Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện một chiều là gì?

Trả lời chi tiết, chính xác câu hỏi “Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện một chiều là gì?” và phần kiến thức tham khảo là tài liệu cực hữu dụng bộ môn Vật lý 9 cho các bạn học sinh và các thầy cô giáo tham khảo.

Trả lời câu hỏi: Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện một chiều là gì?

Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện một chiều là:

Stato của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hoặc nhiều cặp nam châm vĩnh cửu hay nam châm điện, rotor gồm có các cuộn dây quấn và được kết nối với nguồn điện một chiều. Một phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều chính là bộ phận chỉnh lưu, bộ phận này làm nhiệm vụ đổi chiều dòng điện trong chuyển động quay của rotor là liên tục. Thông thường, bộ phận này sẽ có 2 thành phần: một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp. 

 Nếu trục của động cơ điện một chiều được kéo bằng 1 lực ngoài thì động cơ này sẽ hoạt động như một máy phát điện một chiều, và tạo ra một xuất điện động cảm ứng Electromotive force. Khi vận hành ở chế độ bình thường, rotor khi quay sẽ phát ra một điện áp được gọi là sức phản điện động counter-EMF hoặc sức điện động đối kháng, vì nó đối kháng lại với điện áp bên ngoài đặt vào động cơ. Sức điện động này sẽ tương tự như sức điện động được phát ra khi động cơ sử dụng như một máy phát điện. Như vậy điện áp đặt trên động cơ sẽ bao gồm 2 thành phần: sức phản điện động và điện áp giáng tạo ra do điện trở nội của các cuộn dây phản ứng. 

Kiến thức về Động cơ điện xoay chiều

1. Khái niệm động cơ điện xoay chiều

Động cơ điện xoay chiều hay Động cơ AC là động cơ điện được dẫn động bằng dòng điện xoay chiều (AC). Động cơ AC thường bao gồm hai phần cơ bản, một stator bên ngoài có các cuộn dây được cấp dòng xoay chiều để tạo ra từ trường quay và một rô-to bên trong được gắn vào trục đầu ra tạo ra từ trường quay thứ hai. Từ trường rôto có thể được tạo ra bởi các nam châm vĩnh cửu, sự lồi từ trở, hoặc cuộn dây điện DC hoặc AC.

Ít phổ biến hơn, động cơ tuyến tính AC hoạt động trên các nguyên tắc tương tự như động cơ quay nhưng có các bộ phận cố định và chuyển động của chúng được bố trí theo cấu hình đường thẳng, tạo ra chuyển động thẳng thay vì xoay.

2. Cấu tạo của động cơ điện xoay chiều

Động cơ điện xoay chiều gồm có 2 bộ phân chính là:

- Stator: gồm các cuộc dây của 2 pha điện được quấn trên các lõi sắt bố trí trên 1 vành tròn để tạo ra từ trường quay

- Rotor: có thiết kế dạng trụ, tác dụng như 1 cuộn dây quấn trên lõi thép

Khi mắc động cơ vào mạng điện xoay chiều, ngay lập tức từ trường quay do stato gây ra sẽ làm cho Rotor quay trên trục. Chuyển động quay của Rotor sẽ được trục máy truyền ra ngoài và được sử dụng với mục đích để vận hành các cơ cấu chuyển động khác hoặc các máy công cụ. 

Động cơ điện xoay chiều hiện có 2 dòng sản phẩm chính:

- Động cơ điện xoay chiều 3 pha

- Động cơ điện xoay chiều 1 pha

Động cơ điện xoay chiều 3 pha: Từ trường quay được tạo ra dựa trên nguyên lý cho dòng điện ba pha chạy vào ba nam châm điện được đặt lệch nhau trên một vòng tròn. Cách bố trí các cuộn dây được thực hiện tương tự như trong máy phát điện ba pha, nhưng trong động cơ điện người ta thường đưa dòng điện từ ngoài vào các cuộn dây 1, 2, 3. 

Khi mắc động cơ vào mạng điện 3 pha, từ trường quay do Stato gây ra sẽ làm cho Rotor quay trên trục. Chuyển động quay của Rotor được trục máy truyền ra ngoài và thường được sử dụng để vận hành các cơ cấu chuyển động khác hoặc máy công cụ.

Động cơ điện xoay chiều 1 pha: Dựa theo nguyên tắc hoạt động của động cơ không đồng bộ 3 pha mà người ta chế tạo được những động cơ không đồng bộ 1 pha. Stato của loại động cơ này gồm có:

- 2 cuộn dây đặt lệch nhau một góc

- Một dây nối thẳng với mạng điện

- Dây kia nối với mạng điện qua một tụ điện

Cách mắc như vậy sẽ làm cho 2 dòng điện trong 2 cuộn dây lệch pha nhau và tạo ra từ trường quay. Động cơ không đồng bộ 1 pha sẽ chỉ đạt được công suất nhỏ, chủ yếu được ứng dụng trong các dụng cụ gia đình như máy hút bụi, quạt điện, máy bơm nước…..

3. Nguyên lý hoạt động động cơ điện xoay chiều

Phụ thuộc vào cấu tạo của mỗi loại động cơ điện mà chúng có nguyên lý hoạt động khác nhau.

– Đối với động cơ điện xoay chiều cũng có cấu tạo và nguyên lý hoạt động rõ ràng. Về phần cấu tạo, động cơ điện xoay chiều gồm có hai phần chính: stator và rotor.

+ Stato gồm các cuộn dây của ba pha điện quấn trên các lõi sắt bố trí trên một vành tròn để tạo ra từ trường quay.

+ Rôto hình trụ có tác dụng như một cuộn dây quấn trên lõi thép.

==> Khi mắc động cơ vào mạng điện xoay chiều, từ trường quay do stato gây ra làm cho rôto quay trên trục. Chuyển động quay của rôto được trục máy truyền ra ngoài và được sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác…

4. Ưu điểm, nhược điểm của động cơ điện xoay chiều

- Ưu điểm của động cơ xoay chiều

+ Cấu tạo đơn giản, dễ dàng sử dụng

+ Sử dụng nguồn điện trực tiếp từ lưới điện, không cần chỉnh lưu

+ Khả năng điều khiển tốc độ quay đa dạng

+ Kết cấu bền vững, khả năng chịu quá tải tốt nhờ cơ chế bảo vệ

+ Giá thành thấp hơn so với truyền động dùng động cơ một chiều

- Nhược điểm của động cơ xoay chiều

+ Mô men khởi động nhỏ, không sử dụng được trong các ứng dụng cần momen khởi động lớn

+ Tiêu tốn nhiều điện năng hơn so với động cơ một chiều