Knowledge of working principle of brush motor and brushless motor

Nguyên lý hoạt động của động cơ chổi than

Cấu trúc chính củađộng cơ không chổi thanCấu tạo gồm stato + rôto + chổi than, và mômen xoắn được tạo ra bằng cách quay từ trường để chuyển hóa thành động năng. Chổi than luôn tiếp xúc với cổ góp để dẫn điện và thay đổi pha trong quá trình quay.

Động cơ chổi than sử dụng cơ cấu chuyển mạch cơ học, cực từ không di chuyển, cuộn dây quay. Khi động cơ hoạt động, cuộn dây và bộ chuyển mạch quay, trong khi thép từ và chổi than không quay. Sự thay đổi chiều dòng điện trong cuộn dây được thực hiện bởi bộ chuyển mạch và chổi than quay cùng với động cơ.

Trong động cơ chổi than, quá trình này là nhóm hai đầu vào nguồn của cuộn dây lại với nhau, lần lượt được sắp xếp thành một vòng, được ngăn cách bởi vật liệu cách điện giữa mỗi đầu, tạo thành một hình trụ, trở thành một thể thống nhất liền mạch với trục động cơ. Nguồn điện được cung cấp thông qua hai trụ nhỏ làm bằng carbon (chổi than), dưới tác dụng của áp lực lò xo, từ hai vị trí cố định cụ thể, áp lực tác động lên đầu vào nguồn, làm cho hai điểm của cuộn dây hình trụ tròn tạo thành một bộ cuộn dây.

Khiđộng cơKhi quay, các cuộn dây khác nhau hoặc các cực khác nhau của cùng một cuộn dây được cấp điện vào những thời điểm khác nhau, sao cho có sự chênh lệch góc thích hợp giữa cực ns của cuộn dây tạo ra từ trường và cực ns của stato nam châm vĩnh cửu gần nhất. Từ trường hút và đẩy nhau, tạo ra lực và đẩy động cơ quay. Điện cực carbon trượt trên đầu dây giống như một chiếc bàn chải trên bề mặt của một vật thể, do đó có tên gọi là "bàn chải".

Việc các bộ phận trượt lên nhau sẽ gây ma sát và làm mòn chổi than, cần phải thay thế thường xuyên. Việc bật tắt luân phiên giữa chổi than và đầu dây của cuộn dây có thể gây ra tia lửa điện, đứt mạch điện từ và gây nhiễu thiết bị điện tử.

Nguyên lý hoạt động của động cơ không chổi than

Trong động cơ không chổi than, quá trình chuyển mạch được thực hiện bởi mạch điều khiển trong bộ điều khiển (thường là cảm biến Hall + bộ điều khiển, và công nghệ tiên tiến hơn là bộ mã hóa từ).

Động cơ không chổi than sử dụng bộ chuyển mạch điện tử, cuộn dây không di chuyển, cực từ quay. Động cơ không chổi than sử dụng một bộ thiết bị điện tử để cảm nhận vị trí cực từ của nam châm vĩnh cửu thông qua phần tử Hall SS2712. Dựa trên cảm nhận này, một mạch điện tử được sử dụng để chuyển hướng dòng điện trong cuộn dây vào đúng thời điểm để đảm bảo tạo ra lực từ đúng hướng để dẫn động động cơ. Loại bỏ những nhược điểm của động cơ chổi than.

Các mạch này được gọi là bộ điều khiển động cơ. Bộ điều khiển động cơ không chổi than cũng có thể thực hiện một số chức năng mà bản thân động cơ không chổi than không thể thực hiện được, chẳng hạn như điều chỉnh góc chuyển mạch nguồn, phanh động cơ, đảo chiều động cơ, khóa động cơ và sử dụng tín hiệu phanh để ngắt nguồn điện cấp cho động cơ. Hiện nay, khóa báo động điện tử cho xe chạy bằng pin đang tận dụng tối đa các chức năng này.

Động cơ DC không chổi than là một sản phẩm cơ điện tử điển hình, bao gồm thân động cơ và bộ điều khiển. Vì động cơ DC không chổi than hoạt động ở chế độ điều khiển tự động, nó sẽ không cần thêm cuộn dây khởi động vào rôto như động cơ đồng bộ có điều chỉnh tốc độ biến tần và khởi động tải nặng, và sẽ không gây ra dao động và nhảy vọt khi tải thay đổi.

Sự khác biệt về chế độ điều chỉnh tốc độ giữa động cơ chổi than và động cơ không chổi than

Trên thực tế, việc điều khiển cả hai loại động cơ đều dựa trên điều chỉnh điện áp, nhưng vì động cơ DC không chổi than sử dụng bộ chuyển mạch điện tử nên có thể điều khiển bằng kỹ thuật số, còn động cơ DC không chổi than sử dụng bộ chuyển mạch chổi than, có thể điều khiển bằng mạch tương tự truyền thống được điều khiển bằng silicon, tương đối đơn giản.

1. Quá trình điều chỉnh tốc độ của động cơ chổi than là điều chỉnh điện áp nguồn cấp cho động cơ. Sau khi điều chỉnh, điện áp và dòng điện được chuyển đổi bởi bộ chuyển mạch và chổi than để thay đổi cường độ từ trường do điện cực tạo ra nhằm mục đích thay đổi tốc độ. Quá trình này được gọi là điều chỉnh áp suất.

2. Quá trình điều chỉnh tốc độ của động cơ không chổi than là giữ cho điện áp nguồn cấp cho động cơ không đổi, tín hiệu điều khiển của mạch điều chỉnh điện được thay đổi, và tốc độ chuyển mạch của ống MOS công suất cao được thay đổi bởi bộ vi xử lý để thực hiện việc thay đổi tốc độ. Quá trình này được gọi là chuyển đổi tần số.

Sự khác biệt về hiệu suất

1. Động cơ chổi than có cấu trúc đơn giản, thời gian phát triển dài và công nghệ đã hoàn thiện.

Vào thế kỷ 19, khi động cơ ra đời, loại động cơ thực tế được sử dụng phổ biến nhất là động cơ không chổi than, cụ thể là động cơ điện xoay chiều không đồng bộ lồng sóc, được sử dụng rộng rãi sau khi dòng điện xoay chiều ra đời. Tuy nhiên, động cơ không đồng bộ có nhiều nhược điểm không thể khắc phục, khiến cho sự phát triển của công nghệ động cơ diễn ra chậm. Đặc biệt, động cơ điện một chiều không chổi than hầu như không thể được đưa vào sử dụng thương mại. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ điện tử, nó đã dần được đưa vào sử dụng thương mại cho đến những năm gần đây. Về bản chất, nó vẫn thuộc loại động cơ điện xoay chiều.

Động cơ không chổi than ra đời cách đây không lâu, con người đã phát minh ra động cơ DC không chổi than. Bởi vì cơ cấu của động cơ DC không chổi than đơn giản, dễ sản xuất và gia công, dễ bảo trì, dễ điều khiển; động cơ DC cũng có phản hồi nhanh, mô-men xoắn khởi động lớn và có thể cung cấp hiệu suất mô-men xoắn định mức từ tốc độ bằng không đến tốc độ định mức, vì vậy nó đã được sử dụng rộng rãi ngay khi ra đời.

2. Động cơ DC không chổi than có tốc độ phản hồi nhanh và mô-men xoắn khởi động lớn.

Động cơ DC không chổi than có khả năng khởi động nhanh, mô-men xoắn khởi động lớn, thay đổi tốc độ ổn định, hầu như không rung lắc từ tốc độ bằng không đến tốc độ tối đa, và có thể dẫn tải lớn hơn khi khởi động. Ngược lại, động cơ không chổi than có điện trở khởi động lớn (điện kháng cảm ứng), do đó hệ số công suất nhỏ, mô-men xoắn khởi động tương đối nhỏ, âm thanh khi khởi động là tiếng vo ve, kèm theo rung động mạnh, và tải dẫn động nhỏ khi khởi động.

3. Động cơ DC không chổi than hoạt động êm ái và có hiệu quả phanh tốt.

Động cơ không chổi than được điều chỉnh bằng phương pháp điều chỉnh điện áp, do đó quá trình khởi động và phanh diễn ra ổn định, và hoạt động ở tốc độ không đổi cũng ổn định. Động cơ không chổi than thường được điều khiển bằng biến tần số kỹ thuật số, trước tiên chuyển đổi dòng điện xoay chiều sang dòng điện một chiều, sau đó chuyển đổi dòng điện một chiều sang dòng điện xoay chiều, và điều khiển tốc độ thông qua thay đổi tần số. Vì vậy, động cơ không chổi than không hoạt động trơn tru khi khởi động và phanh, có độ rung lớn, và chỉ ổn định khi tốc độ không đổi.

4. Độ chính xác điều khiển động cơ chổi than DC cao.

Động cơ DC không chổi than thường được sử dụng cùng với hộp giảm tốc và bộ giải mã để tăng công suất đầu ra của động cơ và độ chính xác điều khiển, độ chính xác điều khiển có thể đạt tới 0,01 mm, hầu như có thể cho phép các bộ phận chuyển động dừng ở bất kỳ vị trí mong muốn nào. Tất cả các máy công cụ chính xác đều sử dụng động cơ DC với độ chính xác điều khiển cao. Vì động cơ không chổi than không ổn định trong quá trình khởi động và phanh, các bộ phận chuyển động sẽ dừng ở các vị trí khác nhau mỗi lần, và vị trí mong muốn chỉ có thể được dừng lại bằng chốt định vị hoặc bộ giới hạn vị trí.

5. Động cơ DC chổi than có chi phí sử dụng thấp, dễ bảo trì.

Do cấu trúc đơn giản, chi phí sản xuất thấp, nhiều nhà sản xuất và công nghệ đã hoàn thiện, động cơ DC không chổi than được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy, máy công cụ gia công, dụng cụ chính xác, v.v. Nếu động cơ bị hỏng, chỉ cần thay chổi than, mỗi chổi than chỉ tốn vài đô la, rất rẻ. Ngược lại, công nghệ động cơ không chổi than chưa hoàn thiện, giá thành cao hơn, phạm vi ứng dụng hạn chế, chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị tốc độ không đổi, chẳng hạn như máy điều hòa không khí biến tần, tủ lạnh, v.v., khi động cơ không chổi than bị hỏng chỉ có thể thay thế.

6, không chổi than, độ nhiễu thấp

Động cơ không chổi than loại bỏ chổi than, thay đổi trực tiếp nhất là không có tia lửa điện khi động cơ hoạt động, do đó giảm đáng kể sự nhiễu sóng điện từ đối với thiết bị vô tuyến điều khiển từ xa.

7. Độ ồn thấp và hoạt động êm ái

Nhờ không có chổi than, động cơ không chổi than sẽ có ma sát thấp hơn nhiều trong quá trình hoạt động, vận hành êm ái hơn và tiếng ồn thấp hơn nhiều, điều này hỗ trợ rất tốt cho sự ổn định hoạt động của mô hình.

8. Tuổi thọ cao và chi phí bảo trì thấp

Động cơ không chổi than chủ yếu bị mài mòn ở ổ bi, xét về mặt cơ học, động cơ không chổi than hầu như không cần bảo dưỡng, khi cần thiết chỉ cần vệ sinh bụi bẩn.