Có hai dòng động cơ điện thường gặp là động cơ AC và động cơ DC. Hai dòng động cơ này có các đặc điểm khác nhau về hiệu suất, hiệu quả, độ tin cậy và chi phí. Do đó việc lựa chọn giữa chúng đòi hỏi bạn phải hiểu rõ ràng về các yêu cầu và mức độ ưu tiên của ứng dụng của mình. Ở bài viết này, Kỹ Thuật Năng Lượng sẽ chỉ ra sự khác biệt cơ bản của động cơ điện xoay chiều AC và động cơ điện một chiều DC.

Động cơ AC và động cơ DC có nghĩa là gì?

Về cơ bản, sự khác biệt giữa động cơ AC và động cơ DC là động cơ AC chạy bằng dòng điện xoay chiều (AC) và động cơ DC chạy bằng dòng điện một chiều (DC). Dòng điện xoay chiều đảo chiều định kỳ (xen kẽ giữa dương và âm). Đây là cách điện được phân phối qua lưới điện đến các hộ gia đình và doanh nghiệp.

Mặt khác, dòng điện chỉ chạy theo một hướng và đây là loại năng lượng có sẵn từ pin. Có thể chuyển đổi giữa nguồn AC và DC với hiệu suất khác nhau tùy thuộc vào phương pháp được sử dụng.

Những điều này thực sự có ý nghĩa gì đối với việc lựa chọn động cơ cho ứng dụng của bạn? 

Loại năng lượng mà động cơ điện sử dụng ảnh hưởng đến cách nó được thiết kế, do đó có nhiều tác động khác nhau đến mức độ phù hợp với yêu cầu của bạn.

Thiết kế động cơ

Các thành phần cơ bản của động cơ điện là stato và roto, tương tác thông qua trường điện từ để tạo ra chuyển động quay và mô-men xoắn. Stato đứng yên (cố định vào thân động cơ), trong khi rôto là bộ phận quay của động cơ (và bao gồm cả trục).

Trong động cơ điện xoay chiều, dòng điện xoay chiều được cung cấp cho stato. Mặc dù stato không chuyển động nhưng dòng điện này tạo ra một từ trường quay theo tần số của dòng điện xoay chiều (tốc độ thay đổi giữa dương và âm). Thông qua một quá trình điện từ được gọi là 'cảm ứng', điều này tạo ra một từ trường trong rôto và sự tương tác của các từ trường này tạo ra chuyển động quay và mô-men xoắn.

Trong động cơ điện một chiều DC có chổi than thông thường, dòng điện một chiều được cung cấp cho phần ứng quay thông qua một thiết bị được gọi là cổ góp, sử dụng chổi than để dẫn điện. Từ trường của stato đứng yên và có thể được cung cấp bởi nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện. Khi roto quay, cổ góp sẽ định kỳ chuyển đổi cực tính của trường điện từ. Phần ứng bị hút và đẩy vào các phần tử khác nhau của stato, khiến nó quay liên tục.

Động cơ DC không chổi than cũng có sẵn, trong đó nam châm vĩnh cửu được chuyển đến roto. Thay vào đó, stato có các nam châm điện chuyển đổi cực để tạo ra chuyển động quay liên tục của rôto. Điều này có nghĩa là cổ góp và chổi than, vốn góp phần gây ra phần lớn các vấn đề về độ tin cậy liên quan đến động cơ DC có chổi than, là không cần thiết.

Hiệu suất

Một trong những khác biệt chính giữa động cơ AC và động cơ một chiều DC là khả năng điều khiển tốc độ. Động cơ AC chạy ở tần số của nguồn AC và chống lại sự thay đổi tốc độ ngay cả khi tải thay đổi. Để thay đổi tốc độ của động cơ, cần sử dụng Bộ biến tần (VFD) để chuyển đổi nguồn AC thành DC và ngược lại ở tần số khác. Tuy nhiên, bên cạnh việc làm tăng thêm chi phí của động cơ, VFD còn có những nhược điểm cố hữu là có thể tạo ra các vấn đề như dòng điện trục và ổ trục có thể rút ngắn tuổi thọ của động cơ nếu không được quản lý đúng cách. Ngoài ra, động cơ AC có xu hướng mất mô-men xoắn ở tốc độ cao hơn.

Điều này có nghĩa là động cơ AC lý tưởng cho các tình huống mà tốc độ động cơ chậm đến trung bình và không đổi trong khi tải trên động cơ thay đổi. Đây là lý do tại sao động cơ AC có mặt khắp nơi trong các ứng dụng công nghiệp nặng, tốc độ liên tục.

Mặt khác, động cơ DC có thể dễ dàng điều khiển tốc độ bằng cách điều chỉnh điện áp nguồn. Chúng cung cấp một lượng mô-men xoắn nhất quán trên toàn bộ phạm vi tốc độ của chúng, nhưng chúng rất nhạy cảm với những thay đổi của tải. Điều này khiến chúng trở nên lý tưởng cho các tình huống cần kiểm soát tốc độ tốt và tải không thay đổi đáng kể, chẳng hạn như trong nhiều thiết bị gia dụng hoặc robot.

Hiệu quả

Động cơ AC thường ít hiệu quả hơn động cơ DC vì hai lý do chính. Đầu tiên là họ sử dụng nam châm điện trong stato, tiêu thụ điện năng, trong khi động cơ DC thường sử dụng nam châm vĩnh cửu thay thế. Thứ hai, động cơ xoay chiều gặp phải hiện tượng gọi là trượt, đó là sự khác biệt giữa tốc độ của rôto và tốc độ của từ trường quay trong stato. Mặc dù độ trượt là yếu tố cần thiết để tạo ra mô-men xoắn, nhưng nó liên quan trực tiếp đến 'tổn thất đồng', tức là tổn thất điện năng liên quan đến nhiệt phát sinh khi dòng điện đi qua cuộn dây kích từ của động cơ.

Động cơ DC cũng gặp phải một số tổn thất nhiệt trong cuộn dây kích từ của chúng. Các phiên bản có chổi than bị thất thoát nhiệt do điện trở khi tiếp xúc giữa cổ góp và chổi than cũng như tổn thất cơ học từ thiết lập này.

Trị giá

Động cơ một chiều DC thường có giá cao hơn đáng kể so với động cơ AC do chi phí sản xuất cao hơn. Ngoài ra, do động cơ cảm ứng xoay chiều được sử dụng rộng rãi nên tính kinh tế nhờ quy mô góp phần khiến giá thành của chúng tương đối thấp hơn. Điều này có nghĩa là động cơ AC được sử dụng cho hầu hết các ứng dụng công nghiệp quy mô lớn, trong khi động cơ DC được sử dụng trong các ứng dụng nhỏ hơn yêu cầu điều khiển tốc độ tốt, chẳng hạn như robot.

Động cơ DC có chổi than có chi phí bảo trì và bảo dưỡng cao hơn đáng kể do cổ góp và chổi than bị hao mòn. Động cơ DC không chổi than không gặp phải vấn đề này, tuy nhiên, chúng đắt hơn động cơ DC thông thường vì thiết kế phức tạp hơn.

Độ tin cậy và bảo trì

Động cơ một chiều DC chổi than thường yêu cầu bảo trì nhiều hơn và có tuổi thọ ngắn hơn động cơ AC. Điều này là do các chổi than ép vào cổ góp quay bị hao mòn, cần được bảo trì và thay thế thường xuyên.

Mặt khác, động cơ DC không chổi than và động cơ cảm ứng AC không có các bộ phận cọ sát vào nhau, điều đó có nghĩa là chúng chạy êm hơn và ít cần bảo trì hơn.

Tổng kết

Qua bài viết này, Kỹ Thuật Năng Lượng đã cung cấp cho bạn ý tưởng về sự khác biệt chính giữa động cơ AC và động cơ một chiều DC, và loại nào trong số chúng có thể phù hợp hơn cho ứng dụng của bạn. Động cơ hoạt động tốt nhất phụ thuộc vào đặc điểm cụ thể của ứng dụng vận hành. Nếu bạn chưa biết ứng dụng của mình phù hợp với dòng động cơ điện nào, hãy liên hệ hotline 0902 477 357 để được tư vấn nhanh nhất.