Tipos de motores DC e AC, suas diferenças

Como funcionam os motores

O princípio de operação de todos os tipos de motores elétricos é a interação dos campos magnéticos do rotor e do estator. Neste caso, o campo magnético pode ser criado por um magnético permanente ou enrolamento (bobina-eletroímã).

Dependendo da potência e do tipo do motor, os enrolamentos podem estar localizados apenas no estator ou tanto no estator quanto no rotor. Vamos tentar explicar o dispositivo e o princípio de funcionamento para manequins em elétrica.

Vamos começar examinando o projeto dos motores do coletor. Por exemplo, em motores CC de coletor pequeno, como nos modelos de rádio, ímãs permanentes estão localizados no estator e bobinas de fio de cobre são enroladas no rotor. A corrente para as bobinas do rotor de tal motor elétrico é fornecida por meio de um conjunto de escovas que consiste em escovas e um coletor. O coletor possui lamelas às quais os cabos de enrolamento são conectados.

Depois de ligar a energia, o rotor (armadura) começa a girar, o coletor é fixado nele e as escovas estacionárias tocam alternadamente diferentes pares de lamelas coletoras. Através das escovas e lamelas, a corrente é fornecida aos enrolamentos do rotor primeiro para um enrolamento, depois para o outro, criando assim um campo magnético variável que interage com o campo do ímã. Como resultado, os pólos dos eletroímãs rotativos e estacionários são atraídos, razão pela qual ocorre a rotação.

Se omitirmos algumas das nuances, quanto maior for a corrente do rotor, maior será o campo e mais rápido o rotor gira. No entanto, isso é aplicável principalmente para máquinas coletoras DC e AC (elas são universais).

Se falarmos de um motor assíncrono (AM) com um rotor de gaiola de esquilo, este é um motor CA sem escovas. Nele, os enrolamentos estão localizados no estator (a), e o rotor é composto por hastes (b), curto-circuitadas por anéis - a chamada gaiola de esquilo.

Nesse caso, o campo magnético giratório do estator gera uma corrente nas barras do rotor, que também gera outro campo magnético. O que acontece quando há dois ímãs próximos um do outro?

Eles são repelidos ou atraídos um pelo outro. Uma vez que o rotor é fixado nas extremidades em rolamentos, o rotor começa a girar. AD destina-se apenas a corrente alternada, e sua velocidade de rotação do eixo depende da frequência da corrente e o número de pólos nos enrolamentos do estator, vamos considerar esse problema com mais detalhes no artigo sobre assíncronos motores elétricos.

Mas para iniciar a rotação do eixo de tal motor, é importante empurrá-lo (para dar uma velocidade inicial) ou criar um campo magnético giratório. Ele é feito por meio de enrolamentos dispostos de uma certa forma, conectados a uma rede elétrica trifásica. (por exemplo, 380 V), ou usando capacitores de partida e operação (incluindo capacitor assíncrono motores).

Além da interação de campos magnéticos na rotação do eixo do motor elétrico, e força ampere.

Portanto, é preciso entender que o momento no eixo de um motor abstrato e o número de revoluções dependem do projeto e do tipo da máquina elétrica, bem como da força da corrente e de sua frequência. Repito que neste artigo não iremos nos aprofundar nos detalhes do dispositivo de cada um dos tipos e tipos de motores elétricos, mas faremos artigos separados para isso.

Deve-se notar que os motores coletores assíncronos e universais são mais comuns na vida cotidiana e na produção, em acionamentos de máquinas de construção. São utilizados em toda parte, tanto para movimentação de mecanismos industriais, quanto em automóveis, veículos elétricos e utilizados em eletrodomésticos, até a escova de dentes elétrica.

Classificação principal

Assim, os motores elétricos são divididos principalmente em máquinas que operam tanto em corrente contínua quanto em corrente alternada. Qual é a diferença entre corrente alternada e corrente contínua, dissemos no artigo: https://samelectrik.ru/chem-otlichaetsya-peremennyj-tok-ot-postoyannogo.html. Vamos considerar os tipos de motores elétricos de máquinas funcionando em recesso.

Motores AC

A maioria das máquinas elétricas utilizadas na produção e no dia a dia para acionar elevadores, em outros tipos de acionamento elétrico são alimentadas por corrente alternada.

Os motores AC podem ser classificados da seguinte forma:

• assíncrono;
• síncrono.

Neste caso, os motores assíncronos são diferenciados pelo design do rotor:

• com um rotor de gaiola de esquilo (mais comum com qualquer número de fases);
• com rotor de fase (apenas trifásico).

E pelo número de fases:

• monofásicos (com um capacitor de partida) são usados ​​em ventiladores elétricos domésticos e outros dispositivos de baixa potência;
• capacitor ou bifásico (estes são monofásicos com um capacitor que não desliga durante a operação, devido ao qual "Segunda" fase) são usados ​​em pequenas bombas, ventilação, em máquinas de lavar do tipo "baby" e modelos antigos de produção A URSS;
• trifásico são os mais comuns e são usados ​​em toda a produção.

Existem diferentes designs de IM monofásico, a lista contém duas opções principais!

Uma característica de todos os motores elétricos assíncronos é que a velocidade do rotor é ligeiramente menor do que a velocidade de rotação do campo magnético do estator e é igual a:

onde n é o número de rotações por minuto, f é a frequência da rede de alimentação, p é o número de pares de pólos, s é o escorregamento e "60" são os segundos por minuto.

Assim, a velocidade do rotor é determinada pela frequência da rede de alimentação, o projeto dos enrolamentos, ou melhor, o número de pares de pólos (bobinas) nele e a quantidade de escorregamento.

O escorregamento é uma quantidade que caracteriza o quanto menos a velocidade do rotor é em relação à frequência do campo magnético giratório. Em condições normais de operação, está na faixa de 0,01-0,06. Em termos simples, o campo em um estator com um par de pólos gira a uma velocidade:

60 * 50/1 = 3000 rpm

Com dois pares - 1500 rpm e com três pares - 1000 rpm.

Ao deslizar, por exemplo, a 0,05, a velocidade do rotor será igual a:

3000 * (1-0,05) = 2850 rpm

Para ajustar a velocidade de tais motores elétricos, use conversores de freqüência, uma vez que não podemos influenciar o resto das variáveis ​​da fórmula acima.

Os mais comuns na Rússia são os motores assíncronos com uma tensão de alimentação de 220 V para conectar os enrolamentos em um padrão delta e 380 V em um padrão estrela.

Se em uma máquina elétrica trifásica o campo de rotação do estator é criado pelo arranjo dos enrolamentos e uma mudança de fase na rede de 120˚, então na monofásica tal efeito não é observado. O eixo girará se você der a ele uma rotação inicial girando o eixo manualmente ou instalando um capacitor de mudança de fase, o que criará uma mudança de fase no enrolamento de partida.

Motores capacitores bifásicos são dispostos de maneira semelhante, mas o segundo enrolamento não desliga após a partida, mas continua a trabalhar através capacitor. Portanto, o nome "bifásico" refere-se ao projeto e ao esquema de conexão, e não aos circuitos de alimentação. Ambas as fases bifásica e monofásica são projetadas para operar em uma rede de 220V.

Motores elétricos síncronos (SM) são quase sempre executados com um enrolamento de excitação na armadura, e a corrente a excitação é transmitida a ele através do conjunto da escova ou induzida por um eletromagnético sistemas.

Isso é necessário para que seu eixo gire a uma frequência que coincide com a frequência de rotação do campo do estator. Ou seja, não existe parâmetro como deslizamento neste caso.

A corrente de excitação é fornecida por sistemas de excitação especiais, como "gerador-motor" ou conversores eletrônicos baseados em tiristores ou transistores. Os mais comuns em empresas nacionais são dispositivos como VTE, TVU, etc.

Nem sempre há um enrolamento de campo e escovas, por exemplo, em um forno de micro-ondas, um motor de ímã permanente síncrono é usado para acionar a rotação do prato.

As máquinas síncronas são salientes e implícitas. As diferenças visuais residem no design do rotor, na prática existe uma diferença nas suas características, métodos de produção e design. Na prática, é improvável que o eletricista doméstico comum tenha de lidar com eles.

Resta dizer o principal sobre os motores CA - eles são difíceis de ajustar a velocidade de rotação devido ao fato de que sua velocidade está ligada à velocidade. Redução da tensão (corrente) no estator ou excitação (para síncrono e assíncrono com um rotor de fase) leva a uma queda no momento e um aumento na quantidade de escorregamento (no AD), enquanto o eixo pode girar Mais devagar. Para controlar a velocidade de tais motores, você precisa de um conversor de frequência. Falamos sobre como escolher um conversor de frequência no artigo: https://samelectrik.ru/vybor-chastotnogo-preobrazovatelya.html.

Motores DC (motores DC)

Existem os seguintes tipos e tipos de motores DC:

1. Motores coletores DC. Consistem em ímãs ou uma bobina de excitação e uma armadura, a corrente é transmitida ao enrolamento da armadura por meio de um conjunto de escovas, cuja desvantagem é o desgaste gradual.
2. Motores coletores universais. São semelhantes aos anteriores, mas podem funcionar tanto em corrente contínua como alternada.
3. Sem escova ou sem escova. É composto por enrolamentos de estator, ímãs permanentes são instalados no rotor. Ele é conectado ao circuito CC por meio de um controlador especial que liga os enrolamentos do estator.

Os motores coletores podem ser divididos em grupos de acordo com o tipo de excitação:

• autoexcitado;
• com excitação independente.

De acordo com o tipo de conexão dos enrolamentos de campo, eles se distinguem da seguinte forma:

1. A excitação sequencial permite um alto torque no eixo, mas a marcha lenta também é muito alta e pode danificar o motor (entrar em overshoot).
2. Excitação paralela - neste caso, a velocidade é mais estável e não muda sob carga, mas o torque no eixo é menor.
3. A emoção mista combina os méritos de ambos os tipos.

Em DCTs de coletor de baixa potência, a excitação é mais frequentemente organizada usando ímãs permanentes.

Com a excitação independente do motor coletor, os enrolamentos do estator e do rotor não são conectados um ao outro, mas na verdade são alimentados por fontes diferentes. Dessa forma, é possível organizar a regulagem do torque ou da velocidade, bem como obter maior eficiência energética.

Dependendo do projeto, esse motor elétrico pode operar apenas em corrente contínua ou em corrente alternada e contínua. No segundo caso, são chamados de "motor coletor universal". São muito difundidos na vida cotidiana, usados ​​em utensílios de cozinha e ferramentas elétricas (trituradoras, furadeiras, etc.).

Os motores sem escova são desprovidos das desvantagens inerentes aos motores do coletor devido à ausência de um conjunto de escova. A corrente é fornecida aos três enrolamentos do estator e os enrolamentos são chaveados pelo controlador. Na verdade, os motores DC sem escova são alimentados por corrente alternada convertida. Você pode descobrir como esses motores funcionam assistindo ao seguinte vídeo:

Eles são semelhantes em design aos motores síncronos, exceto que ímãs permanentes são usados ​​em vez de eletroímãs. Para girar esse motor e aumentar sua eficiência, sensores Hall são usados ​​para determinar a posição do eixo e a correta comutação dos enrolamentos.

Eles são freqüentemente chamados de motores de válvula e, em fontes de língua inglesa, tais motores, dependendo de seu projeto, são chamados de PWSM ou BLDC.

Eles são usados ​​em refrigeradores de computador, como acionamento para modelos controlados por rádio, como quadricópteros, e também em motocicletas para bicicletas.

Classificação adicional

Além dos motores discutidos acima, deve-se dizer sobre outros tipos, como:

• passo a passo;
• servos;
• linear;
• motores de ondulação de corrente (semelhante a um motor DC, a diferença é que a energia é fornecida por uma ondulação de corrente retificada).

Motores de passo e servos são utilizados sempre que for necessário posicionar a montagem de algum tipo de mecanismo. O exemplo mais simples é um CNC, uma impressora 3D e assim por diante. Além disso, com a ajuda de "steppers" às vezes controlam a posição da válvula borboleta do carro - e esta é apenas uma pequena parte de sua aplicação.

A descrição das funções e características desses tipos de acionamentos elétricos é um tópico para um artigo separado. Se você estiver interessado, escreva um comentário e nós o publicaremos!

Um motor linear, ao contrário de todos os anteriores, o movimento de seu eixo não é rotacional, mas translacional. Ou seja, ele não gira, mas se move "para frente e para trás". Eles são diferentes:

• corrente alternada no princípio de ação semelhante a motores elétricos síncronos e assíncronos;
• corrente direta;
• piezoelétrico;
• magnetostritivo.

Na prática, eles são raros, eles são usados ​​como propulsor de uma ferrovia de monotrilho, para alimentar um corpo de trabalho em várias máquinas.

No entanto, a classificação dada no artigo foi escolhida do ponto de vista da praticidade, enquanto na literatura sugere-se dividir o acionamento elétrico de acordo com os seguintes critérios.

Pelas especificações do torque gerado:

• histerese;
• magnetoelétrico.

A próxima opção de classificação é baseada nas diferenças de design e características de seu design.

Por tipo e localização do eixo:

• com um eixo horizontal;
• com colocação de eixo vertical.

Proteção contra as ações do ambiente externo:

• protegido de alta umidade e poeira;
• para uso em áreas explosivas.

Pela duração do modo operacional:

• intermitente (guinchos, guindastes, motores de válvula de gaveta);
• para operação contínua (bombas, ventilação, etc.).

Em termos de potência, também é possível distinguir entre máquinas de pequena, média e alta potência. No entanto, não faz sentido dar os limites dessas capacidades, já que em algum lugar 6 MW é a potência média, e em algum lugar 1 kW é um número colossal.

É impossível considerar em detalhes todos os tipos dentro de um artigo, portanto, consideraremos cada versão separadamente. Esperamos que a classificação fornecida brevemente tenha ajudado a entender quais são os tipos de motores elétricos CA e CC, bem como quais são suas diferenças e características de aplicação!

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