Es difícil incluso imaginar cómo sería el mundo moderno sin un motor eléctrico de CC (y uno de CA, por cierto). Cualquier mecanismo moderno está equipado con un motor eléctrico. Puede tener un propósito diferente, pero su presencia, por regla general, es crítica. Se espera que en un futuro cercano el papel del motor de CC solo aumente. Ya hoy, sin este dispositivo, es imposible crear equipos de alta calidad, confiables y silenciosos con velocidades ajustables. Pero esta es la clave para el desarrollo del estado y de la economía mundial en su conjunto.
De la historia del motor DC
Durante los experimentos en 1821, el famoso científico Faraday descubrió accidentalmente que un imán y un conductor de corriente de alguna manerainfluirse unos a otros. En particular, un imán permanente puede provocar la rotación de un circuito conductor de corriente simple. Los resultados de estos experimentos se utilizaron para futuras investigaciones.
Ya en 1833, Thomas Davenport creó una maqueta de tren con un pequeño motor eléctrico capaz de impulsarlo.
En 1838, se construyó en el Imperio Ruso un barco de pasajeros para 12 asientos. Cuando este barco propulsado por un motor eléctrico fue contra la corriente a lo largo del Neva, provocó una verdadera explosión de emociones en la comunidad científica y no solo.
Cómo funciona un motor de CC
Si miras el trabajo superficialmente, como lo hacen en la escuela en las lecciones de física, puede parecer que no hay absolutamente nada complicado en él. Pero esto es sólo a primera vista. De hecho, la ciencia del accionamiento eléctrico es una de las más difíciles del ciclo de las disciplinas técnicas. Durante el funcionamiento de un motor eléctrico, ocurren una serie de fenómenos físicos complejos, que aún no se comprenden completamente y se explican mediante diversas hipótesis y suposiciones.
En una versión simplificada, el principio de funcionamiento de un motor de CC se puede describir de la siguiente manera. Se coloca un conductor en un campo magnético y se hace pasar una corriente a través de él. Además, si consideramos la sección transversal del conductor, entonces surgen círculos concéntricos de fuerza invisible a su alrededor: este es un campo magnético que se forma por la corriente en el conductor. Como ya se mencionó, estos campos magnéticos son invisibles para el ojo humano. Pero hay un truco simple que te permite observarlos visualmente. La forma más fácil es hacer un agujero en la madera contrachapada o en una hoja gruesa de papel a través del cual pasar el cable. En este caso, la superficie cerca del orificio debe cubrirse con una capa delgada de polvo de metal magnético finamente disperso (también se puede usar aserrín fino). Cuando el circuito está cerrado, las partículas de polvo se alinean en la forma del campo magnético.
En realidad, el principio de funcionamiento de un motor de CC se basa en este fenómeno. Un conductor portador de corriente se coloca entre los polos norte y sur de un imán en forma de U. Como resultado de la interacción de los campos magnéticos, el cable se pone en movimiento. La dirección del movimiento depende de la posición de los postes y puede determinarse con precisión mediante la llamada regla de la barrena.
Fuerza de amperios
La fuerza que empuja a un conductor que transporta corriente fuera del campo de un imán permanente se denomina fuerza Ampère, en honor a un famoso investigador de fenómenos eléctricos. La unidad de corriente también lleva su nombre.
Para encontrar el valor numérico de esta fuerza, debe multiplicar la corriente en el conductor en cuestión por su longitud y por la magnitud (vector) del campo magnético.
La fórmula se verá así:
F=IBL.
Modelo del motor más simple
En términos generales, para construir el motor más primitivo, debe colocar un marco de material conductor (alambre) en un campo magnético y alimentarlo con corriente. El marco girará hasta cierto ángulo y se detendrá. Esta posición en la jerga de los especialistas enEl área del accionamiento eléctrico se llama "muerto". El motivo de la parada es que los campos magnéticos están, por así decirlo, compensados. En otras palabras, esto sucede cuando la fuerza resultante se vuelve igual a cero. Por lo tanto, el dispositivo de motor de CC incluye no uno, sino varios marcos. En una unidad industrial real (que está instalada en un equipo), puede haber muchísimos circuitos elementales de este tipo. Entonces, cuando las fuerzas se equilibran en un marco, el otro marco lo saca del "estupor".
Características del dispositivo de motores de diferente potencia
Incluso una persona que está lejos del mundo de la ingeniería eléctrica se dará cuenta de inmediato de que sin una fuente de un campo magnético constante, simplemente no se trata de ningún motor eléctrico de CC. Una variedad de dispositivos se utilizan como tales fuentes.
Para motores de CC de baja potencia (12 voltios o menos), un imán permanente es la solución ideal. Pero esta opción no es adecuada para unidades de gran potencia y tamaño: los imanes serán demasiado caros y pesados. Por lo tanto, para motores de CC de 220 V o más, es más conveniente utilizar un inductor (devanado de campo). Para que el inductor se convierta en una fuente de un campo magnético, debe estar alimentado.
Diseño de motor eléctrico
En general, el diseño de cualquier motor DC incluye los siguientes elementos:colector, estator y armadura.
La armadura sirve como elemento de apoyo para el devanado del motor. Consiste en láminas delgadas de acero para uso eléctrico con ranuras en todo el perímetro para tender el cable. El material de fabricación en este caso es muy importante. Como ya se mencionó, se utiliza acero eléctrico. Este grado de material se caracteriza por un gran tamaño de grano cultivado artificialmente y por su suavidad (como resultado del bajo contenido de carbono). Además, toda la estructura se compone de finas láminas aislantes. Todo esto no permite que se produzcan corrientes parásitas y evita el sobrecalentamiento de la armadura.
El estator es una parte fija. Realiza el papel del imán discutido anteriormente. Para demostrar el funcionamiento de un motor modelo en el laboratorio, para mayor claridad y una mejor comprensión de los principios, se utiliza un estator de dos polos. Los motores industriales reales utilizan dispositivos con un gran número de pares de polos.
Un colector es un interruptor (conector) que suministra corriente a los circuitos de devanado de un motor de CC. Su presencia es estrictamente necesaria. Sin él, el motor funcionará a sacudidas, no suavemente.
Variedades de motores
No existe un motor universal que se pueda usar en absolutamente todas las ramas de la tecnología y la economía nacional y que cumpla con todos los requisitos en el campo de la seguridad y confiabilidad durante la operación.
Debe tener mucho cuidado al elegir un motor de CC. La reparación es extremadamente difícil y costosa.un procedimiento que sólo puede ser realizado por personal debidamente cualificado. Y si el diseño y las capacidades del motor no cumplen con los requisitos, se gastarán importantes fondos en reparaciones.
Hay cuatro tipos principales de motores de CC: cepillados, inversores, unipolares y cepillados universales. Cada uno de estos tipos tiene sus propias cualidades positivas y negativas. Se debe dar una breve descripción de cada uno de ellos.
Motores CC con escobillas
Existe una gran cantidad de formas posibles de implementar motores de este tipo: un colector y un número par de circuitos, varios colectores y varios circuitos de devanado, tres colectores y el mismo número de vueltas de devanado, cuatro colectores y dos vueltas sinuosas, cuatro colectores y cuatro circuitos en el ancla, y finalmente - ocho colectores con un ancla sin marco.
Este tipo de motor se caracteriza por una relativa sencillez de ejecución y producción. Es por ello que se ha dado a conocer como motor universal, cuya aplicación es muy amplia: desde coches de juguete teledirigidos hasta máquinas herramienta CNC muy complejas y de alta tecnología fabricadas en Alemania o Japón.
Acerca de los motores inverter
En general, este tipo de motor es muy similar al de colección y tiene las mismas ventajas y desventajas. La única diferencia está en el mecanismo de lanzamiento: es másperfecto, que le permite invertir fácilmente la velocidad y ajustar la velocidad del rotor. Por lo tanto, el rendimiento de este tipo de motor de CC es superior al de los motores colectores en varios parámetros.
Pero si hay una ganancia en algo, entonces en algunas cosas habrá una pérdida. Esta es una ley innegable del universo. Entonces, en este caso: la superioridad la proporciona una técnica bastante compleja y caprichosa, que a menudo falla. Según especialistas experimentados, la reparación de motores de CC de tipo inversor es bastante difícil de realizar. A veces, incluso los electricistas experimentados no pueden diagnosticar un mal funcionamiento en el sistema.
Características de los motores DC unipolares
El principio de funcionamiento sigue siendo el mismo y se basa en la interacción de los campos magnéticos del conductor con la corriente y el imán. Pero el conductor de corriente no es un alambre, sino un disco que gira sobre un eje. La corriente se suministra de la siguiente manera: un contacto se cierra en el eje metálico y el otro, a través del llamado cepillo, conecta el borde del círculo metálico. Tal motor, como puede verse, tiene un diseño bastante complejo y, por lo tanto, a menudo falla. La aplicación principal es la investigación científica en el campo de la física de la electricidad y el accionamiento eléctrico.
Características de los motores de conmutador universal
En principio, este tipo de motor no lleva nada nuevo. Pero tiene una característica muy importante: la capacidad de trabajar comode la red DC y de la red AC. A veces, esta propiedad puede ahorrar una cantidad significativa de dinero en la reparación y modernización del equipo.
La frecuencia de corriente alterna está estrictamente regulada y es de 50 Hertz. En otras palabras, la dirección del movimiento de las partículas cargadas negativamente cambia 50 veces por segundo. Algunos creen erróneamente que el rotor de un motor eléctrico también debe cambiar la dirección de rotación (en sentido horario - antihorario) 50 veces por segundo. Si esto fuera cierto, cualquier aplicación útil de los motores eléctricos de CA estaría fuera de discusión. Lo que sucede en realidad: la corriente de los devanados del inducido y del estator se sincroniza utilizando los condensadores más simples. Y por lo tanto, cuando cambia la dirección de la corriente en el marco del inducido, también cambia su dirección en el estator. Por lo tanto, el rotor gira constantemente en una dirección.
Desafortunadamente, la eficiencia de este tipo de motor de CC es mucho menor que la de los motores inverter y unipolares. Por lo tanto, su uso se limita a áreas bastante estrechas, donde es necesario obtener la máxima confiabilidad a cualquier costo, sin tener en cuenta los costos operativos (por ejemplo, ingeniería militar).
Cláusulas finales
La tecnología no se detiene, y hoy en día muchas escuelas científicas de todo el mundo compiten entre sí y se esfuerzan por crear un motor barato y económico con una alta eficiencia y rendimiento. La potencia de los motores eléctricos de CC crece año tras año, mientras que suconsumo de energía.
Los científicos predicen que el futuro estará determinado por los equipos eléctricos y que la era del petróleo terminará muy pronto.
