És difícil ni tan sols imaginar com seria el món modern sense un motor elèctric de corrent continu (i un de corrent alterna, per cert). Qualsevol mecanisme modern està equipat amb un motor elèctric. Pot tenir una finalitat diferent, però la seva presència, per regla general, és fonamental. S'espera que en un futur proper el paper del motor de corrent continu només augmentarà. Ja avui, sense aquest dispositiu, és impossible crear equips d' alta qualitat, fiables i silenciosos amb velocitats ajustables. Però aquesta és la clau per al desenvolupament de l'estat i de l'economia mundial en conjunt.
De la història del motor de corrent continu
Durant els experiments l'any 1821, el famós científic Faraday va descobrir accidentalment que d'alguna manera un imant i un conductor portador de correntinflueixen mútuament. En particular, un imant permanent pot provocar la rotació d'un circuit conductor de corrent simple. Els resultats d'aquests experiments es van utilitzar per a més investigacions.
Ja l'any 1833, Thomas Davenport va crear una maqueta de tren amb un petit motor elèctric capaç de conduir-lo.
El 1838, es va construir un vaixell de passatgers per a 12 seients a l'Imperi Rus. Quan aquest vaixell de motor elèctric va anar a contracorrent al llarg del Neva, va provocar una autèntica explosió d'emocions a la comunitat científica i no només.
Com funciona un motor de corrent continu
Si mireu la feina de manera superficial, com fan a l'escola a les classes de física, pot semblar que no hi ha absolutament res complicat. Però això només és a primera vista. De fet, la ciència de l'accionament elèctric és una de les més difícils del cicle de les disciplines tècniques. Durant el funcionament d'un motor elèctric, es produeixen una sèrie de fenòmens físics complexos, que encara no s'entenen del tot i que s'expliquen mitjançant diverses hipòtesis i supòsits.
En una versió simplificada, el principi de funcionament d'un motor de corrent continu es pot descriure de la següent manera. Es col·loca un conductor en un camp magnètic i hi passa un corrent. A més, si tenim en compte la secció transversal del conductor, llavors sorgeixen cercles concèntrics de força invisible al seu voltant: aquest és un camp magnètic format pel corrent al conductor. Com ja s'ha dit, aquests camps magnètics són invisibles per a l'ull humà. Però hi ha un truc senzill que permet observar-los visualment. La manera més senzilla és fer un forat a la fusta contraxapada o un full gruixut de paper per on passar el cable. En aquest cas, la superfície propera al forat s'ha de cobrir amb una fina capa de pols de metall magnètic finament dispers (també es pot utilitzar serradures fina). Quan el circuit està tancat, les partícules de pols s'alineen en la forma del camp magnètic.
En realitat, el principi de funcionament d'un motor de corrent continu es basa en aquest fenomen. Un conductor de corrent es col·loca entre els pols nord i sud d'un imant en forma d'U. Com a resultat de la interacció dels camps magnètics, el cable es posa en moviment. La direcció del moviment depèn de com es col·loquen els pals i es pot determinar amb precisió mitjançant l'anomenada regla del gimlet.
Intensitat d'amperes
La força que empeny un conductor que transporta corrent fora del camp d'un imant permanent s'anomena força d'Ampère, en honor d'un famós investigador dels fenòmens elèctrics. La unitat de corrent també porta el seu nom.
Per trobar el valor numèric d'aquesta força, heu de multiplicar el corrent en el conductor considerat per la seva longitud i per la magnitud (vector) del camp magnètic.
La fórmula tindrà aquest aspecte:
F=IBL.
Model del motor més senzill
En termes generals, per construir el motor més primitiu, cal col·locar un marc de material conductor (filferro) en un camp magnètic i alimentar-lo amb corrent. El marc girarà fins a un angle determinat i s'aturarà. Aquesta posició sobre l'argot dels especialistes enl'àrea de l'accionament elèctric s'anomena "mort". El motiu de l'aturada és que els camps magnètics estan, per dir-ho així, compensats. En altres paraules, això passa quan la força resultant esdevé igual a zero. Per tant, el dispositiu de motor de corrent continu no inclou un, sinó diversos marcs. En una unitat industrial real (que està instal·lada en un equip), hi pot haver molts, moltíssims circuits elementals. Així, quan les forces s'equilibren en un fotograma, l' altre fotograma el treu de l'"estupor".
Característiques del dispositiu de motors de diferent potència
Fins i tot una persona que estigui lluny del món de l'enginyeria elèctrica s'adonarà immediatament que sense una font de camp magnètic constant, simplement no hi ha cap qüestió de cap motor elèctric de corrent continu. S'utilitzen una varietat de dispositius com a fonts.
Per als motors de corrent continu de baixa potència (12 volts o menys), un imant permanent és la solució ideal. Però aquesta opció no és adequada per a unitats de gran potència i mida: els imants seran massa cars i pesats. Per tant, per als motors de corrent continu de 220 V o més, és més convenient utilitzar un inductor (bobinat de camp). Perquè l'inductor es converteixi en una font de camp magnètic, ha d'estar alimentat.
Disseny de motor elèctric
En general, el disseny de qualsevol motor de corrent continu inclou els elements següents:col·lector, estator i induït.
L'induït serveix com a element de suport per al bobinatge del motor. Es compon de fines làmines d'acer amb finalitat elèctrica amb solcs al voltant del perímetre per a la col·locació del cable. El material de fabricació en aquest cas és molt important. Com ja s'ha dit, s'utilitza acer elèctric. Aquest grau de material es caracteritza per una gran mida i suavitat del gra cultivat artificialment (com a resultat del baix contingut de carboni). A més, tota l'estructura està formada per làmines fines i aïllades. Tot això no permet que es produeixin corrents paràsits i evita el sobreescalfament de l'induït.
L'estator és una peça fixa. Fa el paper de l'imant comentat anteriorment. Per demostrar el funcionament d'un model de motor al laboratori, per a la claredat i una millor comprensió dels principis, s'utilitza un estator de dos pols. Els motors industrials reals utilitzen dispositius amb un gran nombre de parells de pols.
Un col·lector és un interruptor (connector) que subministra corrent als circuits de bobinatge d'un motor de corrent continu. La seva presència és estrictament necessària. Sense ell, el motor funcionarà de forma brusca, no sense problemes.
Varietats de motors
No hi ha cap motor universal que s'utilitzi en absolutament totes les branques de la tecnologia i de l'economia nacional i compleixi tots els requisits en matèria de seguretat i fiabilitat durant el funcionament.
Has de tenir molta cura a l'hora de triar un motor de corrent continu. La reparació és extremadament difícil i costosaun procediment que només pot ser realitzat per personal degudament qualificat. I si el disseny i les capacitats del motor no compleixen els requisits, es gastaran fons importants en reparacions.
Hi ha quatre tipus principals de motors de corrent continu: motors de corrent continu amb raspall, inversor, unipolar i universal. Cadascun d'aquests tipus té les seves pròpies qualitats positives i negatives. S'ha de fer una breu descripció de cadascun d'ells.
motors de CC raspalls
Hi ha un gran nombre de maneres possibles d'implementar motors d'aquest tipus: un col·lector i un nombre parell de circuits, diversos col·lectors i diversos circuits de bobinat, tres col·lectors i el mateix nombre de voltes de bobinat, quatre col·lectors i dos spires sinuoses, quatre col·lectors i quatre circuits a l'ancoratge i, finalment, vuit col·lectors amb un ancoratge sense marc.
Aquest tipus de motor es caracteritza per la simplicitat comparativa d'execució i producció. És per aquest motiu que s'ha conegut com un motor universal, l'aplicació del qual és molt àmplia: des de cotxes de joguina radiocontrolats fins a màquines eina CNC molt complexes i d' alta tecnologia fabricades a Alemanya o Japó.
Sobre els motors inversors
En general, aquest tipus de motor és molt semblant al col·lector i té els mateixos avantatges i inconvenients. L'única diferència està en el mecanisme de llançament: és mésperfecte, que us permet invertir fàcilment la velocitat i ajustar la velocitat del rotor. Així, el rendiment d'aquest tipus de motor de corrent continu és superior als motors de col·lectors en una sèrie de paràmetres.
Però si hi ha un guany en alguna cosa, en algunes coses hi haurà una pèrdua. Aquesta és una llei innegable de l'univers. Així doncs, en aquest cas: la superioritat la proporciona una tècnica força complexa i capriciosa, que sovint falla. Segons especialistes experimentats, la reparació de motors de corrent continu tipus inversor és bastant difícil de dur a terme. De vegades, fins i tot els electricistes experimentats no poden diagnosticar un mal funcionament del sistema.
Característiques dels motors de corrent continu unipolar
El principi de funcionament segueix sent el mateix i es basa en la interacció dels camps magnètics del conductor amb el corrent i l'imant. Però el conductor actual no és un fil, sinó un disc que gira sobre un eix. El corrent es subministra de la següent manera: un contacte es tanca sobre l'eix metàl·lic i l' altre, a través de l'anomenat raspall, connecta la vora del cercle metàl·lic. Aquest motor, com es pot veure, té un disseny força complex i, per tant, sovint falla. L'aplicació principal és la investigació científica en el camp de la física de l'electricitat i l'accionament elèctric.
Característiques dels motors de commutador universal
En principi, aquest tipus de motor no porta res de nou. Però té una característica molt important: la capacitat de treballar comde la xarxa de corrent continu i de la xarxa de corrent alterna. De vegades, aquesta propietat pot estalviar diners importants en la reparació i la modernització d'equips.
La freqüència de corrent altern està estrictament regulada i és de 50 Hz. En altres paraules, la direcció del moviment de les partícules carregades negativament canvia 50 vegades per segon. Alguns creuen erròniament que el rotor d'un motor elèctric també ha de canviar la direcció de gir (en sentit horari - en sentit contrari) 50 vegades per segon. Si això fos cert, qualsevol aplicació útil dels motors elèctrics de CA estaria fora de qüestió. Què passa en realitat: el corrent de l'induït i els bobinatges de l'estator es sincronitza mitjançant els condensadors més senzills. I per tant, quan la direcció del corrent al bastidor de l'induït canvia, la seva direcció a l'estator també canvia. Així, el rotor gira constantment en una direcció.
Lamentablement, l'eficiència d'aquest tipus de motor de corrent continu és molt inferior a la dels motors inversor i unipolars. Per tant, el seu ús es limita a zones força estretes, on cal obtenir la màxima fiabilitat a qualsevol preu, sense tenir en compte els costos operatius (per exemple, l'enginyeria militar).
Clàusules finals
La tecnologia no s'atura, i avui en dia moltes escoles científiques d'arreu del món competeixen entre elles i s'esforcen per crear un motor barat i econòmic amb gran eficiència i rendiment. La potència dels motors elèctrics de corrent continu creix d'any en any, mentre que la sevaconsum d'energia.
Els científics prediuen que el futur vindrà determinat pels equips elèctrics i que l'era del petroli s'acabarà aviat.
