1/ Tổng quan về động cơ
Động cơ là thiết bị chuyển đổi năng lượng từ một dạng (hóa năng, điện năng, nhiệt năng) thành cơ năng để thực hiện công cơ học hoặc chuyển động quay.
Vai trò của động cơ trải dài từ các hệ thống công nghiệp nặng, phương tiện giao thông, đến các thiết bị gia dụng và tự động hóa, là nền tảng cho phần lớn quy trình sản xuất và cuộc sống hiện đại.
2/ Phân loại động cơ
- Động cơ đốt trong: sử dụng nhiên liệu lỏng hoặc khí (xăng, diesel) và chu trình nhiệt Otto, Diesel để sinh công cơ học.
- Động cơ điện: tận dụng nguyên lý cảm ứng điện từ, chuyển hóa điện năng thành cơ năng qua stator và rotor.
- Tua-bin khí và tua-bin hơi nước: dùng áp suất khí hoặc hơi nước giãn nở để quay tua-bin, thường thuộc nhóm tuabin nhiệt độ cao.
- Các dạng chuyên dụng: động cơ bước, servo, động cơ không đồng bộ, động cơ nam châm vĩnh cửu, động cơ trực tiếp (direct-drive)…
3/ Động cơ đốt trong
3.1/ Nguyên lý hoạt động
Động cơ đốt trong hoạt động dựa trên chu trình nhiệt kín (Otto) hoặc chu trình nén tự nhiên (Diesel), nơi hỗn hợp nhiên liệu-không khí được nén và đốt cháy trực tiếp trong xi-lanh, sinh áp suất đẩy piston tạo mô-men xoắn lên trục khuỷu.
3.2/ Cấu tạo cơ bản
- Xi-lanh: buồng cháy kín, nơi hỗn hợp nhiên liệu nén và đốt cháy.
- Piston và thanh truyền: biến đổi áp suất thành động năng dịch chuyển tịnh tiến.
- Trục khuỷu: chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay.
- Cơ cấu phân phối (xu-páp, trục cam): đóng mở hai cửa nạp-xả.
- Hệ thống nhiên liệu (phun xăng, bơm cao áp, kim phun) và đánh lửa (bugi).
- Hệ thống bôi trơn và làm mát: duy trì nhiệt độ và giảm mài mòn.
3.3/ Chu trình nhiệt
Chu trình Otto gồm bốn kỳ: hút, nén, nổ-xả, xả. Chu trình Diesel khác chu trình Otto ở giai đoạn nén cao và phun nhiên liệu ngay trước kỳ nổ để đạt hiệu suất nhiệt cao hơn nhưng phát sinh tiếng ồn và khí thải NOₓ lớn hơn.
3.4/ Ưu nhược điểm
- Ưu điểm: mật độ công suất cao, cơ sở hạ tầng phụ trợ rộng khắp, khả năng đáp ứng tải nặng.
- Nhược điểm: hiệu suất nhiệt thực tế chỉ đạt 30 - 40%, phát thải CO₂, NOₓ, tiếng ồn, yêu cầu bảo trì định kỳ phức tạp.
4/ Động cơ điện
4.1/ Nguyên lý hoạt động
Động cơ điện dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ: dòng điện chạy qua cuộn dây tạo từ trường tương tác với từ trường trên rotor, sinh ra mô-men xoắn làm quay rotor và trục chính.
4.2/ Cấu tạo cơ bản
- Stator (phần tĩnh): lõi thép ghép và cuộn dây sinh từ trường.
- Rotor (phần quay): có thể là lồng sóc nhôm (không đồng bộ) hoặc có cuộn dây/nam châm vĩnh cửu (đồng bộ).
- Khung máy: bảo vệ và định vị stator, rotor.
- Ổ trục (vòng bi): dẫn hướng và giảm ma sát trục quay.
- Phụ kiện: quạt làm mát, hộp đấu dây, chổi than (cho động cơ DC).
4.3/ Phân loại
- Động cơ một chiều (DC motor): điều khiển tốc độ dễ dàng nhưng cần bảo trì chổi than.
- Đa pha không đồng bộ (AC induction): bền bỉ, chi phí thấp, phổ biến trong công nghiệp.
- Đồng bộ (synchronous): rotor quay đồng bộ với tần số lưới, dùng cho biến tần và xe điện.
- Động cơ bước, servo: phục vụ vị trí và tốc độ chính xác cao trong robot và CNC.
4.4/ Ưu nhược điểm
- Ưu điểm: hiệu suất cao (tới 95%), mô-men khởi động lớn, độ tin cậy cao, bảo trì thấp, không phát thải tại điểm sử dụng.
- Nhược điểm: chi phí đầu tư ban đầu (biến tần, điều khiển) và phụ kiện tản nhiệt, lọc nhiễu; phụ thuộc lưới điện hoặc nguồn DC.
5/ Tua-bin khí và hơi nước
Tua-bin nhiệt dùng áp suất cao của khí hoặc hơi nước phun qua cánh tua-bin để sinh công quay. Thành phần chính gồm buồng đốt (với tua-bin khí), bộ giải nhiệt (với tua-bin hơi), trục, cánh tua-bin và hệ thống hồi lưu nước/đốt nhiên liệu phụ trợ. Động cơ này có công suất rất lớn, hiệu suất tổng thể đạt 35 - 60% tùy công nghệ và chu trình tổ hợp khí-hơi.
6/ Tiêu chí đánh giá động cơ
- Công suất định mức (kW/HP): khẳng định khả năng sinh công liên tục ở điều kiện tải nhất định.
- Mô-men xoắn (Nm): chỉ tải trọng tối đa mà trục có thể chịu trước khi chững tốc độ.
- Hiệu suất (%) và tiêu hao năng lượng: tỉ lệ năng lượng đầu vào chuyển thành cơ năng; càng cao càng tiết kiệm.
- Hệ số công suất (Power Factor): cho động cơ AC, càng gần 1 càng giảm tổn hao và chi phí điện.
- Cấp bảo vệ IP và lớp cách điện: quyết định khả năng chịu bụi, nước và nhiệt độ môi trường.
7/ Ứng dụng thực tiễn
- Công nghiệp nặng và chế tạo: băng tải, máy ép, máy CNC, bơm công suất lớn.
- Giao thông vận tải: ô tô, xe máy (động cơ đốt trong và điện), tàu thủy, máy bay.
- Dân dụng và tòa nhà: hệ thống điều hòa, quạt, thang máy, máy bơm nước.
- Tự động hóa và robot: servo, động cơ bước, động cơ đồng bộ cho vị trí và tốc độ cực chính xác.
8/ Xu hướng phát triển
Các xu hướng chính bao gồm điện hóa phương tiện, ứng dụng động cơ IE4 - IE5 tiết kiệm năng lượng trong công nghiệp, tích hợp cảm biến và điều khiển thông minh, cũng như chuyển đổi sang nhiên liệu sinh học và hydro để giảm phát thải carbon.
9/ Kết luận
Sự đa dạng về nguyên lý, cấu tạo và ứng dụng của động cơ cho thấy tầm quan trọng không thể thay thế trong công nghiệp và cuộc sống. Việc hiểu rõ ưu nhược điểm, tiêu chí kỹ thuật và xu hướng phát triển giúp lựa chọn, vận hành và bảo trì động cơ hiệu quả, bền vững.
QTE Technologies hiện đang phân phối các loại động cơ của nhiều thương hiệu nổi tiếng trên thế giới.
Chúng tôi tự hào là một nhà cung cấp MRO toàn cầu, phục vụ khách hàng tại hơn 180 quốc gia và luôn nỗ lực hết mình để đảm bảo khách hàng có được trải nghiệm trọn vẹn và hài lòng. Chúng tôi thành lập năm 2010 cung cấp hơn 1 triệu sản phẩm cho mọi ngành công nghiệp và khoa học kỹ thuật. Ngoài ra, bạn có thể liên hệ với chúng tôi bất cứ lúc nào thông qua hỗ trợ trò chuyện 24×7, điện thoại, WhatsApp hoặc email. Khám phá những gì khách hàng có giá trị của chúng tôi nói về dịch vụ của chúng tôi trên trang đánh giá chuyên dụng của chúng tôi.
Tác giả bài viết: Ban biên tập của QTE Technologies (có nền tảng vững chắc về cả kỹ thuật và sáng tạo - tích lũy hơn 15 năm kinh nghiệm).
