Động cơ DC hoạt động như thế nào: Ứng dụng, Tiêu chí lựa chọn và Hướng dẫn thực hành

Từ chiếc quạt làm mát bàn làm việc của bạn cho đến chiếc máy khoan đang quay trong xưởng, những chiếc máy điện nhỏ lặng lẽ hoạt động xung quanh chúng ta và hầu hết chúng đều có chung một trái tim đang đập: động cơ DC. Là nhà sản xuất động cơ DC siêu nhỏ từ năm 1988, chúng tôi đã dành hơn ba thập kỷ để chế tạo các bộ phận nhỏ gọn này cho các thiết bị gia dụng, dụng cụ điện, phụ tùng ô tô và thiết bị công nghiệp. Trong hướng dẫn này, chúng tôi giải thích cách hoạt động của động cơ DC bằng ngôn ngữ đơn giản, với hiểu biết thực tế có được từ việc sản xuất hàng triệu chiếc mỗi năm.

Động cơ DC là gì?

Động cơ DC là thiết bị chuyển đổi năng lượng điện một chiều thành chuyển động quay cơ học. Cơ sở vật lý đằng sau nó đã có từ gần hai trăm năm trước: khi dòng điện chạy qua một dây dẫn đặt bên trong từ trường, một lực tác dụng lên dây dẫn đó. Cuộn dây dẫn thành một cuộn dây, gắn nó vào một trục và lực sẽ trở thành chuyển động quay. Điều khiến động cơ DC được sử dụng rộng rãi là do hoạt động đơn giản của chúng. Tác dụng lực và trục quay; đảo ngược cực và nó quay theo hướng khác; điều chỉnh điện áp và tốc độ sau. Sự đơn giản và khả năng điều khiển đó giải thích tại sao động cơ DC siêu nhỏ, từ khung dòng 300 nhỏ gọn đến thiết kế dòng 900 lớn hơn, vẫn là lựa chọn mặc định cho các thiết bị nhỏ.

Các bộ phận chính của động cơ DC

Việc hiểu quy trình làm việc sẽ dễ dàng hơn nhiều khi bạn biết các thành phần có thể thực hiện xoay vòng:

• Stator: bộ phận đứng yên của động cơ, thường được chế tạo bằng nam châm vĩnh cửu trong động cơ micro DC, cung cấp từ trường không đổi.
• Rôto (phần ứng): bộ phận quay, làm bằng các cuộn dây quấn quanh lõi sắt nhiều lớp và cố định vào trục đầu ra.
• Cổ góp: một ống bọc đồng phân đoạn trên trục rôto có chức năng đảo chiều dòng điện trong cuộn dây khi rôto quay.
• Bàn chải: các tiếp điểm carbon có lò xo ép vào cổ góp và mang dòng điện từ nguồn điện vào rôto quay.
• Trục và vòng bi: các bộ phận truyền mô-men xoắn tới tải và giữ cho chuyển động quay trơn tru và ổn định.

Trong các động cơ có chổi than nhỏ, stato thường được làm bằng nam châm vĩnh cửu thay vì cuộn dây từ trường quấn, giúp động cơ nhẹ, hoạt động hiệu quả và tiết kiệm chi phí. Động cơ RS390 dành cho máy hút bụi của chúng tôi là một ví dụ điển hình về cấu trúc nam châm vĩnh cửu này, mang lại hiệu suất hút mạnh mẽ trong một khung máy nhỏ gọn.

Động cơ DC hoạt động như thế nào? Từng bước một

Với các thành phần đã rõ ràng, chúng ta hãy theo dõi dòng điện qua một động cơ đang chạy:

1. Dòng điện đi vào cuộn dây. Bộ nguồn đẩy dòng điện một chiều qua chổi than, lên cổ góp và vào cuộn dây trên rôto.
2. Từ trường tương tác. Cuộn dây mang điện nằm bên trong từ trường của stato và sự tương tác tạo ra một lực ở mỗi bên của cuộn dây theo hướng ngược nhau.
3. Mô-men xoắn được tạo ra. Bởi vì các lực đối lập này tác dụng lên hai phía của trục nên chúng tạo ra một lực xoắn, được gọi là mô men xoắn, làm rôto quay.
4. Cổ góp chuyển đổi dòng điện. Khi rôto quay, các đoạn cổ góp đi qua chổi than và đảo chiều dòng điện trong cuộn dây sau mỗi nửa vòng quay.
5. Vòng quay trở nên liên tục. Vì dòng điện được chuyển đổi vào đúng thời điểm nên lực từ tiếp tục đẩy rôto theo cùng một hướng và trục quay đều đặn trong suốt thời gian cấp nguồn.

Lực đằng sau chuyển động

Một cách đơn giản để hình dung hiệu ứng là tưởng tượng hai nam châm quay mặt vào nhau với một sợi dây mang dòng điện ở giữa chúng. Dây được đẩy bởi sự tương tác giữa từ trường của chính nó và từ trường của nam châm, và hướng của lực đẩy đó tuân theo một quy luật gọi là quy tắc bàn tay trái của Fleming. Trong động cơ, lực đẩy này tác động lên mỗi vòng của cuộn dây phần ứng cùng một lúc và kết quả tổng hợp là tạo ra mô-men xoắn trơn tru, có thể sử dụng được ở trục.

Tại sao cổ góp lại quan trọng

Nếu không có sự chuyển mạch, cuộn dây sẽ chỉ quay cho đến khi từ trường của nó thẳng hàng với từ trường của stato rồi dừng lại. Cổ góp hoạt động như một công tắc cơ học, đảo chiều dòng điện ngay khi rôto đi qua nửa điểm. Sự lật liên tục đó giữ cho một bên của cuộn dây luôn bị đẩy về phía trước, đó là nguyên nhân biến một lực tác động ngắn thành chuyển động quay liên tục.

Điều gì kiểm soát tốc độ và mô-men xoắn?

Trong thực tế, một số biến chính xác định cách hoạt động của động cơ DC bên trong thiết bị của bạn. Điện áp đặt tốc độ cơ bản: tăng điện áp và động cơ quay nhanh hơn, giảm điện áp xuống và động cơ chạy chậm lại. Dòng điện phản ánh khối lượng công việc: động cơ càng hoạt động mạnh thì càng tiêu thụ nhiều dòng điện và dòng điện đó chuyển trực tiếp thành mô-men xoắn đầu ra. Thiết kế cơ khí, bao gồm mạch từ và bất kỳ bánh răng nào, sau đó định hình tốc độ và mô-men xoắn cuối cùng được cân bằng như thế nào ở trục.

Khi một ứng dụng cần mô-men xoắn cao ở tốc độ thấp, hộp số thường được thêm vào động cơ. Động cơ bánh răng kết hợp động cơ DC với bộ truyền bánh răng giảm tốc, trao đổi tốc độ quay để lấy mô-men xoắn đầu ra, đó chính xác là thứ mà một tuốc nơ vít điện cần để dẫn động vít chắc chắn mà không bị kẹt.

Các nhà sản xuất động cơ bánh răng nhỏ tùy chỉnh Hongyang cung cấp các giải pháp tùy chỉnh cho hộp số và động cơ bánh răng, bao gồm vị trí trục đầu ra, tỷ số giảm tốc, tốc độ động cơ, mô-men xoắn động cơ và các thông số khác. T... Xem sản phẩm →

Có chổi than và không chổi than: Hai cách để chế tạo động cơ DC

Mọi thứ được mô tả cho đến nay đều áp dụng cho động cơ DC có chổi than cổ điển, trong đó chổi than và cổ góp xử lý việc chuyển mạch một cách cơ học. Động cơ DC không chổi than có cách tiếp cận khác: cuộn dây nằm trên stato, nam châm vĩnh cửu nằm trên rôto và bộ điều khiển điện tử chuyển đổi dòng điện giữa các pha. Việc loại bỏ các bộ phận bị mòn giúp thiết kế không chổi than có tuổi thọ dài hơn, hiệu suất cao hơn và hoạt động êm hơn, đó là lý do tại sao máy bay không người lái và thiết bị chính xác ngày càng ưa chuộng chúng. Sự đánh đổi là động cơ không chổi than không thể đơn giản nối dây với pin; nó cần một mạch điều khiển để chạy.

Trong ngành, sự thay đổi này rất dễ quan sát. Như chúng ta đã thảo luận ở bài viết của chúng tôi về lý do tại sao động cơ DC chổi than đang dần được thay thế , cả hai công nghệ vẫn có vị trí của mình và sự lựa chọn đúng đắn phụ thuộc vào mục tiêu chi phí, kỳ vọng trọn đời và yêu cầu kiểm soát. Đặc biệt, đối với các nền tảng bay nhẹ, tốc độ cao, khó có đối thủ nào có thể đánh bại được thiết kế không chổi than.

Động cơ DC được sử dụng hàng ngày ở đâu

Khi bạn hiểu nguyên lý làm việc, bạn bắt đầu chú ý đến động cơ DC ở khắp mọi nơi. Trong nhà, họ lái máy hút bụi, máy pha cà phê, máy sấy tóc, quạt điện và rèm có động cơ. Trong văn phòng, chúng cung cấp năng lượng cho máy hủy giấy, máy in và máy gọt bút chì điện. Ngoài trời, họ chạy máy cắt cỏ, máy xén hàng rào và máy thổi lá, trong khi ở trên xe, họ nâng cửa sổ, khóa cửa và điều chỉnh ghế ngồi. Trên sàn nhà máy, họ di chuyển cánh tay robot, phân loại bưu kiện và phân phối sản phẩm từ máy bán hàng tự động. Chúng tôi đã tập hợp các trường hợp sử dụng này trên trang ứng dụng của chúng tôi , nơi bạn có thể thấy các kích cỡ và thông số kỹ thuật khác nhau của động cơ phù hợp với các thiết bị khác nhau như thế nào.

Chọn động cơ DC phù hợp cho sản phẩm của bạn

Đối với các kỹ sư và người mua, hiểu cách hoạt động của động cơ DC là bước đầu tiên để chọn đúng động cơ. Bắt đầu bằng cách xác định điện áp nguồn, mô-men xoắn và tốc độ yêu cầu, kích thước cho phép, giới hạn tiếng ồn và tuổi thọ dự kiến, sau đó kết hợp các yêu cầu đó với dòng động cơ phù hợp. Kể từ năm 1988, chúng tôi đã phát triển từ nhà máy sản xuất động cơ vi mô đầu tiên ở Yuyao thành nhà sản xuất với hơn 10 dây chuyền sản xuất và công suất hàng năm vượt quá 10 triệu chiếc, cung cấp động cơ DC có chổi than từ dòng 300 đến dòng 900, động cơ không chổi than và động cơ hộp số, tất cả đều được sản xuất theo quản lý chất lượng được chứng nhận ISO 9001 và tuân thủ các tiêu chuẩn RoHS và REACH. Nếu bạn đang phát triển một sản phẩm cần nguồn điện quay nhỏ gọn, nhóm kỹ thuật của chúng tôi sẵn lòng giúp bạn chọn hoặc tùy chỉnh động cơ phù hợp và bạn có thể yêu cầu báo giá miễn phí bất kỳ lúc nào.