Motoare electrice

Motoare electrice

Motoarele electrice sunt prezente în multe domenii ale vieții noastre. Să aflăm mai multe despre diferitele tipuri!

Fizică

Cuvinte cheie

elektromotor, inductie electromagnetica, inducție, motor, motor electric, motor de curent alternativ, regulă dreaptă, electromagnet, linii de forţă magnetică, curent indus, curent continuu, bobină, curent electric, câmp magnetic, forța magnetică, miez de fier, mașină, energie, curent alternativ, electro, fizică, electric, electricitate

Suplimente asociate

Animații

Interacțiunea dintre curentul electric și câmpul magnetic

  • conductor străbătut de curent electric
  • linii de inducție magnetică - În realitate nu există, ele sunt folosite doar pentru a ilustra câmpul magnetic. Densitatea lor indică mărimea inducţiei câmpului magnetic în jurul punctului dat, iar direcția liniilor indică direcția inducției.

În timpul funcționării, fiecare motor electric utilizează efectul magnetic al curentului electric.
Dacă un conductor este străbătut de curent electric, în jurul conductorului se formează un câmp magnetic care are același efect asupra unui magnet permanent ca orice alt magnet permanent, dar are avantajul de a fi reglabil.
Intensitatea câmpului magnetic generat depinde de intensitatea curentului care străbate conductorul și distanța de la conductor; direcția sa depinde de direcția curentului electric.

Conductor îndoit

  • conductor străbătut de curent electric
  • linii de inducție magnetică - În realitate nu există, ele sunt folosite doar pentru a ilustra câmpul magnetic. Densitatea lor indică mărimea inducţiei câmpului magnetic în jurul punctului dat, iar direcția liniilor indică direcția inducției.

Bobina ca un electromagnet

  • conductor străbătut de curent electric - Intensitatea câmpului magnetic poate fi controlată prin ajustarea intensității curentului electric care străbate această componentă.
  • linii de inducție magnetică - Sunt concentrate în interiorul buclei conductorului, prin urmare, câmpul magnetic este mai puternic acolo.
  • miez de fier - Intensitatea câmpului magnetic este influențată de compoziția materialului care umple bobina.

Câmpul magnetic generat de curentul electric poate fi intensificat prin înfășurarea conductorului, deoarece astfel liniile de inducție magnetice se concentrează în interiorul buclei.
Câmpul magnetic poate fi intensifcat în continuare prin plasarea mai multor bucle succesive, adică prin formarea unei bobine din conductor, precum și prin introducerea în interiorul bobinei a unui cilindru (miez de fier) fabricat dintr-un material magnetizabil, de exemplu fier.
Bobina astfel asamblată este un electromagnet care se găsește în toate motoarele electrice.

Inducție

  • bobină
  • magnet mobil
  • ampermetru

Nu numai curentul electric poate induce un câmp magnetic; câmpul magnetic poate induce, de asemenea, curent electric. Acest fenomen se numește inducție electromagnetică.
Curentul electric poate fi indus numai de un câmp magnetic în schimbare. Dacă câmpul magnetic din jurul unei bobine se schimbă, în bobină va fi indusă tensiune electrică, rezultând curent electric.
Curentul generat va avea, de asemenea, un câmp magnetic, astfel încât cele două câmpuri magnetice pot interacționa între ele.

Motor electric de curent continuu

  • magnet
  • bobină - Prin alimentarea bobinei de metal cu un curent electric, în jurul lui se formează un câmp magnetic și bobina va funcționa ca un magnet, încercând să se întoarcă în direcția magnetului permanent din stator.
  • comutator - Comutatorul se rotește împreună cu rotorul motorului; prin periile de carbon această componentă primește curent electric din exterior și îl transmite la bobinele rotorului. În cel mai simplu caz sunt necesari doi poli, prin urmare este format din două semiinele. Atunci când comutatorul se rotește, polii curentului electric se inversează la fiecare jumătate de rotație, motiv pentru care se numește și invertor.
  • contact de alunecare (perie) - Prin aceste componente curentul electric este condus la comutator, apoi la bobină. De obicei, sunt fabricate din cărbune.
  • miez de fier - Rolul miezului de fier este de a întări câmpul magnetic indus de bobină.
  • inel izolator

Există două tipuri principale de motoare electrice: motoare de curent continuu și motoare de curent alternativ.
Motoarele de curent continuu sunt acționate de curent continuu furnizat de un acumulator sau o sursă de alimentare externă. În cel mai simplu caz, statorul este un magnet permanent, iar rotorul este un electromagnet, adică o bobină.

Curentul electric este condus în bobina rotativă printr-un comutator și periile de cărbune cu care acesta intră în contact. Sub efectul curentului electric care alimentează bobina, aceasta se magnetizează, și va încerca să se întoarcă în direcția magnetului permanent; înainte de alinierea bobinei în direcția corespunzătoare, polii se inversează în comutator, curentul electric curgând în direcția opusă în bobină. Din acest motiv, bobina va respinge polii magnetului, și se va roti spre polii opuși. Bobina va continua să se rotească, asigurând funcționarea motorului.

Deseori, în rotor se utilizează mai multe bobine pentru a asigura o funcționare mai uniformă. În acest caz, comutatorul are, de asemenea, mai mulți poli, nu doar doi.
Dezavantajul motoarelor de curent continuu este faptul că periile de carbon se uzează și trebuie înlocuite periodic, iar praful de cărbune rezultat poate cauza cu ușurință scurtcircuite. Mai mult, motoarele de curent continuu sunt zgomotoase.

Motor sincron de curent alternativ

  • rotor - Magnetul permanent al rotorului încearcă să urmeze câmpul magnetic rotativ al statorului.
  • stator - Bobinele statorului generează un câmp magnetic rotativ.
  • electronică de control - Electronica de control asigură diferența de fază între diferite bobine.
  • curent alternativ

Motoarele de curent alternativ constituie cealaltă categorie principală de motoare electrice. Această categorie include motoare sincrone și motoare asincrone.

În cazul motoarelor sincrone, bobinele statorului sunt alimentate cu un curent alternativ care își schimbă periodic direcția. Acest tip de curent poate fi obținut din rețeaua electrică sau pe cale electronică. Dacă în bobinele statorului curentul electric nu alternează în aceeași fază, se generează un câmp magnetic rotativ.
Diferența de fază se asigură prin intercalarea unor condensatori simpli sau printr-o electronică de control mai complexă. De obicei, în rotor există magneți permanenți, dar pot exista și bobine (alimentate de un curent continuu dintr-o sursă externă).
Magnetul rotorului încearcă să urmeze câmpul magnetic rotativ al statorului, deci se rotesc împreună.

Dacă acest tip de motor electric este supus unei sarcini, în funcție de sarcină, rotorul va rămâne puțin în urma câmpului magnetic rotativ al statorului, turația sa rămânând însă aceeași. Prin urmare, motoarele sincrone pot funcționa numai la o turație care corespunde frecvenței curentului de acționare. Totodată, în cazul unei sarcini prea mari, acestea se pot desincroniza, cauzând oprirea motorului. La pornire, aceste motoare necesită utilizarea unei metode care ajută la pornirea lor. Majoritatea lor pornesc ca motoare de inducție, și comută în modul sincron numai după accelerare.

În timpul conducerii unui autovehicul, frecvența curentului alternativ care alimentează motorul sincron este controlată electronic în funcție de viteza dorită a vehiculului. Deoarece în cazul autovehiculelor electrice moderne, curentul alternativ este generat din curent continuu printr-un circuit electric, din punctul de vedere al utilizatorului acestea sunt motoare de curent continuu. Ele sunt denumite și motoare de curent continuu fără perii sau motoare BLDC, o abreviere a denumirii engleze brushless DC motor.

Motoarele sincrone cu rotor cu magnet permanent au un avantaj mare față de motoarele de curent continuu, deoarece nu necesită contacte de alunecare (perii), prin urmare nu conțin piese de uzură. Totodată, ele funcționează aproape fără zgomot.

Motor asincron de curent alternativ

  • rotor - Rotorul poate fi un simplu cilindru de metal în care curentul electric este indus de câmpul magnetic în schimbare.
  • stator - Bobinele statorului generează un câmp magnetic rotativ.
  • electronică de control - Electronica de control asigură diferența de fază între diferite bobine.

Principiul de funcționare al motorului asincron de curent alternativ (cunoscut și ca motorul Tesla) se bazează pe fenomenul de inducție, motiv pentru care este denumit și motor de inducție.
Este alcătuit, de asemenea, din două părți: un stator și un rotor. Statorul este format din mai multe bobine, traversate de un curent alternativ. Rotorul poate fi un cilindru de metal simplu, însă de obicei și în rotor se găsește o bobină scurtcircuitată care nu primește curent de la o sursă externă.

Procesul de funcționare include următorii pași:
1) Curentul alternativ nu curge în aceeași fază în bobinele statorului, de aceea în jurul bobinelor se formează un câmp magnetic rotativ.
2) Acest câmp magnetic variabil, rotativ induce curent electric în rotor.
3) Curentul electric indus generează un alt câmp magnetic în jurul rotorului.
4) Cele două câmpuri magnetice interacționează, motiv pentru care rotorul va încerca să se alinieze cu câmpul magnetic extern. Însă, deoarece câmpul magnetic se rotește, rotorul nu îl va ajunge din urmă niciodată, și se va roti continuu.

Câmpul magnetic rotativ se generează numai atunci când bobinele statorului nu funcționează simultan, ci în faze diferite. Dacă motorul este acționat de un curent polifazat, bobinele statorului trebuie legate în serie, la faze diferite pentru a asigura un câmp magnetic rotativ.
Dacă motorul este pus în mișcare de un curent monofazat, diferența de fază a sursei de alimentare a bobinelor exterioare este asigurată de un condensator sau – în zilele noastre – de o electronică de control.
Dacă nu există diferență de fază, motorul nu va porni automat, însă dacă îl pornim, va funcționa chiar fără diferență de fază.
Funcționarea motoarelor asincrone este mai puțin complicată decât cea a motoarelor sincrone, deoarece acestea nu se opresc în cazul creșterii sarcinii.

Motoare liniare

  • stator - magneți
  • rotor - bobine
  • senzor

Ambele tipuri de motoare de curent alternativ au și o versiune liniară: LIM (Linear Induction Motor) și LSM (Linear Synchronous Motor).
În cazul acestor mașini, funcționarea motorului nu conduce la o mișcare de rotație, ci la o mișcare de translație.
Principiul lor de funcționare este identic cu cel al motoarelor rotative, cu excepția faptului că rotorul și statorul sunt aliniați de-a lungul unei linii drepte.
O altă diferență față de motoarele rotative este faptul că partea mobilă este de obicei partea care conține bobinele și nu partea magnetică sau magnetizabilă.

În cazul motoarelor liniare de tip LIM, prin aplicarea unui curent alternativ polifazat în seria de bobine mobile, se creează un câmp magnetic progresiv. Acest câmp induce curent în șina de metal staționară al cărei câmp magnetic respinge partea mobilă a motorului care conține bobinele.

În cazul motoarelor de tip LSM, șina este prevăzută cu un șir de magneți, iar curentul alternativ care curge în bobinele din partea mobilă trebuie modificat în conformitate cu direcția mișcării, astfel încât să ajungă întotdeauna în faza corespunzătoare la magnetul următor. Acest lucru nu este posibil fără senzori și electronică de control.

Motor stepper (motor pas cu pas)

  • rotor - Rotorul poate fi un simplu cilindru de metal în care curentul electric este indus de câmpul magnetic în schimbare.
  • stator - Bobinele statorului generează un câmp magnetic rotativ.
  • electronică de control - Electronica de control asigură diferența de fază între diferite bobine.

Motorul pas cu pas (motorul stepper) este foarte util în cazul instalațiilor la care trebuie cunoscut exact unghiul cu care se rotește motorul la aplicarea unei anumite cantități de curent electric.
Aceste motoare rotesc brațele roboților sau componentele copiatorelor și imprimantelor. Rotorul motoarelor pas cu pas este alcătuit din magneți permanenți, iar statorul lor este format din electromagneți.
Electronica de control alimentează separat electromagneții din stator, în funcție de unghiul de rotație dorit.
Cu cât se includ mai mulți magneți în rotor și mai mulți electromagneți în stator, cu atât va fi mai mic unghiul cu care motorul se poate roti pas cu pas, permițând o reglare mai precisă a direcției dorite.
Precizia motorului poate fi mărită dacă magneții rotorului sunt dințați și miezurile de fier ale electromagneților statorului sunt dințate și ele. De asemenea, precizia poate fi mărită și mai mult prin modificarea precisă a curentului de control care parcurge bobinele.

Narațiune

Motoarele electrice sunt prezente în multe domenii ale vieții noastre. Există numeroase tipuri de motoare electrice, însă în timpul funcționării, fiecare motor electric utilizează efectul magnetic al curentului electric.
Dacă un conductor este străbătut de curent electric, în jurul conductorului se formează un câmp magnetic. Intensitatea câmpului magnetic depinde de intensitatea curentului care străbate conductorul și distanța de la conductor.

Câmpul magnetic generat de curentul electric poate fi intensificat prin formarea unei bobine din conductor. Bobina astfel asamblată este un electromagnet care se găsește în toate motoarele electrice. Puterea electromagnetului și poziția polilor săi pot fi controlate prin curentul electric care îl străbate.

Nu numai curentul electric poate induce un câmp magnetic; câmpul magnetic poate induce, de asemenea, curent electric. Acest fenomen se numește inducție electromagnetică. Curentul electric poate fi indus numai de un câmp magnetic în schimbare. Dacă câmpul magnetic din jurul unei bobine se schimbă, în bobină va fi indusă tensiune electrică, rezultând curent electric. Curentul generat va avea, de asemenea, un câmp magnetic, astfel încât cele două câmpuri magnetice pot interacționa între ele. Unele motoare electrice utilizează acest fenomen în funcționarea lor.

Există două tipuri principale de motoare electrice: motoare de curent continuu și motoare de curent alternativ. Motoarele de curent continuu sunt acționate de curent continuu; statorul lor este un magnet permanent, iar rotorul lor este un electromagnet. Curentul electric este condus în bobina rotativă printr-un comutator și periile de cărbune cu care acesta intră în contact. Sub efectul curentului electric care alimentează bobina, aceasta se magnetizează, și va încerca să se întoarcă în direcția magnetului permanent; înainte de alinierea bobinei în direcția corespunzătoare, polii se inversează în comutator, curentul electric curgând în direcția opusă în bobină. Din acest motiv, bobina va respinge polii magnetului, și se va roti spre polii opuși. Bobina va continua să se rotească, asigurând funcționarea motorului.

Motoarele de curent alternativ constituie cealaltă categorie principală de motoare electrice. Această categorie include motoare sincrone și motoare asincrone. În cazul motoarelor sincrone, bobinele statorului sunt alimentate cu un curent alternativ care își schimbă periodic direcția; acest tip de curent circulă, de exemplu, și în rețeaua electrică. Un circuit electric simplu asigură ca în bobinele statorului curentul electric să nu alterneze în aceeași fază, astfel generându-se un câmp magnetic rotativ. Magnetul rotorului încearcă să urmeze câmpul magnetic rotativ al statorului, deci se rotesc împreună. Motoarele sincrone pot funcționa numai la o turație care corespunde frecvenței curentului de acționare. În cazul unei sarcini prea mari, acestea se pot desincroniza, cauzând oprirea motorului. La pornire, aceste motoare necesită utilizarea unei metode care ajută la pornirea lor. În cazul autovehiculelor electrice moderne această problemă este rezolvată prin generarea curentului alternativ din curent continuu printr-un circuit electric, senzorii asigurând ca bobinele statorului să fie alimentate întotdeauna cu curent electric în faza corespunzătoare, astfel încât motorul să nu își piardă sincronismul în timpul funcționării. Din punctul de vedere al utilizatorului acestea sunt motoare de curent continuu, fiind denumite și motoare de curent continuu fără perii. Motoarele sincrone cu rotor cu magnet permanent au un avantaj mare față de motoarele de curent continuu, deoarece nu necesită contacte de alunecare (perii), prin urmare nu conțin piese de uzură. Totodată, ele funcționează aproape fără zgomot.

Principiul de funcționare al motorului asincron de curent alternativ (cunoscut și ca motorul Tesla) se bazează pe fenomenul de inducție. Este alcătuit, de asemenea, din două părți: un stator și un rotor. Statorul este format din mai multe bobine, traversate de un curent alternativ. Rotorul poate fi un cilindru de metal simplu, însă de obicei și în rotor se găsește o bobină care nu primește curent de la o sursă externă, curentul electric fiind obținut prin inducție.
Curentul alternativ nu curge în aceeași fază în bobinele statorului, de aceea în jurul lor se formează un câmp magnetic rotativ. Acest câmp magnetic variabil, rotativ induce curent electric în rotor. Curentul electric indus generează un alt câmp magnetic în jurul rotorului. Cele două câmpuri magnetice interacționează, motiv pentru care rotorul va încerca să se alinieze cu câmpul magnetic extern. Însă, deoarece câmpul magnetic se rotește, rotorul nu îl va ajunge din urmă niciodată, și se va roti continuu.
Funcționarea motoarelor asincrone este mai puțin complicată decât cea a motoarelor sincrone, deoarece acestea nu se opresc în cazul creșterii sarcinii.

Ambele tipuri de motoare de curent alternativ au și o versiune liniară: LIM (Linear Induction Motor) și LSM (Linear Synchronous Motor).
În cazul acestor mașini, funcționarea motorului nu conduce la o mișcare de rotație, ci la o mișcare de translație. Principiul lor de funcționare este identic cu cel al motoarelor rotative, cu excepția faptului că rotorul și statorul sunt aliniați de-a lungul unei linii drepte.

Motorul pas cu pas (motorul stepper) este util în cazul instalațiilor la care trebuie cunoscut exact unghiul cu care se rotește motorul la aplicarea unei anumite cantități de curent electric. Aceste motoare rotesc brațele roboților sau componentele copiatorelor și imprimantelor. Rotorul motoarelor pas cu pas este alcătuit din magneți permanenți, iar statorul lor este format din electromagneți. Electronica de control alimentează separat electromagneții din stator, în funcție de unghiul de rotație dorit.

Suplimente asociate

Generarea curentului alternativ

Prin rotirea unei spire într-un câmp magnetic se obține curent electric.

Generatoare și motoare electrice

Generatorul transformă lucrul mecanic în energie electrică, iar motorul electric transformă energia electrică în lucru mecanic.

Motor de curent continuu

Motoarele de curent continuu conțin magneți permanenți între care se află o bobină prin care trece curent electric.

Condensatorul

Condensatorul este un dispozitiv care înmagazinează energie sub forma unui câmp electric.

Soneria electrică

Soneria electrică este un dispozitiv mecanic care are la bază un electromagnet.

Dinam (nivel mediu)

Dinamul transformă energia mecanică în curent continuu.

Laboratorul lui Nikola Tesla (Shoreham, SUA)

Inginerul inventator preocupat în primul rând de electrotehnică este fără îndoială una dintre figurile geniale ale celei de-a doua revoluții industriale.

Magnetron

Una dintre cele mai importante componente ale cuptorului cu microunde este magnetronul, care produce microundele.

Transformator

Transformatorul este un dispozitiv care transformă parametrii energiei electrice.

Autovehicule ecologice

Prin combinarea unui motor cu ardere internă cu un motor electric se obține reducerea emisiilor.

Cum funcționează imprimanta laser?

Animația prezintă modul de funționare al imprimantelor laser.

Cum funcționează uscătorul de păr?

Animația prezintă structura și modul de funcționare al uscătoarelor de păr.

Mașina electrică

Mașina cu propulsie electrică Tesla Model S este una dintre primele mașini electrice propice pentru utilizare cotidiană.

Trenul Maglev

Trenul Maglev, unul dintre cele mai moderne mijloace de transport, poate atinge viteze de peste 400 km/h.

Added to your cart.