Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều (DC Motor)
13 thg 10, 2017 | 14:24

Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều (DC Motor)


Bạn có thể tìm thấy động cơ một chiều trong các thiết bị gia dụng cầm tay, xe hơi và thiết bị trong công nghiệp. Trong bài viết này chúng tôi sẽ giúp các bạn tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ một chiều DC motor.

Trước tiên bạn hãy xem video bên dưới:





NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:
Chúng ta sẽ bắt đầu với động cơ 1 chiều đơn giản. Hãy nhình vào hình 1. Stator là nam châm vĩnh cữu tạo ra 1 từ trường không đổi. Phần ứng, hay là phần quay, nó là một cuộn dây đơn giản.


Hình.1 Một động cơ DC đơn giản, chạy bằng nam châm vĩnh cữu

Phần ứng được kết nối với một nguồn điện một chiều thông qua vành trượt. Khi có dòng điện chạy trong cuộn dây thì một lực điện từ được tạo ra theo định luật Lorentz. Do đó cuộn dây bắt đầu quay . Lực điện từ gây ra do dòng điện được đặt trong từ trường được đánh đấu màu đỏ như hình 2.


Hình 2. Lực điện từ sinh ra trên cuộn dây làm cho cuộn dây quay. 

Bạn sẽ nhận thấy rằng khi cuộn dây quay, vành trượt được kết nối với nguồn bắt đầu đổi cực tính. Kết quả là ở bên trái luôn là cực dương và ở bên phải luôn là cực âm. Điều này đảm bảo rằng momen quay luôn cùng một hướng trong suốt quá trình chuyển động. Vì vậy cuộn dây sẽ luôn quay


Hình 3. Vành trượt giúp cho chiều cuộn dây luôn chạy theo một hướng từ trái qua phải, do đó lực điện từ luôn có 1 hướng duy nhất

CẢI THIỆN CHUYỂN ĐỘNG CỦA MOMENT QUAY:

Nhưng khi bạn quan sát kỹ lực điện từ tạo ra momen quay bạn sẽ thấy rằng khi cuộn dây vuông góc với từ trường được tạo ra bởi nam châm vĩnh cữu thì moment quay gần như bằng 0.


Hình 4. Khi cuộn dây vuông góc với từ thông thì moment quay gần như bằng 0

Kết quả là động cơ chuyển động không đều. và cách khắc phục trường hợp này sẽ là thêm một cuộn dây nữa vào rotor. Trong trường hợp này, khi cuộn dây thứ nhất vuông góc với từ trường thì cuộn dây tứ 2 sẽ được cấp điện do đó động cơ luôn hoạt động trong mọi trường hợp.


Hình 5. Cuộn dây thứ 2 được cấp điện khi cuộn dây thứ nhất vuông góc với từ trường.

Hơn nữa khi có nhiều cuộn dây hơn, động cơ sẽ chuyển động mượt hơn. Trong một động cơ thực tế, các cuộn dây được đặt trong rãnh của lõi thép có độ từ thẩm cao, điều này làm tăng sự tương tác từ. Chổi than và vành trượt đảm bảo cho phần ứng luôn được kết nối với nguồn cấp.


Hình 6. Càng nhiều cuộn dây động cơ hoạt động mượt hơn. cuộn dây được đặt trong lõi thép làm tăng tương tác từ.

SỬ DỤNG NAM CHÂM ĐIỆN:

Rotor nam châm vĩnh cữu thường được sử dụng trong các động cơ một chiều bé. Còn lại các động cơ lớn thường sử dụng nam châm điện. Cuộn dây của nam châm điện cũng được cấp bởi một nguồn điện 1 chiều.


Hình 7. Nam châm điện được sử dụng cho động cơ một chiều


ĐỘNG CƠ KÍCH TỪ SONG SONG VÀ KÍCH TỪ NỐI TIẾP:

nam châm điện tạo ra bởi cuộn dây ở stator có thể được kết nối theo 2 cách khác nhau: nối tiếp hoặc song song. và chúng được kết nối với cùng một nguồn điện DC. do đó có 2 loại động cơ là động cơ kích từ nối tiếp và kích từ song song. ngoài ra khi stator và rotor được kết nối với 2 nguồn DC khác nhau thì nó được gọi là động cơ kích từ độc lập.


(Click vào để xem ảnh gốc có chất lượng tốt hơn)

Hình 8. Cuộn dây stator được mắc nối tiếp với cuộn dây rotor

Động cơ kích từ nối tiếp có moment khởi động lớn nhưng tốc độ nó giảm đáng kể với tải, nó được thể hiện ở biểu đồ hình 8.
Động cơ kích từ song song có moment khởi động thấp, nhưng nó có thể chạy với tốc độ gần như không đổi,không bị ảnh hưởng bởi tải. Và đó là một ưu điểm của động cơ kích từ song song. Sự thay đổi giá trị tốc độ moment được thể hiện ở biểu đồ hình 10.


Hình 9. Cuộn dây rotor được mắc song song với cuộn dây stator


Hình 10. Đặc tính biểu thị mối quan hệ giữa tốc độ và moment của động cơ kích từ song song

KHÁI NIỆM VỀ SỨC PHẢN ĐIỆN ĐỘNG (BACK E.M.F):

không giống như các động cơ khác, động cơ một chiều có một đặc tính đặc biệt đó là nó tạo ra một sức điện động ngược với nguồn cấp gọi là sức phản điện động. Khi động cơ quay thì trong cuộn dây sẽ tạo ra một sức điện động theo nguyên lý cảm ứng điện từ.


Hình.11 Sức điện động làm giảm dòng điện chạy trong cuộn dây phần ứng.

Ngay cả khi đảo chiều quay thì sức phải điện động luôn tự sinh ra trong nội bộ cuộn dây phần ứng có hướng ngược với điện áp đầu vào và làm giảm dòng điện trong cuộn dây phần ứng. Sức phản điện động tỉ lệ với tốc độ của động cơ.Khi sức phải điện động thấp sẽ làm cho điện áp phần ứng tăng cao sẽ làm cháy rotor do đó cần thiết phải điều khiển điện áp cấp cho phần ứng động cơ một chiều lớn.
Một trong những biến thể của động cơ một chiều đó chính là động cơ vạn năng. Nó có thể hoạt động với cả hai nguồn điện một chiều và xoay chiều. Nguyên lý hoạt động của nó sẽ được đề cập ở bài viết khác.








Chúc các bạn thành công!
CTV Thụy Cọt (EBOOKBKMT)


Bạn có thể tìm thấy động cơ một chiều trong các thiết bị gia dụng cầm tay, xe hơi và thiết bị trong công nghiệp. Trong bài viết này chúng tôi sẽ giúp các bạn tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ một chiều DC motor.

Trước tiên bạn hãy xem video bên dưới:





NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:
Chúng ta sẽ bắt đầu với động cơ 1 chiều đơn giản. Hãy nhình vào hình 1. Stator là nam châm vĩnh cữu tạo ra 1 từ trường không đổi. Phần ứng, hay là phần quay, nó là một cuộn dây đơn giản.


Hình.1 Một động cơ DC đơn giản, chạy bằng nam châm vĩnh cữu

Phần ứng được kết nối với một nguồn điện một chiều thông qua vành trượt. Khi có dòng điện chạy trong cuộn dây thì một lực điện từ được tạo ra theo định luật Lorentz. Do đó cuộn dây bắt đầu quay . Lực điện từ gây ra do dòng điện được đặt trong từ trường được đánh đấu màu đỏ như hình 2.


Hình 2. Lực điện từ sinh ra trên cuộn dây làm cho cuộn dây quay. 

Bạn sẽ nhận thấy rằng khi cuộn dây quay, vành trượt được kết nối với nguồn bắt đầu đổi cực tính. Kết quả là ở bên trái luôn là cực dương và ở bên phải luôn là cực âm. Điều này đảm bảo rằng momen quay luôn cùng một hướng trong suốt quá trình chuyển động. Vì vậy cuộn dây sẽ luôn quay


Hình 3. Vành trượt giúp cho chiều cuộn dây luôn chạy theo một hướng từ trái qua phải, do đó lực điện từ luôn có 1 hướng duy nhất

CẢI THIỆN CHUYỂN ĐỘNG CỦA MOMENT QUAY:

Nhưng khi bạn quan sát kỹ lực điện từ tạo ra momen quay bạn sẽ thấy rằng khi cuộn dây vuông góc với từ trường được tạo ra bởi nam châm vĩnh cữu thì moment quay gần như bằng 0.


Hình 4. Khi cuộn dây vuông góc với từ thông thì moment quay gần như bằng 0

Kết quả là động cơ chuyển động không đều. và cách khắc phục trường hợp này sẽ là thêm một cuộn dây nữa vào rotor. Trong trường hợp này, khi cuộn dây thứ nhất vuông góc với từ trường thì cuộn dây tứ 2 sẽ được cấp điện do đó động cơ luôn hoạt động trong mọi trường hợp.


Hình 5. Cuộn dây thứ 2 được cấp điện khi cuộn dây thứ nhất vuông góc với từ trường.

Hơn nữa khi có nhiều cuộn dây hơn, động cơ sẽ chuyển động mượt hơn. Trong một động cơ thực tế, các cuộn dây được đặt trong rãnh của lõi thép có độ từ thẩm cao, điều này làm tăng sự tương tác từ. Chổi than và vành trượt đảm bảo cho phần ứng luôn được kết nối với nguồn cấp.


Hình 6. Càng nhiều cuộn dây động cơ hoạt động mượt hơn. cuộn dây được đặt trong lõi thép làm tăng tương tác từ.

SỬ DỤNG NAM CHÂM ĐIỆN:

Rotor nam châm vĩnh cữu thường được sử dụng trong các động cơ một chiều bé. Còn lại các động cơ lớn thường sử dụng nam châm điện. Cuộn dây của nam châm điện cũng được cấp bởi một nguồn điện 1 chiều.


Hình 7. Nam châm điện được sử dụng cho động cơ một chiều


ĐỘNG CƠ KÍCH TỪ SONG SONG VÀ KÍCH TỪ NỐI TIẾP:

nam châm điện tạo ra bởi cuộn dây ở stator có thể được kết nối theo 2 cách khác nhau: nối tiếp hoặc song song. và chúng được kết nối với cùng một nguồn điện DC. do đó có 2 loại động cơ là động cơ kích từ nối tiếp và kích từ song song. ngoài ra khi stator và rotor được kết nối với 2 nguồn DC khác nhau thì nó được gọi là động cơ kích từ độc lập.


(Click vào để xem ảnh gốc có chất lượng tốt hơn)

Hình 8. Cuộn dây stator được mắc nối tiếp với cuộn dây rotor

Động cơ kích từ nối tiếp có moment khởi động lớn nhưng tốc độ nó giảm đáng kể với tải, nó được thể hiện ở biểu đồ hình 8.
Động cơ kích từ song song có moment khởi động thấp, nhưng nó có thể chạy với tốc độ gần như không đổi,không bị ảnh hưởng bởi tải. Và đó là một ưu điểm của động cơ kích từ song song. Sự thay đổi giá trị tốc độ moment được thể hiện ở biểu đồ hình 10.


Hình 9. Cuộn dây rotor được mắc song song với cuộn dây stator


Hình 10. Đặc tính biểu thị mối quan hệ giữa tốc độ và moment của động cơ kích từ song song

KHÁI NIỆM VỀ SỨC PHẢN ĐIỆN ĐỘNG (BACK E.M.F):

không giống như các động cơ khác, động cơ một chiều có một đặc tính đặc biệt đó là nó tạo ra một sức điện động ngược với nguồn cấp gọi là sức phản điện động. Khi động cơ quay thì trong cuộn dây sẽ tạo ra một sức điện động theo nguyên lý cảm ứng điện từ.


Hình.11 Sức điện động làm giảm dòng điện chạy trong cuộn dây phần ứng.

Ngay cả khi đảo chiều quay thì sức phải điện động luôn tự sinh ra trong nội bộ cuộn dây phần ứng có hướng ngược với điện áp đầu vào và làm giảm dòng điện trong cuộn dây phần ứng. Sức phản điện động tỉ lệ với tốc độ của động cơ.Khi sức phải điện động thấp sẽ làm cho điện áp phần ứng tăng cao sẽ làm cháy rotor do đó cần thiết phải điều khiển điện áp cấp cho phần ứng động cơ một chiều lớn.
Một trong những biến thể của động cơ một chiều đó chính là động cơ vạn năng. Nó có thể hoạt động với cả hai nguồn điện một chiều và xoay chiều. Nguyên lý hoạt động của nó sẽ được đề cập ở bài viết khác.








Chúc các bạn thành công!
CTV Thụy Cọt (EBOOKBKMT)

M_tả
M_tả

Chuyên mục:

Không có nhận xét nào: