Động cơ AC là một thiết bị chuyển đổi năng lượng điện xoay chiều (AC) thành năng lượng cơ học, và hoạt động của nó dựa trên các nguyên lý điện từ cơ bản. Để hiểu cách thức hoạt động của nó, hãy cùng phân tích các thành phần chính và chuỗi sự kiện tạo nên chuyển động.

 

Trước tiên, chúng ta hãy xác định các bộ phận chính. Hầu hết động cơ AC, đặc biệt là động cơ cảm ứng thông thường, bao gồm hai thành phần chính: stato và rôtoStato là phần bên ngoài cố định của động cơ, chứa một tập hợp các nam châm điện (gọi là cuộn dây stato) được sắp xếp theo hình tròn quanh trục trung tâm. Các cuộn dây này được kết nối với nguồn điện xoay chiều. Mặt khác, rotor là phần bên trong quay, thường là một lõi hình trụ làm bằng các tấm kim loại nhiều lớp với các thanh dẫn điện (thường là đồng hoặc nhôm) được nhúng vào bề mặt, tạo thành cấu trúc "lồng sóc" trong nhiều động cơ cảm ứng. Các thanh này được nối tắt ở cả hai đầu bằng các vòng, cho phép dòng điện chạy qua chúng.

 

Sự kỳ diệu của động cơ AC bắt đầu với từ trường quay được tạo ra bởi stato. Khi dòng điện xoay chiều chạy qua các cuộn dây stato, mỗi cuộn dây trở thành một nam châm điện có cực tính đảo ngược khi dòng điện thay đổi (vì dòng điện xoay chiều AC thay đổi hướng định kỳ). Điều quan trọng là các cuộn dây stato được đặt cách nhau một góc nhất định (thường là 120 độ trong động cơ ba pha) và được kết nối với các pha của nguồn điện xoay chiều không đồng bộ với nhau. Độ lệch pha này khiến từ trường do stato tạo ra quay trơn tru quanh trục với tốc độ được gọi là tốc độ đồng bộ, phụ thuộc vào tần số của nguồn điện xoay chiều và số cực trong các cuộn dây stato. Ví dụ, nguồn điện 60 Hz với stato 4 cực tạo ra tốc độ đồng bộ là 1800 vòng/phút (RPM).

 

Kế tiếp, cảm ứng điện từ bắt đầu hoạt động, khiến rô-to quay. Khi từ trường quay từ stato cắt qua các thanh dẫn điện của rô-to, nó tạo ra dòng điện trong các thanh dẫn điện của rô-to (nhờ định luật cảm ứng điện từ Faraday). Dòng điện cảm ứng này, đến lượt nó, tạo ra từ trường riêng xung quanh rô-to (định luật Ampère). Tương tác giữa từ trường quay của stato và từ trường của rô-to tạo ra một mô-men xoắn - một lực xoắn - khiến rô-to chuyển động theo từ trường quay.

 

Trong động cơ cảm ứng, rôto không bao giờ đạt được tốc độ đồng bộ của từ trường stato. Sự khác biệt này, được gọi là trượt, là cần thiết để duy trì sự cảm ứng dòng điện trong rôto. Nếu rôto khớp với tốc độ đồng bộ, sẽ không có chuyển động tương đối giữa rôto và từ trường, do đó không có dòng điện cảm ứng và không có mô-men xoắn nào được tạo ra. Thay vào đó, rôto quay ở tốc độ thấp hơn một chút (thường thấp hơn 2–5% so với tốc độ đồng bộ trong động cơ tiêu chuẩn), đảm bảo sự cảm ứng liên tục của dòng điện và mô-men xoắn.

 

Tóm lại, động cơ AC hoạt động nhờ sự phối hợp giữa từ trường quay (được tạo ra bởi các cuộn dây chạy bằng dòng điện xoay chiều của stato) và cảm ứng điện từ (tạo ra dòng điện trong rôto, tạo ra từ trường tương tác với từ trường của stato để tạo ra mô-men xoắn). Quá trình tinh tế này chuyển đổi hiệu quả năng lượng điện thành chuyển động cơ học, khiến động cơ AC trở nên không thể thiếu trong vô số ứng dụng, từ thiết bị gia dụng đến máy móc công nghiệp.