Motor 12V 40W mã 4DC40-12GN-18 là động cơ một chiều chổi than nam châm vĩnh cửu khung 80 mm, đầu trục GN ghép hộp số 4GN. Ở 12VDC, motor cho công suất 40W, tốc độ có tải 1800 vòng/phút, mô-men định mức 0,21 N.m, mô-men khởi động 0,3 N.m và dòng định mức 5,2A. Khi gắn hộp số, motor giảm tốc 12V 40W cho tốc độ trục ra từ 600 xuống 6 vòng/phút, mô-men cho phép từ 0,63 N.m đến 63,7 N.m tùy tỉ số.
Dòng 5,2A là con số chi phối gần như mọi quyết định khi dùng động cơ 12V 40W: dây cỡ nào, cầu chì bao nhiêu, relay loại gì, ắc quy chạy được bao lâu, adapter có kéo nổi không. Motor này hay được lắp trên máy nông nghiệp, ghe thuyền, xe kéo, hệ pin mặt trời 12V – những nơi chỉ có điện ắc quy và dây thường phải đi xa. Nội dung dưới đây giải quyết từng vấn đề đó bằng số liệu thật của model 4DC40-12GN-18. Sản phẩm thuộc nhóm motor DC 12V.
Ký hiệu 4DC40-12GN-18: số 4 là cỡ khung 80 × 80 mm; DC là motor một chiều; 40 là công suất 40W; 12 là điện áp 12V; GN là kiểu đầu trục bánh răng xiên thường để ghép hộp GN; 18 là tốc độ có tải 1800 vòng/phút. Khác với các khung nhỏ 60 và 70 mm, motor khung 80 chỉ có một phiên bản tốc độ 1800 vòng/phút, tốc độ không tải khoảng 2300 vòng/phút.
Cấu tạo
Hiệu suất và nhiệt
Ở định mức, motor tiêu thụ 12 × 5,2 = 62,4W để cho ra 40W trên trục, hiệu suất khoảng 64%. Khoảng 22W còn lại tỏa thành nhiệt ở cuộn dây, cổ góp và bạc đạn. Đây là lý do motor phải đặt nơi thoáng, không nhét kín trong thùng máy. Khi tính ắc quy, tấm pin hay adapter, dùng con số 62,4W chứ không dùng 40W.
Motor làm việc ở nhiệt độ môi trường −10 đến +40 °C, độ ẩm đến 85% không đọng sương; cách điện cấp B (130 °C), độ tăng nhiệt cuộn dây dưới 80 °C; điện trở cách điện từ 20 MΩ trở lên, chịu điện áp thử 1,5 kV trong 1 phút giữa cuộn dây và vỏ.
Motor trơn 12V 40W dài 141 mm. Gắn hộp số 4GN, chiều dài tổng là 183 mm; thêm hộp trung gian 1:10 (dài 44 mm) chiều dài tổng là 217,5 mm. Mặt bích motor và mặt hộp số cùng là 80 × 80 mm, vòng lỗ Ø94.
Vì mặt bích motor trơn và mặt hộp số có cùng kích thước 80 mm, tấm gá khoan theo vòng lỗ Ø94 dùng được cho cả hai dạng. Khi thiết kế, chừa thêm khoảng trống quanh nắp chổi than để sau này mở nắp được mà không phải tháo motor khỏi máy.
| Thông số | Giá trị |
|---|---|
| Mã motor | 4DC40-12GN-18 |
| Công suất | 40 W |
| Điện áp | 12 VDC |
| Tốc độ không tải | 2300 vòng/phút |
| Dòng không tải | ≤ 2,0 A |
| Tốc độ có tải định mức | 1800 vòng/phút |
| Dòng định mức | 5,2 A |
| Mô-men định mức | 0,21 N.m |
| Mô-men khởi động | 0,3 N.m |
| Công suất điện tiêu thụ ở định mức | khoảng 62,4 W |
| Khung, trục | 80 × 80 mm, thân Ø80, trục GN Ø8 |
| Cách điện | Cấp B (130 °C), tăng nhiệt cuộn dây < 80 °C |
| Điện trở cách điện, thử điện áp | ≥ 20 MΩ (megger 500 VDC); 1,5 kV 50/60 Hz, 1 phút |
| Môi trường | −10 đến +40 °C, độ ẩm ≤ 85 %, không đọng sương |
| Dây ra | UL1015 AWG20, 300 ± 10 mm, đỏ (+), đen (−) |
Hộp số 4GN có 26 tỉ số từ 1:3 tới 1:300. Bảng dưới cho tốc độ trục ra và mô-men cho phép tối đa tương ứng với motor 1800 vòng/phút.
Bảng moment motor giảm tốc 12V 40W (tốc độ motor 1800 vòng/phút)
| Tỉ số truyền | Tốc độ trục ra, vòng/phút | Mô-men cho phép, N.m |
|---|---|---|
| 3 | 600 | 0,63 |
| 3,6 | 500 | 0,76 |
| 5 | 360 | 1,06 |
| 6 | 300 | 1,27 |
| 7,5 | 240 | 1,59 |
| 9 | 200 | 1,91 |
| 10 | 180 | 2,12 |
| 12,5 | 144 | 2,65 |
| 15 | 120 | 3,18 |
| 18 | 100 | 3,82 |
| 20 | 90 | 4,24 |
| 25 | 72 | 5,31 |
| 30 | 60 | 6,37 |
| 36 | 50 | 7,64 |
| 40 | 45 | 8,49 |
| 50 | 36 | 10,6 |
| 60 | 30 | 12,7 |
| 75 | 24 | 15,9 |
| 90 | 20 | 19,1 |
| 100 | 18 | 21,2 |
| 120 | 15 | 25,5 |
| 150 | 12 | 31,8 |
| 180 | 10 | 38,2 |
| 200 | 9 | 42,4 |
| 250 | 7,2 | 50,9 |
| 300 | 6 | 63,7 |
Ví dụ: một cơ cấu cuốn màng nhà kính cần trục quay khoảng 12 vòng/phút, mô-men khoảng 20 N.m. Tỉ số 1:150 cho đúng 12 vòng/phút, mô-men cho phép 31,8 N.m, nhân 0,8 còn khoảng 25,4 N.m, dư khoảng 27% so với yêu cầu. Nếu cơ cấu có xu hướng tự quay ngược khi dừng (màng bị gió kéo, tải nghiêng), cần thêm khóa cơ khí vì hộp số không tự hãm.
Motor 4DC40-12GN-18 chỉ ghép được với hộp số 4GN (cỡ 80, bánh răng GN). Mã hộp số ghi theo dạng 4GN60K: cỡ 80, kiểu GN, tỉ số 1:60, bạc đạn bi. Hộp số trong ảnh thực tế mang mã 4GN-60K, tức tỉ số 1:60, tốc độ trục ra 30 vòng/phút, mô-men cho phép 12,7 N.m.
Hộp trung gian 4GN10X
Hộp trung gian tỉ số 1:10 dài 44 mm, lắp giữa motor và hộp số chính để có tốc độ ra dưới 6 vòng/phút. Ví dụ 4GN50K ghép 4GN10X thành tỉ số 1:500, trục ra 3,6 vòng/phút. Hộp trung gian chỉ hạ tốc độ; khả năng chịu mô-men vẫn do hộp số chính quyết định.
Chiều quay
Số cấp bánh răng trong hộp thay đổi theo tỉ số, nên trục ra có thể quay cùng hoặc ngược chiều motor. Lắp xong, chạy thử để xác định, sau đó cố định cách đấu dây và đánh dấu dây.
Thay hộp số hoặc thay motor
Dây dẫn: phần dễ sai nhất
Ở 12V và 5,2A, mỗi 0,1 ôm điện trở dây làm mất 0,52V, tức hơn 4% điện áp. Tính sụt áp theo tổng chiều dài dây đi và về, dây đồng điện trở suất 0,0175 Ω.mm²/m:
| Chiều dài dây (một chiều) | Dây 1,5 mm² | Dây 2,5 mm² | Dây 4 mm² | Dây 6 mm² |
|---|---|---|---|---|
| 2 m | 0,24 V (2%) | 0,15 V (1,2%) | 0,09 V (0,8%) | 0,06 V (0,5%) |
| 5 m | 0,61 V (5,1%) | 0,36 V (3%) | 0,23 V (1,9%) | 0,15 V (1,3%) |
| 10 m | 1,21 V (10,1%) | 0,73 V (6,1%) | 0,46 V (3,8%) | 0,3 V (2,5%) |
Ngoài sụt áp khi chạy, dây nhỏ còn làm sụt áp rất sâu khi khởi động vì dòng khởi động gấp nhiều lần 5,2A. Nếu các thiết bị khác như đèn, bộ điều khiển dùng chung dây, chúng sẽ chớp tắt hoặc khởi động lại mỗi lần motor bắt đầu quay. Kéo dây riêng cho motor từ cọc ắc quy là cách xử lý triệt để.
Cầu chì
Định mức cầu chì nên khoảng 1,25–1,5 lần dòng chạy, tức 6,5–7,8A, làm tròn lên cầu chì lưỡi 10A, đặt trong khoảng vài chục centimet tính từ cọc dương ắc quy. Dây từ 1,5 mm² trở lên chịu được mức này. Aptomat thay cầu chì phải là loại ghi định mức DC. Cầu chì 10A mà vẫn đứt khi khởi động là dấu hiệu tải quá nặng hoặc cơ cấu bị kẹt.
Relay và công tắc
Công tắc bật tắt, công tắc đảo chiều phải chịu được dòng DC từ 10A trở lên; công tắc dân dụng 220V ghi 10A thường chỉ chịu dòng DC thấp hơn nhiều vì hồ quang một chiều khó tắt. Điều khiển tự động dùng relay ô tô 12V 30A hoặc 40A: giá rẻ, phổ biến, tiếp điểm thiết kế cho tải DC dòng lớn.
Thời gian chạy bằng ắc quy 12V
Tính với ắc quy chì xả 50%, pin LiFePO4 xả 80%; cột tải nhẹ giả định motor ăn khoảng 3A:
| Nguồn ắc quy | Dung lượng sử dụng | Thời gian chạy ở 5,2 A (tải định mức) | Thời gian chạy ở 3 A (tải nhẹ) |
|---|---|---|---|
| Ắc quy chì kín 12V 7Ah | 3,5 Ah | 40 phút | 1 giờ 10 phút |
| Ắc quy chì 12V 35Ah | 17,5 Ah | 3 giờ 22 phút | 5 giờ 50 phút |
| Ắc quy xả sâu 12V 100Ah | 50 Ah | 9 giờ 37 phút | 16 giờ 40 phút |
| Pin LiFePO4 12V 50Ah | 40 Ah | 7 giờ 42 phút | 13 giờ 20 phút |
Lấy điện từ xe máy cày, xe tải 12V, ghe thuyền
Khi máy đang nổ, điện áp hệ 12V lên khoảng 13,8–14,4V, motor quay nhanh hơn khoảng 15–20%, dòng không tải cũng tăng nhẹ; mức này motor chịu được. Trên ghe thuyền, dây âm motor kéo riêng về cọc âm ắc quy, không lấy thân vỏ làm đường về; đầu cos nên dùng loại mạ thiếc để chống ăn mòn hơi muối.
Adapter và nguồn tổ ong 12V
Nguồn nên có dòng liên tục từ khoảng 1,5 lần dòng định mức, tức 7,8A trở lên; chọn nguồn 12V 10A (120W) là mức hợp lý, cần khởi động có tải nặng thì dùng 12V 15A. Adapter laptop hay adapter đèn LED 12V 5A thường không kéo nổi motor này: nguồn sẽ tự ngắt khi motor khởi động.
Hệ pin mặt trời 12V
Không nối motor thẳng vào tấm pin. Điện áp hở mạch tấm pin 12V thường trên 20V, khi nắng yếu lại không đủ dòng khởi động. Hệ chuẩn là tấm pin – bộ sạc – ắc quy – motor. Ví dụ motor chạy 3 giờ mỗi ngày ở định mức cần khoảng 62,4 × 3 ≈ 187Wh. Giả sử 4 giờ nắng tương đương và hao hụt hệ thống khoảng 25%, tấm pin cần khoảng 187 / 3 ≈ 62W; chọn tấm từ 100W, ắc quy có dung lượng sử dụng được từ khoảng 16Ah, tức ắc quy chì 12V từ 35–40Ah trở lên.
Đấu dây đỏ vào cực dương, dây đen vào cực âm thì motor quay thuận; đảo hai dây thì quay nghịch. Dây AWG20 của motor ngắn và nhỏ, nên nối sang dây lớn hơn bằng cos bấm hoặc cầu đấu ngay gần motor, rút ngắn đoạn dây nhỏ.
Mạch đảo chiều bằng hai relay ô tô
Điều tốc
Bộ điều tốc DC kiểu PWM 12V chỉnh tốc độ motor bằng chiết áp, giữ được mô-men ở tốc độ thấp tốt hơn nhiều so với điện trở hạ áp. Với dòng định mức 5,2A, chọn bộ điều tốc định mức từ 10A, tốt hơn là 15–20A để có dư cho dòng khởi động; loại có khởi động mềm giúp giảm đỉnh dòng và giảm sốc cho hộp số. Các loại bộ điều tốc DC phù hợp có trong danh mục bộ điều chỉnh tốc độ motor. Chạy lâu ở tốc độ thấp với tải nặng làm motor nóng hơn, nên chọn tỉ số hộp số sát tốc độ cần, chỉ dùng điều tốc để tinh chỉnh.
Chống nhiễu
Motor chổi than 5A đánh tia lửa ở cổ góp mạnh hơn motor nhỏ. Gắn tụ gốm khoảng 0,1 µF giữa hai cực motor, xoắn đôi dây nguồn motor, và không đi chung bó dây với dây cảm biến hay dây ăng-ten trên xe, trên ghe.
Lắp đặt
Mỡ bôi trơn
Hộp 4GN bôi trơn mỡ kín, lắp được mọi hướng, không cần châm dầu. Khi rửa máy bằng vòi áp lực, tránh xịt thẳng vào khe trục ra và khe nắp chổi than.
Chạy rà, kiểm tra
Vận hành an toàn, chu kỳ làm việc, nhiệt
Motor giảm tốc 12V 40W không dùng cho xe chở người, xe đạp điện hay tời nâng người: hộp số công nghiệp không thiết kế cho sốc mặt đường và không tự hãm. Model này thuộc dòng motor DC giảm tốc chổi than nam châm vĩnh cửu, một nhánh trong nhóm động cơ điện.
Motor 12V 40W chạy tốn bao nhiêu điện? Ở định mức, motor ăn 5,2A, tương đương khoảng 62,4W. Chạy 3 giờ ở định mức tiêu thụ khoảng 187Wh, tức khoảng 15,6Ah từ ắc quy 12V.
Ắc quy 12V 35Ah chạy motor giảm tốc 12V 40W được bao lâu? Nếu chỉ xả 50% để giữ tuổi thọ ắc quy, khoảng 3 giờ 22 phút ở tải định mức và gần 6 giờ khi tải nhẹ ăn khoảng 3A.
Motor 12V 40W có tốc độ bao nhiêu? Motor quay khoảng 1800 vòng/phút khi có tải, 2300 vòng/phút khi không tải. Tốc độ trục ra hộp số từ 6 đến 600 vòng/phút tùy tỉ số.
Vì sao dòng không tải của motor 12V 40W tới gần 2A? Đó là mức catalog cho phép (không quá 2A), gồm tổn hao ma sát chổi than, bạc đạn và tổn hao từ ở điện áp thấp. Đo thấy dòng không tải trong mức này là bình thường; vượt nhiều thì kiểm tra hộp số và lắp ghép.
Motor 12V 40W có chạy bằng nguồn 24V được không? Không nên cấp thẳng 24V: motor quay gần gấp đôi tốc độ, dòng và tia lửa tăng, chổi than và hộp số mau hỏng. Nếu hệ thống là 24V, dùng bộ hạ áp DC xuống 12V có dòng ra từ 10A.
Motor giảm tốc 12V 40W có tự giữ tải khi tắt điện không? Không. Hộp 4GN là hộp bánh răng trục song song, tải có lực ngược sẽ quay trục ra khi mất điện. Cơ cấu nâng, cửa, màng chịu gió cần khóa hoặc phanh riêng.
Hai motor 12V 40W dùng chung một ắc quy được không? Được, đấu song song để mỗi motor nhận đủ 12V. Dây trục chính, cầu chì và ắc quy phải tính theo tổng dòng khoảng 10,4A ở định mức; nếu hai motor cùng kéo một trục cứng, tải có thể chia không đều do đặc tính hai motor không giống hệt nhau.
Cắm motor 12V 40W vào ổ tẩu sạc trên ô tô được không? Không nên. Ổ tẩu thường chỉ có cầu chì khoảng 10–15A và dây nhỏ, trong khi motor ăn 5,2A khi chạy và dòng khởi động cao hơn nhiều; dây nóng, cầu chì dễ đứt. Kéo dây riêng từ ắc quy có cầu chì riêng.
Động cơ 12V 40W dùng làm máy cho cá ăn ngoài trời có bền không? Bền nếu có mái che, đầu dây hướng xuống, mối nối bịt kín và không bị nước bắn trực tiếp. Hơi nước và hơi muối làm cổ góp, chổi than oxy hóa, nên vệ sinh và kiểm tra sau mỗi vụ nuôi.
Vì sao motor chạy bằng ắc quy thì yếu hơn khi chạy bằng adapter? Thường do sụt áp trên dây dài hoặc dây nhỏ, mối nối lỏng, hoặc ắc quy đã yếu. Đo điện áp ngay tại cọc motor khi đang chạy có tải để biết nguyên nhân: điện áp càng thấp, motor càng chậm và yếu.
