El principi de funcionament i el dispositiu del motor elèctric

Qualsevol motor elèctric està dissenyat per realitzar un treball mecànic a causa del consum d'electricitat que se li aplica, que normalment es converteix en moviment rotatiu. Encara que en tecnologia hi ha models que de seguida creen un moviment de translació del cos de treball. Aquests s'anomenen motors lineals.

A les instal·lacions industrials, els motors elèctrics accionen diverses màquines de tall de metalls i dispositius mecànics implicats en el procés de producció tecnològica.

Dins dels electrodomèstics, els motors elèctrics fan servir rentadores, aspiradores, ordinadors, assecadors de cabells, joguines per a nens, rellotges i molts altres dispositius.

Processos físics bàsics i principi d'acció

Quan es mou dins camp magnètic les càrregues elèctriques, que s'anomenen corrents elèctrics, tenen sempre una força mecànica que tendeix a desviar la seva direcció en un pla perpendicular a l'orientació de les línies del camp magnètic.Quan un corrent elèctric travessa un cable metàl·lic o una bobina feta d'ell, aquesta força tendeix a moure/girar cada fil conductor de corrent i tota la bobina en conjunt.

La foto següent mostra un marc metàl·lic amb corrent que hi circula. Un camp magnètic aplicat crea una força F per a cada branca del marc, que crea un moviment de rotació.

Aquesta propietat de la interacció de l'energia elèctrica i magnètica, basada en la creació d'una força electromotriu en un bucle conductor tancat, es posa en funcionament a cada motor elèctric. El seu disseny inclou:

• una bobina per on circula un corrent elèctric. Es col·loca sobre un nucli d'ancoratge especial i es fixa en coixinets rotatius per reduir la resistència a les forces de fricció. Aquest disseny s'anomena rotor;

• estator, que crea un camp magnètic, que amb les seves línies de força penetra les càrregues elèctriques que passen al llarg de les espires del bobinatge del rotor;

• carcassa per col·locar l'estator. A l'interior del cos es fabriquen seients especials, dins dels quals es munten les gàbies exteriors dels coixinets del rotor.

El disseny simplificat del motor elèctric més senzill es pot representar amb una imatge de la forma següent.

Quan el rotor gira, es genera un parell, la potència del qual depèn del disseny general del dispositiu, la quantitat d'energia elèctrica aplicada i les seves pèrdues durant les conversions.

La magnitud de la potència màxima de parell possible del motor és sempre inferior a l'energia elèctrica que se li aplica. Es caracteritza pel valor d'eficiència.

Tipus de motors elèctrics

Segons el tipus de corrent que circula per les bobines, es divideixen en motors de corrent continu o de corrent alterna.Cadascun d'aquests dos grups té un gran nombre de modificacions mitjançant processos tecnològics diferents.

Motors de corrent continu

Tenen un camp magnètic estator creat per un estacionari fix imants permanents o electroimants especials amb bobines d'excitació. La bobina de l'induït està fermament muntada a l'eix, que es fixa en coixinets i pot girar lliurement al voltant del seu propi eix.

L'estructura bàsica d'aquest motor es mostra a la figura.

Al nucli de l'induït, fet de materials ferromagnètics, hi ha una bobina formada per dues parts connectades en sèrie, que estan connectades a les plaques col·lectores conductores en un extrem i connectades entre si a l'altre. Dos raspalls de grafit es troben als extrems diametralment oposats de l'armadura i es pressionen contra els coixinets de contacte de les plaques col·lectores.

S'aplica un potencial de font de corrent continu positiu al raspall del patró inferior i un potencial negatiu al superior. La direcció del corrent que flueix per la bobina es mostra amb una fletxa vermella discontínua.

El corrent fa que el camp magnètic tingui un pol nord a la part inferior esquerra de l'induït i un pol sud a la part superior dreta de l'induït (regla del cardan). Això provoca la repulsió dels pols del rotor dels estacionaris del mateix nom i l'atracció cap als pols oposats de l'estator. Com a resultat de la força aplicada, es produeix un moviment de rotació, la direcció del qual s'indica amb una fletxa marró.

Amb una rotació addicional de l'induït per inèrcia, els pols es transfereixen a altres plaques col·lectores. El sentit del corrent en ells s'inverteix. El rotor continua girant encara més.

El disseny senzill d'aquest dispositiu col·lector provoca grans pèrdues d'energia elèctrica.Aquests motors funcionen en dispositius de disseny senzill o joguines per a nens.

Els motors elèctrics de corrent continu implicats en el procés de producció tenen un disseny més complex:

• la bobina no es divideix en dues, sinó en diverses parts;

• cada secció de la bobina està muntada al seu propi pal;

• el dispositiu col·lector es fa amb un nombre determinat de coixinets de contacte segons el nombre de bobinatges.

Com a resultat, es crea una connexió suau de cada pol a través de les seves plaques de contacte amb els raspalls i la font de corrent i es redueixen les pèrdues d'energia.

El dispositiu d'aquesta àncora es mostra a la foto.

En els motors de corrent continu, el sentit de gir del rotor es pot invertir. Per fer-ho, n'hi ha prou amb canviar el moviment del corrent a la bobina al contrari canviant la polaritat a la font.

motors de corrent altern

Es diferencien dels dissenys anteriors perquè es descriu el corrent elèctric que flueix a la seva bobina llei harmònica sinusoïdalcanviant periòdicament la seva direcció (signe). Per alimentar-los, la tensió es subministra des de generadors amb senyals alternatius.

L'estator d'aquests motors es realitza mitjançant un circuit magnètic. Està fet de plaques ferromagnètiques amb solcs en les quals es col·loquen les espires de la bobina amb una configuració de bastidor (bobina).

Motors elèctrics síncrons

La foto següent mostra el principi de funcionament d'un motor de CA monofàsic amb rotació síncrona dels camps electromagnètics del rotor i l'estator.

A les ranures del circuit magnètic de l'estator als extrems diametralment oposats, es col·loquen cables de bobinat, que es mostren esquemàticament en forma de marc a través del qual flueix un corrent altern.

Considerem el cas del moment en el temps corresponent al pas de la part positiva de la seva mitja ona.

A les cèl·lules del coixinet, un rotor amb un imant permanent incorporat gira lliurement, en el qual es defineixen clarament la «boca N» nord i la «boca S» sud del pol. Quan una mitja ona positiva de corrent flueix a través del bobinatge de l'estator, es crea un camp magnètic amb pols "S st" i "N st".

Les forces d'interacció sorgeixen entre els camps magnètics del rotor i l'estator (amb els pols repel·lents i a diferència dels pols que s'atrauen) que tendeixen a fer girar l'induït del motor des de qualsevol posició fins a l'extrem quan els pols oposats estan situats el més a prop possible entre si. un altre.

Si considerem el mateix cas, però en el moment en què el contrari, una mitja ona negativa de corrent travessa el cable del marc, la rotació de l'induït es produirà en la direcció oposada.

Per garantir el moviment continu del rotor a l'estator, no es fa un marc de bobinat, sinó un nombre determinat d'ells, atès que cadascun d'ells està alimentat per una font de corrent independent.

Principi de funcionament d'un motor de CA trifàsic amb rotació síncrona, els camps electromagnètics del rotor i l'estator es mostren a la imatge següent.

En aquest disseny, tres bobines A, B i C estan muntades dins del circuit magnètic de l'estator, compensades per angles de 120 graus entre si. La bobina A està marcada amb groc, B és verda i C és vermella. Cada bobina està feta amb els mateixos marcs que en el cas anterior.

A la imatge, en qualsevol cas, el corrent flueix només per una bobina en sentit avançat o invers, que s'indica amb els signes «+» i «-«.

Quan la mitja ona positiva passa per la fase A en direcció cap endavant, l'eix del camp del rotor pren una posició horitzontal, perquè els pols magnètics de l'estator es formen en aquest pla i atrauen l'induït mòbil. Els pols oposats del rotor tendeixen a apropar-se als pols de l'estator.

Quan la mitja ona positiva entra a la fase C, l'armadura girarà 60 graus en sentit horari. Un cop s'aplica corrent a la fase B, es produirà una rotació de l'induït similar. Cada flux de corrent posterior a la fase següent del següent bobinatge farà girar el rotor.

Si s'aplica una tensió de xarxa trifàsica desplaçada en un angle de 120 graus a cada bobinatge, hi circularan corrents alterns, que faran girar l'induït i crearan la seva rotació síncrona amb el camp electromagnètic aplicat.

El mateix disseny mecànic s'utilitza amb èxit en un motor pas a pas trifàsic... Només en cada bobinatge per control controlador especial (controlador de motor pas a pas) S'apliquen i s'eliminen polsos constants segons l'algorisme descrit anteriorment.

La seva posada en marxa inicia un moviment de rotació, i la seva terminació en un moment determinat proporciona una rotació mesurada de l'eix i una parada en un angle programat per realitzar determinades operacions tecnològiques.

En els dos sistemes trifàsics descrits, és possible canviar el sentit de gir de l'induït. Per fer-ho, només cal canviar la seqüència de fases «A» — «B» — «C» a una altra, per exemple «A» — «C» — «B».

La velocitat del rotor està regulada per la durada del període T. La seva reducció comporta una acceleració de la rotació.La magnitud de l'amplitud del corrent en la fase depèn de la resistència interna del bobinatge i del valor de la tensió aplicada a ell. Determina la quantitat de parell i potència del motor elèctric.

Motors asíncrons

Aquests dissenys de motor tenen el mateix circuit magnètic d'estator amb bobinatges que en els models monofàsics i trifàsics comentats anteriorment. Reben el seu nom de la rotació asíncrona dels camps electromagnètics de l'induït i de l'estator. Això es fa millorant la configuració del rotor.

El seu nucli està fet de plaques d'acer elèctric acanalades. Estan equipats amb conductors de corrent d'alumini o coure, que es tanquen als extrems de l'induït amb anells conductors.

Quan s'aplica tensió als bobinats de l'estator, s'indueix un corrent elèctric al bobinat del rotor per força electromotriu i es crea un camp magnètic de l'induït. Quan aquests camps electromagnètics interactuen, l'eix del motor comença a girar.

Amb aquest disseny, el moviment del rotor només és possible després de l'aparició d'un camp electromagnètic giratori a l'estator i continua en un mode de funcionament asíncron amb ell.

Els motors asíncrons tenen un disseny més senzill, per tant, són més econòmics i són molt utilitzats en instal·lacions industrials i electrodomèstics.

Motor elèctric a prova d'explosió ABB

Motors lineals

Molts cossos de treball de mecanismes industrials realitzen moviments alternatius o translacionals en un pla, que és necessari per al funcionament de màquines de metall, vehicles, cops de martell quan es condueixen piles...

Moure aquest cos de treball mitjançant caixes de canvis, cargols de boles, accionaments per corretja i dispositius mecànics similars des d'un motor elèctric rotatiu complica el disseny. La solució tècnica moderna a aquest problema és el funcionament d'un motor elèctric lineal.

El seu estator i rotor són allargats en forma de tires, en lloc d'enrotllar-se en anells, com en els motors elèctrics rotatius.

El principi de funcionament és impartir un moviment lineal alternatiu al rotor del corredor a causa de la transferència d'energia electromagnètica des d'un estator estacionari amb un circuit magnètic obert d'una certa longitud. En el seu interior es crea un camp magnètic de treball activant el corrent seqüencialment.

Actua sobre el bobinat de l'induït amb un col·lector. Les forces que sorgeixen en aquest motor mouen el rotor només en una direcció lineal al llarg dels elements de guia.

Els motors lineals estan dissenyats per funcionar amb corrent continu o corrent altern i poden funcionar en mode síncron o asíncron.

Els desavantatges dels motors lineals són:

• la complexitat de la tecnologia;

• preu alt;

• baixa eficiència energètica.