Những điều cần biết về động cơ điện một chiều (DC motor)

Động cơ điện một chiều (DC) là loại động cơ (motor) đã được phát triển từ hàng chục năm nay với rất nhiều ứng dụng cho các loại máy móc hiện đại như máy hút bụi, máy khoan, máy cắt… Trong bài viết này hãy cùng chúng tôi tìm hiểu khái niệm, nguyên lý, và các ứng dụng của loại động cơ này.

Khái niệm

Động cơ điện một chiều hay còn gọi là động cơ DC (viết tắt của Direct Current Motors) là loại động cơ sử dụng dòng điện một chiều (dòng điện có hướng xác định) để biến đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học. Hiểu một cách khác đây là loại động cơ chỉ sử dụng dòng điện một chiều và trải qua quá trình biến đổi sẽ biến điện năng thành cơ năng.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cấu tạo chung

• Gồm có 3 phần chính đó là rotor (phần ứng), stato (phần cảm) và phần cổ góp – chỉnh lưu:
  • Stator của động cơ điện DC sẽ là phần đứng yên thường sẽ là 1 hoặc nhiều những cặp nam châm vĩnh cửu, hoặc là nam châm điện.
  • Rotor của động cơ điện DC sẽ là phần quay có những cuộn dây quấn và được nối với những nguồn điện một chiều.
  • Bộ phận chỉnh lưu có nhiệm vụ là đổi chiều của dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục. Thông thường thì bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than để tiếp xúc với cổ góp.

Nguyên lý hoạt động

Động cơ điện một chiều (DC) là một động cơ trong đó từ thông chính được sinh ra bởi nam châm vĩnh cửu khi dòng điện chạy qua cuộn dây phần ứng từ nguồn điện áp một chiều làm cho phần ứng hoạt động như một nam châm. Khi đó các cực của phần ứng được thu hút vào các cực của từ trường theo chiều ngược nhau. Và tốc độ của động cơ DC tỉ lệ thuận với giá trị điện áp đặt vào phần ứng. Nguyên lý hoạt động của động cơ DC sẽ có những pha sau đây:

Pha 1: Khi từ trường của rotor cùng cực với stator nên sẽ đẩy nhau tạo nên chuyển động xoay của rotor.

Pha 2: Bộ phận rotor sẽ tiếp tục quay​ tạo nên từ trường

Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng dấu sau đó trở lại pha 1

Ngoài ra, tốc độ quay của mỗi loại động cơ DC sẽ thay đổi và khác nhau theo từng chu kỳ thời gian, có thể là vòng/phút hoặc nghìn vòng/phút tùy thuộc vào việc ứng dụng đối với từng thiết bị khác nhau.

Có thể nói động cơ DC là loại động cơ đơn giản và phổ biến nhất, được áp dụng trong nhiều ngành công nghiệp sản xuất và chế tạo như trong thiết bị gia dụng, lắp ráp quạt trần, dao cạo thông minh, cửa sổ điện ô tô,…

Các loại động cơ điện một chiều (DC)  phổ biến

a. Động cơ DC có chổi than (Brushed DC motor – BDC)

Đây là loại cơ bản nhất và đã được đưa vào ứng dụng và sản xuất gần trăm năm nay loại động cơ này vẫn còn được ứng dụng và sản xuất cho đến ngày nay vì tính hữu dụng và phổ biến của nó

Động cơ DC có chổi than tạo ra từ trường bằng cách đưa dòng điện đi qua cổ góp và chổi than. Từ trường của stato được tạo ra nhờ cuộn dây hoặc nam châm vĩnh cửu. Chính vì vậy, loại động cơ này hiệu quả hoạt động vừa phải, chi phí thấp, an toàn và dễ sử dụng nhưng tuổi thọ giảm khi sử dụng với công suất cao. Bên cạnh đó, chổi than dễ bị mòn nên phải bào trì và thay thế thường xuyên.

b. Động cơ DC không có chổi than (Brushless DC motor – BLDC)

Là loại động cơ tạo ra từ trường Roto (bộ phận quay) bằng cách sử dụng nam châm vĩnh cửu và sự chuyển dịch của mạch điện từ di chuyển xung quanh Stato.

Động cơ DC không chổi than là dạng đồng bộ, tốc độ Roto bằng với tốc độ từ trường, loại động cơ này hiệu quả hơn và có tuổi thọ cao hơn so với động cơ DC có chổi than. Vậy nên động cơ này được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp tự động, máy in, ô tô, y tế và thiết bị đo đạc.

c. Động cơ DC kích thích riêng biệt

Động cơ điện một chiều kích thích riêng biệt có nguồn cung cấp điện riêng biệt cho cuộn cảm ứng và cuộn dây trường. Vì vậy, hoạt động của dòng cảm ứng và dòng điện trường không can thiệp vào hoạt động của nhau.

Động cơ DC kích thích riêng biệt có tốc độ không thay đổi và không phụ thuộc vào tải. Chính vì vậy, chúng được ứng dụng nhiều với momen khởi động thấp như máy công cụ. Bên cạnh đó, chúng có thể điều chỉnh tốc độ bằng cách lắp thêm điện trở nối tiếp với phần cứng hoặc điện trở nối tiếp với mạch kỷ tử.

d. Động cơ DC tự kích thích

Động cơ tự kích thích bao gồm các mạch nối tiếp, song song và hỗn hợp. Loại động cơ này có các cuộn dây kết nối với nhau và dùng chung một nguồn cung cấp điện duy nhất và bị giới hạn ở tốc độ 5000 vòng/phút.

Động cơ DC tự kích thích phù hợp với những thiết bị cần momen khởi động lớn như cần cẩu, tời,… Trong quá trình sửu dụng, cần tránh vận hành nối tiếp ở chế độ không tải vì chúng sẽ tăng đến mức không kiểm soát được.

Về cơ bản các loại động cơ DC phổ biến và ứng dụng nhiều nhất hiện nay thường có công suất không cao là loại động cơ có chổi than và không chổi than, chúng xuất hiện nhiều ở các loại máy nhỏ, máy cầm tay hoặc máy chạy pin. Hy vọng qua bài viêt trên sẽ giúp các bạn tìm hiểu thêm về loại động cơ phổ biến và nhiều ứng dụng nhất hiện nay.