¿Dónde se utilizan los motores de CC? Motores DC y sus aplicaciones.

El motor eléctrico es un invento invaluable del hombre. Gracias a este dispositivo, nuestra civilización ha avanzado mucho en los últimos cientos de años. Esto es tan importante que el principio de funcionamiento de un motor eléctrico se estudia en la escuela. La rotación circular del eje motor eléctrico se transforma fácilmente en todos los demás tipos de movimiento. Por tanto, cualquier máquina diseñada para facilitar la mano de obra y reducir el tiempo de fabricación de productos puede adaptarse para realizar muchas tareas. ¿Cuál es el principio de funcionamiento de un motor eléctrico, cómo funciona y cuál es su estructura? Todo esto se describe claramente en el artículo presentado.

¿Cómo funciona un motor de CC?

La gran mayoría de las máquinas eléctricas funcionan según el principio de atracción y repulsión magnética. Si colocas un cable entre los polos norte y sur de un imán y pasas una corriente a través de él, será expulsado. ¿Cómo es esto posible? El hecho es que al pasar a través de un conductor, la corriente forma un campo magnético circular a su alrededor a lo largo de todo el cable. La dirección de este campo está determinada por la regla del gimlet (tornillo). Cuando el campo circular de un conductor interactúa con el campo uniforme de un imán, entre los polos el campo magnético se debilita por un lado y se fortalece por el otro. Es decir, el medio se vuelve elástico y la fuerza resultante empuja el cable fuera del campo del imán en un ángulo de 90 grados en la dirección determinada por la regla de la mano izquierda (la regla de la mano derecha se usa para los generadores, y la regla de la mano izquierda se usa para los generadores, y la regla de la mano izquierda se usa para los generadores). La regla manual es adecuada sólo para motores). Esta fuerza se llama “Amperio” y su magnitud está determinada por la ley de Amperio F=BxIxL, donde B es el valor de la inducción magnética del campo; I es la corriente que circula en el conductor; L - longitud del cable.

Este fenómeno se utilizó como principio de funcionamiento básico de los primeros motores eléctricos y el mismo principio se sigue utilizando en la actualidad. Los motores de CC de baja potencia utilizan imanes permanentes para crear un campo magnético constante. En los motores eléctricos de potencia media y alta, se crea un campo magnético uniforme mediante un devanado o inductor de excitación.

Consideremos con más detalle el principio de crear movimiento mecánico utilizando electricidad. La ilustración dinámica muestra un motor eléctrico simple. En un campo magnético uniforme, colocamos un marco de alambre verticalmente y hacemos pasar una corriente a través de él. ¿Lo que está sucediendo? El marco gira y se mueve por inercia durante un tiempo hasta alcanzar una posición horizontal. Esta posición neutral es el punto muerto, el lugar donde el efecto del campo sobre el conductor que transporta corriente es cero. Para que el movimiento continúe, debe agregar al menos un cuadro más y asegurarse de que la dirección de la corriente en el cuadro cambie en el momento correcto. El vídeo de formación al final de la página muestra claramente este proceso.

El principio de funcionamiento de los motores eléctricos modernos.

Un motor de CC moderno, en lugar de un bastidor, tiene una armadura con muchos conductores colocados en ranuras y, en lugar de un imán permanente en forma de herradura, tiene un estator con un devanado de excitación con dos o más polos. La figura muestra una sección transversal de un motor eléctrico de dos polos. El principio de su funcionamiento es el siguiente. Si una corriente que se aleja "de nosotros" (marcada con una cruz) pasa a través de los cables de la parte superior de la armadura, y en la parte inferior - "hacia nosotros" (marcada con un punto), entonces de acuerdo con la izquierda Como regla general, los conductores superiores serán empujados fuera del campo magnético del estator hacia la izquierda, y los conductores de las mitades inferiores del anclaje serán empujados hacia la derecha según el mismo principio. Dado que el cable de cobre se coloca en las ranuras de la armadura, se le transferirá toda la fuerza del impacto y girará. Entonces se puede ver que cuando el conductor con la dirección de la corriente “lejos de nosotros” gira hacia abajo y se para frente al polo sur creado por el estator, se apretará hacia la izquierda y se producirá el frenado. Para evitar que esto suceda, es necesario invertir la dirección de la corriente en el cable tan pronto como se cruza la línea neutra. Esto se hace mediante un colector, un interruptor especial que conecta el devanado del inducido con el circuito general del motor eléctrico.

Así, el devanado del inducido transmite el par al eje del motor eléctrico, que a su vez acciona los mecanismos de trabajo de cualquier equipo, como, por ejemplo, una máquina para fabricar redes de malla. Aunque en este caso se utiliza corriente alterna, el principio básico de su funcionamiento es idéntico al de un motor de corriente continua: empuja un conductor que transporta corriente fuera de un campo magnético. Sólo un motor eléctrico asíncrono tiene un campo magnético giratorio, mientras que un motor eléctrico de CC tiene un campo estático.

Siguiendo con el tema del motor DC, cabe destacar que el principio de funcionamiento del motor eléctrico se basa en invertir la corriente DC en el circuito del inducido para que no haya frenado y la rotación del rotor se mantenga a un ritmo constante. Si cambia la dirección de la corriente en el devanado excitador del estator, entonces, de acuerdo con la regla de la izquierda, la dirección de rotación del rotor cambiará. Lo mismo sucederá si intercambiamos los contactos de las escobillas que suministran energía desde la fuente al devanado del inducido. Pero si cambia “+” “-” tanto aquí como allá, la dirección de rotación del eje no cambiará. Por lo tanto, en principio, se puede utilizar corriente alterna para alimentar dicho motor, porque la corriente en el inductor y la armadura cambiará simultáneamente. En la práctica, estos dispositivos rara vez se utilizan.

En cuanto al circuito eléctrico para encender el motor, existen varios y se muestran en la figura. Cuando los devanados se conectan en paralelo, el devanado del inducido está formado por una gran cantidad de vueltas de alambre delgado. Con esta conexión, la corriente conmutada por el colector será significativamente menor debido a la alta resistencia y las placas no producirán chispas ni se quemarán mucho. Si realiza una conexión en serie de los devanados del inductor y del inducido, entonces el devanado del inductor está hecho de un cable de mayor diámetro con menos vueltas, porque toda la corriente del inducido fluye a través del devanado del estator. Con tales manipulaciones con un cambio proporcional en los valores actuales y el número de vueltas, la fuerza magnetizante permanece constante y las características de calidad del dispositivo mejoran.

Hoy en día, los motores de CC rara vez se utilizan en la producción. Entre las desventajas de este tipo de máquinas eléctricas, se puede destacar el rápido desgaste del conjunto recogeescobillas. Ventajas: buenas características de arranque, fácil ajuste de frecuencia y dirección de rotación, simplicidad de diseño y control.

Los motores de corriente continua (motores DC) se utilizan para convertir energía eléctrica constante en trabajo mecánico. Un motor de este tipo fue la primera de todas las máquinas eléctricas rotativas inventadas. El principio de su funcionamiento se conoce desde mediados del siglo pasado, y hasta el día de hoy continúan sirviendo fielmente al hombre, poniendo en marcha una gran cantidad de máquinas y mecanismos.

En 1821, Faraday, mientras realizaba experimentos sobre la interacción de conductores con corriente y un imán, vio que la corriente eléctrica hace que el conductor gire alrededor del imán. Así, la experiencia de Faraday allanó el camino para la creación de un motor eléctrico. Un poco más tarde, Thomas Davenport fabricó en 1833 el primer motor eléctrico rotativo y lo puso en movimiento en un modelo de tren. Un año después, B. S. Jacobi creó el primer motor eléctrico de CC del mundo, que utilizaba el principio de rotación directa de la parte móvil del motor. Y ya el 13 de septiembre de 1838, en el Imperio Ruso, el primer barco a motor con 12 pasajeros navegó a lo largo del Neva contra corriente. Las ruedas con palas eran accionadas por un motor eléctrico que recibía corriente de una batería de 320 celdas.

En 1886, el motor eléctrico se volvió similar a las versiones modernas. Posteriormente, se modernizó cada vez más.

Hoy en día, la vida de nuestra civilización tecnológica es completamente imposible sin un motor eléctrico. Se utiliza en casi todas partes: en trenes, trolebuses, tranvías. Las plantas y fábricas utilizan potentes máquinas eléctricas, electrodomésticos (picadoras de carne eléctricas, procesadores de alimentos, molinillos de café, aspiradoras), etc.

Hoy en día, los motores de CC de imanes permanentes se utilizan ampliamente en diversas aplicaciones donde el tamaño pequeño, la alta potencia y el bajo costo son importantes. Debido a su buena velocidad de rotación, a menudo se utilizan junto con una caja de cambios, lo que da como resultado una velocidad de salida baja y un aumento significativo del par.

Los motores de CC de imanes permanentes son motores con un diseño bastante simple y un control básico. A pesar de que su control es muy sencillo, su velocidad de rotación no está determinada por la señal de control, ya que depende de muchos factores, principalmente de la carga aplicada al eje y de la tensión de alimentación constante. La relación entre el par ideal del motor y la velocidad es lineal, es decir, cuanto mayor es la carga en el eje, menor es la velocidad y más amperios hay en el devanado.

La gran mayoría de motores eléctricos funcionan según la física de la repulsión y atracción magnética. Si coloca un cable entre los polos norte y sur de un imán y pasa una corriente eléctrica a través de él, comenzará a exprimirse porque cuando forma un campo magnético a su alrededor a lo largo de todo el conductor. La dirección de este campo puede determinarse mediante la regla de Gimlet.

Cuando el campo magnético circular de un conductor interactúa con el campo uniforme de un imán, el campo entre los polos disminuye en un lado y aumenta en el otro. Es decir, la fuerza resultante empuja el cable fuera del campo magnético en un ángulo de 90 grados en la dirección de acuerdo con . , y el valor se calcula mediante la fórmula

donde B es el valor de la inducción del campo magnético; I – corriente que circula en el conductor; L – longitud del cable

Los motores eléctricos de baja potencia utilizan imanes permanentes estándar para crear un campo magnético constante. En el caso de potencia media y alta, se genera un campo magnético uniforme mediante un devanado de excitación.

Consideremos con más detalle el proceso de obtención de movimiento mecánico utilizando electricidad. En un campo magnético uniforme, coloque un marco de alambre verticalmente y conéctelo a una fuente de voltaje constante. El marco comenzará a girar y alcanzará una posición horizontal. Que se considera neutro, porque en él el efecto del campo sobre el conductor portador de corriente es cero. Para que el movimiento no se detenga, es necesario colocar al menos un cuadro más con corriente y asegurarse de que la dirección del movimiento se cambie en el momento requerido.

Un motor típico, en lugar de un bastidor, tiene una armadura con muchos conductores colocados en ranuras especiales y, en lugar de un imán permanente, tiene un estator con un devanado de excitación con dos o más polos. La figura de arriba muestra una sección transversal de un motor eléctrico de dos polos. Si una corriente que se aleja "de nosotros" pasa a través de los cables de la parte superior de la armadura y "hacia nosotros" en la parte inferior, entonces, de acuerdo con la regla de la izquierda, los conductores superiores serán exprimidos. del campo magnético del estator hacia la izquierda, y la parte inferior de la armadura será empujada hacia la derecha. Dado que el cable de cobre se coloca en ranuras especiales en la armadura, se le transferirá toda la energía y girará. Por lo tanto, cuando el conductor con la dirección actual "de nosotros" esté en la parte inferior y se encuentre frente al polo sur del motor creado por el estator, se apretará hacia la izquierda y comenzará el frenado. Para evitar esto, es necesario invertir la dirección actual en el momento en que se pasa la línea neutral. Esto se hace utilizando un colector, un interruptor especial que conecta el devanado del inducido con el circuito.

Entonces, el devanado del inducido del motor transmite el par al eje del motor de CC, que acciona los mecanismos de trabajo. Estructuralmente, todos los motores constan de un inductor y una armadura, separados por un entrehierro.

El estator de un motor eléctrico sirve para crear un campo magnético estacionario y consta de un marco, polos principales y adicionales. El marco está diseñado para sujetar los polos principal y adicional y sirve como elemento del circuito magnético. En los polos principales hay devanados de excitación que se utilizan para crear un campo magnético; en los polos adicionales hay un devanado especial que se utiliza para mejorar las condiciones de conmutación.

La armadura del motor consta de un sistema magnético formado por láminas separadas, un devanado de trabajo colocado en ranuras especiales y un colector para suministrar energía al devanado de trabajo.

El colector es similar a un cilindro montado sobre un eje ED y hecho de placas de cobre aisladas entre sí. En el colector hay protuberancias-llaves especiales a las que se sueldan los extremos de las secciones de bobinado. La corriente se extrae del conmutador mediante escobillas que proporcionan contacto deslizante con el conmutador. Las escobillas están ubicadas en portaescobillas, que las mantienen en una posición determinada y crean la presión necesaria sobre la superficie del conmutador. Las escobillas y los portaescobillas se montan sobre un travesaño y se conectan al cuerpo.

El conmutador es complejo, costoso y el componente menos confiable de un motor de CC. A menudo produce chispas, crea interferencias y se obstruye con el polvo de los cepillos. Y bajo una carga pesada puede provocar un cortocircuito en todo. Su tarea principal es conmutar la tensión del inducido de un lado a otro.

Para comprender mejor el funcionamiento del conmutador, démosle al marco un movimiento de rotación en el sentido de las agujas del reloj. En el momento en que el marco toma la posición A, se inducirá la corriente máxima en sus conductores, ya que los conductores cruzan las líneas de fuerza magnéticas, moviéndose perpendicularmente a ellas.

La corriente inducida del conductor B conectado a la placa 2 sigue a la escobilla 4 y, pasando por un circuito externo, regresa por la escobilla 3 al conductor A. En este caso, la escobilla derecha será positiva y la escobilla izquierda negativa.

Una mayor rotación del marco (posición B) conducirá nuevamente a la inducción de corriente en ambos conductores; sin embargo, la dirección de la corriente en los conductores será opuesta a la que tenían en la posición A. Dado que las placas colectoras también girarán junto con los conductores, el cepillo 4 volverá a enviar corriente eléctrica al circuito externo, y a través del cepillo 3 la corriente volverá al marco.

Por lo tanto, a pesar del cambio en la dirección de la corriente del motor en los propios conductores giratorios, debido a la conmutación, la dirección de la corriente en el circuito externo no ha cambiado.

En el momento siguiente (D), el marco volverá a tomar posición en la línea neutra, en los conductores y, en el circuito externo, no volverá a fluir corriente.

En intervalos de tiempo posteriores, el ciclo de movimientos considerado se repetirá en la misma secuencia, es decir, la dirección de la corriente en el circuito externo, gracias al colector, permanecerá constante todo el tiempo, y al mismo tiempo la polaridad de Se mantendrán los cepillos.

El conjunto de escobillas se utiliza para suministrar energía a las bobinas del rotor giratorio y cambiar la corriente en los devanados. El cepillo es un contacto fijo. Abren y cierran las placas de contacto del conmutador del rotor con gran frecuencia. Para reducir las chispas de este último, se utilizan varios métodos, el principal de los cuales es el uso de postes adicionales.

Con una aceleración creciente, comienza el siguiente proceso: el devanado del inducido se mueve a través del campo magnético del estator e induce un EMF en él, pero se dirige en dirección opuesta a la que hace girar el motor. Y como resultado, la corriente a través del inducido disminuye drásticamente y cuanto más fuerte, mayor es la velocidad.

Diagramas de cambio de motor.. Cuando los devanados se conectan en paralelo, el devanado del inducido está formado por una gran cantidad de vueltas de alambre delgado. Entonces la corriente conmutada por el colector será menor y las placas no chispearán mucho. Si realiza una conexión en serie de los devanados del estator y del inducido, entonces el devanado del inductor se realiza con un conductor de mayor diámetro con menos vueltas. Por tanto, la fuerza magnetizante permanece constante y el rendimiento del motor aumenta.

Los motores de este tipo con escobillas no necesitan en principio un circuito de control independiente, ya que Toda la conmutación necesaria se realiza dentro del motor. Durante el funcionamiento del motor eléctrico, un par de escobillas estáticas se deslizan sobre el conmutador del rotor giratorio y mantienen los devanados energizados. El sentido de rotación está determinado por la polaridad de la tensión de alimentación. Si es necesario controlar el motor en una sola dirección, entonces la corriente de suministro se conmuta mediante un relé u otro método simple, y si es en ambas direcciones, se utiliza un circuito de control especial.

Las desventajas de los motores de este tipo pueden considerarse el rápido desgaste del conjunto de escobillas-conmutador. Ventajas: buenas características de arranque, ajuste sencillo de la frecuencia y dirección de rotación.

La presencia de un devanado de excitación en un motor de CC permite implementar varios esquemas de conexión. Dependiendo de cómo esté conectado el devanado de campo (OW), existen motores DC con excitación y autoexcitación independientes, que a su vez se divide en serie, paralelo y mixto.

El arranque de motores de este tipo se complica por los enormes pares y corrientes de arranque que surgen en el momento del arranque. En DPT, las corrientes de arranque pueden exceder la corriente nominal entre 10 y 40 veces. Un exceso tan fuerte puede quemar fácilmente los devanados. Por lo tanto, intentan limitar las corrientes de arranque al nivel de (1,5-2) In

El funcionamiento de un motor asíncrono se basa en los principios de interacción física del campo magnético que aparece en el estator con la corriente que el mismo campo genera en el devanado del rotor.

Un motor síncrono es un tipo de motor eléctrico que sólo funciona con tensión alterna y la velocidad del rotor coincide con la velocidad del campo magnético. Por eso permanece constante independientemente de la carga, porque el rotor de un motor síncrono es un electroimán ordinario y su número de pares de polos coincide con el número de pares de polos del campo magnético giratorio. Por tanto, la interacción de estos polos asegura la constancia de la velocidad angular a la que gira el rotor.

Los motores eléctricos son dispositivos para convertir energía eléctrica en energía mecánica y viceversa, pero estos ya son generadores. Existe una gran variedad de tipos de motores eléctricos y, por tanto, existe una gran variedad de circuitos de control de motores eléctricos. Veamos algunos de ellos

El tema de nuestro artículo de hoy es el principio de funcionamiento de un motor eléctrico de CC. Si visita nuestro sitio web, probablemente ya sabrá que decidimos cubrir este tema más a fondo y que poco a poco estamos examinando todos los tipos de motores y generadores eléctricos.

La humanidad conoce la corriente continua desde hace unos 200 años; aprendió a utilizarla de forma eficaz un poco más tarde, pero hoy en día es difícil imaginar una actividad humana en la que no se utilice energía. La evolución de los motores eléctricos se produjo aproximadamente de la misma forma.

El rápido desarrollo de la ingeniería eléctrica no se ha detenido desde el nacimiento de esta tendencia en la física. Los primeros desarrollos relacionados con los motores eléctricos fueron obra de muchos científicos en los años 20 del siglo XIX. Inventores de todo tipo intentaron construir máquinas mecánicas capaces de convertir la energía eléctrica en energía cinética.

• De particular importancia son los estudios de M. Faraday, quien en 1821, mientras realizaba experimentos sobre la interacción de la corriente y diferentes conductores, descubrió que un conductor puede girar dentro de un campo magnético, así como un imán puede girar alrededor de un conductor.
• La segunda etapa de desarrollo tomó un período más largo desde la década de 1830 hasta la de 1860. Ahora que el hombre conocía los principios básicos de la conversión de energía, intentó crear el diseño más eficiente de un motor con armadura giratoria.
• En 1833, el inventor y herrero estadounidense Thomas Davenport pudo construir el primer motor rotativo que funcionaba con corriente continua y construir un modelo de tren impulsado por él. Recibió una patente para su máquina eléctrica 4 años después.

• En 1834, Boris Semenovich Jacobi, físico e inventor ruso-alemán, creó el primer motor eléctrico de corriente continua del mundo, en el que pudo implementar el principio básico de funcionamiento de este tipo de máquinas, que todavía se utiliza en la actualidad: con un motor en constante rotación. parte.
• En 1838, el 13 de septiembre, se botó a lo largo del Neva un barco real con 12 pasajeros a bordo; así se llevaron a cabo las pruebas de campo del motor Jacobi. El barco se movía a una velocidad de 3 km/h contra la corriente. El propulsor del motor estaba conectado a ruedas de paletas en los laterales, como en los barcos de vapor de la época. La corriente eléctrica llegaba a la unidad desde una batería que contenía 320 celdas galvánicas.

El resultado de las pruebas fue la posibilidad de formar los principios básicos para el desarrollo posterior de los motores eléctricos:

• En primer lugar, quedó claro que ampliar el alcance de su aplicación depende directamente de reducir el costo de los métodos para generar energía eléctrica: se necesitaba un generador confiable y económico, y no las costosas baterías galvánicas de ese momento.
• En segundo lugar, fue necesario crear motores bastante compactos que, sin embargo, tuvieran una alta eficiencia.
• Y en tercer lugar– las ventajas de los motores con armaduras giratorias no polares, con par de rotación constante, eran obvias.

Luego viene la tercera etapa en el desarrollo de los motores eléctricos, que está marcada por el descubrimiento del fenómeno de autoexcitación de un motor de corriente eléctrica, después del cual se formó el principio de reversibilidad de tales máquinas, es decir, el motor puede ser un generador y viceversa. Ahora, para alimentar el motor, comenzaron a utilizar generadores de corriente económicos, lo que, en principio, todavía se hace en la actualidad.

¡Interesante saberlo! Cualquier red eléctrica está conectada a una central eléctrica que produce corriente. La estación en sí es, de hecho, un conjunto de potentes generadores accionados de diferentes maneras: caudal de río, energía eólica, reacciones nucleares, etc. La excepción quizás sean las fotocélulas de las baterías solares, pero esa es otra historia costosa que aún no ha encontrado suficiente difusión.

El motor eléctrico adquirió su diseño moderno en 1886, después de lo cual solo se le hicieron modificaciones y mejoras.

Principios operativos básicos

Cualquier motor eléctrico se basa en el principio de atracción y repulsión magnética. Como experimento, puedes realizar este sencillo experimento.

• Dentro del campo magnético se debe colocar un conductor a través del cual debe pasar una corriente eléctrica.
• Para hacer esto, lo más conveniente es usar un imán en forma de herradura, y como conductor es adecuado un cable de cobre conectado en los extremos a una batería.
• Como resultado del experimento, verá que el cable será empujado fuera del área de acción del imán permanente. ¿Por qué sucede esto?
• El caso es que cuando la corriente pasa a través de un conductor, se crea un campo electromagnético alrededor de este último, que interactúa con el existente de un imán permanente. Como resultado de esta interacción, vemos el movimiento mecánico del conductor.
• Más detalladamente, se ve así. Cuando el campo circular del conductor interactúa con la constante del imán, la fuerza del campo magnético en un lado aumenta y en el otro disminuye, por lo que el cable es empujado fuera del área de acción del imán en un ángulo de 90 grados.

• La dirección en la que se empujará el conductor se puede determinar mediante la regla de la izquierda, que sólo se aplica a los motores eléctricos. La regla es la siguiente: la mano izquierda debe colocarse en un campo magnético para que sus líneas de fuerza entren desde la palma, y ​​​​4 dedos se dirigen en la dirección del movimiento de las cargas positivas, luego el pulgar movido hacia un lado Muestre la dirección de la fuerza impulsora que actúa sobre el conductor.

Estos principios simples del motor de corriente continua todavía se aplican hoy en día. Sin embargo, en las unidades modernas, en lugar de imanes permanentes, se utilizan imanes eléctricos y los marcos se reemplazan por complejos sistemas de bobinado.

Estructura del motor

Veamos ahora más de cerca cómo funciona un motor de CC, qué partes contiene y cómo interactúan entre sí.

Continuación de la teoría.

Puedes construir fácilmente un motor de corriente continua simple con tus propias manos. Las instrucciones son las siguientes: basta con construir un marco rectangular a partir de un conductor capaz de girar alrededor de un eje central.

• El marco se coloca en un campo magnético, tras lo cual se aplica un voltaje constante en sus extremos, desde la misma batería.
• Entonces, tan pronto como la corriente comienza a fluir a través del marco, este comienza a moverse hasta tomar una posición horizontal, llamada neutral o “muerta”, cuando el efecto del campo sobre el conductor es cero.
• En teoría, el marco debería detenerse, pero esto no sucederá, ya que pasará el punto "muerto" por inercia, lo que significa que las fuerzas electromotrices comenzarán a aumentar nuevamente. Pero debido a que la corriente ahora fluye en dirección opuesta al campo magnético, se observa un fuerte efecto de frenado, incomparable al funcionamiento normal del motor.
• Para que el proceso se desarrolle normalmente, es necesario prever un diseño de conexión del marco a la fuente de alimentación en el que, en el momento en que la corriente pase por el punto cero, los polos cambiarán, lo que significa que en relación con En el campo magnético, la corriente fluirá en la misma dirección.

En un dispositivo de este tipo se utiliza un colector que consta de placas aisladas, pero hablaremos de ello un poco más adelante.

Como alternativa, puedes hacer un marco como el que se muestra en la foto de arriba. Su diferencia es que la corriente fluye en la misma dirección a lo largo de los dos contornos del marco, lo que permite deshacerse del conmutador, pero un motor eléctrico de este tipo es extremadamente ineficiente debido a las fuerzas de frenado que actúan constantemente.

Habiendo recibido la rotación del rotor, puede conectarle una unidad y darle una carga comparable a la potencia del motor, obteniendo así un modelo funcional.

Estructura de un motor eléctrico de CC.

Entonces, pasemos a la estructura de los motores:

• Estator o inductor– una parte estacionaria del motor, que es una parte que crea un campo electromagnético constante. El estator consta de un núcleo de chapa de acero delgada (una parte del tamaño requerido se ensambla a partir de placas de un perfil determinado) y un devanado.

• El devanado encaja en las ranuras del núcleo. de cierta manera, formando los polos magnéticos principal y adicional, naturalmente, cuando se conectan a la red.
• El devanado de campo está ubicado en los polos principales., mientras que en los adicionales sirve para mejorar la conmutación: aumenta la eficiencia del motor y su eficiencia.

• Rotor del motor, que aquí es el ancla, también tiene una estructura similar, pero lo que lo distingue, en primer lugar, es que este bloque motor es móvil. Es esto lo que reemplaza el marco giratorio de los ejemplos discutidos anteriormente.
• Vueltas de bobinado de armadura aislados entre sí y conectados a las placas de contacto del colector, a través de las cuales se suministra energía.
• Todas las partes del rotor están fijadas a un eje de metal., que es el eje central de rotación del motor. Se le conecta un variador que transmite el par a mecanismos externos.

• Coleccionista(un cilindro rayado montado sobre un eje) está conectado a la fuente de alimentación a través de cepillos, que suelen estar hechos de grafito. En general, la estructura del conmutador es tal que las placas de contacto también están aisladas, lo que permite cambiar efectivamente la dirección de la corriente en el circuito para evitar el frenado del motor.
• Los propios cepillos tienen contacto deslizante con las placas del conmutador y se mantienen en una posición mediante portaescobillas. Los resortes ayudan a mantener una tensión de contacto constante (y sabemos que los cepillos se desgastan y se vuelven más delgados).

• Las escobillas están conectadas mediante cables de cobre a la fuente de alimentación.. Luego viene el circuito de control y fuente de alimentación externa, del que hablaremos un poco más adelante.

• Detrás del conmutador en el eje se encuentra un rodamiento, asegurando una rotación suave. En la parte superior está protegido por un anillo de polímero especial que lo protege del polvo.

¡Consejo! Una de las averías más habituales de los motores eléctricos es la avería de los rodamientos. Si no reemplazas este pequeño elemento estructural a tiempo, puedes quemar fácilmente todo el motor.

• En el reverso del devanado, en el mismo eje, se encuentra un impulsor, cuyo flujo de aire enfría eficazmente el motor.
• La unidad generalmente está conectada al lado del impulsor., que difieren en parámetros, según el propósito de la unidad en la que está instalado el motor de CC.

Básicamente, eso es todo. Como puede ver, el diseño es bastante simple y, lo más importante, muy efectivo.

Características de los motores de conmutador.

En general, un motor conmutador es un dispositivo realmente bueno. Estas unidades son fáciles de ajustar. Subir o bajar la velocidad no es un problema. Es fácil dar un par claro o una característica mecánica rígida.

Sin embargo, a pesar de una serie de ventajas innegables, el motor tiene una mayor complejidad de montaje en comparación con los motores de CA con rotor autoexcitado u otras unidades sin escobillas, así como una menor confiabilidad. Y todo el problema radica en este mismo coleccionista.

• Esta unidad es bastante cara y el precio de su reparación a veces es comparable al de una pieza nueva, si es que es posible restaurarla.
• Se obstruye durante el funcionamiento con polvo conductor, que con el tiempo puede provocar fallos en todo el motor.
• El colector produce chispas, genera interferencias y, bajo carga elevada, puede incluso arder, creando un fuego circular. En este caso, sufrirá un cortocircuito mediante un arco, lo que es incompatible con la vida útil del motor.

Ya hemos dicho anteriormente que su tarea es cambiar la dirección de la corriente en las vueltas del devanado, y ahora queremos examinar la cuestión con más detalle.

• Entonces, en esencia, esta parte del rotor sirve como rectificador de corriente, es decir, la corriente alterna al pasar por ella se vuelve constante, lo que ocurre con los generadores, o cambia la dirección de la corriente si hablamos de motores.
• En el ejemplo comentado anteriormente con un marco que gira en un campo magnético, se necesitaba un colector formado por dos semianillos aislados.
• Los extremos del marco están conectados a diferentes semianillos, lo que evita que el circuito sufra un cortocircuito.
• Como recordamos, el conmutador está en contacto con las escobillas, que se instalan de tal forma que no tocan entre sí al mismo tiempo y cambian los semianillos cuando el marco pasa el punto cero.

Todo es muy sencillo, pero estos motores y generadores no pueden tener una potencia normal debido a su diseño. Como resultado, comenzaron a fabricar la armadura con muchas vueltas para que los conductores activos estuvieran siempre lo más cerca posible de los polos del imán, porque, recordando la ley de la inducción electromagnética, queda claro que esta posición es la más efectiva. .

Dado que el número de vueltas aumenta, significa que es necesario dividir el colector en un mayor número de piezas, lo que en realidad explica la complejidad de la fabricación y el alto coste de este elemento.

Alternativa al motor con escobillas

La era de los semiconductores ha reinado durante mucho tiempo en la electrónica, lo que permite producir microcircuitos compactos y fiables. Entonces, ¿por qué seguimos utilizando motores con escobillas? ¿Pero en serio?

• Los ingenieros tampoco pasaron desapercibidos. Como resultado, el colector fue reemplazado por interruptores de potencia; además, el diseño incluyó sensores que registran la posición actual del rotor, de modo que el sistema determina automáticamente el momento en que el devanado cambia.
• Como recordamos, no importa si el imán se mueve con respecto al conductor o si sucede al revés. Por lo tanto, el estator se convierte en armadura, y en el rotor hay un imán permanente o un simple devanado conectado a la alimentación a través de anillos de contacto, que es mucho más fácil de girar dentro de la estructura.

• La estructura de los anillos colectores recuerda algo a un conmutador, pero son mucho más fiables y fáciles de fabricar en condiciones de producción.

El resultado fue un nuevo tipo de motor, concretamente un motor CC sin escobillas, también conocido como BLDC. El dispositivo tiene las mismas ventajas que un motor conmutador, pero nos deshacemos del molesto conmutador.

Sin embargo, estos motores se utilizan solo en dispositivos costosos, mientras que equipos simples, como un exprimidor o el mismo taladro percutor, serán más rentables de producir si les instala modelos clásicos de motores con conmutador.

Control de motores de CC

Entonces, como ya comprenderá, el principio básico de funcionamiento de un motor de CC es invertir la dirección de la corriente en el circuito del inducido; de lo contrario, se produciría un frenado que provocaría que el motor se detuviera. Por lo tanto, el motor gira en una dirección, pero este modo no es el único, y se puede hacer que el motor gire en la dirección opuesta.

Para hacer esto, basta con cambiar la dirección de la corriente en el devanado excitador o cambiar las escobillas a través de las cuales se suministra energía al devanado del rotor.

¡Consejo! Si realiza ambas manipulaciones al mismo tiempo, no le pasará nada al motor y continuará girando en la misma dirección que antes.

Sin embargo, estos no son todos los puntos que deben ajustarse en un motor de este tipo. Cuando es necesario controlar claramente la velocidad de dicha unidad u organizar un modo de control de velocidad especial, además de los interruptores y conmutadores, se incluyen elementos más complejos en el circuito de control.

• En este caso, se deben tener en cuenta las siguientes desventajas de los motores de conmutador: bajo par a bajas revoluciones del motor, por lo que los dispositivos requieren una caja de cambios, lo que aumenta el costo y complica el diseño; generación de fuertes interferencias; Bueno, y la baja confiabilidad del coleccionista, sobre la cual escribimos anteriormente.
• También se tiene en cuenta que el consumo de corriente y la velocidad de rotación del eje también dependen de la carga mecánica sobre el eje.
• Entonces, el principal parámetro que determina la velocidad de rotación del eje es el voltaje suministrado al devanado, por lo que, siguiendo la lógica, se utilizan dispositivos que regulan el voltaje de salida para controlar este parámetro.

• Dichos dispositivos son estabilizadores de voltaje ajustable. Hoy en día, es más conveniente utilizar estabilizadores integrales de compensación baratos, como el LM. El circuito de control con dicho dispositivo se muestra en el diagrama de arriba.

• El esquema es bastante primitivo, pero parece bastante simple y, lo más importante, efectivo y económico. Vemos que la limitación del voltaje de salida está regulada por una resistencia adicional designada como Rlim, cuyo cálculo de resistencia se encuentra en la especificación. Debe entenderse que empeora el rendimiento de todo el circuito como estabilizador.
• Vemos que se presentan dos variantes del esquema, ¿cuál funcionará mejor? La opción "a" produce una característica lineal para una regulación conveniente, lo que la hace muy popular.
• La opción “b”, por el contrario, tiene una característica no lineal. La diferencia real se notará cuando falle la resistencia variable: en el primer caso obtendremos la velocidad de rotación máxima, y ​​en el segundo, por el contrario, la mínima.

No profundizaremos más en la jungla, ya que nuestro artículo tiene principalmente fines informativos. Hemos examinado los principios de funcionamiento de los motores de CC y esto ya es algo. Si la pregunta te interesa, no dejes de ver el siguiente vídeo. ¡Y con esto nos despedimos de vosotros! ¡Los mejores deseos!

Independientemente del diseño, cualquier motor eléctrico está diseñado de la misma manera: dentro de una ranura cilíndrica en un devanado estacionario (estator), gira un rotor, en el que se excita un campo magnético que provoca la repulsión de sus polos del estator.

Mantener una repulsión constante requiere una nueva conmutación de los devanados del rotor, como se hace en los motores eléctricos con escobillas, o la creación de un campo magnético giratorio en el propio estator (un ejemplo clásico es un motor trifásico asíncrono).

Tipos de motores eléctricos y sus características.

La eficiencia y confiabilidad de los equipos dependen directamente del motor eléctrico, por lo que su selección requiere un enfoque serio.

Mediante un motor eléctrico la energía eléctrica se convierte en energía mecánica. La potencia, las revoluciones por minuto, el voltaje y el tipo de alimentación son los principales indicadores de los motores eléctricos. Además, los indicadores de peso, tamaño y energía son de gran importancia.

Los motores eléctricos tienen grandes ventajas. Así, en comparación con los motores térmicos de potencia comparable, los motores eléctricos tienen un tamaño mucho más compacto. Son perfectos para su instalación en áreas pequeñas, por ejemplo en equipamientos de tranvías, locomotoras eléctricas y máquinas herramienta para diversos fines.

Al utilizarlos no se libera vapor ni productos de descomposición, lo que garantiza el respeto al medio ambiente. Los motores eléctricos se dividen en motores de CC y CA, motores paso a paso, servomotores y motores lineales.

Los motores eléctricos de CA, a su vez, se dividen en síncronos y asíncronos.

• motores de corriente continua
  Se utilizan para crear accionamientos eléctricos ajustables con altos indicadores dinámicos y de rendimiento. Estos indicadores incluyen una alta uniformidad de rotación y capacidad de recarga. Se utilizan para completar máquinas de fabricación de papel, teñido y acabado y manipulación de materiales, para equipos de polímeros, plataformas de perforación y unidades auxiliares de excavadoras. Se suelen utilizar para equipar todo tipo de vehículos eléctricos.
• 
  Tienen mayor demanda que los motores de CC. Se utilizan a menudo en la vida cotidiana y en la industria. Su producción es mucho más económica, el diseño es más sencillo y fiable y el funcionamiento es bastante sencillo. Casi todos los electrodomésticos están equipados con motores de CA. Se utilizan en lavadoras, campanas de cocina, etc. En las grandes industrias se utilizan para accionar máquinas herramienta, cabrestantes para mover cargas pesadas, compresores, bombas hidráulicas y neumáticas y ventiladores industriales.
• motores paso a paso
  Funcionan según el principio de convertir impulsos eléctricos en movimientos mecánicos de naturaleza discreta. La mayoría de los equipos informáticos y de oficina están equipados con ellos. Estos motores son muy pequeños pero muy productivos. A veces tienen demanda en determinadas industrias.
• Servomotores
  Se refiere a motores de corriente continua. Son de alta tecnología. Su trabajo se lleva a cabo mediante el uso de retroalimentación negativa. Un motor de este tipo es especialmente potente y capaz de desarrollar una velocidad de rotación del eje elevada, cuyo ajuste se realiza mediante software. Esta función la hace popular en el equipamiento de líneas de producción y en máquinas industriales modernas.
• Motores lineales
  Tienen la capacidad única de movimiento rectilíneo del rotor y el estator entre sí. Dichos motores son indispensables para el funcionamiento de mecanismos cuyo funcionamiento se basa en el movimiento hacia adelante y alternativo de los cuerpos de trabajo. El uso de un motor eléctrico lineal permite aumentar la confiabilidad y eficiencia del mecanismo debido a que simplifica significativamente su funcionamiento y elimina casi por completo la transmisión mecánica.
• Motores sincrónicos
  Son un tipo de motores eléctricos de CA. La frecuencia de rotación de su rotor es igual a la frecuencia de rotación del campo magnético en el entrehierro. Se utilizan para compresores, grandes ventiladores, bombas y generadores de CC, ya que funcionan a velocidad constante.
• motores asíncronos
  Además, pertenecen a la categoría de motores eléctricos de CA. La velocidad de rotación de su rotor difiere de la frecuencia de rotación del campo magnético creado por la corriente en el devanado del estator. Los motores asíncronos se dividen en dos tipos, según el diseño del rotor: de jaula de ardilla y de rotor bobinado. El diseño del estator es el mismo en ambos tipos, la única diferencia está en el devanado.

Los motores eléctricos son indispensables en el mundo moderno. Gracias a ellos, el trabajo de las personas se facilita enormemente. Su uso ayuda a reducir el coste de la energía humana y a hacer la vida cotidiana mucho más cómoda.

Designación de serie del motor eléctrico:

• AIR, A, 4A, 5A, AD, 7АVER - motores eléctricos industriales generales con ajuste de potencia según GOST 51689-2000
• AIS, 6A, IMM, RA, AIS - motores eléctricos industriales generales con enlace de potencia según la norma europea DIN (CENELEC)
• AIM, AIML, 4VR, VA, AV, VAO2, 1VAO, 3V - motores eléctricos a prueba de explosiones
• AIU, VRP, AVR, 3AVR, VR: motores eléctricos para minería a prueba de explosiones
• A4, DAZO4, AOM, DAV, AO4 - motores eléctricos de alto voltaje

Signo de modificación del motor eléctrico:

• M - motor eléctrico modernizado (por ejemplo: ADM63A2U3)
• K - motor eléctrico con rotor bobinado (por ejemplo: 5ANK280A6)
• X - motor eléctrico con estructura de aluminio (por ejemplo: 5AMX180M2U3)
• E - motor eléctrico monofásico 220V (por ejemplo: AIRE80S2U3)
• N - motor eléctrico protegido con autoventilación (por ejemplo: 5AN200M2U3)
• F - motor eléctrico protegido con refrigeración forzada (por ejemplo: 5AF180M2U3)
• C - motor eléctrico con mayor deslizamiento (por ejemplo: AIRS180M4U3)
• B - motor eléctrico incorporado (por ejemplo: ADMV63V2U3)
• R - motor eléctrico con par de arranque aumentado (por ejemplo: AIRR180S4U3)
• P - motor eléctrico para accionar ventiladores en granjas avícolas (“gallinero”) (por ejemplo: AIRP80A6U2)

El diseño climático generalmente aceptado GOST se aplica a todo tipo de máquinas, instrumentos, motores eléctricos y otros productos técnicos. A continuación se proporciona una explicación completa de la designación.

La letra indica la zona climática.

• U - clima templado;
• T—clima tropical;
• CL - clima frío;
• M—clima marino moderado-frío;
• O - versión climática general (excepto mar);
• OM - versión marina climática general;
• B - versión para todo clima.

• 1 - al aire libre;
• 2 - bajo un dosel o en interiores, donde las condiciones sean las mismas que en el exterior, con excepción de la radiación solar;
• 3 - en interiores sin regulación artificial de las condiciones climáticas;
• 4 - interior con regulación artificial de las condiciones climáticas (ventilación, calefacción);
• 5 - en habitaciones con mucha humedad, sin regulación artificial de las condiciones climáticas.

Según el tipo de funcionamiento, estos motores se dividen en:

• motores sincrónicos;
• motores asíncronos;.

Según el número de fases, los motores son:

• monofásico
• bifásico
• trifásico

La diferencia fundamental es que en las máquinas síncronas el primer armónico de la fuerza magnetomotriz del estator se mueve con la velocidad de rotación del rotor (es por eso que el propio rotor gira a la velocidad de rotación del campo magnético en el estator), mientras que en las asíncronas En las máquinas existe y sigue habiendo una diferencia entre la velocidad de rotación del rotor y la velocidad de rotación del campo magnético en el estator (el campo gira más rápido que el rotor).

El rotor de dicho motor eléctrico es un cilindro de metal, en cuyas ranuras se presionan o vierten conductores conductores en ángulo con respecto al eje de rotación, y en los extremos del rotor están unidos mediante anillos en un todo. El campo magnético alterno del estator excita una contracorriente en el rotor, que se asemeja a una rueda de ardilla y, en consecuencia, un campo magnético que lo repele del estator.

Dependiendo del número de devanados del estator, un motor asíncrono puede ser:

• Monofásico- En este caso, la principal desventaja del motor es la imposibilidad de arrancar por sí solo, ya que el vector de la fuerza de repulsión pasa estrictamente por el eje de rotación. Para comenzar a funcionar, el motor requiere un empujón de arranque o la inclusión de un devanado de arranque separado, lo que crea un momento de fuerza adicional que desplaza su vector total con respecto al eje del inducido.
• Motor eléctrico bifásico tiene dos devanados en los que las fases se desplazan en un ángulo correspondiente al ángulo geométrico entre los devanados. En este caso, en el motor eléctrico se crea el llamado campo magnético giratorio (la disminución de la intensidad del campo en los polos de un devanado se produce sincrónicamente con su aumento en el otro). Un motor de este tipo es capaz de arrancar por sí solo, pero tiene dificultades para dar marcha atrás. Dado que el suministro de energía moderno no utiliza redes bifásicas, los motores eléctricos de este tipo se utilizan en redes monofásicas con la segunda fase conectada a través de un elemento desfasador (normalmente un condensador).
• Motor eléctrico asíncrono trifásico.- el tipo más avanzado de motor asíncrono, ya que es posible invertirlo fácilmente - cambiar el orden de conmutación de los devanados de fase cambia la dirección de rotación del campo magnético y, en consecuencia, el rotor.

Los motores de conmutador de CA se utilizan en los casos en que se requieren altas velocidades de rotación (los motores eléctricos asíncronos no pueden exceder la velocidad de rotación del flujo magnético en el estator; para una red industrial de 50 Hz, esto es 3000 rpm). Además, se benefician en el par de arranque (aquí es proporcional a la corriente, no a las revoluciones) y tienen una corriente de arranque más baja, sobrecargando menos la red eléctrica durante el arranque. También facilitan el control de la velocidad.

La desventaja de estas ventajas es el elevado coste (requiere la fabricación de un rotor con un núcleo apilado, varios devanados y un colector, que además es más difícil de equilibrar) y una vida útil más corta. Además de la necesidad de reemplazar periódicamente las escobillas desgastadas, el propio conmutador se desgasta con el tiempo.

Un motor eléctrico síncrono tiene la particularidad de que el campo magnético del rotor no es inducido por el campo magnético del estator, sino por su propio devanado conectado a una fuente de corriente continua independiente. Debido a esto, su frecuencia de rotación es igual a la frecuencia de rotación del campo magnético del estator, de donde proviene el término “síncrono”.

Al igual que un motor de CC, un motor síncrono de CA es reversible: cuando se aplica voltaje al estator, funciona como un motor eléctrico; cuando se gira desde una fuente externa, él mismo comienza a excitar corriente alterna en los devanados de fase; El principal ámbito de uso de los motores eléctricos síncronos son los accionamientos de alta potencia. En este caso, un aumento de la eficiencia en relación con los motores eléctricos asíncronos significa una reducción significativa de las pérdidas de electricidad.

Los motores síncronos también se utilizan en vehículos eléctricos. Sin embargo, para controlar la velocidad en este caso, se necesitan potentes convertidores de frecuencia, pero durante el frenado se puede devolver energía a la red.

Dado que la corriente continua no es capaz de crear un campo magnético cambiante, garantizar la rotación continua del rotor requiere una reconmutación forzada de los devanados o un cambio discreto en la dirección del campo magnético.

El método más antiguo conocido es el uso de un conmutador electromecánico. En este caso, el inducido del motor eléctrico tiene varios devanados multidireccionales conectados a las láminas del conmutador ubicadas en la posición adecuada con respecto a las escobillas. En el momento en que se enciende la alimentación, se produce un pulso en el devanado conectado a las escobillas, después de lo cual el rotor gira y se enciende un nuevo devanado en el mismo lugar con respecto a los polos del estator.

Dado que la magnetización del estator no cambia durante el funcionamiento de un motor con conmutador de CC, se pueden utilizar potentes imanes permanentes en lugar de un núcleo con devanados, lo que hará que el motor sea más compacto y ligero.

Estos motores con conjunto de escobillas-conmutador son:

• Coleccionista- un dispositivo eléctrico en el que el sensor de posición del rotor y el interruptor de corriente en los devanados son el mismo dispositivo - una unidad colectora de escobillas.
• Sin escobillas- un sistema electromecánico cerrado que consta de un dispositivo síncrono con distribución sinusoidal del campo magnético en el espacio, un sensor de posición del rotor, un convertidor de coordenadas y un amplificador de potencia. Una opción más cara en comparación con los motores con escobillas.

El motor con conmutador no está exento de una serie de desventajas. Este:

• alto nivel de interferencia, tanto transmitida a la red de suministro al cambiar los devanados del inducido como excitada por las chispas de las escobillas;
• desgaste inevitable del conmutador y de las escobillas;
• aumento de ruido durante el funcionamiento.

La electrónica de potencia moderna ha permitido eliminar estas deficiencias mediante el uso del llamado motor paso a paso: en él, el rotor tiene una magnetización permanente y un dispositivo externo cambia secuencialmente la dirección de la corriente en varios devanados del estator. De hecho, para un solo pulso de corriente, el rotor gira en un ángulo fijo (paso), de ahí el nombre de los motores eléctricos de este tipo.

Los motores paso a paso son silenciosos y también le permiten ajustar tanto el par (amplitud del pulso) como la velocidad (frecuencia) dentro del rango más amplio, y también se pueden revertir fácilmente cambiando el orden de las señales. Por esta razón, se utilizan ampliamente en servos y automatización, pero su potencia máxima está determinada por las capacidades del circuito de control de potencia, sin el cual los motores paso a paso no funcionan.

Motor eléctrico asíncrono monofásico.

El dispositivo es un motor eléctrico asíncrono en el que el estator tiene un solo devanado de trabajo. El equipo está destinado a la conexión a una red de corriente alterna monofásica. La unidad se utiliza para completar sistemas de accionamiento de electrodomésticos industriales y domésticos de pequeña potencia: bombas, máquinas herramienta, trituradoras, exprimidores, picadoras de carne, ventiladores, compresores, etc.

Ventajas de este equipo:

• diseño sencillo;
• consumo económico de electricidad;
• versatilidad (el motor eléctrico monofásico se utiliza en muchas áreas industriales);
• nivel aceptable de vibración y ruido durante la operación;
• mayor vida útil;
• Resistencia a diversos tipos de sobrecargas.

Una ventaja separada de los motores eléctricos monofásicos de estos fabricantes es la capacidad de conectar la unidad a una red de 220 voltios. Gracias a esto, el dispositivo se puede utilizar no sólo en la producción, sino también para resolver los problemas cotidianos del hogar. Los motores eléctricos asíncronos monofásicos presentados son fáciles de conectar y no requieren mantenimiento especial.

Motor eléctrico asíncrono trifásico.

La unidad es un motor de CA asíncrono que consta de un rotor y un estator con tres devanados. El dispositivo está diseñado para conectarse a una red de corriente alterna trifásica. Este motor eléctrico asíncrono ha encontrado una amplia aplicación en la industria: a menudo se utiliza para completar equipos potentes como compresores, trituradoras, molinos y centrífugas. Además, la unidad forma parte del diseño de muchos dispositivos de automatización y telemecánica, dispositivos médicos, así como de diversas máquinas y sierras destinadas a su uso en el hogar.

Entre las ventajas de los dispositivos presentados cabe destacar:

• altos niveles de eficiencia y productividad;
• versatilidad (el motor eléctrico asíncrono trifásico se utiliza en diversos campos de actividad);
• bajo nivel de vibración y ruido durante el funcionamiento;
• cuerpo liviano, pero al mismo tiempo confiable y resistente al desgaste;
• cumplimiento de estrictos requisitos de las normas de calidad europeas.

Además, los motores eléctricos asíncronos trifásicos se caracterizan por su facilidad de instalación y su larga vida útil. Vale la pena señalar que en los modelos de algunos fabricantes es posible instalar módulos adicionales a pedido del cliente. Por ejemplo, los motores eléctricos trifásicos de la serie BN pueden equiparse con un sistema de refrigeración forzada, que permite un funcionamiento adecuado y eficiente de la unidad a bajas velocidades.

mirprivoda.ru, eltechbook.ru

Después del post anterior sobre el motorreductor, recibí varias preguntas sobre la regulación de un motor DC. Entonces es hora de escribir otra publicación :)

El motor de corriente continua (motor DC) es uno de los motores eléctricos más familiares y comprensibles y se estudia incluso en la escuela, en física. Se utiliza en casi todos los lugares donde se necesita un motor de tamaño pequeño y tampoco tiene prisa por perder su posición, incluso donde la potencia se mide en decenas de kilovatios. Hablemos de él.

▌ Diseño y principio básico.
No entraré en demasiados detalles aquí, les mostraré una imagen de Wikipedia e indicaré una serie de componentes principales. Todo lo demás ya lo sabes y lo has tocado con tus propias manos.

1. El estator consta de una fuente de campo magnético. Este no siempre es un imán permanente; además, un imán permanente es la excepción y no la regla. Generalmente este es el devanado de excitación. Al menos en algo más grande que un puño.

2. La armadura consta de un devanado de armadura y una unidad colectora.

Todo funciona de forma muy, muy sencilla. El devanado del inducido es repelido por la fuerza del amperio del campo magnético del estator y hace media revolución, tratando de llevar esta fuerza a cero y la habría sacado si no fuera por el colector, que hábilmente rompe a todos, cambia la polaridad. de la bobina y la fuerza vuelve a ser máxima. Y así sucesivamente en círculo. Aquellos. el colector sirve como inversor de voltaje mecánico en la armadura. Recuerda este momento, nos será útil más adelante :)

Por lo general, en los motores pequeños solo hay dos polos del devanado de campo (un par) y una armadura de tres puntas. Tres dientes es el mínimo para comenzar desde cualquier posición, pero cuantos más dientes, más eficientemente se utiliza el devanado, menos corriente y un par más suave, ya que la fuerza es una proyección sobre el ángulo, y la sección activa del devanado gira a un ángulo más pequeño

▌ Procesos que ocurren en el motor.
Creo que muchos de ustedes que han incursionado en los motores se habrán dado cuenta de que tienen una corriente de arranque pronunciada, cuando el motor al arrancar puede tirar de la aguja del amperímetro, por ejemplo, a un amperio, y después de acelerar la corriente cae a unos 200 mA. .

¿Por qué sucede esto? Así es como funciona la fuerza contraelectromotriz. Cuando el motor está parado, la corriente que puede pasar a través de él depende solo de dos parámetros: el voltaje de suministro y la resistencia del devanado del inducido. Por tanto, es fácil averiguar la corriente máxima que puede desarrollar el motor y para la cual se debe calcular el circuito. Basta medir la resistencia del devanado del motor y dividir la tensión de alimentación por este valor. Simplemente por la ley de Ohm. Esta será la corriente de arranque máxima.

Pero a medida que acelera, comienza algo curioso: el devanado del inducido se mueve a través del campo magnético del estator y se induce un EMF en él, como en un generador, pero está dirigido en dirección opuesta al que hace girar el motor. Y como resultado, la corriente a través del inducido disminuye drásticamente cuanto más, mayor es la velocidad.

Y si el motor se aprieta aún más en el camino, entonces la fuerza contraelectromotriz será mayor que el suministro y el motor comenzará a bombear energía al sistema, convirtiéndose en un generador.

▌ Algunas fórmulas
No cargaré a nadie con conclusiones; las encontrará usted mismo si lo desea. Para hacerlo menos profano, recomiendo buscar un libro de texto sobre propulsores eléctricos para escuelas secundarias y de un año de publicación anterior. Es de los años 50 y 60 :) Hay cuadros antiguos pintados para un graduado de ayer de una escuela rural de siete años. Muchas letras y ninguna plomada, todo está claro y va al grano.

La fórmula más importante para un motor de CC con escobillas es:

U = mi + yo yo *R yo

• U - voltaje suministrado a la armadura
• R i es la resistencia de la cadena del ancla. Por lo general, solo se considera como este símbolo la resistencia del devanado, aunque puedes colgar una resistencia en el exterior y se le agregará. Luego lo escriben como (R i + R d)
• I I es la corriente en el circuito de la armadura. El mismo que se mide con un amperímetro cuando se intenta medir el consumo del motor :)
• E es la fuerza contraelectromotriz o fem del generador, en modo generador. Depende del diseño del motor, la velocidad y se describe mediante esta sencilla fórmula.

mi = C mi * F * n

• C e es una de las constantes de diseño. Dependen del diseño del motor, del número de polos, del número de vueltas y del grosor de los espacios entre la armadura y el estator. Realmente no lo necesitamos; si lo deseamos, podemos calcularlo experimentalmente. Lo principal es que es constante y no afecta la forma de las curvas :)
• F es el flujo de excitación. Aquellos. intensidad del campo magnético del estator. En motores pequeños, donde se ajusta mediante un imán permanente, esto también es una constante. Pero a veces se saca un devanado separado para la excitación y luego podemos cambiarlo.
• n - revoluciones de armadura.

Bueno, la dependencia del par de la corriente y el flujo:

METRO = C m * Yo yo * F

C m es una constante constructiva.

Aquí vale la pena señalar que la dependencia del par de la corriente es completamente directa. Aquellos. Simplemente midiendo la corriente, con un flujo de excitación constante, podemos determinar con precisión la magnitud del par. Esto puede ser importante, por ejemplo, para no romper la transmisión, cuando el motor puede desarrollar tal fuerza que fácilmente puede romper lo que gira allí. Especialmente con una caja de cambios.

Bueno, de esto también se deduce que el par de una máquina de CC depende únicamente de la capacidad de la fuente para suministrarle corriente. Así que el motor superconductor indestructible ideal te enredará, incluso si es tan pequeño como un clavo. Sólo suministra energía.

Ahora mezclemos todo y obtengamos la dependencia de las revoluciones del par, una característica mecánica del motor.

Si lo construyes, será algo como esto:

n 0 es la velocidad de ralentí ideal de un motor esférico en el vacío. Aquellos. cuando nuestro motor finalmente se congela, el par es cero. El consumo actual también es, naturalmente, cero. Porque La fuerza contraelectromotriz es igual al voltaje. Opción puramente teórica. Y el segundo punto se construye con algún momento en el eje. Resulta que existe una relación directa entre velocidad y par. Y la pendiente de la característica está determinada por la resistencia de la cadena del inducido. Si no hay resistencias adicionales allí, esto se denomina característica natural.

La velocidad de ralentí ideal depende del voltaje y el flujo. Nada más. Y si el flujo es constante (imán permanente), entonces solo por voltaje. Al reducir el voltaje, toda nuestra característica disminuye en paralelo. Redujo el voltaje a la mitad; la velocidad se redujo a la mitad.

Si es posible cambiar el flujo de excitación, entonces puede aumentar la velocidad por encima de la nominal. Aquí la relación se invierte. Debilitamos el flujo: el motor acelera, pero el par disminuye o necesita consumir más corriente.

Otro motor al que se le quitó la excitación puede estropearse. Recuerdo que hice un curso largo sobre propulsión eléctrica, quién sabe cuánto tiempo después de la sesión. Tuve que romperlo, sí :) Bueno, me senté en el laboratorio esperando al profesor. Y había unos tontos, un curso inferior, que hicieron un laboratorio. Pusieron el motor en ralentí, el excitador se fijó en el soporte y salió volando de la terminal. El motor se volvió loco. En nuestro laboratorio en EPA SUSU, todo era serio; las máquinas eran serias, diez kilovatios cada una y alrededor de cien kilogramos cada una. Todo está bajo un fuerte voltaje de 380 voltios.
En general, cuando este tonto rugió como un monstruo y comenzó a arrancarse de sus monturas, lo único que tuve tiempo de gritar fue que saliera del auto y lo volviera al infierno. Antes de que tuviéramos tiempo, el motor se arrancó de sus soportes, los devanados se salieron de las ranuras y el motor sufrió daños. Está bien, nadie resultó herido.
Sin embargo, los laboratorios de conducción seguían siendo entretenimiento. Tuvimos incendios y explosiones allí. Allí adquirí notables habilidades para arreglar cualquier cosa, con cualquier cosa, en poco tiempo. En promedio, todos lograron matar completamente el soporte una vez, y el laboratorio a menudo comenzaba reparando el soldador con el que se reparaba el osciloscopio, con la ayuda del cual se reanimaba el soporte muerto.

Al agregar resistencias al circuito de la armadura podemos aumentar la pendiente, es decir Cuanto más cargamos, más baja la velocidad.


El método es malo porque las resistencias en el circuito de la armadura deben estar clasificadas para la corriente del motor, es decir será poderoso y se calentará en vano. Bueno, el momento cae bruscamente, lo cual es malo.

También hay motores con excitación secuencial en lugar de independiente. Esto es cuando el devanado del estator está conectado en serie con la armadura. No todos los motores pueden encenderse de esta manera; el devanado de campo debe soportar la corriente del inducido. Pero tienen una propiedad interesante. Al arrancar, se produce una gran corriente de arranque y esta corriente de arranque es también la corriente de excitación, lo que proporciona un par de arranque enorme. La característica mecánica se asemeja a una hipérbola con un máximo en la región de cero revoluciones.

Y luego, a medida que acelera, el par disminuye y la velocidad, por el contrario, aumenta. Y si se retira la carga del eje, el motor se pone inmediatamente en sobremarcha. Estos motores se instalan principalmente en un sistema de tiro. Al menos así era antes, antes del desarrollo de la electrónica de potencia. Esta mierda explota tanto desde su lugar que todos los asesinos callejeros se encienden nerviosamente.

▌ Modos de funcionamiento del motor CC
El sentido de rotación del motor depende de la dirección de la corriente del inducido o de la dirección del flujo de excitación. Entonces, si toma un motor de conmutador y conecta el devanado de excitación en paralelo al inducido, girará perfectamente con corriente alterna (motores universales, a menudo se instalan en electrodomésticos de cocina). Porque la corriente cambiará simultáneamente tanto en la armadura como en la excitación. Es cierto que el momento será palpitante, pero son cosas menores. Y para revertirlo, necesitarás cambiar la polaridad de la armadura o excitación.

Si dibujamos una característica mecánica en cuatro cuadrantes, tendremos algo parecido a esto:

Por ejemplo, característica 1 del apartado I, nuestro coche funciona como un motor. La carga aumenta y en un momento determinado el motor se detiene y comienza a girar en sentido contrario, es decir. la carga lo invierte. Este es un modo de frenado, anti-inhibición. El modo es muy complicado, el motor se calienta brutalmente, pero es muy eficaz a la hora de frenar. Si el momento en el eje cambia de dirección y comienza a girar hacia el motor, entonces el motor pasará inmediatamente a generación (sección IV).

La característica 2 es la misma, sólo que con la polaridad inversa de la tensión de alimentación del motor.

Y la característica 3 es el frenado dinámico. Es reostático. Aquellos. cuando tomamos y simplemente cortocircuitamos nuestro motor a una resistencia o a sí mismo. Puede comprobarlo usted mismo, tomar cualquier motor y girarlo, y luego cortocircuitar su armadura y volver a girarlo. Cuanto mayor sea la calidad del motor, mayor será la fuerza sobre el eje.

Por cierto, los controladores de motor como el L293 o el L297 tienen la capacidad de activar el frenado reostático girando ambas teclas hacia arriba o hacia abajo. En este caso, la armadura hace un cortocircuito a través del conductor a tierra o al bus de energía.

▌ Motores CC sin escobillas
El motor colector es muy bueno. Es muy fácil y flexible de ajustar. Puedes aumentar la velocidad, bajarla, las características mecánicas son duras, mantiene el par con fuerza. La dependencia es directa. Bueno, es un cuento de hadas, no un motor. Si no fuera por una cucharada de mierda en toda esta delicia, un coleccionista.

Se trata de una unidad compleja, cara y muy poco fiable. Chispea, crea interferencias y se obstruye con el polvo conductor de las escobillas. Y bajo una carga pesada puede arder, formando un fuego circular, y ya está, el motor se arruina. Esto provocará un cortocircuito en todo.

Pero ¿qué es un coleccionista? ¿Por qué es necesario? Arriba dije que el colector es un inversor mecánico. Su tarea es conmutar el voltaje del inducido de un lado a otro, exponiendo el devanado al flujo.

Pero ya estamos en el siglo XXI y los semiconductores baratos y potentes están a cada paso. Entonces, ¿por qué necesitamos un inversor mecánico si podemos hacerlo electrónico? Así es, ¡no es necesario! Entonces tomamos y reemplazamos el colector con interruptores de potencia, y también agregamos sensores de posición del rotor para saber en qué momento cambiar los devanados.

Y para mayor comodidad, le damos la vuelta al motor: es mucho más fácil girar un imán o un simple devanado de excitación que una armadura con toda esta basura a bordo. El rotor aquí es un potente imán permanente o un devanado accionado por anillos colectores. Que, aunque parezca un coleccionista, es mucho más fiable que él.

¿Y qué obtenemos? ¡Bien! Motor CC sin escobillas, también conocido como BLDC. Todas las mismas características lindas y convenientes del DPT, pero sin este desagradable coleccionista. Y no confunda BLDC con motores síncronos. Se trata de máquinas completamente diferentes y tienen diferentes principios de funcionamiento y control, aunque estructuralmente son MUY similares y el mismo sincronizador puede funcionar fácilmente como un BLDC, añadiendo solo sensores y un sistema de control. Pero esa es una historia completamente diferente.