Thật khó để tưởng tượng thế giới hiện đại sẽ như thế nào nếu không có động cơ điện DC (nhân tiện là AC). Bất kỳ cơ chế hiện đại nào cũng được trang bị động cơ điện. Nó có thể có một mục đích khác, nhưng sự hiện diện của nó, như một quy luật, là rất quan trọng. Người ta mong đợi rằng trong tương lai gần vai trò của động cơ điện một chiều sẽ chỉ tăng lên. Ngày nay, nếu không có thiết bị này, không thể tạo ra thiết bị chất lượng cao, đáng tin cậy và im lặng với tốc độ điều chỉnh được. Nhưng đây là chìa khóa cho sự phát triển của bang và nền kinh tế thế giới nói chung.
Từ lịch sử của động cơ DC
Trong các thí nghiệm vào năm 1821, nhà khoa học nổi tiếng Faraday đã tình cờ phát hiện ra rằng một nam châm và một vật dẫn mang dòng điện bằng cách nào đóảnh hưởng lẫn nhau. Đặc biệt, nam châm vĩnh cửu có thể gây ra chuyển động quay của một mạch dẫn mang dòng điện đơn giản. Kết quả của những thí nghiệm này đã được sử dụng để nghiên cứu thêm.
Vào năm 1833, Thomas Davenport đã tạo ra một chiếc xe lửa mô hình với một động cơ điện nhỏ có khả năng lái nó.
Năm 1838, một chiếc thuyền chở khách 12 chỗ được đóng ở Đế quốc Nga. Khi chiếc thuyền chạy bằng động cơ điện này đi ngược dòng điện dọc theo Neva, nó đã gây ra một sự bùng nổ cảm xúc thực sự trong cộng đồng khoa học và không chỉ.
Cách hoạt động của động cơ DC
Nếu bạn nhìn vào công việc một cách hời hợt, giống như họ làm ở trường trong các bài học vật lý, có vẻ như hoàn toàn không có gì phức tạp trong đó. Nhưng đây chỉ là cái nhìn đầu tiên. Trên thực tế, khoa học về truyền động điện là một trong những môn khó nhất trong chu trình của các ngành kỹ thuật. Trong quá trình vận hành động cơ điện, một số hiện tượng vật lý phức tạp xảy ra mà người ta vẫn chưa hiểu hết và được giải thích bằng nhiều giả thuyết và giả thiết khác nhau.
Trong phiên bản đơn giản hóa, nguyên tắc hoạt động của động cơ DC có thể được mô tả như sau. Một dây dẫn được đặt trong từ trường và có dòng điện chạy qua nó. Hơn nữa, nếu chúng ta xem xét tiết diện của dây dẫn, thì lực vô hình vòng tròn đồng tâm phát sinh xung quanh nó - đây là một từ trường được hình thành bởi dòng điện trong dây dẫn. Như đã đề cập, những từ trường này không thể nhìn thấy được đối với mắt người. Nhưng có một thủ thuật đơn giản cho phép bạn quan sát chúng một cách trực quan. Cách đơn giản nhất là tạo một lỗ trên ván ép hoặc một tờ giấy dày để luồn dây điện qua đó. Trong trường hợp này, bề mặt gần lỗ phải được phủ một lớp mỏng bột kim loại từ tính phân tán mịn (cũng có thể sử dụng mùn cưa mịn). Khi đóng mạch, các hạt bột xếp thành hàng theo hình dạng của từ trường.
Thực ra, nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều dựa trên hiện tượng này. Một dây dẫn mang dòng điện được đặt giữa hai cực Bắc và Nam của một nam châm hình chữ U. Là kết quả của sự tương tác của từ trường, dây dẫn chuyển động. Hướng chuyển động phụ thuộc vào cách định vị các cực và có thể được xác định chính xác bằng cái gọi là quy tắc gimlet.
Cường độ Ampe
Lực đẩy vật dẫn mang dòng điện ra khỏi trường của nam châm vĩnh cửu được gọi là lực Ampère - theo tên một nhà nghiên cứu nổi tiếng về các hiện tượng điện. Đơn vị của dòng điện cũng được đặt theo tên của anh ấy.
Để tìm trị số của lực này, bạn cần nhân cường độ dòng điện trong vật dẫn đang xét với chiều dài của nó và với độ lớn (vectơ) của từ trường.
Công thức sẽ như thế này:
F=IBL.
Mô hình động cơ đơn giản nhất
Nói một cách đại khái, để chế tạo một động cơ nguyên thủy nhất, bạn cần đặt một khung bằng vật liệu dẫn điện (dây dẫn) trong từ trường và cung cấp năng lượng cho nó bằng dòng điện. Khung sẽ quay đến một góc nhất định và dừng lại. Vị trí này theo tiếng lóng của các chuyên gia trongkhu vực của ổ điện được gọi là "chết". Lý do cho sự dừng lại là do từ trường, có thể nói là bù đắp. Nói cách khác, điều này xảy ra khi lực kết quả trở nên bằng không. Do đó, thiết bị động cơ DC không bao gồm một mà là một số khung. Trong một đơn vị công nghiệp thực sự (được lắp đặt trên thiết bị), có thể có rất rất nhiều mạch sơ cấp như vậy. Vì vậy, khi các lực được cân bằng trên một khung, khung kia sẽ đưa nó ra khỏi trạng thái "sững sờ".
Tính năng của thiết bị động cơ có công suất khác nhau
Ngay cả một người ở xa thế giới kỹ thuật điện cũng sẽ nhận ra ngay rằng nếu không có nguồn tạo từ trường không đổi thì không có câu hỏi nào về động cơ điện một chiều. Nhiều thiết bị được sử dụng làm nguồn như vậy.
Đối với động cơ DC công suất thấp (12 volt trở xuống), nam châm vĩnh cửu là giải pháp lý tưởng. Nhưng tùy chọn này không phù hợp với các đơn vị có công suất và kích thước lớn: nam châm sẽ quá đắt và nặng. Do đó, đối với động cơ điện một chiều từ 220 V trở lên, sử dụng cuộn cảm (cuộn dây trường) sẽ thích hợp hơn. Để cuộn cảm trở thành nguồn của từ trường, nó phải được cấp nguồn.
Thiết kế động cơ điện
Nói chung, thiết kế của bất kỳ động cơ DC nào bao gồm các yếu tố sau:bộ thu, stato và phần ứng.
Phần ứng đóng vai trò là phần tử chịu lực cho cuộn dây động cơ. Nó bao gồm các tấm thép mỏng dùng cho mục đích điện với các rãnh xung quanh chu vi để đặt dây. Vật liệu sản xuất trong trường hợp này là rất quan trọng. Như đã đề cập, thép điện được sử dụng. Loại vật liệu này được đặc trưng bởi kích thước hạt nhân tạo lớn và độ mềm (do hàm lượng carbon thấp). Ngoài ra, toàn bộ cấu trúc bao gồm các tấm mỏng, cách nhiệt. Tất cả điều này không cho phép dòng điện ký sinh xảy ra và ngăn ngừa quá nhiệt của phần ứng.
Stato là một bộ phận cố định. Nó thực hiện vai trò của nam châm đã thảo luận trước đó. Để chứng minh hoạt động của một động cơ mô hình trong phòng thí nghiệm, để rõ ràng và hiểu rõ hơn về các nguyên tắc, một stato có hai cực được sử dụng. Động cơ công nghiệp thực sự sử dụng các thiết bị có số lượng lớn các cặp cực.
Bộ góp là một công tắc (đầu nối) cung cấp dòng điện cho các mạch cuộn dây của động cơ điện một chiều. Sự hiện diện của nó là hoàn toàn cần thiết. Nếu không có nó, động cơ sẽ chạy giật cục, không êm ái.
Các loại động cơ
Không có một động cơ chung nào được sử dụng trong tất cả các ngành công nghệ và nền kinh tế quốc dân và đáp ứng tất cả các yêu cầu trong lĩnh vực an toàn và tin cậy trong quá trình vận hành.
Bạn nên rất cẩn thận khi chọn động cơ DC. Việc sửa chữa cực kỳ khó khăn và tốn kémmột quy trình chỉ có thể được thực hiện bởi nhân viên có trình độ phù hợp. Và nếu thiết kế và khả năng của động cơ không đáp ứng được yêu cầu, thì khoản tiền đáng kể sẽ được chi để sửa chữa.
Có bốn loại động cơ DC chính: động cơ DC chổi than, biến tần, đơn cực và đa năng. Mỗi loại đều có những phẩm chất tích cực và tiêu cực riêng. Một mô tả ngắn gọn về từng người trong số họ nên được cung cấp.
Động cơ chải DC
Có rất nhiều cách có thể để lắp đặt động cơ loại này: một bộ thu và một số mạch chẵn, một số bộ thu và một số mạch cuộn dây, ba bộ thu và cùng số vòng dây quấn, bốn bộ thu và hai các vòng quanh co, bốn bộ thu và bốn mạch trên mỏ neo, và cuối cùng - tám bộ thu với mỏ neo không có khung.
Loại động cơ này được đặc trưng bởi sự đơn giản so sánh giữa việc thực hiện và sản xuất. Chính vì lý do đó mà nó được biết đến như một động cơ vạn năng, ứng dụng của nó rất rộng rãi: từ những chiếc ô tô đồ chơi được điều khiển bằng sóng radio đến những máy công cụ CNC rất phức tạp và công nghệ cao được sản xuất tại Đức hoặc Nhật Bản.
Giới thiệu về động cơ biến tần
Nói chung, loại động cơ này rất giống với động cơ thu và có những ưu nhược điểm giống nhau. Sự khác biệt duy nhất là trong cơ chế khởi chạy: nó nhiều hơnhoàn hảo, cho phép bạn dễ dàng đảo ngược tốc độ và điều chỉnh tốc độ rôto. Do đó, hiệu suất của loại động cơ DC này vượt trội hơn so với động cơ thu nhiệt ở một số thông số.
Nhưng nếu có lợi trong một số thứ, thì trong một số thứ sẽ có mất mát. Đây là một quy luật không thể phủ nhận của vũ trụ. Vì vậy, trong trường hợp này: sự vượt trội được cung cấp bởi một kỹ thuật khá phức tạp và thất thường, thường thất bại. Theo các chuyên gia có kinh nghiệm, việc sửa chữa động cơ DC biến tần khá khó thực hiện. Đôi khi ngay cả những thợ điện có kinh nghiệm cũng không thể chẩn đoán được sự cố trong hệ thống.
Tính năng của động cơ DC đơn cực
Nguyên tắc hoạt động vẫn như cũ và dựa trên sự tương tác của từ trường của vật dẫn với dòng điện và nam châm. Nhưng vật dẫn dòng điện không phải là một sợi dây, mà là một cái đĩa quay trên một trục. Dòng điện được cung cấp như sau: một tiếp điểm đóng trên trục kim loại, và tiếp điểm kia, qua cái gọi là chổi, nối cạnh của vòng tròn kim loại. Có thể thấy, một động cơ như vậy có thiết kế khá phức tạp và do đó thường xuyên bị lỗi. Ứng dụng chính là nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực vật lý điện và truyền động điện.
Tính năng của động cơ cổ góp đa năng
Về nguyên tắc, loại động cơ này không có gì mới. Nhưng nó có một tính năng rất quan trọng - khả năng hoạt động nhưtừ mạng DC và từ mạng AC. Đôi khi tính chất này của nó có thể tiết kiệm đáng kể tiền sửa chữa và hiện đại hóa thiết bị.
Tần số dòng điện xoay chiều được quy định nghiêm ngặt và là 50 Hertz. Nói cách khác, hướng chuyển động của các hạt mang điện tích âm thay đổi 50 lần trong một giây. Một số người lầm tưởng rằng rôto của động cơ điện cũng phải đổi chiều quay (cùng chiều - ngược chiều kim đồng hồ) 50 lần / giây. Nếu điều này là đúng, thì bất kỳ ứng dụng hữu ích nào của động cơ điện xoay chiều sẽ không còn nữa. Điều gì xảy ra trong thực tế: dòng điện của cuộn dây phần ứng và stato được đồng bộ hóa bằng cách sử dụng các tụ điện đơn giản nhất. Và do đó, khi chiều của dòng điện trên khung phần ứng thay đổi thì chiều của nó trên stato cũng thay đổi theo. Do đó, rôto liên tục quay theo một hướng.
Thật không may, hiệu suất của loại động cơ DC này thấp hơn nhiều so với động cơ biến tần và động cơ đơn cực. Do đó, việc sử dụng nó chỉ giới hạn ở những khu vực khá hẹp - nơi cần phải đạt được độ tin cậy tối đa bằng bất kỳ giá nào mà không tính đến chi phí vận hành (ví dụ: kỹ thuật quân sự).
Điều khoản cuối cùng
Công nghệ không đứng yên, và ngày nay nhiều trường khoa học trên thế giới cạnh tranh với nhau và cố gắng tạo ra một động cơ tiết kiệm và rẻ với hiệu suất và hiệu suất cao. Sức mạnh của động cơ điện một chiều đang tăng lên qua từng năm, trong khitiêu thụ điện năng.
Các nhà khoa học dự đoán rằng tương lai sẽ được xác định bởi các thiết bị điện và thời đại của dầu sẽ sớm kết thúc.
