Como funcionam os motores elétricos de um computador? Motores elétricos - sua finalidade e áreas de aplicação

Um motor elétrico é um sistema técnico no qual a energia elétrica é transformada em energia mecânica. A operação de tal motor é baseada no fenômeno da indução eletromagnética. O dispositivo pressupõe a presença de um elemento estacionário - um estator, bem como uma parte móvel chamada armadura ou rotor.

Num motor elétrico tradicional, o estator é a parte externa da estrutura. Este elemento forma um campo magnético estacionário. O rotor móvel é colocado dentro do estator. É composto por ímãs permanentes, núcleo com enrolamentos, comutador e escovas. As correntes elétricas fluem através de um enrolamento, geralmente composto por muitas voltas de fio de cobre.

Ao operar conectado a uma fonte de energia, os campos do estator e do rotor interagem. Um torque aparece. Ele coloca o rotor do motor elétrico em movimento. Assim, a energia elétrica fornecida aos enrolamentos é transformada em energia de movimento rotacional. A rotação do eixo do motor elétrico é transmitida ao elemento de trabalho sistema técnico, que inclui o motor.

Características do motor elétrico

Um motor elétrico é um dos tipos de máquinas elétricas que também incluem. Devido à propriedade de reversibilidade, o motor elétrico, se necessário, pode atuar como gerador. A transição reversa também é possível. Porém, na maioria das vezes, cada máquina elétrica é projetada exclusivamente para desempenhar uma função muito específica. Em outras palavras, o motor elétrico funcionará de forma mais eficiente nesta capacidade.

A conversão de energia elétrica em energia de rotação mecânica que ocorre no motor está necessariamente associada a perdas de energia. As razões para este fenômeno são o aquecimento dos condutores, a magnetização dos núcleos e a força de atrito prejudicial que ocorre mesmo quando se utilizam rolamentos. Até o atrito das partes móveis com o ar afeta o coeficiente do motor elétrico. E ainda assim, nos motores mais avançados, a eficiência é bastante elevada e pode chegar a 90%.

Possuindo uma série de vantagens inegáveis, os motores movidos a , tornaram-se extremamente difundidos na indústria e na vida cotidiana. A principal vantagem desse motor é sua facilidade de uso e características de alto desempenho. O motor elétrico não produz emissões nocivas para a atmosfera, por isso seu uso em automóveis é muito promissor.

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Um motor elétrico é uma máquina especial que converte energia elétrica em energia mecânica. Considerando o tipo de corrente da instalação elétrica em que opera a máquina elétrica, são utilizados os principais tipos de motores elétricos - corrente contínua e alternada.

Os motores elétricos CA são divididos em síncronos e assíncronos. Os assíncronos, por sua vez, são divididos em industriais gerais, à prova de explosão e guindastes.

As máquinas elétricas CA são monofásicas e trifásicas. No estágio atual, os motores elétricos síncronos e assíncronos trifásicos são amplamente utilizados.

Hoje, os motores elétricos assíncronos são os motores elétricos mais populares. Os dispositivos assíncronos ganharam grande popularidade devido à sua simplicidade de design e confiabilidade operacional bastante alta. Um motor elétrico assíncrono é frequentemente usado em eletrodomésticos e empresas industriais.

Nos casos em que não são necessários grandes torques de partida nos acionamentos, é utilizado um motor elétrico com rotor de gaiola de esquilo. E quando o controle suave da velocidade não é necessário e a potência do motor elétrico é alta, um motor elétrico assíncrono com rotor enrolado é usado. Motores elétricos assíncronos com rotor bobinado são utilizados nos casos em que é necessário reduzir a corrente de partida e aumentar o torque de partida.

Unidades monofásicas assíncronas são usadas em uma rede de corrente alternada de 220 volts. Esses motores elétricos encontraram ampla aplicação em residências máquinas de lavar, betoneiras, ferramentas elétricas para construção, processadores de alimentos multifuncionais, máquinas para trabalhar madeira e furar e outros equipamentos domésticos.

Motores elétricos assíncronos também são usados ​​para acionar diversos guindastes industriais, todos os tipos de guinchos de carga e outros dispositivos utilizados na produção. Os motores elétricos AC são de grande importância para muitas indústrias. As unidades assíncronas podem possuir dispositivo conversor em forma de coletor (motores elétricos sem escovas) ou não (motores elétricos sem escovas).

Os motores CA com e sem escova são usados ​​em diversos dispositivos elétricos industriais e domésticos (geladeiras, aspiradores de pó, moedores de carne, ferramentas elétricas, ventiladores, espremedores de frutas) e em equipamentos médicos. Eles são projetados para operar com rede elétrica CC e CA. Os motores elétricos do comutador são caracterizados por um grande torque de partida e dimensões relativamente pequenas.

Os motores elétricos sem escova apresentam baixos níveis de radiação eletromagnética e baixos níveis de ruído. Eles são caracterizados por uma longa vida útil. Na maioria dos casos, os motores sem escovas são utilizados em áreas com atmosferas explosivas, como na indústria de petróleo e gás.

Bastante difundidos entre os motores elétricos CA estão os motores elétricos assíncronos com enrolamento simétrico trifásico no núcleo do estator, que são alimentados pela rede CA.

Vale ressaltar que os motores elétricos assíncronos são normalmente utilizados como motores, enquanto os motores elétricos síncronos são mais frequentemente utilizados como geradores.

Os motores elétricos síncronos são máquinas elétricas de dois enrolamentos em que um dos enrolamentos está conectado à rede elétrica a uma determinada velocidade constante, enquanto o segundo é regularmente excitado por corrente contínua a uma velocidade do rotor que não depende da carga. Essas máquinas são usadas como motores elétricos em grandes instalações, como compressores alternativos e acionamentos de dutos de ar, e normalmente são usadas como geradores.

A velocidade de rotação dos motores síncronos está em constante relação com uma determinada frequência da rede elétrica.

Os motores elétricos de mesa de rolos são usados ​​para acionamentos que operam em altas temperaturas diversas produções metalúrgicas. Os motores elétricos à prova de explosão são projetados para acionar vários mecanismos nas indústrias de gás, química e refino de petróleo, onde podem ocorrer vários compostos explosivos de gases e vapores com o ar. Vários motores elétricos de guindaste são projetados principalmente para todos os tipos de mecanismos de guindaste de todos os tipos. Eles podem ser usados ​​para acionar outros mecanismos que operam em modos operacionais de curto prazo.

Os motores elétricos industriais em geral são amplamente utilizados na indústria de marcenaria, indústria de máquinas-ferramenta, todos os tipos de sistemas de ventilação industrial, vários transportadores, elevadores e todos os tipos de equipamentos de bombeamento.

Com a ajuda de motores elétricos de corrente alternada, a energia elétrica é convertida em energia mecânica. Existem motores AC e DC. Eles têm muitas diferenças, especialmente no design. Os motores elétricos que funcionam em corrente alternada tornaram-se difundidos na indústria. Eles podem ser encontrados tanto em eletrodomésticos quanto na indústria. Eles são encontrados em todos os lugares - em máquinas de lavar, carros, furadeiras, retificadoras e máquinas de produção.

Como funciona um motor elétrico?

O funcionamento dos motores elétricos depende diretamente das leis de Ampère e da indução eletromagnética de Faraday. A lei de Faraday afirma que uma fem é gerada em condutores fechados localizados em um campo magnético. Nos motores, o campo é criado pelos enrolamentos do estator; é por eles que passa a corrente elétrica alternada. Os motores elétricos CA trifásicos operam precisamente de acordo com essas leis.

A lei de Ampère descreve a rotação do rotor dentro do estator. Quando uma carga elétrica flui através de um condutor, desde que seja aplicado um campo magnético, surge uma força eletromotriz. Além disso, esta força motriz é dirigida perpendicularmente às linhas de campo. Neste caso, o rotor montado no centro do motor sobre mancais começa a girar.

Motor assíncrono

Os motores CA assíncronos ganharam enorme popularidade na indústria. Eles são muito despretensiosos, oferecem alta potência e são confiáveis. O projeto de um motor elétrico CA do tipo assíncrono consiste em várias partes:

1. A parte fixa, o estator, tem formato cilíndrico. Feito de chapas de aço com ranhuras nas quais são colocados os enrolamentos. Os eixos dos enrolamentos estão localizados em um ângulo de 120 graus entre si. Todas as bordas dos enrolamentos são trazidas para uma caixa localizada na parte superior do motor. Existem seis pinos no total que podem ser conectados em estrela ou delta. Depende dos parâmetros do acionamento elétrico.
2. O mais comumente usado é um rotor de gaiola de esquilo. Seu design é chamado de “gaiola de esquilo” devido à sua semelhança externa. Contém diversas hastes de cobre ou alumínio, que são curto-circuitadas por meio de anéis de metal nas extremidades.
3. O rotor enrolado tem um design ligeiramente diferente. Nele são colocados três enrolamentos, que lembram aqueles localizados no estator. As bordas de todos os enrolamentos são trazidas para uma caixa onde são conectadas. Usando um rotor enrolado, você pode adicionar um resistor ao circuito de potência do enrolamento que pode alterar a resistência. Isso permite reduzir a corrente inicial.

Em um motor elétrico assíncrono deve ser instalado um impulsor, que permite o resfriamento dos enrolamentos, duas tampas, mancais, caixa e eixo.

Como funciona o assíncrono?

Um motor elétrico assíncrono opera de acordo com as leis da indução eletromagnética. EMF ocorre quando o campo magnético dos enrolamentos do estator e do rotor velocidade diferente rotação. Se esses parâmetros fossem iguais, a força eletromotriz não poderia ser gerada. Mas como o rotor é afetado por fatores de frenagem, por exemplo, atrito e carga dos mancais, sempre haverá condições favoráveis ​​para o funcionamento do dispositivo.

Motores elétricos síncronos

Motores CA síncronos monofásicos são amplamente utilizados. O design de tais motores é ligeiramente diferente daquele discutido acima. Neles, o rotor gira na mesma velocidade que o campo magnético dos enrolamentos do estator se move. E na armadura existem enrolamentos conectados ao coletor. O design das almofadas de contato é feito de tal forma que, em um determinado momento, a energia é fornecida por meio de escovas de grafite apenas a um par de lamelas opostas.

Consequentemente, apenas um enrolamento do rotor é energizado. Esses motores CA comutadores são amplamente utilizados em eletrodomésticos. Por exemplo, em ferramentas elétricas, máquinas de lavar, motores de acionamento de compressores de ar condicionado ou refrigeradores.

Como funciona um motor elétrico síncrono?

No total, podem ser distinguidas várias etapas de operação de um motor elétrico assíncrono:

1. A ocorrência de torque ocorre assim que o fluxo magnético no estator e a corrente elétrica no rotor começam a interagir.
2. O fluxo magnético muda a direção de seu movimento. Além disso, isso acontece simultaneamente com a reversão atual. Utilizando este comportamento, é possível manter a rotação do rotor em uma direção.
3. Para atingir a velocidade necessária do rotor, basta ajustar a tensão de alimentação. Muitos eletrodomésticos utilizam para esse fim um reostato simples, que altera sua resistência.

O projeto de um motor síncrono não é confiável, pois as escovas de grafite muitas vezes se desgastam ou suas molas enfraquecem. Quando os rolamentos falham, um som desagradável característico aparece no eixo. Com o tempo, as lamelas do coletor ficam sujas. Eles podem ser limpos com lixa ou soluções contendo álcool.

Características de diagnóstico de motores síncronos

Para verificar o motor elétrico é necessário desenergizar completamente a ferramenta e desmontá-la. Se houver um curto-circuito, o material isolante interno começará a derreter e um odor desagradável aparecerá. Portanto, a primeira coisa que você precisa fazer é cheirar o rotor. Se não houver sinais de quebra, verifique o estado das lamelas da âncora. Isso é feito usando um multímetro.

Mude para o modo de medição de resistência com um limite de 200 Ohms. Toque todas as ripas adjacentes. Se a resistência mudar, isso indica que há uma quebra dentro da bobina. Em vez de um multímetro, você pode usar uma lâmpada incandescente simples. Para isso, é necessário conectar o motor elétrico a uma fonte de alimentação de 12 Volts e instalar uma lâmpada incandescente no vão. Girando o eixo manualmente, você precisa observar o comportamento da lâmpada.

Se a lâmpada começar a piscar, isso indica a presença de um curto-circuito entre espiras. Se não acender, há uma interrupção no circuito de alimentação ou uma das lamelas está com defeito. Para realizar reparos é necessário substituir o enrolamento e instalar novo isolamento. Somente neste caso o motor não queimará. Certifique-se de testar o motor CA após o reparo. Para aumentar a vida útil do motor, é necessário rebobinar o rotor a cada dois anos.

Vantagens e desvantagens dos motores AC

Os motores CA assíncronos trifásicos tornaram-se muito populares. Na indústria, sua participação é superior a 95%. Mas eles têm uma desvantagem - a alteração da velocidade de rotação só pode ser feita ajustando a frequência da corrente elétrica. Para isso, são utilizados conversores de frequência, cujo custo é bastante elevado. Quando a velocidade de rotação muda, a potência do motor elétrico diminui, e significativamente. As máquinas assíncronas têm uma corrente de partida muito alta e o torque de partida é extremamente baixo. Mas você também pode usar caixas de câmbio, um pouco semelhantes às transmissões automáticas usadas nos carros.

Os motores síncronos têm uma grande desvantagem: seu design. As escovas de grafite quebram muito rapidamente sob carga, resultando em perda de contato. Eles também podem ter rolamentos que falham, enrolamentos que são destruídos, e há duas vezes mais deles do que em máquinas assíncronas. É muito mais difícil iniciar uma máquina síncrona do que uma assíncrona. Portanto, eles não são amplamente utilizados na indústria. E uma máquina assíncrona é capaz de trabalhar por mais tempo sob cargas pesadas sem sentir “desconforto”.

Conexão a uma fonte de alimentação trifásica

Existem dois circuitos pelos quais os enrolamentos dos motores elétricos trifásicos são conectados:

1. "Estrela" - correntes de partida extremamente baixas, mas para alcançar alta potência neste caso, é improvável que funcione.
2. "Triângulo" - a corrente de partida é muito alta, portanto o uso de tal circuito é recomendado quando operando em estado estacionário.

Conectar um motor assíncrono a uma rede CA trifásica é muito simples.

Para este efeito em caixa de terminaisé necessário conectar seis terminais dos enrolamentos. Mas se você fizer a conexão incorretamente, os enrolamentos derreterão. A máquina elétrica precisará ser reparada. As máquinas síncronas são muito mais difíceis de conectar, pois os enrolamentos do rotor precisam ser conectados corretamente ao estator.

Conectando um motor trifásico a uma rede monofásica

Para conectar um motor assíncrono trifásico a uma rede doméstica, é melhor usar capacitores. Com a ajuda deles, você pode mudar a fase da tensão de alimentação. Assim, você receberá uma terceira fase adicional necessária para dar partida e operar o motor elétrico. Se for necessário dar partida em um motor com potência de até 1,5 kW, basta usar um capacitor funcional. Se a potência for superior a 1,5 kW, em paralelo será necessário ligá-la por meio de um interruptor. Ele deve funcionar apenas por alguns segundos até que o motor dê partida. É assim que os motores elétricos de 220 V e 380 V CA são acionados a partir de uma rede doméstica.

Um motor elétrico é projetado para converter energia elétrica em energia mecânica. Este é um dos dispositivos elétricos mais importantes, sem o qual a vida da humanidade moderna é impensável.

Motor DC: princípio de funcionamento

Se um condutor condutor de corrente for colocado em um campo magnético, ele começará a se mover. Isso foi demonstrado em 1821 por Michael Faraday, e então esse princípio foi usado como base para o funcionamento de um motor elétrico.

Se você colocar uma moldura com corrente no campo de um ímã permanente, uma força atuará sobre ela, girando-a em torno do eixo de rotação. O movimento continuará até que o sistema atinja o equilíbrio. Neste momento, é necessário alterar a polaridade da corrente no quadro e o movimento continuará. Ao mudar constantemente a polaridade da corrente no quadro, você pode obter sua rotação contínua. Para fazer isso, a corrente é fornecida através de placas de contato no eixo, chamadas coletor, conectado à fonte de energia através de escovas com mola. Quando a placa coletora gira, ela recebe energia do pólo positivo da fonte ou do pólo negativo.

Os comutadores dos motores CC modernos possuem um grande número de cabos ( lamelas), o que lhes permite trabalhar de forma mais estável e atingir velocidades de rotação mais elevadas. A energia é fornecida a eles através de grafite ou cobre-grafite pincéis.

Os ímãs permanentes, devido à variabilidade de seu fluxo magnético, são substituídos por eletroímãs, cujos enrolamentos estão localizados na parte estacionária do motor, chamados estator. A parte rotativa de um motor elétrico com enrolamento CC é chamada âncora.

O estator e a armadura possuem núcleos para melhorar as propriedades eletromagnéticas. Eles são feitos de finas placas de metal isoladas umas das outras com um verniz especial resistente ao calor. Isso reduz as perdas devido às correntes parasitas, que aquecem os núcleos e reduzem o coeficiente ação útil motor. Os núcleos têm uma forma complexa. Eles possuem ranhuras nas quais os enrolamentos são colocados.

Princípio de funcionamento de um motor assíncrono CA

A corrente alternada para motores elétricos é conveniente porque é possível abandonar os circuitos coletores que alteram a fase da corrente no enrolamento do eixo do motor, que não é mais chamado de armadura, mas rotor. Na corrente alternada, ela própria muda de acordo com uma lei senoidal. Mas há também uma complicação: o campo magnético do estator também muda de acordo com uma lei sinusoidal. Portanto, os enrolamentos do estator de diferentes fases são divididos em várias partes e localizados no espaço em uma determinada ordem.

O princípio de funcionamento de um motor CA é ligeiramente diferente de um motor CC. O campo magnético rotativo do estator cria um fluxo magnético, devido ao qual uma fem é criada no enrolamento do rotor. Os condutores do enrolamento estão em curto-circuito, então a corrente flui através deles. Interação do campo magnético rotativo do estator com a corrente em rotor de gaiola de esquilo faz com que ele gire.

Neste caso, a velocidade na qual o rotor gira menos velocidade rotação do campo magnético no estator. É por isso que esses motores são chamados assíncrono.

Se os enrolamentos do rotor não estiverem em curto-circuito, mas suas extremidades estiverem conectadas a anéis coletores, o resultado será motor elétrico com rotor enrolado. Ao incluir resistores no circuito do rotor, você pode regular a velocidade de rotação. Isto permite o uso de tais motores em guindastes e escavadeiras. Todos os motores elétricos assíncronos potentes também possuem um rotor enrolado. Uma mudança suave ou gradual no valor da resistência no circuito do rotor durante a partida permite reduzir as correntes de partida e acelerar suavemente a unidade acionada em rotação.

Princípio de funcionamento de um motor elétrico síncrono CA

Como o nome sugere, o rotor deste motor elétrico gira na mesma velocidade que o campo magnético do estator conectado à rede elétrica CA. Uma corrente contínua, chamada corrente de excitação, é fornecida ao rotor através de anéis coletores e escovas. Ao ajustar a quantidade de corrente no rotor, você pode alterar o modo de operação do motor elétrico.

Em certos parâmetros de excitação, um modo é obtido quando o motor síncrono começa a fornecer potência reativa à rede. Esta é uma propriedade útil que permite abandonar o uso de unidades de compensação de potência reativa nas empresas onde tais motores operam.

Motores CA monofásicos

O projeto mais comum de um motor elétrico monofásico inclui um enrolamento no estator e um enrolamento de armadura conectado em série com ele. A conexão ocorre através de escovas e um comutador de armadura com grande número de lamelas. Os enrolamentos são dispostos de modo que, ao interagir com o conectado no momento Um torque é criado entre o circuito do enrolamento da armadura e o campo magnético do estator. A armadura gira e o próximo enrolamento é conectado. Devido a isso, o torque permanece sempre constante.

Outro projeto usa um rotor em gaiola de esquilo e dois enrolamentos no estator. Um deles é acionado por meio de um capacitor, o que cria uma mudança de fase entre as correntes e tensões nos enrolamentos durante a operação do motor elétrico. Acontece que é uma espécie de motor elétrico assíncrono, mas operando não em três, mas em duas “fases”.

O funcionamento de qualquer motor elétrico é baseado no princípio da indução eletromagnética. Um motor elétrico consiste em uma parte estacionária - um estator (para motores CA assíncronos e síncronos) ou um indutor (para motores CC) e uma parte móvel - um rotor (para motores CA assíncronos e síncronos) ou uma armadura (para motores CC) . Os ímãs permanentes são frequentemente usados ​​​​como indutores em motores CC de baixa potência.

Todos os motores, grosso modo, podem ser divididos em dois tipos:
Motores CC
Motores CA (assíncronos e síncronos)

Motores CC

Esses motores com unidade comutador de escovas são:

Coletor- um dispositivo elétrico no qual o sensor de posição do rotor e a chave de corrente nos enrolamentos são o mesmo dispositivo - uma unidade coletora de escovas.

Sem escova- um sistema eletromecânico fechado composto por um dispositivo síncrono com distribuição senoidal do campo magnético no gap, um sensor de posição do rotor, um conversor de coordenadas e um amplificador de potência. Uma opção mais cara em comparação aos motores escovados.

Motores CA

Síncrono- um motor de corrente alternada cujo rotor gira em sincronia com o campo magnético da tensão de alimentação. Esses motores são tradicionalmente usados ​​com potência enorme (centenas de quilowatts ou mais).
Existem motores síncronos com movimento angular discreto do rotor - motores de passo. Neles, esta posição do rotor é fixada fornecendo energia aos enrolamentos correspondentes. A transição para outra posição é realizada removendo a tensão de alimentação de alguns enrolamentos e transferindo-a para outros enrolamentos do motor.
Outro tipo de motor síncrono é um motor de relutância comutada, cuja alimentação dos enrolamentos é formada por elementos semicondutores.

Assíncrono- um motor de corrente alternada em que a velocidade do rotor difere da frequência do campo magnético torcional criado pela tensão de alimentação. O segundo nome para máquinas assíncronas é indução devido ao fato de a corrente no enrolamento do rotor ser induzida pelo campo rotativo; do estator. As máquinas assíncronas constituem agora uma grande parte das máquinas elétricas. Eles são usados ​​​​principalmente na forma de motores elétricos e são considerados conversores-chave de energia elétrica em energia mecânica, e motores assíncronos com rotor de gaiola de esquilo são usados ​​​​principalmente

De acordo com o número de fases, os motores são:

• monofásico
• bifásico
• trifásico

Os motores mais populares e mais procurados usados ​​​​na produção e nas residências:

Motor assíncrono monofásico de gaiola de esquilo

O rotor de tal motor, como qualquer outro motor assíncrono com rotor de gaiola de esquilo, é um núcleo cilíndrico com ranhuras preenchidas com alumínio, com pás de ventilação imediatamente fundidas.
Esse rotor é chamado de rotor de gaiola de esquilo. Os motores monofásicos são usados ​​em dispositivos de baixa potência, incluindo ventiladores de ambiente ou pequenas bombas.

Motor assíncrono bifásico de gaiola de esquilo

Esses motores, entre outras coisas, possuem rotor em gaiola de esquilo e sua utilização é ainda mais ampla que a dos motores monofásicos. Já existe máquinas de lavar e várias máquinas. Os motores bifásicos para alimentação de redes monofásicas são chamados de motores capacitores, porque um capacitor de mudança de fase é frequentemente considerado uma parte essencial deles.

Motor assíncrono trifásico de gaiola de esquilo

Os enrolamentos do estator de um motor trifásico podem ser conectados em circuito “estrela” ou “triângulo”, enquanto para alimentar o motor em circuito “estrela” será necessária uma tensão superior à de um circuito “triângulo” no motor, portanto são indicadas 2 tensões, por exemplo: 127/220 ou 220/380. Os motores trifásicos são indispensáveis ​​para o acionamento de diversas máquinas, guinchos, serras circulares, guindastes, etc.

Motor assíncrono trifásico com rotor enrolado

Por meio de escovas, entre outras coisas, é fornecida tensão alternada trifásica aos anéis, e a comutação pode ser feita diretamente ou por meio de reostatos. É claro que os motores com rotor enrolado são mais caros, embora seu torque de partida sob carga seja muito maior do que o dos motores com rotor de gaiola de esquilo. É precisamente como resultado do aumento da força e do enorme torque de partida que este tipo motores são utilizados em acionamentos de elevadores e guindastes, ou seja, onde o dispositivo dá partida sob carga e não em marcha lenta, como acontece com motores com rotor de gaiola de esquilo.