Động Cơ Điện 1 Pha: Cấu Tạo, Nguyên Lý Hoạt Động Và Ứng Dụng

Bạn có từng thắc mắc điều gì khiến chiếc quạt máy mát rượi trên tường nhà bạn quay vù vù, hay máy giặt xua tan mệt mỏi cho đống quần áo bẩn của bạn? Đằng sau những vật dụng quen thuộc ấy chính là một "siêu anh hùng" thầm lặng - Động cơ điện 1 pha.

Không cần "siêu năng lực", động cơ 1 pha biến hóa điện năng thành lực quay, mang đến sự tiện lợi cho cuộc sống hàng ngày. Từ những cánh quạt mát mẻ xua tan cái nóng oi bức đến những máy móc công nghiệp vận hành bền bỉ, tất cả đều nhờ vào sự "ma thuật" của động cơ nhỏ bé này.

Nhưng bạn có bao giờ tự hỏi: Bên trong động cơ 1 pha có gì? Nó hoạt động theo nguyên lý nào để tạo ra lực quay thần kỳ? Và ứng dụng của nó rộng lớn đến đâu trong thế giới xung quanh ta?

Hãy cùng "khám phá" thế giới của Động cơ điện 1 pha: Cấu Tạo, Nguyên Lý Hoạt Động Và Ứng Dụng. Bạn sẽ ngạc nhiên trước sự đơn giản nhưng hiệu quả của nó, và hiểu thêm về những "siêu anh hùng" thầm lặng góp phần vận hành cuộc sống của chúng ta!

1. Động cơ điện xoay chiều 1 pha là gì?

Động cơ điện 1 pha (còn được gọi là motor điện 1 pha) là loại động cơ mà dây quấn stato chỉ bao gồm có 1 cuộn dây pha, còn nguồn cấp chính là 1 dây pha và 1 dây nguội (có thêm tụ điện để làm lệch pha). Tuy nhiên, nếu chỉ có 1 cuộn dây pha thì khi đó động cơ sẽ không thể tự mở máy được, vì từ trường 1 pha lại chính là từ trường đập mạch. 

Để động cơ 1 pha có thể mở máy lên được, các bạn có thể dùng nhiều phương pháp khác nhau . Động cơ điện không đồng bộ (ký hiệu là KDB) 1 pha motor điện 1 pha thường được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống, trở thành 1 phần không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực khác nhau, chẳng hạn như: máy nén khí, tời kéo, máy bơm nước, dụng cụ cầm tay,… 

Motor điện 1 pha có dây quấn stato chỉ bao gồm có 1 cuộn dây pha

2. Cấu tạo động cơ điện 1 pha như thế nào?

Cơ cấu của động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) 1 pha còn tùy theo kiểu loại vỏ bọc là loại kín hoặc hở, là do hệ thống làm mát sử dụng cánh quạt thông gió đặt ở bên trong hay đưa ra bên ngoài động cơ.

Nhìn chung, motor điện 1 pha có 2 phần chính, đó là phần tĩnh và phần quay.

Phần tĩnh: Hay còn có tên gọi là stato, bao gồm 2 bộ phận chủ yếu là lõi thép và phần dây quấn.

• Lõi thép: Đây là bộ phận dẫn từ của máy, chúng có hình dạng trụ rồng, lõi thép được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện có độ dày 0.35 0.5mm, được dập theo hình vành khăn, còn phía trong có xẻ rãnh để có thể đặt dây quấn và được sơn phủ kín vào trước khi khép lại.

Motor điện 1 pha có 2 phần chính, đó là phần tĩnh và phần quay

• Dây quấn: Dây quấn stato được làm bằng dây đồng hoặc là sợi dây nhôm (loại dây email) và được đặt trong các rãnh bên trong của lõi thép. Ngoài hai bộ phận chính này còn có các bộ phận phụ, có công dụng bao bọc lõi thép chính là vỏ máy được làm bằng nhôm hoặc bằng gang, có thể dùng để giữ chặt lõi thép phía dưới là chân đế nhằm mục đích bắt chặt vào bệ máy, đồng thời 2 đầu có 2 chiếc nắp được làm bằng vật liệu cùng loại với phần vỏ máy, trong nắp còn có ổ đỡ (hay còn gọi là bạc) dùng để đỡ cho trục quay của roto.

Phần quay của motor điện 1 pha, hay còn có tên gọi là roto, bao gồm có:

• Lõi thép: Có dạng hình trụ được chế tạo bằng các lá thép kỹ thuật điện, được dập thành hình dĩa và ép chặt lại, ở trên mặt có các đường rãnh để có thể đặt các thanh dẫn hoặc cuộn dây quấn. Lõi thép cũng được ghép chặt vào trục quay và đặt trên 2 ổ đỡ của bộ phận stato.
• Dây quấn: Trên rôto có 2 loại là rôto lồng sóc và cuộn roto dây quấn. Loại rôto dây quấn có cuộn dây được quấn giống như bộ phận stato, loại này có ưu điểm là mô men quay lớn nhưng kết cấu lại rất phức tạp và giá thành cũng tương đối cao.
• Loại rôto lồng sóc: Kết cấu của loại này rất khác biệt so với dây quấn của stato. Nó được chế tạo bằng cách đúc nhôm cho vào các rãnh của roto, từ đó tạo thành các thanh nhôm, đồng thời được nối ngắn mạch ở 2 đầu và còn được đúc thêm các cánh quạt để có thể làm mát bên trong mỗi khi roto quay.

Phần dây quấn của động cơ xoay chiều 1 pha được tạo từ các thanh nhôm và 2 vòng ngắn mạch có hình dạng trông giống như một cái lồng nên người ta còn gọi là rôto lồng sóc. Các đường rãnh trên phần roto thông thường được dập xiên với cái trục, nhằm cải thiện các đặc tính mở máy. Đồng thời, giúp giảm bớt hiện tượng rung chuyển do lực điện từ trong động cơ sẽ tác dụng lên rôto một cách không liên tục.

Các đường rãnh trên phần roto thông thường được dập xiên với cái trục

Phần cố định của động cơ xoay chiều 1 pha gồm có: vỏ máy, lõi sắt, nắp máy, cuộn dây stato và chụp che quạt… Bộ phận quay gồm có: lõi thép quay, cuộn dây rôto (thông thường có dạng lồng sóc), trục quay, ổ trục, cánh quạt và công tắc ly tâm hoặc rơle. Ngoài ra, còn có tụ điện (tụ điện khởi động hoặc tụ điện quay và động cơ điện hai trị số điện dung), biển nhãn hiệu và tổ hợp nối dây của động cơ,…

1. Vỏ máy motor điện 1 pha

Vật liệu vỏ máy của phần cố định thường chế tạo bởi tấm thép, nhôm đúc hoặc gang. Tác dụng của vỏ máy dùng để giữ lõi sắt của stato, chụp đầu và mômen ngược chịu phụ tải, vỏ máy làm thành dạng có hình đậy kín, mở ra và phòng hộ. Vật liệu chế tạo vỏ máy thường dùng tấm thép dày 1,2÷2mm cuốn thành, mục đích là để giảm giá thành sản phẩm, ưu điểm của vỏ máy đúc bằng nhôm là có trọng lượng nhẹ. Đối với những vỏ máy có kích thước lớn thường dùng vỏ gang, tiện lợi khi gia công, giảm được chấn động, tăng được tính ổn định của vỏ máy.

2. Lõi thép stato

Lõi thép stato được cấu tạo bởi những lá tôn silic dày khoảng 0,35÷0,5mm xếp chồng lên nhau. Đầu tiên dùng cách dập nguội những lá tôn silic đó. Sau đó, xếp các tấm đó lại với nhau rồi dùng đinh rivê tán ép chặt lại; cũng có thể dùng biện pháp hàn hồ quang khí Ác-gông Arg để cố định các lá tôn silic vào nhau hoặc còn có cách ép dập trực tiếp các lá tôn silic chặt trong vỏ hợp kim nhôm (Dura).

3. Cuộn dây stato động cơ điện 1 pha

Thông thường có hai bối dây, một bối dây chính gọi là cuộn dây làm việc và một bối dây phụ, còn gọi là cuộn dây khởi động, chúng được đặt lệch nhau trong không gian một góc 90º. Như động cơ điện trong máy giặt quần áo, yêu cầu về đường kính, số vòng dây và cuộn dây của hai cuộn dây chính và phụ hoàn toàn như nhau để khi động cơ điện quay thuận và quay ngược thì hai cuộn dây này đổi cho nhau. Khi quay thuận (theo chiều kim đồng hồ) thì cuộn dây chính làm việc, cuộn dây phụ khởi động, khi quay ngược, cuộn dây chính biến thành cuộn dây phụ và cuộn dây phụ biến thành cuộn dây chính. Thông thường đối với động cơ điện một pha, số vòng của dây êmay các cuộn dây chính và phụ không giống nhau, đường kính của cuộn dây phụ thường nhỏ hơn.

4. Nắp máy

Vật liệu dùng làm nắp máy và vỏ máy giống nhau, yêu cầu dung sai lắp ghép của nắp máy phải chính xác, độ đồng tâm cao phải phù hợp với yêu cầu, ngoài ra, phải cứng vững (độ chắc chắn) bảo đảm cho rôto hoạt động. Khe hở (giữa rôto và stato) của động cơ điện không đồng bộ một pha là 0,2÷0,3mm. Khi lắp ráp và sửa chữa nếu không chính xác hoặc khi tháp lắp bị va đập vào nắp máy làm cho biến dạng đều sẽ ảnh hưởng tới mức độ của khe hở. Từ đó, dẫn tới làm cho rôto và stato khi làm việc sẽ cọ sát vào nhau.

5. Lõi thép rôto

Lõi thép rôto cũng được chế tạo bằng cách ép chồng những lá tôn silic mà thành, khác với lõi thép stato là ở chỗ các rãnh được dập nghiêng để giảm thiểu sự chấn động và tiếng ồn; đối với rãnh kín yêu cầu cách điện của các lá tôn silic không cao lắm, có thể không cần phải quét lớp sơn cách điện.

6. Cuộn dây rôto

Cuộn dây rôto thường đúc bằng nhôm, sử dụng loại nhôm nguyên chất L1÷L5. Khi sửa chữa, không được tiện đứt đầu của rôto. Nếu khi tiện nhỏ lại của đai đầu, điện trở của rôto sẽ tăng lên, tổn hao công suất lớn làm cho tính năng làm việc của động cơ điện xấu đi. Dùng những thanh đồng thay cho thanh nhôm làm cho điện trở của rôto giảm, tổn hao công suất thấp, tổn hao đồng giảm đi, có thể nâng cao hiệu suất của động cơ điện, nhưng mômen khởi động bị hạ thấp.

7. Trục quay động cơ điện 1 pha

Yêu cầu kỹ thuật đối với trục quay phải đảm bảo các kích thước, hình dáng nhất định, lại còn phải đảm bảo độ cứng bề mặt, nếu không trong khi làm việc trục quay sinh ra độ cong quá lớn làm cho khe hở không đều, thậm chí còn sinh ra sự cố (cọ sát). Thông thường trục quay được chế tạo bằng thép cacbon số 45, thép cacbon số 65 hoặc các loại thép đặc biệt khác.

8. Công tắc ly tâm motor điện 1 pha

Do cuộn dây phụ chỉ hoạt động khi động cơ bắt đầu làm việc, khi tốc độ đạt tới 72%÷83% tốc độ định mức cuộn dây phụ sẽ rời khỏi trạng thái làm việc, cho nên cần có công tắc ly tâm. Sau khi tốc độ quay tăng cao, vì tác dụng của lực ly tâm, làm cho tiếp điểm của công tắc ly tâm nhả ra, khiến cho cuộn dây phụ tách khỏi nguồn điện. Do cuộn dây phụ chỉ có tác dụng khi khởi động, cho nên số vòng dây tương đối nhiều, dây dẫn tương đối mảnh. Nếu công tắc ly tâm mất tác dụng thì cuộn dây phụ sẽ làm việc liên tục, dẫn đến làm việc quá tải có thể làm cuộn dây phụ bị cháy.

Video cấu tạo động cơ 1 pha, motor 1 pha

3. Nguyên lý hoạt động của động cơ điện 1 pha

Muốn cho động cơ điện 1 pha làm việc, stato của động cơ cần phải được cấp 1 dòng điện xoay chiều. Dòng điện chạy qua dây quấn stato sẽ tạo nên một từ trường quay nhanh với tốc độ: n = 60f/ p (vòng/ phút). Trong đó thì f chính là tần số của nguồn điện, còn p chính là số đôi cực của phần dây quấn stato.

Trong quá trình quay, từ trường này sẽ liên tục quét qua các thanh dẫn của rôto, làm xuất hiện một sức điện động cảm ứng. Vì dây quấn rôto đang kín mạch nên sức điện động này sẽ tạo dòng điện ở trong các thanh dẫn của rôto. Các thanh dẫn có dòng điện lại nằm bên trong từ trường, nên chúng sẽ tương tác với nhau, tạo ra lực điện từ được đặt vào các thanh dẫn.

Tổng hợp các lực ở trên đây sẽ tạo ra mô men quay đối với trục của roto, làm cho roto quay theo chiều cùng với chiều của từ dường. Khi motor làm việc, tốc độ của rôto (n) luôn luôn nhỏ hơn tốc độ đo được của từ trường (n1). 

Kết quả là rôto quay chậm lại, cho nên chúng luôn nhỏ hơn n1, vì thế nên động cơ còn được gọi tên là động cơ không đồng bộ. Độ sai lệch giữa tốc độ của rôto và tốc độ từ trường còn được gọi là hệ số trượt, được ký hiệu là S, thông thường thì hệ số trượt đo được vào khoảng từ 2% 10%.

4. Motor 1 pha chạy dùng tụ (1 tụ hoặc 2 tụ), công dụng của tụ điện

Mô tơ chạy dùng tụ

Trong motor điện chạy dùng tụ (thường trực) tụ điện duy trì giữ trong mạch cho cả hai việc khởi động và chạy. Tụ điện cải thiện cả hai mô men khởi động và chạy. Để thực hiện điều này, một tụ điện nhỏ hơn quy định cho họat động liên tục cần phải được sử dụng. Các giá trị của tụ điện tiêu biểu từ 10 micro-farads (ví dụ 5, 7.5, 12.5, 15, v.v…) các mô tơ chạy dùng tụ được sử dụng cho các máy bơm, máy quạt thổi, máy làm mát, máy nén, băng tải, v.v… Xem hình 6.22

Mô men của mô tơ.

Mô tơ chạy dùng tụ có mô men khởi động thấp hơn so với mô tơ khởi động dùng tụ bởi vì tụ điện phải được tính toán phù hợp giữa giá trị khởi động tốt và chạy tốt. Mô men khởi động là từ 50% đến 100% của mô men toàn tải.

Tốc độ.

Mô tơ chạy dùng tụ thường là mô tơ có tốc độ cố định. Tốc độ của mô tơ hạ xuống 10% từ không tải đến đầy tải. Một số mô tơ chạy dùng tụ có hai, ba, hoặc bốn tốc độ cố định.

Nguồn điện sử dụng.

Mô tơ chạy dùng tụ phải có nguồn điện 1p cùng điện áp và tần số như mô tơ. Các cấp điện áp tiêu biểu là 115/230 V, 60 chu kỳ.  

Mô tơ chạy và khởi động dùng tụ ( 1 tụ ngâm , 1 tụ đề )

Mô tơ chạy và khởi động dùng tụ dùng cả hai tụ điện để cung cấp một lợi ích, trong cả hai việc khởi động và dùng tụ. Một tụ khởi động mô tơ và tụ thứ hai dùng để chạy mô tơ. Các mô tơ chạy và khởi động dùng tụ thường được sử dụng để kéo các máy nén của các bộ điều hòa không khí nhỏ. 

Mô men của mô tơ.

Mô tơ khởi động và chạy dùng tụ có mô men khởi động và chạy tốt.Mô men khởi động là từ 350% đến 450% của mô men toàn tải.

Tốc độ.

Mô tơ khởi động và chạy dùng tụ thường là mô tơ có tốc độ cố định. Tốc độ hạ xuống từ 10% từ không tải đến đầy tải. Một số mô tơ có hai, ba hoặc bốn tốc độ cố định.

Nguồn điện sử dụng.

Mô tơ khởi động và chạy dùng tụ phải có nguồn điện 1ɸ có cùng điện áp và tần số như mô tơ. Điện áp tiêu biểu là 115/230V, 60 chu kỳ.

5. Ứng dụng của động cơ điện 1 pha

Motor giảm tốc 1 pha 220V công suất 6W, 15W, 25W, 40W, 60W, 90W, 120W, 140Ww, 180W, 200W, 250W,... được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, chẳng hạn như:

• Trong công nghiệp: làm băng truyền, băng tải,...
• Trong nông nghiệp: làm máy ấp trứng, máy cho gà ăn,…
• Trong các máy móc để phục vụ cho đời sống sinh hoạt thường ngày: máy vặt lông vịt, máy vặt lông gà, máy nướng vịt, máy nướng gà…
• Trong các lĩnh vực dùng để quảng cáo: các thiết bị trưng bày, trong quán bar, nhà hàng khách sạn,…
• Tùy thuộc từng lĩnh vực mà người ta yêu cầu sản phẩm có chất lượng tốt và giá thành phải phù hợp. 
• Motor giảm tốc 1 pha 220V công suất 6W, 15W, 25W,...

6. Hướng dẫn cách chọn lựa motor điện 1 pha

Với sự đa dạng của loại động cơ khác nhau hiện nay như: motor điện 1 pha, mô tơ điện 1 pha 2.2kw, motor giảm tốc 1 pha, mô tơ điện 1 pha 2hp, motor điện 1 pha 2hp, mô tơ điện 1 pha 4kw, mô tơ điện 1 pha 3kw, mô tơ điện 1 pha 5kw,.. hay các hãng động cơ khác nhau như : motor Toshiba, motor Mitsubishi, motor Hitachi, motor Teco,… 

Với sự đa dạng của motor hiện nay thì việc lựa chọn giữa chúng là rất khó, vậy nên chúng tôi xin hướng dẫn khách hàng tuân thủ theo các yếu tố cần lưu ý dưới đây để có thể chọn mua được động cơ điện tốt đúng với nhu cầu sử dụng:

• Trên các sản phẩm motor  điện 1 pha, ở phần tem có ghi chép đầy đủ thông tin mức ampe, thậm chí có dòng điện định mức, đến khi lựa chọn motor mới thế, quý khách nên xem loại cũ mà mình đang dùng có được ampe bao nhiêu để có căn cứ mới để lựa chọn cho đúng.
• So với các loại động cơ thường thấy khác, motor điện 1 chiều này chính là loại có ứng dụng rộng rãi đối với hầu hết mọi ngành nghề, nhằm giúp cho tuổi thọ motor được cao hơn ta nên lắp đặt dư tải.Ví dụ như: làm lại các yêu cầu đòi hỏi công suất nặng, giống như là các loại máy nghiền đá, động cơ máy cắt sắt, máy ép để nghiền gỗ hoặc nâng tạ...
• Việc sử dụng động cơ mà không hết tải sẽ giúp động cơ được mát và bền hơn. Các loại motor nhỏ thì bạn nên dùng tối đa 90 95 % tải mà máy cho phép. Đối với các motor lớn hơn thì các bạn hãy dùng trong khoảng từ 85 90% tải.
• Việc lựa chọn motor để có thể làm việc thường xuyên được trong các môi trường có độ ẩm, có bụi cao, chẳng hạn như mưa bụi mùn cưa, bụi vải công nghiệp,… thì các bạn nên chọn lựa các loại motor có cấp độ bảo vệ cao IP55 thay vì các sản phẩm có độ hở với mức bảo vệ IP44.
• Lựa chọn đồng bộ các sản phẩm động cơ điện 1 pha có khả năng phòng chống cháy nổ nếu như phải dùng trong các môi trường có xuất hiện nhiệt độ cao như hầm lò hơi, mỏ quặng hay những nơi sản xuất hóa chất, có thể gây cháy hoặc độc như dầu hỏa, khí gas, khí hiếm,…
• Một số loại motor điện 1 pha xuất xứ từ các hãng Nhật, Đức nếu được sản xuất trước năm 2000 thì thường có kích thước thân motor nhỏ hơn các loại động cơ đời mới sau năm 2000. Vì vậy, trước khi mua motor mới về lắp đặt cho động cơ, bạn nên đo kỹ đường kính trục, chiều ngang, chiều dọc chân đế motor cũ để đảm bảo dễ dàng lắp đặt.

Nên đo kỹ đường kính trục, chiều ngang, chiều dọc chân đế motor

• Khả năng tiết kiệm điện năng cũng như hiệu suất của động cơ sẽ được thể hiện qua hệ số cos. Hệ số này cũng bị ảnh hưởng bởi các yếu tố chủ yếu như độ rỗng của rãnh, các tiết diện dây đồng cùng với chất lượng và từ tính của tôn. 
• Để đảm bảo sự an toàn điện, khi sử dụng động cơ điện 1 pha, chúng ta cần trang bị các chi tiết như: tụ điện, rơle mất pha cũng như các rơle nhiệt để kiểm tra xem phần aptomat chịu được dòng điện là bao nhiêu (A). 

7. Lịch sử phát triển của động cơ điện 1 pha:

• Thế kỷ 19: Michael Faraday phát hiện ra hiện tượng cảm ứng điện từ, đặt nền tảng cho sự phát triển của động cơ điện.
• Năm 1822: Franz Josef Kallina chế tạo thành công động cơ điện 1 pha đầu tiên.
• Cuối thế kỷ 19: Nikola Tesla phát triển động cơ điện xoay chiều cảm ứng từ, góp phần thúc đẩy ứng dụng rộng rãi của động cơ điện 1 pha.
• Thế kỷ 20: Động cơ điện 1 pha được cải tiến liên tục về hiệu suất, độ tin cậy và giá thành.

8. Ví dụ cụ thể về ứng dụng của động cơ điện 1 pha:

• Thiết bị gia dụng: Quạt điện, máy giặt, tủ lạnh, máy điều hòa, máy bơm nước, v.v.
• Máy móc công nghiệp: Máy nén khí, máy bơm, băng tải, máy quạt, máy nghiền, v.v.
• Dụng cụ cầm tay: Máy khoan, máy cắt, máy cưa, máy mài, v.v.

9. Cách bảo trì, bảo dưỡng động cơ điện 1 pha:

• Thường xuyên kiểm tra và vệ sinh động cơ.
• Tra dầu mỡ định kỳ cho các bộ phận chuyển động.
• Kiểm tra độ cách điện của động cơ.
• Bảo vệ động cơ khỏi bụi bẩn, độ ẩm và nhiệt độ cao.

10. Các sự cố thường gặp và cách khắc phục:

• Động cơ không khởi động được: Kiểm tra nguồn điện, tụ điện, rơle mất pha, cuộn dây stato và rôto.
• Động cơ chạy yếu: Kiểm tra điện áp nguồn, tụ điện, cuộn dây stato và rôto.
• Động cơ phát ra tiếng ồn lớn: Kiểm tra độ mòn của các bộ phận chuyển động, khe hở giữa rôto và stato, và sự cân bằng của rôto.

11. So sánh động cơ điện 1 pha với các loại động cơ khác

12. Xu hướng phát triển của động cơ điện 1 pha trong tương lai:

Nội Dung Có Thể Bạn Quan Tâm:

• Động Cơ Điện 1 Pha: Cấu Tạo, Nguyên Lý Hoạt Động Và Ứng Dụng
• Giá Động Cơ Điện 1 Pha Các Công Suất
• Cách Đảo Chiều Động Cơ 1 Pha - Công Tắc Đảo Chiều, Mạch Đảo Chiều Motor 1 Pha
• Hướng Dẫn Cách Quấn Motor 1 Pha Tại Nhà Đơn Giản Nhất
• Động Cơ Điện: Những Loại Mô Tơ Quan Trọng Nhất Trong Đời Sống, Tính Năng Và Ý Nghĩa Kỹ Thuật.
• Giá Động Cơ Điện 3 Pha Đức Nhật Đài Loan, Các Hãng, Các Công Suất
• Động Cơ Điện 3 Pha: Cấu Tạo, Nguyên Lý Hoạt Động Và Ứng Dụng
• Thông Số Kỹ Thuật Motor Điện, Cách Đọc Tem, Kiểm Tra Hiệu Suất Motor, Tiêu Chuẩn Tiết Kiệm Điện
• Khái Niệm Motor Điện. Các Phương Pháp Đấu Điện Khởi Động Motor 3 Pha