Những yếu tố nào ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ không chổi than?

Vật liệu từ tính được sử dụng trong rôto của động cơ không chổi than đóng một vai trò rất lớn trong hiệu suất của nó. Hầu hết các động cơ không chổi than hiệu suất cao đều sử dụng nam châm vĩnh cửu đất hiếm như neodymium sắt bo. Những vật liệu này có tính chất từ mạnh, giúp động cơ tạo ra các trường từ ổn định và mạnh mẽ với tổn thất năng lượng thấp hơn. Nếu vật liệu từ tính có chất lượng thấp—ví dụ như mật độ từ tính không đồng đều hoặc từ tính yếu—thì động cơ không chổi than sẽ cần dòng điện lớn hơn để duy trì mô-men xoắn yêu cầu. Điều này không chỉ lãng phí năng lượng mà còn làm động cơ nóng lên, từ đó làm giảm thêm hiệu suất. Ví dụ, một số động cơ không chổi than giá rẻ sử dụng nam châm ferrite cấp thấp thay vì loại đất hiếm. Những nam châm ferrite này mất đi độ mạnh từ tính nhanh hơn ở nhiệt độ cao, nghĩa là động cơ phải hoạt động vất vả hơn chỉ để đáp ứng các hoạt động cơ bản. Việc lựa chọn động cơ không chổi than sử dụng vật liệu từ tính chất lượng cao, đã được chứng nhận (như những vật liệu đạt tiêu chuẩn công nghiệp) là yếu tố then chốt để duy trì hiệu suất cao.

Cách điều khiển một động cơ không chổi than và mức độ phù hợp của hệ thống truyền động với động cơ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất. Một hệ thống truyền động tốt sử dụng các chiến lược điều khiển chính xác để điều chỉnh dòng điện và điện áp của động cơ theo thời gian thực. Ví dụ, điều khiển đỉnh dòng—trong đó bộ truyền động giữ chu kỳ điều khiển không đổi và làm cho dòng điện stato bám sát theo dòng điện đặt trước—giúp động cơ không chổi than hoạt động ổn định mà không lãng phí năng lượng không cần thiết. Nếu hệ thống truyền động được phối hợp kém, chẳng hạn như sử dụng bộ điều khiển phổ thông không phù hợp với dải công suất của động cơ, động cơ không chổi than có thể gặp hiện tượng dòng điện không ổn định. Điều này có thể dẫn đến tổn thất điện trở stato cao hơn và hiệu suất tổng thể thấp hơn. Một số động cơ không chổi than tiên tiến thậm chí đi kèm hệ thống truyền động riêng biệt được hiệu chuẩn theo các thông số cụ thể của động cơ, như đường cong mô-men xoắn và dải tốc độ. Việc phối hợp này đảm bảo động cơ không chổi than luôn vận hành trong vùng hiệu quả nhất, dù đang chạy ở tốc độ thấp với mô-men xoắn cao hay tốc độ cao với tải nhẹ.

Thiết kế stato và rô-to của động cơ không chổi than ảnh hưởng lớn đến hiệu suất sử dụng năng lượng. Hãy bắt đầu với phần stato: nếu các cuộn dây được bố trí theo cách tạo ra các từ trường không đều—ví dụ như dùng các cuộn dây rối, không gọn gàng—sẽ dẫn đến tổn thất đồng cao hơn do điện trở. Ngược lại, các cuộn dây tập trung nguyên bước (concentrated full pitch windings) được thiết kế tốt sẽ giúp động cơ không chổi than tạo ra sức điện động phản hồi hình thang mượt mà, qua đó giảm tổn thất năng lượng trong quá trình vận hành. Thiết kế rô-to cũng rất quan trọng. Một rô-to có tỷ số lồi cực cao (tỷ lệ giữa độ tự cảm trục d và trục q) có thể tăng mô-men từ kháng cho động cơ không chổi than. Điều này có nghĩa là động cơ vẫn có thể duy trì hiệu suất cao ngay cả khi hiệu suất từ tính của nam châm vĩnh cửu giảm nhẹ. Ví dụ, một số động cơ không chổi than sử dụng cấu trúc rô-to nhằm tăng cường mạch từ, đảm bảo mật độ từ thông khe hở không khí đồng đều. Cách này ngăn hiện tượng quá nhiệt cục bộ và giúp động cơ vận hành hiệu quả trong thời gian dài hơn.

Các động cơ không chổi than sẽ giảm hiệu suất khi quá nóng, do đó nhiệt độ vận hành và khả năng tản nhiệt là các yếu tố quan trọng. Hầu hết các động cơ không chổi than sử dụng nam châm vĩnh cửu, mà độ mạnh từ tính sẽ suy giảm khi nhiệt độ tăng. Nếu động cơ bị quá nhiệt—có thể do làm việc trong môi trường nóng hoặc tải nặng quá lâu—độ mạnh từ tính của các nam châm sẽ giảm xuống. Điều này buộc động cơ phải hút thêm dòng điện để tạo ra mô-men xoắn tương đương, dẫn đến tổn thất năng lượng cao hơn và hiệu suất thấp hơn. Khả năng tản nhiệt tốt giúp duy trì động cơ không chổi than ở nhiệt độ ổn định và mát mẻ. Điều này có thể bao gồm vỏ kim loại dẫn nhiệt tốt, bộ tản nhiệt tích hợp, hoặc thậm chí quạt nhỏ để làm mát chủ động. Ví dụ, các động cơ không chổi than công nghiệp dùng trong thiết bị tự động hóa thường có vỏ nhôm giúp lan tỏa nhiệt nhanh chóng. Nếu một động cơ không chổi than không có khả năng tản nhiệt phù hợp, nó có thể tự động tắt đột ngột hoặc bị hư hại vĩnh viễn ở các nam châm, làm mất hoàn toàn hiệu suất.

Tải trọng mà động cơ không chổi than đang tải và tốc độ hoạt động cũng ảnh hưởng đến hiệu suất. Mỗi động cơ không chổi than đều có một 'vùng hoạt động hiệu quả' — dải tải và tốc độ mà tại đó động cơ sử dụng năng lượng hiệu quả nhất. Nếu bạn vận hành động cơ ở tốc độ cao hơn hoặc thấp hơn nhiều so với dải tối ưu, hoặc nếu bạn đặt lên động cơ một tải quá nặng (hoặc quá nhẹ), thì hiệu suất sẽ giảm. Ví dụ, một động cơ không chổi than được thiết kế cho tải trung bình và tốc độ vừa sẽ lãng phí năng lượng nếu bạn dùng nó cho tải nhẹ ở tốc độ rất cao. Động cơ vẫn sẽ hút dòng điện để duy trì tốc độ cao, nhưng do tải nhẹ nên phần lớn dòng điện đó không được dùng cho công việc hữu ích. Ngược lại, quá tải động cơ không chổi than khiến nó phải làm việc vượt quá khả năng, dẫn đến dòng điện cao hơn và tổn thất đồng tăng lên. Để giữ hiệu suất cao, điều quan trọng là chọn một động cơ không chổi than phù hợp với nhu cầu tải và tốc độ thực tế của bạn. Chẳng hạn, nếu bạn cần một động cơ cho băng tải chạy ở tốc độ trung bình ổn định, hãy chọn động cơ không chổi than có vùng hiệu quả phù hợp với chế độ vận hành cụ thể đó.