มันยากที่จะจินตนาการว่าโลกสมัยใหม่จะเป็นอย่างไรหากไม่มีมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง กลไกที่ทันสมัยติดตั้งมอเตอร์ไฟฟ้า อาจมีจุดประสงค์ที่แตกต่างกัน แต่การมีอยู่ตามกฎเป็นสิ่งสำคัญ คาดว่าในอนาคตอันใกล้นี้ บทบาทของมอเตอร์กระแสตรงจะเพิ่มขึ้นเท่านั้น ทุกวันนี้หากไม่มีอุปกรณ์นี้ เป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างอุปกรณ์คุณภาพสูง เชื่อถือได้ และเงียบด้วยความเร็วที่ปรับได้ แต่นี่คือกุญแจสำคัญในการพัฒนารัฐและเศรษฐกิจโลกโดยรวม
จากประวัติของดีซีมอเตอร์
ระหว่างการทดลองในปี 1821 นักวิทยาศาสตร์ชื่อดัง Faraday บังเอิญค้นพบว่าแม่เหล็กและตัวนำกระแสไฟฟ้าอย่างใดมีอิทธิพลซึ่งกันและกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แม่เหล็กถาวรสามารถทำให้เกิดการหมุนของวงจรตัวนำที่นำกระแสอย่างง่าย ผลลัพธ์ของการทดลองเหล่านี้ถูกใช้เพื่อการวิจัยเพิ่มเติม
แล้วในปี 1833 Thomas Davenport ได้สร้างโมเดลรถไฟด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็กที่สามารถขับมันได้
ในปี 1838 เรือโดยสารขนาด 12 ที่นั่งถูกสร้างขึ้นในจักรวรรดิรัสเซีย เมื่อเรือที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าลำนี้แล่นสวนกระแสน้ำตามแนวเนวา ทำให้เกิดการระเบิดอารมณ์อย่างแท้จริงในชุมชนวิทยาศาสตร์ ไม่เพียงเท่านั้น
มอเตอร์ดีซีทำงานอย่างไร
ถ้าคุณมองงานอย่างผิวเผิน เช่นที่พวกเขาทำที่โรงเรียนในบทเรียนฟิสิกส์ ดูเหมือนว่าไม่มีอะไรซับซ้อนเลย แต่นี่เป็นเพียงแวบแรกเท่านั้น อันที่จริง วิทยาศาสตร์ของการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าเป็นหนึ่งในสิ่งที่ยากที่สุดในวัฏจักรทางเทคนิค ระหว่างการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้า มีปรากฏการณ์ทางกายภาพที่ซับซ้อนจำนวนหนึ่งเกิดขึ้น ซึ่งยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้ และอธิบายได้ด้วยสมมติฐานและสมมติฐานต่างๆ
ในเวอร์ชันที่เรียบง่าย หลักการทำงานของมอเตอร์กระแสตรงสามารถอธิบายได้ดังนี้ ตัวนำถูกวางในสนามแม่เหล็กและกระแสไหลผ่าน ยิ่งกว่านั้นถ้าเราพิจารณาส่วนตัดขวางของตัวนำ วงกลมศูนย์กลางของแรงที่มองไม่เห็นก็เกิดขึ้นรอบ ๆ ซึ่งเป็นสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจากกระแสในตัวนำ ดังที่ได้กล่าวไปแล้วสนามแม่เหล็กเหล่านี้ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตามนุษย์แต่มีเคล็ดลับง่ายๆ ที่ช่วยให้คุณสังเกตได้ด้วยสายตา วิธีที่ง่ายที่สุดคือทำรูในไม้อัดหรือกระดาษแผ่นหนาที่จะผ่านลวด ในกรณีนี้ พื้นผิวใกล้กับรูจะต้องเคลือบด้วยผงโลหะแม่เหล็กที่กระจายตัวเป็นชั้นบางๆ (สามารถใช้ขี้เลื่อยชั้นดีก็ได้) เมื่อปิดวงจร อนุภาคแป้งจะเรียงตัวกันเป็นรูปสนามแม่เหล็ก
ที่จริงแล้ว หลักการทำงานของมอเตอร์กระแสตรงนั้นขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์นี้ ตัวนำพากระแสไฟฟ้าจะวางอยู่ระหว่างขั้วเหนือและใต้ของแม่เหล็กรูปตัวยู อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ของสนามแม่เหล็กทำให้เส้นลวดมีการเคลื่อนที่ ทิศทางของการเคลื่อนไหวขึ้นอยู่กับตำแหน่งของเสา และสามารถกำหนดได้อย่างแม่นยำโดยกฎที่เรียกว่า Gimlet Rule
ความแรงของแอมแปร์
แรงที่ผลักตัวนำพากระแสไฟฟ้าออกจากสนามแม่เหล็กถาวรเรียกว่าแรงแอมแปร์ ตามชื่อของนักวิจัยปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าที่มีชื่อเสียง หน่วยของกระแสก็ตั้งชื่อตามเขาเช่นกัน
ในการหาค่าตัวเลขของแรงนี้ คุณต้องคูณกระแสในตัวนำที่พิจารณาด้วยความยาวและขนาด (เวกเตอร์) ของสนามแม่เหล็ก
สูตรจะออกมาเป็นแบบนี้
F=IBL.
โมเดลเครื่องยนต์ที่ง่ายที่สุด
โดยคร่าวๆ ในการสร้างเอ็นจิ้นดั้งเดิมที่สุด คุณต้องวางโครงของวัสดุนำไฟฟ้า (ลวด) ในสนามแม่เหล็กและจ่ายไฟให้กับกระแสไฟฟ้า เฟรมจะหมุนไปที่มุมหนึ่งแล้วหยุด ตำแหน่งนี้ในคำสแลงของผู้เชี่ยวชาญในพื้นที่ของไดรฟ์ไฟฟ้าเรียกว่า "ตาย" สาเหตุของการหยุดคือสนามแม่เหล็กได้รับการชดเชย กล่าวอีกนัยหนึ่ง สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อแรงผลลัพธ์เท่ากับศูนย์ ดังนั้นอุปกรณ์มอเตอร์กระแสตรงจึงไม่มีเฟรมเดียว แต่มีหลายเฟรม ในหน่วยอุตสาหกรรมจริง (ซึ่งติดตั้งบนอุปกรณ์) อาจมีวงจรพื้นฐานดังกล่าวเป็นจำนวนมาก ดังนั้น เมื่อกำลังสมดุลในเฟรมหนึ่ง อีกเฟรมหนึ่งจะนำออกจาก "อาการมึนงง"
คุณลักษณะของอุปกรณ์ของเครื่องยนต์ที่มีกำลังต่างกัน
แม้แต่คนที่อยู่ไกลจากโลกของวิศวกรรมไฟฟ้าก็จะรู้ทันทีว่าหากไม่มีแหล่งกำเนิดของสนามแม่เหล็กคงที่ ก็ไม่มีคำถามใดๆ เกี่ยวกับมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงใดๆ อุปกรณ์ต่างๆ ถูกใช้เป็นแหล่งดังกล่าว
สำหรับมอเตอร์กระแสตรงกำลังต่ำ (12 โวลต์หรือน้อยกว่า) แม่เหล็กถาวรคือทางออกที่ดี แต่ตัวเลือกนี้ไม่เหมาะสำหรับหน่วยที่มีกำลังและขนาดใหญ่: แม่เหล็กจะมีราคาแพงและหนักเกินไป ดังนั้นสำหรับมอเตอร์กระแสตรง 220 V ขึ้นไป ควรใช้ตัวเหนี่ยวนำ (ขดลวดของสนาม) มากกว่า เพื่อให้ตัวเหนี่ยวนำกลายเป็นแหล่งกำเนิดของสนามแม่เหล็ก จะต้องได้รับพลังงาน
ออกแบบมอเตอร์ไฟฟ้า
โดยทั่วไปแล้ว การออกแบบมอเตอร์กระแสตรงใดๆ จะมีองค์ประกอบดังต่อไปนี้:นักสะสม สเตเตอร์ และอาร์เมเจอร์
กระดองทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบแบริ่งสำหรับขดลวดมอเตอร์ ประกอบด้วยเหล็กแผ่นบางสำหรับงานไฟฟ้า มีร่องรอบปริมณฑลสำหรับวางลวด วัสดุในการผลิตในกรณีนี้มีความสำคัญมาก ดังที่ได้กล่าวไปแล้วเหล็กไฟฟ้าถูกนำมาใช้ วัสดุเกรดนี้มีลักษณะเฉพาะด้วยขนาดเกรนและความนุ่มที่ปลูกเทียมขนาดใหญ่ (เป็นผลมาจากปริมาณคาร์บอนต่ำ) นอกจากนี้ โครงสร้างทั้งหมดยังประกอบด้วยแผ่นฉนวนบางๆ ทั้งหมดนี้ไม่อนุญาตให้กระแสกาฝากเกิดขึ้นและป้องกันความร้อนสูงเกินไปของเกราะ
สเตเตอร์เป็นส่วนคงที่ มันทำหน้าที่ของแม่เหล็กที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ เพื่อสาธิตการทำงานของมอเตอร์จำลองในห้องปฏิบัติการ เพื่อความชัดเจนและความเข้าใจในหลักการดีขึ้น ให้ใช้สเตเตอร์แบบสองขั้ว มอเตอร์อุตสาหกรรมจริงใช้อุปกรณ์ที่มีขั้วคู่จำนวนมาก
ตัวสะสมคือสวิตช์ (คอนเนคเตอร์) ที่จ่ายกระแสไฟให้กับวงจรที่คดเคี้ยวของมอเตอร์กระแสตรง การปรากฏตัวของมันเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่ง หากไม่มีมัน เครื่องยนต์จะกระตุก ไม่ราบรื่น
เครื่องยนต์หลากหลาย
ไม่มีกลไกสากลใดที่จะใช้กับเทคโนโลยีทุกสาขาและเศรษฐกิจของประเทศได้อย่างสมบูรณ์ และตรงตามข้อกำหนดทั้งหมดในด้านความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือระหว่างการทำงาน
คุณควรระมัดระวังในการเลือกมอเตอร์กระแสตรง การซ่อมแซมเป็นเรื่องยากและมีราคาแพงขั้นตอนที่สามารถทำได้โดยบุคลากรที่มีคุณสมบัติเหมาะสมเท่านั้น และหากการออกแบบและความสามารถของเครื่องยนต์ไม่เป็นไปตามข้อกำหนด เงินจำนวนมากจะถูกใช้ไปกับการซ่อมแซม
มอเตอร์กระแสตรงมีสี่ประเภทหลัก: แปรงถ่าน อินเวอร์เตอร์ ยูนิโพลาร์ และมอเตอร์ดีซีแบบมีแปรงอเนกประสงค์ แต่ละประเภทมีคุณสมบัติเชิงบวกและเชิงลบของตนเอง ควรให้คำอธิบายสั้น ๆ ของแต่ละรายการ
มอเตอร์แปรงถ่านดีซี
มีวิธีที่เป็นไปได้มากมายในการติดตั้งมอเตอร์ประเภทนี้: ตัวรวบรวมหนึ่งตัวและวงจรจำนวนคู่ ตัวสะสมหลายตัวและวงจรคดเคี้ยวหลายตัว ตัวสะสมสามคนและจำนวนรอบที่เท่ากัน ตัวสะสมสี่ตัวและสองตัว วงเลี้ยวสี่นักสะสมและสี่วงจรบนสมอ และสุดท้าย - นักสะสมแปดคนที่มีสมอที่ไม่มีโครง
เครื่องยนต์ประเภทนี้มีลักษณะการทำงานและการผลิตที่เรียบง่ายเปรียบเทียบ ด้วยเหตุนี้จึงกลายเป็นที่รู้จักในฐานะมอเตอร์อเนกประสงค์ ซึ่งมีการใช้งานอย่างกว้างขวาง ตั้งแต่รถยนต์ของเล่นที่ควบคุมด้วยวิทยุไปจนถึงเครื่องมือเครื่อง CNC ที่ซับซ้อนและไฮเทคที่ผลิตในเยอรมนีหรือญี่ปุ่น
เกี่ยวกับมอเตอร์อินเวอร์เตอร์
โดยทั่วไปแล้ว เครื่องยนต์ประเภทนี้จะคล้ายกับตัวสะสมมากและมีข้อดีและข้อเสียเหมือนกัน ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือกลไกการเปิดตัว: มีมากกว่าสมบูรณ์แบบซึ่งช่วยให้คุณย้อนกลับความเร็วและปรับความเร็วของโรเตอร์ได้อย่างง่ายดาย ดังนั้น ประสิทธิภาพของมอเตอร์กระแสตรงประเภทนี้จึงเหนือกว่ามอเตอร์ตัวรวบรวมในหลายพารามิเตอร์
แต่มีบางอย่างได้กำไร บางอย่างก็ต้องขาดทุน นี่คือกฎแห่งจักรวาลที่ปฏิเสธไม่ได้ ดังนั้นในกรณีนี้: ความเหนือกว่านั้นมาจากเทคนิคที่ค่อนข้างซับซ้อนและไม่แน่นอน ซึ่งมักจะล้มเหลว ผู้เชี่ยวชาญที่มีประสบการณ์กล่าวว่าการซ่อมมอเตอร์กระแสตรงประเภทอินเวอร์เตอร์นั้นทำได้ค่อนข้างยาก บางครั้งแม้แต่ช่างไฟฟ้าที่มีประสบการณ์ก็ไม่สามารถวินิจฉัยความผิดปกติในระบบได้
คุณสมบัติของ unipolar DC motors
หลักการทำงานยังคงเหมือนเดิมและขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ของสนามแม่เหล็กของตัวนำกับกระแสและแม่เหล็ก แต่ตัวนำปัจจุบันไม่ใช่ลวด แต่เป็นจานหมุนบนแกน กระแสไฟฟ้ามีดังต่อไปนี้: หน้าสัมผัสหนึ่งปิดบนแกนโลหะและอีกอันเชื่อมต่อขอบของวงกลมโลหะผ่านแปรงที่เรียกว่า เครื่องยนต์ดังกล่าวสามารถเห็นได้ว่ามีการออกแบบที่ค่อนข้างซับซ้อนและมักจะล้มเหลว แอปพลิเคชั่นหลักคือการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ในสาขาฟิสิกส์ของไฟฟ้าและไดรฟ์ไฟฟ้า
คุณสมบัติของมอเตอร์สับเปลี่ยนอเนกประสงค์
โดยหลักการแล้วเครื่องยนต์ประเภทนี้ไม่ได้มีอะไรใหม่ แต่มันมีคุณสมบัติที่สำคัญมาก - ความสามารถในการทำงานเป็นจากเครือข่าย DC และจากเครือข่าย AC บางครั้งคุณสมบัตินี้สามารถประหยัดเงินจำนวนมากในการซ่อมแซมและปรับปรุงอุปกรณ์ให้ทันสมัย
ความถี่กระแสสลับถูกควบคุมอย่างเข้มงวดและอยู่ที่ 50 เฮิรตซ์ กล่าวอีกนัยหนึ่ง ทิศทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุลบเปลี่ยนแปลง 50 ครั้งต่อวินาที บางคนเข้าใจผิดคิดว่าโรเตอร์ของมอเตอร์ไฟฟ้าต้องเปลี่ยนทิศทางการหมุนด้วย (ตามเข็มนาฬิกา - ทวนเข็มนาฬิกา) 50 ครั้งต่อวินาที หากสิ่งนี้เป็นจริง การใช้งานมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับที่เป็นประโยชน์จะไม่เป็นปัญหา จะเกิดอะไรขึ้นในความเป็นจริง: กระแสของขดลวดกระดองและสเตเตอร์ซิงโครไนซ์โดยใช้ตัวเก็บประจุที่ง่ายที่สุด ดังนั้นเมื่อทิศทางของกระแสบนเฟรมกระดองเปลี่ยนไป ทิศทางของกระแสบนสเตเตอร์ก็เปลี่ยนไปเช่นกัน ดังนั้นโรเตอร์จะหมุนไปในทิศทางเดียวอย่างต่อเนื่อง
น่าเสียดายที่ประสิทธิภาพของมอเตอร์กระแสตรงประเภทนี้ต่ำกว่าของอินเวอร์เตอร์และมอเตอร์แบบขั้วเดียวมาก ดังนั้น การใช้งานจึงถูกจำกัดให้อยู่ในพื้นที่ที่ค่อนข้างแคบ - ซึ่งจำเป็นต้องได้รับความน่าเชื่อถือสูงสุดไม่ว่าด้วยต้นทุนใดๆ ก็ตาม โดยไม่คำนึงถึงต้นทุนการดำเนินงาน (เช่น วิศวกรรมการทหาร)
ประโยคสุดท้าย
เทคโนโลยีไม่หยุดนิ่ง และในปัจจุบันโรงเรียนวิทยาศาสตร์หลายแห่งทั่วโลกแข่งขันกันเองและมุ่งมั่นที่จะสร้างเครื่องมือราคาถูกและประหยัดที่มีประสิทธิภาพและประสิทธิภาพสูง พลังของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงเติบโตขึ้นทุกปีในขณะที่การใช้พลังงาน
นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ว่าอุปกรณ์ไฟฟ้าจะกำหนดอนาคต และอายุของน้ำมันจะสิ้นสุดในไม่ช้า
