1. Nguyên lý làm việc cơ bản của máy phát điện một chiều
Máy phát điện một chiều và động cơ điện một chiều có cấu tạo giống nhau, ngoại trừ việc máy phát điện một chiều được dẫn động và quay bởi động cơ chính (thường là động cơ xoay chiều) để tạo ra điện. Có thể xem nó là thiết bị biến đổi cơ năng thành năng lượng điện. Động cơ DC được kết nối với nguồn điện DC và điều khiển các máy móc hoạt động khác nhau (máy công cụ, máy bơm, xe điện, thiết bị cáp, v.v.) hoạt động. Nó là một thiết bị chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học. Tuy nhiên, đã có những bộ chỉnh lưu điều khiển bằng silicon đã thay thế máy phát điện một chiều. Để mọi người hiểu rõ hơn về động cơ điện một chiều, đồng thời cần nói đến nguyên lý hoạt động của máy phát điện một chiều.
Đầu tiên chúng ta hãy quan sát cách hoạt động của máy phát điện một chiều.
Như hình 1, bút vẽ A và B lần lượt tiếp xúc với hai vành nửa hình tròn. Tại thời điểm này, đầu ra giữa bàn chải A và B là dòng điện một chiều. Hãy cùng' xem xét chuyển động của cuộn dây giữa các cực từ tại thời điểm này. Qua hình 1 (a) có thể thấy rằng khi mặt ab của cuộn dây chuyển động ngược chiều kim đồng hồ trong phạm vi của cực N thì áp dụng quy tắc bàn tay phải của máy phát, và suất điện động sinh ra lúc này là từ b đến a. Lúc này, mặt cd của cuộn dây chuyển động ngược chiều kim đồng hồ trong khoảng của cực S. Theo quy tắc nắm tay phải của máy phát điện, có thể nhận biết chiều của suất điện động cảm ứng trong mặt cd là từ d đến c. Theo quan điểm của toàn bộ cuộn dây, chiều của suất điện động cảm ứng là dcba. Do đó, tấm đồng 1 và chổi A nối với đầu cuộn dây a đang có điện thế dương; còn tấm đồng 2 và chổi quét B nối với đầu d của cuộn dây đang ở hiệu điện thế âm. Nếu mắc mạch ngoài thì dòng điện từ chổi A qua tải sang chổi B tạo thành đường dẫn dòng điện kín với cuộn dây.
Khi mặt ab của cuộn dây quay đến dải cực S thì mặt cd quay đến dải cực N (Hình 1, b). Xét theo quy tắc nắm tay phải, bạn có thể biết rằng chiều của suất điện động tạo ra ở mặt cd của cuộn dây là từ c sang d, và mặt ab quay về phía phạm vi của cực S, nơi có chiều của suất điện động lực có giá trị từ a đến b. Vì chổi than không chuyển động trong không gian nên tấm đồng 2 nối với đầu cuộn dây d tiếp xúc với chổi A thì điện thế của nó vẫn dương. Tấm đồng 1 nối với đầu cuộn dây a tiếp xúc với chổi than B thì điện thế của nó vẫn âm. Khi bật mạch ngoài, dòng điện vẫn chạy từ chổi A sang chổi B qua tải, tạo thành đường dẫn dòng điện kín với cuộn dây. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng lúc này dòng điện trong cuộn dây đã bị đổi chiều.
Có thể thấy rằng khi cuộn dây quay liên tục, mặc dù mặt của cuộn dây tiếp xúc với hai chổi than không ngừng thay đổi nhưng chổi A luôn ở thế dương, chổi B luôn ở thế âm. Do đó, hai chổi vẽ ra suất điện động có phương không đổi thì trên tải thu được điện áp và cường độ dòng điện có phương không đổi. Nói cách khác, mặc dù chiều của suất điện động cảm ứng trong cuộn dây abcd không ngừng thay đổi nhưng chổi A luôn tiếp xúc với mặt bên của cuộn dây trong khoảng cực N, chổi B luôn tiếp xúc với mặt bên của cuộn dây trong phạm vi của S cực. Tiếp xúc, phân cực của chúng luôn luôn giống nhau. Kết quả là dòng điện xoay chiều trong cuộn dây trở thành dòng điện một chiều ở mạch ngoài sau khi được chỉnh lưu bởi tấm đồng và chổi than. Hai tấm đồng hình bán nguyệt này được gọi là tấm cổ góp, và chúng kết hợp với nhau được gọi là cổ góp.
2. Nguyên lý làm việc cơ bản của động cơ điện một chiều
Nguyên lý hoạt động của máy phát điện một chiều đã được thảo luận ở trên, bây giờ hãy' thảo luận về cách hoạt động của động cơ điện một chiều.
Nếu rôto của động cơ điện một chiều không được dẫn động bởi động cơ chính, và các chổi A và B của nó được nối với nguồn điện một chiều có hiệu điện thế U (như hình 2), điều gì sẽ xảy ra? Qua hình vẽ có thể thấy chổi A là điện thế dương, B là điện thế âm, dòng điện trong dây dẫn ab ở cực N chạy từ a đến b và dòng điện trong dây dẫn cd ở cực S. phạm vi chảy từ c đến d. Như đã đề cập trước đó, các vật dẫn mang dòng điện chịu tác dụng của lực điện từ trong từ trường. Do đó, cả hai vật dẫn ab và cd đều chịu tác dụng của lực điện từ Fde. Theo chiều của từ trường và chiều của dòng điện trong dây dẫn, dùng quy tắc bàn tay trái của động cơ để phán đoán, chiều của lực tác dụng lên mặt ab là sang trái và chiều của lực cd là bên phải. Vì từ trường đều và dòng điện chạy trong dây dẫn như nhau nên lực điện từ trên mặt ab và mặt cd là như nhau. Bằng cách này, cuộn dây chịu tác dụng của lực điện từ và quay theo chiều ngược chiều kim đồng hồ. Khi cuộn dây quay ra mặt trung tính của cực từ thì cường độ dòng điện trong cuộn dây bằng 0, lực điện từ bằng không, nhưng do tác dụng của quán tính nên cuộn dây tiếp tục quay. Sau khi cuộn dây được quay một nửa, mặc dù vị trí của ab và cd thay đổi, ab quay về cực S và cd quay về dải cực N, nhưng do tác dụng của cổ góp và chổi quét nên nó quay về phía N. cực Chiều của dòng điện trong cực cd của cd cũng thay đổi, từ d sang c, và dòng điện trong bên ab dưới cực S là từ b sang a. Do đó, chiều của lực điện từ Fđc không đổi, và cuộn dây vẫn cưỡng bức quay ngược chiều kim đồng hồ. Có thể thấy rằng chiều của dòng điện trong các dây dẫn tương ứng trong các dãy cực N và S luôn giống nhau. Do đó, chiều lực tác dụng lên hai mặt của cuộn dây cũng không đổi. Bằng cách này, cuộn dây có thể liên tục quay theo hướng lực. Ngoài ra, thông qua việc truyền các bánh răng hoặc dây đai và các cơ cấu khác, máy móc làm việc khác có thể được truyền động.
Từ phân tích trên, chúng ta có thể thấy rằng để làm cho cuộn dây quay theo một chiều nhất định, vấn đề mấu chốt là khi dây dẫn chuyển từ dải cực từ này sang dải cực từ ngược lại khác (nghĩa là sau khi dây dẫn đi qua trung tính. bề mặt), dòng điện trong dây dẫn Đồng thời, chiều phải được thay đổi. Cổ góp và chổi quét là những thiết bị hoàn thành nhiệm vụ này. Trong máy phát điện một chiều, nhiệm vụ của cổ góp và chổi than là biến đổi dòng điện xoay chiều trong cuộn dây thành dòng điện một chiều đưa ra bên ngoài; trong động cơ điện một chiều, cổ góp và chổi than được sử dụng để chuyển đổi dòng điện một chiều đầu vào vào cuộn dây. Dòng điện xoay chiều. Có thể thấy cổ góp và chổi than là những bộ phận quan trọng không thể thiếu trong động cơ điện một chiều.
Tất nhiên, trong động cơ điện một chiều thực tế không chỉ có một cuộn dây mà có nhiều cuộn dây được gắn chặt vào khe lõi rôto. Khi dòng điện đi qua dây dẫn và quay do lực trong từ trường, nó sẽ truyền động cho toàn bộ rôto. Quay. Đây là nguyên lý làm việc cơ bản của động cơ điện một chiều.
So sánh nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều và động cơ điện một chiều, có thể thấy dạng năng lượng đầu vào và đầu ra của chúng là khác nhau. Như đã đề cập trước đây, máy phát điện một chiều được điều khiển bởi động cơ chính, đầu vào là năng lượng cơ học và đầu ra là năng lượng điện; động cơ điện một chiều được cung cấp bởi nguồn điện một chiều, đầu vào là năng lượng điện và đầu ra là năng lượng cơ học.
Có hai loại động cơ xoay chiều phổ biến là động cơ đồng bộ và động cơ không đồng bộ, trong đó động cơ không đồng bộ được sử dụng phổ biến hơn
Lấy ví dụ về động cơ không đồng bộ lồng sóc: stato được cấp dòng điện xoay chiều ba pha để tạo ra từ trường quay. Từ trường cắt rôto, trong cuộn dây rôto lồng sóc xuất hiện dòng điện, dòng điện cảm ứng lại tạo thành từ trường. Có một lực tương hỗ giữa từ trường quay của stato và từ trường do rôto xác lập nên động cơ quay. Tốc độ quay của rôto luôn nhỏ hơn tốc độ đồng bộ của từ trường stato.
Động cơ đồng bộ xoay chiều: Dòng điện xoay chiều ba pha được đưa vào stato để thiết lập từ trường quay; Yêu cầu kích thích một chiều trên rôto để thiết lập từ trường. Từ trường rôto nhận tác dụng của từ trường đồng bộ stato và quay với tốc độ đồng bộ.