Nguyên lý chuyển đổi năng lượng trong động cơ điện

Nguyên lý chuyển đổi năng lượng của động cơ điện đề cập đến cơ chế cốt lõi của nó là chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học, dựa trên định luật cảm ứng điện từ và lực điện từ (Định luật Ampe)

Cụ thể, động cơ thực hiện chuyển đổi năng lượng thông qua tương tác điện từ giữa stato và rôto: cuộn dây stato sau khi được cấp điện tạo ra một từ trường, từ trường này tương tác với dòng điện trong dây dẫn rôto để tạo ra lực điện từ (lực Lorentz), từ đó hình thành mô men quay làm quay rôto và cuối cùng chuyển đổi năng lượng điện đầu vào thành động năng cơ học.

 

Nguyên lý cơ bản của chuyển đổi năng lượng trong động cơ điện

Cảm ứng điện từ và lực điện từ: Khi dòng điện đi qua dây dẫn của động cơ (chẳng hạn như cuộn dây stato), một từ trường được tạo ra xung quanh nó; Từ trường tương tác với dòng điện trong rôto và theo định luật lực của Ampe, dây dẫn chịu một lực làm cho rôto quay

Đường chuyển đổi năng lượng: Sau khi năng lượng điện được đưa vào động cơ, nó được chuyển thành chuyển động quay của rôto (cơ năng) thông qua cảm ứng điện từ và lực điện từ, làm cho tải bên ngoài hoạt động

Cấu tạo chính: Động cơ có cấu tạo chủ yếu gồm một stato (bộ phận cố định, tạo ra từ trường) và một rôto (bộ phận quay, mang dòng điện). Một số động cơ còn bao gồm bộ chuyển mạch (động cơ DC) hoặc bộ biến tần (động cơ AC) để duy trì mô-men xoắn một chiều.

 

Phân loại và đặc tính làm việc của động cơ

Động cơ điện có thể được chia thành động cơ DC và động cơ AC theo nguồn điện của chúng. Trong số đó, động cơ xoay chiều được sử dụng rộng rãi hơn trong các hệ thống điện, bao gồm động cơ đồng bộ và động cơ không đồng bộ (động cơ không đồng bộ có tốc độ rôto không đồng bộ với tốc độ từ trường stato)

6. Từ trường quay của động cơ xoay chiều được tạo ra bởi dòng điện ba pha cân bằng-đi qua cuộn dây stato có độ lệch không gian là 120 độ,

Trong đó, (omega=2 \\ pi f) là tần số góc, (f) là tần số nguồn, (p) là logarit của các cực và tốc độ đồng bộ (n0=60f/p)

7. Tốc độ rôto của động cơ không đồng bộ (n=(1- s) n0) luôn chậm hơn tốc độ đồng bộ, mang lại khả năng khởi động mềm tự nhiên do đặc tính "không đồng bộ" của nó

 

Bối cảnh lịch sử và ứng dụng

Nguyên lý hoạt động của động cơ điện bắt nguồn từ hiệu ứng từ trường dòng điện được Auster phát hiện vào năm 1820, sau đó Faraday phát minh ra thiết bị động cơ điện đầu tiên vào năm 1821.

6. Động cơ hiện đại đã được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, giao thông vận tải và thiết bị gia dụng và hiệu suất chuyển đổi năng lượng của chúng phụ thuộc vào loại, thiết kế và điều kiện sử dụng. Ví dụ, động cơ AC thường hiệu quả hơn động cơ DC

1. Với sự phát triển của khoa học vật liệu và công nghệ điều khiển, động cơ đang phát triển theo hướng mật độ năng lượng và trí thông minh cao hơn

Động cơ điện sử dụng nguyên lý lực tác dụng lên một dây dẫn nhiễm điện trong từ trường (khác với tác dụng từ của dòng điện, và Nhà xuất bản Giáo dục Nhân dân hiện hành đã phân biệt rõ ràng hai điều này). Việc phát hiện ra nguyên lý này được thực hiện bởi nhà vật lý người Đan Mạch Oster, sinh ngày 14 tháng 8 năm 1777, trong một gia đình dược sĩ ở Rudjobin, đảo Langlong. Năm 1794, ông được nhận vào Đại học Copenhagen và lấy bằng tiến sĩ năm 1799. Từ 1801 đến 1803, ông đến thăm các nước như Đức và Pháp và gặp gỡ nhiều nhà vật lý và hóa học. Từ năm 1806, ông giữ chức giáo sư vật lý tại Đại học Copenhagen và từ năm 1815, ông trở thành Thư ký điều hành của Hiệp hội Hoàng gia Đan Mạch. Năm 1820, ông được trao Huân chương Copley của Hiệp hội Hoàng gia Anh vì phát hiện xuất sắc về hiệu ứng từ của dòng điện.

Từ năm 1829, ông giữ chức vụ trưởng Viện Công nghệ Copenhagen. Ông qua đời vào ngày 9 tháng 3 năm 1851 tại Copenhagen. Ông đã tiến hành nghiên cứu sâu rộng về vật lý, hóa học và triết học. Do ảnh hưởng của triết học Kant và triết học tự nhiên của Schelling, tôi tin chắc rằng các lực tự nhiên có thể chuyển hóa lẫn nhau và từ lâu đã khám phá ra mối liên hệ giữa điện và từ. Vào tháng 4 năm 1820, tác dụng của dòng điện lên kim từ, cụ thể là tác dụng từ của dòng điện, cuối cùng đã được phát hiện. Vào ngày 21 tháng 7 cùng năm, ông công bố phát hiện của mình với tựa đề "Thí nghiệm về hiệu ứng xung đột điện trên kim từ tính". Bài viết ngắn này đã gây ra một cú sốc lớn trong cộng đồng vật lý châu Âu, dẫn đến sự xuất hiện của một số lượng lớn các kết quả thực nghiệm và từ đó mở ra một lĩnh vực vật lý mới - điện từ.

Phân loại kết cấu

1, Cấu trúc của động cơ không đồng bộ ba pha bao gồm stato, rôto và các phụ kiện khác.

(1) Stator (bộ phận đứng yên)

1. Lõi sắt Stator

Chức năng: Là một phần của mạch từ động cơ và trên đó đặt cuộn dây stato.

Cấu tạo: Lõi stato thường được chế tạo bằng cách đục lỗ và cán các tấm thép silicon với các lớp cách nhiệt trên bề mặt dày 0,35 ~ 0,5 mm. Có các rãnh phân bố đều được đục lỗ ở vòng trong của lõi để gắn cuộn dây stato.

Có một số loại rãnh lõi stato:

Khe nửa kín: Hiệu suất và hệ số công suất của động cơ cao nhưng việc nhúng cuộn dây và cách điện rất khó khăn. Thường được sử dụng trong động cơ điện áp thấp{1}}nhỏ.

Khe nửa mở: có khả năng nhúng các cuộn dây đúc, thường được sử dụng cho động cơ điện áp thấp-cỡ lớn và trung bình. Cái gọi là-cuộn dây định hình dùng để chỉ cuộn dây có thể được cách điện trước khi được đặt vào khe.

Khe hở: dùng để nhúng các cuộn dây đúc sẵn, với phương pháp cách điện tiện lợi, chủ yếu được sử dụng trong-động cơ điện áp cao.

 

2. Cuộn dây stato

Chức năng: Đây là phần mạch của động cơ điện, được cung cấp nguồn điện xoay chiều ba pha{0}}để tạo ra từ trường quay.

Cấu tạo: Gồm ba cuộn dây giống hệt nhau được bố trí đối xứng theo một góc điện 120 độ trong không gian, mỗi cuộn dây của các cuộn dây này được gắn theo một khuôn mẫu nhất định trong mỗi rãnh của stato.

Có ba hạng mục cách điện chính cho cuộn dây stato: (đảm bảo cách điện đáng tin cậy giữa các bộ phận dẫn điện của cuộn dây và lõi sắt, cũng như cách điện đáng tin cậy giữa chính các cuộn dây).

⑴ Cách điện nối đất: Lớp cách điện giữa toàn bộ cuộn dây stato và lõi stato.

⑵ Cách điện giữa các pha: Cách điện giữa các cuộn dây stato của từng pha.

⑶ Cách điện xen kẽ: Cách điện giữa các vòng dây của mỗi cuộn dây stato từng pha.

Đấu dây bên trong hộp nối động cơ:

Có một khối đầu cuối bên trong hộp nối động cơ và sáu đầu dây của cuộn dây ba pha -được sắp xếp thành hai hàng, với hàng trên gồm ba cực đầu cực được sắp xếp từ trái sang phải được đánh số 1 (U1), 2 (V1) và 3 (W1) và hàng dưới gồm ba cực đầu cực được sắp xếp từ trái sang phải được đánh số 6 (W2), 4 (U2) và 5 (V2). Nối cuộn dây ba pha theo kiểu nối sao hoặc tam giác. Tất cả việc sản xuất và bảo trì phải được sắp xếp theo số sê-ri này.

 

3. Đế máy

Chức năng: Cố định lõi stato và các nắp phía trước và phía sau để hỗ trợ rôto, đồng thời bảo vệ, tản nhiệt và các chức năng khác.

Cấu tạo: Chân đế thường được làm bằng gang. Đế của động cơ không đồng bộ lớn thường được hàn bằng các tấm thép, trong khi đế của động cơ siêu nhỏ được làm bằng nhôm đúc. Động cơ kèm theo có các gân tản nhiệt ở bên ngoài đế giúp tăng diện tích tản nhiệt, đồng thời động cơ bảo vệ có các lỗ thông gió ở hai đầu của nắp đế cho phép đối lưu trực tiếp không khí bên trong và bên ngoài động cơ, tạo điều kiện tản nhiệt.