Motor 12V 25W mã 3DC25-12GN-18 là động cơ điện một chiều chổi than nam châm vĩnh cửu, mặt bích vuông 70 mm, đầu trục bánh răng GN để ghép trực tiếp với hộp số 3GN. Ở điện áp 12V, motor cho công suất 25W, tốc độ có tải 1800 hoặc 3600 vòng/phút tùy phiên bản, mô-men định mức 0,13 N.m và dòng điện định mức 3,8A. Khi gắn hộp số, motor giảm tốc 12V 25W cho tốc độ trục ra từ 600 vòng/phút xuống còn 6 vòng/phút, mô-men cho phép lên tới 39,8 N.m ở tỉ số 1:300.
Điểm mạnh của động cơ 12V 25W là chạy thẳng từ những nguồn 12V phổ biến ở khắp nơi: ắc quy xe máy, ắc quy ô tô, ắc quy xả sâu của hệ pin mặt trời, adapter 12V. Nhưng cũng chính vì điện áp thấp nên dòng điện lớn gấp đôi bản 24V cùng công suất, dây dẫn, cầu chì và cách tính thời gian chạy ắc quy cần làm kỹ hơn. Nội dung dưới đây đi thẳng vào số liệu thật của model 3DC25-12GN-18: kích thước lắp đặt, bảng mô-men theo từng tỉ số, cách tính dây, cầu chì, thời gian chạy ắc quy và các lưu ý khi đưa motor vào thiết bị thực tế. Đây là một model thuộc nhóm motor DC 12V.
Mã 3DC25-12GN-18 đọc như sau: số 3 là cỡ khung 70 × 70 mm; DC là motor một chiều; 25 là công suất 25W; 12 là điện áp định mức 12V; GN là kiểu đầu trục bánh răng xiên thường dùng ghép hộp số GN; 18 là tốc độ có tải 1800 vòng/phút. Cùng model này còn có phiên bản 3600 vòng/phút, khi không tải quay khoảng 4400 vòng/phút, phù hợp với thiết bị cần trục ra nhanh hơn ở cùng tỉ số truyền.
Cấu tạo chính
Motor được thiết kế cho cấp cách điện B (130 °C), độ tăng nhiệt cuộn dây dưới 80 °C khi chạy định mức, làm việc trong môi trường từ −10 °C đến +40 °C, độ ẩm không quá 85 % và không đọng sương. Những con số này cho thấy model hướng tới thiết bị đặt trong nhà, trong tủ máy hoặc ngoài trời có che chắn, không phải motor chịu nước.
Một chi tiết đáng chú ý: ở 12V, motor nhận công suất điện khoảng 12 × 3,8 = 45,6W để cho ra 25W cơ trên trục. Hiệu suất khoảng 55% là mức thường gặp ở motor chổi than cỡ nhỏ. Phần chênh lệch hơn 20W biến thành nhiệt trong cuộn dây, chổi than và bạc đạn, vì vậy vỏ motor ấm lên khi chạy lâu là bình thường. Con số 45,6W cũng là con số phải dùng khi tính ắc quy, tấm pin và adapter, không phải 25W.
Motor 12V 25W có thể dùng ở dạng motor trơn (không hộp số) hoặc dạng motor giảm tốc gắn hộp số 3GN. Kích thước mặt bích của motor và của hộp số đều là 70 × 70 mm, cùng vòng lỗ Ø82, nên khi đổi từ motor trơn sang motor giảm tốc, tấm đỡ trên máy vẫn giữ được kiểu khoan lỗ.
Khi thiết kế tấm đỡ, nên khoét lỗ thông cho vấu Ø25 và chừa không gian phía sau motor cho dây ra. Bắt hộp số bằng 4 lỗ ren M5 từ phía tấm đỡ sẽ gọn hơn so với dùng bu lông xuyên suốt, nhưng chiều dài vít phải vừa đủ để không chạm bánh răng bên trong.
| Thông số | Giá trị |
|---|---|
| Mã motor | 3DC25-12GN-18 |
| Công suất định mức | 25 W |
| Điện áp định mức | 12 VDC |
| Tốc độ không tải | 2200 vòng/phút (bản 1800) hoặc 4400 vòng/phút (bản 3600) |
| Dòng không tải | ≤ 1,0 A |
| Tốc độ có tải định mức | 1800 vòng/phút hoặc 3600 vòng/phút |
| Dòng điện định mức | 3,8 A |
| Mô-men định mức | 0,13 N.m |
| Mô-men khởi động | 0,16 N.m |
| Cỡ khung, kiểu trục | 70 × 70 mm, đầu trục bánh răng GN Ø8 |
| Cấp cách điện | B (130 °C), độ tăng nhiệt cuộn dây < 80 °C |
| Điện trở cách điện | ≥ 20 MΩ (đo bằng megger 500 VDC) |
| Độ bền điện môi | 1,5 kV, 50/60 Hz trong 1 phút giữa cuộn dây và vỏ |
| Môi trường làm việc | −10 đến +40 °C, độ ẩm ≤ 85 %, không đọng sương |
| Dây ra | UL1015 AWG20, dài 300 ± 10 mm, đỏ (+), đen (−) |
Hộp số 3GN có 26 mức tỉ số từ 1:3 đến 1:300. Tốc độ trục ra bằng tốc độ motor chia cho tỉ số. Mô-men cho phép trong bảng là giới hạn tối đa mà bánh răng và trục ra chịu được ở từng tỉ số, không phải mô-men motor luôn đạt được trong mọi điều kiện.
Bảng moment motor giảm tốc 12V 25W (tốc độ motor 1800 và 3600 vòng/phút)
| Tỉ số truyền | Tốc độ ra (motor 1800), vòng/phút | Mô-men cho phép (motor 1800), N.m | Tốc độ ra (motor 3600), vòng/phút | Mô-men cho phép (motor 3600), N.m |
|---|---|---|---|---|
| 3 | 600 | 0,4 | 1200 | 0,2 |
| 3,6 | 500 | 0,48 | 1000 | 0,24 |
| 5 | 360 | 0,66 | 720 | 0,33 |
| 6 | 300 | 0,8 | 600 | 0,4 |
| 7,5 | 240 | 0,99 | 480 | 0,5 |
| 9 | 200 | 1,19 | 400 | – |
| 10 | 180 | 1,33 | 360 | 0,67 |
| 12,5 | 144 | 1,66 | 288 | 0,83 |
| 15 | 120 | 2,0 | 240 | 1,0 |
| 18 | 100 | 2,38 | 200 | 1,19 |
| 20 | 90 | 2,65 | 180 | 1,33 |
| 25 | 72 | 3,32 | 144 | 1,66 |
| 30 | 60 | 3,98 | 120 | 1,99 |
| 36 | 50 | 4,78 | 100 | 2,39 |
| 40 | 45 | 5,31 | 90 | 2,67 |
| 50 | 36 | 6,63 | 72 | 3,32 |
| 60 | 30 | 7,96 | 60 | 3,98 |
| 75 | 24 | 9,95 | 48 | 4,96 |
| 90 | 20 | 11,9 | 40 | 5,95 |
| 100 | 18 | 13,3 | 36 | 6,65 |
| 120 | 15 | 15,9 | 30 | 7,95 |
| 150 | 12 | 19,9 | 24 | 9,95 |
| 180 | 10 | 23,8 | 20 | 11,9 |
| 200 | 9 | 26,5 | 18 | 13,3 |
| 250 | 7,2 | 31,8 | 14,4 | 15,9 |
| 300 | 6 | 39,8 | 12 | 19,9 |
Ví dụ: cần trục ra khoảng 60 vòng/phút với bản 1800, chọn tỉ số 1:30, mô-men cho phép 3,98 N.m. Nhân hiệu suất 0,8, mô-men làm việc thực tế nên tính khoảng 3,2 N.m. Nếu trục ra gắn rulô Ø50 mm, lực kéo tối đa trên mặt rulô xấp xỉ 3,2 / 0,025 = 128 N, tương đương kéo được khoảng 13 kg lực tiếp tuyến. Cùng tốc độ 60 vòng/phút nhưng dùng bản 3600 thì phải lên tỉ số 1:60 và mô-men cho phép là 3,98 N.m, gần như không đổi; khác biệt là bản 3600 có motor quay nhanh hơn nên tiếng ồn và độ mòn chổi than cao hơn.
Motor 3DC25-12GN-18 có đầu trục GN, nên chỉ ghép được với hộp số GN cùng cỡ 70 mm (ký hiệu 3GN). Ký hiệu hộp số đọc theo mẫu 3GN30K: số 3 là cỡ 70 mm, GN là kiểu bánh răng, 30 là tỉ số 1:30, K là hộp dùng bạc đạn bi. Hộp GU và hộp cỡ khác không lắp được vì bánh răng đầu trục và kích thước mặt bích khác nhau.
Hộp trung gian 1:10
Khi cần trục ra chậm hơn 6 vòng/phút, có thể chèn hộp trung gian 3GN10X giữa motor và hộp số chính. Tỉ số tổng bằng tỉ số hộp số nhân 10, ví dụ 3GN100K ghép 3GN10X cho tỉ số 1:1000, trục ra khoảng 1,8 vòng/phút với bản 1800. Hộp trung gian dùng để hạ tốc độ, không phải để nâng giới hạn mô-men; tải vẫn phải nằm trong mô-men cho phép của hộp số chính.
Chiều quay trục ra
Trong hộp bánh răng trục song song, mỗi cấp bánh răng đảo chiều quay một lần. Tùy tỉ số mà hộp có số cấp chẵn hoặc lẻ, nên trục ra có thể cùng chiều hoặc ngược chiều trục motor. Với motor DC, chỉ cần đổi cực hai dây là trục ra đổi chiều, vì vậy khi lắp đặt hãy chạy thử để xác định chiều đúng rồi đánh dấu dây, không cần tra trước.
Lắp ghép motor với hộp số
Với hệ 12V, mọi sai sót về nguồn và dây đều thể hiện ngay ở tốc độ và nhiệt độ motor. Phần này đi qua từng loại nguồn hay dùng cho động cơ 12V 25W.
Dòng điện cần tính
Tiết diện dây dẫn
Ở 12V, sụt 0,36V trên dây đã là 3% điện áp. Sụt áp tính theo tổng chiều dài dây đi và về, điện trở suất đồng 0,0175 Ω.mm²/m. Bảng dưới tính cho dòng 3,8A:
| Chiều dài dây (một chiều) | Dây 0,75 mm² | Dây 1,5 mm² | Dây 2,5 mm² | Dây 4 mm² |
|---|---|---|---|---|
| 2 m | 0,35 V (3%) | 0,18 V (1,5%) | 0,11 V (0,9%) | 0,07 V (0,6%) |
| 5 m | 0,89 V (7,4%) | 0,44 V (3,7%) | 0,27 V (2,2%) | 0,17 V (1,4%) |
| 10 m | 1,77 V (14,8%) | 0,89 V (7,4%) | 0,53 V (4,4%) | 0,33 V (2,8%) |
Từ bảng có thể thấy với khoảng cách 2 m (motor đặt ngay cạnh ắc quy), dây 1,5 mm² là đủ. Khi ắc quy đặt xa, như hệ pin mặt trời ở mái nhà kéo xuống chuồng trại hay vườn, dây 0,75 mm² dài 10 m làm mất gần 15% điện áp, motor chỉ còn khoảng 10,2V và tốc độ giảm tương ứng.
Cầu chì bảo vệ
Cầu chì bảo vệ dây là chính, đặt càng gần cọc dương ắc quy càng tốt. Định mức nên lớn hơn dòng chạy khoảng 1,25–1,5 lần, tức 4,75–5,7A; trên thực tế dùng cầu chì lưỡi ô tô 7,5A cho dây từ 1,5 mm² trở lên là hợp lý. Nếu dùng aptomat thì phải là loại ghi định mức DC. Cầu chì đứt khi khởi động có tải nặng là dấu hiệu tải đang quá lớn so với tỉ số đang dùng, cần kiểm tra lại cơ cấu trước khi nghĩ đến chuyện tăng định mức cầu chì.
Thời gian chạy bằng ắc quy 12V
Thời gian chạy xấp xỉ bằng dung lượng sử dụng được chia cho dòng tiêu thụ. Ắc quy chì nên chỉ xả khoảng 50% để giữ tuổi thọ, ắc quy lithium sắt phốt phát (LiFePO4) dùng được khoảng 80%. Cột tải nhẹ giả định motor chỉ ăn 2A.
| Nguồn ắc quy | Dung lượng sử dụng | Thời gian chạy ở 3,8 A (tải định mức) | Thời gian chạy ở 2 A (tải nhẹ) |
|---|---|---|---|
| Ắc quy chì kín 12V 7Ah (xe máy, UPS) | 3,5 Ah | 55 phút | 1 giờ 45 phút |
| Ắc quy chì 12V 20Ah | 10 Ah | 2 giờ 38 phút | 5 giờ 00 phút |
| Ắc quy xả sâu 12V 100Ah | 50 Ah | 13 giờ 09 phút | 25 giờ 00 phút |
| Ắc quy LiFePO4 12V 20Ah | 16 Ah | 4 giờ 13 phút | 8 giờ 00 phút |
Chạy bằng điện xe đang nổ máy
Khi động cơ xe đang nổ máy, máy phát sạc nâng điện áp hệ 12V lên khoảng 13,8–14,4V. Motor 12V 25W sẽ quay nhanh hơn khoảng 15–20% so với ở 12V, vẫn nằm trong mức chấp nhận được. Nên kéo dây riêng từ cọc ắc quy có cầu chì riêng, không câu chung dây với đèn hay thiết bị điện tử của xe, vì lúc motor khởi động điện áp chung bị kéo tụt và nhiễu từ chổi than lan sang các thiết bị khác.
Adapter và bộ nguồn 12V
Dòng liên tục của nguồn nên lớn hơn khoảng 1,5 lần dòng định mức, tức từ 5,7A trở lên; adapter 12V 6A là mức tối thiểu, adapter hoặc nguồn tổ ong 12V 10A cho dư địa khi motor khởi động có tải. Một hiện tượng hay gặp: cắm motor vào adapter nhỏ thì đèn adapter chớp liên tục, motor giật từng nấc rồi đứng. Nguyên nhân là dòng khởi động vượt ngưỡng bảo vệ, adapter tự ngắt rồi khởi động lại. Cách xử lý là dùng nguồn lớn hơn, hoặc cho motor khởi động mềm qua bộ điều tốc có tăng tốc dần.
Pin mặt trời 12V
Tấm pin loại 12V có điện áp hở mạch thường trên 20V, nên không nối thẳng tấm pin vào motor: lúc nắng gắt mà motor nhẹ tải, điện áp có thể lên cao làm motor quá tốc; lúc nắng yếu, tấm pin không đủ dòng khởi động, motor đứng kẹt và nóng. Cách ổn định là tấm pin nạp ắc quy 12V qua bộ sạc năng lượng mặt trời, motor lấy điện từ ắc quy. Ví dụ motor chạy 4 giờ mỗi ngày ở tải định mức tiêu thụ khoảng 45,6 × 4 ≈ 182Wh. Giả sử mỗi ngày có khoảng 4 giờ nắng tương đương và hệ thống hao khoảng 25%, công suất tấm pin cần khoảng 182 / (4 × 0,75) ≈ 61W; chọn tấm 100W để có dư cho ngày nhiều mây. Ắc quy nên có dung lượng sử dụng được ít nhất bằng nhu cầu một ngày, tức khoảng 15Ah sử dụng được, tương ứng ắc quy chì 12V từ 35–40Ah trở lên.
Motor chỉ có hai dây. Dây đỏ nối cực dương, dây đen nối cực âm, motor quay theo chiều thuận (CW nhìn từ phía trục motor). Đổi hai dây cho nhau, motor quay ngược (CCW). Đảo cực không làm hỏng motor chổi than trơn, nhưng sẽ làm hỏng bộ điều tốc hoặc mạch điện tử nếu đấu ngược vào ngõ cấp nguồn của chúng.
Mạch đảo chiều bằng công tắc hoặc relay
Điều chỉnh tốc độ
Tốc độ motor DC nam châm vĩnh cửu tỉ lệ gần thuận với điện áp, nên cách chỉnh tốc độ hiệu quả là dùng bộ điều tốc DC kiểu băm xung (PWM) 12V. Bộ điều tốc giữ nguyên biên độ 12V nhưng thay đổi độ rộng xung, motor giữ mô-men tốt ở tốc độ thấp hơn nhiều so với cách hạ áp bằng điện trở. Với motor này, chọn bộ điều tốc có dòng định mức từ 10A trở lên để chịu được đỉnh dòng khởi động; tham khảo các loại trong danh mục bộ điều chỉnh tốc độ motor. Nếu nghe tiếng rít khi chỉnh tốc độ thấp, đó là do tần số băm xung nằm trong vùng nghe được; bộ điều tốc tần số khoảng 16–20 kHz sẽ êm hơn.
Chỉnh tốc độ bằng PWM không làm tăng mô-men cho phép của hộp số. Khi giảm tốc độ motor xuống thấp, quạt làm mát trên trục (nếu có) cũng quay chậm, motor tản nhiệt kém hơn; chạy lâu ở tốc độ thấp mà tải nặng thì nên chọn lại tỉ số hộp số thay vì giảm tốc bằng điện.
Dừng nhanh
Ngắt nguồn và nối tắt hai dây motor (hoặc nối qua điện trở vài chục ôm) sẽ hãm motor nhanh, vì motor lúc này thành máy phát. Cách này chỉ hãm khi đang quay, không giữ được tải khi đã dừng. Hộp 3GN không tự hãm, nên tải treo hoặc tải trên dốc sẽ kéo trục ra quay ngược khi mất điện.
Lắp đặt cơ khí
Mỡ bôi trơn hộp số
Hộp 3GN dùng mỡ bôi trơn kín, không cần châm dầu định kỳ. Nếu tháo hộp sửa chữa, dùng đúng loại mỡ bánh răng, không thay bằng dầu nhớt.
Chạy rà và kiểm tra ban đầu
Vận hành an toàn và nhiệt độ
Chu kỳ làm việc và tuổi thọ
Motor chạy liên tục được nếu tải nằm trong định mức và có thông gió. Giới hạn tuổi thọ chủ yếu nằm ở chổi than, thường ở mức khoảng một đến vài nghìn giờ chạy với motor DC cỡ nhỏ, tùy tải, tốc độ và nhiệt độ. Bản 3600 vòng/phút mòn chổi nhanh hơn bản 1800. Khởi động, dừng và đảo chiều liên tục, nguồn chỉnh lưu không lọc (dòng nhấp nhô) cũng làm chổi than mòn nhanh. Nhiệt độ làm việc cao hơn 10 °C có thể làm tuổi thọ mỡ và cách điện giảm khoảng một nửa, vì vậy giữ motor mát là cách kéo dài tuổi thọ rẻ nhất.
Công suất 25W với mô-men trục ra tới vài chục N.m ở tỉ số lớn phù hợp nhiều thiết bị cơ khí nhỏ chạy bằng nguồn 12V:
Motor giảm tốc 12V 25W không phù hợp cho xe chở người hay xe đạp điện: hộp số công nghiệp không được thiết kế chịu sốc mặt đường và không có hệ thống phanh xe. Với các thiết bị nâng hạ, cửa cổng hay tải treo, cần cơ cấu giữ tải độc lập vì hộp bánh răng trục song song không tự hãm.
Ngoài bản 12V, model này nằm trong nhóm motor DC giảm tốc chổi than với nhiều cỡ khung và mức công suất, thuộc họ động cơ điện dùng nguồn một chiều.
Motor 12V 25W ăn bao nhiêu ampe? Khoảng 3,8A khi kéo đúng tải định mức 0,13 N.m, không quá 1,0A khi chạy không tải. Lúc khởi động, dòng đỉnh cao hơn nhiều lần trong khoảnh khắc ngắn, nên nguồn và cầu chì phải tính cả đỉnh dòng này.
Ắc quy xe máy 12V 7Ah chạy motor giảm tốc 12V 25W được bao lâu? Nếu chỉ xả 50% dung lượng để giữ tuổi thọ ắc quy, khoảng 55 phút ở tải định mức và gần 1 giờ 45 phút khi tải nhẹ ăn khoảng 2A. Thực tế có thể ngắn hơn vì ắc quy nhỏ xả dòng lớn thì dung lượng thực giảm.
Motor 12V 25W có cắm trực tiếp tấm pin mặt trời được không? Có thể quay khi nắng tốt nhưng không ổn định: nắng yếu thì không đủ dòng khởi động, nắng gắt và tải nhẹ thì điện áp hở mạch trên 20V của tấm pin làm motor quá tốc. Nên dùng tấm pin nạp ắc quy qua bộ sạc rồi chạy motor từ ắc quy.
Cấp 24V cho motor 12V 25W để chạy nhanh hơn có được không? Không nên. Tốc độ gần gấp đôi, dòng và tia lửa ở cổ góp tăng mạnh, chổi than, bạc đạn và hộp số chịu quá tốc nên mau hỏng. Nếu chỉ có nguồn 24V, dùng bộ hạ áp DC về 12V có dòng ra đủ lớn.
Vì sao motor chạy chậm hơn tốc độ trong bảng? Thường do điện áp tại cọc motor thấp hơn 12V (ắc quy yếu, dây nhỏ, dây dài), tải nặng gần mức định mức, hoặc bộ điều tốc đang đặt thấp. Tốc độ có tải 1800 vòng/phút đã là tốc độ khi kéo đủ tải; tốc độ không tải 2200 vòng/phút chỉ dùng để kiểm tra.
Motor 12V 25W có giữ được tải khi mất điện không? Không. Hộp số 3GN là hộp bánh răng trục song song, không tự hãm. Tải treo, tải dốc hoặc cửa có lò xo sẽ đẩy trục quay ngược khi mất điện; cần phanh cơ khí, chốt khóa hoặc cơ cấu tự hãm riêng.
Bản 1800 và bản 3600 vòng/phút khác nhau ở điểm nào khi dùng? Cùng công suất 25W và cùng kích thước, nhưng ở cùng tỉ số, bản 3600 cho tốc độ trục ra gấp đôi và mô-men cho phép bằng khoảng một nửa. Bản 3600 phù hợp cơ cấu cần tốc độ ra cao với tải nhẹ; bản 1800 quay motor chậm hơn nên êm hơn và chổi than bền hơn.
Motor có tạo nhiễu cho mạch điện tử, bộ định vị, radio trên xe không? Có, vì cổ góp chổi than đánh tia lửa nhỏ. Gắn tụ gốm khoảng 0,1 µF giữa hai cực motor, xoắn đôi dây nguồn motor và đi tách xa dây tín hiệu sẽ giảm nhiễu đáng kể.
Motor 12V 25W chạy được bao nhiêu giờ mỗi ngày? Chạy liên tục được nếu tải trong định mức và motor được thông gió. Giới hạn tuổi thọ nằm ở chổi than, vì vậy thiết bị chạy nhiều giờ mỗi ngày cần tính trước việc thay chổi than theo chu kỳ.
Dùng motor 12V 25W làm máy phát điện nạp ắc quy được không? Motor nam châm vĩnh cửu quay bằng ngoại lực sẽ phát điện một chiều, điện áp tỉ lệ với tốc độ trục motor. Muốn phát khoảng 12V phải quay trục motor gần 1800–2200 vòng/phút; quay ngược qua hộp số giảm tốc sẽ làm bánh răng chịu tải nặng, không khuyến khích. Khi nạp ắc quy cần có diode hoặc mạch sạc.
