Động cơ điện

Động cơ điện với các kích cỡ khác nhau

Động cơ điện là máy điện dùng để chuyển đổi năng lượng điện sang năng lượng cơ học. Hầu hết động cơ điện hiện có hoạt động theo hiệu ứng điện từ. Một số ít là Động cơ áp điện hoạt động dựa trên hiệu ứng áp điện, và thường là động cơ cỡ nhỏ hoặc siêu nhỏ.

Các động cơ điện thường gặp dùng trong gia đình như quạt điện, tủ lạnh, máy giặt, máy bơm nước, máy hút bụi... Ngược lại với Động cơ điện là máy dùng để chuyển đổi từ cơ sang điện, được gọi là máy phát điện. Máy phát có hai loại chính là máy phát điện xoay chiều (alternator) và một chiều (dynamo).

Ứng dụng

Ngày nay động cơ điện được dùng trong hấu hết mọi lĩnh vực, từ các động cơ nhỏ dùng trong lò vi sóng để chuyển động đĩa quay, hay trong các máy đọc đĩa (máy chơi CD hay DVD), đến các đồ nghề như máy khoan, hay các máy gia dụng như máy giặt, sự hoạt động của thang máy hay các hệ thống thông gió cũng dựa vào động cơ điện. Ở nhiều nước động cơ điện được dùng trong các phương tiện vận chuyển, đặc biệt trong các đầu máy xe lửa.

stator và rotor của một động cơ điện 3 pha

Trong công nghệ máy tính: Động cơ điện được sử dụng trong các ổ cứng, ổ quang (chúng là các động cơ bước rất nhỏ).

Nguyên tắc hoạt động

Phần chính của động cơ điện gồm phần đứng yên (stator) và phần chuyển động (rotor) được quấn nhiều vòng dây dẫn hay có nam châm vĩnh cửu. Khi cuộn dây trên rotor và stato được nối với nguồn điện, xung quanh nó tồn tại các từ trường, sự tương tác từ trường của rotor và stator tạo ra chuyển động quay của rotor quanh trục hay 1 mômen.

Phần lớn các động cơ điện hoạt động theo nguyên lý điện từ, nhưng loại động cơ dựa trên nguyên lý khác như lực tĩnh điện và hiệu ứng điện áp cũng được sử dụng. Nguyên lý cơ bản mà các động cơ điện từ dựa vào là có một lực lực cơ học trên một cuộn dây có dòng điện chạy qua nằm trong một từ trường. Lực này theo mô tả của định luật lực Lorentz và vuông góc với cuộn dây và cả với từ trường.

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

Điều khiển động cơ

• Bằng cách thay đổi cường độ dòng điện - dùng biến trở. Hoặc các cuộn dây có công suất khác nhau. Ví dụ trong quạt điện có nhiều số, máy khoan cầm tay...
• Điều khiển góc nghiêng tương đối của phương gắn chổi than với phương của từ trường để kiểm soát tốc độ tối đa. Ví dụ máy mài có nhiều loại được dưới hạn 10.000 vòng/phút hay 15.000 vòng/phút.
• Điều khiển bằng cách quấn nhiều cuộn dây tạo ra số cặp cực khác nhau.
• Điều khiển bằng biến tần, cho ta độ chính xác tương đối tốt. Trong phương pháp này sử dụng hệ thống servo cho độ chính xác điều khiển tốc độ, vị trí rất cao.

Lịch sử phát triển

• Năm 1820: nhà hóa học Đan Mạch Hans Christian Ørsted phát hiện ra hiện tượng điện từ.
• Nguyên lý chuyển đổi từ năng lượng điện sang năng lượng cơ bằng cảm ứng điện từ được nhà khoa học người Anh là Michael Faraday phát minh năm 1821. Ông công bố kết quả thí nghiệm của ông về chuyển động quay điện từ, gồm chuyển động quay của dây dẫn trong từ trường và chuyển động của nam châm quanh 1 dây dẫn
• Năm 1822: Peter Barlow phát triển ra bánh xe Barlow
• Năm 1828: động cơ điện đầu tiên sử dụng nam châm điện cho cả rotor và stator được phát minh bởi Ányos Jedlink (nhà khoa học người Hungary), sau đó ông đã phát triển động cơ điện có công suất đủ để đẩy được một chiếc xe.
• Năm 1834: Thomas Davenport chế tạo ra động cơ chỉnh lưu
• Năm 1838: động cơ điện công suất 220 W được dùng cho thuyền chế tạo bởi Hermann Jacobi
• Năm 1866: Werner von Siemens sáng chế ra máy phát điện

Phân loại

• Động cơ không đồng bộ
• Động cơ đồng bộ
• Động cơ điện xoay chiều
• Động cơ điện một chiều
  1. Động cơ điện một chiều kích thích bởi nam châm vĩnh cửu
  2. Động cơ điện một chiều kích thích bởi dòng điện
• Động cơ bước
• Động cơ giảm tốc
• Động cơ rung
• Động cơ Servo

Liên kết ngoài

• Động cơ điện tại Encyclopædia Britannica (tiếng Anh)
• An Animated Explanation of How AC & DC Motors Work WeCanFigureThisOut.org
• SparkMuseum: Early Electric Motors
• The Invention of the Electric Motor 1800 to 1893, hosted by Karlsrushe Institute of Technology's Martin Doppelbauer
• Electric Motors and Generators, a U. of NSW Physclips multimedia resource
• An animated explanation of how AC & DC motors work WeCanFigureThisOut.org
• IEA 4E – Efficient Electrical End-Use Equipment.
• iPES Rotating Magnetic Field, animation
• Động cơ điện tại Từ điển bách khoa Việt Nam