มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงเป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล ประกอบด้วย ขดลวดทองแดงเคลือบน้ำยา ที่พันรอบแกนสี่เหลี่ยมซึ่งติดอยู่กับแกนหมุนในสนามแม่เหล็ก ปลายทั้งสองของขดลวดต่อกับขั้วของแบตเตอรี่ เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวด ขดลวดจะเกิดโมเมนต์ของแรงคู่ควบกระทำให้ขดลวดหมุนรอบแกนหมุน

พิจารณาขดลวด ABCD ขณะที่ระนาบของขดลวดวางตัวขนานกับสนามแม่เหล็ก โดยลวด AB อยู่ใกล้ขั้วเหนือ และ CD อยู่ใกล้ขั้วใต้ โมเมนต์ของแรงคู่ควบที่เกิดขึ้นจะหมุนขดลวดทวนเข็มนาฬิกา เมื่อขดลวดหมุนไป ¼ รอบ หรือ 90 องศา ขณะนี้ระนาบของขดลวดจะตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก  แรงที่กระทำต่อขดลวดจะอยู่ในแนวขนานกับระนาบ ABCD และผ่านแกนหมุน โมเมนต์ของแรงคู่ควบที่กระทำต่อขดลวดจึงมีค่าเป็นศูนย์ แต่ขดลวดจะหมุนไปอีกเล็กน้อยอันเป็นผลเนื่องจากความเฉื่อยของขดลวด และโมเมนต์ของแรงคู่ควบก็จะเพิ่มค่าจนระนาบของขดลวดขนานกับสนามแม่เหล็กอีกครั้ง โมเมนต์ของแรงคู่ควบที่เกิดขึ้น จะทำให้ขดลวดหมุนตามเข็มนาฬิกา นั่นคือขดลวดจะหมุนจนระนาบขดลวดขนานสนามแม่เหล็กอีก

เพื่อให้ขดลวดหมุนอย่างเดียวต่อเนื่องทิศเดียว จึงมีอุปกรณ์สำหรับเปลี่ยนทิศของกระแสไฟฟ้าในขดลวด ประกอบด้วย ตัวทำสลับที่ หรือคอมมิวเทเตอร์ (commutator) และ แปรง (brush) คอมมิวเทเตอร์ทำด้วยโลหะตัวนำรูปทรงกระบอกผ่าซีก วางสัมผัสปลายของตัวนำที่เรียกว่า แปรง สังเกตการหมุนของขดลวด ขณะเกิดกระแสไฟฟ้าผ่านแปรงและคอมมิวเทเตอร์ ได้ดังนี้

จากรูป กระแสไฟฟ้าในขดลวดผ่านตามแนว ABCD ทำให้เกิดโมเมนต์ของแรงคู่ควบหมุนขดลวดตามเข็มนาฬิกา เมื่อขดลวดหมุนไปจนระนาบของขดลวดตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก ความเฉื่อยจะทำให้ขดลวดหมุนต่อไปอีกเล็กน้อย มีผลทำให้แปรง P และ Q เปลี่ยนตำแหน่งจาก x และ y ไปสัมผัสกับคอมมิวเทเตอร์ y และ x ตามลำดับ ทำให้กระแสไฟฟ้าในขดลวดมีทิศตามแนว DCBA โมเมนต์แรงคู่ควบที่เกิดขึ้นตอนนี้จะทำให้ขดลวดหมุนในทางเดิมต่อไป เพราะทิศของกระแสไฟฟ้าในขดลวดเปลี่ยนทุกครั้งที่ระนาบขดลวดตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก ดังนั้น ขดลวดจึงหมุนทางเดียวตลอดเวลา

จะเห็นว่า มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงนี้มีขดลวดเพียงระนาบเดียว จึงใช้คอมพิวเตอร์ 1 คู่ ถ้าพิจารณาในขณะที่ระนาบของขดลวดตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก โมเมนต์ของแรงคู่ควบจะมีค่าเป็นศูนย์ (ตามสมการ (18) เพราะ cos 90^o = 0) แต่ขดลวดจะหมุนไปได้อีก เนื่องจากความเฉื่อย ดังนั้น ในตำแหน่งที่ระนาบของขดลวดตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กจึงเป็นตำแหน่งที่มอเตอร์โมเมนต์กระทำน้อยที่สุด ดังนั้น เพื่อให้โมเมนต์ของแรงคู่ควบที่กระทำต่อขดลวดมีค่ามากขึ้น จึงต้องเพิ่มขดลวดในระนาบอื่นอีก โดยอาจใช้ตั้งแต่ 3 ระนาบขึ้นไป 

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงถูกนำไปใช้ทำให้เกิดการเคลื่อนที่หรือหมุนของอุปกรณ์ในเครื่องยนต์ เครื่องมือและเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ เช่น ชิ้นส่วนในของเล่นเด็ก ตัวหมุนเทปในเครื่องบันทึกเสียง ตัวหมุนเครื่องยนต์ของรถเมื่อเริ่มสตาร์ท เป็นต้น