Động cơ DC là gì?

Động cơ DC là gì? Cấu tạo động cơ DC và ứng dụng của nó ra sao? Ưu nhược điểm của động cơ DC so với các dòng động cơ khác là gì? Hãy cùng Quạt Trần Italia tìm hiểu chi tiết trong bài viết dưới đây nhé.

1. Động cơ DC là gì?

Động cơ DC tiếng anh là Direct Current Motors. Đây là dòng động cơ 1 chiều, được xem như một máy điện giúp chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học.

Cấu tạo cơ bản

2. Cấu tạo động cơ DC

- Stator (Stato):

Gồm một hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu. Stato đứng yên trên động cơ, có chức năng bảo vệ và hỗ trợ cho động cơ.

Stato tạo ra một từ trường quay điều khiển Roto (hoặc điều khiển ứng dụng), và nhận nguồn cấp điện thông qua thiết bị đầu cuối của nó.

- Trục:

Trục của động cơ DC là gì? Là một linh kiện nằm ở chính giữa động cơ, thường được chế tạo từ kim loại cứng. Các bộ phận, linh kiện khác của động cơ sẽ bao quanh và gắn chặt vào trục.

- Thiết bị đầu cuối:

Nhiệm vụ của thiết bị đầu cuối là bảo vệ và cách ly động cơ DC với môi trường bên ngoài. Thiết bị này có cổ góp vỏ động cơ, tháo lắp dễ dàng.

Một thiết bị đầu cuối gồm 02 cực: tích cực - tiêu cực.

+ Khi dây dương (+) nối với thiết bị đầu cuối (+) và dây âm (-) nối với thiết bị đầu cuô (-): động cơ quay xuôi theo chiều kim đồng hồ.

+ Khi dây (+) nối với thiết bị đầu cuối (-) và dây (-) nối với thiết bị đầu cuối (+): động cơ DC quay ngược chiều kim đồng hồ.

Các thiết bị đầu cuối sẽ cung cấp nguồn điện cho động cơ và kết nối với bàn chải chổi than cùng cánh tay bàn chải trong nắp lưng, cho phép động cơ hoạt động ổn định và liên tục.

- Nam châm:

Các miếng nam châm đều nhau được cố định và xếp thành một vòng tròn bên trong Roto và cuộn dây quấn. Nhờ đó, từ trường của động cơ luôn hoạt động.

02 nam châm sẽ tạo từ trường mạnh, đủ để đi qua được Roto.

Nam châm dùng trong động cơ DC là gì? Nam châm vĩnh cửu

- Roto:

Roto là phần lõi chuyển động và quay liên tục. Chúng được tạo thành từ các cuộn dây và quấn lại để tạo thành nam châm điện. Roto gồm nhiều đĩa, được cách nhiệt với nhau bằng các tấm nhiều lớp.

Các đĩa ngăn tạo ra một dòng điện xoáy lớn, các đĩa càng nhỏ thì hiệu quả động cơ càng cao.

- Bàn chải:

Bàn chải động cơ DC là gì? Tùy vào nhu cầu, có 02 loại: động cơ DC chổi than và không chổi than.

Dù cấu tạo và cách thức hoạt động khác nhau song 2 loại động cơ này đều có chức năng: tạo ra từ trường Roto và khiến Roto quay.

Bàn chải cung cấp nguồn điện cho các cuộn dây. Bàn chải của động cơ DC làm từ một vật liệu dẫn điện bằng carbon, được ví như một tấm kim loại có hoạt động như lò xo.

Các bàn chải được nối trực tiếp với các thiết bị đầu cuối hoặc nguồn cấp điện.

- Cuộn dây:

Cuộn dây trong động cơ DC là gì? Là bộ phận được bao quanh và quấn lấy Roto để tạo ra một từ trường mạnh mẽ.

Mỗi loại dây lại tạo ra một từ trường yếu khi có dòng điện chạy qua, nhưng khi tất cả cuộn dây khác nhau hợp lại sẽ tạo nên một từ trường mạnh.

Một động cơ DC thông thường sẽ có tối thiểu 03 cuộn dây, đảm bảo khả năng hoạt động hiệu quả và nhanh nhạy nhất. Động cơ 2 cuộn dây thường dễ xảy ra tình trạng kẹt, dừng động cơ.

Cấu tạo động cơ DC càng nhiều cuộn dây thì vòng quay càng mượt hơn.

- Bộ chuyển đổi:

Thường chế tạo từ các tấm đồng nhỏ, được gắn lên trục và xoay khi trục xoay.

Mỗi cuộn dây sẽ nối với 2 bộ chuyển đổi và cách ly điện với nhau. Khi các thiết bị có đầu cuối (+) và (-) được kết nối với 2 tấm chuyển đổi: dòng điện đi qua dễ dàng, tạo ra một trường điện từ.

3. Nguyên lý động cơ DC là gì?

Năng lượng điện của động cơ DC được lấy thông qua dòng điện một chiều trực tiếp, từ đó chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học (các vòng quay cơ học). Khi có năng lượng điện, động cơ tạo ra một từ trường bên trong Stato, từ trường hút-đẩy các nam châm trên Roto và làm Roto quay.

Roto phải quay liên tục không ngừng. Để đạt được hiệu quả này, người ta sẽ gắn bộ chuyển đồi vào bản chải đã kết nối với dòng điện, từ đó cung cấp nguồn điện đầu vào cho cuộn dây của động cơ DC.

Tốc độ quay của mỗi động cơ DC lại khác nhau, tùy theo chu kì thời gian. Chu kì thời gian này có thể được tính bằng vòng/phút hoặc nghìn vòng/phút. Các thiết bị điện khác nhau sẽ sử dụng động cơ DC khác nhau.

Ứng dụng động cơ DC trong công nghiệp sản xuất và chế tạo:

- Thiết bị gia dụng

- Lắp ráp quạt trần

- Dao cạo thông minh

- Cửa kính điện ô tô

- V..v..

4. Ưu - nhược điểm của động cơ DC là gì?

Mặc dù có cấu tạo và nguyên lý hoạt động rất đơn giản, song ứng dụng của động cơ DC trong sản xuất và chế tạo một số đồ vật lại rất lớn.

* Ưu điểm của động cơ DC:

- Công suất: dao động trung bình trong khoảng 35 ~ 60W, tiêu thụ điện thấp vì chỉ cần cấp điện cho Stato chứ không cần cấp điện cho Roto.

- Thiết kế đơn giản, nam châm vĩnh cuaru có độ bền cao, tăng tuổi thọ thiết bị lên trung bình 15 năm.

- Do có khả năng biến đổi dòng điện liên tục nên động cơ DC có thể hoạt động hiệu quả với nhiều dòng điện khác nhau.

- Động cơ DC có chổi than: khởi động và điều chỉnh có hiệu suất tốt.

- Tính ứng dụng cao, đặc biệt là trong lắp ráp và sản xuất quạt trần, mang tới những sản phẩm có hiệu quả tiết kiệm điện tốt và không gây tiếng ồn.

* Nhược điểm:

So với động cơ AC thì nhược điểm của động cơ DC là gì?

- Giá thành cao hơn

- Trong quá trình hoạt động, tiếp điểm giữa chổi than và cổ bóp có thể tạo ra các tia điện gây nên tình trạng mài mòn cơ học, từ đó khiến nhiệt độ của động cơ tăng cao, tăng nguy cơ hỏng hoặc chập cháy khi quá tải.

5. Các loại động cơ DC

Dựa trên cấu tạo, nguyên lý hoạt động và mục đích sử dụng, động cơ DC được chia thành 04 loại:

- Động cơ DC có chổi than

- Động cơ DC không chổi than

- Động cơ DC kích thích riêng biệt

- Động cơ DC tự kích thích

Vậy đặc biểm của mỗi loại động cơ DC là gì?

5.1. Động cơ DC có chổi than (Brushed DC Motor)

*Nguyên lý & cấu tạo:

- Dòng điện đi qua cổ bóp và chổi than, tạo ra từ trường Roto (bộ phận quay).

- Cuộn dây từ trường hoặc nam châm vĩnh cửu tạo ra từ trường của Stato (bộ phận đứng im).

* Ưu điểm:

- Động cơ DC có chổi than có giá thành rẻ, an toàn và dễ sử dụng.

- Hiệu suất hoạt động: trung bình

- Có thể thay thế chổi than khi bị mòn.

* Nhược điểm:

- Nếu thường xuyên sử dụng ở mức công suất cao thì dễ bị hao mòn, giảm tuổi thọ.

- Phải bảo trì và thay mới chổi than thường xuyên.

5.2. Động cơ DC không chổi than (Brushless DC motor)

* Nguyên lý & cấu tạo: từ trường Roto tạo ra nhờ nam châm vĩnh cửu và chuyển động của mạch điện từ di chuyển quanh Stato.

Động cơ DC không chổi than có tốc độ quay của Roto bằng với tốc độ của từ trường, do đó chúng được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp tự động, ô tô, y tế, máy in, thiết bị đo đạc.

Ưu nhược điểm của loại động cơ DC là gì?

* Ưu điểm:

- Vận hành êm ái, mượt mà

- Hiệu suất sử dụng: cao (90%)

- Tăng/giảm tốc độ nhanh chóng trong một thời gian ngắn

- Cấu tạo động cơ DC không chổi than gọn & nhẹ

- Khi hoạt động không tạo ra tia lửa điện nên không có sự bào mòn, tuổi thọ cao hơn so với động cơ DC có chổi than.

* Nhược điểm: chi phí cao

5.3. Động cơ DC kích thích riêng biệt

Do có nguồn cấp điện riêng cho cuộn dây và cuộn dây trường, tách biệt về mặt điện với nhau.

- Hoạt động của dòng cảm ứng và dòng điện trường là riêng biệt nên dòng điện đầu vào được tính bằng tổng 2 dòng điện cảm ứng và dòng điện trường.

- Tốc độ động cơ không đổi mà phụ thuộc vào tải >> Có thể ứng dụng trong nhiều mô-men khởi động thấp.

- Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách:

+ Tăng tốc độ: lắp thêm điện trở nối tiếp với mạch kỉ tử.

+ Giảm tốc độ: lắp đặt thêm điện trở nối tiếp với phần cứng.

5.4. Động cơ DC tự kích thích

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ DC là gì? Có khác biệt so với 3 loại động cơ còn lại không?

* Cấu tạo & nguyên lý hoạt động:

- Cấu tạo gồm các cuộn dây lĩnh vực và ứng dụng được kết nối với nhau, các cuộn dây dùng chung 1 nguồn cấp điện duy nhất.

- Gồm các kiểu kết nối: nối tiếp, song song & hỗn hợp. Mỗi kết nối có cấu tạo và chức năng riêng, nhằm đảm bảo động cơ DC tự kích thích luôn hoạt động ổn định & hiệu quả.

* Đặc điểm:

- Tốc độ: tối đa 5000 vòng/phút

- Động cơ DC tự kích nối tiếp: phù hợp với các ứng dụng cần mô-men khởi động lớn (cần cẩu, tời,..). Tuy nhiên cần tránh vận hành động cơ nối tiếp ở chế độ không tải, vì chúng có thể tăng tốc tới mức không kiểm soát được.

Trên đây là những thông tin chi tiết về động cơ DC. Hy vọng bài viết sẽ giúp bạn hiểu động cơ DC là gì, có mấy loại và cấu tạo, nguyên lý hoạt động ra sao.

Cảm ơn bạn đã theo dõi bài viết!