Nguyên lý chính đằng sau hoạt động của động cơ điện là năng lượng điện trước tiên được chuyển đổi thành lực từ sau đó chuyển thành động năng dẫn đến chuyển động vật lý. Có nhiều cách khác nhau để đạt được điều này, vì thế có rất nhiều thiết kế cho các loại động cơ điện khác nhau, hình dạng và kích cỡ động cơ. Ngoài ra cũng có nhiều cách khác nhau để cung cấp năng lượng cho động cơ điện hoạt động. Động cơ AC và DC thông thường đã xuất hiện được một thời gian, nhưng giờ đây chúng ta đã có quyền truy cập vào các thiết bị điện tử tiên tiến để điều khiển động cơ. Điều này mang lại những động cơ cực kỳ hiệu quả với mức độ kiểm soát cao.

Cấu tạo vật lý của một động cơ điện

Hãy tưởng tượng rằng các bộ phận chuyển động là cổ góp và rôto. Các nam châm vĩnh cửu (stato), chổi than và nguồn pin (DC Volt) đều ở trạng thái tĩnh. Cổ góp được chia thành 2 nối nửa vầng trăng được nối với dây rôto tạo ra mạch điện thông qua chổi than tới nguồn DC Volts.

Trình tự sau đây minh họa cách thức hoạt động của động cơ:

• Dòng điện được truyền qua mạch rôto từ pin (DC Volts) thông qua chổi than
• Dòng điện này tạo ra một trường điện từ xung quanh rôto. Trường phía bắc đối diện với từ trường phía bắc của nam châm và trường phía nam đối diện với từ trường phía nam của nam châm kia
• Từ trường ngược chiều gây ra lực đẩy đẩy rôto ra khỏi nam châm gây ra chuyển động quay theo hướng mũi tên
• Khi rôto quay qua điểm phân chia các tiếp điểm cổ góp, dòng điện chạy qua rôto sẽ đảo chiều
• Sự đảo ngược dòng điện cũng sẽ đảo ngược từ trường xung quanh rôto và do đó tiếp tục đẩy rôto quay do trường đẩy của nam châm. Chuyển động quay đạt được

Các loại động cơ điện

Một số động cơ sẽ hoạt động bằng nguồn điện DC, một số sử dụng điện AC và một số được điều khiển bằng tín hiệu hoặc xung. Chúng cũng có nhiều kích cỡ và phân loại sức mạnh khác nhau. Ba loại động cơ điện chính là:

• Động cơ xoay chiều (cảm ứng, đồng bộ, lồng sóc)
• Động cơ DC (shunt, nối tiếp, kích từ riêng biệt)
• Khác (bước, không chổi than, động cơ vạn năng)

Các linh kiện phụ khác của động cơ có thể hữu ích trong việc kéo dài tuổi thọ động cơ và cải thiện độ an toàn khi vận hành.

Động cơ điện AC

Động cơ điện xoay chiều hoạt động như thế nào? Động cơ điện xoay chiều chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành trường điện từ xoay chiều. Từ trường xoay chiều được thực hiện theo nhiều cách để chuyển đổi năng lượng từ trường xoay chiều thành chuyển động.

• Động cơ điện cảm ứng (một từ trường trong stato được tạo ra trong rôto, sau đó tạo ra từ trường riêng của nó).
• Động cơ đồng bộ (rotor sẽ quay đồng bộ với từ trường quay).
• Động cơ lồng sóc (loại động cơ này giống như động cơ cảm ứng, ngoại trừ cuộn dây rôto được thay thế bằng các thanh đặc nối với nhau trông giống như lồng sóc. Từ trường xoay chiều tạo ra dòng điện trong các thanh tạo ra từ trường riêng, tạo ra chuyển động).

Một số động cơ lớn hơn, mạnh hơn sẽ cần bộ khởi động động cơ. Vậy khởi động động cơ điện hoạt động như thế nào? Chúng hoạt động tương tự như một rơle. Bộ khởi động động cơ điện thường có một bộ công tắc tơ cung cấp dòng điện lớn cho động cơ. Có một bảng điều khiển có nút bấm mà bạn có thể sử dụng để khởi động và dừng động cơ.

Động cơ điện DC

Động cơ DC có lẽ là loại động cơ phổ biến nhất do chi phí thấp hơn so với động cơ AC. Chúng bao gồm:

• Động cơ Shunt (đây là nơi cuộn dây stato và rôto được kết nối song song).
• Động cơ nối tiếp (cuộn dây stato và rôto được mắc nối tiếp. Những loại động cơ này có mômen khởi động rất cao và thường được sử dụng để khắc phục mức quán tính khởi động cao như trong tàu điện, thang máy và các ứng dụng tải nặng khác).
• Động cơ kích từ độc lập (Tương tự như động cơ kích từ song song ngoại trừ cuộn dây rôto được cấp nguồn riêng biệt với cuộn dây stato. Điều này có ưu điểm là tạo điều kiện thuận lợi cho việc điều khiển tốc độ và chiều ngược lại).

Động cơ ô tô điện hoạt động như thế nào?

Ô tô điện chạy bằng pin là nguồn DC. Tuy nhiên, chúng có thể được trang bị động cơ AC hoặc DC. Ở đâu có động cơ xoay chiều thì ở đó có các mạch biến tần tích hợp để chuyển đổi DC từ pin thành dòng điện xoay chiều. Động cơ thường là loại cảm ứng AC.

Động cơ trên xe cũng có thể được sử dụng như một máy phát điện cấp nguồn ngược để sạc pin khi xe đang xuống dốc hoặc phanh. Nhược điểm của việc sử dụng động cơ AC trên ô tô là chúng có xu hướng đắt hơn khi thực hiện so với hệ thống động cơ DC.

Động cơ quạt điện hoạt động như thế nào?

Quạt điện lớn hơn thường được cung cấp năng lượng bởi động cơ cảm ứng. Quạt cầm tay nhỏ hơn có động cơ DC. Động cơ cảm ứng một pha trong quạt có thể lắp tụ điện khởi động. Chúng được mắc nối tiếp với cuộn dây stato và rôto để cung cấp dòng điện lệch pha. Các tụ điện cho phép động cơ khởi động dễ dàng và có thể tạo điều kiện kiểm soát tốc độ. Các tụ điện được sử dụng để cải thiện hiệu suất khởi động và chạy của động cơ một pha và chúng cũng đảm bảo động cơ chạy đúng hướng.

Động cơ xe đạp điện hoạt động như thế nào?

Ở xe đạp điện, động cơ được ưa chuộng là động cơ nam châm vĩnh cửu và động cơ DC không chổi than. Chúng thường là động cơ 3 pha (có 3 cuộn dây stato). Chúng được cấp nguồn và điều khiển bởi các thiết bị điện tử trên tàu cung cấp các xung để điều chỉnh công suất và tốc độ.

Các ứng dụng thú vị khác của động cơ điện

Động cơ điện được sử dụng ở hầu hết mọi nơi bạn nhìn thấy. Thật khó để tưởng tượng chúng ta sẽ hoạt động như thế nào nếu không có chúng. Chúng được sử dụng trong máy giặt, bàn chải đánh răng, tủ lạnh, ô tô, xe đạp, robot, ổ cứng, máy sấy tóc, máy tiện, cần cẩu, tàu thủy, xe lửa, máy bay không người lái, ...

Động cơ thậm chí có thể được tìm thấy trong điện thoại di động của chúng ta để tạo ra rung động. Trong ứng dụng này, có một động cơ điện nhỏ được gắn trong điện thoại được gắn một vật nặng không cân bằng gắn vào trục quay. Điều này tạo ra hiện tượng rung khi điện thoại đổ chuông.