Bài giảng Động cơ DC: Tổng hợp kiến thức chi tiết nhất

nghĩa & & CấuCấu tạotạo

động Nguyên lílí hoạthoạt động lương vậtvật lýlý

động cơcơ DC DC

loại động

Phương pháppháp điềuđiều khiển

khiển tốctốc độđộ..

nhöôc ñieåmñieåm..

ñoäng côcô..

triển 1.1. LịchLịch sửsử phátphát triển 2.2. ĐịnhĐịnh nghĩa 3.3. Nguyên 4.4. CácCác đạiđại lương 5.5. PhânPhân loại 6.6. Phương 7.7. ÖuÖu nhöôc 8.8. CaùcCaùc chæchæ tieâutieâu choïnchoïn löïalöïa ñoäng dụng động 9.9. ỨngỨng dụng

động cơcơ DCDC

Lịch sử phát triển: Lịch sử phát triển:

 Nguyên lý chuyển đổi từ

Năm 1820: nhà Hóa học Đan mạch Hans  Năm 1820: nhà Hóa học Đan mạch Hans Christian Orsted hiện ra hiện tượng điện từ. Christian Orsted phátphát hiện ra hiện tượng điện từ. naêng löôïng ñieän sangsang Nguyên lý chuyển đổi từ naêng löôïng ñieän naêng löông cô naêng löông cô bằng cảm ứng điện từ được nhà bằng cảm ứng điện từ được nhà khoa học người Anh là Michael Faraday phát khoa học người Anh là Michael Faraday phát minh năm 1821. Ông công bố kết quả thí nghiệm minh năm 1821. Ông công bố kết quả thí nghiệm của ông về chuyển động quay điện từ, gồm của ông về chuyển động quay điện từ, gồm chuyển động quay của dây dẫn trong từ trường chuyển động quay của dây dẫn trong từ trường chuyển động quay của dây dẫn trong từ trường chuyển động quay của dây dẫn trong từ trường và chuyển động của nam châmquanh 1 dây dẫn và chuyển động của nam châmquanh 1 dây dẫn và chuyển động của nam châmquanh 1 dây dẫn và chuyển động của nam châmquanh 1 dây dẫn  Năm 1828: động cơ điện đầu tiên sử dụng nam Năm 1828: động cơ điện đầu tiên sử dụng nam châm cho cả rotor và stator được phát minh bởi châm cho cả rotor và stator được phát minh bởi Anvos Jedlinhk (nhà khoa học người Hungary, Anvos Jedlinhk (nhà khoa học người Hungary, coâng suaát sau đó ông đã phát triển động cơ điện có coâng suaát sau đó ông đã phát triển động cơ điện có đủ để đẩy được một chiếc xe. đủ để đẩy được một chiếc xe. Năm 1838: động cơ điện công suất 220 W được  Năm 1838: động cơ điện công suất 220 W được dùng cho thuyền chế tạo bởi Hermann Jacobi dùng cho thuyền chế tạo bởi Hermann Jacobiii Và ngày nay động cơ điện được phát triển và ứng  Và ngày nay động cơ điện được phát triển và ứng dụng rất phổ biến trong dân dụng cũng như dụng rất phổ biến trong dân dụng cũng như trong công nghiệp trong công nghiệp

nghĩa ĐịnhĐịnh nghĩa

Động cơ điện Động cơ điện là máy điện dùng Động cơ điện Động cơ điện là máy điện dùng là máy điện dùng để để là máy điện dùng để để năng lượng điện sang chuyển đổi năng lượng điện sang chuyển đổi năng lượng cơ năng lượng cơ

Cấu tạo Cấu tạo

Sơ đồ nguyên lý

Sơ đồ mặt cắt

HÌNH VEÕ CAÙC THAØNH PHAÀN CÔ BAÛN HÌNH V EÕ CAÙC THAØNH PHAÀN CÔ BAÛN

ÑOÄNG CÔ DC THOÂNG ÑOÄNG CÔ DC THOÂNG THÖÔØNG THÖÔØNG THÖÔØNG THÖÔØNG

Stator gồm vỏ động cơ, cực từ chính, cực  Stator gồm vỏ động cơ, cực từ chính, cực từ phụ, dây quấn phần cảm gồm các dây từ phụ, dây quấn phần cảm gồm các dây quấn trong rãnh các lõi thép quấn trong rãnh các lõi thép Rotor (phần ứng) gồm các lá thép kỹ  Rotor (phần ứng) gồm các lá thép kỹ thuật ghép cách điện có rãnh để đặt các thuật ghép cách điện có rãnh để đặt các phần tử của dây quấn phần ứng phần tử của dây quấn phần ứng

ÑOÄNG CÔ DC KHOÂNG ÑOÄNG CÔ DC KHOÂNG CHOÅI THAN CHOÅI THAN CHOÅI THAN CHOÅI THAN

Rotor có thể bao gồm nhiều cặp cực  Rotor có thể bao gồm nhiều cặp cực nam châm vĩnh cửu. nam châm vĩnh cửu. Dây quấn stator giống như trong  Dây quấn stator giống như trong động cơ xoay chiều nhiều pha. động cơ xoay chiều nhiều pha.

Mặt cắt ngang động cơ DC không chổi than Mặt cắt ngang động cơ DC không chổi than

SO SAÙNH GIÖÕA HAI SO SAÙNH GIÖÕA HAI LOAÏI ÑOÄÂNG CÔ LOAÏI ÑOÄÂNG CÔ LOAÏI ÑOÄÂNG CÔ LOAÏI ÑOÄÂNG CÔ

Động cơ DC thông - Động cơ DC không chổi than thường

Nam châm tạo từ trường Cấu trúc cơ nằm trên Stator Nam châm tạo từ trường nằm trên Rotor (như động cơ đồng bộ)

Đáp ứng nhanh và dễ điều Tuổi thọ cao và dễ bảo trì (thông Tính năng khiển thường không cần bảo trì)

Chuyển mạch điện tử dùng transistor Phương pháp chuyển mạch Chuyển mạch cơ khí thông qua hệ thống chổi than và cổ góp

Dùng cảm biến: cảm biến Hall hay Tự động nhờ chổi than Phương pháp xác định vị trí rotor quang học …

Bằng cách đổi đầu nối Thay đổi trật tự chuỗi logic trong bộ

Phương pháp đảo chiều động cơ dây điều khiển

Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động

Stato của động cơ điện 1 chiều thường là  Stato của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện. nam châm điện. Rôto có các cuộn dây quấn và được nối  Rôto có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều. với nguồn điện một chiều.

Bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là Bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là  Bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là Bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục. Thông động quay của rotor là liên tục. Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp . góp .

Pha 1: Từ trường của rotor cùng Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển động quay của rotor chuyển động quay của rotor

Pha 2: Rotor tiếp tục quay Pha 2: Rotor tiếp tục quay

Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng dấu, trở lại pha 1 và rotor cùng dấu, trở lại pha 1

Dòng điện trong động cơ một chiều Dòng điện trong động cơ một chiều

Từ thông trong động cơ điện một Từ thông trong động cơ điện một chiều chiều

Lực trong động cơ điện một chiều Lực trong động cơ điện một chiều

Momen trong động cơ điện một Momen trong động cơ điện một chiều chiều

Đặc tính cơ của động cơ điện một Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều chiều

Idm: doøng ñieän ñònh doøng ñieän ñònh

Udm: Ñieän aùp ñònh Ñieän aùp ñònh

Điểm làm việc Đ

 -- Idm: möùc(A) möùc(A)  -- Udm: (V) (V) möùcmöùc(V) möùcmöùc(V)  -- ώώ : tốc độ động : tốc độ động

cơ(rad/s) cơ(rad/s)

ωo ωo Δωđm

ωđ m

Uđm

I o

Iđm

AÁU TAÏO THEO CAÁU TAÏO THEO C

ÑOÄNG CÔ THOÂNG THÖØÔNG (DC MOTOR)  ÑOÄNG CÔ THOÂNG THÖØÔNG (DC MOTOR)

ÑOÄNG CÔ DC KHOÂNG CHOÅI THAN  ÑOÄNG CÔ DC KHOÂNG CHOÅI THAN (BRUSHLESS DC MOTOR) (BRUSHLESS DC MOTOR)

CAÊN CÖÙ VAØO PHÖÔNG CAÊN CÖÙ VAØO PHÖÔNG PHAÙP KÍCH TÖØ PHAÙP KÍCH TÖØ

Động cơ DC kích từ độc lập: phần ứng và phần kích từ được cung cấp bằng hai nguồn riêng rẽ

Động cơ DC kích từ nối tiếp: cuộn dây  Động cơ DC kích từ nối tiếp: cuộn dây kích thích được mắc nối tiếp với phần kích thích được mắc nối tiếp với phần ứng. ứng.

Động cơ DC kích từ song song: cuộn dây  Động cơ DC kích từ song song: cuộn dây kích thích được mắc song song với phần kích thích được mắc song song với phần ứng.ứng.

Động cơ DC kích từ hỗn hợp: gồm có  Động cơ DC kích từ hỗn hợp: gồm có hai cuộn dây kích thích, một cuộn mắc hai cuộn dây kích thích, một cuộn mắc nối tiếp với phần ứng, cuộn còn lại mắc nối tiếp với phần ứng, cuộn còn lại mắc song song với phần ứng. song song với phần ứng.

Vaøchieàu ñoäng cô Vaøchieàu ñoäng cô

§iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ sö dông c¸c bé chØnh lưu b¸n dÉn

 §Ó thùc hiÖn phư¬ng ph¸p ®iÒu chØnh này cÇn ph¶i cã mét nguån cung cÊp moât ®iÖn ¸p cña nã cã thÓ thay ®æi ®ưîc ®Ó cung cÊp cho phÇn øng cña ®ưîc ®Ó cung cÊp cho phÇn øng cña ®éng c¬. C¸c nguån ®iÖn ¸p này thưêng ®ưîc t¹o ra bëi mét bé chØnh lưu b¸n dÉn cã ®iÒu khiÓn (Thysistor) hoÆc kh«ng cã ®iÒu khiÓn (diode).

 §iÓu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng b»ng bé ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p và bé chØnh lưu

Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phương Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phương

pháp điều chỉnh xung áp PWM pháp điều chỉnh xung áp PWM

(Pulse Wide Modulation) (Pulse Wide Modulation)

Sơ đồ nguyên lý điều khiển động cơ Sơ đồ nguyên lý điều khiển động cơ

dùng transistor dùng transistor

Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ

dùng diode và thysistor

Sơ đồ nguyên lý mạch caàu H điều khiển đảo chiều ñoäng cô

Maïch ñaûo chieàu duøng relay Maïch ñaûo chieàu duøng relay

5VDC

12-24VDC

5VDC

RL1 RTD34012F

Q1 IRF540N

LED1

330

1N4007

LED-RED

OPTO PC817

C1 104

R1 560

12VDC

5VDC

1N4007

LED4

Q2 NPN

330

OPTO

LED-RED

Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển có đảo Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển có đảo duøng transistor Và khuyếch đại transistor Và khuyếch đại

chiều duøng chiều

thuật toán thuật toán

Öu nhöôïc ñieåm cuûa Öu nhöôïc ñieåm cuûa ñoäng cô DC ñoäng cô DC ñoäng cô DC ñoäng cô DC

Ưu Điểm Của Động Cơ DC Ưu Điểm Của Động Cơ DC

 Động cơ DC

men quay cao,troïng löôïng coù moâ--men quay cao,troïng löôïng

Động cơ DC coù moâ giaûm thôøi gian ñaùp öùng nhanh.. giaûm thôøi gian ñaùp öùng nhanh  Giaù thaønh khoâng cao Giaù thaønh khoâng cao Cho phép điều khiển điện áp chính xác, mà  Cho phép điều khiển điện áp chính xác, mà cần thiết với tốc độ và các ứng dụng điều cần thiết với tốc độ và các ứng dụng điều cần thiết với tốc độ và các ứng dụng điều cần thiết với tốc độ và các ứng dụng điều men xoắn. khiển mô--men xoắn. khiển mô Động cơ DC hoạt động tốt hơn so với động cơ  Động cơ DC hoạt động tốt hơn so với động cơ AC trên thiết bị kéo. AC trên thiết bị kéo.  . Động cơ DC được thuận tiện cầm tay và rất . Động cơ DC được thuận tiện cầm tay và rất thích hợp cho các ứng dụng đặc biệt, chẳng thích hợp cho các ứng dụng đặc biệt, chẳng hạn như các công cụ công nghiệp caàm tay và và hạn như các công cụ công nghiệp caàm tay máy móc thiết bị máy móc thiết bị

Nhöôïc ñieåm Nhöôïc ñieåm

Khaû naêng taûi hay mang taûi thaáp hôn so vôùi  Khaû naêng taûi hay mang taûi thaáp hôn so vôùi heä thoáng thuûy löïc. heä thoáng thuûy löïc. Ñoäng cô coù choåi than coù hieän töôïng moøn  Ñoäng cô coù choåi than coù hieän töôïng moøn choåi than do tieâp xuùc , phaùt sinh tia löûa ñieän. choåi than do tieâp xuùc , phaùt sinh tia löûa ñieän. choåi than do tieâp xuùc , phaùt sinh tia löûa ñieän. choåi than do tieâp xuùc , phaùt sinh tia löûa ñieän. Doøng vaø aùp caáp bò giôùi haïn.  Doøng vaø aùp caáp bò giôùi haïn. Ñoäng cô thoaùt nhieät khoù.  Ñoäng cô thoaùt nhieät khoù.

Các chỉ tiêu chất lượng Các chỉ tiêu chất lượng chọn lựa động cơ chọn lựa động cơ chọn lựa động cơ chọn lựa động cơ

lạnh, bẩn, nóng -- lạnh,

ướt, sạch -- bẩn, nóng

•• Tuỳ theo môi trường: khô

1.Chỉ tiêu kỹ thuật 1.Chỉ tiêu kỹ thuật Động cơ được chọn phải thích ứng với môi trường làm •• Động cơ được chọn phải thích ứng với môi trường làm việc: việc: Tuỳ theo môi trường: khô -- ướt, sạch hoá chất ăn mòn, dễ nổ, ..., mà chọn các động cơ kiểu: hoá chất ăn mòn, dễ nổ, ..., mà chọn các động cơ kiểu: hở hở -- kín, chống nước, chống hoá chất, chống nổ, nhiệt kín, chống nước, chống hoá chất, chống nổ, nhiệt đới hoá, ... đới hoá, ... Động cơ được chọn phải thoả mãn điều kiện phát nóng •• Động cơ được chọn phải thoả mãn điều kiện phát nóng khi làm việc bình thường cũng như khi quá tải (đây là khi làm việc bình thường cũng như khi quá tải (đây là điều kiện cơ bản) điều kiện cơ bản) •• Động cơ được chọn phải đảm bảo tốc độ yêu cầu: tốc độ Động cơ được chọn phải đảm bảo tốc độ yêu cầu: tốc độ •• Động cơ được chọn phải đảm bảo tốc độ yêu cầu: tốc độ Động cơ được chọn phải đảm bảo tốc độ yêu cầu: tốc độ định mức, có điều chỉnh tốc độ hay không, phạm vi điều định mức, có điều chỉnh tốc độ hay không, phạm vi điều chỉnh tốc độ, điều chỉnh trơn hay điều chỉnh có cấp. chỉnh tốc độ, điều chỉnh trơn hay điều chỉnh có cấp. Chọn loại động cơ thông dụng hay động cơ có điều chỉnh •• Chọn loại động cơ thông dụng hay động cơ có điều chỉnh tốc độ. ... tốc độ. ... Động cơ được chọn phải đảm bảo khởi động, hãm, đảo •• Động cơ được chọn phải đảm bảo khởi động, hãm, đảo chiều ... tốt. chiều ... tốt.

2.Chỉ tiêu kinh tế 2.Chỉ tiêu kinh tế Động cơ được chọn phải làm việc với hiệu suất kinh tế •• Động cơ được chọn phải làm việc với hiệu suất kinh tế cao. cao. Vốn đầu tư bé, chi phí vận hành ít. •• Vốn đầu tư bé, chi phí vận hành ít. Bảo quản và sửa chữa thấp, sử dụng hết công suất... •• Bảo quản và sửa chữa thấp, sử dụng hết công suất...

Ứng dụng động cơ DC Ứng dụng động cơ DC

Trong máy điện dân dụng  Trong máy điện dân dụng Động cơ DC không chổi than được ứng dụng rất rộng rãi Động cơ DC không chổi than được ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế, ví dụ: trong máy in, trong đĩa cứng trong thực tế, ví dụ: trong máy in, trong đĩa cứng máy tính, đầu máy, caset … máy tính, đầu máy, caset …

Trong máy in laser: Trong máy in laser: Trong máy in laser, động cơ DC không chổi than Trong máy in laser, động cơ DC không chổi than được dùng làm quay kính đa giác với tốc độ chính được dùng làm quay kính đa giác với tốc độ chính xác, từ 5000 đến 40000 vòng/phút để phản xạ tia xác, từ 5000 đến 40000 vòng/phút để phản xạ tia sáng laser lên trống từ: sáng laser lên trống từ:

Trong đĩa cứng máy tính

Trong robocon Trong robocon

Động cơ xe đạp điện

Xe đạp điện Xe đạp điện

Trong các tay máy ,thiết bị công Trong các tay máy ,thiết bị công nghiệp nghiệp

Trên đây là phần thuyết trình của Trên đây là phần thuyết trình của nhóm 5 nhóm 5

Trong khi tìm hiểu nhóm còn nhiều Trong khi tìm hiểu nhóm còn nhiều thiếu xót mong thầy cùng các bạn thiếu xót mong thầy cùng các bạn giúp đỡ để bài thuyết trình của nhóm giúp đỡ để bài thuyết trình của nhóm giúp đỡ để bài thuyết trình của nhóm giúp đỡ để bài thuyết trình của nhóm được hoàn thiện hơn. được hoàn thiện hơn.

Xin chân thành cảm ơn Thầy và Xin chân thành cảm ơn Thầy và các bạn! các bạn!