Động Cơ DC Có Chổi Than: Cấu Tạo, Nguyên Lý Hoạt Động Và Ứng Dụng

1. Khái niệm, phân loại động cơ DC chổi than

Khái niệm

Động cơ điện DC có chổi than là loại động cơ sử dụng một dạng chuyển đổi cơ học để thay đổi cực dòng điện thông qua phần ứng của cuộn dây. Bộ phận chuyên đổi cơ này là cổ góp (Được làm từ loại vật liệu đồng để hiệu suất cao nhất). Phần chổi quét được lắp ráp với cổ góp được làm từ carbon, kim loại, than chì và một số hỗn hợp vật liệu khác.

Động cơ DC chổi than

Phân loại

Ngày nay, động cơ DC chổi than được chia làm 2 loại phổ biến nhất: Nam châm vĩnh cửu và nam châm điện, tùy vào mục đích và điều kiện mà những kỹ sư thiết kế sẽ lựa chọn phù hợp

+ Nam châm vĩnh cửu: Loại động cơ này được phát triển vào năm 1950 cho các loại dụng cụ. Nó làm việc bằng cách sử dụng từ trường vĩnh cữu để tạo ra vùng từ trường giúp động cơ có thể quay được. Từ trở được tao ra làm giảm tương tác phần ứng, thay đổi điện áp vào rotor sẽ làm thay đổi tốc độ đầu ra. Trong các ứng dụng vòng kính, tín hiệu phản hồi về (Encoder, máy đo tốc độ, bộ đêm xung,…) giúp theo dõi và động cơ được giữ ở một tốc độ mục tiêu.

Hiện nay, loại động cơ này phù hợp cho các loại thiết bị di động được sử dụng rất nhiều trong các thiết bị điện trên các phương tiện, ứng dụng đóng mở cửa, ứng dụng ghế nâng hạ. Trong công nghiệp nó được dùng trong trong các thiết bị hàn, bơm sử dụng pin, thiết bị di động trong y tế, X-ray và các máy chụp cắt lớp.

+ Nam châm điện: Đây cũng có thể gọi là động cơ vạn năng hay loại động cơ AC bởi vì nó có thể sử dụng dòng điện AC hoặc DC, động cơ này có cuộn dây quấn trong stator liên kết với rotor thông qua cổ góp. Khi chạy với dòng điện AC, dòng điện sẽ đi vào trong cuộn dây rotor và stator (tạo ra vùng từ trường). Chiều quay của động cơ ở đâu ra luôn luôn là một chiều. Động cơ thường có momen xoắn lớn, nhỏ gọn và nhẹ và có thể đạt đến tốc độ rất cao (lên đến 10000 vòng/phút) trên cả loại điện áp là DC hoặc AC

Động cơ DC nam châm điện thường được dùng trong trong ứng dụng đồ điện gia đình nhỏ như máy hút bụi, máy trộn thức ăn, máy xay thức ăn,… Loại động cơ này chỉ có một nhược điểm đó là hơi ồn, chính vì thế có thể thấy trong những thiết bị sử dụng loại động cơ này thường phát ra âm thanh rất lớn trong quá trình hoạt động.

2. Ưu, nhược điểm động cơ DC chổi than

Ưu điểm

Chi phí ban đầu thấp, độ tin cậy cao và kiểm soát tốc độ động cơ đơn giản.
Dễ điều khiển: mô-men xoắn tỷ lệ với dòng điện - tốc độ tỷ lệ thuận với điện áp
Hiệu quả vừa phải
Tốc độ thay đổi: yêu cầu ít thành phần bên ngoài hơn động cơ DC cảm ứng hoặc không chổi than
To hơn động cơ cảm ứng (EMI và âm thanh)

Nhược điểm

Bảo trì cao và tuổi thọ thấp khi sử dụng cường độ cao.
Thường xuyên thay thế các chổi than và lò xo mang dòng điện.
Năng lượng thất thoát nhiều do sự ma sát giữ chổi than và roto khiến mài mòn cuộn dây gây thất thoát điện năng.
Động cơ gây ồn.

3. Cấu tạo động cơ DC chổi than

Tất cả các động cơ DC chổi than được xây dựng gồm 3 cụm phụ chính; stato (nam châm và cuộn dây), rôto và hệ thống chổi than.

Cấu tạo động cơ chổi than

4. Nguyên lý hoạt động của động cơ DC chổi than

Stator của động cơ DC chổi có thể có nam châm vĩnh cửu hoặc cuộn dây điện từ. Loại phổ biến hơn cho các ứng dụng servo (và, do đó, đối với hầu hết các ứng dụng điều khiển chuyển động công nghiệp) là loại nam châm vĩnh cửu - thường được gọi là động cơ DC nam châm vĩnh cửu (PMDC). Rôto bao gồm các cuộn dây quấn quanh lõi sắt có rãnh và được gắn vào cổ góp. Khi rôto quay, chổi tiếp xúc với cổ góp và cung cấp dòng điện cho cuộn dây.

Rôto được làm từ cuộn dây và cổ góp và điều này cho phép trục quay. Ở trung tâm của động cơ là trục, được làm bằng thép cứng, để chịu được tải cho ứng dụng, với điều kiện là động cơ chính xác đã được chọn. Tấm cổ góp giữ các thanh góp và tấm được cố định vào trục bằng khuôn nhựa. Trên đường kính ngoài của tấm giao hoán là cuộn dây không vành tự hỗ trợ, được cố định thông qua việc hàn các tiếp điểm với các thanh góp. Keo bao phủ các tiếp xúc và hàn, cho nó độ bền cơ học. Thông thường, có thể có 7 thanh góp và các đoạn quanh co. Càng nhiều thanh và phân đoạn, lượng năng lượng phải được chuyển đổi càng nhỏ trong quá trình chuyển đổi, làm tăng tuổi thọ phục vụ do giảm các vụ cháy chổi. Mô-men xoắn được tạo ra trong cuộn dây sẽ được chuyển qua tấm chuyển đổi sang trục và điều này được hỗ trợ trong stato ống nối hoặc vòng bi.

Cuối cùng là hệ thống chổi. Chúng có thể là than chì hoặc chổi kim loại quý có kết nối động cơ điện. Để cung cấp năng lượng cho rôto, chúng tôi đặt một hệ thống chổi và mỗi chổi có ký hiệu điện áp trực tiếp (+/-). Các chổi được kết nối với các thanh góp cho phép dòng điện chạy vào cuộn dây. Sau đó, hai dòng điện hình thoi xuất hiện gần trung tâm của các cực đối diện và ở giữa các đoạn quanh co trong từ trường. Các hình thoi liên tục bị thu hút bởi từ thông mạnh nhất làm cho rôto quay, nhưng do số lượng thanh chuyển đổi lẻ, cả hai không bao giờ có thể gặp nhau ở hai cực đối diện trực tiếp. Do đó, các hình thoi tiếp tục chuyển vào không gian trong phân đoạn tiếp cận. Điều này liên tục xảy ra, tạo ra mô-men xoắn của động cơ.

Các loại chổi than

5. Ứng dụng động cơ DC chổi than

Động cơ DC chổi than là là một công nghệ hoàn chỉnh mà đã tồn tại hơn một thế kỷ. Với sự ra đời của loại động cơ không chổi than và hàng loạt những công nghệ điều khiển được phát minh nhưng trong kỹ thuật vẫn sử dụng rất nhiều các loại động cơ DC chổi than

Thực tế đã chỉ ra rằng momen xoăn cực đại của động cơ DC chổi than cao nên có thể chạy được các bộ điều khiển hơn giản để sử dụng cho vô số ứng dụng

Giá thành của loại này thấp hơn rất nhiều so với những loại khác (Sự chênh lệch về giá thành rất đáng kể ở những loại kích thước lớn). Thêm vào đó, chúng có thể điều khiển các cơ cấu dẫn hướng với tốc độ cao và momen lớn.Những đặc điểm được nêu ra vô cùng lợi ích cho các thiết kế tự động (tự hành), di động, ứng dụng trong cuộc sống hằng ngày, thiết bị tiêu dùng và trong các loại đồ chơi. Một sản phẩm được tạo ra để phục vụ cho đời sống và sản xuất phải đảo bảo cân bằng ở mức tối ưu nhất giữa các yếu tố: Giá thành, mức độ tiện lợi, cấu tạo, độ thân thiện, giải quyết được yêu cầu.

Động cơ chổi than cũng được ứng dụng nhiều trong các dòng súng bắn vít, máy khoan động lực, máy đục bê tông...vì giá thành của máy sẽ thấp. Những dòng sản phẩm không chổi than mức giá thường đắt gấp hơn rất nhiều dòng máy có chổi than. Tại Bảo An hiện phân phối các loại sản phẩm sử dụng cả động cơ chổi than và không chổi than để đáp ứng mọi nhu cầu người tiêu dùng.

Liên hệ để được tư vấn chi tiết:

BẢO AN AUTOMATION - CÔNG TY CỔ PHẦN DỊCH VỤ KỸ THUẬT BẢO AN