Động cơ không chổi than là gì? Tất tần tật về động cơ brushless

Động cơ không chổi than là động cơ điện được chuyển mạch bằng điện tử với những nam châm điện dòng DC di chuyển rotor xung quanh stator.

Động cơ không chổi than là gì? Tại sao loại động cơ này lại được ưa chuộng? Đây là một loại động cơ được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống. Thế nhưng không phải ai cũng nắm được những thông tin cần thiết về nó, để hiểu rõ hơn hãy cùng theo dõi bài viết sau đây.

Động cơ không chổi than là gì?

Động cơ không chổi than hay còn gọi là động cơ BLDC (Brushless DC motor), là động cơ điện được chuyển mạch bằng điện tử với những nam châm điện dòng DC di chuyển rotor xung quanh stator. Động cơ không chổi than sử dụng bộ điều khiển để tạo ra sự chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học.

BLDC motor là động cơ đồng bộ, nghĩa là tốc độ rotor bằng với tốc độ từ trường. BLDC motor được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp tự động, máy in, ô tô, tiêu dùng, y tế và thiết bị đo đạc.

Động cơ không chổi than

Động cơ không chổi than

Cấu tạo của động cơ DC không chổi than

Cũng giống với những động cơ đồng bộ thông thường, những cuộn dây BLDC được đặt lệch nhau 120 độ trong không gian của stator. Những thanh nam châm được gắn chắc chắn vào thân rotor làm nhiệm vụ kích từ cho động cơ. Điểm khác biệt của động cơ BLDC so với những động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu khác là thiết bị này bắt buộc phải cảm biến vị trí rotor để động cơ có thể hoạt động.

  • Stator: Gồm có lõi sắt (những lá thép kỹ thuật điện ghép cách điện với nhau) và dây quấn. Cách quấn dây của BLDC khác so với cách quấn dây của động cơ xoay chiều 3 pha thông thường, sự đặc biệt này tạo nên sức phản điện động dạng hình thang.
  • Rotor: Về cơ bản, rotor không khác so với những động cơ nam châm vĩnh cửu khác.
  • Hall sensor: Vì đặc thù sức phản điện động có dạng hình thang nên cấu hình điều khiển thông thường của động cơ không chổi than cần có cảm biến để xác định vị trí của từ trường rotor so với các pha của cuộn dây stator. Để làm được điều đó, người ta thường sử dụng cảm biến hiệu ứng Hall sensor, gọi tắt là Hall.

Điểm đáng chú ý là Hall sensor được gắn trên stator của BLDC chứ không phải trên rotor.

Cấu tạo của động cơ DC không chổi than

Cấu tạo của động cơ DC không chổi than

Nguyên lý hoạt động của động cơ brushless

Nguyên lý hoạt động của động cơ BLDC dựa trên lực tương tác của từ trường do stator tạo ra và nam châm vĩnh cửu trên rotor. Khi dòng điện chạy qua một trong ba cuộn dây stato sẽ tạo ra cực từ hút những nam châm vĩnh cửu gần nhất có cực từ trái dấu. Rotor sẽ tiếp tục chuyển động nếu dòng điện dịch chuyển sang một cuộn dây liền kề. Cấp điện tuần tự cho mỗi cuộn dây sẽ làm cho rotor quay theo từ trường quay.

Trong thực tế, để tăng lực tương tác, người ta sẽ cấp điện cùng lúc cả hai cuộn dây, thứ tự chuyển tiếp giữa những cuộn dây được điều khiển bởi mạch điện tử.

Ưu và nhược điểm của động cơ không chổi than - Brushless motor

Ưu và nhược điểm của BLDC motor là gì? Tất cả sẽ được nêu rõ trong phần nội dung sau đây:

Ưu điểm

Do được kích từ nam châm vĩnh cửu nên giảm tổn hao đồng và sắt trên rotor, động cơ không chổi than có nhiều ưu điểm như:

  • Mật độ từ thông khe hở không khí lớn.
  • Tỷ lệ công suất/khối lượng máy điện tương đối cao.
  • Tỷ lệ momen quán tính lớn (khả năng tăng gia tốc rất nhanh chóng).
  • Vận hành nhẹ nhàng, êm ái dù ở vận tốc thấp hay cao.
  • Có thể tăng tốc và giảm tốc trong một khoảng thời gian ngắn.
  • Hiệu suất cao.
  • Kết cấu gọn.
  • Hiệu quả của những động cơ thường chỉ đạt 70~75% trong khi hiệu suất của động cơ không chổi than có thể lên tới 90%.
  • Động cơ không chổi than có khả năng kiểm soát tốc độ tốt hơn, thích hợp cho những ứng dụng tốc độ cao (trên 10.000r/min).
  • Động cơ không chổi than sẽ giúp người dùng tiết kiệm được chi phí bảo trì, thay thế chổi than và vành trượt.

 

Động cơ không chổi than có nhiều ưu điểm vượt trội

Động cơ không chổi than có nhiều ưu điểm vượt trội

Nhược điểm

Motor không chổi than được chế tạo từ nam châm vĩnh cửu và cảm biến Hall để điều khiển tốc độ và momen động cơ chính xác nên có giá thành tương đối cao. Tuy nhiên, với xu hướng sử dụng động cơ không chổi than tăng mạnh nên giá thành cũng có xu hướng tăng.

Đặc tính cơ và đặc tính làm việc

Đặc tính cơ và đặc tính làm việc của brushless motor là gì? Câu trả lời sẽ được giải thích cụ thể ngay sau đây.

Đặc tính cơ của động cơ BLDC

Khi điện áp giảm sẽ làm giảm tốc độ động cơ, từ đó chúng ta có thể nhận thấy đặc tính cơ của BLDC motor giống với động cơ điện một chiều.

Đặc tính làm việc

Động cơ làm việc tại hai vùng, ở tốc độ thấp momen không đổi, công suất thay đổi. Khi đạt tới vận tốc cơ sở thì công suất của động cơ không đổi và momen giảm. Khi vượt quá tốc độ giới hạn thì momen và công suất của BLDC motor đều giảm.

Điều khiển tốc độ động cơ BLDC

Motor động cơ BLDC có cấu tạo động cơ 1 chiều. Nguyên lý của việc điều khiển tốc độ động cơ BLDC là sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM). Bộ điều khiển sẽ xác định vị trí trục rotor và xuất điện áp điều khiển đóng, mở các khóa bán dẫn (mosfet) và cấp điện áp cho động cơ.

Để đơn giản thì người dùng có thể điều chế độ rộng xung của những khóa bán dẫn bên dưới (Q4,Q5,Q6) hay khóa bán dẫn phía trên khi được kích dẫn sẽ hoạt động tối đa (độ rộng xung là 100%).

Điều khiển tốc độ sử dụng cảm biến vị trí

BLDC motor sử dụng 3 cảm biến Hall để có thể xác định vị trí trục rotor.

Chu kỳ chuyển mạch của những khóa bán dẫn ứng với những giá trị cảm biến Hall

Chu kỳ chuyển mạch của những khóa bán dẫn ứng với những giá trị cảm biến Hall

Điều khiển tốc độ không sử dụng cảm biến

Sensorless BLDC motor control là phương pháp sử dụng từ thông rotor để điều khiển những khóa đóng cắt thay cho các cảm biến Hall. Cơ sở chính của việc điều khiển không cảm biến là dựa vào thời điểm qua zero của sức điện động cảm ứng trên các pha trong động cơ. Phương pháp này được áp dụng với động cơ một chiều không chổi than có điện áp hình thang.

+ Xác định vị trí rotor dựa vào sức điện động của động cơ, phương pháp này đơn giản, dễ thực hiện và giá thành thấp.

+ Ước lượng vị trí sử dụng những thông số động cơ, giá trị điện áp và dòng điện trên động cơ. Phương pháp này phải tính toán phức tạp, khó điều khiển và giá thành cao.

Ứng dụng của động cơ brushless

Động cơ brushless DC có những ứng dụng chính như:

- Ứng dụng tải trọng trong biến đổi: Được sử dụng trong các thiết bị gia dụng, Dryer, máy nén khí.

- Vị trí các ứng dụng: Kiểm soát trong công nghiệp và các ứng dụng điều khiển tự động.

Một thiết bị ứng dụng brushless DC

Một thiết bị ứng dụng brushless DC

So sánh động cơ có chổi than và không chổi than

 



Động cơ chổi than

Động cơ không chổi than

Ưu điểm 

- Hiệu suất ổn định khoảng 75-80%.

- Cấu tạo đơn giản, không cần bộ điều khiển riêng biệt cho động cơ.

- Bật/tắt đơn giản.

- Chi phí ban đầu tương đối thấp.

- Hiệu suất cao khoảng 85-90%, vận hành nhẹ nhàng, êm ái dù ở vận tốc thấp hay cao.

 - Do được kích từ nam châm vĩnh cửu nên có thể giảm tổn hao đồng và sắt, đồng thời giảm hao tốn nguồn năng lượng.

- Có thể tăng tốc và giảm tốc trong khoảng thời gian ngắn.

- Tiết kiệm chi phí bảo trì chổi than và vành trượt.

- Độ bền của động cơ (motor) cao hơn.

Nhược điểm

- Độ bền của động cơ thấp hơn.

- Năng lượng bị thất thoát nhiều vì sự ma sát của chổi than và rotor làm mài mòn cuộn dây.

- Phải thay thế bàn chải (chổi than) đã bị mài mòn sau một thời gian sử dụng.

- Giá thành cao hơn, khó áp dụng trên nhiều sản phẩm.

 

 

Hy vọng bài viết trên đây đã giúp quý khách hiểu được BLDC motor là gì. Mọi thắc mắc hoặc có nhu cầu sử dụng, hãy liên hệ ngay với Hệ thống cổng tự động để được tư vấn và báo giá cụ thể ngay hôm nay nhé!

 

2021-04-20