วันนี้เป็นไปไม่ได้ที่จะจินตนาการถึงอารยธรรมมนุษย์และสังคมไฮเทคโดยปราศจากไฟฟ้า หนึ่งในอุปกรณ์หลักที่รับประกันการทำงานของเครื่องใช้ไฟฟ้าคือเครื่องยนต์ เครื่องนี้พบการกระจายที่กว้างที่สุด: จากอุตสาหกรรม (พัดลม, เครื่องบด, คอมเพรสเซอร์) ไปจนถึงของใช้ในบ้าน (เครื่องซักผ้า, ดอกสว่าน ฯลฯ) แต่หลักการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าคืออะไร
ปลายทาง
หลักการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าและเป้าหมายหลักคือการถ่ายโอนพลังงานกลที่จำเป็นสำหรับประสิทธิภาพของกระบวนการทางเทคโนโลยีไปยังหน่วยงานที่ทำงาน เครื่องยนต์สร้างขึ้นเองเนื่องจากไฟฟ้าที่ใช้จากเครือข่าย โดยพื้นฐานแล้ว หลักการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าคือการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล ปริมาณพลังงานกลที่เกิดจากมันในหนึ่งหน่วยเวลาเรียกว่าพลังงาน
ชมเครื่องยนต์
ขึ้นอยู่กับลักษณะของเครือข่ายอุปทาน มอเตอร์สองประเภทหลักสามารถแยกแยะได้: บนกระแสตรงและกระแสสลับ เครื่อง DC ที่พบบ่อยที่สุดคือมอเตอร์ที่มีชุดกระตุ้นอิสระและแบบผสม ตัวอย่างของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ ได้แก่ เครื่องซิงโครนัสและอะซิงโครนัส แม้จะมีความหลากหลายที่เห็นได้ชัด แต่อุปกรณ์และหลักการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าสำหรับวัตถุประสงค์ใดๆ ก็ตามนั้นขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ของตัวนำกับกระแสและสนามแม่เหล็ก หรือแม่เหล็กถาวร (วัตถุที่เป็นเฟอร์โรแมกเนติก) กับสนามแม่เหล็ก
วนรอบปัจจุบัน - ต้นแบบของเครื่องยนต์
ประเด็นหลักในเรื่องหลักการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าเรียกได้ว่าเป็นลักษณะของแรงบิด ปรากฏการณ์นี้พิจารณาได้โดยใช้ตัวอย่างของเฟรมที่มีกระแสซึ่งประกอบด้วยตัวนำสองตัวและแม่เหล็ก กระแสจะถูกส่งไปยังตัวนำผ่านวงแหวนสัมผัสซึ่งจับจ้องอยู่ที่แกนของโครงหมุน ตามกฎมือซ้ายที่มีชื่อเสียง แรงจะกระทำต่อเฟรม ซึ่งจะสร้างแรงบิดรอบแกน มันจะหมุนทวนเข็มนาฬิกาภายใต้การกระทำของแรงทั้งหมดนี้ เป็นที่ทราบกันว่าโมเมนต์ของการหมุนนี้เป็นสัดส่วนโดยตรงกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก (B) ความแรงกระแส (I) พื้นที่เฟรม (S) และขึ้นอยู่กับมุมระหว่างเส้นสนามกับแกนของเส้นหลัง อย่างไรก็ตาม ภายใต้การกระทำของช่วงเวลาที่เปลี่ยนทิศทาง เฟรมจะสั่น สิ่งที่สามารถทำได้เพื่อสร้างความถาวรทิศทาง? มีสองตัวเลือกที่นี่:
- เปลี่ยนทิศทางของกระแสไฟฟ้าในเฟรมและตำแหน่งของตัวนำที่สัมพันธ์กับขั้วแม่เหล็ก
- เปลี่ยนทิศทางของสนามเองในขณะที่เฟรมหมุนไปในทิศทางเดียวกัน
ตัวเลือกแรกใช้สำหรับมอเตอร์กระแสตรง และอย่างที่สองคือหลักการของมอเตอร์กระแสสลับ
เปลี่ยนทิศทางกระแสสัมพันธ์กับแม่เหล็ก
ในการเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุในตัวนำของเฟรมด้วยกระแส คุณต้องมีอุปกรณ์ที่จะกำหนดทิศทางนี้ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของตัวนำ การออกแบบนี้ดำเนินการโดยใช้หน้าสัมผัสแบบเลื่อนซึ่งทำหน้าที่จ่ายกระแสให้กับลูป เมื่อวงแหวนหนึ่งวงแทนที่สองวง เมื่อเฟรมหมุนครึ่งรอบ ทิศทางของกระแสจะกลับด้าน และแรงบิดจะคงไว้ เป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องทราบว่าแหวนหนึ่งวงประกอบขึ้นจากสองส่วนซึ่งแยกออกจากกัน
ออกแบบเครื่องดีซี
ตัวอย่างข้างต้นคือหลักการทำงานของมอเตอร์กระแสตรง แน่นอนว่าเครื่องจักรจริงนั้นมีการออกแบบที่ซับซ้อนกว่า โดยมีการใช้เฟรมหลายสิบเฟรมเพื่อสร้างขดลวดกระดอง ตัวนำของขดลวดนี้วางอยู่ในร่องพิเศษในแกนเฟอร์โรแมกเนติกทรงกระบอก ปลายขดลวดเชื่อมต่อกับวงแหวนหุ้มฉนวนซึ่งเป็นตัวสะสมขดลวด สับเปลี่ยน และแกนเป็นกระดองที่หมุนอยู่ในตลับลูกปืนบนตัวมอเตอร์เอง สนามแม่เหล็กกระตุ้นถูกสร้างขึ้นโดยขั้วของแม่เหล็กถาวรซึ่งอยู่ในตัวเรือน ขดลวดเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟหลัก และสามารถเปิดได้ทั้งแบบอิสระจากวงจรกระดองหรือแบบอนุกรม ในกรณีแรกมอเตอร์ไฟฟ้าจะมีแรงกระตุ้นอิสระในลำดับที่สอง นอกจากนี้ยังมีการออกแบบการกระตุ้นแบบผสมเมื่อใช้การเชื่อมต่อที่คดเคี้ยวสองประเภทพร้อมกัน
เครื่องซิงโครนัส
หลักการทำงานของมอเตอร์ซิงโครนัสคือการสร้างสนามแม่เหล็กหมุน จากนั้นคุณต้องวางตัวนำที่มีกระแสไฟคงที่ในทิศทางนี้ในช่องนี้ หลักการทำงานของมอเตอร์ซิงโครนัสซึ่งแพร่หลายมากในอุตสาหกรรมนั้น อิงจากตัวอย่างข้างต้นที่มีการวนซ้ำกับกระแส สนามหมุนที่สร้างขึ้นโดยแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นโดยใช้ระบบขดลวดที่เชื่อมต่อกับสายไฟหลัก มักใช้ขดลวดสามเฟส อย่างไรก็ตาม หลักการทำงานของมอเตอร์กระแสสลับแบบเฟสเดียวจะไม่แตกต่างจากแบบสามเฟส ยกเว้นในจำนวนเฟสเอง ซึ่งไม่สำคัญเมื่อพิจารณาถึงคุณลักษณะการออกแบบ ขดลวดถูกวางไว้ในช่องสเตเตอร์โดยมีการเลื่อนรอบเส้นรอบวง เพื่อสร้างสนามแม่เหล็กหมุนในช่องว่างอากาศที่เกิดขึ้น
การซิงโครไนซ์
จุดสำคัญมากคือการทำงานแบบซิงโครนัสของมอเตอร์ไฟฟ้าการก่อสร้างข้างต้น เมื่อสนามแม่เหล็กโต้ตอบกับกระแสในขดลวดของโรเตอร์ กระบวนการของการหมุนของมอเตอร์จะเกิดขึ้นเอง ซึ่งจะซิงโครนัสตามการหมุนของสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นบนสเตเตอร์ การซิงโครไนซ์จะคงอยู่จนกว่าจะถึงแรงบิดสูงสุดซึ่งเกิดจากความต้านทาน หากโหลดเพิ่มขึ้น เครื่องอาจเสียการซิงก์
มอเตอร์เหนี่ยวนำ
หลักการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัสคือการมีสนามแม่เหล็กหมุนและกรอบปิด (รูปทรง) บนโรเตอร์ - ส่วนที่หมุนได้ สนามแม่เหล็กเกิดขึ้นในลักษณะเดียวกับในมอเตอร์ซิงโครนัส - ด้วยความช่วยเหลือของขดลวดที่อยู่ในร่องของสเตเตอร์ซึ่งเชื่อมต่อกับเครือข่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ ขดลวดของโรเตอร์ประกอบด้วยเฟรมวงปิดจำนวนโหลและมักจะมีการดำเนินการสองประเภท: เฟสและไฟฟ้าลัดวงจร หลักการทำงานของมอเตอร์กระแสสลับทั้งสองรุ่นเหมือนกัน เพียงแต่การออกแบบเท่านั้นที่เปลี่ยนไป ในกรณีของโรเตอร์กรงกระรอก (หรือที่เรียกว่ากรงกระรอก) ขดลวดจะถูกเทลงในช่องด้วยอะลูมิเนียมหลอมเหลว ในการผลิตขดลวดเฟส ปลายของแต่ละเฟสจะถูกดึงออกมาโดยใช้วงแหวนสัมผัสแบบเลื่อน เนื่องจากจะทำให้รวมตัวต้านทานเพิ่มเติมในวงจรได้ ซึ่งจำเป็นต่อการควบคุมความเร็วของเครื่องยนต์
เครื่องลาก
หลักการทำงานของมอเตอร์ฉุดคล้ายกับมอเตอร์กระแสตรง จากเครือข่ายอุปทาน กระแสจะถูกส่งไปยังหม้อแปลงไฟฟ้าแบบสเต็ปอัพ ไกลออกไปกระแสสลับสามเฟสจะถูกส่งไปยังสถานีย่อยฉุดพิเศษ มีวงจรเรียงกระแส มันแปลง AC เป็น DC ตามแบบแผนจะดำเนินการกับหนึ่งในขั้วของมันกับสายสัมผัสที่สอง - โดยตรงกับราง ต้องจำไว้ว่ากลไกการลากจูงจำนวนมากทำงานที่ความถี่ที่แตกต่างจากอุตสาหกรรมที่จัดตั้งขึ้น (50 Hz) ดังนั้นมอเตอร์ไฟฟ้าจึงใช้เครื่องแปลงความถี่ซึ่งมีหลักการทำงานคือการแปลงความถี่และควบคุมคุณลักษณะนี้
ที่คัดลอกที่ยกขึ้น แรงดันไฟฟ้าจะจ่ายไปยังห้องที่มีรีโอสแตตสตาร์ทและคอนแทคเตอร์ ด้วยความช่วยเหลือของคอนโทรลเลอร์ ลิโน่จะเชื่อมต่อกับมอเตอร์ฉุดลาก ซึ่งอยู่บนเพลาของโบกี้ จากนั้นกระแสจะไหลผ่านยางไปยังราง แล้วกลับไปที่สถานีย่อยการลาก วงจรไฟฟ้าจึงจะสมบูรณ์
