É difícil imaginar como seria o mundo moderno sem um motor elétrico DC (e um AC, aliás). Qualquer mecanismo moderno está equipado com um motor elétrico. Pode ter um propósito diferente, mas sua presença, via de regra, é crítica. Espera-se que em um futuro próximo o papel do motor DC só aumente. Já hoje, sem este dispositivo, é impossível criar equipamentos de alta qualidade, confiáveis e silenciosos com velocidades ajustáveis. Mas esta é a chave para o desenvolvimento do estado e da economia mundial como um todo.
Da história do motor CC
Durante experimentos em 1821, o famoso cientista Faraday descobriu acidentalmente que um ímã e um condutor de correnteinfluenciam uns aos outros. Em particular, um ímã permanente pode causar a rotação de um circuito condutor de corrente simples. Os resultados desses experimentos foram usados para pesquisas futuras.
Já em 1833, Thomas Davenport criou um modelo de trem com um pequeno motor elétrico capaz de conduzi-lo.
Em 1838, um barco de passageiros para 12 lugares foi construído no Império Russo. Quando este barco movido a motor elétrico foi contra a corrente ao longo do Neva, causou uma verdadeira explosão de emoções na comunidade científica e não só.
Como funciona um motor CC
Se você olhar para o trabalho superficialmente, como eles fazem na escola nas aulas de física, pode parecer que não há absolutamente nada de complicado nele. Mas isso é apenas à primeira vista. De fato, a ciência do acionamento elétrico é uma das mais difíceis no ciclo das disciplinas técnicas. Durante a operação de um motor elétrico, ocorrem diversos fenômenos físicos complexos, que ainda não são totalmente compreendidos e são explicados por várias hipóteses e suposições.
Em uma versão simplificada, o princípio de funcionamento de um motor CC pode ser descrito da seguinte forma. Um condutor é colocado em um campo magnético e uma corrente passa por ele. Além disso, se considerarmos a seção transversal do condutor, surgem círculos concêntricos de força invisível ao seu redor - este é um campo magnético formado pela corrente no condutor. Como já mencionado, esses campos magnéticos são invisíveis ao olho humano. Mas há um truque simples que permite observá-los visualmente. A maneira mais fácil é fazer um buraco no compensado ou em uma folha grossa de papel por onde passar o fio. Neste caso, a superfície próxima ao furo deve ser coberta com uma fina camada de pó metálico magnético finamente disperso (também pode ser usada serragem fina). Quando o circuito é fechado, as partículas de pó se alinham na forma do campo magnético.
Na verdade, o princípio de funcionamento de um motor CC é baseado neste fenômeno. Um condutor de corrente é colocado entre os pólos norte e sul de um ímã em forma de U. Como resultado da interação de campos magnéticos, o fio é colocado em movimento. A direção do movimento depende de como os postes estão posicionados e pode ser determinado com precisão pela chamada regra do gimlet.
Força Ampere
A força que empurra um condutor de corrente para fora do campo de um ímã permanente é chamada de força Ampère - em homenagem a um famoso pesquisador de fenômenos elétricos. A unidade de corrente também tem o nome dele.
Para encontrar o valor numérico dessa força, você precisa multiplicar a corrente no condutor considerado pelo seu comprimento e pela magnitude (vetor) do campo magnético.
A fórmula ficará assim:
F=IBL.
Modelo do motor mais simples
A grosso modo, para construir o motor mais primitivo, você precisa colocar uma estrutura de material condutor (fio) em um campo magnético e alimentá-lo com corrente. O quadro irá girar para um determinado ângulo e parar. Esta posição na gíria dos especialistas emárea do acionamento elétrico é chamada de "morta". O motivo da parada é que os campos magnéticos são, por assim dizer, compensados. Em outras palavras, isso acontece quando a força resultante se torna igual a zero. Portanto, o dispositivo de motor CC inclui não um, mas vários quadros. Em uma unidade industrial real (instalada em um equipamento), pode haver muitos, muitos desses circuitos elementares. Assim, quando as forças são equilibradas em um quadro, o outro quadro o tira do "estupor".
Características do dispositivo de motores de diferentes potências
Mesmo uma pessoa que está longe do mundo da engenharia elétrica perceberá imediatamente que sem uma fonte de um campo magnético constante, simplesmente não há nenhum motor elétrico DC. Vários dispositivos são usados como fontes.
Para motores CC de baixa potência (12 volts ou menos), um ímã permanente é a solução ideal. Mas esta opção não é adequada para unidades de grande potência e tamanho: os ímãs serão muito caros e pesados. Portanto, para motores CC de 220 V ou mais, é mais conveniente usar um indutor (enrolamento de campo). Para que o indutor se torne uma fonte de campo magnético, ele deve ser alimentado.
Projeto de motor elétrico
Em geral, o projeto de qualquer motor CC inclui os seguintes elementos:coletor, estator e armadura.
A armadura serve como elemento de mancal para o enrolamento do motor. Consiste em finas chapas de aço para fins elétricos com ranhuras ao redor do perímetro para a colocação do fio. O material de fabricação neste caso é muito importante. Como já mencionado, o aço elétrico é usado. Este tipo de material é caracterizado por um grande tamanho de grão cultivado artificialmente e suavidade (como resultado do baixo teor de carbono). Além disso, toda a estrutura consiste em folhas finas e isoladas. Tudo isso não permite a ocorrência de correntes parasitas e evita o superaquecimento da armadura.
O estator é uma parte fixa. Ele desempenha o papel do ímã discutido anteriormente. Para demonstrar o funcionamento de um modelo de motor em laboratório, para maior clareza e melhor compreensão dos princípios, é utilizado um estator com dois pólos. Motores industriais reais usam dispositivos com um grande número de pares de pólos.
Um coletor é um interruptor (conector) que fornece corrente aos circuitos de enrolamento de um motor CC. Sua presença é estritamente necessária. Sem ele, o motor funcionará aos solavancos, não suavemente.
Variedades de motores
Não existe um motor universal que seja utilizado em absolutamente todos os ramos da tecnologia e da economia nacional e atenda a todos os requisitos no campo da segurança e confiabilidade durante a operação.
Você deve ter muito cuidado ao escolher um motor CC. O reparo é extremamente difícil e caroum procedimento que só pode ser realizado por pessoal devidamente qualificado. E se o design e as capacidades do motor não atenderem aos requisitos, fundos significativos serão gastos em reparos.
Existem quatro tipos principais de motores CC: motores CC escovados, inversores, unipolares e universais escovados. Cada um desses tipos tem suas próprias qualidades positivas e negativas. Uma breve descrição de cada um deles deve ser fornecida.
motores DC escovados
Há um grande número de formas possíveis de implementar motores deste tipo: um coletor e um número par de circuitos, vários coletores e vários circuitos de enrolamento, três coletores e o mesmo número de voltas de enrolamento, quatro coletores e dois voltas sinuosas, quatro coletores e quatro circuitos na âncora e, finalmente - oito coletores com uma âncora sem moldura.
Este tipo de motor é caracterizado pela relativa simplicidade de execução e produção. É por isso que se tornou conhecido como um motor universal, cuja aplicação é muito extensa: desde carros de brinquedo controlados por rádio até máquinas-ferramentas CNC muito complexas e de alta tecnologia fabricadas na Alemanha ou no Japão.
Sobre motores inversores
Em geral, esse tipo de motor é muito parecido com o coletor e tem as mesmas vantagens e desvantagens. A única diferença está no mecanismo de lançamento: é maisperfeito, o que permite inverter facilmente a velocidade e ajustar a velocidade do rotor. Assim, o desempenho deste tipo de motor CC é superior aos motores coletores em vários parâmetros.
Mas se há um ganho em alguma coisa, então em algumas coisas haverá uma perda. Esta é uma lei inegável do universo. Portanto, neste caso: a superioridade é fornecida por uma técnica bastante complexa e caprichosa, que muitas vezes falha. De acordo com especialistas experientes, a reparação de motores DC do tipo inversor é bastante difícil de realizar. Às vezes, mesmo eletricistas experientes não conseguem diagnosticar um mau funcionamento no sistema.
Características de motores DC unipolares
O princípio de funcionamento permanece o mesmo e se baseia na interação dos campos magnéticos do condutor com a corrente e o ímã. Mas o condutor de corrente não é um fio, mas um disco girando em um eixo. A corrente é fornecida da seguinte forma: um contato fecha no eixo metálico e o outro, através da chamada escova, conecta a borda do círculo metálico. Tal mecanismo, como pode ser visto, tem um design bastante complexo e, portanto, muitas vezes falha. A principal aplicação é a pesquisa científica no campo da física da eletricidade e acionamento elétrico.
Características dos motores de comutador universal
Em princípio, esse tipo de motor não traz nada de novo. Mas tem uma característica muito importante - a capacidade de trabalhar comoda rede DC e da rede AC. Às vezes, essa propriedade pode economizar dinheiro significativo no reparo e modernização de equipamentos.
A frequência de corrente alternada é estritamente regulada e é de 50 Hertz. Em outras palavras, a direção do movimento de partículas carregadas negativamente muda 50 vezes por segundo. Alguns acreditam erroneamente que o rotor de um motor elétrico também deve mudar o sentido de rotação (sentido horário - anti-horário) 50 vezes por segundo. Se isso fosse verdade, qualquer aplicação útil de motores elétricos CA estaria fora de questão. O que acontece na realidade: a corrente dos enrolamentos da armadura e do estator é sincronizada usando os capacitores mais simples. E, portanto, quando a direção da corrente na carcaça da armadura muda, sua direção no estator também muda. Assim, o rotor gira constantemente em uma direção.
Infelizmente, a eficiência deste tipo de motor CC é muito inferior à dos motores inversores e unipolares. Portanto, seu uso é limitado a áreas bastante estreitas - onde é necessário obter a máxima confiabilidade a qualquer custo, sem levar em consideração os custos operacionais (por exemplo, engenharia militar).
Cláusulas finais
A tecnologia não fica parada, e hoje muitas escolas científicas ao redor do mundo competem entre si e se esforçam para criar um motor barato e econômico com alta eficiência e desempenho. A potência dos motores elétricos DC vem crescendo ano a ano, enquanto suaconsumo de energia.
Cientistas preveem que o futuro será determinado por equipamentos elétricos, e a era do petróleo terminará muito em breve.
