Princípios do motor elétrico para manequins

A base do motor elétrico, corrente contínua e corrente alternada, é baseada na força de ampère. Se você não sufocar o resultado, nada será incompreensível.

Fig. 1

P.S. De fato, há um produto vetorial e diferenciais, mas esses são detalhes, e temos um caso especial e simplificado.

A direção da força ampère é determinada pela regra da mão esquerda.

Fig.2

Coloque mentalmente a palma da mão esquerda na figura superior e obtenha a direção das forças de Ampere. Ela estica o quadro com a corrente nessa posição, como mostra a Fig. 1. E nada vai virar por aqui, o quadro está em equilíbrio, estável.

E se o quadro com a corrente for girado de maneira diferente, é isso que acontecerá:

Fig.3

Já não há equilíbrio aqui, a força Ampere desdobra as paredes opostas para que o quadro comece a girar. A rotação mecânica aparece. Essa é a base do motor elétrico, a própria essência e, depois, apenas os detalhes.

Próximo.

Agora, o que o quadro com corrente na Fig. 3 fará? Se o sistema for perfeito, sem atrito, obviamente haverá oscilações. Se houver atrito, as oscilações umedecem gradualmente, o quadro com corrente se estabiliza e se torna como na Fig. 1.

Mas precisamos de rotação constante e isso pode ser alcançado de duas maneiras fundamentalmente diferentes, e a partir daqui surge a diferença entre motores CC e elétricos.

Método 1. Altere a direção da corrente no quadro.

Este método é usado em motores de corrente contínua e seus descendentes.

Estamos assistindo as fotos. Deixe nosso motor ser desenergizado e o quadro com a corrente orientado de alguma forma aleatoriamente, como este, por exemplo:

Fig. 4.1 Estrutura posicionada aleatoriamente

A força ampère atua em um quadro localizado aleatoriamente e começa a girar.

Figura 4.2

Durante o movimento, o quadro atinge um ângulo de 90 °. O momento (momento de um par de forças ou momento de rotação) é máximo.

Figura 4.3

E agora o quadro atinge uma posição em que não há momento de rotação. E se você não desligar a corrente agora, a força de ampère já diminuirá o quadro e, no final da meia volta, o quadro parará e começará a girar na direção oposta. Mas não precisamos disso.

Portanto, fazemos um movimento complicado na Fig. 3 - alteramos a direção da corrente no quadro.

Fig.4.4

E depois de cruzar essa posição, o quadro com a direção atual alterada não é mais travado, mas acelera novamente.

Fig.4.5

E quando o quadro se aproxima da próxima posição de equilíbrio, mudamos a corrente novamente.

Fig.4.6

E o quadro novamente continua a acelerar para onde precisamos.

E assim acontece uma rotação constante. É lindo? Nice. Só é necessário mudar a direção das atuais duas vezes por revolução e para todo o negócio.

E ele faz isso, ou seja, fornece uma alteração da unidade especial atual - unidade coletor de escovas. Em princípio, está organizado da seguinte forma:

Fig.5

A figura é clara e sem explicação. O quadro esfrega em um contato, depois em outro e, portanto, a corrente muda.

Uma característica muito importante da unidade de coletor de pincel é seu pequeno recurso. Devido ao atrito. Por exemplo, aqui está o mecanismo DPR-52-N1 - o tempo de operação mínimo de 1000 horas. Ao mesmo tempo, a vida útil dos modernos motores sem escova é de mais de 10.000 horas, e os motores de corrente alternada (também não existem SHKU) por mais de 40.000 horas.

Post Script. Além do motor DC padrão (padrão, isso significa com uma unidade coletor de escovas), também existe o seu desenvolvimento: um motor DC sem escova (BDTT) e um motor de válvula.

O BDTT difere na medida em que a corrente muda eletronicamente (os transistores fecham e abrem), e a válvula é ainda mais íngreme, também muda a corrente, controlando o momento. Em geral, um BDTT com uma válvula de complexidade é comparável a um acionamento elétrico, porque possui todos os tipos de sensores de posição do rotor (sensores Hall, por exemplo) e um controlador eletrônico complexo.

A diferença entre o BDTT e o motor da válvula na forma de contra-EMF. No BDT há um trapézio (uma mudança grosseira) e em um motor de válvula - um sinusóide, um meio mais suave.

Em inglês, o BDT é BLDC e o motor da válvula é PMSM.

Método 2. O fluxo magnético é girado, isto é, campo magnético.

Um campo magnético rotativo é obtido usando uma corrente trifásica alternada. Existe um estator.

Fig.6

E existem 3 fases de corrente alternada.

Fig. 7

Entre eles, aparentemente 120 graus, graus elétricos.

Essas três fases são colocadas no estator de maneira especial, para que sejam rotacionadas geometricamente 120 ° entre si.

Fig. 8

E então, quando a energia trifásica é aplicada, um campo magnético rotativo é obtido dobrando os fluxos magnéticos dos três enrolamentos.

Fig. 9

Em seguida, o campo magnético rotativo "pressiona" a força de ampère em nosso quadro e gira.

Mas também existem diferenças, de duas maneiras diferentes.

Método 2a. O quadro é alimentado (motor síncrono).

Damos meios à tensão do quadro (constante), o quadro é exposto ao campo magnético. Lembra da figura 1 desde o início? É assim que o quadro se torna.

Fig. 10 (Fig. 1)

Mas o campo magnético aqui está girando, e não apenas suspenso. O que o quadro fará? Ele também irá girar, seguindo o campo magnético.

Eles (o quadro e o campo) giram na mesma frequência ou de forma síncrona, portanto esses motores são chamados de motores síncronos.

Método 2b. O quadro não está energizado (motor assíncrono).

O truque é que o quadro não se alimenta, nem se alimenta. Apenas um fio tão fechado.

Quando começamos a girar o campo magnético, de acordo com as leis do eletromagnetismo, uma corrente é induzida no quadro. A força ampères é obtida a partir deste campo atual e magnético. Mas a força de Ampere surgirá apenas se o quadro se mover em relação ao campo magnético (uma história bem conhecida com os experimentos de Ampere e suas viagens para a próxima sala).

Portanto, o quadro sempre fica atrás do campo magnético. E então, se por algum motivo ela de repente o alcança, a ponta do campo desaparece, a corrente desaparece, a força de Ampere desaparece e tudo desaparece completamente. Ou seja, em um motor de indução, o quadro sempre fica atrás do campo e sua frequência significa diferente, ou seja, eles rodam de forma assíncrona, portanto, o motor é chamado de assíncrono.

Veja também sobre este tópico: Como os motores assíncronos monofásicos são arranjados e funcionando?, Tipos de geradores elétricos, dispositivos e seu funcionamento