Từ từ trường đến xoay: Một bài viết để hiểu tại sao DC Motors xoay

Trong bài viết trước, chúng tôi đã có một sự hiểu biết sơ bộ vềĐộng cơ DC là gì, những phần cấu trúc cơ bản của nó bao gồm, và nhiều ứng dụng trong cuộc sống và ngành công nghiệp. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giải thích sâu hơn "Tại sao động cơ DC có thể xoay và nguyên tắc làm việc của nó là gì".

 

Chúng ta đã biết rằng sự quay của động cơ DC đòi hỏi dòng điện, từ trường và cấu trúc cuộn phức tạp, nhưng làm thế nào để điện, từ tính và cuộn dây phản ứng với nhau, và các định luật vật lý nào cho phép một thành phần dường như đứng yên bắt đầu quay liên tục?

 

Chúng tôi sẽ giải thích từng vấn đề này từng vấn đề trong nội dung sau, vì vậy hãy bắt đầu.

 

 

Để thực sự hiểu tại sao DC Motors có thể xoay, chúng ta cần biết một định luật vật lý rất cơ bản -Luật của Ampere.

 

Nguyên tắc cơ bản của động cơ điện: Luật lực của Ampere (F=Bil)

Có một đạo luật trong vật lý nói:

Khi dòng điện đi qua một dây và nó nằm trong một từ trường, nó sẽ được tác động bởi một từ trường.

 

Độ lớn của lực này được xác định bởi công thức sau:

F=b × i × l × sinθ

F: Lực lượng

B: Sức mạnh từ trường

I: Cường độ hiện tại

L: chiều dài dây

θ: góc giữa hướng hiện tại và hướng từ trường

Lực lượng này là những gì chúng ta thường gọi là "lực lượng ampe".

 

Nó không phải là bí ẩn, giống như khi bạn đặt một nam châm gần với một cuộn dây dẫn điện, bạn sẽ cảm thấy một lực "đẩy" hoặc "kéo", đó là sự tương tác giữa dòng điện và từ trường.

 

Nói một cách đơn giản: hiện tại đi qua từ trường → lực được áp dụng cho dây → dây di chuyển

 

Đây là cơ sở để động cơ di chuyển.

 

Làm thế nào để một động cơ DC biến lực này thành "xoay liên tục"?

Trước đó chúng tôi đã nói rằng một dây có thể bị buộc. Nhưng trong động cơ, nó không phải là một dây, mà là một nhóm cuộn dây cuộn dây - chúng tôi gọi chúng là cuộn dây phần ứng, được lắp đặt trên một cánh quạt có thể xoay tự do.

 

Dòng điện chảy từ nguồn nguồn vào cuộn dây, cuộn dây tạo ra lực và rôto bắt đầu quay. Đây là một câu hỏi:

Nếu lực chỉ được áp dụng một lần, rôto sẽ chỉ xoay một lần và sau đó dừng lại và không thể xoay liên tục?

 

Có, vì vậy có một cấu trúc rất quan trọng được thiết kế bên trong động cơ DC - người giao dịch.

 

Chức năng của thành phần nhỏ này là tự động chuyển hướng của dòng điện trong cuộn dây trong quá trình xoay phần ứng. Ưu điểm của điều này là mặc dù hiện tại thay đổi hướng, "hướng lực" trong từ trường vẫn phù hợp, cho phép rôto tiếp tục quay.

 

Bạn có thể nghĩ về người giao dịch như một công tắc "liên tục lật" trong quá trình quay. Nó hoạt động với các bàn chải để luôn luôn giữ cho dòng "chảy đúng hướng" để duy trì xoay ổn định.

 

 

Lý do tại sao động cơ DC có thể "di chuyển" ổn định không chỉ là do từ hiện tại và từ trường, mà còn do công việc phối hợp của một loạt các thành phần chính xác bên trong nó, bao gồm "cuộn dây phần ứng", "cổ thư" và "bàn chải". Để hiểu đơn giản hơn, lời giải thích ở đây sẽ dựa trên động cơ DC được chải.

 

1. Cuộn dây phần ứng: "Bản nhạc" của dòng điện

Trong động cơ DC, cuộn dây phần ứng (còn được gọi là cuộn dây rôto) là chất mang trực tiếp của lực ampe. Khi dòng điện đi vào động cơ từ một nguồn công suất bên ngoài, thông qua các cuộn dây này được phân phối trong các khe mà lực được áp dụng trong từ trường. Vì các cuộn dây được phân phối đối xứng trên cánh quạt, các lực này sẽ hợp tác với nhau để tạo thành một mô -men xoắn xoay (mô -men xoắn) ổn định và cân bằng.

 

Nó có thể được hiểu như sau:

Mỗi phần của dây giống như một "bản nhạc" trong đó hiện tại chạy và từ trường hoạt động như một trọng tài để tác dụng "động lực". Khi nhiều cuộn dây được kết hợp với nhau, chúng giống như một đội, chạy theo vòng tròn nhịp nhàng và cuối cùng tạo ra mô -men xoắn liên tục.

 

Ngoài ra, càng có nhiều cuộn dây phần ứng, động cơ càng chạy và dao động mô -men xoắn đầu ra càng nhỏ.

 

2.

Nó không đủ để có dòng điện chảy qua cuộn dây - để giữ phần ứng dưới lực không đổi theo cùng một hướng, hướng của dòng điện phải được đảo ngược mỗi nửa lượt, đó là công việc của người giao cổ.

 

Cổ góp là một cấu trúc của các tấm đồng cố định vào trục giữ tiếp xúc với các bàn chải trên stato. Khi rôto quay, các bàn chải trượt trên các tấm đồng khác nhau, khiến dòng điện có thể "tự động thay thế". Đây là lý do tại sao lực trên dây vẫn theo cùng một hướng ngay cả sau khi cuộn dây đã quay đầu nửa lượt.

 

Nói cách khác, người giao dịch giống như một hệ thống tự động điều chỉnh đèn giao thông để đảm bảo rằng dòng điện "chảy trơn tru" và duy trì nhịp xoay.

 

Vậy tại sao bàn chải và cổ góp thường là những bộ phận mặc nhanh nhất?

Bởi vì chúng ở trong tình trạng tiếp xúc và ma sát liên tục, chúng có xu hướng gây ra và sưởi ấm ở tốc độ cao và dòng điện cao, và tuổi thọ của chúng bị hạn chế trong hoạt động lâu dài. Do đó, trong các động cơ hiệu suất cao (như động cơ DC không chổi than), mọi người sử dụng giao dịch điện tử để thay thế phần này của cấu trúc.

 

 

Một động cơ DC không chỉ là về "quay", nó cũng có thể "quay nhanh", "quay dữ dội" và thậm chí duy trì đầu ra ổn định dưới các tải khác nhau. Vì vậy, làm thế nào là tốc độ (RPM) và mô -men xoắn (mô -men xoắn) của động cơ được điều khiển? Chúng ta có thể hiểu nó từ các khía cạnh sau:

 

1. Mối quan hệ giữa điện áp, dòng điện, tốc độ và mô -men xoắn

Các đặc điểm đầu ra của động cơ DC có liên quan chặt chẽ với điện áp đầu vào và dòng điện:

 

Điện áp xác định tốc độ

Trong tiền đề rằng tải vẫn không thay đổi, tốc độ của động cơ DC gần như tỷ lệ thuận với điện áp.

· Giảm điện áp → giảm tốc độ

· Tăng điện áp → tăng tốc độ

 

Hiện tại ảnh hưởng đến mô -men xoắn

Dòng điện càng lớn, lực ampe càng mạnh hơn được tạo ra thông qua cuộn dây và mô -men xoắn đầu ra càng lớn.

· Hiện tại hơn → mô -men xoắn hơn (nhưng cũng dễ bị quá nóng)

 

Đây là lý do tại sao xe điện đòi hỏi nhiều dòng điện hơn khi tăng tốc, trong khi dòng điện giảm khi bay với tốc độ không đổi.

 

2. Động cơ "tự điều chỉnh" như thế nào khi tải thay đổi?

Khi tải trọng được điều khiển bởi động cơ trở nên nặng hơn (giống như hai người ngồi trên xe đạp điện), chuyển động của rôto sẽ gặp phải điện trở lớn hơn và tốc độ sẽ giảm một cách tự nhiên. Tại thời điểm này, lực điện từ phía sau của cuộn dây phần ứng sẽ giảm, khiến dòng điện nhiều hơn chảy vào động cơ, sẽ tự động tăng mô -men xoắn đầu ra, chống tải và duy trì xoay.

 

Cơ chế "thích ứng" này là một trong những lý do tại sao DC Motors rất thực tế.

 

3. Điều khiển PWM: Một biến thể của điều khiển điện áp

Trong điều khiển động cơ hiện tại, điện áp cung cấp điện không được điều chỉnh trực tiếp. Thay vào đó, một phương pháp gọi là PWM (điều chế độ rộng xung) được sử dụng để mô phỏng hiệu ứng "điện áp biến đổi".

 

Nói một cách đơn giản:

Bộ điều khiển sẽ bật và tắt nguồn nhanh chóng, cho phép động cơ hoạt động trong chu kỳ chuyển đổi "bật tắt" tần số cao.

Bằng cách điều chỉnh tỷ lệ thời gian "ON" (chu kỳ nhiệm vụ), các điện áp trung bình khác nhau có thể được mô phỏng.

 

Ví dụ:

Chu kỳ nhiệm vụ 50% ≈ cung cấp một nửa điện áp → tốc độ là khoảng một nửa tốc độ

Chu kỳ nhiệm vụ 90% Cung cấp điện áp cao → Tốc độ gần với tốc độ tối đa

 

PWM không chỉ có sự kiểm soát chính xác mà còn giảm mất năng lượng. Đó là phương tiện cốt lõi của các hệ thống điều khiển động cơ DC hiện đại.

 

 

Trong nội dung trước, chúng tôi đã sử dụng động cơ DC nam châm vĩnh cửu được chải làm ví dụ để giải thích nguyên tắc làm việc, nhưng trên thực tế, "động cơ DC" không phải là một cấu trúc duy nhất. Nó có thể thay đổi trong các hình thức thiết kế dựa trên các phương pháp giao hoán, nguồn từ trường, v.v.

 

Vì vậy, các loại động cơ DC khác nhau có hoạt động theo cùng một cách không? Sự khác biệt chính là gì? Hãy xem xét.

 

1. Chải so với không chổi than: Sự khác biệt trong cơ chế giao hoán

Động cơ DC chải

Phương pháp giao hoán: Dựa vào Cổ đổi cơ học + Bàn chải để hoàn thành việc đảo ngược hướng hiện tại.

Các tính năng: Cấu trúc đơn giản, dễ kiểm soát, giá thấp, nhưng bàn chải rất dễ mặc và yêu cầu bảo trì thường xuyên.

 

Động cơ DC không chổi than (BLDC)

Phương pháp đi lại: Giao dịch điện tử, thông qua cảm biến vị trí và bộ điều khiển để xác định vị trí rôto và thay đổi cuộn dây năng lượng.

Các tính năng: Hiệu quả cao, tuổi thọ dài, tiếng ồn thấp, phù hợp cho các kịch bản đòi hỏi hiệu suất cao (như máy bay không người lái, dụng cụ điện, xe điện, v.v.).

 

Tóm tắt về sự khác biệt cốt lõi:

dự án	Động cơ chải	Động cơ không chổi than
Phương pháp đi lại	Nhà giao cổ cơ học	Điều khiển điện tử
Tần suất bảo trì	cao	Thấp
Cuộc sống phục vụ	Tương đối ngắn	Lâu hơn
trị giá	Thấp	Cao hơn
Kiểm soát khó khăn	Thấp	Trung bình đến cao

 

2. Magnet vĩnh viễn so với kích thích: các nguồn từ trường khác nhau

Động cơ DC nam châm vĩnh cửu (Động cơ PMDC)

· Nguồn từ trường: Nam châm vĩnh cửu được sử dụng, với từ trường ổn định và cấu trúc nhỏ gọn.

Ưu điểm: Kích thước nhỏ, hiệu quả cao, thường được sử dụng trong động cơ vi mô, thiết bị di động, xe điện, v.v.

Nhược điểm: nam châm có điện trở nhiệt hạn chế và độ bền từ trường không thể được điều chỉnh.

 

Động cơ DC kích thích

· Nguồn từ trường: Từ trường được tạo ra bởi cuộn dây kích thích, có thể là kích thích chuỗi, kích thích song song, kích thích hợp chất và các cấu trúc khác.

Ưu điểm: Từ trường có thể điều chỉnh, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu mô -men xoắn khởi động lớn hoặc tốc độ thay đổi, chẳng hạn như thiết bị nâng công nghiệp, thang máy, v.v.

Nhược điểm: Cấu trúc phức tạp hơn, khối lượng lớn hơn, mức tiêu thụ năng lượng cao hơn một chút.

 

So sánh chênh lệch từ trường:

dự án	Động cơ nam châm vĩnh cửu	Động cơ kích thích
Nguồn từ trường	Nam châm vĩnh cửu	Cuộn dây kích thích
Khả năng điều chỉnh từ trường	Không thể điều chỉnh	Điều chỉnh
trị giá	Tương đối thấp	Cao hơn một chút
Kịch bản ứng dụng	Nhỏ và di động	Công nghiệp, nhiệm vụ nặng nề

 

Để so sánh, có thể thấy rằng mặc dù các loại động cơ DC khác nhau khác nhau trong các cơ chế giao hoán và các nguồn từ trường, các nguyên tắc cốt lõi của chúng là như nhau: sử dụng lực tác dụng lên dây dẫn mang hiện tại trong từ trường để tạo thành mô-men xoắn, do đó lái xe.

 

 

Tại thời điểm này, tôi nghĩ rằng bạn có một sự hiểu biết đầy đủ vềĐộng cơ DC là gìvà toàn bộ quá trình tại sao một động cơ DC có thể xoay. Từ nguyên tắc vật lý (định luật của Ampere), đến công việc phối hợp của các thành phần chính (cuộn dây phần ứng, cổ góp, bàn chải), cho đến sự khác biệt trong các cơ chế làm việc của các loại động cơ khác nhau (bàn chải\/không chổi than, nam châm vĩnh cửu\/kích thích vĩnh viễn), có thể nói rằng DC Motors là một công nghệ "

 

 

Nếu bạn đang tìm kiếm một động cơ DC hiệu quả và đáng tin cậy cho dự án của mình, tại sao không liên hệ với chúng tôi - nhà sản xuất động cơ VSD DC.

Chúng tôi tập trung vào việc thiết kế và tùy chỉnh các động cơ DC khác nhau, bao gồm được chải, không chổi, nam châm vĩnh cửu, thiết bị, điều khiển điện tử và các loạt khác, được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị gia dụng thông minh, robot, thiết bị tự động hóa, độ chính xác y tế và các lĩnh vực khác.

 

Ưu điểm của chúng tôi:

Hỗ trợ phát triển tùy chỉnh và sản xuất thử nghiệm hàng loạt nhỏ

Sở hữu công nghệ bằng sáng chế độc lập và chứng nhận chất lượng nghiêm ngặt

Phục vụ khách hàng ở nhiều quốc gia trên thế giới

 

Hãy liên hệ với chúng tôi để biết hướng dẫn sử dụng sản phẩm hoặc tư vấn kỹ thuật. Nó sẽ làm cho lựa chọn động cơ của bạn dễ dàng hơn và dự án của bạn hiệu quả hơn!