Động cơ điện xoay chiều là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động

Động cơ điện xoay chiều AC ngày càng được ứng dụng phổ biến trong nhiều loại máy móc, thiết bị, mang đến khả năng vận hành, làm việc mạnh mẽ và bền bỉ. Tuy nhiên, không ít người chưa thực sự hiểu hết về loại động cơ này. Vậy hãy cùng chúng tôi tìm hiểu kỹ càng hơn trong bài viết dưới đây.

1. Động cơ xoay chiều là gì?

Động cơ điện xoay chiều (hay còn gọi là động cơ AC) là loại động cơ hoạt động dựa trên nguồn năng lượng là dòng điện xoay chiều. Chúng có nhiệm vụ chuyển điện năng thành cơ năng, tạo năng lượng cho máy móc, thiết bị làm việc. Động cơ điện xoay chiều được thiết kế và sản xuất với nhiều công suất khác nhau và nhiều phân loại khác nhau, phù hợp với từng nhu cầu sử dụng nhất định.

2. Phân loại động cơ xoay chiều

Có thể phân loại động cơ điện xoay chiều theo 2 cách:

  • Dựa vào nguồn điện: Động cơ điện xoay chiều 1 pha; động cơ điện xoay chiều 3 pha.
  • Dựa vào tốc độ: Động cơ đồng bộ; động cơ không đồng bộ.

a. Phân loại theo nguồn điện

  • Động cơ điện xoay chiều 1 pha

Động cơ điện xoay chiều 1 pha gồm 2 cuộn dây đặt lệch nhau một góc, một dây nối thẳng với mạng điện, dây còn lại nối với mạng điện qua một tụ điện. Cách mắc như vậy khiến 2 dòng điện lệch pha nhau và tạo từ trường quay. Động cơ điện xoay chiều 1 pha chỉ đạt được công suất nhỏ nên chủ yếu được sử dụng trong các đồ điện gia dụng như quạt điện, máy hút bụi, máy bơm nước.

Dòng điện xoay chiều 1 pha sử dụng nguồn điện 1 pha 220V và tạo công suất phổ biến trong khoảng 0.12kW đến 5.5kW. Khi mắc vào mạng điện 3 pha, từ trường quay khiến rotor quay quanh trục. Nhờ đó, các máy cơ khí được vận hành.

Động cơ điện xoay chiều
Động cơ điện xoay chiều được thiết kế theo nhiều công suất khác nhau
  • Động cơ điện xoay chiều 3 pha

Từ trường trong động cơ điện xoay chiều 3 pha được tạo ra bằng cách đưa dòng điện 3 pha chạy vào 3 nam châm điện đặt lệch nhau trên một vòng tròn. Khi mắc động cơ vào mạng điện 3 pha, từ trường quay do stato gây ra làm rotor quay trên trục. Chuyển động quay của roto được trục máy truyền ra ngoài và sử dụng để vận hàng các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác.

Động cơ điện xoay chiều 3 pha sử dụng nguồn điện 3 pha 220V/380V hoặc 380V/660V hoặc 380V/660V với công suất rơi vào khoảng 5.5kW trở lên. Loại này thường được sử dụng chủ yếu nhằm phục vụ hộ gia đình, có trong các thiết bị như quạt điện, máy bơm nước,…

b. Phân loại theo tốc độ quay

  • Động cơ điện đồng bộ là cấu trúc đặc biệt mà tại đó rotor quay cùng tốc độ với tốc độ từ trường của stator, nên được gọi là đồng bộ. Bên cạnh đó, động cơ bước cũng là động cơ đồng bộ, thường được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng có liên quan đến quá trình điều khiển.
  • Động cơ điện không đồng bộ: Hoạt động dự trên nguyên tắc cảm ứng điện tử, bản chất của nó căn cứ vào sự trượt giữa tốc độ quay từ trường tương đương với tốc độ quay chậm của rotor.
Tiêu chí so sánh Động cơ đồng bộ Động cơ không đồng bộ
Cấu tạo động cơ
  • Stator có các khe dọc trục, bao gồm các cuộn dây cho một số cực cụ thể.
  • Rotor được cung cấp năng lượng bởi dòng điện 1 chiều nhờ sự trợ giúp của vòng trượt.
  • Có thể sử dụng thêm cánh quạt cùng nam châm vĩnh cửu.
  • Stator thiết kế tương tự động cơ đồng bộ.
  • Các thanh rotor được gắn mạch vĩnh viễn với các vòng cuối
  • Cuộn dây bị ngắn mạch vĩnh viễn và không cần vòng trượt.
Độ bền và khả năng tiết kiệm điện
  • Động cơ đồng bộ cần phải có 1 nguồn điện DC bổ sung vào để cung cấp năng lượng cho bộ phận cuộn dây rotor. Ngoài ta chúng còn đòi hỏi phải có vòng trượt và bàn chải.
  • Động cơ đồng bộ yêu cầu cơ chế khởi động để vận tốc quay rotor gần với tốc độ của động cơ. Hệ số công suất có thể điều chỉnh để trở thành độ trễ, hoặc có thể nhanh hơn bằng cách thay đổi nguồn kích thích.
  •  Hoạt động hiệu quả, có độ bền cao hơn.
  • Chi phí đắt hơn.
  • Không đòi hỏi vòng trượt, chổi than và cơ chế khởi động.
  • Luôn hoạt động ở hệ số công suất trễ.
  • Động cơ không đồng bộ tiết kiệm năng lượng và có chi phí thấp hơn.
Hiệu suất làm việc
  • Các cực của stator chuyển động quay với tốc độ đồng bộ khi chúng được cung cấp cùng với nguồn cung cấp 3 pha.
  • Các cực của rotor được ghép từ tính với các cực của stator chuyển động quay và khi đó rotor quay với tốc độ đồng bộ.
  • Năng lượng từ nguồn điện xoay chiều được cung cấp tới stator tạo từ trường quay. Tốc độ tương đối giữa từ trường quay của phần stato và roto sẽ sản sinh ra dòng điện cảm ứng ở trong các dây dẫn của rotor làm tăng cường thông lượng rotor.
  • Hướng của dòng điện không đồng bộ có xu hướng chống lại nguyên nhân sản sinh ra nó, khiến giảm tốc độ tượng đối. Do đó, động cơ không đồng bộ có tốc độ nhỏ hơn động cơ đồng bộ.
Ứng dụng Được sử dụng để điều khiển các thiết bị cơ khí có công suất cao nhưng tốc độ thấp như máy nghiền bi và máy nén khí, máy móc vận chuyển, nhà máy cán tôn, các máy móc công cụ lớn, máy in, máy nhuộm và công việc sản xuất giấy,… Cuộn dây stator của động cơ điện không đồng bộ thường được kết nối vào lưới điện xoay chiều, do đó cuộn dây rotor không cần phải kết nối với các nguồn điện khác. Động cơ không đồng bộ lúc này có hiệu suất vận hành cao hơn, do đó, chúng có thể đáp ứng các yêu cầu truyền tải của tất cả các máy móc sản xuất trong các nhà máy, khu công nghiệp, ngành nông nghiệp khác.

3. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của động cơ điện xoay chiều

a. Cấu tạo của động cơ điện xoay chiều

Động cơ điện xoay chiều gồm 2 bộ phận chính là: Stato (phần tĩnh) và Roto (phần quay).

  • Stato bao gồm các cuộn dây của điện 3 pha quấn trên các lõi sắt được bố trí trên một vành tròn nhằm tạo ra từ trường quay.
  • Roto có dạng hình trụ với cấu tạo như một cuộn dây quấn trên lõi thép.

b. Nguyên lý hoạt động của động cơ điện xoay chiều

Động cơ điện xoay chiều được mắc vào mạng điện xoay chiều. Khi đó, từ trường quay do stator gây ra làm cho rotor quay trên trục. Vì dây quấn được kín mạch nên suất điện động tạo ra này sẽ tạo ra dòng điện cảm ứng ở trong các thanh dẫn của roto. Các thanh dẫn có điện và nằm trong từ trường nên chúng sẽ tương tác với nhau tạo ra lực điện từ đặt vào dây dẫn. Chuyển động của rotor được trục máy truyền ra ngoài và sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác.

Cấu tạo động cơ điện xoay chiều
Cấu tạo động cơ điện xoay chiều

4. Ưu, nhược điểm của động cơ xoay chiều

a. Ưu điểm của động cơ điện xoay chiều

  • Động cơ điện xoay chiều có cấu tạo đơn giản, dễ dàng sử dụng.
  • Kết cấu bền vững, khả năng chịu quá tải tốt nhờ cơ chế bảo vệ đặc biệt.
  • Có thể sử dụng nguồn điện trực tiếp từ lưới điện, không cần chỉnh lưu để vận hành dòng điện xoay chiều.
  • Sở hữu khả năng điều khiển tốc độ quay đa dạng.
  • Giá thành thấp hơn sơ với động cơ điện 1 chiều.

b. Nhược điểm của động cơ điện xoay chiều

Động cơ điện xoay chiều có momen khởi động nhỏ nên không thể ứng dụng trong các loại máy móc, thiết bị cần momen khởi động lớn. Bên cạnh đó, chúng còn tiêu tốn nhiều năng lượng hơn so với việc sử dụng động cơ điện 1 chiều.

Hiện nay, động cơ điện xoay chiều được ứng dụng phổ biến trong nhiều loại máy móc, thiết bị. Trong đó có động cơ điện xoay chiều không chổi than được trang bị trên xe nâng Hangcha. Điều này giúp xe sở hữu khả năng vận hành bền bỉ với hiệu suất lớn, tuổi thọ cao. Nếu có nhu cầu tìm hiểu thêm về động cơ điện cũng như chọn mua xe nâng Hangcha nhập khẩu chính hãng, quý khách hàng vui lòng liên hệ hotline 0975 645 225 để được tư vấn tận tình nhất!