Trong lĩnh vực kỹ thuật điện và cơ điện tử, động cơ điện là thành phần cốt lõi quyết định hiệu suất vận hành của máy móc và thiết bị. Trong số đó, động cơ AC (động cơ xoay chiều) là loại phổ biến nhất nhờ khả năng hoạt động ổn định, bền bỉ và chi phí hợp lý. Tuy nhiên, động cơ DC (một chiều) vẫn giữ vai trò quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu điều khiển chính xác. Vậy động cơ AC là gì, khác gì với động cơ DC, nên chọn loại nào cho từng ứng dụng? Bài viết dưới đây Bảo An sẽ giúp bạn hiểu rõ nguyên lý, cấu tạo, ưu nhược điểm và bảng so sánh chi tiết giữa hai loại động cơ này - từ góc nhìn kỹ thuật và thực tiễn ứng dụng.
Động cơ AC (Alternating Current Motor) là loại động cơ điện hoạt động nhờ dòng điện xoay chiều. Khác với động cơ DC dùng dòng điện một chiều, động cơ AC tận dụng sự biến thiên liên tục của dòng xoay chiều để tạo ra mô-men xoắn, từ đó sinh ra chuyển động quay.
Với ưu điểm về hiệu suất, độ bền và chi phí vận hành thấp, động cơ AC được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và dân dụng như: máy bơm, quạt công nghiệp, máy nén khí, máy giặt, điều hòa…
Một động cơ AC tiêu chuẩn gồm các bộ phận chính sau:
Stato (Stator): Bộ phận cố định bên ngoài, chứa các cuộn dây được cấp điện xoay chiều để tạo ra từ trường quay.
Rôto (Rotor): Bộ phận quay nằm trong stato, bị từ trường cảm ứng và quay theo.
Trục (Shaft): Nối với rôto để truyền chuyển động quay ra ngoài.
Vỏ động cơ: Bảo vệ và cố định toàn bộ các thành phần.
Ổ bi (bearing): Giúp trục quay trơn tru, giảm ma sát.
Quạt làm mát: Giúp tản nhiệt trong quá trình vận hành.
Khi cấp dòng điện xoay chiều vào các cuộn dây stato, một từ trường quay được tạo ra. Từ trường này tương tác với rôto theo nguyên lý cảm ứng điện từ (theo định luật Faraday), tạo ra dòng điện trong rôto và sinh ra lực điện từ làm cho rôto quay.
Tùy vào cấu tạo, động cơ AC được chia thành:
Động cơ không đồng bộ (induction motor): tốc độ rôto nhỏ hơn từ trường quay.
Động cơ đồng bộ (synchronous motor): rôto quay đúng bằng tốc độ từ trường.
Theo nguồn điện cấp:
Động cơ AC 1 pha: dùng cho dân dụng, công suất nhỏ (quạt, máy giặt…)
Động cơ AC 3 pha: dùng cho công nghiệp, công suất lớn (máy bơm, băng tải…)
Theo cấu tạo rôto:
Rôto lồng sóc (squirrel cage): phổ biến, đơn giản, bền
Rôto dây quấn: dùng trong ứng dụng yêu cầu khởi động mềm, điều khiển mô-men xoắn
Ưu điểm:
Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo
Chi phí thấp, bền, ít bảo trì
Hiệu suất cao, phù hợp môi trường công nghiệp khắc nghiệt
Có thể kết hợp biến tần để điều chỉnh tốc độ
Nhược điểm:
Khó điều khiển tốc độ chính xác nếu không có biến tần
Phụ thuộc tần số dòng điện nguồn
Động cơ đồng bộ yêu cầu khởi động phức tạp hơn
Hình 2: So sánh động cơ AC và động cơ DC
| Tiêu chí | Động cơ AC (Alternating Current) | Động cơ DC (Direct Current) |
| Nguồn điện cấp | Sử dụng dòng điện xoay chiều (AC) từ lưới điện dân dụng/công nghiệp (220V - 380V) | Sử dụng nguồn điện một chiều (DC), thường là pin, ắc quy, nguồn DC chuyển đổi |
| Cấu tạo | Đơn giản, ít bộ phận chuyển động, không có chổi than (đặc biệt với loại rôto lồng sóc) | Phức tạp hơn: gồm chổi than, cổ góp, phần ứng - dễ hao mòn, sinh nhiệt |
| Chi phí | Giá thành sản xuất thấp hơn, phù hợp sản xuất hàng loạt | Giá cao hơn do cấu tạo phức tạp, đặc biệt với loại không chổi than |
| Bảo trì | Hầu như không cần bảo trì, do không có chổi than → ít hao mòn | Cần bảo trì định kỳ: thay chổi than, kiểm tra cổ góp, vệ sinh bụi carbon |
| Hiệu suất hoạt động | Cao, đặc biệt khi dùng AC 3 pha – lên tới 90–95% | Cao nếu dùng đúng tải, nhưng hiệu suất giảm khi chổi than mòn |
| Khả năng điều khiển tốc độ | Khó điều khiển trực tiếp, cần biến tần (inverter) để điều chỉnh tốc độ | Dễ điều khiển tốc độ bằng thay đổi điện áp hoặc dùng bộ điều tốc đơn giản |
| Mô-men xoắn khởi động | Thấp hơn DC, trừ loại động cơ đồng bộ có khởi động đặc biệt | Mô-men xoắn lớn ngay từ đầu, phù hợp ứng dụng cần tăng tốc nhanh |
Động cơ AC có mặt trong hầu hết các lĩnh vực:
Công nghiệp: bơm công nghiệp, quạt gió, băng tải, máy nén khí
Tự động hóa: kết hợp biến tần để điều khiển tốc độ, moment xoắn
Dân dụng: máy lạnh, máy giặt, tủ lạnh, quạt điện
Năng lượng tái tạo: máy phát điện gió (động cơ AC đảo chiều)
Khi lựa chọn động cơ AC, cần cân nhắc các yếu tố:
Nguồn điện sẵn có: 1 pha hay 3 pha
Công suất yêu cầu: xác định từ tải
Mô-men xoắn và tốc độ quay
Môi trường làm việc: bụi, ẩm, nhiệt độ cao
Yêu cầu điều khiển tốc độ: có cần biến tần không?
Động cơ AC thường ít hỏng, nhưng vẫn cần:
Vệ sinh định kỳ: làm sạch bụi bẩn trong quạt và lỗ thông gió
Kiểm tra ổ bi: phát hiện tiếng ồn, rung
Kiểm tra điện trở cách điện: đảm bảo cách ly tốt
Tra dầu mỡ định kỳ nếu động cơ có yêu cầu
Tổng kết: Động cơ AC là giải pháp truyền động hiệu quả, tiết kiệm và bền vững cho cả dân dụng và công nghiệp. Với ưu điểm vượt trội về cấu tạo đơn giản, vận hành ổn định và chi phí thấp, động cơ AC chiếm ưu thế trong hầu hết các ứng dụng truyền động hiện nay.
Cấu tạo AC (tức cấu tạo của động cơ AC) bao gồm hai phần chính: stato (phần đứng yên chứa cuộn dây tạo từ trường quay) và rôto (phần quay chịu tác động của từ trường để tạo ra chuyển động). Ngoài ra, còn có trục, ổ bi, vỏ máy và quạt làm mát. Tùy theo loại động cơ AC 1 pha hay 3 pha, cấu tạo có thể có thêm tụ điện hoặc bộ khởi động.
Động cơ AC servo là loại động cơ xoay chiều có khả năng điều khiển chính xác tốc độ, vị trí và mô-men xoắn, thường kết hợp với bộ điều khiển servo và encoder phản hồi. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống tự động hóa, robot, máy CNC và dây chuyền sản xuất đòi hỏi độ chính xác cao.
Động cơ AC 1 pha là loại động cơ sử dụng nguồn điện xoay chiều 1 pha 220V, phù hợp với các ứng dụng dân dụng hoặc công nghiệp nhẹ. Loại động cơ này có công suất nhỏ, cấu tạo đơn giản và thường sử dụng tụ điện để khởi động. Các thiết bị như quạt, máy giặt, máy bơm gia đình thường dùng động cơ AC 1 pha.
Cấu tạo của động cơ AC servo bao gồm: stato với các cuộn dây ba pha, rôto nam châm vĩnh cửu hoặc cuộn dây, encoder phản hồi để giám sát vị trí/trục quay, và vỏ motor tích hợp đầu nối tín hiệu và điện. Điểm đặc biệt của AC servo là khả năng phối hợp với bộ điều khiển servo để điều khiển chính xác từng bước chuyển động, phù hợp cho hệ thống yêu cầu độ chính xác cao.
