เครื่องยนต์

มอเตอร์ เป็นอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าที่ดำเนินการแปลงหรือส่งพลังงานไฟฟ้าตามกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า มอเตอร์ไฟฟ้าสามารถจำแนกได้เป็นมอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า มอเตอร์ไฟฟ้าแสดงด้วยตัวอักษร M ในวงจร หน้าที่หลักคือสร้างแรงบิดขับเคลื่อนเป็นแหล่งพลังงานของเครื่องใช้ไฟฟ้าหรือเครื่องจักรต่างๆ ในวงจร ตัวอักษร G หมายถึงเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้า แปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า

ส่วนประกอบของมอเตอร์

ชิ้นส่วนกลไกสองชิ้นของมอเตอร์ไฟฟ้าเรียกว่าโรเตอร์และสเตเตอร์ ชิ้นส่วนไฟฟ้าสองชิ้นเรียกว่าแม่เหล็กและอาร์เมเจอร์ โดยชิ้นหนึ่งติดอยู่กับโรเตอร์และอีกชิ้นหนึ่งติดอยู่กับสเตเตอร์ แม่เหล็กเหล่านี้ไม่ว่าจะเป็นแม่เหล็กถาวรหรือแม่เหล็กไฟฟ้า จะสร้างสนามแม่เหล็กผ่านอาร์เมเจอร์ แม่เหล็กสนามแม่เหล็กอาจอยู่บนสเตเตอร์ในขณะที่อาร์เมเจอร์จะอยู่บนโรเตอร์ แต่ก็อาจเป็นในทางกลับกันได้เช่นกัน

ตลับ

ติดตั้งบนตลับลูกปืน ตลับลูกปืนส่งแรงในแนวแกนและแนวรัศมีผ่านเพลาไปยังตัวเรือนมอเตอร์ ดังนั้นโรเตอร์จึงหมุนบนเพลา

ปีกหมุนของเฮลิคอปเตอร์

โรเตอร์เป็นชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ได้ซึ่งให้พลังงานกล โดยปกติโรเตอร์จะติดตั้งด้วยตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้า สนามแม่เหล็กของสเตเตอร์จะออกแรงกับตัวนำ ส่งผลให้เพลาหมุน โรเตอร์บางตัวมีแม่เหล็กถาวร แม่เหล็กถาวรมีประสิทธิภาพสูงในช่วงความเร็วการทำงานและพลังงานที่หลากหลาย

ช่องว่างอากาศ

ช่องว่างอากาศระหว่างสเตเตอร์และโรเตอร์ช่วยให้โรเตอร์หมุนได้ ความกว้างของช่องว่างอากาศมีอิทธิพลอย่างมากต่อลักษณะทางไฟฟ้าของมอเตอร์ โดยทั่วไป ยิ่งช่องว่างอากาศแคบลง ประสิทธิภาพของมอเตอร์ก็จะดีขึ้น เนื่องจากช่องว่างอากาศที่มากเกินไปจะทำให้ประสิทธิภาพลดลง ในทางกลับกัน ช่องว่างอากาศที่เล็กเกินไปจะทำให้เกิดแรงเสียดทานและเสียงรบกวน

เพลาของมอเตอร์อยู่ภายนอกมอเตอร์เพื่อรับภาระที่ต้องการ นอกจากนี้ เนื่องจากแรงของภาระอยู่นอกเหนือตลับลูกปืนที่อยู่ไกลที่สุด จึงเรียกว่าภาระแขวน

สเตเตอร์

เทศกาล 

สเตเตอร์จะวางอยู่รอบโรเตอร์และโดยปกติจะมีแม่เหล็กสนามแม่เหล็กอยู่ด้วย ซึ่งอาจเป็นแม่เหล็กถาวรหรือแม่เหล็กไฟฟ้า (สายไฟรอบแกนเฟอร์โรแมกเนติก) แม่เหล็กเหล่านี้จะสร้างสนามแม่เหล็กที่แทรกซึมเข้าไปในแกนโรเตอร์และสร้างแรงบนขดลวดโรเตอร์ แกนของสเตเตอร์ประกอบด้วยแผ่นโลหะบางๆ ที่เป็นฉนวนจำนวนมากที่เรียกว่าแผ่นลามิเนต ซึ่งทำจากเหล็กไฟฟ้าที่มีคุณสมบัติ เช่น การซึมผ่าน ฮิสเทอรีซิส และความอิ่มตัว หากมีแกนแข็ง ก็จะเกิดกระแสน้ำวน แต่ผลกระทบนี้จะลดลงโดยการซ้อนแผ่นโลหะเข้าด้วยกัน สำหรับมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับที่จ่ายไฟจากไฟหลัก ตัวนำของขดลวดจะถูกชุบด้วยวานิชในสุญญากาศ ซึ่งจะช่วยขจัดการสั่นสะเทือนของสายไฟ ซึ่งมิฉะนั้นแล้ว ฉนวนจะลัดวงจรและลดอายุการใช้งานของมอเตอร์ มอเตอร์ที่หุ้มด้วยเรซิน ซึ่งใช้ในแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น ปั๊มจุ่มน้ำลึก เครื่องซักผ้า และเครื่องปรับอากาศ จะมีขดลวดของสเตเตอร์ที่หุ้มด้วยเรซินพลาสติกเพื่อป้องกันการกัดกร่อนและลดเสียงรบกวนจากการนำไฟฟ้า

กระดอง

อาร์เมเจอร์คือลวดที่พันรอบแกนแม่เหล็ก เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านลวด สนามแม่เหล็กจะออกแรง (แรงลอเรนซ์) ต่อลวด ซึ่งจะทำให้โรเตอร์หมุน ขดลวดเป็นขดลวดที่พันรอบแกนแม่เหล็กเหล็กอ่อนที่เคลือบหลายชั้น ซึ่งเมื่อได้รับพลังงานจากขั้วแม่เหล็ก

มอเตอร์มี 2 แบบ คือ มีและไม่มีขั้วแม่เหล็ก ในมอเตอร์แบบขั้วเกลือ แกนเฟอร์โรแมกเนติกของโรเตอร์และสเตเตอร์จะมีส่วนยื่นที่เรียกว่าขั้วที่หันเข้าหากัน ด้านล่างของหน้าขั้ว แต่ละขั้วจะมีขดลวด การไหลของกระแสไฟฟ้าในขดลวดเหล่านี้จะเปลี่ยนขั้วเหล่านี้ให้เป็นขั้วเหนือและขั้วใต้ ในมอเตอร์แบบขั้วไม่เอียง ซึ่งเรียกอีกอย่างว่ามอเตอร์แบบสนามกระจายหรือโรเตอร์วงกลม แกนเฟอร์โรแมกเนติกจะเป็นทรงกระบอกเรียบ ขดลวดกระจายอย่างสม่ำเสมอในช่องรอบเส้นรอบวง กระแสไฟฟ้าสลับในขดลวดจะสร้างขั้วแม่เหล็กที่หมุนอย่างต่อเนื่องในแกนกลาง มอเตอร์แบบขั้วแรเงาจะมีขดลวดรอบขั้วบางส่วน ซึ่งจะทำให้เฟสของสนามแม่เหล็กที่ขั้วนั้นล่าช้า

สับเปลี่ยน

คอมมิวเตเตอร์คือสวิตช์ไฟฟ้าแบบหมุนที่จ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับโรเตอร์ คอมมิวเตเตอร์จะย้อนกลับกระแสไฟฟ้าในขดลวดโรเตอร์เป็นระยะๆ ในขณะที่เพลาหมุน คอมมิวเตเตอร์มีลักษณะเป็นทรงกระบอกซึ่งมีส่วนสัมผัสโลหะหลายส่วนวางอยู่และจัดเรียงบนอาร์เมเจอร์ หน้าสัมผัสไฟฟ้าสองส่วนหรือมากกว่าที่เรียกว่า "แปรง" ทำจากวัสดุตัวนำอ่อน เช่น คาร์บอน กดลงบนหน้าคอมมิวเตเตอร์ ในระหว่างการหมุน คอมมิวเตเตอร์จะสร้างหน้าสัมผัสแบบเลื่อนกับส่วนคอมมิวเตเตอร์ที่ต่อเนื่องกันโดยแปรงเพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับโรเตอร์ โดยขดลวดจะเชื่อมต่อกับใบพัดของคอมมิวเตเตอร์ ทุกๆ ครึ่งรอบ (180°) ของคอมมิวเตเตอร์จะย้อนกลับทิศทางของกระแสไฟฟ้าในขดลวดโรเตอร์ ดังนั้น ทิศทางของแรงบิดที่ใช้กับโรเตอร์จะยังคงเหมือนเดิมเสมอ หากไม่มีการย้อนกลับนี้ ทิศทางของแรงบิดบนขดลวดโรเตอร์จะย้อนกลับทุกๆ ครึ่งรอบ ทำให้โรเตอร์หยุดทำงาน มอเตอร์แบบคอมมิวเตเตอร์ส่วนใหญ่ถูกแทนที่ด้วยมอเตอร์แบบไม่มีแปรงถ่าน มอเตอร์แม่เหล็กถาวร และมอเตอร์เหนี่ยวนำ

การจ่ายและควบคุมมอเตอร์

อุปทานมอเตอร์

ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น มอเตอร์ DC มักจะได้รับพลังงานจากคอมมิวเตเตอร์แบบวงแหวนเปิด-ปิด มอเตอร์ AC สามารถคอมมิวเตเตอร์ได้โดยใช้คอมมิวเตเตอร์แบบสลิปริงหรือคอมมิวเตเตอร์ภายนอก มอเตอร์ AC อาจเป็นแบบควบคุมความเร็วคงที่หรือแบบแปรผัน และสามารถเป็นแบบซิงโครนัสหรืออะซิงโครนัสก็ได้ มอเตอร์เอนกประสงค์สามารถทำงานบน AC หรือ DC ได้

ควบคุมมอเตอร์

มอเตอร์ DC ทำงานในช่วงความเร็วต่างๆ ด้วยการปรับแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับขั้วต่อ หรือด้วยการปรับความกว้างพัลส์ (PWM)

โดยทั่วไปมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับที่ทำงานด้วยความเร็วคงที่นั้นจะถูกขับเคลื่อนโดยตรงจากกริดหรือผ่านสตาร์ทเตอร์แบบนิ่มของมอเตอร์ ส่วนมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับที่ทำงานด้วยความเร็วหลายระดับนั้นจะถูกขับเคลื่อนด้วยอินเวอร์เตอร์ไฟฟ้า ไดรฟ์ความถี่แปรผัน หรือเทคโนโลยีคอมมิวเตเตอร์อิเล็กทรอนิกส์

คำว่าการสับเปลี่ยนทางอิเล็กทรอนิกส์มักเกี่ยวข้องกับมอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่านที่สับเปลี่ยนเองและการใช้งานมอเตอร์แบบฝืนสวิตช์

ครูใหญ่

มอเตอร์ไฟฟ้าอาศัยสนามแม่เหล็กในการทำงาน สนามแม่เหล็กสามารถสร้างขึ้นโดยแม่เหล็กหรือโดยการพันรอบแกนแม่เหล็ก ทฤษฎีเริ่มต้นด้วยการอธิบายแรงแม่เหล็กบนสายไฟที่นำกระแสไฟฟ้าซึ่งสัมผัสกับสนามแม่เหล็ก แม่เหล็กสร้างสนามแม่เหล็กระหว่างขั้ว N และ S เส้นสนามแม่เหล็กจะออกมาจากขั้ว N และเข้าสู่ขั้ว S สนามแม่เหล็กนี้คงที่ ไม่มีความผันผวนในสนามแม่เหล็ก และมีลักษณะเหมือนสนามแม่เหล็ก DC

เมื่อสายไฟที่มีกระแสไฟฟ้าไหลเข้าสู่สนามแม่เหล็ก สายไฟจะได้รับแรงแม่เหล็กและเคลื่อนที่ ขนาดของแรงแม่เหล็กขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์หลายประการที่จะกล่าวถึงในบทความนี้ ประการแรก แรงแม่เหล็กขึ้นอยู่กับกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านสายไฟ กล่าวคือ หากกระแสไฟฟ้าไหลผ่านสายไฟเป็นศูนย์ จะไม่มีแรงใด ๆ กระทำกับสายไฟในขณะที่แรงนั้นสัมพันธ์โดยตรงกับกระแสไฟฟ้า ดังนั้น จึงสามารถเขียนสมการต่อไปนี้ได้:

(1) ฟ ∝ ฉัน

โดยที่ F คือแรงแม่เหล็ก และ I คือกระแสในลวด พารามิเตอร์อื่นคือความยาวของลวดที่รับสนามแม่เหล็ก ความสัมพันธ์ระหว่างแรงแม่เหล็กกับความยาวของลวดที่สัมผัสก็เรียบง่ายเช่นกัน และสามารถเขียนได้ดังนี้:

(2). ฉ ∝ ล

โดยที่ l คือความยาวของลวด พารามิเตอร์สุดท้ายคือความแรงของสนามแม่เหล็กซึ่งมีความสัมพันธ์โดยตรงกับแรงแม่เหล็ก:

(3) ฟ ∝ บี

พารามิเตอร์ทั้งสามนี้จะกำหนดค่าสูงสุดของแรงแม่เหล็กเมื่อสนามแม่เหล็กตั้งฉากกับลวด ดังนั้น การเบี่ยงเบนจากตำแหน่งตั้งฉากใดๆ จะทำให้แรงที่กระทำกับลวดลดลง เนื่องจากหากตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งเบี่ยงเบน แรงแม่เหล็กก็จะไม่ถึงค่าสูงสุด สาเหตุก็คือมีมุมเกิดขึ้นระหว่างสนามแม่เหล็กกับกระแสไฟฟ้าในตัวนำ

เมื่อพิจารณาพารามิเตอร์ทั้งหมดแล้ว สามารถคำนวณแรงแม่เหล็กได้จากสมการต่อไปนี้:

(4) F=B·I·l·sinθ

แทนที่จะมีตัวนำหนึ่งตัวอยู่ระหว่างขั้วทั้งสอง เราจึงพิจารณาใช้ห่วง ห่วงสามารถมีรูปร่างใดก็ได้ แต่เพื่อให้เห็นภาพได้ง่ายขึ้น ให้ถือว่าห่วงเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า จากนั้นแต่ละด้านของห่วงจะรับกระแสไฟฟ้าและอยู่ภายใต้แรงแม่เหล็ก ทิศทางของแรงนั้นสามารถหาได้โดยใช้กฎมือซ้าย

ในกฎนี้ นิ้วหัวแม่มือจะขนานกับแรงแม่เหล็ก นิ้วชี้จะแสดงทิศทางของสนามแม่เหล็ก และนิ้วกลางจะแสดงทิศทางของกระแสไฟฟ้า นิ้วทั้งหมดนี้จะตั้งฉากกัน แรงแม่เหล็กจะเป็นศูนย์หากกระแสไฟฟ้าขนานกับสนามแม่เหล็กในสมการ 4 ดังนั้น แรงแม่เหล็กบน BC และ AD จะเป็นศูนย์

ที่นี่ มีเพียง AB และ CD เท่านั้นที่ถูกทำให้เป็นแม่เหล็ก เมื่อใช้กฎมือซ้ายกับเส้นทาง AB และ CD ทิศทางของแรงแม่เหล็กจะขึ้นสำหรับเส้นทาง AB และลงสำหรับเส้นทาง CD แรงทั้งสองนี้ในทิศทางตรงข้ามทำให้วงหมุน อย่างไรก็ตาม การหมุนไม่สามารถทำได้เนื่องจากทิศทางของกระแสไฟฟ้าในวงยังคงเหมือนเดิม กล่าวอีกนัยหนึ่ง เมื่อวงตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก วงจะอยู่ในตำแหน่งที่มีเสถียรภาพมากที่สุด แรงดึงขึ้นและลงจะหักล้างกัน ดังนั้นจึงไม่มีการเคลื่อนที่ของวงลวด สำหรับปัญหานี้ ทุกๆ ครึ่งรอบของการหมุน จะต้องย้อนกลับทิศทางของกระแสไฟฟ้าในวงลวดจึงจะหมุนได้ นอกจากนี้ ความเฉื่อยจะช่วยให้วงลวดหมุนต่อไปและผ่านตำแหน่งที่มีเสถียรภาพได้