Động cơ điện

Động cơ điện là một loại máy biến đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ. Hầu hết các động cơ điện hoạt động bằng cách tương tác giữa từ trường và dòng điện trong cuộn dây để tạo ra lực (như mô men xoắn hoặc lực tuyến tính) tác động lên trục động cơ. Điều ngược lại của động cơ điện là máy phát điện, biến đổi năng lượng cơ thành năng lượng điện. Máy phát điện có hai loại: máy phát xoay chiều (alternator) và máy phát một chiều (dynamo).

Điện có thể cung cấp cho động cơ từ nguồn điện một chiều (như pin, ắc quy) hoặc nguồn điện xoay chiều (như lưới điện, biến tần hoặc máy phát điện).

Có nhiều cách để phân loại động cơ điện. Người ta có thể dựa vào nguồn điện, cấu tạo, ứng dụng và loại chuyển động đầu ra,... để phân loại chúng.

Các ứng dụng

Hiện nay, động cơ điện được áp dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực của cuộc sống hàng ngày, từ các thiết bị điện gia dụng trong các hộ gia đình, đến các thiết bị và máy móc trong sản xuất và xây dựng, cũng như một số phương tiện giao thông và các thiết bị vận chuyển, với sự đa dạng về mẫu mã, loại hình, thương hiệu và kích thước. Động cơ điện được xem như là một biểu tượng quan trọng trong quá trình 'điện hoá' trong ngành sản xuất (cùng với đèn điện) trong Cách mạng Công nghiệp lần thứ hai. Chúng thay thế các hệ thống dẫn động bằng dây đai từ các máy hơi nước (hoặc các bánh xe nước) đến các máy làm việc trong nhà máy sản xuất, đóng góp vào việc nâng cao năng suất lao động, cải thiện sức khỏe cho người lao động, giảm thiểu thời gian và chi phí xây dựng nhà máy, ...

.

Các nguyên lý hoạt động

Hai phần chính của một động cơ điện là: phần đứng yên (gọi là stator) và phần chuyển động (gọi là rotor). Khi cuộn dây trên stator (với các động cơ điện không đồng bộ) hoặc trên cả stator và rotor (với các động cơ đồng bộ) được cấp điện, xung quanh chúng sẽ tạo ra từ trường và sự tương tác từ trường giữa stator và rotor tạo ra chuyển động (có thể là quay hoặc dịch chuyển) của rotor. Chuyển động này được truyền tới các cơ cấu thực thi (như các bộ truyền động, trục làm việc, ...) thông qua trục của động cơ.

Phần lớn các động cơ điện hiện nay là các động cơ từ tính. Tuy nhiên, vẫn có những động cơ điện không phải là từ tính, như động cơ tĩnh điện (dựa trên lực hút và đẩy của điện tích) và động cơ áp điện (dựa trên thay đổi hình dạng của vật liệu áp điện khi có điện trường tác động), nhưng chúng không phổ biến như động cơ từ tính do có cấu tạo phức tạp, chi phí sản xuất cao và khó sửa chữa. Nguyên lý cơ bản mà các động cơ từ tính dựa vào là sự xuất hiện của lực Lorentz trên một cuộn dây có dòng điện chạy qua, nằm trong một từ trường và nằm vuông góc với cả cuộn dây lẫn từ trường.

Điều khiển động cơ điện

Để điều khiển động cơ điện, có nhiều phương pháp khác nhau, phụ thuộc vào loại động cơ và tốc độ hoạt động của nó. Với các động cơ điện có tốc độ cố định, người ta thường cấp điện trực tiếp hoặc qua bộ khởi động mềm (đối với các động cơ điện xoay chiều có quán tính lớn). Đối với các động cơ điện có tốc độ biến đổi, người ta có thể sử dụng các phương pháp như: điều chỉnh điện áp đầu vào các cực, điều chế rộng xung (đối với các động cơ điện một chiều), hoặc sử dụng các thiết bị điều khiển tốc độ chuyên dụng như biến tần hoặc bộ điều khiển tần số biến đổi (Variable-Frequency Drive, VFD) (đối với các động cơ điện xoay chiều).

Lịch sử phát triển

• Năm 1820: Nhà hóa học Đan Mạch Hans Christian Ørsted phát hiện 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 Michael Faraday phát minh năm 1821. Ông công bố kết quả thí nghiệm về chuyển động quay điện từ, bao gồm chuyển động quay của dây dẫn trong từ trường và chuyển động của nam châm quanh một dây dẫn.
• Năm 1822: Peter Barlow phát triển 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 một chiếc xe.
• Năm 1834: Thomas Davenport chế tạo động cơ chỉnh lưu.
• Năm 1838: Động cơ điện công suất 220 W được sử dụng cho thuyền chế tạo bởi Hermann Jacobi.
• Năm 1866: Werner von Siemens phát minh máy phát điện.

Các loại động cơ điện

• 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