หลักการทำงานและอุปกรณ์ของมอเตอร์ไฟฟ้า

มอเตอร์ไฟฟ้าใด ๆ ได้รับการออกแบบให้ทำงานเชิงกลเนื่องจากการใช้ไฟฟ้าที่ใช้กับมันซึ่งมักจะเปลี่ยนเป็นการเคลื่อนที่แบบหมุน แม้ว่าในเทคโนโลยีจะมีแบบจำลองที่สร้างการเคลื่อนไหวการแปลของหน่วยงานในทันที เรียกว่าลิเนียร์มอเตอร์

ในการติดตั้งทางอุตสาหกรรม มอเตอร์ไฟฟ้าจะขับเคลื่อนเครื่องตัดโลหะและอุปกรณ์เชิงกลต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการผลิตทางเทคโนโลยี

ภายในเครื่องใช้ในครัวเรือน มอเตอร์ไฟฟ้าทำงาน เครื่องซักผ้า เครื่องดูดฝุ่น คอมพิวเตอร์ ไดร์เป่าผม ของเล่นเด็ก นาฬิกา และอุปกรณ์อื่น ๆ อีกมากมาย

กระบวนการทางกายภาพพื้นฐานและหลักการของการกระทำ

เมื่อเข้าไปข้างใน สนามแม่เหล็ก ประจุไฟฟ้า ซึ่งเรียกว่า กระแสไฟฟ้า มักจะมีแรงทางกลที่มีแนวโน้มเบี่ยงเบนทิศทางของมันในระนาบที่ตั้งฉากกับแนวของเส้นสนามแม่เหล็กเมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านลวดโลหะหรือขดลวดที่ทำจากลวดนี้ แรงนี้มีแนวโน้มที่จะเคลื่อนที่/หมุนลวดที่มีกระแสไฟฟ้าแต่ละเส้นและขดลวดทั้งหมดโดยรวม

ภาพด้านล่างแสดงกรอบโลหะที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน สนามแม่เหล็กที่ใช้กับมันสร้างแรง F สำหรับแต่ละกิ่งของเฟรม ซึ่งสร้างการเคลื่อนที่แบบหมุน

คุณสมบัติของการทำงานร่วมกันของพลังงานไฟฟ้าและแม่เหล็กนี้ขึ้นอยู่กับการสร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าในวงจรตัวนำแบบปิด ถูกนำไปใช้งานกับมอเตอร์ไฟฟ้าทุกตัว การออกแบบรวมถึง:

• ขดลวดที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน มันถูกวางไว้บนแกนยึดพิเศษและยึดไว้ในตลับลูกปืนแบบหมุนเพื่อลดความต้านทานต่อแรงเสียดทาน การออกแบบนี้เรียกว่าโรเตอร์

• สเตเตอร์ซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กซึ่งมีเส้นแรงแทรกซึมประจุไฟฟ้าที่ผ่านไปตามการหมุนของโรเตอร์ที่คดเคี้ยว

• ตัวเรือนสำหรับวางสเตเตอร์ ภายในตัวเครื่องมีที่นั่งพิเศษซึ่งติดตั้งกรงด้านนอกของตลับลูกปืนโรเตอร์

การออกแบบที่เรียบง่ายของมอเตอร์ไฟฟ้าที่ง่ายที่สุดสามารถแสดงด้วยรูปภาพของแบบฟอร์มต่อไปนี้

เมื่อโรเตอร์หมุน แรงบิดจะถูกสร้างขึ้น พลังงานจะขึ้นอยู่กับการออกแบบทั่วไปของอุปกรณ์ ปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ และการสูญเสียระหว่างการแปลง

ขนาดของกำลังแรงบิดสูงสุดที่เป็นไปได้ของมอเตอร์จะน้อยกว่าพลังงานไฟฟ้าที่ใช้กับมันเสมอ โดดเด่นด้วยค่าประสิทธิภาพ

ประเภทของมอเตอร์ไฟฟ้า

ตามประเภทของกระแสที่ไหลผ่านขดลวด จะแบ่งออกเป็นมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงหรือไฟฟ้ากระแสสลับแต่ละกลุ่มทั้งสองมีการปรับเปลี่ยนจำนวนมากโดยใช้กระบวนการทางเทคโนโลยีที่แตกต่างกัน

มอเตอร์กระแสตรง

พวกเขามีสนามแม่เหล็กสเตเตอร์ที่สร้างขึ้นโดยคงที่อยู่กับที่ แม่เหล็กถาวร หรือแม่เหล็กไฟฟ้าพิเศษพร้อมคอยล์กระตุ้น ขดลวดกระดองถูกติดตั้งอย่างแน่นหนาในเพลาซึ่งติดอยู่กับตลับลูกปืนและสามารถหมุนรอบแกนได้อย่างอิสระ

โครงสร้างพื้นฐานของเครื่องยนต์ดังกล่าวแสดงไว้ในรูป

บนแกนของกระดองที่ทำจากวัสดุเฟอร์โรแมกเนติก มีขดลวดที่ประกอบด้วยชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อกันสองชุด ซึ่งเชื่อมต่อกับแผ่นตัวนำไฟฟ้าที่ปลายด้านหนึ่งและเชื่อมต่อกันที่ปลายอีกด้านหนึ่ง แปรงกราไฟต์สองอันตั้งอยู่ที่ปลายด้านตรงข้ามของกระดองและถูกกดลงบนแผ่นสัมผัสของแผ่นสะสม

ศักยภาพของแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงที่เป็นบวกถูกนำไปใช้กับแปรงรูปแบบด้านล่างและศักยภาพด้านลบกับแปรงด้านบน ทิศทางของกระแสที่ไหลผ่านขดลวดแสดงด้วยลูกศรสีแดงประ

กระแสทำให้สนามแม่เหล็กมีขั้วเหนือที่ด้านซ้ายล่างของกระดอง และขั้วใต้ที่ด้านขวาบนของกระดอง (กฎ gimbal) ส่งผลให้เกิดการผลักขั้วโรเตอร์จากขั้วที่อยู่นิ่งที่มีชื่อเดียวกันและแรงดึงดูดไปยังขั้วตรงข้ามของสเตเตอร์ อันเป็นผลมาจากแรงที่กระทำทำให้เกิดการเคลื่อนที่แบบหมุนซึ่งทิศทางจะแสดงด้วยลูกศรสีน้ำตาล

ด้วยการหมุนเพิ่มเติมของกระดองด้วยความเฉื่อย เสาจะถูกถ่ายโอนไปยังแผ่นสะสมอื่นๆ ทิศทางของกระแสในนั้นกลับด้าน โรเตอร์ยังคงหมุนต่อไป

การออกแบบที่เรียบง่ายของอุปกรณ์สะสมดังกล่าวนำไปสู่การสูญเสียพลังงานไฟฟ้าจำนวนมากมอเตอร์ดังกล่าวทำงานในอุปกรณ์ที่มีการออกแบบเรียบง่ายหรือของเล่นสำหรับเด็ก

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการผลิตมีการออกแบบที่ซับซ้อนกว่า:

• ขดลวดไม่แบ่งออกเป็นสองส่วน แต่เป็นหลายส่วน

• แต่ละส่วนของขดลวดติดตั้งบนเสาของตัวเอง

• อุปกรณ์รวบรวมทำด้วยแผ่นสัมผัสจำนวนหนึ่งตามจำนวนขดลวด

เป็นผลให้การเชื่อมต่อที่ราบรื่นของแต่ละขั้วผ่านแผ่นสัมผัสไปยังแปรงและแหล่งกำเนิดกระแสจะถูกสร้างขึ้น และลดการสูญเสียพลังงาน

อุปกรณ์ของสมอดังกล่าวแสดงในรูปภาพ

ในมอเตอร์กระแสตรง ทิศทางการหมุนของโรเตอร์สามารถกลับด้านได้ ในการทำเช่นนี้ก็เพียงพอที่จะเปลี่ยนการเคลื่อนที่ของกระแสในขดลวดให้ตรงกันข้ามโดยการเปลี่ยนขั้วที่แหล่งกำเนิด

มอเตอร์กระแสสลับ

พวกเขาแตกต่างจากการออกแบบก่อนหน้านี้ตรงที่กระแสไฟฟ้าที่ไหลในขดลวดอธิบายโดย กฎของฮาร์มอนิกไซน์เปลี่ยนทิศทางเป็นระยะ (เครื่องหมาย) ในการจ่ายไฟนั้นแรงดันไฟฟ้าจะถูกจ่ายจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพร้อมสัญญาณไฟสลับ

สเตเตอร์ของมอเตอร์ดังกล่าวดำเนินการโดยวงจรแม่เหล็ก มันทำจากแผ่นเฟอร์โรแมกเนติกที่มีร่องซึ่งการหมุนของขดลวดนั้นถูกวางไว้ด้วยโครง (ขดลวด)

มอเตอร์ไฟฟ้าแบบซิงโครนัส

ภาพด้านล่างแสดงหลักการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียวที่มีการหมุนแบบซิงโครนัสของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของโรเตอร์และสเตเตอร์

ในร่องของวงจรแม่เหล็กของสเตเตอร์ที่ปลายด้านตรงข้ามของเส้นผ่านศูนย์กลางจะมีการวางสายไฟที่คดเคี้ยวซึ่งแสดงเป็นแผนผังในรูปแบบของเฟรมที่กระแสสลับไหลผ่าน

ให้เราพิจารณากรณีของช่วงเวลาซึ่งสอดคล้องกับการผ่านของส่วนบวกของครึ่งคลื่น

ในเซลล์ตลับลูกปืน โรเตอร์ที่มีแม่เหล็กถาวรในตัวจะหมุนได้อย่างอิสระ ซึ่ง "ปาก N" ทางตอนเหนือและ "ปากตัว S" ทางตอนใต้จะถูกกำหนดไว้อย่างชัดเจน เมื่อกระแสครึ่งคลื่นบวกไหลผ่านขดลวดสเตเตอร์สนามแม่เหล็กที่มีขั้ว «S st» และ «N st» จะถูกสร้างขึ้น

แรงปฏิสัมพันธ์เกิดขึ้นระหว่างสนามแม่เหล็กของโรเตอร์และสเตเตอร์ (โดยขั้วจะผลักกันและไม่เหมือนกับขั้วที่ดึงดูด) ซึ่งมีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนกระดองมอเตอร์จากตำแหน่งใด ๆ ไปสู่สุดขั้วเมื่อขั้วตรงข้ามอยู่ใกล้กันมากที่สุด อื่น.

หากเราพิจารณากรณีเดียวกัน แต่สำหรับช่วงเวลาที่ตรงกันข้าม - กระแสครึ่งคลื่นเชิงลบผ่านลวดเฟรมการหมุนของกระดองจะเกิดขึ้นในทิศทางตรงกันข้าม

เพื่อให้แน่ใจว่าการเคลื่อนที่ของโรเตอร์ในสเตเตอร์เป็นไปอย่างต่อเนื่อง จะไม่มีการสร้างโครงขดลวดเพียงโครงเดียว แต่จะมีโครงจำนวนหนึ่ง เนื่องจากแต่ละโครงนั้นใช้พลังงานจากแหล่งกระแสที่แยกจากกัน

หลักการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟสที่มีการหมุนแบบซิงโครนัส สนามแม่เหล็กไฟฟ้าของโรเตอร์และสเตเตอร์แสดงอยู่ในภาพต่อไปนี้

ในการออกแบบนี้ ขดลวดสามตัว A, B และ C ติดตั้งอยู่ภายในวงจรแม่เหล็กของสเตเตอร์ โดยหักล้างกันด้วยมุม 120 องศาซึ่งกันและกัน คอยล์ A เป็นสีเหลือง B เป็นสีเขียว และ C เป็นสีแดง แต่ละขดลวดทำด้วยเฟรมเดียวกันกับในกรณีก่อนหน้า

ในภาพไม่ว่าในกรณีใดกระแสจะไหลผ่านขดลวดเดียวเท่านั้นในทิศทางไปข้างหน้าหรือย้อนกลับซึ่งระบุด้วยเครื่องหมาย «+» และ «-«

เมื่อครึ่งคลื่นบวกผ่านเฟส A ในทิศทางไปข้างหน้า แกนของสนามโรเตอร์จะอยู่ในตำแหน่งแนวนอน เนื่องจากขั้วแม่เหล็กของสเตเตอร์ก่อตัวขึ้นในระนาบนี้และดึงดูดกระดองที่เคลื่อนที่ได้ ขั้วตรงข้ามของโรเตอร์มักจะเข้าหาขั้วของสเตเตอร์

เมื่อคลื่นครึ่งบวกเข้าสู่เฟส C กระดองจะหมุน 60 องศาตามเข็มนาฬิกา เมื่อกระแสถูกนำไปใช้กับเฟส B จะมีการหมุนเวียนของกระดองที่คล้ายกัน การไหลของกระแสที่ตามมาในเฟสถัดไปของขดลวดถัดไปจะหมุนโรเตอร์

หากแรงดันไฟฟ้าหลักสามเฟสเปลี่ยนไปเป็นมุม 120 องศาในแต่ละขดลวดกระแสสลับจะหมุนเวียนอยู่ในนั้นซึ่งจะหมุนกระดองและสร้างการหมุนแบบซิงโครนัสด้วยสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ใช้

การออกแบบเชิงกลแบบเดียวกันนี้ถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จในสเต็ปเปอร์มอเตอร์สามเฟส… เฉพาะในแต่ละขดลวดโดยการควบคุมเท่านั้น ตัวควบคุมพิเศษ (ตัวขับสเต็ปเปอร์มอเตอร์) พัลส์คงที่จะถูกนำไปใช้และลบออกตามอัลกอริทึมที่อธิบายไว้ข้างต้น

การเริ่มต้นของพวกเขาเริ่มต้นการเคลื่อนไหวแบบหมุนและการสิ้นสุด ณ เวลาใดเวลาหนึ่งให้การหมุนของเพลาที่วัดได้และหยุดที่มุมที่ตั้งโปรแกรมไว้เพื่อดำเนินการทางเทคโนโลยีบางอย่าง

ในทั้งสองระบบสามเฟสที่อธิบายไว้ สามารถเปลี่ยนทิศทางการหมุนของกระดองได้ ในการทำเช่นนี้ คุณเพียงแค่ต้องเปลี่ยนลำดับของเฟส «A» — «B» — «C» เป็นลำดับอื่น ตัวอย่างเช่น «A» — «C» — «B»

ความเร็วของโรเตอร์ถูกควบคุมโดยความยาวของช่วงเวลา T การลดลงของมันนำไปสู่การเร่งความเร็วของการหมุนขนาดของแอมพลิจูดของกระแสในเฟสขึ้นอยู่กับความต้านทานภายในของขดลวดและค่าของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับมัน กำหนดปริมาณของแรงบิดและกำลังของมอเตอร์ไฟฟ้า

มอเตอร์แบบอะซิงโครนัส

การออกแบบมอเตอร์เหล่านี้มีวงจรแม่เหล็กสเตเตอร์พร้อมขดลวดแบบเดียวกับในรุ่นเฟสเดียวและสามเฟสที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ พวกเขาได้ชื่อมาจากการหมุนแบบอะซิงโครนัสของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของกระดองและสเตเตอร์ สิ่งนี้ทำได้โดยการปรับปรุงการกำหนดค่าของโรเตอร์

แกนทำจากแผ่นเหล็กไฟฟ้าแบบเซาะร่อง มีการติดตั้งตัวนำกระแสไฟฟ้าอลูมิเนียมหรือทองแดงซึ่งปิดที่ปลายกระดองด้วยวงแหวนนำไฟฟ้า

เมื่อจ่ายแรงดันไฟฟ้าให้กับขดลวดสเตเตอร์ กระแสไฟฟ้าจะถูกเหนี่ยวนำในขดลวดของโรเตอร์ด้วยแรงเคลื่อนไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กกระดองจะถูกสร้างขึ้น เมื่อสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเหล่านี้ทำปฏิกิริยากัน เพลามอเตอร์จะเริ่มหมุน

ด้วยการออกแบบนี้ การเคลื่อนที่ของโรเตอร์เป็นไปได้หลังจากเกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าหมุนในสเตเตอร์เท่านั้น และจะยังคงดำเนินต่อไปในโหมดการทำงานแบบอะซิงโครนัสด้วย

มอเตอร์แบบอะซิงโครนัสนั้นออกแบบได้ง่ายกว่า ดังนั้น จึงมีราคาถูกกว่าและใช้กันอย่างแพร่หลายในการติดตั้งทางอุตสาหกรรมและเครื่องใช้ในครัวเรือน

ABB มอเตอร์ไฟฟ้าป้องกันการระเบิด

มอเตอร์เชิงเส้น

กลไกการทำงานของกลไกทางอุตสาหกรรมจำนวนมากทำการเคลื่อนที่แบบลูกสูบหรือแบบแปลในระนาบเดียว ซึ่งจำเป็นสำหรับการทำงานของเครื่องจักรงานโลหะ ยานพาหนะ การทุบด้วยค้อนเมื่อตอกเสาเข็ม ...

การเคลื่อนย้ายตัวเครื่องโดยใช้กระปุกเกียร์ บอลสกรู สายพาน และอุปกรณ์เชิงกลที่คล้ายกันจากมอเตอร์ไฟฟ้าแบบหมุนทำให้การออกแบบยุ่งยาก วิธีแก้ปัญหาทางเทคนิคที่ทันสมัยสำหรับปัญหานี้คือการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าเชิงเส้น

สเตเตอร์และโรเตอร์ถูกยืดออกในรูปแบบของแถบ แทนที่จะพันเป็นวงแหวนเหมือนในมอเตอร์ไฟฟ้าแบบหมุน

หลักการของการทำงานคือการส่งการเคลื่อนที่เชิงเส้นแบบลูกสูบกลับไปยังโรเตอร์ของทางวิ่งเนื่องจากการถ่ายโอนพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าจากสเตเตอร์ที่อยู่นิ่งกับวงจรแม่เหล็กเปิดที่มีความยาวระดับหนึ่ง สนามแม่เหล็กที่ใช้งานได้ถูกสร้างขึ้นภายในโดยการเปิดสวิตช์ตามลำดับ

มันทำหน้าที่ในกระดองที่คดเคี้ยวกับตัวสะสม แรงที่เกิดขึ้นในมอเตอร์ดังกล่าวจะเคลื่อนโรเตอร์ในทิศทางเชิงเส้นตามองค์ประกอบนำเท่านั้น

มอเตอร์เชิงเส้นได้รับการออกแบบให้ทำงานทั้งไฟฟ้ากระแสตรงหรือไฟฟ้ากระแสสลับ และสามารถทำงานในโหมดซิงโครนัสหรืออะซิงโครนัส

ข้อเสียของมอเตอร์เชิงเส้นคือ:

• ความซับซ้อนของเทคโนโลยี

• ราคาสูง;

• ประสิทธิภาพการใช้พลังงานต่ำ