El principio de funcionamiento y el dispositivo del motor eléctrico.

Cualquier motor eléctrico está diseñado para realizar un trabajo mecánico debido al consumo de electricidad que se le aplica, que generalmente se convierte en movimiento rotatorio. Aunque en tecnología hay modelos que crean inmediatamente un movimiento de traslación del cuerpo de trabajo. Estos se llaman motores lineales.

En las instalaciones industriales, los motores eléctricos accionan diversas máquinas de corte de metales y dispositivos mecánicos que intervienen en el proceso tecnológico de producción.

Dentro de los electrodomésticos, los motores eléctricos hacen funcionar lavadoras, aspiradoras, computadoras, secadores de cabello, juguetes para niños, relojes y muchos otros dispositivos.

Procesos físicos básicos y principio de acción.

Al moverse dentro campo magnético Las cargas eléctricas, que se denominan corrientes eléctricas, tienen siempre una fuerza mecánica que tiende a desviar su dirección en un plano perpendicular a la orientación de las líneas del campo magnético.Cuando una corriente eléctrica pasa a través de un alambre de metal o una bobina hecha de este, esta fuerza tiende a mover/rotar cada alambre que lleva corriente y toda la bobina como un todo.

La foto de abajo muestra un marco de metal con corriente que fluye a través de él. Un campo magnético aplicado crea una fuerza F para cada rama del marco, lo que crea un movimiento de rotación.

Esta propiedad de la interacción de la energía eléctrica y magnética, basada en la creación de una fuerza electromotriz en un circuito cerrado de conducción, se pone en funcionamiento en todo motor eléctrico. Su diseño incluye:

• una bobina a través de la cual fluye una corriente eléctrica. Se coloca sobre un núcleo de anclaje especial y se fija en cojinetes giratorios para reducir la resistencia a las fuerzas de fricción. Este diseño se llama rotor;

• estator, que crea un campo magnético, que con sus líneas de fuerza penetra las cargas eléctricas que pasan a lo largo de las vueltas del devanado del rotor;

• carcasa para colocar estator. Dentro del cuerpo, se fabrican asientos especiales, dentro de los cuales se montan las jaulas exteriores de los cojinetes del rotor.

El diseño simplificado del motor eléctrico más simple se puede representar mediante una imagen de la siguiente forma.

Cuando el rotor gira, se genera un par, cuya potencia depende del diseño general del dispositivo, la cantidad de energía eléctrica aplicada y sus pérdidas durante las conversiones.

La magnitud de la máxima potencia de par posible del motor es siempre menor que la energía eléctrica que se le aplica. Se caracteriza por el valor de la eficiencia.

tipos de motores electricos

Según el tipo de corriente que circula por las bobinas, se dividen en motores de corriente continua o de corriente alterna.Cada uno de estos dos grupos tiene una gran cantidad de modificaciones utilizando diferentes procesos tecnológicos.

motores de corriente continua

Tienen un campo magnético de estator creado por un fijo fijo magnetos permanentes o electroimanes especiales con bobinas de excitación. La bobina del inducido está firmemente montada en el eje, que está fijado en cojinetes y puede girar libremente alrededor de su propio eje.

La estructura básica de dicho motor se muestra en la figura.

En el núcleo de la armadura, hecha de materiales ferromagnéticos, hay una bobina que consta de dos partes conectadas en serie, que están conectadas a las placas colectoras conductoras en un extremo y conectadas entre sí en el otro. Dos cepillos de grafito están ubicados en extremos diametralmente opuestos de la armadura y se presionan contra las almohadillas de contacto de las placas colectoras.

Se aplica un potencial de fuente de CC positivo al cepillo de patrón inferior y un potencial negativo al superior. La dirección de la corriente que fluye a través de la bobina se muestra con una flecha roja discontinua.

La corriente hace que el campo magnético tenga un polo norte en la parte inferior izquierda de la armadura y un polo sur en la parte superior derecha de la armadura (regla del cardán). Esto da como resultado la repulsión de los polos del rotor de los estacionarios del mismo nombre y la atracción a los polos opuestos del estator. Como resultado de la fuerza aplicada, se produce un movimiento de rotación, cuya dirección se indica con una flecha marrón.

Con una mayor rotación de la armadura por inercia, los polos se transfieren a otras placas colectoras. La dirección de la corriente en ellos se invierte. El rotor sigue girando más.

El diseño simple de un dispositivo colector de este tipo conduce a grandes pérdidas de energía eléctrica.Dichos motores funcionan en dispositivos de diseño simple o juguetes para niños.

Los motores eléctricos de corriente continua que intervienen en el proceso de producción tienen un diseño más complejo:

• la bobina no se divide en dos, sino en varias partes;

• cada sección de la bobina está montada en su propio poste;

• el dispositivo colector está hecho con un cierto número de almohadillas de contacto según el número de bobinados.

Como resultado, se crea una conexión suave de cada polo a través de sus placas de contacto con las escobillas y la fuente de corriente y se reducen las pérdidas de energía.

El dispositivo de dicho ancla se muestra en la foto.

En los motores de CC, la dirección de rotación del rotor se puede invertir. Para hacer esto, basta con cambiar el movimiento de la corriente en la bobina al contrario cambiando la polaridad en la fuente.

motores de corriente alterna

Se diferencian de los diseños anteriores en que la corriente eléctrica que fluye en su bobina está descrita por ley armónica sinusoidalcambiando periódicamente su dirección (signo). Para alimentarlos, se suministra voltaje desde generadores con señales alternas.

El estator de tales motores se realiza mediante un circuito magnético. Está hecho de placas ferromagnéticas con ranuras en las que se colocan las vueltas de la bobina con una configuración de marco (bobina).

Motores eléctricos síncronos

La foto a continuación muestra el principio de funcionamiento de un motor de CA monofásico con rotación síncrona de los campos electromagnéticos del rotor y el estator.

En las ranuras del circuito magnético del estator en extremos diametralmente opuestos, se colocan cables de bobinado, que se muestran esquemáticamente en forma de marco a través del cual fluye una corriente alterna.

Consideremos el caso del momento en el tiempo correspondiente al paso de la parte positiva de su media onda.

En las celdas de apoyo, un rotor con un imán permanente incorporado gira libremente, en el que la «boca N» norte y la «boca S» sur del polo están claramente definidas. Cuando una media onda positiva de corriente fluye a través del devanado del estator, se crea un campo magnético con polos "S st" y "N st".

Las fuerzas de interacción surgen entre los campos magnéticos del rotor y el estator (con los polos repeliéndose y a diferencia de los polos atrayéndose) que tienden a girar la armadura del motor desde cualquier posición hasta el extremo cuando los polos opuestos están ubicados lo más cerca posible entre sí. otro.

Si consideramos el mismo caso, pero en el momento en que lo contrario: una media onda negativa de corriente pasa a través del cable del marco, entonces la rotación de la armadura ocurrirá en la dirección opuesta.

Para garantizar el movimiento continuo del rotor en el estator, no se fabrica un marco de bobinado, sino un cierto número de ellos, dado que cada uno de ellos está alimentado por una fuente de corriente separada.

Principio de funcionamiento de un motor de CA trifásico con rotación síncrona, los campos electromagnéticos del rotor y el estator se muestran en la siguiente imagen.

En este diseño, tres bobinas A, B y C están montadas dentro del circuito magnético del estator, compensadas por ángulos de 120 grados entre sí. La bobina A está marcada en amarillo, la B en verde y la C en roja. Cada bobina se fabrica con los mismos marcos que en el caso anterior.

En la imagen, en cualquier caso, la corriente fluye a través de una sola bobina en dirección hacia adelante o hacia atrás, lo que se indica con los signos «+» y «-«.

Cuando la semionda positiva pasa por la fase A en dirección hacia adelante, el eje del campo del rotor toma una posición horizontal, porque los polos magnéticos del estator se forman en este plano y atraen la armadura móvil. Los polos opuestos del rotor tienden a acercarse a los polos del estator.

Cuando la media onda positiva entra en la fase C, la armadura girará 60 grados en el sentido de las agujas del reloj. Una vez que se aplica corriente a la fase B, ocurrirá una rotación de armadura similar. Cada flujo de corriente posterior en la siguiente fase del siguiente devanado hará girar el rotor.

Si se aplica un voltaje de red trifásico desplazado en un ángulo de 120 grados a cada devanado, entonces circularán corrientes alternas en ellos, lo que hará girar la armadura y creará su rotación sincrónica con el campo electromagnético aplicado.

El mismo diseño mecánico se utiliza con éxito en un motor paso a paso trifásico… Sólo en cada devanado por control controlador especial (controlador de motor paso a paso) Se aplican y eliminan pulsos constantes de acuerdo con el algoritmo descrito anteriormente.

Su puesta en marcha inicia un movimiento de rotación, y su terminación en un momento determinado proporciona una rotación medida del eje y una parada en un ángulo programado para realizar ciertas operaciones tecnológicas.

En los dos sistemas trifásicos descritos es posible cambiar el sentido de giro del inducido. Para hacer esto, solo necesita cambiar la secuencia de las fases «A» — «B» — «C» a otra, por ejemplo «A» — «C» — «B».

La velocidad del rotor está regulada por la duración del período T. Su reducción conduce a una aceleración de la rotación.La magnitud de la amplitud de la corriente en la fase depende de la resistencia interna del devanado y del valor del voltaje que se le aplica. Determina la cantidad de par y potencia del motor eléctrico.

Motores asíncronos

Estos diseños de motor tienen el mismo circuito magnético de estator con devanados que en los modelos monofásicos y trifásicos discutidos anteriormente. Reciben su nombre de la rotación asíncrona de los campos electromagnéticos de la armadura y el estator. Esto se hace mejorando la configuración del rotor.

Su núcleo está hecho de placas de acero eléctrico ranuradas. Están equipados con conductores de corriente de aluminio o cobre, que están cerrados en los extremos de la armadura con anillos conductores.

Cuando se aplica voltaje a los devanados del estator, se induce una corriente eléctrica en el devanado del rotor por fuerza electromotriz y se crea un campo magnético de armadura. Cuando estos campos electromagnéticos interactúan, el eje del motor comienza a girar.

Con este diseño, el movimiento del rotor es posible solo después de la aparición de un campo electromagnético giratorio en el estator, y continúa en un modo de operación asíncrono con él.

Los motores asíncronos tienen un diseño más simple, por lo que son más baratos y se utilizan mucho en instalaciones industriales y electrodomésticos.

Motor eléctrico a prueba de explosiones ABB

motores lineales

Muchos cuerpos de trabajo de mecanismos industriales realizan un movimiento alternativo o de traslación en un plano, lo cual es necesario para el funcionamiento de máquinas metalúrgicas, vehículos, golpes de martillo al hincar pilotes...

Mover un cuerpo de trabajo de este tipo por medio de cajas de engranajes, husillos de bolas, transmisiones por correa y dispositivos mecánicos similares desde un motor eléctrico rotativo complica el diseño. La solución técnica moderna a este problema es el funcionamiento de un motor eléctrico lineal.

Su estator y rotor se alargan en forma de tiras, en lugar de enrollarse en anillos, como en los motores eléctricos rotativos.

El principio de funcionamiento es impartir un movimiento lineal alternativo al rotor del rodete debido a la transferencia de energía electromagnética desde un estator estacionario con un circuito magnético abierto de cierta longitud. Se crea un campo magnético de trabajo en su interior al encender secuencialmente la corriente.

Actúa sobre el devanado del inducido con un colector. Las fuerzas que surgen en un motor de este tipo mueven el rotor solo en una dirección lineal a lo largo de los elementos de guía.

Los motores lineales están diseñados para funcionar con corriente continua o corriente alterna y pueden funcionar en modo síncrono o asíncrono.

Las desventajas de los motores lineales son:

• la complejidad de la tecnología;

• precio alto;

• baja eficiencia energética.