El motor elèctric 2007-2008

De Lledonerwiki
Dreceres ràpides: navegació, cerca

Contingut

Introducció?

Què és un motor elèctric

Vista d'un motor elèctric.gif

Un motor elèctric és una màquina que converteix energia elèctrica en energia mecànica. Quan l'electricitat provinent d'una bateria o altra font d'energia es connecta a un motor, s'aconsegueix que l'eix comenci a girar. Hi ha motors que funcionen amb una font de corrent continu (CC) com una bateria, i hi ha uns altres que ho fan amb una font de corrent altern (CA). Si bé existeixen molts dissenys de motors elèctrics, el principi en tots és el mateix.


Hi ha dos principis de física relacionats entre si que expliquen l'operació dels motors elèctrics. El primer és el principi de la inducció electromagnètica, descobert en 1831 pel científic i inventor britànic Michael Lardy. El principi estableix que quan un circuit elèctric es mou en un camp magnètic o quan es fa variar la intensitat del camp magnètic que passa a través d'un circuit elèctric immòbil, s'inicia o "indueix" un corrent elèctric en el circuit. El segon principi és l'invers al primer, o sigui, el de la reacció electromagnètica, observat pel físic francès André Marie Ampère en 1820.

D'aquesta forma, quan es té un corrent elèctric que es transporta per un conductor, tal com un filferro de coure situat en un camp magnètic, aquest filferro experimentarà una força. Si el conductor s'atropella en una bobina amb moltes voltes en posicions precises i amb connexions elèctriques, la força creada farà que la bobina giri sobre el seu propi eix. Quan la bobina gira, fa girar a l'eix del motor.

Imatge:motor elèctric controller.gif

El principi estableix que quan un circuit elèctric es mou en un camp magnètic o quan varia l'intensitat del camp magnètic, s'inicia un corrent elèctric en el circuit.


El segon, és l'invers al primer, el de la reacció electromagnètica al 1820. Observat pel físic francès André-Marie Ampére fundador de la branca de la física que reconeixem com electrodinàmica.

Quan l'electricitat que prove d'una bateria o qualsevol altre font d'energia es connecta a un motor, s'aconsegueix que l'eix comenci a girar. Hi ha altres motors que funcionen amb una font de corrent continu (CC), i hi ha uns altres que ho fan amb una font de corrent altern (CA). D'aquesta manera, quan es te un corrent elèctric que es transforma per un conductor tal com un filferro de coure situat a un camp magnètic aquest filferro experimenta una força. Si el conductor s'atropella en una bobina amb moltes voltes en posicions precises i amb connexions elèctriques, la força creada farà que la bobina giri sobre el seu propi eix. I quan la bobina gira, fa girar a l'eix del motor.




Tipus de motors elèctrics

Motors de corrent continu

Motor elèctric de corrent continu
És una màquina que converteix la energia elèctrica en mecànica, principalment mitjançant el moviment rotatiu.

El corrent continu és un tipus de corrent elèctric on el flux de càrregues elèctriques és constant. El flux de càrregues es produeix a través d'un conductor, com podria ser un fil metàl·lic, però també és podria establir a través d'un semiconductor, un aïllant o fins i tot al buit com passa a un tub de raigs catòdics. En aquest tipus de corrent elèctric les càrregues elèctriques flueixen en la mateixa direcció, assent un tret característic front el corrent altern.

La primera xarxa elèctrica comercial desenvolupada per Thomas Edison al final del segle XX, utilitzava el corrent continu . Els corrents alterns arriben a una subestació que utilitza un rectificador, per convertir-lo en un corrent continu.

Motors de corrent altern

motor elèctric de corrent altern

Són aquells que funcionen amb corrent alterna. El corrent altern és un tipus de corrent elèctric en el qual el voltatge varia entre els valors màxim i mínim de forma ondulatòria tot seguint una funció trigonomètrica tipus sinus.

El valor del voltatge és positiu la meitat del temps (semi cicle positiu o semiperíode positiu) i negatiu l'altre meitat. Això significa que la meitat del temps el corrent circula en un sentit, i circula en sentit invers l'altre meitat de temps.

Elements que formen un motor elèctric amb interruptor reed

L'electroimant

Parts d'un electroimant

L'electroimant és un dispositiu que produeix una força d'atracció mitjançant un camp magnètic creat per un corrent elèctric.

Consisteix essencialment en una armadura o nucli de ferro o acer envoltada per una bobina o més d'una. Quan ho fa un corrent elèctric per la bobina es crea un camp magnètic en l'armadura.

L'electroimant és un imant temporal, el camp magnètic del qual es produeix per l'acció del flux generat pel corrent elèctric que hi circula. Aquesta és la diferència entre imant i electroimant.

Al 1819 Oersted va descobrir que un fil conductor recorregut per un corrent elèctric crea al voltant d'un camp magnètic i Sturgeon , en 1823, va demostrar que aquest camp es més fort si es posa dins la bovina un nucli de ferro dolç.

La forma més simple d'electroimant és el solenoide, que es un fil enrotllat en hèlice.

Electroimant industrial

Hi ha moltes aplicacions els electroimants són utilitzats com un imant controlable:

  • El pany elèctric d'una porta: quan s'alimenta l'electroimant allibera la retenció del pestell i la porta pot ser oberta sense clau i sense accionar la maneta.
  • Els relés elèctrics o els commutadors automàtics es basen en el moviment que provoca l'atracció d'una massa ferromagnètica per un electroimant.
  • L'elevació de masses metàl·liques es fa per mitjà de grans electroimants.
  • Els injectors de gasolina i gasoli) dels motors dels automòbil utilitzen electroimants controlats per l'ordinador que gestiona el motor. Quan l'ordinador vol injectar carburant activa un corrent elèctric que en arribar a l'injector acciona un electroimant que fa recular l'agulla que tapona el forat d'injecció, de manera que deixa entrar el carburant a pressió. Quan deixa de passar corrent l'agulla torna a la seva posició gràcies a una molla.
  • Imatge d'un motor
    Als aparells d’enregistrament magnètics, com el magnetòfon, el disc flexible o el gravador de vídeo, l'electroimant serveix per magnetitzar les partícules metàl·liques del suport de la informació. Mentre el suport magnètic, la cinta o el disc, passa davant d'un capçal magnètic a una velocitat controlada hi ha un corrent elèctric, que és la imatge de la font a enregistrar, que passa pel capçal transferint la informació en forma magnètica. Per llegir la informació enregistrada el suport passa davant del capçal magnètic, les variacions del camp magnètic indueixen un corrent elèctric que és amplificat per tal de restituir-lo a la seva forma original.
  • Al tren alemany de levitació Transrapid s'utilitzen electroimants per aconseguir la levitació i la propulsió sobre un monorail metàl·lic.
  • A la reproducció de sons, els electroimants fan funcionar els altaveus: una membrana és accionada per una bobina que és dins el camp magnètic d'un imant permanent. La membrana vibra al ritme que determina el senyal que alimenta la bobina.
  • Hi ha tancaments de portes que utilitzen electroimants amb una força d'atracció que pot arribar a 6000 N.


Es tracta de fer un full de càlcul per ajudar a la construcció d'un electroimant de ferradura. La construcció d'electroimants es fa de diversos tipus i cada un requereix un full independent o complicant molt el full amb moltes variables. Per això es concentra aquesta proposta en un sol model,l'electroimant de ferradura.

El rotor

Rotor d'un motor elèctric
És la part de la màquina que transforma l’energia del vent en energia mecànica, és la part mòbil del motor i resulta ser la sortida o eix del motor. Augmentant el diàmetre de les pales es pot augmentar la superfície de captació de vent i la potència proporcionada per la màquina

Els motors de corrent altern, consta d'un apilat de xapes magnètiques i sobre elles està enrotllat el bobinatge rotórico

Tots els motors eletrics consten de: l'estador i el rotor

Està format en el nostre cas per un nucli metàl.lic i la bobina que és l'electroimant giratori, el cilindre de PVC amb ls làmines de contacte que formen el col.lector, l'eix roscat i les làmines de coure que faran la funció d'escombretes.

Per realitzar la construcció d'un eletroimant, agafar la banda metàl.lica perforada i tallar dues plaques iguals de tres forats cadascuna.


TIPUS DE ROTOR:

- Motors d'anells rozantes.

- Motors amb col·lector.

- Motors de gàbia d'esquirol.

L'interruptor de Reed

[Què és]

El reed switch consisteix en un parell de contactes ferrosos tancats al buit dintre un tub de vidre. Cada contacte està segellat en els extrems oposats del tub de vidre. El tub de vidre pot tenir uns 10mm de llarg per 3mm de diàmetre. A l'apropar-se a un camp magnètic els contactes s'uneixen tancant un circuit elèctric. La rigidesa dels contactes farà que se separin al desaparèixer el camp magnètic. Per a assegurar la durabilidad, la punta dels contactes tenen un bany d'un metall preciós. El camp magnètic esta generat per un imant permanent o per una bobina.

Imatge:interuptor reed3.jpg

Com son utilitzats

Els reed switch són utilitzats àmpliament en el món modern com parts de circuits elèctrics. L'imant va unit a la porta i el reed switch al marc. En els sensors de velocitat de les bicicletes l'imant està en un dels rajos de la roda, mentre que el reed switch va col·locat en la forqueta. Posarem alguns exemples de interruptors de reed

Conceptes teòrics

El corrent elèctric

Direcció del corrent i del camp magnètic
Ara explicarem que és un corrent elèctric , quins tipus hi ha i uns quants exemples. Antes de tot un corrent elèctric és un flux o moviment de càrregues elèctriques, que poden ser positives o negatives. El sistema de unitats és l'ampere. Per tenir una major idea de què és:

Com mesurar un corrent elèctric

Per mesurar la intensitat del corrent elèctric s'utilitza un aparell anomenat amperímetre, aquest nom ve d'amperes que és la unitat en que es mesura el corrent elèctric. Per a efectuar la mesura de la intensitat del corrent circulant l'amperímetre ha de situar-se en sèrie, és a dir, en una configuració de connexió que els borns o terminals dels dispositius es connecten seqüencialment, perquè tal que el dispositiu sigui travessat pel corrent. Això implica que l'amperímetre ha de posseir una resistència interna el més petita possible, a fi que no produeixi una caiguda de tensió apreciable. Per a això, en el cas d'instruments basats en els efectes electromagnètics del corrent elèctric, estaran dotats de bobines de fil gruixut i amb poques espires. En alguns casos, per a permetre la mesura d'intensitats superiors a les quals podrien suportar els debanaments i òrgans mecànics de l'aparell sense destruir-se, se'ls dota d'una resistència de molt petit valor col·locada en paral·lel amb el debanament, de manera que solament passarà per aquest una fracció del corrent principal. Aquesta resistència addicional rep el nom de shunt.

Corrent continu

El corrent continu és caracteritza per un flux o moviment constant de càrregues elèctriques cap a una única direcció. Una bateria conectada a un circuit produeix un corrent continu o flux continu de càrregues que es mouen del born o terminal negatiu cap el positiu. Aquest tipus de corrent és simbolitzat amb les lletres CC tot i que és habitual trobar l'equivalent anglès DC.



Corrent Altern

El corrent altern és un tipus de corrent elèctric en el qual el voltatge varia entre els valors màxim i mínim de forma ondulatòria tot seguint una funció trigonomètrica tipus sinus. El valor del voltatge és positiu la meitat del temps (semicicle positiu o semiperíode positiu) i negatiu l'altre meitat. Això significa que la meitat del temps el corrent circula en un sentit, i circula en sentit invers l'altre meitat de te


Exemples

A la natura trobem exemples de corrents elèctric com ara els llamps o el vent solar, la font de les aurores polars. La forma més familiar d'un corrent elèctric artificial és el flux d'electrons als fils metàl·lics, com en el cas de les xarxes elèctriques que serveixen energia elèctrica a grans distàncies, o dels petits fils dels equips elèctrics i electrònics. En electrònica hi ha altres formes de corrent com el flux d'electrons a través de resistències o a través de buit de les vàlvules de buit, el flux d'ions dins d'una bateria o el flux de forats en un semiconductor. Imatge:ccca.jpg

Els conductors

Exemples de fils conductors

Un conductor electric és un material que posat en contacte amb un cos carregat d'electricitat en permet el pas a tots els punts de la superfície del primer; En el cas contrari se'n diu aïllant elèctric. Aquests són generalment elements metàl·lics, capaços de transportar l'electricitat quan es sotmès a aquesta. Hi ha conductors més bons i més dolents depenent de la seva resistència elèctrica. A més resistència més mal conductor.

Pel transport de l'energia elèctrica el material fet servir usualment és el coure, en forma de cables d'un o més fils. En general si no són línies elèctriques d'alta tensió aèries se li posa un aïllant elèctric. Alternativament també es fa servir l'alumini, que té una conductivitat elèctrica de l'ordre del 60% que la del coure però que és un material molt més lleuger.

Exemples de fils conductors

La mesura de la capacitat de deixar passar el corrent elèctric s'anomena conductivitat elèctrica. La conductivitat depen de l'estructura atòmica i molecular del material, els metalls són bons conductors perquè tenen una estructura amb molts electrons amb lligams febles i això permet el seu moviment. La conductivitat també depen d'altres factors físics del propi material i de la temperatura.


Conductivitat Temperatura Comentari
Plata 63.01 × 106 20 ºC la conductivitat mes elevada
Coure 59.6 × 106 20ºC
Metalurgic 58.0 × 106 20ºC
Or 45.5 × 106 20-25º
Alumini 37.8 × 106 20ºC
Aigua de mar 5 23ºC
Aigua potable 0.0005 a 0.05 Això es tipic d'aigua potable d'alta qualitat
Aigua desionitzada 5.5 × 10-6

Electromagnetisme

esquema de una bobina

L'electromagnetisme és la part de la física que estudia els camps electromagnètics, uns camps que exerceixen una força sobre les partícules amb càrrega elèctrica al mateix temps que són afectats per la presència i el moviment d'aquestes partícules.

Les implicacions teòriques de l'electromagnetisme van portar a Albert Einstein a desenvolupar la relativitat especial el 1905. El descobriment de la mecànica quàntica obligà a formular una teoria quàntica del electromagnetisme, completada a la dècada del 1940 i coneguda com electrodinàmica quàntica.

Coneixem algunes versions sobre l'origen de l'electromagnetisme. La primera és la dels xinesos, que suggereixen que va ser conegut a principis de l'any 2000 aC. Una altra es basa en el fet que els antics grecs van començar a observar els fenòmens elèctrics i magnètics damunt l'any 700 aC.

L’existència d'ones electromagnètiques, de les quals les microones formen part de l'espectre d'alta freqüència, van ser predites per James Clerk Maxwell el 1864 per les seves famoses equacions. En 1888, Heinrich Rudolf Hertz va ser el primer a demostrar l'existència d'ones electromagnètiques mitjançant la construcció d'un aparell per a produir ones de ràdio.

Les implicacions teòriques de l'electromagnetisme van portar a Albert Einstein a desenvolupar la relativitat especial el 1905. El descobriment de la mecànica quàntica obligà a formular una teoria quàntica de l'electromagnetisme, completada a la dècada del 1940 i coneguda com electrodinàmica quàntica.

A la pràctica

Passes essencials per al motor elèctric

Elaboració de l'electroimant

Per elaborar un electroimant hem de tenir els següents elements:

  • un pern
  • un fil conductor de coure aïllat
  • celo.

Una vegada tenim el pern li posam celo per que no s'espenyi el fil conductor i després envoltam el pern amb el fil. Mentre que un agafa el pern i l'estira amb un poc de força per que surti ben recte i ben col·locat, l'altre li va donant voltes i amb el dit el va posant devora l'un de l'altre.

Imatge:magnetismo_electroiman.jpg

Construcció dels suports

Tots els elements es troben situats sobre un suport principal, una base de fusta, que l'únic que varem fer per construir-la, va ser tallar-la uns quants centímetres. Després els altres suports són el suport del rotor i de l'electroimant.

Suport del rotor

El suport del rotor està format per dues pecetes de metacrilat, que per construir-les, varem arrodonir-ne els extrems llimant amb paper de vidre, i vam fer tres forats, dos a la part inferior per poder subjectar-les amb dos perns a la base de fusta , i un forat a la part de dalt, més petit, per que si subjecti el rotor, amb dues clauets.

Suport de l'electroimant

Ja per acabar el darrer suport que hem construït ha estat una peça de fusta, la qual hem n'hem llimat els extrems superiors, li hem fet un forat per introduir-hi la bobina, i així subjectar-la, i finalment l'hem aferrada a la base.

Construcció i elaboració del rotor

La construcció i elaboració del rotor, primer és basa en llimar la fusta fins aconseguir una forma rodejada pels costats, després s' hi posen els imants, però que els pols estiguin oposats perquè no s'ajuntin. Després de haver-lo aferrat es claven amb una taxa al costats que son plàstics per així poder girar, després has de posar un cable que vagi de la bateria i un cable, punta fins a la bateria.

Col·locació de l'interruptor de Reed

Funcionament i posada en marxa

Observacions importants

Eines de l'usuari