Động Cơ Nam Châm Vĩnh Cửu

Động cơ nam châm vĩnh cửu quay đúng tốc độ đồng bộ. Tải nặng hay nhẹ, trục vẫn không trượt. Rotor gắn nam châm, không có dòng cảm ứng chạy trong rotor. Vì vậy tổn hao rotor gần như bằng không. Động cơ luôn chạy qua driver (bộ điều khiển). Driver đổi tần số để đổi tốc độ. Hạ tốc độ xuống 10 lần, mô-men trục gần như giữ nguyên. Một động cơ thay được cả motor thường lẫn biến tần trong nhiều máy chạy dài giờ.

1. Động cơ nam châm vĩnh cửu là gì

Động cơ nam châm vĩnh cửu là động cơ đồng bộ xoay chiều. Tên tiếng Anh: Permanent Magnet Synchronous Motor, viết tắt PMSM. Stator quấn dây 3 pha như motor thường. Rotor không quấn dây, không lồng sóc. Rotor gắn các thanh nam châm vĩnh cửu.

• Từ trường rotor có sẵn từ nam châm.
• Từ trường quay của stator kéo rotor quay theo.
• Rotor quay cùng tốc độ từ trường, gọi là đồng bộ.
• Tốc độ chỉ phụ thuộc tần số và số cặp cực.

Công thức: tốc độ (vòng/phút) = 60 × tần số (Hz) ÷ số cặp cực. Động cơ 5 cặp cực, cấp 125 Hz, quay đúng 1.500 vòng/phút. Động cơ không tự khởi động khi cắm thẳng lưới điện. Nó cần driver dò vị trí rotor rồi tăng tần số từ từ. Vì vậy hàng bán thường đi kèm driver theo bộ.

Nằm trong nhóm Motor Công Nghiệp, động cơ nam châm vĩnh cửu là lựa chọn cho máy chạy dài giờ, cần chỉnh tốc độ.

2. Thông số kỹ thuật và cách đọc mã, tem

Các kiểu ghép động cơ nam châm vĩnh cửu với hộp giảm tốc thường gặp: cyclo, NMRV, WPWDA, WPWDS, TKM, RV trục ra âm và trục ra dương:

Dải thông số phổ biến của động cơ nam châm vĩnh cửu kèm driver:

Cách đọc mã động cơ

Ví dụ mã SPR8PMSM3700-380A-3000:

• SPR8: cỡ khung, số càng lớn khung càng to (SPR8 = khung vuông 130 mm).
• PMSM: động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu.
• 3700: công suất định mức 3.700 W.
• 380: điện áp định mức 380V.
• A: trục tròn có rãnh then (cavet). Chữ G là trục bánh răng.
• 3000: tốc độ định mức 3.000 vòng/phút.

Một số mã có thêm chữ cuối sau tốc độ:

• M: có phanh điện từ (thắng từ).
• B: có encoder (bộ mã hóa vòng quay) để đọc vị trí trục.
• I: driver tích hợp ngay trong thân động cơ.

Cách đọc tem

• Tần số trên tem cao hơn 50 Hz là bình thường. Ví dụ 1.500 vòng/phút ứng với 125 Hz.
• Mô-men định mức (Nm) là số quan trọng nhất khi ghép tải.
• Kiểm tra nhanh: mô-men ≈ 9.550 × kW ÷ vòng/phút. Bản 3,7 kW 3.000 vòng/phút cho ≈ 11,78 Nm.
• Dòng điện trên tem là dòng ra từ driver tới động cơ, không phải dòng lấy từ lưới.

3. Ứng dụng động cơ nam châm vĩnh cửu

• Băng tải chạy 2–3 ca: tốc độ không trượt theo tải, sản lượng đều. Chỉnh tốc độ ngay trên driver.
• Máy đóng gói, chiết rót: đổi tốc độ theo từng mặt hàng mà mô-men gần như không đổi.
• Máy cấp liệu trục vít, định lượng: tốc độ đúng theo tần số nên lưu lượng cấp ổn định.
• Máy khuấy, máy trộn chạy chậm: bản 300–500 vòng/phút cho 3,8–14,3 Nm, bớt được một cấp giảm tốc.
• Quạt hút, bơm tuần hoàn chạy liên tục: rotor không tổn hao dòng cảm ứng, giảm điện tiêu thụ khi chạy dài giờ.
• Máy nhỏ ghép đầu giảm tốc trục bánh răng: khung 60–104 mm có bản trục bánh răng cắm thẳng vào đầu giảm tốc.

Video thực tế động cơ nam châm vĩnh cửu khung 130 kèm driver, lắp với hộp giảm tốc trục vít WPWDO có trục ra hướng thẳng lên:

4. Phân loại động cơ nam châm vĩnh cửu

Động cơ nam châm vĩnh cửu chia theo cỡ khung vuông. Mỗi khung có dải công suất, tốc độ và kiểu trục riêng.

a) Khung 60 × 60 mm

• Công suất 15–25 W, điện áp 220V.
• Tốc độ 1.500 hoặc 3.000 vòng/phút, mô-men 0,05–0,16 Nm.
• Có bản trục tròn và trục bánh răng. Vành định vị Ø56 mm, lỗ bắt vít Ø5,5 mm.

b) Khung 80 × 80 mm

• Công suất 40–60 W, điện áp 220V.
• Mô-men 0,13–0,38 Nm.
• Vành định vị Ø73 mm, tâm lỗ Ø94 mm, 4 lỗ Ø6 mm.

c) Khung 90 × 90 mm

• Công suất 40–400 W, điện áp 220V.
• Có bản tốc độ thấp 300–500 vòng/phút, mô-men tới 2,23 Nm.
• Trục tròn Ø11–15 mm, then 4–5 mm. Vành định vị Ø83 mm.

d) Khung 104 × 104 mm

• Công suất 120–750 W, điện áp 220V.
• Bản 300–500 vòng/phút cho 3,82 Nm.
• Trục Ø14 hoặc Ø15 mm, then 5 mm. Vành định vị Ø94 mm, tâm lỗ Ø120 mm.

e) Khung 120 × 120 mm

• Công suất 200 W – 1,5 kW. Bản 1,1–1,5 kW dùng 380V, bản nhỏ dùng 220V.
• Mô-men 4,78–7,07 Nm.
• Trục Ø19 mm, then 6 mm, dây ra dài 500 mm.

f) Khung 130 × 130 mm

• Công suất 450 W – 3,7 kW, chủ yếu 380V.
• Mô-men 7,00–14,33 Nm. Bản tốc độ thấp 300–500 vòng/phút đạt 14,33 Nm.
• Trục Ø19, Ø22 hoặc Ø24 mm, then 6–8 mm. Vành định vị Ø110 mm, tâm lỗ Ø145 mm, 4 lỗ Ø9 mm.

g) Phân loại theo kiểu trục

• Trục tròn có then (mã A): lắp khớp nối, puly, nhông, hộp giảm tốc trục vào âm.
• Trục bánh răng (mã G): cắm thẳng vào đầu giảm tốc mini. Phải đúng model đầu giảm tốc hoặc đúng thông số răng.

h) Phân loại theo nguồn cấp driver

• Driver nguồn 1 pha 220V: cho xưởng không có điện 3 pha. Driver chịu dải điện áp vào 175–275V.
• Driver nguồn 3 pha 380V: dòng lấy từ lưới thấp hơn, dây và aptomat nhỏ hơn.

i) Phân loại theo kiểu driver

• Driver rời đơn giản: núm vặn tốc độ, công tắc chạy dừng, dùng cho động cơ đến 200 W.
• Driver rời có màn hình: hiển thị thông số, đảo chiều, dùng cho động cơ đến 750 W.
• Driver lắp tủ: có cổng analog, digital, truyền thông RS485, nguồn 24V, dùng cho động cơ đến 2,2 kW.
• Driver tích hợp trong động cơ (mã I): gọn, ít dây nối, dùng cho động cơ nhỏ.

j) Phân loại theo hộp giảm tốc ghép kèm

• Hộp trục song song: hiệu suất truyền động khoảng 95%, gọn, chịu quá tải tốt.
• Hộp vuông góc bánh răng côn, hộp chữ L: trục ra lệch 90°, tiết kiệm chiều dài máy.
• Hộp hành tinh: độ rơ nhỏ, tỉ số lớn, rung thấp.
• Hộp trục vít RV: tỉ số lớn trong một cấp, giá thấp.
• Hộp hypoid: hiệu suất cao hơn trục vít ở cùng góc 90°.

Video thực tế bộ động cơ nam châm vĩnh cửu 1,5 kW chạy driver, ghép hộp giảm tốc trục vít WPDS tỉ số 20, đo tốc độ trục ra:

5. Cấu tạo động cơ nam châm vĩnh cửu

• Vỏ và mặt bích vuông: vỏ nhôm, mặt bích vuông có vành định vị và 4 lỗ bắt vít.
• Stator: lá thép kỹ thuật điện, dây quấn 3 pha U, V, W, cách điện cấp F.
• Rotor: trục thép gắn nam châm vĩnh cửu, không có thanh dẫn hay lồng sóc.
• Vòng bi: 2 vòng bi đỡ trục ở 2 đầu.
• Dây ra hoặc giắc cắm: 4 dây U, V, W và tiếp địa GND. Khung nhỏ dùng giắc 4 chân, khung 120–130 mm ra dây dài 500 mm.
• Driver đi kèm: chỉnh lưu nguồn lưới, rồi tạo điện áp 3 pha có tần số thay đổi để quay động cơ.

6. Ưu điểm

• Tổn hao thấp hơn 20–30%: rotor không có tổn hao đồng do dòng cảm ứng.
• Hiệu suất cao cả khi non tải: motor lồng sóc tụt hiệu suất mạnh khi chạy nhẹ tải. Động cơ nam châm vĩnh cửu giữ hiệu suất cao trên phần lớn dải tải.
• Hệ số công suất cao: stator không phải lấy dòng từ hóa, dòng lấy từ lưới thấp hơn.
• Nhỏ, nhẹ hơn khoảng 30% so với motor không đồng bộ cùng công suất.
• Tốc độ không trượt: bản 1.500 vòng/phút chạy đúng 1.500 vòng/phút trong định mức tải.
• Mô-men giữ nguyên khi giảm tốc: hạ tốc độ 10 lần qua driver, mô-men định mức gần như không đổi.
• Khởi động êm, mô-men khởi động lớn: driver điều khiển vector, dòng sin, giảm rung giật mô-men.
• Cấp điện là chạy: động cơ và driver phối sẵn thông số, không phải dò tham số tại xưởng.

7. Động cơ nam châm vĩnh cửu khác motor cảm ứng chạy biến tần thế nào

Nhiều xưởng đang dùng motor 3 pha lồng sóc gắn biến tần. So hai cách trên cùng một nhu cầu chỉnh tốc:

Video dưới đây cho thấy động cơ nam châm vĩnh cửu 1,5 kW ghép hộp số trục vít WPDA, chỉnh tốc độ rộng khoảng 10 lần mà trục ra vẫn giữ lực:

Ví dụ tính: băng tải cần trục ra chỉnh từ 15 đến 150 vòng/phút.

• Chọn động cơ nam châm vĩnh cửu 1,1 kW, 1.500 vòng/phút, mô-men 7,00 Nm.
• Ghép hộp giảm tốc tỉ số 10, hiệu suất khoảng 0,95.
• Ở 150 vòng/phút: mô-men trục ra ≈ 7,00 × 10 × 0,95 ≈ 66,5 Nm.
• Driver hạ tần số 10 lần: trục ra 15 vòng/phút, mô-men vẫn ≈ 66,5 Nm.
• Công suất trục lúc đó ≈ 66,5 × 15 ÷ 9.550 ≈ 0,1 kW. Động cơ chạy nhẹ, không quá nhiệt.

Motor cảm ứng muốn ra 15 vòng/phút trên cùng hộp phải chạy khoảng 5 Hz. Quạt làm mát gần như không thổi. Chạy lâu ở mức này thường phải thêm quạt cưỡng bức hoặc đổi hộp tỉ số lớn hơn.

8. Câu hỏi thường gặp về động cơ nam châm vĩnh cửu

• Động cơ nam châm vĩnh cửu có cắm thẳng điện lưới chạy được không? Không. Rotor không có lồng sóc nên không tự khởi động ở 50 Hz. Cắm thẳng lưới, động cơ rung tại chỗ và dòng tăng cao. Luôn chạy qua driver đi kèm.
• Mua động cơ rồi dùng biến tần sẵn có trong xưởng được không? Chỉ được khi biến tần có chế độ điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu. Biến tần chỉ có chế độ V/f cho motor lồng sóc thường chạy không ổn định. Driver đi kèm đã phối sẵn với động cơ.
• Xưởng chỉ có điện 1 pha 220V thì dùng được không? Được, chọn bộ có driver nguồn vào 1 pha 220V. Driver tự tạo điện 3 pha cho động cơ. Dòng lấy từ lưới 1 pha sẽ cao hơn bản 380V cùng công suất.
• Động cơ nam châm vĩnh cửu có tiết kiệm điện hơn motor thường không? Có, phần tiết kiệm đến từ rotor không có dòng cảm ứng. Máy chạy càng nhiều giờ mỗi ngày, phần chênh càng rõ. Máy chạy vài chục phút mỗi ngày thì khó thấy khác biệt.
• Giảm tốc độ xuống thấp thì động cơ còn khỏe không? Còn. Trong dải chỉnh 10 lần, mô-men định mức gần như giữ nguyên. Công suất trục giảm theo tốc độ: 1.500 xuống 150 vòng/phút thì công suất còn khoảng 1/10.
• Tốc độ thật có đúng như số trên tem không? Có. Động cơ đồng bộ không có độ trượt. Bản 1.500 vòng/phút chạy đúng 1.500 vòng/phút khi tải còn trong định mức.
• Động cơ nam châm vĩnh cửu có lắp vừa mặt bích hộp giảm tốc thường không? Thường không vừa trực tiếp. Mặt bích là kiểu vuông, khác bích tròn chuẩn IEC. Cần hộp có bích vào đúng khung vuông hoặc thêm bích chuyển.
• Khung 130 mm có trục bao nhiêu? Có 3 cỡ: Ø19, Ø22 và Ø24 mm, then 6–8 mm. Kiểm tra cỡ trục trên tem trước khi đặt khớp nối hay hộp số.
• Trục bánh răng (mã G) lắp vào đâu? Lắp thẳng vào đầu giảm tốc mini có lỗ vào bánh răng. Phải đúng số răng và mô-đun. Đặt hàng cần ghi rõ model đầu giảm tốc.
• Tải kéo ngược trục quay khi dừng có sao không? Có rủi ro. Nam châm luôn có từ trường nên trục quay là đầu dây có điện áp. Băng tải dốc, máy có quán tính lớn cần lắp thêm bộ hãm và điện trở hãm cho driver. Trước khi cấp điện, trục phải đứng yên.
• Động cơ chạy nóng tay có bình thường không? Vỏ ấm khi chạy đủ tải là bình thường. Cách điện cấp F chịu tới 155°C trong cuộn dây. Vỏ nóng tới mức không chạm được vài giây là dấu hiệu quá tải hoặc thông gió kém.
• Nam châm có bị yếu đi theo thời gian không? Ở nhiệt độ và dòng trong định mức, nam châm giữ từ tính lâu dài. Quá nhiệt kéo dài hoặc dòng quá tải lớn có thể làm nam châm mất từ một phần.
• Bật tắt nguồn driver liên tục để chạy dừng máy được không? Không nên. Đóng cắt nguồn driver giữ dưới 1 lần mỗi phút. Chạy dừng thường xuyên thì dùng cổng điều khiển hoặc nút RUN/STOP, để nguồn luôn cấp.
• Vì sao động cơ đồng bộ cần nhiều cặp cực? Nhiều cặp cực cho tốc độ thấp ở tần số vừa phải. Động cơ 5 cặp cực chạy 300 vòng/phút chỉ cần 25 Hz.
• Ba điểm cốt lõi khi chọn động cơ nam châm vĩnh cửu? Mô-men định mức đủ cho tải ở tốc độ thấp nhất. Nguồn driver đúng điện xưởng. Mặt bích và trục khớp với hộp số hoặc khớp nối.

Động cơ nam châm vĩnh cửu thuộc nhóm Motor Công Nghiệp, nằm trong danh mục lớn Động Cơ Điện. Các dòng motor công nghiệp khác cùng nhóm:

• Motor Khuấy
• Motor Có Phanh
• Motor Phòng Nổ
• Động Cơ Biến Tần
• Motor Kéo