Motor 24V 400W là động cơ một chiều nam châm vĩnh cửu có chổi than, công suất trục 400W, điện áp làm việc 24 VDC, tốc độ khi mang tải định mức 1800 vòng/phút. Gắn thêm hộp số, nó trở thành motor giảm tốc 24V 400W với trục ra chậm, mô-men lớn, thích hợp cho xe kéo hàng chạy ắc quy, xe tự hành AGV, băng tải tải nặng hơn mức thông thường, máy khuấy và các cơ cấu cần lực kéo đều mà vẫn dùng điện áp thấp an toàn.
Điểm khiến động cơ 24V 400W được chọn nhiều trên thiết bị di động là điện áp 24V cho phép dùng hai bình ắc quy 12V nối tiếp hoặc một khối pin lithium 24V, dòng điện chỉ bằng một nửa so với hệ 12V cùng công suất. Dù vậy, ở 400W dòng điện vẫn vượt 20A, nên cỡ dây, cầu chì, bộ điều tốc và dung lượng ắc quy phải tính cẩn thận. Phần tiếp theo trình bày kích thước lắp đặt, cách tính mô-men theo tỉ số, các kiểu hộp số, phương án nguồn và cách vận hành motor bền nhất.
Trong danh mục motor 24V, bản 400W là một trong những công suất lớn nhất còn dùng thân motor tròn Ø90 mm. Motor có đầu trục cắt bánh răng xiên loại GU để ghép thẳng vào hộp số, mặt bích vuông và hai dây nguồn đỏ, đen. Không có mạch điện tử bên trong: cấp điện là quay, đổi cực là đảo chiều.
Các đặc điểm kỹ thuật đáng chú ý:
Catalog của dòng motor này cung cấp bản vẽ kích thước cho công suất 400W ở hai khung 90 và 104, nhưng không có bảng điện và bảng mô-men riêng cho 400W. Vì vậy, kích thước dưới đây lấy đúng theo bản vẽ, còn mô-men được tính theo công thức mà catalog dùng cho các dòng 5DC, 6DC, dòng điện là giá trị ước tính.
Khung 90 mm
Khung 104 mm
Khi thiết kế khung xe hoặc khung băng tải, nên chừa thêm khoảng trống phía sau motor để tháo nắp chổi than và để không khí lưu thông. Các bản hộp vuông góc, hộp trục vít hay mặt bích có kích thước trục ra theo hộp số tương ứng; đo trục thực tế trước khi tiện khớp nối hoặc khoan nhông.
| Thông số | Giá trị |
|---|---|
| Kiểu motor | DC chổi than, nam châm vĩnh cửu |
| Điện áp định mức | 24 VDC |
| Công suất trục | 400 W |
| Tốc độ motor khi mang tải định mức | 1800 vòng/phút |
| Mô-men định mức (tính theo công thức) | Khoảng 2,12 N.m |
| Dòng điện đủ tải (ước tính) | Khoảng 21–22 A |
| Khung motor | 90 mm (5DC) hoặc 104 mm (6DC) |
| Đầu trục motor | Bánh răng xiên GU, ghép hộp số GU cùng cỡ |
| Cấp cách điện | B (130 °C) |
| Độ tăng nhiệt cuộn dây | Dưới 80 °C (đo bằng phương pháp điện trở) |
| Điện trở cách điện | Từ 20 MΩ trở lên (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 đến 85%, không đọng sương |
| Dây ra | Đỏ (+), đen (−); đổi cực để đảo chiều |
Hai công thức cần nhớ: tốc độ trục ra = 1800 / tỉ số; mô-men trục ra tính toán = 2,12 × tỉ số. Chẳng hạn hộp 1:25 cho 72 vòng/phút và 53,1 N.m; hộp 1:50 cho 36 vòng/phút và 106,1 N.m. Bảng dưới liệt kê đủ 26 tỉ số thông dụng của hộp số trục song song.
Bảng moment motor giảm tốc 24V 400W (tốc độ motor 1800 vòng/phút)
| Tỉ số truyền | Tốc độ trục ra (vòng/phút) | Mô-men trục ra tính toán (N.m) |
|---|---|---|
| 1:3 | 600 | 6,4 |
| 1:3,6 | 500 | 7,6 |
| 1:5 | 360 | 10,6 |
| 1:6 | 300 | 12,7 |
| 1:7,5 | 240 | 15,9 |
| 1:9 | 200 | 19,1 |
| 1:10 | 180 | 21,2 |
| 1:12,5 | 144 | 26,5 |
| 1:15 | 120 | 31,8 |
| 1:18 | 100 | 38,2 |
| 1:20 | 90 | 42,4 |
| 1:25 | 72 | 53,1 |
| 1:30 | 60 | 63,7 |
| 1:36 | 50 | 76,4 |
| 1:40 | 45 | 84,9 |
| 1:50 | 36 | 106,1 |
| 1:60 | 30 | 127,3 |
| 1:75 | 24 | 159,2 |
| 1:90 | 20 | 191 |
| 1:100 | 18 | 212,2 |
| 1:120 | 15 | 254,7 |
| 1:150 | 12 | 318,3 |
| 1:180 | 10 | 382 |
| 1:200 | 9 | 424,4 |
| 1:250 | 7,2 | 530,6 |
| 1:300 | 6 | 636,7 |
Hiệu suất hộp bánh răng giảm dần khi số cấp tăng, nên ở các tỉ số lớn phần mô-men bị hao càng nhiều. Khi tính tải, lấy mô-men tính toán nhân 0,8 rồi chia thêm hệ số an toàn khoảng 1,3–1,5 cho tải có va đập hoặc khởi động thường xuyên.
Cùng một thân motor 400W có thể ghép nhiều kiểu hộp số. Việc chọn hộp quyết định hướng trục ra, cách gá lên máy và khả năng giữ tải.
Hộp trục song song GU
Hộp số bánh răng trụ nhiều cấp, vỏ vuông cùng cỡ với mặt bích motor, trục ra song song trục motor. Hộp bạc đạn bi, mỡ bôi trơn kín, hiệu suất truyền cao nhất trong các phương án. Motor GU chỉ ăn khớp với hộp GU cùng cỡ; hộp GN cùng kích thước mặt bích vẫn không lắp được. Hộp này không tự hãm, tải dốc có thể đẩy ngược trục khi motor ngừng. Chiều quay trục ra cùng hay ngược chiều motor tùy số cấp bánh răng của tỉ số đã chọn, nên kiểm tra khi chạy thử rồi đổi cực nếu cần. Muốn tốc độ rất thấp có thể chèn hộp trung gian 1:10 giữa motor và hộp chính.
Hộp vuông góc trục dương và trục âm
Trục ra vuông góc giúp motor nằm ngang dọc thân xe, không lồi ra hai bên. Với xe hai bánh chủ động, kiểu cốt âm cho phép lắp trực tiếp lên trục bánh, bớt được ổ đỡ và khớp nối.
Hộp trục vít bánh vít NMRV30, NMRV40
Hộp trục vít cho tỉ số lớn chỉ trong một cấp, chạy êm và ở tỉ số cao thường không bị tải đẩy ngược khi đứng yên. Bù lại hiệu suất thấp, nhiều năng lượng thành nhiệt, nên mô-men ra cần tính theo hiệu suất của hộp trục vít chứ không dùng bảng mô-men của hộp trục song song. Trên thiết bị chạy ắc quy, hiệu suất thấp đồng nghĩa với thời gian chạy ngắn hơn, đây là điểm cần cân nhắc. Khả năng tự hãm cũng không phải tuyệt đối khi có rung hoặc khi bánh vít đã mòn.
Motor mặt bích
Dòng điện cần cấp
Công suất 400W ghi trên motor là công suất cơ ở trục. Muốn có 400W cơ, motor phải lấy từ nguồn khoảng 500–530W điện, tức 21–22A ở 24V. Khi xe leo dốc, băng tải chất đầy hoặc khởi động, dòng tăng cao hơn nhiều. Tính toán phía dưới lấy 22A làm dòng chạy và nhớ rằng đỉnh dòng khởi động có thể gấp 6–10 lần.
Ắc quy cho xe kéo, AGV
Hệ 24V thông dụng nhất trên xe là hai bình 12V mắc nối tiếp. Hai bình phải giống nhau về chủng loại, dung lượng và thời gian sử dụng; một bình yếu sẽ bị xả sâu hơn và hỏng trước, kéo theo bình còn lại. Sạc bằng bộ sạc 24V đúng loại ắc quy. Pin lithium sắt phosphate 24V nhẹ hơn, chịu xả sâu tốt và giữ điện áp ổn định đến gần cuối, nhưng bắt buộc có mạch quản lý pin (BMS) chịu được dòng khởi động của motor; BMS dòng nhỏ sẽ ngắt mỗi khi xe bắt đầu chạy.
Thời gian chạy phụ thuộc nhiều vào chế độ làm việc. Xe AGV hoặc xe kéo hàng ít khi chạy đủ tải liên tục: có lúc chạy, lúc dừng chờ bốc xếp. Bảng dưới so hai trường hợp: chạy đủ tải liên tục (22A) và chạy ngắt quãng với dòng trung bình khoảng 9A.
| Bộ nguồn 24V | Dung lượng dùng được | Chạy đủ tải liên tục (22 A) | Chạy ngắt quãng (trung bình 9 A) |
|---|---|---|---|
| 2 bình chì 12V 100Ah nối tiếp | 50 Ah | Khoảng 2,3 giờ | Khoảng 5,6 giờ |
| 2 bình chì 12V 150Ah nối tiếp | 75 Ah | Khoảng 3,4 giờ | Khoảng 8,3 giờ |
| Pin lithium sắt phosphate 24V 50Ah | 40 Ah | Khoảng 1,8 giờ | Khoảng 4,4 giờ |
| Pin lithium sắt phosphate 24V 100Ah | 80 Ah | Khoảng 3,6 giờ | Khoảng 8,9 giờ |
Dùng nguồn tổ ong khi chạy cố định
Ở trạm cố định như băng tải, máy khuấy, có thể dùng nguồn xung 24V từ lưới 220V. Nguồn cần dòng liên tục khoảng 1,5 lần dòng motor, tức 33A trở lên, thực tế chọn nguồn 24V 40A (khoảng 1000W). Nguồn có chế độ bảo vệ ngắt hẳn hoặc nhấp nháy khi quá dòng dễ "đá" motor ngay lúc khởi động; loại nguồn chịu quá tải ngắn hoặc kết hợp bộ điều tốc khởi động mềm sẽ chạy ổn định hơn.
Sụt áp trên dây dẫn
Dây dài và nhỏ làm điện áp đến motor thấp hơn điện áp ắc quy, motor chậm và yếu hơn. Bảng dưới tính sụt áp cho dòng 22A với dây đồng, tính cả dây đi và dây về:
| Tiết diện dây đồng | Khoảng cách nguồn đến motor (một chiều) | Sụt áp ở 22 A | So với 24 V |
|---|---|---|---|
| 4 mm² | 3 m | 0,58 V | 2,4% |
| 4 mm² | 6 m | 1,16 V | 4,8% |
| 6 mm² | 3 m | 0,39 V | 1,6% |
| 6 mm² | 6 m | 0,77 V | 3,2% |
| 10 mm² | 6 m | 0,46 V | 1,9% |
| 10 mm² | 10 m | 0,77 V | 3,2% |
Cầu chì, CB và công tắc tổng
Đặt cầu chì DC loại chậm 30A cho dây 4 mm², hoặc 35A nếu dây từ 6 mm² trở lên, ngay sát cọc dương ắc quy. Trên xe, nên thêm một công tắc ngắt nguồn tổng (cầu dao ắc quy) để cắt toàn bộ khi sửa chữa hoặc khi có sự cố. Dây âm đi riêng về cọc âm, không lấy khung xe làm đường về, tránh dòng lớn chạy qua bạc đạn, khớp nối và các mối hàn.
Quy ước màu dây: đỏ (+), đen (−) cho chiều quay chuẩn. Muốn quay chiều ngược lại chỉ cần hoán đổi hai cực. Motor chổi than không có linh kiện điện tử nên đấu ngược không làm hỏng motor; tuy nhiên bộ điều tốc, phanh từ, cảm biến đi kèm có thể hỏng nếu đấu sai cực ở ngõ vào nguồn.
Mạch đảo chiều cho xe và băng tải hai chiều
Với dòng hơn 20A, đảo chiều bằng công tắc tay chỉ hợp cho thử nghiệm. Thiết bị làm việc hằng ngày nên dùng hai contactor hoặc hai relay công suất định mức DC từ 50A, có khóa chéo (liên động điện) để không bao giờ đóng đồng thời. Chọn tiếp điểm theo dòng khởi động chứ không theo dòng chạy, vì tia hồ quang lúc đóng cắt dòng một chiều lớn mới là thứ làm cháy tiếp điểm. Luôn để motor dừng hẳn, khoảng nửa giây đến một giây, rồi mới đảo; đảo khi đang quay tạo dòng gần gấp đôi dòng kẹt và giật mạnh hộp số.
Điều tốc PWM và khởi động mềm
Để xe chạy nhanh chậm theo ý hoặc băng tải đổi tốc độ theo nhịp sản xuất, dùng bộ điều tốc motor DC 24V kiểu PWM. Với motor 400W, bộ điều tốc nên có dòng định mức khoảng 50A trở lên, có giới hạn dòng, tăng tốc và giảm tốc mềm (ramp), ngõ đảo chiều và ngõ dừng. Ramp tăng tốc giúp xe không bị chồm, hàng không bị đổ, nguồn không bị sụt áp đột ngột. Giới hạn dòng là lớp bảo vệ quan trọng khi bánh xe bị kẹt hoặc băng tải vướng vật.
Một số bộ điều tốc có chức năng bù tải (tăng điện áp khi dòng tăng) giúp tốc độ ít thay đổi khi tải lên xuống mà không cần cảm biến. Nếu cần giữ tốc độ chính xác hoặc đếm quãng đường như AGV, phải dùng encoder và bộ điều khiển vòng kín.
Hãm dừng
Ngắt điện rồi nối tắt hai cực motor (qua contactor hoặc điện trở hãm) là cách phanh động năng đơn giản: motor đang quay thành máy phát, tự hãm chậm lại. Lực hãm giảm dần theo tốc độ và bằng không khi xe đứng yên, nên xe chạy trên dốc vẫn cần phanh cơ hoặc phanh điện từ để giữ.
Gá lắp
Bôi trơn
Hộp trục song song dùng mỡ kín, không cần bổ sung trong điều kiện thường và lắp được nhiều hướng. Không bơm dầu lỏng vào hộp. Khi trục ra hướng xuống đất, lưu ý phớt trục và tránh nước bắn trực tiếp vào phớt. Hộp NMRV bôi trơn theo hướng dẫn riêng của hộp.
Chạy thử
Cho motor chạy không tải vài phút, nghe tiếng bánh răng và kiểm tra chiều quay. Sau đó chạy với tải nhẹ, tăng dần lên tải thực tế trong vài giờ đầu để chổi than và bánh răng mài khớp. Dùng ampe kìm DC đo dòng khi chạy tải thật: dòng thường xuyên trên khoảng 22A là dấu hiệu tải vượt khả năng của motor hoặc cơ khí bị bó.
Nhiệt độ và chế độ làm việc
Cuộn dây cấp B, độ tăng nhiệt cho phép dưới 80 °C, nhiệt độ môi trường tối đa 40 °C. Motor đặt trong hộp kín dưới gầm xe, sát ắc quy hoặc dưới nắng gắt sẽ nóng hơn nhiều so với đặt nơi thoáng. Tuổi thọ mỡ và cách điện giảm khoảng một nửa với mỗi 10 °C nhiệt độ làm việc tăng thêm. Chạy chậm lâu bằng điều tốc cũng làm motor nóng vì quạt trên trục quay chậm. Xe chạy đi chạy lại, dừng đỗ liên tục thì mỗi lần khởi động là một lần dòng và mô-men tăng vọt; dùng ramp tăng giảm tốc để giảm tác động này.
An toàn
Motor 24V 400W phù hợp với những thiết bị cần lực kéo khá lớn mà phải chạy điện áp thấp:
Ví dụ tính cho xe kéo hàng
Xe có tổng khối lượng cả hàng 300 kg, bánh chủ động Ø200 mm, chạy nền xi măng có đoạn dốc 3%. Lực cản lăn với hệ số khoảng 0,02 là 300 × 9,81 × 0,02 ≈ 59 N; lực do dốc 3% là 300 × 9,81 × 0,03 ≈ 88 N; tổng khoảng 147 N. Mô-men cần ở trục bánh là 147 × 0,1 ≈ 14,7 N.m. Muốn xe đi khoảng 3 km/h (50 m/phút), trục bánh phải quay 50 / (3,14 × 0,2) ≈ 80 vòng/phút. Tỉ số 1:25 cho 72 vòng/phút, tương đương 45 m/phút (khoảng 2,7 km/h), mô-men tính toán 53,1 N.m, nhân hiệu suất 0,8 còn khoảng 42,5 N.m. Phần dư gần ba lần so với 14,7 N.m dành cho lúc tăng tốc, bánh xe vượt gờ, nền gồ ghề và khi xe chở nặng hơn dự kiến.
Nếu xe phải đỗ trên dốc, hộp trục song song không tự giữ được; cần phanh điện từ, phanh cơ hoặc chuyển sang hộp trục vít. Xe kéo hàng loại này không dùng để chở người.
Motor DC điện áp thấp thuộc nhóm motor DC, phù hợp khi thiết bị phải tự mang nguồn hoặc cần điện áp an toàn. Thiết bị cố định chạy liên tục bằng điện lưới có thể xem thêm các dòng động cơ điện xoay chiều.
Cấp motor 24V 400W bằng điện xe tải 24V lúc máy nổ (khoảng 28V) có sao không? Hệ điện 24V khi máy phát đang sạc thường ở khoảng 27,6–28,8V. Motor sẽ quay nhanh hơn một chút, chấp nhận được với thời gian chạy bình thường. Cần cầu chì riêng sát cọc bình và không chia chung dây với thiết bị điện tử nhạy cảm.
Vì sao xe chạy motor 24V 400W yếu dần về cuối ca? Điện áp ắc quy giảm dần khi xả, tốc độ motor DC tỉ lệ theo điện áp nên xe chậm lại; đồng thời motor phải kéo dòng lớn hơn để giữ mô-men nên nóng hơn. Pin lithium sắt phosphate giữ điện áp ổn định hơn ắc quy chì trong phần lớn thời gian xả.
Hai motor 24V 400W dùng chung một nguồn cho xe hai bánh chủ động được không? Được, hai motor mắc song song vào cùng nguồn 24V, nhưng nguồn, cầu chì tổng và dây chính phải tính theo tổng dòng hai motor. Hai motor nối cứng cùng một trục có thể chia tải không đều; xe hai bánh độc lập nên điều khiển mỗi motor bằng một bộ điều tốc riêng.
Motor 24V 400W chạy trực tiếp từ tấm pin mặt trời được không? Không nên với tải cơ khí như xe hay băng tải. Khi nắng yếu, pin không đủ dòng khởi động, motor đứng kẹt và nóng; khi nắng gắt mà tải nhẹ, điện áp pin có thể vượt 24V. Cần ắc quy kèm bộ sạc năng lượng mặt trời làm trung gian.
Có dùng motor 24V 400W làm máy phát điện được không? Motor DC nam châm vĩnh cửu quay bằng ngoại lực sẽ phát ra điện một chiều, điện áp tỉ lệ với tốc độ trục motor. Muốn được khoảng 24V phải quay trục motor gần tốc độ định mức; quay ngược qua hộp số giảm tốc làm hộp chịu tải nặng, nhiều hộp không chịu được.
Thay motor xoay chiều giảm tốc bằng motor 24V 400W và giữ nguyên hộp số cũ được không? Chỉ được khi hộp số cũ cùng cỡ khung và cùng kiểu đầu trục GU. Tốc độ motor DC 1800 vòng/phút khác tốc độ motor xoay chiều, nên tốc độ trục ra sẽ thay đổi; cần tính lại tỉ số trước khi thay.
Motor giảm tốc 24V 400W có chịu được môi trường bụi không? Bụi cám, bột, mạt kim loại lọt vào làm bẩn cổ góp, chổi than mòn nhanh và có thể gây chạm chập. Môi trường nhiều bụi cần che chắn kín cho motor hoặc đặt motor ở khoang riêng có lọc gió.
Motor bị kẹt trục bao lâu thì cháy? Khi kẹt, dòng điện gần bằng dòng khởi động và kéo dài, nhiệt cuộn dây tăng theo bình phương dòng nên motor công suất 400W có thể quá nhiệt chỉ sau vài giây đến vài chục giây. Phải có cầu chì, CB hoặc bộ điều tốc giới hạn dòng.
Khi mua motor 24V 400W cần cho biết những thông tin gì? Nguồn điện sẽ dùng (ắc quy, nguồn tổ ong), mô-men và tốc độ trục ra cần có, thời gian chạy liên tục mỗi lần, có cần đảo chiều, giữ tải hay chỉnh tốc, kiểu lắp (trục thẳng, vuông góc, trục âm, mặt bích), đường kính trục mong muốn và môi trường làm việc.
Tốc độ 1800 vòng/phút của motor 24V 400W có cố định không? Không. Đó là tốc độ ở tải định mức và điện áp 24V. Điện áp cao hơn hoặc tải nhẹ hơn thì quay nhanh hơn, điện áp thấp hoặc tải nặng thì chậm lại; muốn tốc độ ổn định phải dùng bộ điều tốc có bù tải hoặc điều khiển vòng kín.
