Động cơ 1 chiều ngày nay không chỉ xuất hiện trong dân dụng. Mà chúng đang có mặt ngày càng nhiều hơn trong các hệ thống công nghiệp. Đơn cử như động cơ servo, động cơ bước…
Động cơ DC là gì?
Động cơ một chiều (DC) là động cơ biến năng lượng từ dòng điện một chiều và thành cơ năng.
Bạn có biết, động cơ DC đầu tiên được phát triển vào khoảng những năm 1830-1840.
Ban đầu, chúng không thành công về mặt thương mại, bởi vì nguồn cấp năng lượng chủ yếu là pin. Mà lúc này pin thì cực kỳ đắt đỏ nhưng chất lượng thì lại thấp.
Cho đến khi lưới điện được tạo ra và pin sạc được phát minh vào cuối những năm 1800. Thì động cơ 1 chiều DC mới được thương mại hoá và có mặt trên thị trường.
Một số ví dụ về các ứng dụng mà chúng vẫn được sử dụng cho đến nay như:
- Dùng trong cần cẩu
- Ở các dây chuyền, băng tải
- Công cụ máy móc cầm tay
- Đồ chơi trẻ em
- Bộ khởi động động cơ trên ô tô…
Phân loại động cơ 1 chiều
Chúng ta thường thấy các tài liệu trên mạng hay ohân loại động cơ 1 chiều theo phương pháp kích từ, như: kích từ nối tiế, kích từ song song, kích từ hỗn hợp,…Trong phần viết này, mình sẽ đưa ra một cách phân loại khác, các bạn cùng thảo luận nhé!
Động cơ có chổi than
Loại động cơ này tạo ra từ trường trong rôto (bộ phận quay) bằng cách cho dòng điện đi qua cổ góp và cụm chổi than, do đó có thuật ngữ “Chổi than”. Từ trường của stato (phần đứng yên) được tạo ra bằng cách sử dụng cuộn dây từ trường stato hoặc nam châm vĩnh cửu. Nói chung động cơ DC có chổi than rẻ, nhỏ và dễ điều khiển.
Động cơ không chổi than
Loại động cơ này tạo ra từ trường trong rôto bằng cách sử dụng nam châm vĩnh cửu gắn vào nó và sự chuyển mạch bằng điện tử.
Chúng thường nhỏ hơn nhưng đắt hơn so với động cơ DC loại chổi than thông thường. Vì chúng sử dụng công tắc “hiệu ứng Hall” trong stato, để tạo ra trình tự quay stato cần thiết. Nhưng chúng có đặc tính mô-men xoắn / tốc độ tốt hơn, hiệu quả hơn và có tuổi thọ hoạt động lâu hơn các loại có chổi than tương đương.
Động cơ Servo
Loại động cơ này về cơ bản là động cơ DC có chổi than với một số dạng điều khiển phản hồi vị trí kết nối với trục rôto. Chúng được kết nối và điều khiển bằng bộ điều khiển loại PWM và chủ yếu được sử dụng trong các hệ thống điều khiển vị trí và các mô hình điều khiển bằng sóng vô tuyến.
Song, động cơ điện một chiều bình thường có đặc tính gần như tuyến tính với tốc độ quay của chúng. Được xác định bởi điện áp một chiều đặt vào và mômen đầu ra của chúng được xác định bởi dòng điện chạy qua các cuộn dây của động cơ.
Tốc độ quay của bất kỳ động cơ DC nào có thể thay đổi từ vài vòng/phút đến nhiều nghìn vòng/phút, phù hợp với các ứng dụng điện tử, ô tô hoặc rô bốt. Bằng cách kết nối chúng với hộp số, tốc độ đầu ra của chúng có thể được giảm xuống đồng thời tăng công suất mô-men xoắn của động cơ ở tốc độ cao.
Cấu tạo động cơ DC
Động cơ điện một chiều có cấu tạo gồm có:
- Stato
- Rôto
- Cổ góp có chổi than
Sự phân cực ngược nhau giữa hai từ trường bên trong động cơ làm cho nó quay. Động cơ DC là loại động cơ đơn giản nhất và được sử dụng trong các thiết bị gia dụng, chẳng hạn như dao cạo điện và cửa sổ điện trên ô tô.
Nguyên lý hoạt động của động cơ điện 1 chiều
Động cơ điện một chiều được trang bị nam châm vĩnh cửu hoặc cuộn dây điện từ, để tạo ra từ trường.
Khi dòng điện đi qua phần ứng, còn được gọi là cuộn dây, đặt giữa cực bắc và cực nam của nam châm, từ trường do phần ứng tạo ra tương tác với từ trường từ nam châm và tạo ra mômen.
Hướng của lực này được xác định theo quy tắc bàn tay trái của Fleming và độ lớn của nó được tính bởi F = B.I.L. Trong đó, B = mật độ từ thông, I = dòng điện và L = chiều dài của dây dẫn trong từ trường.
Quy tắc bàn tay trái của Fleming: Nếu chúng ta duỗi ngón thứ nhất, ngón thứ hai và ngón cái của bàn tay trái vuông góc với nhau và hướng của từ trường được biểu thị bằng ngón thứ nhất, chiều của dòng điện được biểu thị bằng ngón thứ hai. , thì ngón tay cái biểu thị hướng của lực tác dụng bởi vật dẫn dòng điện.
Trong động cơ điện một chiều, nam châm tạo thành stato, phần ứng được đặt trên rôto và một cổ góp chuyển dòng điện từ cuộn dây này sang cuộn dây kia. Cổ góp kết nối nguồn điện đứng yên với phần ứng thông qua việc sử dụng chổi than hoặc thanh dẫn điện. Hơn nữa, động cơ DC hoạt động với tốc độ cố định đối với điện áp cố định và không có hiện tượng trượt.
Ưu nhược điểm của động cơ DC
Ưu điểm
Khi nói đến tốc độ khởi động và điều chỉnh, động cơ điện một chiều có chổi than có hiệu suất tốt. Mật độ mô-men xoắn tương đối cao đối với các động cơ này.
Động cơ một chiều chạy êm và phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng. Khả năng quá tải tốt và nhiễu điện từ nhỏ.
Nhược điểm
Nhược điểm của động cơ điện một chiều là cấu trúc. Có tiếp điểm trượt giữa cổ góp và chổi than. Điều này gây ra tia lửa điện và mài mòn cơ học. Động cơ một chiều có tuổi thọ tương đối ngắn vì điều này và động cơ có chi phí bảo trì cao.
Ứng dụng của động cơ DC
Nhờ có các loại động cơ điện một chiều khác nhau, nên có rất nhiều ứng dụng cho loại động cơ DC này.
Mặc dù mỗi loại đều có những ưu điểm, nhưng nói rộng ra, động cơ DC có nhiều cách sử dụng khác nhau.
Ở xung quanh chúng ta, động cơ DC nhỏ được sử dụng trong các công cụ, đồ chơi và các thiết bị gia dụng khác nhau.
Trong công nghiệp, các ứng dụng của động cơ DC bao gồm băng tải và bàn xoay,… việc sử dụng động cơ DC công suất lớn trong các ứng dụng như phanh và đảo chiều…
Một số ví dụ cụ thể hơn cho động cơ DC:
- Động cơ DC dùng trong quạt máy: Mặc dù quạt truyền thống sử dụng động cơ AC nhưng ngày càng có nhiều quạt trần động cơ DC tung ra thị trường. Những chiếc quạt này đang trở nên phổ biến vì chúng tiết kiệm hơn nhiều so với các loại quạt tương đương AC, nhờ vào cách thức hoạt động của chúng. Nhược điểm thực sự duy nhất của quạt động cơ DC là giá thành của nó, nhưng năng lượng tiết kiệm được dễ dàng bù đắp điều này.
- Máy bơm thủy lực: Là một công cụ công nghiệp thiết yếu, được sử dụng trong hầu hết các ngành công nghiệp bao gồm: xây dựng, khai thác mỏ, sản xuất thép… Động cơ DC được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các máy bơm này vì khả năng điều khiển tốc độ thay đổi dễ dàng và phản ứng tuyệt vời khi di chuyển.
- Động cơ DC sử dụng trong ôtô điện.
- Động cơ 1 chiều DC sử dụng trong ngành chế tạo Robot…
Tóm lược
Ngày nay, chúng ta không chỉ thấy và biết đến động cơ 1 chiều có mặt ở các bộ đồ chơi trẻ em. Mà chúng còn xuất hiện nhiều trong công cụ điện cầm tay, xe điện và robot,…
Những hệ thống máy móc dùng động cơ DC kéo băng chuyền từ tín hiệu chuyển đổi do các cảm biến đưa về bộ điều khiển…
Bài viết này hy vọng sẽ đem đến cho các bạn cái nhìn tổng quan hơn, mới hơn về các loại động cơ 1 chiều trong thực tế. Cảm ơn các bạn đã xem bài viết!
