มอเตอร์ไฟฟ้า คืออะไร และทำงานอย่างไร

มอเตอร์ไฟฟ้าถูกใช้ตลอดเวลาเพื่อจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ที่เราใช้ทุกวัน ไม่ว่าจะเป็นมอเตอร์พัดลมที่ทำให้คุณเย็นสบายในวันที่อากาศร้อน หรือมอเตอร์ในเครื่องเป่าใบไม้ และรถยนต์ไฟฟ้าหากไม่มีมอเตอร์ไฟฟ้าโลกก็จะเป็นสถานที่ที่แตกต่างไปจากเดิมมากมอเตอร์ไฟฟ้า คืออะไรมอเตอร์ไฟฟ้าคือเครื่องจักรที่สามารถเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล (โดยเฉพาะพลังงานจลน์ หรือพลังงานของการเคลื่อนที่) โดยทั่วไปสามารถทำได้โดยการใช้ประโยชน์จากความสัมพันธ์ระหว่างไฟฟ้าและแม่เหล็ก มอเตอร์ไฟฟ้าอาจใช้พลังงานจากกระแสไฟฟ้ากระแสสลับเช่นที่ไหลจากเต้ารับที่ผนังของคุณหรือกระแสไฟฟ้ากระแสตรงเช่นแบตเตอรี่ที่จ่ายให้มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการเปลี่ยนไฟฟ้าเป็นพลังงานกลตรงข้ามกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า มอเตอร์ไฟฟ้าทำงานโดยใช้หลักการของแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งแสดงให้เห็นว่ามีการใช้แรงเมื่อมีกระแสไฟฟ้าอยู่ในสนามแม่เหล็ก แรงนี้จะสร้างแรงบิดบนวงลวดที่มีอยู่ในสนามแม่เหล็กซึ่งทำให้มอเตอร์หมุน และทำงานที่เป็นประโยชน์ มอเตอร์ถูกใช้ในการใช้งานที่หลากหลายเช่นพัดลมเครื่องมือไฟฟ้าเครื่องใช้ไฟฟ้ารถยนต์ไฟฟ้าและรถยนต์ไฮบริด … อ่านต่อ คลิกเลยมอเตอร์ไฟฟ้า คืออะไร และทำงานอย่างไร

มอเตอร์ไฟฟ้าถูกใช้ตลอดเวลาเพื่อจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ที่เราใช้ทุกวัน ไม่ว่าจะเป็นมอเตอร์พัดลมที่ทำให้คุณเย็นสบายในวันที่อากาศร้อน หรือมอเตอร์ในเครื่องเป่าใบไม้ และรถยนต์ไฟฟ้าหากไม่มีมอเตอร์ไฟฟ้าโลกก็จะเป็นสถานที่ที่แตกต่างไปจากเดิมมาก

มอเตอร์ไฟฟ้า คืออะไร

มอเตอร์ไฟฟ้าคือเครื่องจักรที่สามารถเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล (โดยเฉพาะพลังงานจลน์ หรือพลังงานของการเคลื่อนที่) โดยทั่วไปสามารถทำได้โดยการใช้ประโยชน์จากความสัมพันธ์ระหว่างไฟฟ้าและแม่เหล็ก มอเตอร์ไฟฟ้าอาจใช้พลังงานจากกระแสไฟฟ้ากระแสสลับเช่นที่ไหลจากเต้ารับที่ผนังของคุณหรือกระแสไฟฟ้ากระแสตรงเช่นแบตเตอรี่ที่จ่ายให้

มอเตอร์ไฟฟ้า
ส่วนประกอบมอเตอร์ไฟฟ้า

มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการเปลี่ยนไฟฟ้าเป็นพลังงานกลตรงข้ามกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า มอเตอร์ไฟฟ้าทำงานโดยใช้หลักการของแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งแสดงให้เห็นว่ามีการใช้แรงเมื่อมีกระแสไฟฟ้าอยู่ในสนามแม่เหล็ก แรงนี้จะสร้างแรงบิดบนวงลวดที่มีอยู่ในสนามแม่เหล็กซึ่งทำให้มอเตอร์หมุน และทำงานที่เป็นประโยชน์ มอเตอร์ถูกใช้ในการใช้งานที่หลากหลายเช่นพัดลมเครื่องมือไฟฟ้าเครื่องใช้ไฟฟ้ารถยนต์ไฟฟ้าและรถยนต์ไฮบริด


มอเตอร์ไฟฟ้า ทำงานอย่างไรในทางทฤษฎี

ความเชื่อมโยงระหว่างไฟฟ้าแม่เหล็ก และการเคลื่อนไหวถูกค้นพบในปี 1820 โดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส André-Marie Ampère (1775–1867) และเป็นวิทยาศาสตร์พื้นฐานที่อยู่เบื้องหลังมอเตอร์ไฟฟ้า แต่ถ้าเราต้องการเปลี่ยนการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่น่าทึ่งนี้ให้กลายเป็นเทคโนโลยีที่ใช้งานได้จริงมากขึ้นเพื่อขับเคลื่อนเครื่องตัดหญ้า และแปรงสีฟันไฟฟ้าของเรา ต้องดำเนินการต่อไปอีกเล็กน้อย นักประดิษฐ์ที่ทำเช่นนั้นคือชาวอังกฤษ Michael Faraday (1791–1867) และ William Sturgeon (1783–1850) และ American Joseph Henry (1797–1878) นี่คือวิธีที่พวกเขามาถึงสิ่งประดิษฐ์ที่ยอดเยี่ยมของพวกเขา 

มอเตอร์ไฟฟ้า
การทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้า

สมมติว่าเรางอลวดของเราให้เป็นห่วงรูปตัวยูที่มีรูปทรงสี่เหลี่ยมจัตุรัส ดังนั้นจึงมีสายขนานสองเส้นที่วิ่งผ่านสนามแม่เหล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพ หนึ่งในนั้นนำกระแสไฟฟ้าออกไปจากเราผ่านสายไฟ และอีกสายหนึ่งนำกระแสไฟฟ้ากลับมาอีกครั้ง เนื่องจากกระแสไฟฟ้าไหลไปในทิศทางตรงกันข้ามในสายไฟกฎมือซ้ายของเฟลมมิงบอกเราว่าสายไฟทั้งสองจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามกัน กล่าวอีกนัยหนึ่งคือเมื่อเราเปิดไฟฟ้าสายไฟเส้นหนึ่งจะเลื่อนขึ้นด้านบนและอีกเส้นหนึ่งจะเลื่อนลง  

ถ้าขดลวดเคลื่อนที่ได้เช่นนี้มันจะหมุนไปเรื่อยๆ และเราก็จะสามารถสร้างมอเตอร์ไฟฟ้าได้ แต่นั่นไม่สามารถเกิดขึ้นได้กับการตั้งค่าปัจจุบันของเรา สายไฟจะพันกันอย่างรวดเร็ว ไม่เพียงแค่นั้น แต่ถ้าขดลวดหมุนได้ไกลพอจะมีสิ่งอื่นเกิดขึ้น เมื่อขดลวดมาถึงตำแหน่งแนวตั้งมันจะพลิกกลับดังนั้นกระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านมันในทางตรงกันข้าม ตอนนี้แรงในแต่ละด้านของขดลวดจะย้อนกลับ แทนที่จะหมุนไปในทิศทางเดียวกันอย่างต่อเนื่องมันจะกลับไปในทิศทางที่เพิ่งมา ลองนึกภาพรถไฟฟ้าที่มีมอเตอร์แบบนี้มันจะสับไปข้างหลัง และไปข้างหน้าโดยที่ไม่เคยไปไหนเลย

มอเตอร์ไฟฟ้า ทำงานอย่างไรในทางปฏิบัติ  

การใช้กระแสไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่กลับทิศทางเป็นระยะซึ่งเรียกว่ากระแสสลับ (AC) ในมอเตอร์ขนาดเล็กที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ที่เราใช้ในบ้านวิธีแก้ปัญหาที่ดีกว่าคือ การเพิ่มส่วนประกอบที่เรียกว่าคอมมิวเตเตอร์ที่ปลายขดลวด (อย่ากังวลกับชื่อทางเทคนิคที่ไม่มีความหมายคำว่า “การเปลี่ยนเส้นทาง” ที่ล้าสมัยเล็กน้อยนี้คล้ายกับคำว่า “การเดินทาง” เพียง แต่หมายถึงการเปลี่ยนไปมาในลักษณะเดียวกับการเดินทางที่หมายถึงการเดินทางไปมา .) ในรูปแบบที่ง่ายที่สุดคอมมิวเตเตอร์คือ วงแหวนโลหะที่แบ่งออกเป็นสองส่วนแยกกัน และหน้าที่ของมันคือ การย้อนกระแสไฟฟ้าในขดลวดทุกครั้งที่ขดลวดหมุนผ่านครึ่งรอบ ปลายด้านหนึ่งของขดลวดติดอยู่กับครึ่งหนึ่งของสับเปลี่ยน กระแสไฟฟ้าจากแบตเตอรี่เชื่อมต่อกับขั้วไฟฟ้าของมอเตอร์ สิ่งเหล่านี้ป้อนพลังงานไฟฟ้าเข้าสู่เครื่องสับเปลี่ยนผ่านขั้วต่อแบบหลวมๆ ที่เรียกว่าแปรงซึ่งทำจากกราไฟต์ (คาร์บอนอ่อนคล้ายกับดินสอ “ตะกั่ว”) หรือความยาวบางๆ ของโลหะสปริงซึ่ง (ตามชื่อที่แนะนำ) “แปรง” กับ สับเปลี่ยน เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านวงจรขดลวดจะหมุนไปในทิศทางเดียวกันอย่างต่อเนื่อง 

มอเตอร์ไฟฟ้า
สเตเตอร์จะมีขดลวดทองแดงสำหรับเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล

มอเตอร์ทดลองที่เรียบง่ายเช่นนี้ไม่สามารถใช้พลังงานได้มากนัก เราสามารถเพิ่มแรงหมุน (หรือแรงบิด) ที่มอเตอร์สามารถสร้างได้สามวิธี เราสามารถมีแม่เหล็กถาวรที่ทรงพลังมากขึ้นหรือเราสามารถเพิ่มกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านลวดหรือเราสามารถสร้างขดลวดให้มี “เทิร์น” (ลูป) จำนวนมากของลวดที่บางมากแทนที่จะเป็นลวดหนา “เทิร์น” หนึ่งเส้น ในทางปฏิบัติมอเตอร์ยังมีแม่เหล็กถาวรที่โค้งเป็นรูปวงกลมดังนั้นมันจึงเกือบจะสัมผัสกับขดลวดที่หมุนอยู่ภายใน ยิ่งแม่เหล็กและขดลวดอยู่ใกล้กันมากเท่าไหร่แรงที่มอเตอร์สามารถผลิตได้ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น
แม้ว่าผมจะอธิบายถึงชิ้นส่วนต่างๆมากมาย แต่คุณสามารถคิดว่ามอเตอร์มีส่วนประกอบที่จำเป็นเพียงสองส่วน
– มีแม่เหล็กถาวร (หรือแม่เหล็ก) อยู่รอบๆ ขอบของเคสมอเตอร์ซึ่งยังคงอยู่นิ่งดังนั้นจึงเรียกว่า สเตเตอร์ ของมอเตอร์
– ภายในสเตเตอร์มีขดลวดซึ่งติดตั้งอยู่บนเพลาที่หมุนไปรอบๆ ด้วยความเร็วสูง และสิ่งนี้เรียกว่าโรเตอร์  โรเตอร์ยังรวมถึงตัวสับเปลี่ยน

มอเตอร์มีชิ้นส่วนการทำงานที่แตกต่างกันมากมายเพื่อให้สามารถหมุนได้อย่างต่อเนื่อง โดยให้กำลังไฟฟ้าตามต้องการ มอเตอร์สามารถทำงานโดยใช้กระแสตรง (DC) หรือกระแสสลับ (AC) และทั้งสองอย่างมีประโยชน์ และข้อเสีย สำหรับวัตถุประสงค์ของบทความนี้จะมีการวิเคราะห์มอเตอร์ไฟฟ้า ชิ้นส่วนหลักของมอเตอร์กระแสตรงประกอบด้วย
สเตเตอร์: สเตเตอร์หรือตัวอยู่กับที่ ส่วนที่อยู่กับที่ของมอเตอร์โดยเฉพาะแม่เหล็ก มักใช้แม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อให้มีพลังงานมากขึ้น
โรเตอร์: ขดลวดที่ติดตั้งบนเพลา และหมุนด้วยความเร็วสูงให้พลังงานกลในการหมุนแก่ระบบ
ตัวสับเปลี่ยน: ส่วนประกอบนี้เป็นกุญแจสำคัญในมอเตอร์กระแสตรง หากไม่มีโรเตอร์จะไม่สามารถหมุนได้อย่างต่อเนื่อง เนื่องจากแรงต่อต้านที่สร้างขึ้นโดยกระแสไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลง คอมมิวเตเตอร์ช่วยให้โรเตอร์หมุนโดยการย้อนกลับของกระแสทุกครั้งที่ขดลวดหมุนครึ่งรอบ
แหล่งพลังงาน: จ่ายแรงเคลื่อนไฟฟ้าซึ่งทำให้กระแสไหลในระบบ
แปรงถ่าน: สิ่งเหล่านี้เชื่อมต่อกับขั้วของแหล่งจ่ายไฟทำให้พลังงานไฟฟ้าไหลเข้าสู่ตัวสับเปลี่ยน

มอเตอร์ไฟฟ้า
แปรงถ่าน (Carbon Brush)

มอเตอร์ไฟฟ้าชนิดอื่นๆ

ในมอเตอร์กระแสตรงและมอเตอร์สากลแบบธรรมดาโรเตอร์จะหมุนภายในสเตเตอร์ โรเตอร์เป็นขดลวดที่เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟและสเตเตอร์เป็นแม่เหล็กถาวรหรือ แม่เหล็กไฟฟ้า มอเตอร์กระแสสลับขนาดใหญ่ ใช้ในสิ่งต่างๆเช่นเครื่องจักรในโรงงาน ทำงานในลักษณะที่แตกต่างกันเล็กน้อยพวกมันส่งกระแสสลับผ่านแม่เหล็กคู่ตรงข้าม เพื่อสร้างสนามแม่เหล็กหมุนซึ่ง “เหนี่ยวนำ” สร้างสนามแม่เหล็กในโรเตอร์ของมอเตอร์ทำให้เกิด หมุนไปรอบๆ คุณสามารถอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ได้ในบทความของเราเกี่ยวกับมอเตอร์เหนี่ยวนำกระแสสลับ หากคุณใช้มอเตอร์เหนี่ยวนำตัวใดตัวหนึ่งเหล่านี้และ “แกะ” ออกดังนั้นสเตเตอร์จึงถูกจัดวางอย่างมีประสิทธิภาพในรางที่ต่อเนื่องกันเป็นเวลานานโรเตอร์สามารถหมุนเป็นเส้นตรงได้ การออกแบบอันชาญฉลาดนี้เรียกว่ามอเตอร์เชิงเส้น และคุณจะพบได้ในเครื่องจักรโรงงานและรางรถไฟ “maglev” การลอยแม่เหล็ก แบบลอยตัว

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *