thông qua các chuyển động xoay tròn và đồng tâm.

 

 

Các loại motor điện hay còn có tên gọi là động cơ điện

Các ứng dụng đơn giản dễ thấy của motor điện chính là: quạt gió mỗi khi trời nóng, bơm nước từ ao hồ lên ruộng lúa, làm máy xay thịt, máy đu quay cho trẻ em trong vườn trẻ, máy đánh sữa trứng, máy tuốt lúa, máy xay gạo, máy xay sinh tố, máy tạo gió giúp sấy tóc, máy trộn bê tông, vôi vữa để xây nhà, máy trộn bột mì để làm bánh, làm máy khoan tường để tạo ra các lỗ giúp đóng đinh để treo các vật trang trí, động cơ của máy mài để mài giũa các mắt kính,…

Hiện nay, các loại motor điện được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong sản xuất cũng như sinh hoạt hàng ngày, giúp cho cuộc sống của con người ngày càng thuận tiện và nhẹ nhàng hơn.

2. Công dụng của động cơ điện

Thông qua chuyển động xoay tròn đồng tâm giúp chuyển hóa điện năng thành cơ năng, công dụng của động cơ điện được áp dụng rộng rãi ở nhiều lĩnh vực sau:

• Trong xây dựng: máy trộn bê tông để xây nhà, máy khoan tường để tạo ra các lỗ đóng đinh rồi treo các vật trang trí,…
• Trong nông nghiệp: bơm nước từ ao hồ vào ruộng lúa, máy tuốt lúa, máy xay gạo,…
• Trong công nghiệp: máy xay thịt để làm giò chả, máy trộn bột mì để làm bánh, máy mài để mài các mắt kính,…
• Trong đời sống hàng ngày: quạt gió khi trời nóng, máy đu quay trẻ em trong vườn trẻ, máy đánh sữa trứng, máy xay sinh tố, máy tạo gió để sấy tóc,…

Nhờ những ứng dụng đa dạng của động cơ điện mà việc sản xuất lương thực, thực phẩm,… cũng được thực hiện một cách thuận tiện, nhanh chóng, hiệu quả và đặc biệt là tiết kiệm chi phí hơn.

3. Phân loại động cơ điện

Phân loại động cơ điện dựa vào dòng điện:

• Động cơ điện 1 pha 220v
• Động cơ điện 3 pha 380v

Phân loại động cơ điện dựa vào khả năng làm việc – công suất gồm có:

• Motor 3 Pha 1.5hp 1.1kw
• Motor 3 Pha 2hp 1.5kw
• Motor 3 Pha 3hp 2.2kw
• Motor 3 Pha 4hp 3kw
• Motor 3 Pha 5hp 3.7kw
• Motor 3 Pha 7.5hp 5.5kw
• Motor 3 Pha 10hp 7.5kw
• Motor 3 Pha 15hp 11kw
• Motor 3 Pha 20hp 15kw
• Motor 3 Pha 25hp 18.5kw
• Motor 3 Pha 30hp 22kw
• Motor 3 Pha 40hp 30kw
• Motor 3 Pha 50hp 37kw
• Motor 3 Pha 60hp 45kw
• Motor 3 Pha 75hp 55kw
• Motor 3 Pha 100hp 75kw
• Motor 3 Pha 125hp 90kw
• Motor 3 Pha 150hp 110kw
• Motor 3 Pha 180hp 132kw
• Motor 3 Pha 220hp 160kw
• Motor 3 Pha 270hp 200kw
• Motor 3 Pha 300Hp 220Kw
• Motor 3 Pha 340hp 250kw
• Motor 3 Pha 380hp 280kw
• Motor 3 Pha 430hp 315kw
• Motor 3 Pha 470hp 355kw
• Motor 3 Pha Mini Dưới 1hp 1kw

 

Động cơ điện có nhiều loại, đa dạng về mẫu mã

Phân loại động cơ điện dựa theo kích thước kết cấu, bao gồm có:

• Động cơ điện cỡ lớn: Có chiều cao trung tâm lớn hơn 630mm và đường kính ngoài lõi thép stato của động cơ lớn hơn 99mm.
• Động cơ điện cỡ vừa: Có chiều cao trung tâm từ 355 630mm; đường kính ngoài lõi thép của stato từ 560 990mm.
• Động cơ điện cỡ nhỏ: Có chiều cao trung tâm khoảng từ 90 315mm; đường kính ngoài lõi thép là từ 25 560mm.

Phân loại động cơ điện dựa theo tốc độ quay, gồm có:

• Động cơ điện có tốc độ quay không đổi, ở đây chủ yếu là loại có rôto lồng sóc.
• Động cơ điện điều tốc, còn có tên gọi là động cơ điện có cổ góp.
• Động cơ điện thay đổi được tốc độ có thể đổi ngược được chiều quay.

Phân loại động cơ điện dựa theo đặc tính cơ khí:

• Động cơ điện KĐB có rôto lồng sóc kiểu thông dụng.
• Động cơ điện có roto lồng sóc kiểu có rãnh sâu.
• Động cơ điện KĐB kiểu 2 lồng sóc.
• Động cơ điện KĐB kiểu 2 lồng sóc đặc biệt.
• Động cơ điện KĐB kiểu rôto quấn dây.

Phân loại động cơ điện dựa theo chế độ vận hành:

• Chế độ làm việc liên tục (S1)
• Chế độ làm việc ngắn hạn (S2): 10min, 30min, 60min, 90min.
• Chế độ làm việc theo chu kỳ.

Phân loại động cơ điện dựa theo hình thức phòng hộ:

• Kiểu động cơ điện Phòng Nổ
• Kiểu động cơ điện Khuấy
• Kiểu động cơ điện Có Phanh
• Kiểu động cơ điện biến tần 60Hz
• Kiểu động cơ điện mở
• Kiểu động cơ điện phòng hộ
• Kiểu động cơ điện kín
• Kiểu động cơ điện chống nước
• Kiểu động cơ điện kín nước
• Kiểu động cơ điện ngâm nước

 

Phân loại dựa theo ứng dụng thực tế của động cơ điện:

• Động cơ điện phổ thông
• Động cơ điện ẩm nhiệt
• Động cơ điện khô nhiệt
• Động cơ điện dùng trên tàu biển
• Động cơ điện dùng trong công nghiệp hóa học
• Động cơ điện dùng trên cao
• Động cơ điện dùng ngoài trời

4. Cấu tạo motor điện có gì đặc biệt?

Cơ cấu của motor điện không đồng bộ còn phụ thuộc vào kiểu loại của vỏ bọc kín hoặc hở, là do hệ thống làm mát chạy bằng cánh quạt thông gió được đặt ở bên trong hay bên ngoài của động cơ điện.

Nhìn chung động cơ điện – motor điện có 2 phần chính, bao gồm phần tĩnh và phần quay.

a) Phần tĩnh của các loại motor điện

Phần tĩnh hay còn gọi là stato gồm có 2 bộ phận chính, đó là lõi thép và dây quấn, trong đó:

Lõi thép: Chính là bộ phận dẫn từ của động cơ, nó có dạng hình trụ rỗng, có lõi thép được làm bằng nhiều lá thép kỹ thuật điện dày khoảng 0,35 0,5 mm, được dập vào nhau theo hình vành khăn. Phía trong có xẻ rãnh để có thể đặt dây quấn và sơn phủ bề mặt trước khi ghép lại.

Dây quấn: Dây quấn stato được làm bằng sợi dây đồng hoặc sợi dây nhôm đặt trong các rãnh nhỏ của lõi thép. Hai bộ phận chính ở trên còn có thêm các bộ phận phụ bao bọc quanh lõi thép, chính là vỏ máy được làm bằng chất liệu nhôm hoặc gang nhằm mục đích giữ chặt lõi thép phía dưới làm bằng chân đế để bắt chặt vào bên trong bệ máy. Hai đầu của nó có 2 nắp làm bằng vật liệu tương tự như vỏ máy, trong nắp còn có ổ đỡ (hay còn gọi là bạc) dùng để đỡ phần trục quay của roto.

b) Phần quay của các loại motor điện

Hay còn gọi là rôto, bao gồm có phần lõi thép, dây quấn cùng với trục máy.

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

Động cơ điện gồm có 2 phần chính, bao gồm phần tĩnh và phần quay

Dây quấn: Trên rôto bao gồm có 2 loại, bao gồm có roto lồng sóc và rôto dây quấn.

• Loại rôto dây quấn gồm có các dây quấn tương tự như stato, loại này có ưu điểm là mô men quay của chúng lớn nhưng kết cấu lại rất phức tạp, mặt khác, giá thành lại tương đối cao.
• Loại rôto lồng sóc có kết cấu rất khác biệt với dây quấn của phần stato. Nó được chế tạo bằng phương pháp đúc nhôm cho chảy vào các rãnh của roto, từ đó tạo thành các thanh nhôm, đồng thời được nối ngắn mạch ở 2 đầu và có đúc thêm các cánh quạt để có thể làm mát bên trong động cơ khi roto quay.
• Phần dây quấn của động cơ được tạo từ các thanh nhôm cùng với 2 vòng ngắn mạch có hình dạng trông giống như một cái lồng nên người ta mới gọi là rôto lồng sóc. Các đường rãnh trên roto của động cơ thông thường được dập theo hướng xiên với trục, nhằm mục đích cải thiện đặc tính mở máy, đồng thời giảm bớt hiện tượng rung rần do lực điện từ tác dụng lên phần rôto không liên tục.

5. Nguyên lý làm việc của động cơ điện

Động cơ điện thông thường bao gồm 2 bộ phận chính: bộ phận đứng yên và bộ phận chuyển động, chúng được quấn nhiều vòng dây dẫn hoặc được sắp xếp thêm 1 nam châm vĩnh cửu. Khi cuộn dây trên bộ phận roto và stator được nối vào nguồn điện, xung quanh nó sẽ tồn tại các từ trường. Lúc này, sự tương tác từ trường của rotor và stator trong động cơ sẽ tạo ra chuyển động quay của rotor xung quanh trục hoặc 1 mômen.

Đa phần, các động cơ điện thường hoạt động theo nguyên lý điện từ. Tùy theo cấu tạo của động cơ mà nguyên lý có sự khác nhau: có lực tĩnh điện kết hợp với hiệu ứng điện áp. Các động cơ điện từ thường dựa vào nguyên lý là có 1 lực cơ học trên 1 cuộn dây có dòng điện chạy qua được nằm trong 1 từ trường. Các động cơ từ đều chuyển động xoay nhưng cũng có một số động cơ chuyển động tuyến tính.

Nguyên lý hoạt động của động cơ điện

Muốn cho động cơ hoạt động tốt, stato của động cơ cần được cấp thêm 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 chính là tần số của nguồn điện, còn p chính là số đối cực của phần dây quấn stato.

Trong quá trình quay động cơ, từ trường này sẽ quét qua hầu hết các thanh dẫn của rôto, do đó làm xuất hiện trong nó 1 sức điện động cảm ứng. Vì dây quấn rôto được kín mạch nên sức điện động này sẽ tạo ra dòng điện ở trong các thanh dẫn của rôto. Các thanh dẫn này lại có dòng điện nằm trong từ trường, cho nên chúng sẽ tương tác với nhau nhằm tạo ra lực điện từ đặt vào trong các thanh dẫn.

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

Kết quả là rôto sẽ quay chậm lại, cho nên nó luôn nhỏ hơn n1, cũng chính 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 được gọi tên là hệ số trượt, ký hiệu là S và được tính vào khoảng 2% 10%.

6. Nghiên cứu và Dữ liệu

Theo một nghiên cứu gần đây của Viện Năng lượng Quốc tế (IEA), việc sử dụng động cơ điện thay thế cho động cơ đốt trong truyền thống có thể giúp giảm phát thải khí nhà kính. Cụ thể, động cơ điện hoạt động dựa trên nguồn điện, do đó nếu nguồn điện được sản xuất từ năng lượng tái tạo thì lượng khí thải CO2 sẽ giảm đáng kể.Theo số liệu thống kê, mức giảm phát thải CO2 nhờ sử dụng động cơ điện có thể lên tới 30-50% so với động cơ đốt trong truyền thống. Con số này phụ thuộc vào nguồn năng lượng sản xuất ra điện. Nếu 100% điện được sản xuất từ năng lượng tái tạo, mức giảm phát thải CO2 có thể lên tới 100%.

7. Phân tích Chi Phí

So với động cơ đốt trong, động cơ điện có chi phí đầu tư ban đầu cao hơn do giá thành các linh kiện điện tử đắt đỏ. Tuy nhiên, chi phí vận hành và bảo dưỡng lại thấp hơn nhờ cấu tạo đơn giản, ít bộ phận chuyển động.Cụ thể, động cơ điện không yêu cầu thay dầu nhớt, lọc gió hay bảo dưỡng định kỳ như động cơ đốt trong. Do đó, chi phí bảo dưỡng chỉ bằng 20-30% so với động cơ truyền thống.Ngoài ra, động cơ điện tiêu thụ năng lượng hiệu quả hơn. Theo ước tính, chi phí năng lượng vận hành động cơ điện chỉ bằng 1/3 – 1/2 so với động cơ đốt trong cùng công suất.

8. ROI (Return on Investment)

Thời gian hoàn vốn khi đầu tư động cơ điện thay thế động cơ truyền thống khoảng 5-7 năm. Con số này có thể ngắn hơn nhờ các chính sách ưu đãi của nhà nước nhằm khuyến khích sử dụng năng lượng sạch.Cụ thể, doanh nghiệp chuyển đổi sang động cơ điện có thể được hưởng thuế suất ưu đãi, vay vốn ngân hàng với lãi suất thấp hoặc được trợ cấp một phần chi phí đầu tư.Nhờ đó, thời gian hoàn vốn có thể rút ngắn xuống còn 3-4 năm. Đây là mức hấp dẫn để doanh nghiệp cân nhắc chuyển đổi sang động cơ điện.

9. Xu Hướng Công Nghệ

Công nghệ động cơ điện đang không ngừng phát triển với nhiều xu hướng mới. Đáng chú ý là động cơ điện không dùng chổi than, loại bỏ hoàn toàn bộ phận cơ khí dễ hỏng hóc.Ngoài ra, công nghệ biến tần cho phép điều chỉnh tốc độ quay linh hoạt, nâng cao hiệu suất năng lượng. Động cơ điện thông minh tích hợp cảm biến và hệ thống điều khiển tự động cũng là xu thế tất yếu trong tương lai.

10. Ứng dụng Trong Tương Lai

Động cơ điện được kỳ vọng sẽ có những bước phát triển mạnh mẽ trong các lĩnh vực như xe điện, máy bay điện hay các hệ thống sản xuất tự động.Đặc biệt, động cơ điện là trái tim của xe tự lái – xu thế tất yếu trong tương lai gần. Với ưu điểm về môi trường và hiệu suất năng lượng, động cơ điện chắc chắn sẽ là sự lựa chọn số một cho các phương tiện giao thông thông minh.[[Các Tiêu Chuẩn và Chứng Nhận]]

11. Tiêu Chuẩn Quốc Tế

Động cơ điện cần tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế như IEC 60034 (động cơ quay), ISO 8528 (tổ máy phát điện) hay GB/T 1032 (động cơ không đồng bộ).Các tiêu chuẩn này quy định chi tiết về thiết kế, hiệu suất, độ ồn, độ rung, khả năng chống nước và các thông số kỹ thuật khác.

12. Quy Trình Chứng Nhận

Để được cấp chứng nhận, động cơ điện phải trải qua quy trình kiểm định gắt gao. Các bước kiểm tra bao gồm thử nghiệm cơ khí, điện, nhiệt, khả năng chống nước.Các tổ chức chứng nhận uy tín gồm UL, CSA, TÜV. Chứng nhận của các tổ chức này đảm bảo động cơ điện đáp ứng tiêu chuẩn, an toàn khi sử dụng.

Kết luận:

Chúng ta đã cùng nhau khám phá và hiểu sâu hơn về công dụng của động cơ điện và nguyên lý làm việc của motor qua bài viết này. Hy vọng rằng, thông qua những kiến thức được chia sẻ, bạn có thể nhìn nhận được giá trị và tầm quan trọng của động cơ điện trong cuộc sống hàng ngày cũng như trong ngành công nghiệp hiện đại. Động cơ điện không chỉ mang lại hiệu quả cao trong công việc mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường, hướng tới một tương lai xanh và bền vững hơn. Hãy cùng tiếp tục tìm hiểu và ứng dụng những công nghệ này vào đời sống để tạo ra sự thay đổi tích cực cho bản thân và cộng đồng.