Động cơ bánh răng AC so với Động cơ AC tiêu chuẩn: 5 Điểm khác biệt chính

Động cơ bánh răng AC so với Động cơ AC tiêu chuẩn: 5 Điểm khác biệt chính

Động cơ AC rất phổ biến trong nhiều hệ thống điện. Không chỉ đơn thuần là biết linh kiện nào phù hợp nhất với bạn, việc hiểu rõ sự khác biệt giữa động cơ bánh răng AC và động cơ AC tiêu chuẩn còn cực kỳ quan trọng. Đúng là cả hai thiết bị đều chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học, nhưng thiết kế và chức năng cũng như ứng dụng của chúng khác biệt đáng kể với nhau. Trong bài viết này, chúng ta sẽ thảo luận về những điểm khác biệt quan trọng nhất giữa hai hệ thống này bất kể chúng được sử dụng trong HVAC, máy móc công nghiệp hay các thiết bị điện gia dụng.

Định Nghĩa Cơ Bản Và Thiết Kế Cốt Lõi

Các động cơ xoay chiều (AC) tiêu chuẩn được trang bị hai bộ phận chính bao gồm rotor và stator. Rotor là bộ phận có thể quay được trong khi dòng điện xoay chiều đi qua các cuộn dây stator của động cơ. Thiết kế của động cơ đơn giản và tập trung vào việc tạo ra chuyển động quay từ dòng điện đầu vào. Động cơ không bao gồm các bộ phận giảm tốc và tăng mô-men xoắn bổ sung. Động cơ hoạt động độc lập. Động cơ bánh răng AC là sự kết hợp giữa động cơ AC và hộp số được gắn cố định trên trục đầu ra. Hộp số bao gồm một bộ các bánh răng thẳng, bánh vít và bánh răng hành tinh giúp điều chỉnh tốc độ và mô-men xoắn đầu ra của động cơ. Điều này mang lại một giải pháp hoàn chỉnh cho các ứng dụng yêu cầu tốc độ và mô-men xoắn thay đổi.

Đặc tính tốc độ và mô-men xoắn

Điều đáng chú ý là động cơ AC được thiết kế với tốc độ cố định, ví dụ như loại một tốc độ hoặc nhiều tốc độ & bộ biến tần trong khi động cơ giảm tốc AC lại đánh đổi tốc độ lấy mô-men xoắn thông qua hộp số của nó. Lấy ví dụ động cơ AC được lắp trong quạt điện gia đình, nó hoạt động với tốc độ tương đối cao là 1800 vòng/phút, còn động cơ AC 1800 vòng/phút được ghép nối với hộp số 10:1 sẽ vận hành ở mức 180 vòng/phút với đầu ra gấp 10 lần mô-men xoắn ban đầu. Do đó, các động cơ giảm tốc được thiết kế cho ứng dụng tốc độ thấp nhưng mô-men xoắn cao mà động cơ AC đơn thuần không thể đạt được, nhưng có thể tiếp cận được với mức giảm tốc tương đối là 180 vòng/phút. Các động cơ giảm tốc này hiệu quả hơn nhiều khi được ghép nối với động cơ AC để thực hiện các chuyển động quay chậm và ở tốc độ thấp. Điều này cho thấy các động cơ tiêu chuẩn không thể đạt được tốc độ chậm với mô-men xoắn cao, do đó người ta sử dụng các động cơ giảm tốc tiêu chuẩn.

Các kịch bản ứng dụng

Một điểm khác biệt chính giữa động cơ bánh răng xoay chiều (AC gear motors) và động cơ AC là ở chỗ động cơ bánh răng xoay chiều cho phép thiết lập tốc độ không đổi hoặc thay đổi, ví dụ như tốc độ đơn hoặc đa. Động cơ bánh răng AC đánh đổi tốc độ lấy mô-men xoắn thông qua hộp số, trong khi một động cơ AC... Hãy lấy ví dụ một động cơ AC 1800 RPM được ghép nối với hộp số 10:1. Động cơ này sẽ có mô-men xoắn gấp 10 lần mô-men xoắn ban đầu và đầu ra cũng gấp 10 lần mô-men xoắn ban đầu. Một chiếc quạt gia đình là ví dụ điển hình của động cơ AC. Nó hoạt động ở tốc độ 1800 RPM, nhưng các động cơ AC được thiết kế hướng đến các ứng dụng đòi hỏi hiệu suất cao sẽ hoạt động ở tốc độ thấp và mô-men xoắn cao, ví dụ như 180 RPM. Chúng hoạt động hiệu quả hơn khi kết hợp với động cơ AC để quay ở tốc độ thấp, điều mà động cơ bánh răng đáp ứng tốt nhờ khả năng tạo ra mô-men xoắn lớn. Các động cơ bánh răng tiêu chuẩn, mặc dù hiệu quả hơn, nhưng không thể đạt được mức mô-men xoắn cao.

Kích thước, Trọng lượng và Lắp đặt

Một điểm khác biệt chính giữa động cơ bánh răng xoay chiều (AC gear motors) và động cơ AC là ở chỗ động cơ bánh răng xoay chiều cho phép thiết lập tốc độ không đổi hoặc thay đổi, ví dụ như tốc độ đơn hoặc đa. Động cơ bánh răng AC đánh đổi tốc độ lấy mô-men xoắn thông qua hộp số, trong khi một động cơ AC... Hãy lấy ví dụ một động cơ AC 1800 RPM được ghép nối với hộp số 10:1. Động cơ này sẽ có mô-men xoắn gấp 10 lần mô-men xoắn ban đầu và đầu ra cũng gấp 10 lần mô-men xoắn ban đầu. Một chiếc quạt gia đình là ví dụ điển hình của động cơ AC. Nó hoạt động ở tốc độ 1800 RPM, nhưng các động cơ AC được thiết kế hướng đến các ứng dụng đòi hỏi hiệu suất cao sẽ hoạt động ở tốc độ thấp và mô-men xoắn cao, ví dụ như 180 RPM. Chúng hoạt động hiệu quả hơn khi kết hợp với động cơ AC để quay ở tốc độ thấp, điều mà động cơ bánh răng đáp ứng tốt nhờ khả năng tạo ra mô-men xoắn lớn. Các động cơ bánh răng tiêu chuẩn, mặc dù hiệu quả hơn, nhưng không thể đạt được mức mô-men xoắn cao.

Hiệu suất và Mức tiêu thụ điện năng

Sự khác biệt giữa động cơ bánh răng xoay chiều (AC Gear Motors) và động cơ xoay chiều (AC Motors) nằm ở hiệu suất của chúng, chủ yếu là do hộp số của động cơ bánh răng xoay chiều. Hiệu suất cơ học của một động cơ xoay chiều cao hơn (70-90%) vì tổn thất chủ yếu đến từ điện trở trong các cuộn dây và lực ma sát ở các ổ trục. Động cơ bánh răng xoay chiều dự kiến có hiệu suất thấp hơn (60-85%) vì có thêm tổn thất năng lượng từ ma sát trong các bánh răng, cũng như lực cản do bôi trơn và độ rơ cơ học. Tuy nhiên, động cơ bánh răng vẫn tiết kiệm năng lượng cho công việc mà chúng được thiết kế. Trong nhiều trường hợp, động cơ bánh răng tiêu thụ ít năng lượng hơn so với động cơ tiêu chuẩn cùng kích thước nhưng phải tạo ra cùng một mô-men xoắn. Ví dụ, so với một động cơ tiêu chuẩn lớn cung cấp cùng mô-men xoắn mà không có bánh răng thì động cơ bánh răng xoay chiều có thể cung cấp cùng mô-men xoắn đó với đầu vào công suất thấp hơn.

Yêu cầu bảo trì

Các kiểu thiết kế khác nhau dẫn đến nhu cầu bảo trì khác nhau. Một động cơ xoay chiều (AC) tiêu chuẩn yêu cầu rất ít bảo trì. Các công việc bảo trì giới hạn ở việc bôi trơn các ổ bi sử dụng dầu, làm sạch bụi trên các cuộn dây và kiểm tra các mối nối điện. Số lần bảo trì ít hơn và chu kỳ bảo trì dài hơn. Động cơ bánh răng xoay chiều (AC) đòi hỏi các khoảng thời gian bảo trì liên tục hơn do có hộp số. Các công việc này bao gồm thay dầu hộp số định kỳ và kiểm tra sự mài mòn của răng bánh răng cũng như điều chỉnh độ rơ (backlash). Các bộ phận chuyển động trong hộp số làm tăng khả năng xảy ra sự cố. Ví dụ, một bánh răng bị mài mòn có thể làm tăng tiếng ồn và độ rung của động cơ, điều này có thể gây ra sự gia tăng mô-men xoắn và yêu cầu phải thay thế tai nghe.

Các yếu tố chi phí

Sự khác biệt về chi phí trở nên rõ ràng ở giá mua ban đầu và chi phí sở hữu dài hạn. Động cơ xoay chiều (AC) tiêu chuẩn có giá từ vài đô la đến hàng trăm đô la tùy thuộc vào kích thước và công suất, trong khi các loại đơn giản hơn dễ mua hơn nhờ thiết kế và linh kiện đơn giản. Động cơ AC tiêu chuẩn rẻ hơn do thiết kế cơ bản của chúng. Giá của động cơ bánh răng AC vẫn còn cao gấp hai đến ba lần so với động cơ tiêu chuẩn tương ứng do có hộp số tích hợp và độ phức tạp cao hơn. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng tổng chi phí sở hữu cũng cần được phân tích. Trong các ứng dụng yêu cầu mô-men xoắn cao, động cơ tiêu chuẩn cần một hộp số, điều này làm tăng chi phí mua sắm, lắp đặt và các vấn đề tương thích. Động cơ bánh răng giúp giải quyết các chi phí bổ sung này và làm cho chi phí trở nên rẻ hơn trong các ứng dụng đòi hỏi mô-men xoắn lớn về lâu dài. Tiết kiệm chi phí năng lượng do sử dụng động cơ bánh răng cũng giúp bù đắp khoản đầu tư ban đầu cao hơn cho động cơ bánh răng trong dài hạn.

Điều khiển và Độ chính xác

Một số ứng dụng yêu cầu điều khiển tốc độ hoặc vị trí cần mức độ kiểm soát và độ chính xác đáng kể. Ví dụ, độ chính xác điều khiển lại quá kém nên động cơ xoay chiều (AC) đơn tốc thường được phân loại là 'độ chính xác hạn chế'. Với bộ điều khiển tần số biến đổi (VFD), động cơ AC được quảng bá như 'động cơ tốc độ biến đổi', nhưng đây là sự đánh giá quá mức vì các động cơ này không bao giờ có khả năng điều khiển mô-men xoắn chính xác để kiểm soát vị trí. Ngoài tên gọi khác là động cơ bánh răng xoay chiều (AC gear motors), các động cơ này có ưu điểm vượt trội hơn về kiểm soát và độ chính xác nhờ hộp số giảm tốc cung cấp khả năng điều chỉnh tốc độ và khuếch đại mô-men xoắn cho hệ thống động cơ AC. Tỷ số truyền cố định của hộp số giúp mang lại tốc độ dự đoán được để mở và đóng các van điều tiết đến những góc cụ thể, hoặc phối hợp tốc độ chậm cho băng chuyền. Đối với các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao, một số động cơ bánh răng còn được trang bị bánh răng trục vít hoặc bánh răng hành tinh, giúp giảm tốc tốt hơn và độ rơ thấp hơn so với các bộ giảm tốc bên ngoài dùng cho động cơ tiêu chuẩn.