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 multiplicaço 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 convenço para fazer claramente a orientaço: no há nenhuma diferença no material em uma ou outra extremidade do ím, e no so geralmente pintaram uma cor diferente.

Note o efeito das escovas no anel rachado. Quando o plano da bobina de gerencio alcança horizontal, as escovas quebraro o contato (no 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 ento 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 s agulhas do relógio e começa alinhar no sentido oposto. No seguinte texto, eu usarei pela maior parte ‘torque a imagem em um ím’, mas estarei ciente que o uso das escovas ou da corrente da C.A. pode fazer com que os polos do eletroím na pergunta troquem a posiço quando o sentido atual das mudanças.

O torque gerou sobre um ciclo varia com a separaço vertical das duas forças. Depende consequentemente do seno do ngulo entre a linha central da bobina e o campo. Contudo, devido ao anel rachado, está sempre no mesmo sentido. A animaço abaixo mostra sua variaço 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 mecnica 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 so quase a mesma coisa que uma tenso). O θ deixado seja o ngulo entre B e o normal 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 animaço seguinte, as duas escovas contactam dois anéis contínuos, assim que os dois terminais externos so conectados sempre s mesmas extremidades da bobina. O resultado é o emf unrectified, sinusoidal dado pelo ωt do pecado de NBAω, que é mostrado na animaço seguinte.

Emf da parte traseira

Está to 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 lei de Faraday. Assim, se o motor no tem nenhuma carga, gerencie muito rapidamente e acelera até o emf traseiro, mais a queda de tenso devido s perdas, iguala a tenso 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 tenso torna-se mais perto daquela do atual (ele começa olhar resistive) e esta resistência aparente dá uma tenso. 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 íms que so estacionários) so íms permanentes.

Motores ‘universais’

Os íms do estator, também, poderiam ser feitos como eletroíms, como é mostrado acima no direito. Os dois estatores so 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 s escovas, que so 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 ím 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 no precisa nenhum apoio externo. As voltas do vento 5 a 20 em um círculo aproximadamente 20 milímetros no dimetro, e têm as duas extremidades apontam radialmente para fora em sentidos opostos. Estas extremidades sero o eixo e os contatos. Se o fio tem a laca ou a isolaço 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 no 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 so 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 tenso na fase com a corrente. Em um capacitor, a tenso é um máximo quando a carga terminou o fluxo no capacitor, e está a ponto de começar fluir fora. Assim a tenso é atrás da corrente. Em uma bobina puramente indutiva, a queda de tenso é a grande quando a corrente está mudando o mais rapidamente, que é igualmente quando a corrente é zero. A tenso (gota) é antes da corrente. Em bobinas do motor, o ngulo de fase é um pouco menos do ¡ 90, porque a energia elétrica está sendo convertida energia mecnica.)

Nesta animaço, os gráficos mostram a variaço 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 íms: como acima, o azul representam um Polo Norte e vermelho um polo sul.

Se nós pomos um ím 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 circunstncias, 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 induço

A animaço 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 animaço. (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 induço. O problema com os motores da gaiola da induço e de esquilo mostrados nesta animaço é que os capacitores do elevado valor e da avaliaço de alta tenso so caros. Uma soluço 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 circunstncias. A maneira a mais pura de evitar isto é usar os motores múltiplos da fase.

Motores de induço trifásicos da C.A.

Se um põe um ím permanente em tal grupo de estatores, transforma-se um motor trifásico síncrono. A animaço mostra uma gaiola de esquilo, em que somente um de muitos laços atuais induzidos é mostrado para a simplicidade. Sem a carga mecnica, está girando virtualmente na fase com o campo de gerencio. O rotor no 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 induço capaz da eficiência elevada, do poder superior e de torques altos sobre uma escala de taxas da rotaço.

Motores lineares