Động cơ DC là gì? Sơ đồ 4 dây, điều khiển tốc độ và so sánh động cơ AC- Suzhou Retek Electric Technology Co., Ltd.

Động cơ DC chuyển đổi năng lượng dòng điện một chiều thành chuyển động quay cơ học thông qua sự tương tác của từ trường. Hiểu cách một Động cơ DC hoạt động dựa trên nguyên lý Lực Lorentz là bước đầu tiên nhưng phải chọn đúng Động cơ DC 12V tốc độ thay đổi và nối dây đúng cách—đặc biệt là một Sơ đồ kết nối động cơ DC 4 dây —xác định hiệu suất trong thế giới thực. Bài viết này giải nén các thành phần của động cơ DC , hiển thị chính xác sơ đồ nối dây của động cơ DC thiết lập và giải thích điều khiển tốc độ và mômen của động cơ DC hệ thống với dữ liệu thực tế. Chúng tôi cũng đối chiếu động cơ AC hoạt động như thế nào để bạn có thể đưa ra lựa chọn sáng suốt.

Động cơ DC là gì và nguyên lý quay của nó

A Động cơ DC hoạt động dựa trên nguyên lý Định luật lực Lorentz: Khi một dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường thì nó chịu một lực cơ học. Bên trong mỗi động cơ DC có chổi than, lực này tác dụng lên cuộn dây phần ứng, tạo ra mô-men xoắn làm quay trục. Hướng quay được xác định theo quy tắc bàn tay trái của Fleming - nếu cực của dòng điện hoặc từ trường bị đảo ngược, động cơ sẽ đảo hướng. Trong động cơ DC nam châm vĩnh cửu, stato cung cấp một từ trường cố định và dòng điện phần ứng trực tiếp điều khiển mô-men xoắn; mối quan hệ là tuyến tính, với mô-men xoắn tính bằng Nm là tích của hằng số mô-men xoắn của động cơ (Kt) và dòng điện phần ứng. Trong một điển hình Động cơ DC 12V tốc độ thay đổi , Kt có thể vào khoảng 0,05 Nm/A, nghĩa là 2 A tạo ra mô-men xoắn liên tục khoảng 0,1 Nm.

Một nguyên tắc quan trọng khác là lực điện động ngược (EMF ngược). Khi phần ứng quay, nó tạo ra một điện áp ngược với nguồn cung cấp. Tốc độ của động cơ ổn định khi EMF phía sau cộng với điện áp rơi bằng điện áp đặt vào. Hành vi tự điều chỉnh này cho phép điều khiển tốc độ và mômen của động cơ DC mạch có khả năng dự đoán cao: giảm điện áp và động cơ chạy chậm lại cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng mới.

Brushless DC Motor for Robotic Lawn Mower 42mm Diameter W42 Series

Các thành phần của động cơ DC: Phân tích chi tiết

Mỗi động cơ DC có chổi than chia sẻ một bộ các thành phần của động cơ DC ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả và tuổi thọ sử dụng. Bảng dưới đây liệt kê các bộ phận chính và chức năng của chúng. Trong động cơ DC không chổi than (BLDC), cổ góp cơ học được thay thế bằng chuyển mạch điện tử, nhưng các thành phần điện từ cơ bản vẫn còn.

Các bộ phận chính của động cơ DC có chổi than và vai trò của chúng trong việc chuyển đổi năng lượng
thành phần	Chất liệu/Loại	Chức năng chính
Stator (nam châm trường)	Nam châm vĩnh cửu hoặc trường vết thương	Tạo ra một từ trường đứng yên
Phần ứng (rôto)	Lõi thép nhiều lớp với cuộn dây đồng	Mang dòng điện và tạo ra mô-men xoắn
cổ góp	Các đoạn đồng trên trục phần ứng	Đảo chiều dòng điện trong phần ứng sau mỗi nửa vòng
Bàn chải	Cacbon hoặc than chì	Chuyển dòng điện từ dây dẫn tĩnh sang cổ góp quay
Trục & vòng bi	Vòng bi trục, bi hoặc ống thép	Hỗ trợ xoay và giảm ma sát

Trong động cơ DC kích thích độc lập - thường gặp khi xử lý một Sơ đồ kết nối động cơ DC 4 dây - cuộn dây kích từ được cung cấp độc lập với phần ứng, bổ sung thêm hai cực so với loại nam châm vĩnh cửu hoặc loại quấn nối tiếp. Điều này cho phép kiểm soát độc lập chính xác đối với từ thông và dòng điện phần ứng, điều này rất cần thiết cho các ứng dụng nâng cao. điều khiển tốc độ và mômen của động cơ DC ứng dụng.

Giải thích sơ đồ nối dây và kết nối động cơ DC 4 dây

A Sơ đồ kết nối động cơ DC 4 dây thường đại diện cho động cơ DC kích từ độc lập hoặc động cơ vạn năng có từ trường và cuộn dây phần ứng tiếp cận được. Bốn thiết bị đầu cuối được đánh dấu A1 và A2 (phần ứng) và F1 và F2 (trường). Một sự đúng đắn sơ đồ nối dây của động cơ DC loại này tách biệt hoàn toàn mạch phần ứng và mạch trường. Bảng dưới đây cho thấy sơ đồ kết nối tiêu chuẩn được sử dụng trong các bộ truyền động có tốc độ thay đổi. Nếu bạn đang làm việc với động cơ nam châm vĩnh cửu, bạn sẽ chỉ tìm thấy hai dây và trường được cung cấp bởi nam châm cố định, giúp đơn giản hóa đáng kể việc thiết lập.

Nhận dạng và kết nối đầu cuối điển hình cho động cơ DC 4 dây kích thích riêng biệt
Trạm đầu cuối động cơ	Màu dây (Điển hình)	Kết nối với
A1	màu đỏ	Nguồn cung cấp phần ứng dương (từ trình điều khiển cầu H hoặc PLC)
A2	Đen	Nguồn cung cấp phần ứng âm
F1	Trắng hoặc vàng	Nguồn cung cấp trường dương (DC được điều chỉnh, điện áp hoặc dòng điện không đổi)
F2	Màu xanh	Cung cấp hiện trường tiêu cực

Khi sử dụng một Động cơ DC 12V tốc độ thay đổi với cấu hình bốn dây, mạch phần ứng thường được điều khiển bởi bộ điều khiển PLC hoạt động ở điện áp danh định 12 V, trong khi mạch trường nhận được điện áp 12 V ổn định (hoặc điện áp quy định thấp hơn) để duy trì cường độ trường không đổi. Đảo ngược các kết nối phần ứng hoặc các kết nối trường—nhưng không bao giờ cả hai—sẽ đảo ngược chiều quay. Một số bộ điều khiển cũng hỗ trợ làm suy yếu trường: giảm điện áp trường dưới mức danh định sẽ tăng tốc độ với chi phí mô-men xoắn, một kỹ thuật được sử dụng để vận hành công suất không đổi trên tốc độ cơ bản.

Điều khiển tốc độ và mô-men xoắn của động cơ DC 12V tốc độ thay đổi

Chính xác điều khiển tốc độ và mômen của động cơ DC mạch bắt đầu với điều chế độ rộng xung. Đối với một Động cơ DC 12V tốc độ thay đổi , chuyển mạch cầu H dựa trên MOSFET ở tần số 20 kHz cung cấp điện áp trung bình từ 0 đến 12 V. Trong động cơ DC 12 V, 50 W đã được thử nghiệm, tốc độ không tải ở chu kỳ làm việc 100% là 3200 vòng/phút. Ở chu kỳ hoạt động 50%, tốc độ giảm xuống khoảng 1550 vòng/phút trong khi vẫn duy trì chuyển động quay mượt mà với độ gợn tốc độ dưới 2%. Tuy nhiên, mô-men xoắn vẫn gần như tỷ lệ với dòng điện trung bình: ở mức 1 A, động cơ tạo ra 0,12 Nm; ở 3 A, mô-men xoắn đạt 0,35 Nm. Mối quan hệ dòng điện-mô-men xoắn tuyến tính này giúp việc thực hiện giới hạn mô-men xoắn trở nên đơn giản bằng cách cảm nhận dòng điện phần ứng và giảm chu kỳ hoạt động của xung điện nếu vượt quá ngưỡng đặt trước.

Điều khiển vòng kín nâng cao hiệu suất hơn nữa. Việc thêm bộ mã hóa cầu phương vào trục động cơ cho phép bộ vi điều khiển duy trì tốc độ cài đặt trong khoảng ±1%. Để điều chỉnh mô-men xoắn, một cảm biến dòng điện trong vòng phần ứng sẽ cung cấp bộ điều khiển PI để điều chỉnh tín hiệuPWM theo thời gian thực. Trong môi trường công nghiệp, một động cơ kích từ độc lập có Sơ đồ kết nối động cơ DC 4 dây cung cấp tùy chọn bổ sung cho điều khiển hướng trường: duy trì điện áp trường không đổi cho mô-men xoắn cao ở tốc độ thấp, sau đó làm suy yếu trường để mở rộng phạm vi tốc độ. Dữ liệu cho thấy rằng việc giảm dòng điện kích từ xuống 30% có thể tăng tốc độ tối đa lên khoảng 40%, mặc dù mô-men xoắn khả dụng giảm ngược lại.

Động cơ DC so với động cơ AC: Động cơ AC hoạt động như thế nào?

Hiểu biết động cơ AC hoạt động như thế nào giúp làm rõ ưu điểm và hạn chế của động cơ DC. Động cơ cảm ứng xoay chiều phổ biến nhất hoạt động theo nguyên lý từ trường quay. Khi dòng điện xoay chiều ba pha chạy qua cuộn dây stato cách nhau 120°, nó sẽ tạo ra một từ trường quay với tốc độ đồng bộ—1800 vòng/phút đối với động cơ 4 cực trên nguồn điện 60 Hz. Từ trường quay này tạo ra dòng điện trong thanh rôto và sự tương tác tạo ra mô-men xoắn. Động cơ cảm ứng một pha cần cuộn dây khởi động và tụ điện để tạo ra sự lệch pha và bắt đầu quay. Không giống như động cơ DC, tốc độ của động cơ cảm ứng được liên kết chặt chẽ với tần số nguồn và độ trượt (thường thấp hơn tốc độ đồng bộ 2–5% khi đầy tải).

Ngược lại, một Động cơ DC 12V tốc độ thay đổi thay đổi tốc độ chỉ bằng cách điều chỉnh điện áp và mô-men xoắn khởi động của nó có thể vượt quá 200% mô-men xoắn định mức mà không cần thiết bị điện tử truyền động phức tạp. Động cơ AC vượt trội trong các ứng dụng công suất cao, tốc độ không đổi, trong khi động cơ DC—đặc biệt là loại có chổi than và loại BLDC—thống trị các nhiệm vụ trợ động chính xác và chạy bằng pin. các sơ đồ nối dây của động cơ DC việc thiết lập cũng đơn giản hơn đối với tốc độ thay đổi: một bộ điều khiểnPWM duy nhất so với một bộ điều khiển tần số thay đổi cần thiết để điều khiển tốc độ AC. Việc lựa chọn giữa chúng phụ thuộc vào phạm vi tốc độ cần thiết, khả năng bảo trì và nguồn điện sẵn có.

Previous: Động cơ quạt làm mát đầm lầy quá nóng & sửa chữa: Hướng dẫn đầy đủ Next: Không có bài viết tiếp theo