Ngày nay không thể tưởng tượng được nền văn minh của con người và xã hội công nghệ cao lại không có điện. Một trong những thiết bị chính đảm bảo sự hoạt động của các đồ dùng điện là động cơ. Loại máy này được phân phối rộng rãi nhất: từ công nghiệp (quạt, máy nghiền, máy nén) đến sử dụng trong gia đình (máy giặt, máy khoan, v.v.). Nhưng nguyên lý hoạt động của động cơ điện là gì?
Điểm đến
Nguyên lý hoạt động của động cơ điện và mục tiêu chính của nó là truyền năng lượng cơ học cần thiết cho việc thực hiện các quá trình công nghệ đến các cơ quan làm việc. Động cơ tự tạo ra nó do điện năng tiêu thụ từ mạng. Nói một cách cơ bản, nguyên lý hoạt động của động cơ điện là biến đổi năng lượng điện thành cơ năng. Phần cơ năng do nó tạo ra trong một đơn vị thời gian được gọi là công suất.
Lượt xemđộng cơ
Tùy thuộc vào đặc điểm của mạng lưới cung cấp, có thể phân biệt hai loại động cơ chính: chạy trên dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều. Máy điện một chiều phổ biến nhất là động cơ kích từ nối tiếp, độc lập và hỗn hợp. Ví dụ về động cơ xoay chiều là máy điện đồng bộ và không đồng bộ. Mặc dù có sự đa dạng rõ ràng, thiết bị và nguyên tắc hoạt động của động cơ điện cho bất kỳ mục đích nào đều dựa trên sự tương tác của vật dẫn điện với dòng điện và từ trường hoặc nam châm vĩnh cửu (vật thể sắt từ) với từ trường.
Vòng lặp hiện tại - một nguyên mẫu của động cơ
Điểm chính trong vấn đề như nguyên lý hoạt động của động cơ điện có thể được gọi là sự xuất hiện của mô-men xoắn. Hiện tượng này có thể được xem xét bằng cách sử dụng ví dụ về một khung có dòng điện, trong đó có hai dây dẫn và một nam châm. Dòng điện được cung cấp cho các vật dẫn thông qua các vòng tiếp xúc, được cố định trên trục của khung quay. Theo quy tắc bàn tay trái nổi tiếng, các lực sẽ tác động lên khung, sẽ tạo ra một mômen quay về trục. Nó sẽ quay ngược chiều kim đồng hồ dưới tác dụng của tổng lực này. Biết rằng mômen quay này tỷ lệ thuận với cảm ứng từ (B), cường độ dòng điện (I), diện tích khung (S) và phụ thuộc vào góc giữa đường sức và trục của hình sau. Tuy nhiên, dưới tác dụng của một thời điểm thay đổi theo hướng của nó, khung sẽ dao động. Có thể làm gì để tạo ra mộthướng? Có hai tùy chọn ở đây:
- thay đổi chiều của dòng điện trong khung và vị trí của các dây dẫn so với các cực của nam châm;
- thay đổi hướng của chính trường, trong khi khung quay theo cùng hướng.
Tùy chọn đầu tiên được sử dụng cho động cơ DC. Và thứ hai là nguyên lý của động cơ AC.
Thay đổi hướng của dòng điện so với nam châm
Để thay đổi hướng chuyển động của các hạt mang điện trong dây dẫn của khung có dòng điện, bạn cần một thiết bị có thể đặt hướng này tùy thuộc vào vị trí của các vật dẫn. Thiết kế này được thực hiện thông qua việc sử dụng các tiếp điểm trượt, dùng để cung cấp dòng điện cho mạch vòng. Khi một vòng thay hai vòng, khi khung quay được nửa vòng thì chiều dòng điện đổi chiều, mômen quay vẫn giữ nguyên. Điều quan trọng cần lưu ý là một vòng được ghép từ hai nửa, chúng được tách biệt với nhau.
Thiết kế máy DC
Ví dụ trên là nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều. Tất nhiên, máy thật có thiết kế phức tạp hơn, trong đó hàng chục khung được sử dụng để tạo thành cuộn dây phần ứng. Các dây dẫn của cuộn dây này được đặt trong các rãnh đặc biệt trong lõi sắt từ hình trụ. Các đầu của cuộn dây được nối với các vòng cách điện tạo thành một bộ góp. Dây quấn, cổ góp và lõi là một phần ứng quay trong các ổ trục trên thân của chính động cơ. Từ trường kích thích được tạo ra bởi các cực của nam châm vĩnh cửu, được đặt trong vỏ. Cuộn dây được nối với nguồn điện và nó có thể được bật độc lập với mạch phần ứng hoặc nối tiếp. Trong trường hợp đầu tiên, động cơ điện sẽ có kích thích độc lập, trong trường hợp thứ hai - tuần tự. Ngoài ra còn có thiết kế kích từ hỗn hợp, khi sử dụng hai loại kết nối cuộn dây cùng một lúc.
Máy đồng bộ
Nguyên lý hoạt động của động cơ đồng bộ là tạo ra từ trường quay. Sau đó, bạn cần đặt vào trường này các dây dẫn được sắp xếp hợp lý với dòng điện không đổi theo hướng. Nguyên tắc hoạt động của động cơ đồng bộ, đã trở nên rất phổ biến trong công nghiệp, dựa trên ví dụ trên với một vòng dây có dòng điện. Trường quay do nam châm tạo ra được hình thành bằng cách sử dụng một hệ thống các cuộn dây được kết nối với nguồn điện. Cuộn dây ba pha thường được sử dụng, tuy nhiên, nguyên lý hoạt động của động cơ xoay chiều một pha sẽ không khác với động cơ ba pha, ngoại trừ có lẽ ở số pha, điều này không đáng kể khi xem xét các tính năng thiết kế. Các cuộn dây được đặt trong các khe của stato với một số dịch chuyển xung quanh chu vi. Điều này được thực hiện để tạo ra một từ trường quay trong khe hở không khí đã hình thành.
Tính đồng bộ
Một điểm rất quan trọng là hoạt động đồng bộ của động cơ điệnviệc xây dựng trên. Khi từ trường tương tác với dòng điện trong dây quấn rôto, quá trình quay động cơ tự được hình thành, quá trình này sẽ đồng bộ với chuyển động quay của từ trường hình thành trên stato. Tính đồng bộ sẽ được duy trì cho đến khi đạt được mô-men xoắn cực đại mà nguyên nhân là do lực cản. Nếu tải tăng lên, máy có thể không đồng bộ.
Động cơ cảm ứng
Nguyên lý hoạt động của động cơ điện không đồng bộ là có từ trường quay và các khung (đường bao) kín trên rôto - phần quay. Từ trường được hình thành giống như trong động cơ đồng bộ - với sự trợ giúp của các cuộn dây nằm trong các rãnh của stato, được nối với mạng điện áp xoay chiều. Các cuộn dây rôto bao gồm một chục khung kín và thường có hai kiểu thực hiện: pha và ngắn mạch. Nguyên lý hoạt động của động cơ điện xoay chiều ở cả hai phiên bản đều giống nhau, chỉ thay đổi về thiết kế. Trong trường hợp rôto lồng sóc (còn gọi là rôto lồng sóc), dây quấn được đổ nhôm nóng chảy vào các khe. Trong sản xuất cuộn dây pha, các đầu của mỗi pha được đưa ra ngoài bằng cách sử dụng các vòng tiếp xúc trượt, vì điều này sẽ cho phép thêm điện trở vào mạch, cần thiết để điều khiển tốc độ động cơ.
Máy kéo
Nguyên lý hoạt động của động cơ kéo tương tự như động cơ điện một chiều. Từ mạng cung cấp, dòng điện được cung cấp cho một máy biến áp nâng cấp. Thêm nữadòng điện xoay chiều ba pha được truyền đến các trạm biến áp có sức kéo đặc biệt. Có một bộ chỉnh lưu. Nó chuyển đổi AC thành DC. Theo sơ đồ, nó được thực hiện với một trong các cực của nó với dây tiếp xúc, cực thứ hai - trực tiếp với đường ray. Cần phải nhớ rằng nhiều cơ cấu kéo hoạt động ở tần số khác với tần số công nghiệp đã được thiết lập (50 Hz). Do đó, một bộ biến tần được sử dụng cho động cơ điện, nguyên lý hoạt động của nó là biến đổi tần số và điều khiển đặc tính này.
Tại tủ đồ được nâng lên, điện áp được cung cấp cho các khoang nơi đặt bộ tiếp điểm và bộ tiếp điểm khởi động. Với sự trợ giúp của bộ điều khiển, các bộ lưu biến được kết nối với động cơ kéo, được đặt trên trục của các bộ điều khiển. Từ chúng, dòng điện chạy qua lốp xe đến đường ray, và sau đó quay trở lại trạm biến áp lực kéo, do đó hoàn thành mạch điện.
