O princípio de operação e o dispositivo do motor elétrico

Qualquer motor elétrico é projetado para realizar trabalho mecânico devido ao consumo de eletricidade aplicada a ele, que geralmente é convertida em movimento rotativo. Embora na tecnologia existam modelos que criam imediatamente um movimento translacional do corpo de trabalho. Estes são chamados de motores lineares.

Nas instalações industriais, os motores elétricos acionam diversas máquinas de corte de metais e dispositivos mecânicos envolvidos no processo tecnológico de produção.

Dentro dos eletrodomésticos, motores elétricos fazem funcionar máquinas de lavar, aspiradores de pó, computadores, secadores de cabelo, brinquedos infantis, relógios e muitos outros dispositivos.

Processos físicos básicos e princípios de ação

Ao mover-se para dentro campo magnético As cargas elétricas, chamadas de correntes elétricas, sempre têm uma força mecânica que tende a desviar sua direção em um plano perpendicular à orientação das linhas do campo magnético.Quando uma corrente elétrica passa por um fio de metal ou por uma bobina feita dele, essa força tende a mover/girar cada fio condutor de corrente e toda a bobina como um todo.

A foto abaixo mostra uma armação de metal com corrente fluindo através dela. Um campo magnético aplicado a ele cria uma força F para cada ramo do quadro, o que cria um movimento rotacional.

Esta propriedade da interação da energia elétrica e magnética, baseada na criação de uma força eletromotriz em um circuito condutor fechado, é colocada em operação em todo motor elétrico. Seu projeto inclui:

• uma bobina através da qual uma corrente elétrica flui. É colocado em um núcleo de ancoragem especial e fixado em rolamentos rotativos para reduzir a resistência às forças de atrito. Esse projeto é chamado de rotor;

• estator, que cria um campo magnético, que com suas linhas de força penetra cargas elétricas que passam ao longo das voltas do enrolamento do rotor;

• carcaça para colocação do estator. Dentro do corpo são feitos assentos especiais, dentro dos quais são montadas as gaiolas externas dos mancais do rotor.

O design simplificado do motor elétrico mais simples pode ser representado por uma imagem da seguinte forma.

Quando o rotor gira, um torque é gerado, cuja potência depende do design geral do dispositivo, da quantidade de energia elétrica aplicada e de suas perdas durante as conversões.

A magnitude da máxima potência de torque possível do motor é sempre menor que a energia elétrica aplicada a ele. É caracterizada pelo valor da eficiência.

Tipos de motores elétricos

De acordo com o tipo de corrente que circula pelas bobinas, elas são divididas em motores CC ou CA.Cada um desses dois grupos tem um grande número de modificações usando diferentes processos tecnológicos.

motores DC

Eles têm um campo magnético do estator criado por um estacionário fixo imãs permanentes ou eletroímãs especiais com bobinas de excitação. A bobina da armadura é montada firmemente no eixo, que é fixado em rolamentos e pode girar livremente em torno de seu próprio eixo.

A estrutura básica de tal motor é mostrada na figura.

No núcleo da armadura, feita de materiais ferromagnéticos, existe uma bobina composta por duas partes conectadas em série, que são conectadas às placas coletoras condutoras em uma extremidade e conectadas entre si na outra. Duas escovas de grafite estão localizadas em extremidades diametralmente opostas da armadura e são pressionadas contra as almofadas de contato das placas coletoras.

Um potencial de fonte CC positivo é aplicado ao pincel padrão inferior e um potencial negativo ao superior. A direção da corrente que flui através da bobina é mostrada por uma seta vermelha tracejada.

A corrente faz com que o campo magnético tenha um polo norte na parte inferior esquerda da armadura e um polo sul na parte superior direita da armadura (regra do gimbal). Isso resulta em repulsão dos pólos do rotor dos estacionários de mesmo nome e atração para os pólos opostos do estator. Como resultado da força aplicada, ocorre um movimento rotacional, cuja direção é indicada por uma seta marrom.

Com mais rotação da armadura por inércia, os pólos são transferidos para outras placas coletoras. A direção da corrente neles é invertida. O rotor continua a girar ainda mais.

O design simples de tal dispositivo coletor leva a grandes perdas de energia elétrica.Esses motores funcionam em dispositivos de design simples ou brinquedos para crianças.

Os motores elétricos de corrente contínua envolvidos no processo de produção têm um design mais complexo:

• a bobina não é dividida em duas, mas em várias partes;

• cada seção da bobina é montada em seu próprio pólo;

• o dispositivo coletor é feito com um certo número de almofadas de contato de acordo com o número de enrolamentos.

Como resultado, uma conexão suave de cada pólo através de suas placas de contato com as escovas e a fonte de corrente é criada e as perdas de energia são reduzidas.

O dispositivo de tal âncora é mostrado na foto.

Nos motores DC, o sentido de rotação do rotor pode ser invertido. Para fazer isso, basta mudar o movimento da corrente na bobina para o oposto, alterando a polaridade na fonte.

motores CA

Eles diferem dos projetos anteriores porque a corrente elétrica que flui em sua bobina é descrita por lei harmônica senoidalmudando periodicamente sua direção (sinal). Para alimentá-los, a tensão é fornecida por geradores com sinais alternados.

O estator de tais motores é executado por um circuito magnético. É feito de placas ferromagnéticas com ranhuras nas quais as voltas da bobina são colocadas com uma configuração de armação (bobina).

Motores elétricos síncronos

A foto abaixo mostra o princípio de funcionamento de um motor CA monofásico com rotação síncrona dos campos eletromagnéticos do rotor e do estator.

Nas ranhuras do circuito magnético do estator em extremidades diametralmente opostas, são colocados fios de enrolamento, mostrados esquematicamente na forma de uma moldura através da qual flui uma corrente alternada.

Consideremos o caso do momento correspondente à passagem da parte positiva de sua meia-onda.

Nas células de rolamento, um rotor com um ímã permanente embutido gira livremente, no qual a «boca N» norte e a «boca S» sul do pólo são claramente definidas. Quando uma meia onda positiva de corrente flui através do enrolamento do estator, um campo magnético com os pólos «S st» e «N st» é criado nele.

Forças de interação surgem entre os campos magnéticos do rotor e do estator (com os pólos se repelindo e os pólos se atraindo) que tendem a virar a armadura do motor de qualquer posição ao extremo quando os pólos opostos estão localizados o mais próximo possível um do outro outro.

Se considerarmos o mesmo caso, mas no momento em que o oposto - uma meia onda negativa de corrente passa pelo fio da estrutura, a rotação da armadura ocorrerá na direção oposta.

Para garantir o movimento contínuo do rotor no estator, não é feita uma estrutura de enrolamento, mas um certo número deles, visto que cada um deles é alimentado por uma fonte de corrente separada.

Princípio de funcionamento de um motor CA trifásico com rotação síncrona, os campos eletromagnéticos do rotor e do estator são mostrados na figura a seguir.

Neste projeto, três bobinas A, B e C são montadas dentro do circuito magnético do estator, deslocadas em ângulos de 120 graus entre si. A bobina A é marcada em amarelo, B é verde e C é vermelha. Cada bobina é feita com os mesmos quadros do caso anterior.

Na imagem, em qualquer caso, a corrente flui através de apenas uma bobina no sentido direto ou reverso, o que é indicado pelos sinais «+» e «-«.

Quando a meia onda positiva passa pela fase A no sentido direto, o eixo do campo do rotor assume uma posição horizontal, porque os polos magnéticos do estator são formados neste plano e atraem a armadura móvel. Os polos opostos do rotor tendem a se aproximar dos polos do estator.

Quando a meia onda positiva entrar na fase C, a armadura girará 60 graus no sentido horário. Uma vez que a corrente é aplicada à fase B, ocorrerá uma rotação de armadura semelhante. Cada fluxo de corrente subsequente na próxima fase do próximo enrolamento girará o rotor.

Se uma tensão de rede trifásica deslocada em um ângulo de 120 graus for aplicada a cada enrolamento, correntes alternadas circularão neles, o que girará a armadura e criará sua rotação síncrona com o campo eletromagnético aplicado.

O mesmo projeto mecânico é usado com sucesso em um motor de passo trifásico… Somente em cada enrolamento por controle controlador especial (driver de motor de passo) Pulsos constantes são aplicados e removidos de acordo com o algoritmo descrito acima.

O seu arranque dá início a um movimento rotacional e a sua terminação num determinado ponto no tempo proporciona uma rotação medida do veio e uma paragem num ângulo programado para realizar determinadas operações tecnológicas.

Em ambos os sistemas trifásicos descritos, é possível alterar o sentido de rotação da armadura. Para isso, basta alterar a sequência das fases «A» — «B» — «C» para outra, por exemplo «A» — «C» — «B».

A velocidade do rotor é regulada pela duração do período T. Sua redução leva a uma aceleração da rotação.A magnitude da amplitude da corrente na fase depende da resistência interna do enrolamento e do valor da tensão aplicada a ele. Determina a quantidade de torque e potência do motor elétrico.

Motores assíncronos

Esses projetos de motores têm o mesmo circuito magnético do estator com enrolamentos como nos modelos monofásicos e trifásicos discutidos anteriormente. Eles recebem o nome da rotação assíncrona dos campos eletromagnéticos da armadura e do estator. Isso é feito melhorando a configuração do rotor.

Seu núcleo é feito de chapas de aço elétricas ranhuradas. Eles são equipados com condutores de corrente de alumínio ou cobre, que são fechados nas extremidades da armadura com anéis condutores.

Quando a tensão é aplicada aos enrolamentos do estator, uma corrente elétrica é induzida no enrolamento do rotor pela força eletromotriz e um campo magnético de armadura é criado. Quando esses campos eletromagnéticos interagem, o eixo do motor começa a girar.

Com esse projeto, o movimento do rotor só é possível após a ocorrência de um campo eletromagnético rotativo no estator e continua em modo assíncrono de operação com ele.

Os motores assíncronos são de projeto mais simples, portanto, mais baratos e amplamente utilizados em instalações industriais e eletrodomésticos.

Motor elétrico à prova de explosão ABB

Motores lineares

Muitos corpos de trabalho de mecanismos industriais executam movimentos alternativos ou translacionais em um plano, o que é necessário para a operação de máquinas de usinagem, veículos, golpes de martelo ao cravar estacas ...

Mover tal corpo de trabalho por meio de caixas de engrenagens, fusos de esferas, acionamentos por correia e dispositivos mecânicos similares de um motor elétrico rotativo complica o projeto. A solução técnica moderna para este problema é a operação de um motor elétrico linear.

Seu estator e rotor são alongados em forma de tiras, em vez de enrolados em anéis, como nos motores elétricos rotativos.

O princípio de operação é transmitir movimento linear alternativo ao rotor do rotor devido à transferência de energia eletromagnética de um estator estacionário com um circuito magnético aberto de um determinado comprimento. Um campo magnético de trabalho é criado dentro dele, ligando sequencialmente a corrente.

Atua no enrolamento da armadura com um coletor. As forças que surgem em tal motor movem o rotor apenas em uma direção linear ao longo dos elementos de guia.

Os motores lineares são projetados para operar em corrente contínua ou alternada e podem operar em modo síncrono ou assíncrono.

As desvantagens dos motores lineares são:

• a complexidade da tecnologia;

• Preço Alto;

• baixa eficiência energética.