Motores elétricos e geradores

Motores da C.C.

• * um número de nmemonics diferente é usado para recordar o sentido da força. Alguns usam o assistente, algum a esquerda. Para os estudantes que conhecem a multiplicação do vetor, é fácil de usar a força de Lorentz diretamente: F = q v X B, donde F = i dL X B. Aquela é a origem do diagrama mostrado aqui.

• Por toda parte, nós usamos azul para o Polo Norte e o vermelho para o sul. Esta é apenas uma convenção para fazer claramente a orientação: não há nenhuma diferença no material em uma ou outra extremidade do ímã, e não são geralmente pintaram uma cor diferente.

Note o efeito das escovas no anel rachado. Quando o plano da bobina de gerencio alcança horizontal, as escovas quebrarão o contato (não muito é perdido, porque este é o ponto do torque zero de qualquer maneira – as forças atuam para dentro). O impulso angular da bobina leva-a passado este ponto de quebra e os fluxos de então atuais no sentido oposto, que inverte o dipolo magnético. Assim, após ter passado o ponto de quebra, o rotor continua a girar no sentido contrário às agulhas do relógio e começa alinhar no sentido oposto. No seguinte texto, eu usarei pela maior parte ‘torque a imagem em um ímã’, mas estarei ciente que o uso das escovas ou da corrente da C.A. pode fazer com que os polos do eletroímã na pergunta troquem a posição quando o sentido atual das mudanças.

O torque gerou sobre um ciclo varia com a separação vertical das duas forças. Depende consequentemente do seno do ângulo entre a linha central da bobina e o campo. Contudo, devido ao anel rachado, está sempre no mesmo sentido. A animação abaixo mostra sua variação a tempo, e você pode pará-la em toda a fase e verificar o sentido aplicando a regra do assistente.
 

Motores e geradores

Se você usa a energia mecânica para girar a bobina (voltas de N, área A) no ω uniforme da velocidade angular no campo magnético B, produzirá um emf sinusoidal na bobina. emf (um emf ou uma força eletromotor são quase a mesma coisa que uma tensão). O θ deixado seja o ângulo entre B e o normal à bobina, assim que o φ do fluxo magnético é θ de NAB.cos. A lei de Faraday dá:

• emf = − dφ/dt = − (d/dt) (θ de NBA cos)

  = θ do pecado de NBA (dθ/dt) = ωt do pecado de NBAω.

Um alternador

Na animação seguinte, as duas escovas contactam dois anéis contínuos, assim que os dois terminais externos são conectados sempre às mesmas extremidades da bobina. O resultado é o emf unrectified, sinusoidal dado pelo ωt do pecado de NBAω, que é mostrado na animação seguinte.

Emf da parte traseira

Está tão aqui um corolário interessante. Cada motor é um gerador. Isto é verdadeiro, de um certo modo, mesmo quando funciona como um motor. O emf que um motor gera é chamado o emf da parte traseira. Os aumentos traseiros do emf com a velocidade, devido à lei de Faraday. Assim, se o motor não tem nenhuma carga, gerencie muito rapidamente e acelera até o emf traseiro, mais a queda de tensão devido às perdas, iguala a tensão de fonte. O emf da parte traseira pode ser pensado como de um ‘regulador’: para o motor que gerencie infinitamente rapidamente (físicos desse modo de salvamento algum embaraço). Quando o motor é carregado, a seguir a fase da tensão torna-se mais perto daquela do atual (ele começa olhar resistive) e esta resistência aparente dá uma tensão. Assim o emf da parte traseira exigido é menor, e o motor gerencie mais lentamente. (Para adicionar o emf da parte traseira, que é indutivo, ao componente resistive, você precisa de adicionar as tensões que se realizam fora da fase. Veja circuitos da C.A.)

As bobinas têm geralmente núcleos

Na prática, (e ao contrário dos diagramas que nós tiramos), geradores e motores da C.C. tenha frequentemente um núcleo alto da permeabilidade dentro da bobina, de modo que os grandes campo magnèticos sejam produzidos por correntes modestas. Isto é mostrado na esquerda na figura abaixo em que os estatores (os ímãs que são estacionários) são ímãs permanentes.

Motores ‘universais’

Os ímãs do estator, também, poderiam ser feitos como eletroímãs, como é mostrado acima no direito. Os dois estatores são ferida no mesmo sentido para dar um campo no mesmo sentido e no rotor tem um campo que inverta duas vezes pelo ciclo porque é conectado às escovas, que são omitidas aqui. Uma vantagem de ter estatores sem fôlego em um motor é que um pode fazer um motor que corra na C.A. ou na C.C., um motor universal assim chamado. Quando você conduzir tal motor com C.A., a corrente nas mudanças da bobina duas vezes em cada ciclo (além do que mudanças das escovas), mas a polaridade das mudanças dos estatores ao mesmo tempo, estas mudanças para cancelar assim para fora. (Infelizmente, contudo, há ainda escovas, mesmo que eu os escondesse neste esboço.) Para vantagens e desvantagens do ímã permanente contra estatores sem fôlego, veja abaixo. Igualmente veja mais nos motores universais.

Construa um motor simples

Faça a bobina fora do fio de cobre duro, assim que não precisa nenhum apoio externo. As voltas do vento 5 a 20 em um círculo aproximadamente 20 milímetros no diâmetro, e têm as duas extremidades apontam radialmente para fora em sentidos opostos. Estas extremidades serão o eixo e os contatos. Se o fio tem a laca ou a isolação plástica, descasque-a nas extremidades.

Motores de C.A.

A primeira coisa a fazer em um motor de C.A. é criar um campo de gerencio. a C.A. do ‘comum barato’ de um soquete de 2 ou 3 pinos é C.A. da fase monofásica--tem uma única diferença potencial sinusoidaa gerada entre somente dois fios--o ativo e neutro. (Note que o fio de terra não leva uma corrente exceto no caso de falhas elétricas.) Com C.A. da fase monofásica, uma pode produzir um campo de gerencio gerando duas correntes que se realizam fora da fase usando por exemplo um capacitor. No exemplo mostrado, as duas correntes são 90° da fase, assim que o componente vertical do campo magnético é sinusoidal, quando o horizontal for cosusoidal, como mostrado. Isto dá um campo que gerencie no sentido anti-horário.

(* eu fui pedido para explicar este: da teoria simples da C.A., nem as bobinas nem os capacitores têm a tensão na fase com a corrente. Em um capacitor, a tensão é um máximo quando a carga terminou o fluxo no capacitor, e está a ponto de começar fluir fora. Assim a tensão é atrás da corrente. Em uma bobina puramente indutiva, a queda de tensão é a grande quando a corrente está mudando o mais rapidamente, que é igualmente quando a corrente é zero. A tensão (gota) é antes da corrente. Em bobinas do motor, o ângulo de fase é um pouco menos do ¡ 90, porque a energia elétrica está sendo convertida à energia mecânica.)

Nesta animação, os gráficos mostram a variação a tempo das correntes nas bobinas verticais e horizontais. O lote dos componentes Bx do campo e por mostra que a soma de vetor destes dois campos é um campo de gerencio. A imagem principal mostra o campo de gerencio. Igualmente mostra a polaridade dos ímãs: como acima, o azul representam um Polo Norte e vermelho um polo sul.

Se nós pomos um ímã permanente nesta área do campo de gerencio, ou se nós pomos em uma bobina cuja a corrente corra sempre no mesmo sentido, a seguir este transforma-se um motor síncrono. Sob uma vasta gama de circunstâncias, o motor girará na velocidade do campo magnético. Se nós temos muitos estatores, em vez apenas dos dois pares mostrados aqui, a seguir dos nós poderia considerá-lo como um motor deslizante: cada pulso move o rotor sobre para os pares seguintes de polos atuados. Recorde por favor meu aviso sobre a geometria idealizada: os motores deslizantes reais têm dúzias dos polos e de geometria bastante complicadas!

Motores de indução

A animação no direito representa um motor da gaiola de esquilo. A gaiola de esquilo tem (nesta geometria simplificada, de qualquer modo!) dois condutores circulares juntados por diversas barras retas. Algumas duas barras e os arcos que se juntarem lhes para formar uma bobina – como indicado pelos traços azuis na animação. (Somente dois de muitos circuitos possíveis foram mostrados, para a simplicidade.)

Este diagrama esquemático sugere porque puderam ser chamados os motores da gaiola de esquilo. A realidade é diferente: para fotos e mais detalhes, veja os motores de indução. O problema com os motores da gaiola da indução e de esquilo mostrados nesta animação é que os capacitores do elevado valor e da avaliação de alta tensão são caros. Uma solução é ‘o motor do polo protegido’, mas seu campo de gerencio tem alguns sentidos onde o torque é pequeno, e tem uma tendência correr para trás sob algumas circunstâncias. A maneira a mais pura de evitar isto é usar os motores múltiplos da fase.

Motores de indução trifásicos da C.A.

Se um põe um ímã permanente em tal grupo de estatores, transforma-se um motor trifásico síncrono. A animação mostra uma gaiola de esquilo, em que somente um de muitos laços atuais induzidos é mostrado para a simplicidade. Sem a carga mecânica, está girando virtualmente na fase com o campo de gerencio. O rotor não precisa de ser uma gaiola de esquilo: de fato todo o condutor que leve correntes parasitas girará, tendendo a seguir o campo de gerencio. Este arranjo pode dar um motor de indução capaz da eficiência elevada, do poder superior e de torques altos sobre uma escala de taxas da rotação.

Motores lineares