Nguyên lý hoạt động của động Cơ DC Chổi Than

Động cơ DC chổi than với rất nhiều ứng dụng nổi bật trong công nghiệp và đời sống. Hãy cùng CNSG tìm hiểu ngay trong bài viết này về những khái niệm, nguyên lý hoạt động của loại động cơ này nhé!

Khái niệm, phân loại động cơ DC chổi than

Động cơ điện DC chổi than là gì?

Động cơ DC có chổi than là loại động cơ thông qua phần ứng của cuộn dây, sử dụng một dạng chuyển đổi cơ học để thay đổi cực dòng điện. 

Bộ phận chuyển đổi cơ này là cổ góp được làm từ chất liệu đồng để đem đến hiệu suất cao nhất. Phần chổi quét được lắp ráp với cổ góp được làm từ chất liệu carbon, kim loại, than chì và một số hỗn hợp vật liệu khác.

XEM THÊM>> Biến tần thang máy là gì? Cách chọn CHUẨN

Phân loại

Nam châm vĩnh cửu

Nam châm điện

Loại động cơ nam châm vĩnh cửu này được phát triển vào năm 1950 cho các loại dụng cụ. Nam châm vĩnh cửu làm việc bằng cách sử dụng từ trường vĩnh cửu để tạo ra vùng từ trường giúp động cơ có thể quay được. Từ trở được tạo ra làm giảm tương tác phần ứng, thay đổi điện áp vào rotor từ đó làm thay đổi tốc độ đầu ra. Trong các ứng dụng vòng kính, tín hiệu phản hồi về (máy đo tốc độ, Encoder, bộ đếm xung,…) giúp người dùng thuận tiện theo dõi và động cơ được giữ ở một tốc độ mục tiêu. Hiện nay, loại động cơ này được sử dụng rất nhiều trong các thiết bị điện, phù hợp cho các loại thiết bị di động trên các phương tiện, ứng dụng đóng mở cửa, ứng dụng ghế nâng hạ. Trong công nghiệp nam châm vĩnh cửu được dùng trong trong các thiết bị hàn, thiết bị di động trong y tế, bơm sử dụng pin, X-ray và các máy chụp cắt lớp.

Nam châm điện 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 nam châm điện 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 đầu ra luôn luôn là một chiều. Động cơ thường nhỏ gọn, có momen xoắn lớn, trọng lượng 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 nhỏ trong gia đình như máy hút bụi, máy xay thức ăn, máy trộn thức ăn,… Loại động cơ này chỉ có một nhược điểm đó là hơi ồn, chính vì thế trong quá trình hoạt động có thể thấy trong những thiết bị sử dụng loại động cơ này thường phát ra âm thanh rất lớn.

Ưu, nhược điểm động cơ DC chổi than

Ưu điểm	Nhược điểm
Độ tin cậy cao, chi phí ban đầu thấp và có thể kiểm soát tốc độ động cơ đơn giản. Dễ điều khiển với cấu tạo 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)	Bảo trì chi phí khá cao và tuổi thọ thấp khi sử dụng cường độ cao. Thường xuyên phải tiến hành thay thế các chổi than và lò xo mang dòng điện. Do sự ma sát giữ chổi than và roto nên năng lượng thất thoát nhiều, khiến mài mòn cuộn dây gây thất thoát điện năng. Động cơ khi hoạt động phát ra âm thanh gây ồn.

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.

Nguyên lý hoạt động của động cơ DC chổi than

Nguyên lý của Stator

• 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, 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 được gắn vào cổ góp, bao gồm các cuộn dây quấn quanh lõi sắt có rãnh. Khi rôto quay, chổi  tiếp xúc với cổ góp và cung cấp dòng điện cho cuộn dây.

Nguyên lý của Roto

• Rôto được làm từ cuộn dây và cổ góp, nhờ cấu tạo này sẽ 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.

Nguyên lý hệ thống chổi

• 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 roto 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.

Ứng dụng động cơ DC chổi than

• Động cơ DC chổi than là một công nghệ hoàn chỉnh 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 xoắn cực đại của động cơ DC chổi than cao nên có thể chạy được các bộ điều khiển đơn giản để sử dụng cho vô số ứng dụng khác nhau.
• Giá thành của loại động cơ DC chổi than 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, thiết bị tiêu dùng, ứng dụng trong cuộc sống hằng ngày và trong các loại đồ chơi. 
• Một sản phẩm được tạo ra để phục vụ cho đời sống và sản xuất phải đảm bảo cân bằng ở mức tối ưu nhất giữa các yếu tố: Giá thành, độ thân thiện, mức độ tiện lợi, cấu tạo, giải quyết được yêu cầu.
• Động cơ chổi than cũng được ứng dụng nhiều trong các dòng súng bắn vít, máy đục bê tông,máy khoan động lực,…vì giá thành của máy sẽ thấp.