หลักการการทำงานของมอเตอร์กระแสตรงคืออะไร

หลักการการทำงานของมอเตอร์กระแสตรงคืออะไร?

คำนิยามของมอเตอร์กระแสตรง

มอเตอร์กระแสตรงถูกกำหนดให้เป็นอุปกรณ์ที่แปลงพลังงานไฟฟ้ากระแสตรงเป็นพลังงานกลโดยใช้สนามแม่เหล็กและกระแสไฟฟ้า

มอเตอร์กระแสตรงมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมสมัยใหม่ การเข้าใจหลักการการทำงานของมอเตอร์กระแสตรงซึ่งเราจะสำรวจในบทความนี้เริ่มต้นด้วยโครงสร้างวงจรเดียวพื้นฐาน

โครงสร้างพื้นฐานของมอเตอร์กระแสตรงประกอบด้วยอาร์มาเจอร์ที่นำกระแสไฟฟ้า เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายผ่านคอมมิวเทเตอร์และแปรง ส่วนอาร์มาเจอร์จะวางอยู่ระหว่างขั้วเหนือและขั้วใต้ของแม่เหล็กถาวรหรือแม่เหล็กไฟฟ้าตามที่แสดงในแผนภาพด้านบน

เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านอาร์มาเจอร์ มันจะประสบกับแรงกลจากแม่เหล็กรอบข้าง เพื่อเข้าใจการทำงานของมอเตอร์กระแสตรงอย่างครบถ้วน จำเป็นต้องเข้าใจกฎของเฟลมิงฝ่ามือซ้าย ซึ่งช่วยกำหนดทิศทางของแรงบนอาร์มาเจอร์

หากนำสายนำไฟฟ้าที่มีกระแสไฟฟ้าผ่านไปวางในสนามแม่เหล็กในแนวตั้งฉาก สายนำไฟฟ้าจะประสบกับแรงในทิศทางที่ตั้งฉากกับทั้งทิศทางของสนามแม่เหล็กและสายนำไฟฟ้า

กฎของเฟลมิงฝ่ามือซ้ายสามารถกำหนดทิศทางของการหมุนของมอเตอร์ได้ กฎนี้ระบุว่าหากเราขยายนิ้วชี้ นิ้วกลาง และนิ้วโป้งของฝ่ามือซ้ายของเราในลักษณะที่ตั้งฉากกัน โดยนิ้วกลางอยู่ในทิศทางของกระแสไฟฟ้าในสายนำไฟฟ้า และนิ้วชี้อยู่ในทิศทางของสนามแม่เหล็ก คือจากขั้วเหนือไปขั้วใต้ นิ้วโป้งจะบ่งบอกทิศทางของแรงกลที่สร้างขึ้น

เพื่อความเข้าใจหลักการของมอเตอร์กระแสตรง เราต้องกำหนดขนาดของแรง โดยพิจารณาแผนภาพด้านล่าง

เราทราบว่าเมื่อประจุ dq ที่เล็กมากถูกทำให้ไหลด้วยความเร็ว 'v' ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า E และสนามแม่เหล็ก B แรงโลเรนซ์ dF ที่ประจุประสบจะได้แก่

สำหรับการทำงานของมอเตอร์กระแสตรง ให้พิจารณา E = 0

คือผลคูณไขว้ระหว่าง dq v และสนามแม่เหล็ก B

ที่นี่ dL คือความยาวของสายนำที่มีประจุ q

จากแผนภาพที่ 1 เราสามารถเห็นว่าโครงสร้างของมอเตอร์กระแสตรงมีลักษณะที่ทิศทางของกระแสไฟฟ้าผ่านอาร์มาเจอร์ที่ทุกจุดตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก ดังนั้นแรงจะกระทำบนอาร์มาเจอร์ในทิศทางที่ตั้งฉากกับทั้งสนามแม่เหล็กและกระแสไฟฟ้าคงที่

ดังนั้นหากเราพิจารณากระแสไฟฟ้าในส่วนซ้ายของอาร์มาเจอร์ว่าเป็น I และกระแสไฟฟ้าในส่วนขวาของอาร์มาเจอร์ว่าเป็น -I เพราะพวกมันไหลในทิศทางตรงกันข้ามกัน

แรงบนอาร์มาเจอร์ส่วนซ้าย,

เช่นเดียวกัน แรงบนอาร์มาเจอร์ส่วนขวา,

ดังนั้นเราสามารถเห็นว่าที่ตำแหน่งนั้นแรงบนทั้งสองด้านมีขนาดเท่ากันแต่ทิศทางตรงกันข้าม เนื่องจากสายนำทั้งสองแยกกันด้วยระยะทาง w = ความกว้างของวงอาร์มาเจอร์ แรงทั้งสองที่ตรงกันข้ามกันนี้สร้างแรงหมุนหรือแรงบิดที่ทำให้อาร์มาเจอร์หมุน

ตอนนี้ลองพิจารณาการแสดงออกของแรงบิดเมื่อวงอาร์มาเจอร์สร้างมุม α (อัลฟา) กับตำแหน่งเริ่มต้น แรงบิดที่สร้างขึ้นคือที่นี่ α (อัลฟา) คือมุมระหว่างระนาบของวงอาร์มาเจอร์และระนาบอ้างอิงหรือตำแหน่งเริ่มต้นของอาร์มาเจอร์ซึ่งตรงนี้อยู่ในทิศทางของสนามแม่เหล็ก

การมีอยู่ของเทอม cosα ในสมการแรงบิดบ่งบอกว่าต่างจากแรง แรงบิดที่ทุกตำแหน่งไม่เท่ากัน มันเปลี่ยนแปลงตามการเปลี่ยนแปลงของมุม α (อัลฟา) เพื่ออธิบายการเปลี่ยนแปลงของแรงบิดและหลักการเบื้องหลังการหมุนของมอเตอร์ ขอให้เราทำการวิเคราะห์ทีละขั้นตอน

ขั้นตอนที่ 1:

เริ่มต้นด้วยการพิจารณาอาร์มาเจอร์ที่อยู่ในจุดเริ่มต้นหรือตำแหน่งอ้างอิงที่มุม α = 0

เนื่องจาก α = 0 เทอม cos α = 1 หรือค่าสูงสุด ดังนั้นแรงบิดที่ตำแหน่งนี้สูงสุดคือ τ = BILw แรงบิดเริ่มต้นสูงนี้ช่วยในการ客服似乎被截断了，我将继续翻译剩余的部分：

克服电枢的初始惯性并使其开始旋转。

ขั้นตอนที่ 2:

เมื่ออาร์มาเจอร์เริ่มเคลื่อนที่ มุม α ระหว่างตำแหน่งจริงของอาร์มาเจอร์กับตำแหน่งอ้างอิงเริ่มต้นจะเพิ่มขึ้นตามทางการหมุนจนกระทั่งมันกลายเป็น 90 ^o จากตำแหน่งเริ่มต้น ดังนั้นเทอม cosα จะลดลงและค่าของแรงบิดก็ลดลง

แรงบิดในกรณีนี้คือ τ = BILwcosα ซึ่งน้อยกว่า BIL w เมื่อ α มากกว่า 0^o

ขั้นตอนที่ 3:

ในการหมุนของอาร์มาเจอร์ จุดหนึ่งจะถึงเมื่อตำแหน่งจริงของโรเตอร์อยู่ในแนวตั้งฉากกับตำแหน่งเริ่มต้น คือ α = 90 ^o และผลคือเทอม cosα = 0

แรงบิดที่กระทำบนคอนดักเตอร์ที่ตำแหน่งนี้คือ

คือแทบไม่มีแรงบิดหมุนกระทำบนอาร์มาเจอร์ในขณะนี้ แต่อาร์มาเจอร์ยังไม่หยุดนิ่ง เนื่องจากวิศวกรรมการดำเนินงานของมอเตอร์กระแสตรงได้ออกแบบมาให้โมเมนตัมการเคลื่อนที่ที่จุดนี้เพียงพอที่จะเอาชนะจุดที่แรงบิดเป็นศูนย์

เมื่อโรเตอร์ผ่านจุดนี้มุมระหว่างตำแหน่งจริงของอาร์มาเจอร์กับระนาบเริ่มต้นจะลดลงและแรงบิดจะเริ่มกระทำอีกครั้ง