Động cơ DC là động cơ điện hoạt động với dịng điện một chiều. Động cơ điện một chiều ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng dân dụng cũng như cơng nghiệp. Thơng thường động cơ điện một chiều chỉ chạy ở một tốc độ duy nhất khi nối với nguồn điện, tuy nhiên vẫn cĩ thể điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ với sự hỗ trợ của các mạch điện tử cùng phương pháp PWM.
Động cơ điện một chiều trong dân dụng thường là các dạng động cơ hoạt động với điện áp thấp, dùng với những tải nhỏ. Trong cơng nghiệp, động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu moment mở máy lớn hoặc yêu cầu thay đổi tốc độ trong phạm vi rộng. ở đây ta chỉ nghiên cứu động cơ DC trong dân dụng chỉ hoạt động với điện áp 24V trở xuống .
Nhân
Hình 1.1 Một số loại động cơ trên thực tế.
3.1 Cấu tạo:
Một động cơ DC cĩ 6 phần cơ bản:
− Phần ứng hay Rotor (Armature).
− Nam châm tạo từ trường hay Stator (field magnet).
− Cổ gĩp (Commutat).
− Chổi than (Brushes).
− Trục motor (Axle).
− Bộ phận cung cấp dịng điện DC.
Stator bao gồm vỏ máy, cực từ chính, cực từ phụ, dây quấn phần cảm (dây quấn kích thích). Số lượng cực từ chính ảnh hưởng tới tốc độ quay. Đối với động cơ cơng suất nhỏ, người ta cĩ thể kích từ bằng nam châm vĩnh cửu.
Hình 1.2: Cấu tạo động cơ điện một chiều.
Rotor ( cịn gọi là phần ứng ) gồm các lá thép kỹ thuật điện ghép lại cĩ rãnh để đặt các phần tử của dây quấn phần ứng. Điện áp một chiều được đưa vào phần ứng qua hệ thống chổi than – vành gĩp.
Chức năng của chổi than – vành gĩp là để đưa điện áp một chiều và đổi chiều dịng điện trong cuộn dây phần ứng. Số lượng chổi than bằng số lượng cực từ (một nửa cĩ cực từ âm, một nửa cĩ cực từ dương).
Phương trình cơ bản của động cơ 1 chiều: E = K Φ. W (1)
V = E + Ru.Iu (2) M = K Φ Iu (3)
Nhân
Với:
− E: sức điện động cảm ứng (V).
− Φ: Từ thơng trên mỗi cực( Wb).
− Iu: dịng điện phần ứng (A).
− V : Điện áp phần ứng (V).
− Ru: Điện trở phần ứng (Ohm).
− W : tốc độ động cơ (rad/s).
− M : moment động cơ (Nm).
− K: hằng số, phụ thuộc cấu trúc động cơ.
3.2 Nguyên lý hoạt động:
Khi cĩ một dịng điện chảy qua cuộn dây quấn xung quanh một lõi sắt, cạnh phía bên cực dương sẽ bị tác động bởi một lực hướng lên, trong khi cạnh đối diện lại bị tác động bằng một lực hướng xuống theo nguyên lý bàn tay trái của Fleming. Các lực này gây tác động quay lên cuộn dây, và làm cho rotor quay. Để làm cho rotor quay liên tục và đúng chiều, một bộ cổ gĩp điện sẽ làm chuyển mạch dịng điện sau mỗi vị trí ứng với 1/2 chu kỳ. Chỉ cĩ vấn đề là khi mặt của cuộn dây song song với các đường sức từ trường. Nghĩa là lực quay của động cơ bằng 0 khi cuộn dây lệch 90o so với phương ban đầu của nĩ, khi đĩ rotor sẽ quay theo quán tính. Tương tác giữa dịng điện phần ứng và từ thơng kích thích tạo thành momen điện từ. Do đĩ phần ứng sẽ được quay quanh trục.
Hình 1.3: Nguyên lý hoạt động của động cơ DC. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.3 Điều khiển tốc độ động cơ DC:
Thơng thường, tốc độ quay của một động cơ điện một chiều tỷ lệ với điện áp đặt vào nĩ, và ngẫu lực quay tỷ lệ với dịng điện. Cĩ nhiều phương pháp để thay đổi
Nhân
tốc độ động cơ DC, ở đây ta sử dụng phương pháp điều khiển thơng dụng nhất là kiểu điều biến độ rộng xung (PWM), cĩ nghĩa là ta cấp áp cho động cơ dưới dạng xung với tần số khơng đổi mà chỉ thay đổi Ton và Toff.
Từ (1),(2). (3) suy ra:
W = V/(K.Φ) – Ru.Iu/(K.Φ) (4)
Theo (4) : khi Iu khơng đổi (tức Moment khơng đổi) và Φ khơng đổi thì W thay đổi "tuyến tính" theo V (thực tế thì khơng hồn tồn tuyến tính theo đường thẳng được).
Hình 1.4: Điều khiển động cơ bằng PWM.
Khi tỷ lệ thời gian "on" trên thời gian "off" thay đổi sẽ làm thay đổi điện áp trung bình (VAV). Tỷ lệ phần trăm thời gian "on" trong một chu kỳ chuyển mạch nhân với điện áp cấp nguồn sẽ cho điện áp trung bình đặt vào động cơ. Như vậy với điện áp nguồn cung cấp là 100V, và tỷ lệ thời gian ON là 25% thì điện áp trung bình là 25V. VAV thay đổi từ VL đến VH tùy theo các độ rộng Ton và Toff
Như vậy, tốc độ động cơ sẽ thay đổi "tuyến tính" theo % độ rộng xung.
Nhân
Phần B