Động cơ chổi than xoay chiều AC (thường được gọi là động cơ vạn năng một pha) được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị gia dụng tốc độ cao như máy hút bụi và máy sấy tóc. Các cuộn dây stator và rotor của chúng được mắc nối tiếp. Ngay cả khi được cung cấp dòng điện xoay chiều (AC) liên tục đổi chiều, các cực từ của stator và rotor vẫn thay đổi cực tính đồng thời, từ đó duy trì hướng mô-men xoắn quay không đổi.
Khác với các nam châm vĩnh cửu của động cơ chổi than một chiều (DC), stator của động cơ chổi than xoay chiều (AC) bao gồm một bộ cuộn dây điện từ. Khi dòng điện xoay chiều được cấp vào, cực tính (cực N/S) của nam châm điện stator sẽ luân phiên thay đổi theo hướng của dòng điện xoay chiều.
Cấu trúc "cuộn dây nối tiếp (kích từ nối tiếp)" của động cơ có nghĩa là dòng điện đầu ra từ nguồn điện xoay chiều trước tiên chảy qua các cuộn dây điện từ stator, sau đó qua các chổi than carbon và các phiến góp vào các cuộn dây rotor, và cuối cùng quay trở lại nguồn điện. Điều này có nghĩa là các dòng điện chạy qua stator và rotor thay đổi đồng bộ hoàn toàn.
Khi dòng điện xoay chiều chuyển từ dương sang âm, từ trường stator đảo chiều (ví dụ, phía bên trái thay đổi từ N sang S). Tại cùng một thời điểm đó, dòng điện chạy qua các cuộn dây rotor cũng đảo chiều, làm cho các cực từ của rotor thay đổi cực tính đồng bộ! Theo định luật hút đẩy từ tính, vì cả hai cực từ đều đảo chiều cùng một lúc, hướng đẩy và hút không thay đổi, và động cơ tiếp tục quay theo hướng ban đầu!
Trong bản trình diễn tương tác này, bạn có thể thấy trạng thái vật lý của động cơ vạn năng được điều khiển bởi dòng điện xoay chiều một pha (AC 220V). Trong cả chu kỳ bán kỳ dương và âm của dòng điện xoay chiều hình sin, hướng từ trường của nam châm điện stator và cực tính cuộn dây rotor sẽ lật cùng nhau. Điều này giữ cho mô-men xoắn quay thực tế luôn hướng theo chiều kim đồng hồ, kết hợp với việc chuyển đổi phân đoạn của cổ góp, cho phép động cơ chạy trơn tru và tốc độ cao dưới nguồn điện xoay chiều.
Đang tải...
| Bước | Trạng thái bán kỳ AC | Cực tính stator (Trái/Phải) | Phiến góp tiếp xúc chổi (+) | Phiến góp tiếp xúc chổi (-) | Trạng thái mô-men xoắn điện từ |
|---|
Stator của động cơ chổi than DC là một nam châm vĩnh cửu có hướng từ trường cố định. Nếu kết nối với nguồn điện xoay chiều, khi dòng điện đổi chiều, hướng từ trường stator vẫn không thay đổi, nhưng dòng điện chạy vào cuộn dây rotor đảo ngược, làm cho mô-men xoắn điện từ cũng đảo ngược theo. Kết quả là động cơ sẽ chỉ dao động hoặc rung lắc dữ dội qua lại trong từ trường xoay chiều 50Hz mà không thể quay theo một hướng. Ngược lại, do stator và rotor của động cơ vạn năng được mắc nối tiếp, cực tính của chúng đảo chiều đồng bộ ('hai lần phủ định thành khẳng định'), cho phép động cơ quay trơn tru theo một hướng duy nhất.
Động cơ vạn năng (còn được gọi là động cơ nối tiếp) sở dĩ có tên như vậy vì nó có thể hoạt động cả trên nguồn điện xoay chiều một pha hoặc điện một chiều DC. Do mô-men xoắn hoạt động chỉ phụ thuộc vào tích của hướng dòng điện stator và rotor, việc áp dụng nguồn điện DC hoặc AC đều tạo ra mô-men xoắn theo cùng một hướng. Nó mang lại tốc độ quay cực cao, dễ dàng điều chỉnh tốc độ thông qua điều chỉnh điện áp và có chi phí rất hiệu quả.
Chúng được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị gia dụng và dụng cụ điện yêu cầu tốc độ cực cao và mô-men xoắn mạnh trong khoảng thời gian tương đối ngắn. Các ví dụ bao gồm:
• Máy hút bụi: Tốc độ cao là cần thiết để tạo ra lực hút áp suất âm (thường là 20.000 đến 40.000 vòng/phút).
• Máy sấy tóc: Cần có cánh quạt tốc độ cao để cung cấp lưu lượng không khí lớn.
• Máy khoan tay và Máy mài góc: Cung cấp nguồn năng lượng di động, mô-men xoắn cao để cắt kim loại và gỗ.
• Máy xay sinh tố và Máy chế biến thực phẩm: Cần có tốc độ cao để nghiền nát xơ thực phẩm.
Có hai nguồn tiếng ồn chính:
• Ma sát chổi than tần số cao: Các chổi than carbon và các phiến góp tạo ra âm thanh cọ xát vật lý mạnh mẽ và các tiếng nổ hồ quang điện nhỏ khi quay ở tốc độ hàng chục nghìn vòng/phút.
• Tiếng còi luồng khí tốc độ cao: Tốc độ hoạt động hàng chục nghìn vòng/phút cao hơn nhiều so với động cơ cảm ứng tiêu chuẩn (thường tối đa 3.000 vòng/phút). Cánh quạt hoặc lõi rotor cắt qua không khí ở tốc độ như vậy tạo ra lực ma sát không khí lớn và tiếng còi hú. Đây cũng là lý do tại sao máy sấy tóc và máy hút bụi cao cấp đang chuyển sang sử dụng 'động cơ DC không chổi than tốc độ cao (BLDC)' để hoạt động êm ái hơn.