25 thg 3 2021 17:05
Động cơ điện 1 chiều từ lâu đã được áp dụng vào trong máy móc, sản xuất trong nhiều lĩnh vực, đem lại hiệu quả kinh tế cao, tiết kiệm được tiền của và công sức lao động. Vậy, có những phương pháp khởi động động cơ điện 1 chiều nào đang thông dụng hiện nay, hãy cùng khám phá chi tiết trong bài viết dưới đây nhé!
1. Động cơ điện 1 chiều là gì?
Động cơ điện 1 chiều DC [DC chính là từ viết tắt của từ tiếng Anh “Direct Current Motors”] tức là động cơ điều khiển bằng dòng điện có hướng được xác định. Hay nói dễ hiểu hơn thì đây chính là loại động cơ hoạt động bằng nguồn điện áp DC - nguồn điện áp 1 chiều.
Động cơ điện 1 chiều DC hoạt động bằng dòng điện 1 chiều
Động cơ điện 1 chiều là loại động cơ đồng bộ, hoạt động bằng dòng điện 1 chiều. Tốc độ quay của 1 động cơ điện 1 chiều tỷ lệ thuận với nguồn điện áp đặt vào nó, và ngẫu lực quay cũng tỷ lệ thuận đối với dòng điện. Chính vì 2 đặc tính trên mà động cơ DC được coi là thành phần không thể thiếu trong các hệ thống máy móc kỹ thuật đòi hỏi mô men khởi động lớn.
2. Cấu tạo của động cơ điện chiều
Bao gồm có các bộ phận như:
- Stator: Thông thường được tạo thành từ 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, có khi là nam châm điện.
- Rotor: Chính là phần lõi có quấn các cuộn dây nhằm mục đích tạo thành nam châm điện.
- Chổi than [còn gọi là brushes]: Có nhiệm vụ tiếp xúc và tiếp điện cho bộ phận cổ góp.
- Cổ góp [còn gọi là commutator]: Có nhiệm vụ tiếp xúc và chia điện đều cho các cuộn dây ở trên phần rotor. Số lượng các điểm tiếp xúc thông thường phải tương ứng với số cuộn có trên rotor.
3. Nguyên lý hoạt động của động cơ 1 chiều
Stato của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hoặc nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, [có thể dùng nam châm điện], còn rotor có các cuộn dây quấn, chúng được nối với nguồn điện 1 chiều. Còn bộ phận chỉnh lưu sẽ có nhiệm vụ là làm đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là chuyển động liên tục. Thông thường bộ phận này bao gồm có 1 bộ cổ góp và 1 bộ chổi than được mắc tiếp xúc với cổ góp.
Nếu trục quay của một động cơ điện 1 chiều được kéo bằng 1 lực từ bên ngoài, động cơ sẽ hoạt động tương tự như 1 chiếc máy phát điện 1 chiều để tạo ra một sức điện động cảm ứng có tên là Electromotive force [EMF]. Trong quá trình vận hành bình thường, rotor sẽ quay và phát ra 1 điện áp [còn gọi là sức phản điện động] có tên là counter - EMF [CEMF] hoặc còn gọi là sức điện động đối kháng.
Sức điện động này hoạt động tương tự như sức điện động được phát ra khi động cơ được sử dụng giống như 1 chiếc máy phát điện. Khi đó, điện áp đặt trên động cơ đã bao gồm 2 thành phần đó là: sức phản điện động cùng với điện áp giáng tạo ra do điện trở ở bên trong của các cuộn dây phần ứng.
Dòng điện chạy qua động cơ lúc này sẽ được tính theo biểu thức sau:
- I = [Vnguon - Vphandiendong]/ Rphanung
- Công suất cơ mà động cơ đưa ra sẽ được tính bằng công thức:
- P = I * Vphandiendong
4. Phân loại các dạng động cơ điện 1 chiều
Tùy thuộc vào phương pháp kích từ, có thể tiến hành chia động cơ điện 1 chiều thành những loại nhỏ hơn dưới đây:
- Động cơ điện 1 chiều được kích từ bằng nam châm vĩnh cửu.
- Động cơ điện 1 chiều có kích từ độc lập.
- Động cơ điện 1 chiều với kích từ nối tiếp.
- Động cơ điện 1 chiều với kích từ song song.
- Động cơ điện 1 chiều với kích từ hỗn hợp, bao gồm 2 cuộn dây kích từ, trong đó 1 cuộn mắc nối tiếp vào phần ứng, còn 1 cuộn mắc song song vào phần ứng.
5. Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập
Đặc tính cơ dễ nhận thấy của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập đó là khi nguồn 1 chiều chạy với công suất không đủ lớn thì mạch điện của phần ứng và mạch điện kích từ mắc vào trong 2 nguồn sẽ độc lập với nhau. Lúc này, động cơ điện còn được gọi là động cơ điện 1 chiều kích với từ độc lập.
Tham khảo phương trình cân bằng điện áp của mạch điện trong phần ứng sau đây: Uư = Eư + [Rư + Rf] Iư. Trong đó: Uư là ký hiệu của điện áp phần ứng, còn V Eư là ký hiệu của sức điện động trong phần ứng, V Rư chính là điện trở mạch phần ứng, Iư là dòng điện của mạch điện phần ứng.
Với công thức: Rư = rư + rcf + rb + rct rư, có nghĩa là: Mđt = Mcơ = M u f 2 U R R . K. [K. ] u M Ф Ф. Đây chính là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều hoạt động bằng kích từ độc lập. Giả thiết phần ứng đã được bù đủ thì khi đó từ thông = const thì các phương trình đặc tính cơ điện cùng với phương trình đặc tính cơ sẽ được coi là tuyến tính.
6. Động cơ điện 1 chiều kích từ song song
Thông thường, chiều dòng điện vào động cơ là I, dòng điện phần ứng là Iư, dòng điện kích từ là Ikt thì sẽ được tính theo công thức: I = Iư + Ikt. Để mở máy, người ta thường dùng biến trở để mở máy [gọi là Rmở].
Để điều chỉnh tốc độ của động cơ, người ta thường điều chỉnh Rđc để thay đổi dòng điện kích từ Ikt, đồng thời thay đổi cả từ thông Φ. Phương pháp này hiện đang sử dụng rất rộng rãi, song cần chú ý một điều rằng, khi giảm từ thông Φ, có thể dòng điện trong phần ứng Iư sẽ tăng lên quá trị số cho phép. Khi đó, cần có bộ phận bảo vệ để cắt điện kịp thời, không cho động cơ làm việc trong trường hợp từ thông giảm xuống quá nhiều.
7. Ứng dụng của động cơ điện 1 chiều
Ứng dụng của động cơ điện 1 chiều hiện nay cũng rất đa dạng, chúng có mặt trong mọi lĩnh vực sản xuất công nghiệp và đời sống: dùng trong đài FM, ổ đĩa DC, trong tivi, máy công nghiệp, các loại máy in, máy photo,...
Đặc biệt, trong ngành công nghiệp giao thông vận tải hiện nay, động cơ điện 1 chiều được dùng nhiều trong các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay thường xuyên, liên tục trong một phạm vi lớn.
Ứng dụng của động cơ điện 1 chiều hiện nay cũng rất đa dạng
8. Các phương pháp khởi động động cơ 1 chiều
a] Mở máy trực tiếp cho động cơ điện
Đây được xem là phương pháp khởi động đơn giản nhất, vì khi mở máy trực tiếp thì dòng điện mở máy rất lớn, kéo theo momen mở máy cũng lớn.
Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, dễ thực hiện và chi phí thấp.
Nhưng cách này cũng tồn tại nhược điểm là đối với động cơ trung bình và động cơ lớn thì quán tính của tải cũng lớn theo. Do đó, dẫn đến thời gian mở máy buộc phải kéo dài, điều này có thể làm động cơ điện phát quá nóng, gây ảnh hưởng lớn đến điện áp lưới điện vì thời gian cần để giảm áp quá lâu.
b] Mở máy động cơ điện 1 chiều bằng khởi động mềm
Thiết bị khởi động mềm thường được sử dụng thyristors để điều khiển điện áp 1 chiều cấp cho động cơ. Do vậy, cần phải làm giảm dòng khởi động, đồng thời làm cho gia tốc của động cơ không bị tăng lên một cách đột ngột, từ đó, hạn chế được sự sụt áp của máy biến áp trong khi động cơ đang khởi động.
Hiện nay, hầu hết tất cả các khởi động mềm của động cơ 1 chiều đều có tích hợp sẵn các chức năng để bảo vệ động cơ nên các bạn không cần lo lắng nhé.
c] Sử dụng biến tần để khởi động
Đây là 1 phương pháp khởi động được đánh giá là toàn diện nhất. Vì nó không những hạn chế được dòng khởi động, mà còn đồng thời tích hợp nhiều tính năng an toàn, chẳng hạn như chế độ bảo vệ động cơ, tránh tình trạng mất pha, lệch pha, quá nhiệt, quá tải, quá áp, thấp áp,…
Chế độ khởi động cực kỳ êm ái, giúp bảo vệ cho các chi tiết máy quan trọng như hộp số, ổ bi, tang trống,... được tích hợp cùng rất nhiều công nghệ hiện đại khác như bộ điều khiển PID, chế độ khởi động bám, chế độ làm sạch đường ống, chế độ giám sát mô men tải, từ đó giúp bảo vệ toàn diện cho động cơ.
9. Cách đảo chiều động cơ DC
Để điều khiển mạch đảo chiều cho motor DC, các bạn cần đảo 2 dây kích từ, đây chính là động cơ đảo chiều rồi. Hoặc bạn có thể đảo chiều phần ứng [roto] nhằm kích từ để tạo ra từ trường. Việc dòng điện nối tiếp hay song song cũng không ảnh hưởng gì tới motor cả.
Sơ đồ đảo chiều động cơ 1 chiều DC
Trong motor DC, kích từ thường được chia ra làm 2 cuộn dây với 4 đầu dây đó là F1, F2, F3, F4. Nếu kích từ được mắc nối tiếp thì F2 sẽ nối với F3, còn F1, F4 sẽ nối tới bộ điều khiển. Trường hợp kích từ nối song song thì F1 sẽ nối với F2 , F3 đem nối với F4 và đầu nối F1F2 cùng với F3F4 để đưa về bộ điều khiển.
Motor 1 chiều thường hay bị mòn cái chổi than, điều này sẽ sinh ra tia lửa điện gây hư hỏng phần cổ góp, cho nên các bạn phải thường xuyên kiểm tra cái chổi than và phần cổ góp của motor, chú ý bơm mỡ đầy đủ vào 2 ổ bi 2 ở đầu trục cho motor.
Ví dụ: 1 động cơ điện 1 chiều có tốc độ 10.000rpm thì dòng điện là 1Ampe, hồ quang khi chạy với tốc độ tối đa vừa phải. Nếu động cơ này điều chỉnh được vị trí chổi than thì ta sẽ có thông số như sau: động cơ chạy với tốc độ thuận chiều kim đồng hồ là 11.000rpm, dòng điện 0,8 ampe. Khi đó, động cơ có tốc độ chạy ngược chiều kim đồng hồ là 9.000rpm, dòng điện là 1,2 Ampe.