Động cơ điện 1 chiều từ A-Z: Cấu tạo, nguyên lý hoạt động & ứng dụng (kiến thức vật lý 9)

Động cơ điện 1 chiều là gì? 

Động cơ điện 1 chiều DC (được viết tắt của cụm từ “Direct Current Motors”) là một loại động cơ điều khiển bằng dòng điện có hướng được xác định. 

Hay nói theo một cách khác thì đây chính là loại động cơ hoạt động bằng nguồn điện áp DC điện áp 1 chiều.

Động cơ điện 1 chiều có cấu tạo gồm? 

Cấu tạo của động cơ điện 1 chiều thường gồm những bộ phận chính sau:

• Rotor: là bộ phận chính, có cấu tạo trục và được quấn các cuộn dây lại với nhau. Nhờ vậy mà sẽ tạo nên được một chiếc nam châm điện.

• Stator: có kết cấu giống với một chiếc nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện. Nhờ đó chúng sẽ hoạt động với công dụng tương đương.

• Cổ góp (Commutator): bộ phận này là nơi tiếp xúc và có khả năng truyền điện tới cho các cuộn dây ở trên rotor. Số điểm tiếp xúc ở trên cổ góp sẽ tương ứng với số dây được quấn ở trên bộ phận Rotor.

• Chổi than (Brushes): là nơi tiếp xúc và có thể tiếp điện được cho bộ phận cổ góp.

Lưu ý:

Động cơ điện một chiều gồm có hai bộ phận chính là nam châm tạo ra từ trường (bộ phận đứng yên) và khung dây dẫn cho dòng điện chạy qua (bộ phận quay). 

Bộ phận đứng yêu được gọi là Stato, bộ phận quay được gọi là roto.

Phân loại động cơ điện 1 chiều 

Dựa vào phương pháp kích từ, ta có thể chia động cơ điện 1 chiều thành những dòng chính gồm:

• Động cơ điện 1 chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu

• Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập

• Động cơ điện 1 chiều kích từ song song

• Động cơ điện 1 chiều kích từ hỗn hợp bao gồm 2 cuộn dây kích từ, 1 cuộn được mắc nối tiếp với phần ứng, 1 cuộn được mắc song song với phần ứng

• Động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp

Sự phân cực ngược nhau giữa hai từ trường bên trong động cơ sẽ làm cho nó quay. 

Trong đời sống hàng ngày, động cơ DC là loại động cơ đơn giản nhất và được sử dụng rất phổ biến như trong các thiết bị gia dụng: dao cạo điện và cửa sổ điện trên ô tô,...

Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện 1 chiều 

Stato của động cơ điện 1 chiều thường là một hay vài cặp nam châm vĩnh cửu, nam châm điện hoặc cũng có thể là cuộn dây điện từ, để tạo ra từ trường. 

Phần rotor gồm có các cuộn dây quấn và được kết nối trực tiếp với nguồn điện một chiều. 

Ngoài ra, phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều không thể không nói đến đó chính là bộ phận chỉnh lưu. Bộ phận này có nhiệm vụ đổi chiều dòng điện trong chuyển động quay, giúp rotor duy trì chuyển động liên tục. Bộ phận này thông thường sẽ có 2 thành phần: một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp.

Khi trục của động cơ điện 1 chiều được kéo bằng một lực ngoài, động cơ này sẽ hoạt động giống máy phát điện một chiều. 

Từ đó, chúng tạo ra suất điện động cảm ứng. Suất điện động này được gọi là Electromotive Force. Khi được vận hành ở chế độ cơ bản, rotor sẽ quay và phát ra điện áp. Điện áp này có tên là sức phản điện động Counter EMF (hay còn được gọi là  sức điện động đối kháng), lý do là bởi vì chúng đối kháng với điện áp được đặt bên ngoài vào động cơ.

Ứng dụng của động cơ điện một chiều trong đời sống 

Động cơ điện một chiều được áp dụng trong rất nhiều lĩnh vực và trở thành một phần không thể thiếu trong quá trình phát triển nền kinh tế của nước nhà.

Ứng dụng của động cơ điện một chiều

• Loại động cơ này được ứng dụng trong hầu hết mọi lĩnh vực trong cuộc sống như: trong tivi, máy công nghiệp, máy in- photo, đài FM, ổ đĩa DC, trong công nghiệp giao thông vận tải và các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi lớn…….

• Đối với động cơ DC nhỏ thường được sử dụng trong các công cụ, đồ chơi và các thiết bị gia dụng khác nhau.

• Trong công nghiệp, động cơ DC được ứng dụng như băng tải và bàn xoay,… việc sử dụng động cơ DC công suất lớn trong các ứng dụng như phanh và đảo chiều

• Động cơ một chiều còn được ứng dụng nhiều trong ngành chế tạo Robot,...

Động cơ điện 1 chiều có ưu, nhược điểm gì? 

Mặc dù được sử dụng rất phổ biến hàng ngày, thế nhưng các em đã biết về ưu điểm và nhược điểm của động cơ điện một chiều hay chưa?

Về ưu điểm:

• Có moment mở máy lớn, do đó sẽ kéo được tải nặng khi khởi động (vì thế cho nên chúng thường được sử dụng trong các đầu máy kéo).

• Có khả năng điều chỉnh tốc độ và quá tải tốt hơn so với những thiết bị khác.

• Tiết kiệm được điện năng.

• Bền bỉ, có tuổi thọ lớn.

• Động cơ điện một chiều có chổi than có hiệu suất tốt.

• Mật độ mô-men xoắn tương đối cao đối với các động cơ này.

• Động cơ một chiều chạy êm và phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng.

• Có khả năng quá tải tốt và nhiễu điện từ nhỏ.

Về nhược điểm:

• Nhược điểm của động cơ điện một chiều là cấu trúc. Bộ phận cổ góp có cấu tạo phức tạp, giá thành cao nhưng hay hư hỏng trong quá trình vận hành nên cần bảo dưỡng, sửa chữa thường xuyên.

• Có tiếp điểm trượt giữa cổ góp và chổi than gây ra tia lửa điện, nó có thể sẽ gây nguy hiểm, nhất là khi ở trong điều kiện môi trường dễ cháy nổ và mài mòn cơ học.

• Có giá thành đắt nhưng công suất lại không cao.

Xem thêm: Đại cương về dòng điện xoay chiều và bài tập vận dụng | Vật lý 9

Một số bài tập liên quan đến động cơ điện 1 chiều 

Câu 1:  Chọn phát biểu đúng khi nói về động cơ điện một chiều 

1. Nam châm để tạo ra dòng điện

2. Bộ phận đứng yên là roto

3. Để khung có thể quay liên tục cần phải có bộ góp điện

4. Khung dây dẫn là bộ phận đứng yên

Câu 2: Động cơ điện một chiều hoạt động dựa trên: 

1. Tác dụng của từ trường lên khung dây dẫn có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường.

2. Tác dụng của điện trường lên khung dây dẫn có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường.

3. Tác dụng của lực điện lên khung dây dẫn có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường.

4. Tác dụng của lực hấp dẫn lên khung dây dẫn có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường.

Câu 3: Động cơ điện một chiều gồm mấy bộ phận chính: 

1.  1

2.  2

3.  3

4.  4

Câu 4: Động cơ điện một chiều quay được là nhờ tác dụng của lực nào? 

1.  Lực hấp dẫn

2.  Lực đàn hồi

3.  Lực điện từ

4.  Lực từ

Câu 5: Rôto của một động cơ điện một chiều trong kĩ thuật được cấu tạo như thế nào? 

1.  Là một nam châm vĩnh cửu có trục quay

2.  Là một nam châm điện có trục quay

3.  Là nhiều cuộn dây dẫn có thể quay quanh một trục

4.  Là nhiều cuộn dây dẫn quấn quanh một lõi thép gắn với vỏ máy

Câu 6: Trong động cơ điện kỹ thuật, bộ phận tạo ra từ trường là: 

1.  Nam châm điện đứng yên (Stato)

2.  Nhiều cuộn dây đặt lệch nhau đứng yên (Stato)

3.  Nam châm điện chuyển động (Roto)

4.  Nhiều cuộn dây đặt lệch nhau chuyển động (Roto)

Câu 7: Muốn cho động cơ điện quay được, cho ta cơ năng thì phải cung cấp năng lượng dưới dạng nào? 

1. Động năng

2. Thế năng

3. Điện năng

4. Nhiệt năng

Câu 8: Ưu điểm nào dưới đây không phải là ưu điểm của động cơ điện? 

1. Không thải ra ngoài các chất, khí hay hơi làm ô nhiễm môi trường xung quanh

2. Có thể có công suất từ vài oát đến hàng trăm, hàng ngàn, hàng chục ngàn kilôoát

3. Hiệu suất rất cao, có thể đạt tới 98%

4. Có thể biến đổi trực tiếp năng lượng của nhiên liệu thành cơ năng.

ĐÁP ÁN:

Câu 1: C

Câu 2: A

Câu 3: B

Câu 4: C

Câu 5: C

Câu 6: A

Câu 7: C

Câu 8: D

Trên đây là bài viết tổng hợp những kiến thức liên quan đến động cơ điện 1 chiều mà các em sẽ được học trong chương trình vật lý 9. Hy vọng rằng, thông qua bài viết này các em có thể nắm chắc được lý thuyết cũng như biết rõ được động cơ điện một chiều hoạt động dựa trên những nguyên tắc nào, từ đó có thể áp dụng nó vào trong cuộc sống thực tiễn. Cảm ơn các em đã đón đọc bài viết.