Động cơ DC là gì?

Động cơ dòng điện một chiều (DC) là một loại máy điện chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học. Động cơ DC lấy năng lượng điện thông qua dòng điện một chiều và chuyển năng lượng này thành chuyển động quay cơ học.

Động cơ DC sử dụng từ trường sinh ra từ dòng điện chạy qua, cung cấp năng lượng cho chuyển động của rôto cố định trong trục đầu ra. Mô-men xoắn và tốc độ đầu ra phụ thuộc vào cả đầu vào điện và thiết kế của động cơ.

Đông cơ DC hoạt động như thế nào?

Thuật ngữ 'động cơ DC' được sử dụng để chỉ bất kỳ máy điện quay nào chuyển đổi năng lượng điện một chiều thành năng lượng cơ học. Động cơ DC có thể khác nhau về kích thước và công suất, từ động cơ nhỏ trong đồ chơi và thiết bị đến các cơ cấu lớn cung cấp năng lượng cho xe, kéo thang máy cũng như dẫn động các máy cán thép.

Động cơ DC bao gồm hai thành phần chính: stato và rotor. Stator là bộ phận đứng yên của động cơ, còn phần rotor quay. Trong động cơ DC, stato cung cấp một từ trường quay làm cho phần rotor quay.

Một động cơ DC đơn giản sử dụng một bộ nam châm cố định trong stato và một cuộn dây có dòng điện chạy qua nó để tạo ra một trường điện từ thẳng hàng với tâm của cuộn dây. Một hoặc nhiều cuộn dây cách điện được quấn quanh lõi động cơ để tập trung từ trường.

Các cuộn dây cách điện được nối với một cổ góp (một công tắc điện quay), đặt dòng điện vào cuộn dây. Cổ góp cho phép mỗi cuộn dây phần ứng lần lượt được cấp điện, tạo ra một lực quay ổn định (gọi là mô men xoắn).

Khi các cuộn dây được bật và tắt theo trình tự, một từ trường quay được tạo ra tương tác với các từ trường khác nhau của nam châm đứng yên trong stato để tạo ra mô-men xoắn, khiến nó quay. Những nguyên lý hoạt động chính này của động cơ DC cho phép chúng chuyển đổi năng lượng điện từ dòng điện một chiều thành năng lượng cơ học thông qua chuyển động quay, sau đó có thể được sử dụng để đẩy các vật thể.

Động cơ DC chổi than (Brushed DC motors)

Động cơ DC chổi than là gì?

Động cơ DC có chổi than là động cơ DC nguyên bản, có từ thiết kế ban đầu của Sprague. Động cơ chổi than cổ điển có bộ chuyển mạch để đảo chiều dòng điện sau mỗi nửa chu kỳ và tạo ra mô-men xoắn một chiều.

Hiện nay động cơ DC có chổi than vẫn phổ biến cho động cơ đẩy điện, cần cẩu, máy giấy và nhà máy cán thép, nhiều động cơ đã bị loại bỏ để chuyển sang mô hình không chổi than hiệu quả hơn trong những năm gần đây.

RS550 Động Cơ DC 12VDC, 8800 rpm, Trục 3.17mm

Động cơ DC chổi than hoạt động như thế nào?

Động cơ DC có chổi than sử dụng các tiếp điểm mềm được gọi là 'chổi than' để đảm bảo động cơ quay theo một hướng. Tốc độ của động cơ chổi than có thể thay đổi theo điện áp hoạt động hoặc cường độ từ trường.

Có một số loại động cơ DC có chổi than khác nhau, chúng khác nhau tùy thuộc vào kết nối với phần quay rotor.

Động cơ DC không chổi than (Brushless DC motors)

Động cơ DC không chổi than là gì?

Động cơ DC không chổi than còn được gọi là động cơ chuyển mạch điện tử hoặc động cơ DC đồng bộ và khác với động cơ chổi than nhờ sự phát triển của thiết bị điện tử trạng thái rắn.

Sự khác biệt chính giữa động cơ DC không chổi than và các loại động cơ khác là chúng không có cổ góp, được thay thế bằng cơ chế trợ động điện tử có khả năng phát hiện và điều chỉnh góc của rôto.

Động cơ DC không chổi than có một số ưu điểm. Cổ góp sử dụng các tiếp điểm mềm gọi là 'bàn chải' bị mòn theo thời gian. Do đó, động cơ DC không chổi than bền hơn và cũng an toàn hơn so với thiết kế cổ điển hơn.

A2208/8T 2600KV Động Cơ Brushless Trục 3.17mm

Động cơ DC không chổi than hoạt động như thế nào?

Tất cả các động cơ điện đều phát triển mô-men xoắn bằng cách xen kẽ cực tính của nam châm quay gắn với rôto và nam châm đứng yên trên stato xung quanh. Ít nhất một trong những bộ nam châm này là nam châm điện, được làm từ một cuộn dây quấn quanh lõi sắt.

Trong động cơ DC, DC chạy qua cuộn dây tạo ra từ trường. Mỗi lần phần ứng quay 180°, vị trí của cực bắc và cực nam sẽ bị đảo ngược. Nếu từ trường của các cực không đổi thì rôto sẽ không quay. Để tạo ra mô-men xoắn theo một hướng trong động cơ DC, hướng của dòng điện phải được đảo ngược sau mỗi vòng quay 180° của phần ứng.

Trong động cơ chổi than truyền thống, việc này sẽ được thực hiện bởi một cổ góp, nhưng trong động cơ DC không chổi than, thay vào đó, một cảm biến điện tử sẽ phát hiện góc của rôto, với các công tắc bán dẫn được điều khiển để đảo chiều dòng điện hoặc tắt nó đúng lúc. thời gian quay để tạo ra mô men xoắn theo một hướng.

Động cơ shunt DC là gì?

Động cơ shunt DC là một loại động cơ chổi than có cuộn dây kích từ được nối song song với phần ứng. Động cơ DC quấn song song có dòng điện thấp hơn do có các cuộn dây song song.

Động cơ shunt được sử dụng cho các ứng dụng yêu cầu mô men xoắn không đổi, trong đó tải không bị thay đổi đáng kể theo tốc độ, chẳng hạn như băng tải, máy trộn và tời.

Các cuộn dây kích từ cụ thể cung cấp các đặc tính động cơ song song độc đáo khiến nó trở thành sự lựa chọn hiệu quả cho các ứng dụng mô-men xoắn không đổi. Nhiều động cơ DC song song có đặc tính tốc độ không đổi, với sự khác biệt nhỏ giữa tốc độ không tải và đầy tải là lợi ích chính của loại động cơ này.

Động cơ DC nối tiếp là gì?

Động cơ DC dây quấn nối tiếp là loại động cơ chổi than cuối cùng trong hướng dẫn này. Sự khác biệt chính giữa loại động cơ này và động cơ shunt đã thảo luận trước đây là cuộn dây kích từ được mắc nối tiếp. Điều này có nghĩa là toàn bộ dòng điện phần ứng truyền đến cuộn dây kích từ, tạo ra tốc độ nhanh hơn nhiều.

Vì không thể điều chỉnh điện áp nguồn nên động cơ DC nối tiếp không thể điều chỉnh tốc độ của chúng một cách đặc biệt tốt.

Mặc dù đây là vấn đề đối với một số ứng dụng, nhưng nó đặc biệt hữu ích cho các công việc yêu cầu mô-men xoắn khởi động cao, chẳng hạn như dụng cụ điện và máy may.

Các đặc tính cụ thể của động cơ dòng DC mang lại mục đích rõ ràng và khác biệt. Động cơ DC Geared Aulhaber Brushed là một ví dụ điển hình về lợi ích của động cơ dây quấn nối tiếp, có mô-men xoắn khởi động cao lý tưởng cho các thiết bị.

Ứng dụng của động cơ DC

Nhờ có nhiều loại động cơ DC khác nhau nên có rất nhiều ứng dụng cho động cơ DC. Phần trước đã xem xét một số ứng dụng và hoàn cảnh khác nhau khi sử dụng động cơ DC cũng như lợi ích của các loại động cơ khác nhau.

Mặc dù mỗi loại đều có những ưu điểm riêng, nhưng nói chung, động cơ DC có nhiều cách sử dụng khác nhau. Ở nhà, động cơ DC nhỏ được sử dụng trong các dụng cụ, đồ chơi và các thiết bị gia dụng khác nhau. Trong bán lẻ, các ứng dụng của động cơ DC bao gồm băng tải và bàn xoay, trong khi ở môi trường công nghiệp, việc sử dụng động cơ DC lớn cũng bao gồm các ứng dụng phanh và đảo chiều.

Dưới đây là một số cách sử dụng cụ thể hơn cho động cơ DC:

Động cơ DC cho quạt

Mặc dù quạt trần truyền thống sử dụng động cơ AC nhưng ngày càng có nhiều quạt trần động cơ DC được tung ra thị trường. Những chiếc quạt này đang trở nên phổ biến vì chúng tiết kiệm hơn nhiều so với loại quạt tương đương AC, nhờ vào cách chúng hoạt động.

Như chúng ta đã tìm hiểu trong hướng dẫn này, động cơ DC sử dụng từ trường để xử lý năng lượng điện thành năng lượng cơ học và bằng cách sử dụng động cơ không chổi than, quạt trần động cơ DC có thể hoạt động từ nguồn điện xoay chiều tiêu chuẩn trong gia đình. Nhược điểm thực sự duy nhất của quạt động cơ DC là giá thành, nhưng khả năng tiết kiệm năng lượng dễ dàng bù đắp điều này.

Động cơ DC cho máy bơm

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 và thép. Động cơ DC được sử dụng để cấp nguồn cho các máy bơm này vì khả năng điều khiển tốc độ thay đổi dễ dàng và phản ứng tuyệt vời khi di chuyển.

Giống như quạt trần, máy bơm động cơ DC cũng được hưởng lợi từ sự phát triển của động cơ DC không chổi than chi phí thấp hơn, dễ bảo trì hơn nhiều trên phạm vi công nghiệp lớn như vậy.

Động cơ DC cho ô tô điện

Trong khi có nhiều loại động cơ khác nhau được sử dụng trong ô tô điện, động cơ DC cho ô tô điện được sử dụng rộng rãi vì hiệu quả sử dụng năng lượng và độ bền.

Ngoài các nhà sản xuất chuyên nghiệp, nhiều người có sở thích và nhà sản xuất ô tô phụ kiện thích động cơ DC lớn vì mô-men xoắn khởi động cao hơn, đặc biệt là động cơ dây quấn nối tiếp và tốc độ thay đổi theo điện áp đầu vào.

Động cơ DC cho robot

'Robot' là một thuật ngữ rộng, nhưng đối với nhiều người có sở thích và kỹ sư, robot là bất kỳ thiết bị cơ điện nào được thiết kế để thực hiện một nhiệm vụ cụ thể. Động cơ DC cho robot được sử dụng để 'kích hoạt' thứ gì đó, chẳng hạn như đường ray, cánh tay hoặc máy ảnh, với động cơ này đặc biệt phổ biến vì một số lý do.

Động cơ DC đặc biệt tiện lợi vì chúng có mô-men xoắn và hiệu suất cao, khiến chúng trở nên lý tưởng cho chế tạo robot.