Cal é o principio de funcionamento do motor de corrente continua

Cal é o principio de funcionamento do motor DC?

Definición de motor DC

Un motor DC defínese como un dispositivo que converte a enerxía eléctrica directa en enerxía mecánica utilizando campos magnéticos e correntes eléctricas.

Os motores DC xogan un papel crucial na industria moderna. Comprender o principio de funcionamento dun motor DC, que exploramos neste artigo, comeza coa súa construción básica de bucle único.

A construción moi básica dun motor DC contén un armadura que transporta corrente, conectado ao extremo de alimentación a través de segmentos de conmutador e escovas. O armadura está situado entre o polo norte e o polo sur dun imán permanente ou un electromán, como se mostra no diagrama superior.

Cando a corrente directa flúe a través do armadura, experimenta unha forza mecánica dos imáns circundantes. Para entender completamente como funciona un motor DC, é esencial comprender a regra da man esquerda de Fleming, que axuda a determinar a dirección da forza no armadura.

Se un conductor que transporta corrente colócase nun campo magnético perpendicularmente, entón o conductor experimenta unha forza na dirección mutuamente perpendicular tanto á dirección do campo como ao conductor que transporta a corrente.

A regra da man esquerda de Fleming pode determinar a dirección de rotación do motor. Esta regra di que, se estendemos o dedo índice, o dedo medio e o polegar da nosa man esquerda perpendicularmente uns aos outros de tal maneira que o dedo medio estea na dirección da corrente no conductor, e o dedo índice estea na dirección do campo magnético, é dicir, polo norte ao polo sur, entón o polegar indica a dirección da forza mecánica creada.

Para unha comprensión clara do principio do motor DC, temos que determinar a magnitude da forza, tendo en conta o diagrama inferior.

Sabemos que cando unha carga infinitamente pequena dq fai fluir a unha velocidade 'v' ba influencia dun campo eléctrico E e dun campo magnético B, entón a forza de Lorentz dF experimentada pola carga dáse por:

Para o funcionamento do motor DC, considerando E = 0.

É dicir, é o produto vectorial de dq v e o campo magnético B.

Onde, dL é a lonxitude do conductor que transporta a carga q.

Do primeiro diagrama podemos ver que a construción dun motor DC é tal que a dirección da corrente a través do condutor do armadura en todo momento é perpendicular ao campo. Polo tanto, a forza actúa no condutor do armadura na dirección perpendicular tanto ao campo uniforme como á corrente constante.

Así que, se tomamos a corrente no lado esquerdo do condutor do armadura como I, e a corrente no lado dereito do condutor do armadura como -I, porque están fluindo en dirección oposta unha á outra.

Entón a forza no condutor do lado esquerdo do armadura,

De forma similar, a forza no condutor do lado dereito,

Por lo tanto, podemos ver que nesa posición a forza en cada lado é igual en magnitude pero oposta en dirección. Dado que os dous conductores están separados por algúns centímetros w = ancho da volta do armadura, as dúas forzas opostas producen unha forza de rotación ou un par que resulta na rotación do condutor do armadura.

Agora examinemos a expresión do par cando a volta do armadura crea un ángulo de α (alfa) coa súa posición inicial.O par producido dáse por,

Aquí α (alfa) é o ángulo entre o plano da volta do armadura e o plano de referencia ou a posición inicial do armadura, que aquí está na dirección do campo magnético.

A presenza do termo cosα na ecuación do par significa ben que, a diferenza da forza, o par non é o mesmo en todas as posicións. De feito, varía coa variación do ángulo α (alfa). Para explicar a variación do par e o principio detrás da rotación do motor, facemos unha análise paso a paso.

Paso 1:

Inicialmente, considerando que o armadura está no seu punto de partida ou posición de referencia onde o ángulo α = 0.

Dado que α = 0, o termo cos α = 1, ou o valor máximo, polo que o par nesta posición é máximo dado por τ = BILw. Este alto par de arranque axuda a superar a inercia inicial de repouso do armadura e pónno en rotación.

Paso 2:

Unha vez que o armadura se pón en movemento, o ángulo α entre a posición real do armadura e a súa posición de referencia inicial aumenta na traxectoria da súa rotación ata chegar a 90 ^o desde a súa posición inicial. En consecuencia, o termo cosα disminúe, así como o valor do par.

O par neste caso dáse por τ = BILwcosα que é menor que BIL w cando α é maior que 0o.

Paso 3:

Na traxectoria da rotación do armadura, alcanzáse un punto onde a posición real do rotor é exactamente perpendicular á súa posición inicial, é dicir, α = 90 ^o, e como resultado, o termo cosα = 0.

O par que actúa sobre o condutor nesta posición dáse por,

é dicir, virtualmente non hai par de rotación que actúe sobre o armadura neste instante. Pero aínda así, o armadura non para, isto é debido ao feito de que a operación do motor DC foi deseñada de tal maneira que a inercia do movemento neste punto é suficiente para superar este punto de par nulo.

Unha vez que o rotor pasa este punto, o ángulo entre a posición real do armadura e o plano inicial disminúe de novo e o par volve a actuar sobre el.