Nguyên lý làm việc động cơ điện một chiều

Nguyên lý làm việc động cơ DC

Bạn có thể tìm thấy động cơ điện một chiều trong rất nhiều đồ dùng sinh hoạt hàng ngày và các loại máy móc công nghiệp. Trong Video này, chúng ta sẽ hiểu được nguyên lý làm việc của chúng.

Video mô phỏng chi tiết nguyên lý hoạt động BLDC.

Nguyên lý hoạt động:

Trước tiên hãy bắt đầu với động cơ điện một chiều đơn giản nhất. Cấu tạo của nó giống như trên Hình 1. Stator là một nam châm vĩnh cửu cung cấp một từ trường còn Rotor là khung dây có thể quay quanh trục và được nối với nguồn điện một chiều thông qua cổ góp (Cặp vành khuyên).

Hình 1: Động cơ điện một chiều đơn giản sử dụng nam châm vĩnh cửu.

Rotor được đấu với nguồn điện một chiều thông qua cặp vành khuyên, khi dòng điện chạy qua cuộn dây sẽ có một lực tác dụng lên cuộn dây theo định luật Lorentz , vì vậy các cuộn dây sẽ bắt đầu quay. Các lực từ trường gây ra do cảm ứng điện từ được thể hiện bằng mũi tên đỏ trong Hình 2.

Hình 2: Lực từ tác dụng lên cuộn dây Rotor

Cặp vành khuyên sẽ đảo chiều dòng điện sau nửa vòng quay. Kết quả là phần bên trái cuộn dây thì dòng điện luôn đi ra phía sau, còn phần bên phải cuộn dây dòng điện luôn đi ra phía trước. Điều này đảm bảo rằng lực Momen tạo ra luôn hướng về phía chiều quay. Do đó, cuộn dây có thể quay liên tục theo một chiều.

Hình 3: Sự chuyển mạch của cặp vành khuyên

đảm bảo cuộn dây quay liên tục theo một chiều.

Cải thiện Momen:

Nhưng nếu bạn quan sát thật kỹ chuyển động của cuộn dây, bạn sẽ nhận thấy rằng. Khi mặt phẳng của khung dây vuông góc với đường sức từ thì tại điểm này Moomen lực gần như bằng không.

Hình 4: Khi mặt phẳng của khung dây vuông góc với đường sức từ thì tại điểm này

Moomen lực gần như bằng không.

Kết quả Rotor sẽ quay không đều, đó là điều chúng ta không mong muốn. Có một cách rất hay để khắc phục điều đó, bằng cách thêm một cuộn dây nữa. Như vậy, nếu cuộn thứ nhất ở vị trí Momen lực gần như bằng không thì tại cuộn dây thứ 2 lại có Momen lực lớn nhất => chuyển động quay sẽ đều hơn.

Hình.5 Đối với việc bố trí Rotor 2 cuộn dây, khi cuộn dây đầu tiên vuông góc với từ thông,

cuộn dây thứ hai được kết nối với nguồn điện

Để quay được đều hơn ta tiếp tục thêm nhiều cuộn dây xen kẽ liên tiếp. Trong thực tế, Rotor còn được gắn thêm lõi sắt xen vào các vòng dây và trục quay để tăng cường lực từ. Chổi than liên tục tiếp xúc với cổ góp nhờ lò xo bên trong để duy trì dòng điện lần lượt qua các cuộn dây.

Hình 6 : Rotor còn được gắn thêm lõi sắt xen vào các vòng dây và trục quay để tăng cường lực từ

Sử dụng châm điện

Nam

châm vĩnh cửu gắn trên Stator chỉ được dùng với các động cơ nhỏ. Còn đối với các động cơ lớn để tạo ra từ trường mạnh, phần này được làm bằng nam châm điện với nguồn điện một chiều.

Hình 7: Nam châm điện được sử dụng hầu hết thời gian trong động cơ DC

Song song & Nối tiếp

Các cuộn dây trên Stator và Rotor có thể được nối với nhau theo 2 cách khác nhau: Song song hoặc nối tiếp. Kết quả đem lại cũng rất khác nhau.

Hình 8: Stator và Rotor được mắc nối tiếp.

Mắc nối tiếp thì Momen khởi động lớn nhưng tốc độ quay của động cơ giảm nhanh khi tải động cơ tăng. Tính chất này được thể hiện trong Hình 8. Còn mắc song song thì Momen khởi động nhỏ hơn nhưng nó có khả năng chạy với tốc độ gần như không đổi. Tính chất này được thể hiện trong Hình 9 và Hình 10. Cách này tốc độ quay gần như không phụ thuộc vào tải của động cơ.