NộI Dung
Từ cần cẩu đến thang máy, động cơ dòng điện một chiều (DC) đều ở xung quanh bạn. Giống như tất cả các động cơ, Động cơ DC chuyển đổi năng lượng điện thành một dạng năng lượng khác, điển hình là chuyển động cơ học như nâng trục thang máy. Bạn có thể mô tả lượng năng lượng mà chúng tạo ra bằng cách tính mô-men xoắn của các động cơ DC này, một thước đo lực quay.
Phương trình mô-men xoắn
Một động cơ mô-men xoắn DC hoạt động bằng cách truyền một dòng điện qua một cuộn dây trong từ trường. Cuộn dây được định hình trong một đường viền hình chữ nhật giữa hai nam châm với phần còn lại của cuộn dây kéo dài ra và ra khỏi nam châm. Mô-men xoắn là lực từ làm cho cuộn dây quay và tạo ra năng lượng.
Phương trình mô-men xoắn của thiết kế động cơ DC là mô-men xoắn = IBA_sin_θ cho mỗi vòng quay của động cơ với dòng điện Tôi trong ampe, từ trường B trong teslas, khu vực được vạch ra bởi cuộn dây Một tính bằng m2 và góc vuông góc với dây cuộn "theta" θ. Để sử dụng mô-men xoắn tính toán của các thiết kế động cơ DC, hãy đảm bảo bạn hiểu cách thức hoạt động của vật lý cơ bản.
Dòng điện mô tả dòng điện tích và bạn hướng nó theo hướng ngược lại với dòng điện tử theo đơn vị ampe (hoặc điện tích / thời gian). Từ trường mô tả xu hướng của một vật từ tính tác động một lực lên một hạt tích điện chuyển động bằng cách sử dụng các đơn vị teslas giống như cách điện trường mô tả lực sẽ ảnh hưởng đến một điện tích. Lực từ mô tả lực cơ bản này cho phép nam châm phát huy các tính chất như mô-men xoắn.
Thiết kế động cơ DC
Đối với động cơ một chiều, lực từ làm cho cuộn dây chuyển động, nhưng vì cuộn dây sẽ di chuyển qua lại vì hướng lực liên tục đảo ngược lên nó, động cơ DC sử dụng một cổ góp, một vật liệu vòng chia, để đảo ngược dòng điện và giữ cho cuộn dây quay theo một hướng.
Cổ góp sử dụng "bàn chải" vẫn tiếp xúc với dòng điện để đảo ngược hướng. Hầu hết các động cơ ngày nay tạo ra các bộ phận này của carbon và sử dụng các cơ cấu lò xo để liên tục đảo ngược hướng.
Bạn cũng có thể sử dụng quy tắc bàn tay phải để tính hướng của mô-men xoắn. Các quy tắc bàn tay phải là một cách để cho bạn biết hướng của một lực từ bằng tay phải của bạn. Nếu bạn mở rộng ngón cái, ngón trỏ và ngón giữa ra ngoài trên bàn tay phải, ngón cái sẽ tương ứng với hướng của dòng điện, ngón trỏ chỉ cho bạn hướng của từ trường và ngón giữa sẽ là hướng của lực từ.
Xuất phát phương trình mô-men xoắn
Bạn có thể rút ra phương trình mô-men xoắn từ phương trình Lorentz, F = qE + qv x B cho lực điện từ ĐỤ, điện trường E, sạc điện q, vận tốc của hạt tích điện v và từ trường B. Trong phương trình, x đề cập đến một sản phẩm chéo, sẽ được giải thích sau.
Coi dòng điện là dòng chuyển động, các hạt tích điện tạo ra lực từ từ trường. Điều đó cho phép bạn viết lại qv (có đơn vị khoảng cách / thời gian sạc) là sản phẩm của dòng điện tích và chiều dài của dây (cũng sẽ là đồng hồ tính cước / thời gian).
Bởi vì bạn chỉ làm việc với một lực từ, bạn có thể bỏ qua qE thành phần điện và viết lại phương trình như F = IL x B f_or I hiện tại và chiều dài của dây _L. Theo định nghĩa của một sản phẩm chéo, bạn có thể viết lại phương trình như F = I | L | | B | _sin_θ với các dòng xung quanh mỗi biến biểu thị giá trị tuyệt đối. Đối với động cơ DC, bạn có thể viết lại dưới dạng mô-men xoắn = IBA_sin_θ.
Để thực hiện tính toán mô-men xoắn trực tuyến, bạn có thể sử dụng máy tính trực tuyến cho các mục đích cụ thể của mình. jCalc.net cung cấp một đầu ra mô-men xoắn động cơ để đánh giá động cơ đầu vào tính bằng kW và tốc độ động cơ tính bằng RPM.