Motor eléctrico

Motores eléctricos.

Un motor eléctrico é un tipo de máquina eléctrica que transforma a enerxía eléctrica en enerxía mecánica.

É o máis usado de todos os tipos de motores, pois combina as vantaxes da enerxía eléctrica - baixo custo, facilidade de transporte, limpeza e simplicidade de comando- coa súa construción simple, custo reducido, grande versatilidade de adaptación ás cargas dos máis diversos tipos e mellores rendementos.

A tarefa reversa, aquela de converter o movemento mecánico na enerxía eléctrica, é realizada por un xerador ou por un dínamo. En moitos casos os dous dispositivos difiren soamente na súa aplicación e detalles menores de construción. Os motores de tracción usados en locomotoras executan frecuentemente ambas as tarefas se a locomotora for equipada cos freos dinámicos.

Operación

A maioría de motores eléctricos traballan polo electromagnetismo, mais existen motores baseados noutros fenómenos electromecánicos, tales como forzas electrostáticas. O principio fundamental en que os motores electromagnéticos son baseados é que hai unha forza mecánica en todo o fío cando está conducindo a electricidade contida dentro dun campo magnético. A forza é descrita pola lei da forza de Lorentz e é perpendicular ao fío e ao campo magnético. Nun motor xiratorio, hai un elemento xirando, o rotor. O rotor xira porque os fíos e o campo magnético son arranxados de modo que un torque sexa desenvolvido sobre a liña central do rotor.

A maioría de motores magnéticos son xiratorios, mais os tipos lineares existen tamén. Nun motor xiratorio, a parte que rota(xeralmente no interior) é chamada o rotor, e a parte estacionaria é chamada o estator.

Tipos de motores

Os motores eléctricos máis comúns son:

Motores de corrente continua

Artigo principal: Motor de corrente continua.

San motores de custo elevado e, alén diso, precisan dunha fonte de corrente continua, ou dun dispositivo que converta a corrente alternada común en continua. Poden funcionar con velocidade axustábel entre amplos límites e se prestan a controis de gran flexibilidade e precisión. Por iso seu uso é restrinxido a casos especiais en que estas esixencias compensan o custo moi máis alto da instalación, ou no caso da alimentación usada ser continua, como no caso das pilas en xoguetes.

Os motores eléctricos de continua son convertedores electromecánicos rotativos de enerxía, que debido os fenómenos de indución e de par electromagnético, transforman enerxía eléctrica, de natureza continua, en enerxía mecánica.

Os primeiros motores eléctricos feitos non século XIX por Michael Faraday e Zénobe Gramme, foron de continua.

En xeral, os motores de continua son semellantes na súa construción ós xeradores. De feito, poderíanse describir como xeradores que funcionan ó revés.

Estrutura

rotor: feito con chapas de aceiro con baixo contido en silicio de 0,5 mm de espesor, illadas unhas doutras por unha capa de verniz o de óxido, está montada sobre o eixo dá máquina. Na súa superficie externa ten practicadas unhas rañuras dunha certa inclinación respecto da súa xeratriz, onde van aloxadas as bobinas do debandado inducido dá máquina, xeralmente de fío de cobre convenientemente illado.

Colector de delgas: Vai montado sobre o eixo de xiro e debe dispor de tantas delgas como bobinas ten o debandado inducido, cada delga está unida electricamente ó punto de conexión dunha bobina coa outra. As delgas están fabricadas de cobre de elevada pureza e están separadas unhas doutras por unha película delgada de mica que as mantén illadas.

Vasoiras: Son os elementos que aseguran o contacto eléctrico entre as delgas do colector e o circuíto de corrente continua exterior, están fabricadas de carbón (grafito) e permanentemente están rozando sobre o colector, van suxeitas cun colariño (portavasoiras) que mantén a presión prevista mediante elementos elásticos para asegurar que o contacto sexa o adecuado, por iso prodúcese un desgaste progresivo que acurta a súa vida útil, tendo que substituílas cada certo tempo. Dende as vasoiras conéctanse coa placa de bornes da máquina.

Entreferro: Así se chama o espazo que hai entre o estator e o rotor, é imprescindible que exista para evitalo rozamento entre ámbolos dous, aínda que debe ser o menor posible, xa que o aire presenta unha elevada reluctancia magnética, é se o entreferro fose moi amplo debilitaríase o campo magnético indutor.

Estabilidade e investimento de xiro:

Estabilidade nos motores de c.c. tras acadar o réxime nominal, pódense modificar os parámetros do motor de forma inesperada, debido a perdas de carga. Para que o motor se compórte de modo estable é preciso que responda a estas variacións de modo que trate de anulalas para recuperar o réxime nominal, de non ser así, dise que o sistema é inestable. É dicir, cando tras producirse unha acción que modifica os parámetros, estes continúan separándose máis e máis dos seus valores nominais. Polo tanto cando prodúcese un aumento brusco dá velocidade, o motor estable responde cun par motor inferior ó resistente, para tratar de reducir a velocidade e así recuperar ou réxime nominal. Se o motor fose inestable o par motor sería maior co resistente, co que aumentaría progresivamente a velocidade, embalándose o motor.

Se as variacións de réxime son no sentido de diminuír a velocidade un motor estable responde aumentando o seu par motor fronte ó resistente para tratar de corrixir a velocidade e recuperar o réxime nominal do traballo.

Investimento do sentido de xiro, o motor pode funcionar en ámbolos dous sentidos de xiro, para o que é necesario intercambiar as conexións de ambos debandados.

Lembrémonos que o sentido do par motor depende dá polaridade do campo magnético e do sentido dá corrente do inducido; inverter as conexións do inducido, invertemos o sentido dá corrente nel, e se o facemos no indutor inverteremos a polaridade do campo magnético.

Cambiar o sentido de xiro co motor detido: non importa cal sexa o debanado no que se permutan as conexións, pero se o cambio de sentido de xiro realízase co motor en marcha, é necesario que sexa o debanado inducido o que cambie de conexión, porque se se fixera co bobinado indutor, durante un instante quedará a máquina sen excitación, o que provocaría o embalamiento do motor.

Motores de corrente alternada

Artigo principal: Motor de corrente alternada.

San os máis utilizados, porque a distribución de enerxía eléctrica é feita normalmente en corrente alternada. Seu principio de funcionamento é baseado no campo xirante, que xorde cando un sistema de correntes alternadas trifásico é aplicada en polos desfasados fisicamente de 120º. Desa forma, como as correntes son desfasadas 120º eléctricos, en cada instante, un par de polos posúe o campo de maior intensidade, causando a asociación vectorial dese efecto o campo xirante.

Os principais tipos son:

1. Motor síncrono: funciona con velocidade estábel; utilízase dun inducido que posúe un campo constante predefinido e, con iso, aumenta a resposta ao proceso de arrastre creado polo campo xirante. É xeralmente utilizado cando se necesita de velocidades estábeis so a acción de cargas variábeis. Tamén pode ser utilizado cando se require gran potencia, con torque constante.
2. Motor de indución: funciona normalmente con velocidade constante, que varía lixeiramente coa carga mecánica aplicada ao eixo. Debido a súa grande simplicidade, robustez e baixo custo, é o motor máis utilizado de todos, sendo adecuado para case todos os tipos de máquinas accionadas encontradas na práctica. Actualmente é posíbel controlarmos a velocidade dos motores de indución co auxilio de conversores de frecuencia.

Clasificación dos motores eléctricos

• Motores de corrente continua
  • Imán Permanente con ou sen vasoiriñas (motor CC brushless)
  • Serie
  • Shunt ou derivación
  • Compound
  • Autoexcitación
  • Excitación Independente
• Motores de corrente alternada
  • Asíncrono (de indución)
    • Polifásico
      • Rotor gaiola de esquío ou en curto-circuíto
      • Rotor enrolado ou bobinado
    • Monofásico
      • Rotor gaiola ou en curto-circuíto
        • Fase partida
        • Capacitor de partida
        • Capacitor permanente
        • Polos Sombreados
        • Dous capacitores
        • Motor con espira en curtocircuíto
      • Rotor enrolado ou bobinado
        • Repulsión
        • Repulsión de partida
  • Síncrono
    • Polifásico
    • Monofásico
      • Imán permanente
      • Histerese
      • Relutancia
      • De paso
        • Imán Permanente
        • Relutancia variábel
        • Híbrido

Historia

O ano de 1886 pode ser considerado, como o ano de nacemento da máquina eléctrica, pois foi nesta data que o científico alemán Werner von Siemens inventou o primeiro xerador de corrente continua auto-inducido. Non obstante esta máquina que revolucionou o mundo en poucos anos, foi o último paso de estudos, pescudas e invencións de moitos outros científicos, durante case tres séculos.

En 1600 o científico inglés William Gilbert publicou, en Londres a obra titulada De Magnete, describindo a forza de atracción magnética. O fenómeno da electricidade estática xa fora observado antes polo grego Tales, en 641 a.C., el verificou que ao friccionar unha peza de ámbar cun pano, esta adquiría a propiedade de atraer corpos leves, como pelos, plumas, cinzas etc.

A primeira máquina electrostática foi construída en 1663 polo alemán Otto von Guericke e aperfeizoada en 1775 polo suízo Martin Planta.

O físico danés Hans Christian Oersted, ao facer experiencias con correntes eléctricas, verificou en 1820 que a agulla magnética dunha compás era desviada da súa posición norte-sur cando esta pasaba preto dun condutor no cal circulaba corrente eléctrica. Esta observación permitiu a Oersted recoñecer a íntima entre o magnetismo e a electricidade, dando así, o primeiro paso para en dirección ao desenvolvemento do motor eléctrico.

O zapateiro inglés William Sturgeon -que paralelamente con súa profesión, estudaba electricidade nas horas de descanso- baseándose no descubrimento de Oersted constatou, en 1825, que un núcleo de ferro envolto por un condutor eléctrico transformábase nun imán cando se aplicaba unha corrente eléctrica, observando tamén que a forza do imán cesaba tan logo a corrente fose interrompida. Estaba inventado o electroimán, que sería de fundamental importancia na construción de máquinas eléctricas xirantes.

En 1832, o científico italiano S. Dal Negro construíu a primeira máquina de corrente alternada con movemento de vaivén. Xa o ano de 1833, o inglés W. Ritchie inventou o conmutador construíndo un pequeno motor eléctrico onde o núcleo de ferro enrolado xiraba en torno a un imán permanente. Para dar unha volta completa, a polaridade do electroimán era alternada a cada media volve a través do conmutador. A inversión da polaridade tamén foi demostrada polo mecánico parisiense H. Pixii ao construír un xerador cun imán en forma de ferradura que xiraba diante de dúas bobinas fixas cun núcleo de ferro. A corrente alternada era transformada en corrente continua pulsante a través dun conmutador.

Soamente en 1886 Siemens construíu un xerador sen a utilización de imán permanente, probando que a corrente necesaria para o magnetismo podería ser retirada do propio enrolamento do rotor, isto é, que a máquina podía se auto-excitar. O primeiro dínamo de Werner Siemens posuía unha potencia de aproximadamente 30 watts e unha rotación de 1200rpm. A máquina de Siemens non funcionaba soamente como un xerador de electricidade, mais tamén podía operar como un motor, desde que se aplicase aos seus bornes unha corrente continua.

En 1879, a firma Siemens & Halske (actualmente chamada Siemens AG) presentou, na feira industrial de Berlín, a primeira locomotora eléctrica, cunha potencia de 2 kW.

Véxase tamén

Outros artigos

• Arrincador suave.