Động cơ DC là một trong những động cơ phổ biến trong ngành cơ khí và điện tử. Trong bài viết này, MAMA mời bạn cùng chúng tôi đi tìm hiểu về động cơ DC là gì, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các loại động cơ DC và ứng dụng của chúng trong đời sống như thế nào nhé!

Động cơ DC là gì?

Động cơ DC (là tên viết tắt của từ Direct Current Motors) – là loại động cơ một chiều sử dụng dòng điện một chiều (DC) để tạo ra chuyển động cơ học. Motor DC có khả năng thay đổi tốc độ và hướng quay bằng cách điều chỉnh dòng điện vào.

Ưu điểm của Motor

Tiết kiệm điện hơn các động cơ một chiều bởi tiêu thụ ít điện năng, chỉ cấp điện cho Stato chứ không cần cấp điện cho Roto.
Thiết kế đơn giản, có dùng nam châm vĩnh cửu nên hoạt động bền bỉ hơn, từ đó giúp tăng tuổi thọ trung bình 15 năm.
Có khả năng biến đổi dòng điện liên tục nên sẽ phù hợp với nhiều dòng điện khác nhau mà vẫn đảm bảo hoạt động hiệu quả.
Trọng lượng của Motor DC khá nhẹ nên dễ dàng lắp đặt ở bất kỳ đâu, đảm bảo an toàn.
Có chổi than với khả năng khởi động và điều chỉnh đạt hiệu suất tốt.
Được sử dụng rộng rãi trong việc lắp ráp và sản xuất quạt trần với khả năng tiết kiệm điện, không gây tiếng ồn lớn.

Nhược điểm của động cơ DC

Giá thành cao hơn những loại động cơ dòng điện một chiều khác.
Có cấu tạo đơn giản nhưng có tiếp điểm giữa chổi than và cổ góp, có khả năng tạo ra các tia điện trong khi hoạt động và mài mòn cơ học. Từ đó làm tăng nhiệt độ của Motor DC, có thể gây hư hỏng, chập cháy khi hoạt động quá mức.

Cấu tạo Motor DC

Cấu tạo của Motor DC bao gồm các bộ phận chính sau:

Stator: Là bộ phận đứng yên trên động cơ với một hoặc nhiều cặp nam châm vĩnh cửu/nam châm điện với chức năng bảo vệ và hỗ trợ cho động cơ. Stato giúp cung cấp một từ trường quay điều khiển Roto hay điều khiển ứng dụng, nhận nguồn cung cấp điện thông quá những thiết bị đầu cuối của nó.
Trục: Nằm ở chính giữa trung tâm động cơ và được các bộ phận khác bao quanh. Trục thường được làm bằng các kim loại cứng và được các bộ phận khác bao quanh, gắn chặt.
Thiết bị đầu cuối: Thiết bị này sẽ có cổ góp vỏ động cơ, có thể tháo lắp dễ dàng và gắn chặt để bảo vệ, cách ly động cơ DC với môi trường bên ngoài. Thường một Motor DC sẽ có hai thiết bị đầu cuối là tích cực và tiêu cực. Khi dây dương (+) được kết nối với đầu cuối dương (+) và dây âm (-) kết nối với đầu cuối âm (-) thì động cơ sẽ quay theo chiều kim đồng hồ. Và ngược lại, khi gắn trái dấu với nhau thì động cơ sẽ quay ngược chiều kim đồng hồ. Các thiết bị đầu cuối giúp cung cấp nguồn điện cho động cơ và được kết nối với bàn chải chổi than cùng cánh tay bàn chải bên trong nắp lưng để động cơ có thể hoạt động bình thường, liên tục.
Nam châm: Được bao quanh thành hình trong với các miếng đều nhau, được Roto bao bọc xung quanh và cuộn dây quấn đều có thể cố định. Các nam châm sử dụng trong Motor DC là nam châm vĩnh cửu. Khi đó, từ trường của động cơ sẽ luôn hoạt động. Hai nam châm tạo ra được một từ trường mạnh. Vì thế, hai nam châm sẽ bao gồm trong Motor DC xung quanh Roto sao cho từ trường mạnh đi qua Roto.
Rotor: Là phần lõi chuyển động, quay liên tục được làm từ các cuộn dây và quấn lại tạo thành nam châm điện. Rotor bao gồm nhiều đĩa ngăn chặn việc tạo ra một dòng điện xoáy lớn, cách nhiệt với nhau bằng các tấm nhiều lớp và được ứng dụng rộng rãi.
Cuộn dây: Được bao quanh, quấn lấy Rotor và tạo ra một từ trường mạnh mẽ. Mỗi loại dây sẽ tạo ra một từ trường yếu khi điện đi qua nó nhưng nếu kết hợp với tất cả các dây cuộn khác nhau thì sẽ tạo ra một từ trường mạnh. Thường các động cơ DC sẽ có tối thiểu ba cuộn dây để đảm bảo sự hoạt động hiệu quả và nhanh vì khi động cơ có 2 cuộn dây thì sẽ dễ xảy ra tình trạng kẹt và dừng động cơ. Khi nhiều cuộn dây được thêm vào Rotor thì vòng quay của nó trở nên mượt mà hơn bởi có nhiều vòng quấn hơn.
Bàn chải: Cung cấp cho các cuộn dây nguồn điện là là những mảnh kim loại hoạt động như lò xo bởi bàn chải có một vật liệu dẫn điện làm từ carbon. Các bàn chải được kết nối trực tiếp với những thiết bị đầu cuối hoặc nguồn cung cấp điện của động cơ.
Bộ chuyển đổi: Được làm từ các tấm đồng nhỏ gắn trên trục và xoay khi trục quay. Nếu Rotor quay, các cực của nguồn điện cung cấp cho các cuộn dây sẽ bị thay đổi. Mỗi cuộn dây sẽ được kết nối với hai bộ chuyển đổi, các cuộn dây và cách ly điện với nhau. Với các thiết bị có đầu cuối dương – âm được kết nối với hai tấm chuyển đổi thì dòng điện sẽ dễ dàng chảy và môi trường điện từ được tạo ra.

Nguyên lý hoạt động của động cơ DC

Motor DC lấy năng lượng điện thông qua dòng điện trực tiếp rồi chuyển đổi năng lượng điện thành vòng quay cơ học. Khi Motor DC lấy năng lượng điện sẽ tạo ra một từ trường trong Stator, sau đó từ trường này sẽ thu hút và đẩy lùi nam châm trên Roto, làm cho Roto quay.

Bên cạnh đó, nguyên lý hoạt động của động cơ DC còn được biết đến với “Quy tắc bàn tay trái” mà chúng ta được dạy trong môn Vật Lý. Để cỗ máy có thể hoạt động thì Roto cần quay liên tục không ngừng nghỉ và gắn bộ chuyển đổi vào bàn chải đã kết nối với dòng điện để cung cấp nguồn điện cho cuộn dây động cơ.

Tốc độ quay của mỗi loại Motor DC sẽ thay đổi theo từng chu kỳ thời gian, có thể là vòng/phút hoặc nghìn vòng/phút, tùy thuộc vào việc ứng dụng đối với từng thiết bị khác nhau. Có thể nói, Motor DC là loại động cơ đơn giản và phổ biến được áp dụng trong nhiều ngành công nghiệp sản xuất, chế tạo như lắp ráp quạt, thiết bị gia dụng…

So sánh motor DC và AC

Tiêu chí	Motor DC	Động Cơ AC
Dòng điện sử dụng	Dòng điện một chiều (DC)	Dòng điện xoay chiều (AC)
Điều khiển tốc độ	Dễ dàng điều khiển tốc độ và chiều quay	Khó điều khiển tốc độ và chiều quay
Bảo trì	Cần bảo trì định kỳ (chổi than, commutator)	Không cần bảo trì nhiều (không có chổi than)
Hiệu suất	Hiệu suất thường cao hơn	Hiệu suất thấp hơn so với động cơ DC
Ứng dụng	Sử dụng trong các thiết bị nhỏ, robot…	Sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và dân dụng

Các loại Motor DC

Động cơ DC có chổi than

Tạo ra từ trường Rotor (bộ phận quay) bằng cách cho dòng điện đi qua cổ góp và chổi than. Từ trường của Stato (bộ phận đứng im) được tạo ra nhờ cuộn dây từ trường Stato hoặc dùng nam châm vĩnh cửu.

Motor DC kích thích riêng biệt

Có nguồn cung cấp điện riêng biệt cho cuộn dây và cuộn dây trường sẽ ứng dụng, tách biệt về mặt điện với nhau. Vì thế, các hoạt động của dòng cảm ứng và dòng điện trường sẽ không can thiệp vào hoạt động của nhau. Dòng điện đầu vào sẽ là tổng của 2 dòng điện này.

Motor DC không chổi than (BLDC)

Tạo ra từ trường Roto (bộ phận quay) bằng cách dùng nam châm vĩnh cửu và sự chuyển dịch của mạch điện từ di chuyển xung quanh Stato. Động cơ DC không chổi than là động cơ đồng bộ, tốc độ Rôt bằng với tốc độ tw trường, hiệu quả hơn và có tuổi thọ cao hơn so với Motor DC có chổi than.

Động cơ DC tự kích thích

Bao gồm các kết nối nối tiếp, song song và hỗn hợp. Mỗi kết nối sẽ có cấu tạo và chức năng riêng để đảm bảo động cơ điện một chiều DC tự kích thích có thể hoạt động bình thường và hiệu quả. Động cơ này có các cuộn dây lĩnh vực và ứng dụng được kết nối với nhau, đồng thời chúng cũng có cùng một nguồn điện cung cấp và duy nhất. Các kết nối song song hoặc loạt với song song sẽ được thực hiện như Shunt vết thương trong khi phiên bản loạt là vết thương hàng loạt.

Ứng dụng động cơ DC

Động cơ DC được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau nhờ vào tính linh hoạt và khả năng điều khiển dễ dàng. Một số ứng dụng phổ biến bao gồm:

Quạt trần: Hiện nay có khá nhiều dòng quạt trần sử dụng động cơ DC giúp tiết kiệm điện và hoạt động hiệu quả.
Máy bơm: Động cơ DC được sử dụng trong máy bơm để cấp nguồn bởi chúng có khả năng điều khiển tốc độ thay đổi dễ dàng.
Oto điện: Có khá nhiều nhà sản xuất phụ kiện oto sử dụng động DC vì momen xoắn khởi động cao, nhất là động cơ dây quấn nối tiếp, tốc độ điện áp thay đổi theo đầu vào.

Hy vọng qua bài viết mà chúng tôi chia sẻ trên đây đã phần nào giúp bạn có cái nhìn đầy đủ và chi tiết về động cơ DC. Cảm ơn bạn đã quan tâm theo dõi bài viết của chúng tôi!

Tư vấn Mua & dùng quạt

Động cơ DC là gì? Cấu tạo, nguyên lý và các loại motor DC