Động cơ điện 1 chiều là gì? Bài viết hôm nay chúng ta sẽ tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phương pháp mở máy, đặc tính làm việc của động cơ điện một chiều.
Ngày nay, mặc dầu dòng điện xoay chiều được sử dụng thoáng rộng, song máy điện một chiều vẫn sống sót, đặc biệt quan trọng là động cơ một chiều. Trong công nghiệp, động cơ một chiều được sử dụng ở những nơi nhu yếu moment mở máy lớn hoặc nhu yếu kiểm soát và điều chỉnh vận tốc phẳng phiu và khoanh vùng phạm vi rộng .
Động cơ điện một chiều
[ button color = ” orange ” size = ” medium ” link = ” http://bblink.com/OMJ7Roo ” icon = ” ” target = ” false ” ] Download 5 mạch điều khiển và tinh chỉnh Motor DC Pdf và mô phỏng [ / button ]
1 .Cấu tạo động cơ điện 1 chiều
Những phần chính của máy điên một chiều gồm stato với cực từ, roto với dây quấn và cổ góp với chổi điện .
Cấu tạo động cơ điện một chiều
1.1Stato
Stato là còn gọi là phần cảm, gồm lõi thép bằng thép đút, vừa là mạch từ vừa là vỏ máy. Các cực từ chính có dây quấn kích từ. Stato động cơ điện một chiều đóng vai trò đơn thuần là nam châm từ vĩnh cửu hay nam châm hút điện .
1.2Roto
Roto của động cơ điện 1 chiều được gọi là phần ứng do cuộn dây phần ứng đặt trên rãnh roto .Roto gồm lõi thép và dây quấn phần ứng. Lõi thép hình trụ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm, phủ sơn cách điện ghép lại. Các lá thép được dập có lỗ thông gió và rãnh để đặt dây quấn phần ứng .
Roto động cơ điện một chiều
Ở động cơ điện 1 chiều có hai loại dây quấn là dây quấn xếp và dây quấn sóng. Mỗi dây quấn được tạo thanh từ nhiều cuộn mắc nối tiếp, mỗi cuộn lại được tạo nên từ nhiều vòng. Mỗi vòng gồm hai thanh dẫn nối với nhau bởi phần đầu nối.
Dây quân xếp
+ Dây quấn xếpMỗi phần từ của dây quấn có nhiều vòng dây, hai đầu với hai phiến góp, hai thanh dẫn tính năng của thành phần dây quấn đặt trong rãnh dưới hai cực khác tên .Hình bên dưới vẽ bốn thành phần dây quấn xếp hai lớp. Mỗi thành phần chỉ có một vòng, những thành phần được nối thành một vòng khép kín .
Dây quấn xếp 4 phần tử, hai lớp
Ở dây quấn xếp đơn số nhánh song song bằng số cực từ ( hoặc chổi than ). Dây quấn trên có hai cực từ và có hai nhanh song song, được minh họa như hình dưới .
Dây quấn xếp hai cực từ
+ Dây quấn sóngHình bên dưới vẽ hai thành phần dây quấn kiểu sóng. Các thành phần được nối thành mạch vòng kín. Ở dây quấn sóng đơn chỉ có hai mạch nhánh song song, thường ở máy có hiệu suất nhỏ .
Dây quấn sóng
1.3Cổ góp và chổi điện
Cổ góp gồm những phiến góp bằng đồng ghép cách điện, có dạng hình tròn trụ, gắn ở đâu roto. Các đầu dây của thành phần nối với phiến góp khác nhau trên cổ góp .
Cổ góp
Chổi điện ( chổi than ) làm bằng than graphit. Các chổi tì sát chặt lên cổ góp nhờ lò xo và giá chổi điện gắn trên nắp máy .
Chổi than
2 .Nguyên lý thao tác của động cơ điện 1 chiều
Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi điện A và B trong dây quấn phần ứng có dòng điện Iư. Các thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằm trong từ trường của stato, sẽ chịu lực Fdt tính năng làm cho roto quay .Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí những thanh dẫn ab, cd đổi chỗ nhau, do đó phiến góp đổi chiều dòng điện, giữ cho chiều lực tính năng không đổi, bảo vệ động cơ có chiều quay không đổi .Hình bên dưới diễn đạt nguyên tắc của động cơ điện một chiều .
Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường, sẽ cảm ứng sức điện động Eư. Chiều sức điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải. Ở động cơ chiều sức điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư nên Eư còn được gọi là sức phản điện.
Phương trình điện áp sẽ là :
3 .Từ trường và sức điện động của động cơ điện một chiều
3.1Từ trường
+ Khi máy điện một chiều không tải, từ trường trong máy chỉ do dòng điện kích từ gây ra gọi là từ trường cực từ.
+ Khi máy điện có tải, dòng điện Iư trong dây quấn phần ứng sẽ sinh ra từ trường phần ứng. Từ trường phần ứng vuông góc với từ trường cực từ.
Tác dụng của từ trường phần ứng lên từ trường cực từ gọi là phản ứng phần ứng. Từ trường trong máy là từ trường tổng hợp của từ trường cực từ và từ trường phần ứng.
+ Ở nơi từ trường phần ứng cùng chiều với từ trường cực từ thì từ trường máy được tăng cường .+ Ở nơi từ trường phần ứng ngược chiều với từ trường cực từ thì từ trường máy bị yếu đi .
Hậu quả của phản ứng phần ứng là:
+ Từ trường trong máy bị biến dạng. Làm cảm ứng sức điện động, gây ảnh hưởng tác động xấu đến việc đổi chiều .+ Khi tải lớn, dòng điện phần ứng lớn, từ trường phần ứng lớn làm giảm từ thông của máy. Từ thông giảm làm cho moment quay giảm và vận tốc động cơ đổi khác .
Để khắc phục hậu quả trên người ta dùng cực từ phụ và dây quấn bù. Từ trường của cực từ phụ và dây quấn bù ngược với từ trường phần ứng.
Để kịp thời khắc phục từ trường phần ứng khi tải đổi khác, dây quấn cực từ phụ và dây quấn bù đấu tiếp nối đuôi nhau với mạch phần ứng ( hình dưới ) .
Cực từ phụ và dây quấn bù
3.2Sức điện động phần ứng
a. Sức điện động thanh dẫnKhi quay roto, những thanh dẫn của dây quấn phần ứng cắt từ trường, trong mỗi thanh dẫn cảm ứng sức điện động là :
trong đó :Btb – từ cảm trung bình dưới cực từv – vận tốc của thanh dẫnl – chiều dài hiệu dụng của thanh dẫnb. Sức điện động phần ứng EưDây quấn phần ứng gồm nhiều thành phần tiếp nối đuôi nhau nhau thành mạch vòng kín. Các chổi điện chia dây quấn thành nhiều nhánh song song. Sức điện động phần ứng bằng tổng những sức điện động thanh dẫn trong một nhánh .
Nếu số thanh dẫn của dây quấn là N, số nhánh song song là 2a (a là số đôi nhánh), số thanh dẫn một nhánh là N/2a, sức điện động phần ứng là:
Tốc độ dài v xác định theo tốc độ quay n (vòng/phút) bằng công thức:
Ta có từ thông dưới mỗi cực từ là :
Từ đó ta có được công thức liên hệ của suất điện động phần ứng:
trong đó hệ số 
phụ thuộc vào cấu tạo dây quấn phần ứng.
Sức điện động phần ứng tỉ lệ với vận tốc qua phần ứng và từ thông dưới mỗi cực từ. Muốn đổi khác trị số sức điện động ta hoàn toàn có thể kiểm soát và điều chỉnh vận tốc quay hoặc kiểm soát và điều chỉnh từ thông bằng cách kiểm soát và điều chỉnh dòng điện kích từ. Muốn đổi chiều sức điện động thì đổi chiều quay hoặc đổi chiều dòng điện kích từ .
4 .Công suất điện từ, moment điện từ của máy điện một chiều
Công suất điện từ của máy điện một chiều là:
Pđt = Eư. Iư
Gọi ωr là tốc độ góc của roto, ωr được tính theo tốc độ quay n (vòng/phút) bằng biểu thức:
Ta có, Moment điện từ
Trong đó hệ số 
phụ thuộc vào cấu tạo dây quấn
Moment điện từ tỉ lệ với dòng điện phần ứng I ư và từ thông. Muốn biến hóa moment điện từ, ta phải đổi khác dòng điện phản ứng Iư hoặc đổi khác dòng điện kích từ Ikt. Muốn đổi chiều moment điện từ phải đổi chiều dòng điện phần ứng hoặc dòng điện kích từ .
5 .Tia lửa điện trên cổ góp và giải pháp khắc phục
Khi máy điện thao tác, quy trình đổi chiều thường gây ra tia lửa giữa chổi điện và cổ góp. Tia lửa lớn hoàn toàn có thể gây nên vành lửa xung quanh cổ góp, phá hỏng chổi điện và cổ góp, gây tổn hao nguồn năng lượng, tác động ảnh hưởng xấu đến thiên nhiên và môi trường và gây nhiễu đến sự thao tác của những thiết bị điện tử. Sự phát sinh tia lửa trên cổ góp do những nguyên do cơ khí và điện từ .
5.1Nguyên nhân cơ khí
Sự tiếp xúc giữa cổ góp và chổi điện không tốt, do cổ góp không tròn, không nhẵn, chổi than không đúng quy cách, rung động của chổi than do cố định và thắt chặt không tốt hoặc lực lò xo không đủ để tì sát chổi điện vào cổ góp .
5.2Nguyên nhân điện từ
Khi roto quay liên tục có thành phần chuyển mạch nhánh này sang mạch nhánh khác. Ta gọi những thành phần ấy là thành phần đổi chiều. Trong thành phần đổi chiều Open những sức điện động sau :+ Sức điện động tự cảm eL do sự biến thiên dòng điện trong thành phần đổi chiều .+ Sức điện động hỗ cảm eM do sự biến thiên dòng điện của những thành phần đổi chiều khác lân cận .+ Sức điện động eq do từ trường của phần ứng gây ra .Ở thời gian chổi điện ngắn mạch thành phần đổi chiều, những sức điện động trên sinh ra dòng điện i chạy quẩn trong thành phần ấy, tích góp nguồn năng lượng và phóng ra dưới dạng tia lửa khi vành góp hoạt động .
5.3Biện pháp khắc phục tia lửa điện
Ngoài việc loại trừ nguyên do cơ khí ta phải tìm cách giảm trị số những sức điện động trên và dùng cực từ phụ và dây quấn bù để tạo nên trong thành phần đổi chiều những sức điện động nhằm mục đích bù ( triệt tiêu ) tổng 3 sức điện động eL, eM, eq .Từ trường của dây quấn bù và cực từ phụ phải ngược chiều với từ trường phần ứng. Đối với máy hiệu suất nhỏ, người ta không dùng cực từ phụ mà đôi lúc chuyển chổi than đến trung tính vật lý .Để khắc phục hiện tượng kỳ lạ tia lửa điện người ta sản xuất động cơ một chiều không chổi than ( BLDC ) tất cả chúng ta sẽ tìm hiểu và khám phá ở chương sau, tuy nhiên việc tinh chỉnh và điều khiển động cơ BLDC phức tạp hơn .
6 .Mở máy động cơ điện 1 chiều
Ta có dòng điện phần ứng là :
Khi mở máy, vận tốc n = 0, sức điện động Eư = kE. n. Φ = 0, dòng điện phần ứng lúc mở máy là :
Vì điện trở Rư rất nhỏ, vì vậy dòng điện phần ứng lúc mở máy rất lớn khoảng chừng ( 20 ÷ 30 ) Iđm, làm hỏng cổ góp và chổi than. Dòng điện phần ứng lớn kéo theo dòng điện mở máy I mở lớn, làm ảnh hưởng tác động đến lưới điện. Do đó cần giảm dòng điện mở máy để Imở = ( 1,5 ÷ 2 ) Iđm .
6.1Dùng biến trở mở máy
Mắc biến trở mở máy ( Rmở ) vào mạch phần ứng như hình bên dưới .
Mở máy động cơ dùng biến trở
Dòng điện mở máy phần ứng lúc này là :
Lúc đầu để biến trở R mở lớn nhất, trong quy trình mở máy, vận tốc tăng lên, sức điện động Eư tăng và điện trở mở máy giảm dần đến không, máy thao tác đúng điện áp định mức .
6.2Giảm điện áp đặt vào phần ứng
Phương pháp này được sữ dụng khi có nguồn điện một chiều hoàn toàn có thể kiểm soát và điều chỉnh điện áp ví dụ nguồn một chiều chỉnh lưu .Cần quan tâm rằng để moment mở máy lớn, lúc mở máy phải có từ thông lớn nhất, vì những thông số kỹ thuật mạch kích từ phải kiểm soát và điều chỉnh sao cho dòng điện kích từ lúc mở máy lớn nhất .
7 .Điều chỉnh vận tốc động cơ điện 1 chiều
Ta có phương trình vận tốc của động cơ là :
Dựa vào phương trình, một cách tổng quát ta có những chiêu thức kiểm soát và điều chỉnh vận tốc như sau :
7.1Mắc điện trở kiểm soát và điều chỉnh vào mạch phần ứng
Khi thêm điện trở vào mạch phần ứng, vận tốc giảm. Vì dòng điện phần ứng lớn, nên tổn hao hiệu suất trên điện trở kiểm soát và điều chỉnh lớn. Phương pháp này chỉ sử dụng ở động cơ hiệu suất nhỏ .
Điều chỉnh tốc độ động cơ dùng điện biến trở
7.2Thay đổi điện áp U
Dùng nguồn điện một chiều kiểm soát và điều chỉnh được điện áp cung ấp cho động cơ. Ngày nay với sự tăng trưởng của điện tử thì chiêu thức kiểm soát và điều chỉnh điện áp bằng những mạch điều xung ( PWM – Pulse Width Modulation ) ngày càng phong phú khoảng chừng kiểm soát và điều chỉnh vận tốc rộng, với giá tiền rẻ .
7.3Thay đổi từ thông
Thay đổi từ thông bằng cách đổi khác dòng điện kích từ .Khi kiểm soát và điều chỉnh vận tốc, ta phối hợp những giải pháp trên. Ví dụ chiêu thức biến hóa từ thông, tích hợp với giải pháp đổi khác điện áp thì khoanh vùng phạm vi kiểm soát và điều chỉnh rất rộng, đây là ưu điểm lớn của động cơ điện một chiều .
8 .Động cơ điện 1 chiều kích từ song song
Sơ đồ kích từ song song được vẽ như hình dưới. Để mở máy ta dùng biến trở R mở .
Sơ đồ động cơ kích từ song song
Để kiểm soát và điều chỉnh vận tốc, thường kiểm soát và điều chỉnh Rđc để biến hóa Ikt do đó đổi khác từ thông Φ, chiêu thức này sử dụng rất thoáng rộng .
Song theo biểu thức moment điện từ M = kM.Iư.Φ, cần chú ý khi giảm từ thông Φ có thể dòng điện phần ứng Iư tăng quá trị số cho phép. Vì thể cần có bộ phận bảo vệ, cắt điện không cho động cơ làm việc, khi từ thông giảm quá nhiều.
8.1Đặc tính cơ n = f ( M )
Đường đặc tính cơ là đường quan hệ giữa vận tốc n và moment quay M khi điện áp U và điện trở mạch phần ứng và mạch kích từ không đổi .
Đặc tính cơ của động cơ kích từ song song
· Đường số 1 vẽ đường đặc tính cơ tự nhiên .· Đường số 2 vẽ đường đặc tính cơ khi thêm điện trở Rp vào mạch phần ứng .
8.2Đặc tính thao tác
Đường đặc tính thao tác được xác lập khi điện áp và dòng điện kích từ không đổi. Đó là những đường quan hệ giữa vận tốc n, moment M dòng điện phần ứng Iư và hiệu suất N theo hiệu suất cơ trên trục P2 .
Đặc tính làm việc của động cơ kích từ song song
Nhận xét : động cơ điện kích từ song song có đặc tính cơ cứng và vận tốc phần đông không đổi khi hiệu suất trên trục P2 biến hóa, chúng được dùng nhiều trong những máy cắt sắt kẽm kim loại, những máy công cụ … Khi có nhu yếu cao về kiểm soát và điều chỉnh vận tốc ta dùng động cơ kích từ độc lập .
9 .Động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp
Sơ đồ kích từ tiếp nối đuôi nhau được vẽ như hình dưới .
Sơ đồ động cơ kích từ nối tiếp
Để mở máy người ta dùng biến trở mở máy Rmở. Để kiểm soát và điều chỉnh vận tốc ta hoàn toàn có thể dùng giải pháp kiểm soát và điều chỉnh điện áp hay biến hóa từ thông. Khi kiểm soát và điều chỉnh từ thông, ta mắc biến trở kiểm soát và điều chỉnh song song với dây quấn kích từ tiếp nối đuôi nhau .
9.1Đặc tính cơ n = f ( M )
Phương trình đặc tính cơ của động cơ kích từ tiếp nối đuôi nhau có dạng hypebol .
Đặc tính cơ của động cơ kích từ nối tiếp
Đường đặc tính cơ mềm, moment tăng thì vận tốc cơ giảm. Khi không tải hoặc tải nhỏ, dòng điện và từ thông nhỏ, vận tốc động cơ tăng hoàn toàn có thể gây hỏng động cơ về mặt cơ khí. Vì thế không được cho phép động cơ kích từ tiếp nối đuôi nhau mở máy không tải hoặc nhỏ tải .
9.2Đặc tính thao tác
Động cơ được phép thao tác với vận tốc n nhỏ hơn vận tốc số lượng giới hạn ngh. Đường đặc tính trong vùng thao tác vẽ bằng đường nét liền .
Đặc tính làm việc của động cơ kích từ nối tiếp
Khi chưa bão hòa, moment quay động cơ tỉ lệ với bình phương dòng điện, và vận tốc giảm theo tải. Động cơ kích từ tiếp nối đuôi nhau thích hợp trong chính sách tải nặng nề, được sử dụng nhiều trong giao thông vận tải vận tải đường bộ hay những thiết bị cẩu trục .
10 .Động cơ điện 1 chiều kích từ hỗn hợp
Sơ đồ kích từ hỗn hợp được vẽ như hình bên dưới .
Sơ đồ động cơ kích từ hỗn hợp
Các dây quấn kích từ hoàn toàn có thể nối thuận ( từ trường hai dây quấn cùng chiều ) tăng từ thông hoặc nối ngược ( từ trường hai dây quấn ngược nhau ) làm giảm từ thông .
Đặc tính động cơ kích từ hỗn hợp
+ Đường 1 đường đặc tính cơ động cơ kích từ hỗn hợp khi nối thuận. Và sẽ là trung bình giữa đặc tính cơ của động cơ kích từ song song và tiếp nối đuôi nhau .+ Đường 2 đặc tính cơ của động cơ kích từ song song .+ Đường 3 đặc tính cơ của động cơ kích từ tiếp nối đuôi nhau .Các động cơ thao tác nặng nề, dây quấn kích từ tiếp nối đuôi nhau là dây quấn kích từ chính, còn dây quấn kích từ song song là phụ và được nối thuận. Dây quấn kích từ song song bảo vệ vận tốc động cơ không tăng quá lớn khi moment nhỏ .+ Đường 4 đặc tính của động cơ kích từ hỗn hợp có dây quấn kích từ tiếp nối đuôi nhau là kích từ phụ, và nối ngược. Đặc tính cơ rất cứng, nghĩa là vận tốc phần nhiều không đổi khi moment biến hóa. Do khi moment quay tăng, dòng điện phần ứng tăng, dây quấn kích từ song song làm vận tốc giảm nhẹ. Nhưng vì có dây quấn kích từ tiếp nối đuôi nhau được nối ngược, làm giảm từ thông trong máy, sẽ tăng vận tốc động cơ lên như cũ. Ngược lại khi nối thuận, sẽ làm cho đặc tính động cơ mềm hơn, moment mở máy lớn hơn, thích hợp với máy ép, máy bơm, máy nghiền, máy cán, …
11. Mua mạch điều khiển tốc độ DC giá cạnh tranh, chất lượng cao
Với giá cả cạnh tranh đối đầu trên những sàn thương mại điện tử được nhiều người sử dụng nhìn nhận cao. Giao hàng tận nơi, với chủ trương hoàn trả tiền nếu loại sản phẩm bị lỗi nên người mua hoàn toàn có thể yên tâm đặt sử dụng những mẫu sản phẩm của Shop .– Động cơ DC được người mua yêu dấu với nhiều loại size, mẫu mã khác nhau .
Xem ngay giá bán các loại động cơ DC 
+ Điện áp hoạt động giải trí từ 3 – 36VDC, hiệu suất < 300W+ Tốc độ quay tối đa lên đến 20000 vòng / phút+ Giá chỉ từ 10.000 VNĐ– Bộ điều khiển và tinh chỉnh vận tốc động cơ DC bằng PWM 400W ( 0-10 A ) giá chỉ từ 20.000 VNĐ
Xem ngay giá bán những mạch tinh chỉnh và điều khiển vận tốc+ Tín hiệu PWM từ 0-100 % .+ Tần số xung lên đến 20 kHz+ Kích thước nhỏ gọn+ Chỉ cần cấp nguồn và kiểm soát và điều chỉnh vận tốc bằng biến trở
>> Xem thêm :
Mạch cầu H sử dụng mosfet
Điều khiển tốc độ động cơ dc bằng arduino
Điều khiển tốc độ động cơ dc bằng mạch cầu H L298
Điều khiển tốc độ động cơ bằng pwm
Tài Liệu Tham Khảo ” Động cơ điện 1 chiều ”
[ button color = ” orange ” size = ” medium ” link = ” http://bblink.com/DVAxOB ” icon = ” ” target = ” false ” ] Download giáo trình Kỹ thuật điện, Máy điện [ / button ]
| [ 1 ] |
B. Đ. Hùng, “Máy điện Tập 2,” 2008.
|
| [ 2 ] |
L. V. D. Đặng Văn Đào, Kỹ thuật điện, 2003 . |
