động cơ

Một động cơ là một thiết bị điện từ thực hiện việc chuyển đổi hoặc truyền tải năng lượng điện theo định luật cảm ứng điện từ. Động cơ điện có thể được phân loại thành động cơ điện và máy phát điện. Động cơ điện được biểu thị bằng chữ M trong mạch. Chức năng chính của nó là tạo ra mô-men xoắn dẫn động, là nguồn điện của các thiết bị điện hoặc máy móc khác nhau. Trong mạch, chữ G biểu thị máy phát điện. A máy phát điện chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện.

Các thành phần của động cơ

Hai bộ phận cơ học của động cơ điện được gọi là rotor và stato. Hai bộ phận điện được gọi là nam châm và phần ứng, một gắn vào rotor và một gắn vào stato. Những nam châm này, cho dù là nam châm vĩnh cửu hay nam châm điện, đều tạo ra từ trường thông qua phần ứng. Các nam châm từ trường có thể nằm trên stato trong khi phần ứng nằm trên rotor nhưng cũng có thể ngược lại.

Vòng bi

Nó được lắp trên ổ trục. Ổ trục truyền lực tải hướng trục và hướng tâm qua trục đến vỏ động cơ, do đó rô-to quay trên trục.

rotor

Rotor là bộ phận chuyển động cung cấp năng lượng cơ học. Rotor thường được lắp các dây dẫn mang dòng điện. Từ trường của stato tác dụng lực lên dây dẫn, khiến trục quay. Một số rotor có nam châm vĩnh cửu. Nam châm vĩnh cửu có hiệu suất cao trong phạm vi rộng về tốc độ hoạt động và công suất.

Lỗ hổng không khí

Khoảng hở không khí giữa stato và rôto cho phép rôto quay. Chiều rộng của khoảng hở không khí có ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính điện của động cơ. Theo quy tắc, khoảng hở không khí càng hẹp thì hiệu suất của động cơ càng tốt. Điều này là do khoảng hở không khí dư thừa làm giảm hiệu suất. Mặt khác, khoảng hở không khí quá nhỏ sẽ tạo ra ma sát ngoài tiếng ồn.

Trục của động cơ nằm bên ngoài động cơ để đáp ứng các yêu cầu về tải. Ngoài ra, vì lực tải nằm ngoài ổ trục xa nhất nên nó được gọi là tải treo.

Stator

TThestator được đặt xung quanh rotor và thường bao gồm các nam châm trường, có thể là nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện (dây dẫn xung quanh lõi sắt từ). Các nam châm này tạo ra từ trường thấm qua phần ứng rotor và tạo ra lực tác động lên các cuộn dây rotor. Lõi stato chứa nhiều tấm kim loại mỏng, cách điện được gọi là các lớp làm từ thép điện có các đặc tính như độ từ thẩm, độ trễ và độ bão hòa. Nếu có lõi rắn, dòng điện xoáy sẽ được tạo ra, nhưng hiệu ứng này được giảm thiểu bằng cách xếp chồng các tấm. Đối với động cơ AC được cung cấp từ điện lưới, các dây dẫn của cuộn dây được tẩm vecni trong chân không, loại bỏ rung động của dây dẫn nếu không sẽ làm chập lớp cách điện và làm giảm tuổi thọ của động cơ. Động cơ bọc nhựa, được sử dụng trong các ứng dụng như máy bơm chìm giếng sâu, máy giặt và máy điều hòa không khí, có các cuộn dây stato được bao bọc trong nhựa tổng hợp để chống ăn mòn và giảm tiếng ồn dẫn.

Binh giáp

Phần ứng là một dây quấn quanh lõi sắt từ. Khi dòng điện chạy qua các dây, từ trường tác dụng một lực (lực Lorentz) lên chúng khiến rôto quay. Các cuộn dây là các cuộn dây quấn quanh lõi sắt từ mềm nhiều lớp, khi được cấp năng lượng từ các cực từ.

Có hai cấu hình mà động cơ có, có và không có cực từ. Trong động cơ cực muối, lõi sắt từ của rôto và stato chứa các phần nhô ra gọi là cực đối diện nhau. Bên dưới mặt cực, mỗi cực chứa một cuộn dây. Dòng điện chạy trong các dây này biến các cực này thành cực bắc và cực nam. Trong động cơ cực không xiên, còn được gọi là động cơ trường phân tán hoặc rôto tròn, lõi sắt từ là một hình trụ trơn. Các cuộn dây của nó được phân bổ đều trong các khe xung quanh chu vi. Dòng điện xoay chiều trong các cuộn dây tạo ra một cực từ quay liên tục trong lõi. Động cơ cực bóng mờ có một cuộn dây quanh một số cực làm chậm pha của từ trường tại cực đó.

Cổ góp

Bộ góp điện là một công tắc điện quay cung cấp dòng điện cho rôto. Bộ góp điện đảo ngược dòng điện định kỳ trong các cuộn dây rôto khi trục quay. Bộ góp điện có dạng hình trụ trên đó có một số đoạn tiếp xúc kim loại được định vị và được sắp xếp trên một cốt thép. Hai hoặc nhiều tiếp điểm điện được gọi là "chổi than" được tạo thành từ vật liệu dẫn điện mềm như carbon, được ép vào mặt bộ góp điện. Trong quá trình quay, điều này tạo ra một tiếp xúc trượt với các đoạn bộ góp điện liên tiếp bằng chổi than để cung cấp dòng điện cho rôto, với các cuộn dây được kết nối với các cánh bộ góp điện. Mỗi nửa vòng (180°) của bộ góp điện sẽ đảo ngược hướng của dòng điện trong các cuộn dây rôto. Do đó, hướng của mô-men xoắn tác dụng lên rôto luôn giữ nguyên. Nếu không có sự đảo ngược này, hướng của mô-men xoắn trên cuộn dây rôto sẽ bị đảo ngược sau mỗi nửa vòng, do đó dừng rôto. Động cơ chuyển mạch chủ yếu đã được thay thế bằng động cơ không chổi than, động cơ nam châm vĩnh cửu và động cơ cảm ứng.

Cung cấp và điều khiển động cơ

Cung cấp động cơ

Như đã đề cập ở trên, động cơ DC thường được cung cấp thông qua bộ chuyển mạch vòng đóng mở. Động cơ AC có thể được chuyển mạch bằng bộ chuyển mạch vòng trượt hoặc bộ chuyển mạch ngoài. Nó có thể là loại điều khiển tốc độ cố định hoặc thay đổi và có thể đồng bộ hoặc không đồng bộ. Động cơ đa năng có thể chạy bằng AC hoặc DC.

Điều khiển động cơ

Động cơ DC hoạt động ở nhiều tốc độ khác nhau bằng cách điều chỉnh điện áp ở các đầu cực hoặc bằng cách điều chế độ rộng xung (PWM).

Động cơ AC hoạt động ở tốc độ cố định thường được truyền động trực tiếp từ lưới điện hoặc thông qua bộ khởi động mềm động cơ; Động cơ AC hoạt động ở nhiều tốc độ khác nhau được truyền động bởi nhiều bộ biến tần, bộ truyền động tần số thay đổi hoặc công nghệ bộ góp điện tử.

Thuật ngữ chuyển mạch điện tử thường được kết hợp với động cơ DC không chổi than tự chuyển mạch và các ứng dụng động cơ chuyển mạch từ trở.

Hiệu trưởng

Động cơ điện dựa vào từ trường để hoạt động. Từ trường có thể được tạo ra bởi nam châm hoặc bằng cách quấn quanh lõi từ. Lý thuyết bắt đầu bằng cách giải thích lực từ trên một dây dẫn dòng điện tiếp xúc với từ trường. Một nam châm tạo ra từ trường giữa các cực N và S. Các đường sức từ đi ra khỏi cực N và đi vào cực S. Từ trường này là hằng số, không có dao động trong từ trường và trông giống như từ trường DC.

Khi một dây dẫn điện đi vào từ trường, dây dẫn chịu tác dụng của lực từ và do đó chuyển động. Độ lớn của lực từ phụ thuộc vào một số thông số sẽ được thảo luận trong bài báo này. Đầu tiên, lực từ phụ thuộc vào dòng điện chạy qua dây dẫn. Nghĩa là, nếu dòng điện chạy qua dây dẫn bằng không, thì sẽ không có lực nào tác dụng vào dây dẫn trong khi lực liên quan trực tiếp đến dòng điện. Do đó, phương trình sau có thể được viết:

(1). F ∝ tôi

Trong đó F là lực từ và I là dòng điện trong dây. Tham số khác là chiều dài của dây nhìn thấy từ trường. Mối quan hệ giữa lực từ và chiều dài của dây tiếp xúc cũng đơn giản và có thể được viết như sau:

(2). F ∝ l

Trong đó l là chiều dài của dây. Tham số cuối cùng là cường độ từ trường có mối quan hệ trực tiếp với lực từ:

(3). F ∝ B

Ba thông số này xác định giá trị cực đại của lực từ khi từ trường vuông góc với dây. Do đó, bất kỳ độ lệch nào so với vị trí vuông góc đều làm giảm lực tác dụng lên dây. Điều này là do nếu một trong những vị trí này bị lệch thì lực từ không đạt giá trị cực đại. Lý do là có một góc giữa từ trường và dòng điện trong dây dẫn.

Bằng cách xem xét tất cả các thông số, lực từ có thể được tính toán bằng các phương trình sau:

(4). F=B·I·l·sinθ

Bây giờ, thay vì có một dây dẫn giữa các cực, chúng ta sẽ xét đến một vòng lặp. Vòng lặp có thể có bất kỳ hình dạng nào. Nhưng để dễ hình dung, hãy giả sử rằng nó là hình chữ nhật. Khi đó, mỗi cạnh của nó sẽ mang dòng điện và chịu tác dụng của lực từ. Hướng của lực đó có thể thu được bằng cách sử dụng quy tắc bàn tay trái.

Trong quy tắc này, ngón cái song song với lực từ, ngón trỏ chỉ hướng của từ trường, và ngón giữa chỉ hướng của dòng điện. Tất cả các ngón tay này đều vuông góc với nhau. Lực từ bằng không nếu dòng điện chạy song song với từ trường trong Phương trình 4. Vì vậy, lực từ trên BC và AD bằng không.

Ở đây, chỉ có AB và CD bị từ hóa. Khi áp dụng quy tắc bàn tay trái trên các đường đi AB và CD, hướng của lực từ sẽ hướng lên trên đối với đường đi AB và hướng xuống dưới đối với đường đi CD. Hai lực ngược chiều này khiến vòng dây quay. Tuy nhiên, vòng dây không thể quay được vì hướng của dòng điện trong vòng dây vẫn giữ nguyên. Nói cách khác, khi vòng dây vuông góc với từ trường, đó là vị trí ổn định nhất của vòng dây. Ở đó, lực kéo hướng lên và hướng xuống triệt tiêu lẫn nhau, do đó không có chuyển động của vòng dây. Đối với bài toán này, cứ mỗi nửa vòng quay thì hướng của dòng điện trong vòng dây phải được đảo ngược để vòng dây quay. Ngoài ra, quán tính sẽ giúp vòng dây tiếp tục quay và đi qua vị trí ổn định.