Language
Country/Area
No result found
Bí ẩn của từ trường quay: Ai đã khám phá ra hiện tượng kỳ diệu này?
Từ trường quay (RMF) là từ trường được tạo ra bởi hệ thống các cuộn dây đối xứng được cung cấp năng lượng bởi dòng điện đa pha. Từ trường quay có thể được tạo ra bởi dòng điện đa pha (hai hoặc nhiều pha) hoặc, trong trường hợp dòng điện một pha, bởi hai cuộn dây được thiết kế có độ lệch pha. Hiện tượng này có nhiều ứng dụng, đặc biệt là trong lĩnh vực máy móc điện, chẳng hạn như động cơ cảm ứng, máy phát điện và bộ điều chỉnh cảm ứng.
Năm 1824, nhà vật lý người Pháp François Arago lần đầu tiên đề xuất sự tồn tại của từ trường quay trong một thí nghiệm sử dụng một đĩa đồng quay và một kim, mà ông gọi là "sự quay của Arago".
Lịch sử của từ trường quay có từ thế kỷ 19, khi một số nhà khoa học nghiên cứu hiện tượng này. Các nhà thí nghiệm người Anh Charles Babbage và John Herschel đã phát hiện ra rằng họ có thể khiến tấm đồng của Arago quay chỉ bằng cách quay một nam châm hình móng ngựa bên dưới nó. Sau đó, nhà khoa học người Anh Michael Faraday cho rằng hiện tượng này là do cảm ứng điện từ.
Năm 1879, nhà vật lý người Anh Walter Bailey đã trình diễn một động cơ cảm ứng thô sơ bằng cách thay thế nam châm hình móng ngựa bằng bốn nam châm điện và bật công tắc thủ công. Sự đổi mới này đã đặt nền tảng cho các nghiên cứu sau này về từ trường quay.
Khái niệm về từ trường quay trong động cơ AC đã được nhà vật lý và kỹ sư điện người Ý Galileo Ferraris và nhà phát minh người Mỹ gốc Serbia Nikola Tesla khám phá sâu rộng vào những năm 1780. Ferraris đã xây dựng một mô hình trình diễn giảng dạy vào năm 1885, mặc dù ông không công khai mô tả nguyên lý cho đến năm 1888. Tesla đã chế tạo thành công một nguyên mẫu vào năm 1887 và được cấp bằng sáng chế của Hoa Kỳ vào năm 1888.
Dựa trên nguyên lý từ trường quay của Ferrari, Friedrich August Hazelwand đã phát triển máy phát điện xoay chiều ba pha đầu tiên vào năm 1887. Sau đó, Mikhail Dolivo-Dobrovolsky đã phát triển nguồn điện ba pha đầu tiên bằng cách sử dụng máy phát điện Hazelwand, và vào năm 1891, ông đã xây dựng nhà máy điện ba pha đầu tiên trên thế giới tại Frankfurt, Đức.
Cách thức hoạt động của từ trường quay
Từ trường quay là nguyên lý chính đằng sau hoạt động của máy cảm ứng. Động cơ không đồng bộ bao gồm một stato và một rôto. Trong stato, các cuộn dây cố định được sắp xếp theo một cách cụ thể để từ trường do dòng điện hai pha tạo ra quay với vận tốc góc được xác định bởi tần số AC. Roto bao gồm các cuộn dây quấn dọc theo các khe, được nối ngắn mạch và dòng điện được tạo ra nhờ từ thông thay đổi do stato tạo ra.
Mặc dù chỉ cần hai cuộn dây lệch pha 90 độ để tạo ra từ trường quay đối xứng, nhưng trên thực tế, hầu như luôn cần ba bộ cuộn dây để tạo ra hệ thống dòng điện xoay chiều hình sin ba pha đối xứng. Độ lệch pha giữa ba bộ cuộn dây này là 120 độ. Trong trường hợp này, từ trường được coi như một hàm tuyến tính và ba sóng sin có độ lệch pha là 120 độ được áp dụng để tạo thành một vectơ quay có độ lớn không đổi.Đối với rôto, từ thông được tạo ra ban đầu sẽ phản ứng với các cực từ của stato, khiến rôto quay theo một hướng nhất định.
Trong từ trường quay này, rôto sẽ tiếp tục duy trì một từ trường không đổi và sẽ chuyển động đồng bộ với từ trường của stato. Khi một nam châm vĩnh cửu được đặt trong từ trường này, nó sẽ duy trì sự liên kết với từ trường bên ngoài. Hiệu ứng này đã được sử dụng từ rất sớm trong động cơ AC.
Ứng dụng và phát triển hiện đại
Ứng dụng của từ trường quay hiện không chỉ giới hạn ở động cơ điện. Động cơ cảm ứng ngày nay thường có rôto ngắn mạch thay vì nam châm, cho phép rôto đi theo từ trường quay của stato nhiều cuộn dây. Các cuộn dây ngắn mạch trên rôto của loại động cơ này tạo ra dòng điện xoáy trong từ trường quay của stato, từ đó tạo ra lực Lorentz để đẩy rôto. Thiết kế mang tính cách mạng này giúp động cơ từ trường quay hiện đại hiệu quả và đáng tin cậy hơn.
Mặc dù các nguyên lý của từ trường quay là vô tận và công nghệ vẫn tiếp tục phát triển, những người khám phá và đóng góp của họ cho lĩnh vực này vẫn còn đầy rẫy những cuộc thảo luận và tranh cãi. Khi nhìn lại lịch sử đầy đổi mới và nỗ lực này, chúng ta có thể xác định rõ ràng ai là người đầu tiên khám phá ra bí ẩn của từ trường quay không?
