How an electric motor works-in theory
Photo: An electricista repairs an electric motoronboard an aircraft carrier.O metal brilhante que ele usa pode parecer ouro, mas na verdade é cobre,um bom condutor que é muito menos caro. Foto de Jason Jacobowitz cortesia da Marinha dos EUA.a ligação entre eletricidade, magnetismo e movimento foi descoberta em 1820 pelo físico francês André-MarieAmpère(1775-1867) e é a ciência básica por trás de um motor elétrico., Mas se quisermos transformar esta incrível descoberta científica numa tecnologia mais prática para alimentar os nossos cortadores de relva e escovas de dentes, temos de ir um pouco mais longe. Os inventores que fizeram isso foram os ingleses Michael Faraday (1791-1867) e William Sturgeon (1783-1850) e AmericanJoseph Henry (1797-1878). Eis como chegaram à sua brilhante invenção.suponha que dobramos nosso fio em um loop em forma de U, em forma de squarish, para que haja dois fios paralelos eficazes correndo através do campo magnético., Um deles afasta a corrente eléctrica de nós através do fio e o outro traz a corrente de volta. Como a corrente flui em direções opostas nos fios, a regra da mão esquerda de Fleming nos diz que os dois fios se moverão em direções opostas. Em outras palavras, quando weswitch sobre a eletricidade, um dos fios vai se mover para cima e o outro vai se mover para baixo.se a bobina do fio pudesse continuar a mover—se assim, rotatecontinuamente-e estaríamos a caminho de fazer um electricmotor. Mas isso não pode acontecer com a nossa configuração actual: os fios vão ficar emaranhados., Não só isso, mas se a bobina pudesse rodar farenough, algo mais aconteceria. Assim que a bobina atingisse a posição vertical, virava-se, para que a corrente eléctrica fluísse através dela do lado oposto. Agora as forças em eachside da bobina iriam reverter. Em vez de rodar continuamente na mesma direcção, voltaria para a direcção que tinha acabado de vir!Imagine um comboio eléctrico com um motor como este: ele seguia para trás e para a frente no local sem nunca ir a lado nenhum.,
como funciona um motor elétrico-na prática
Existem duas maneiras de superar este problema. Uma é usar um tipo de corrente elétrica que periodicamente inverte a direção, que é conhecida como corrente alternada (AC). no tipo de pequenos motores alimentados por bateria que usamos em casa, uma melhor solução é adicionar um componente chamado de comutador às extremidades da bobina. (Don’t worry about the meaning technicalname: this slightly old-fashioned word ” commutation “is a bit like theword”commute”., Significa simplesmente mudar para trás e para a frente no mesmo caminho que comuta significa viajar para trás e para a frente.) Na sua forma mais simples, o comutador é um anel de metal dividido em duas metades separadas e o seu trabalho é inverter a corrente eléctrica na bobina cada vez que o coil gira através de meia volta. Uma extremidade da bobina está ligada a cada metade do comutador. A corrente eléctrica do batedor liga-se aos terminais eléctricos do motor.,Estas fontes de energia elétrica para o comutador através de um par de conectores vagos chamados escovas,feitos de pedaços de grafite (carbono macio semelhante ao lápis”chumbo”) ou comprimentos finos de metal primavera,que (como o nome sugere) “escova” contra o comutador. Com o comutador no lugar, quando a eletricidade flui através do circuito, o coil vai rodar continuamente na mesma direção.
Artwork: a simplified diagram of the parts in an electricmotor. Animação: como funciona na prática., Repare como o comutador inverte a corrente cada vez que a bobina se desloca. Isto significa que a força de cada lado da bobina está sempre na mesma direção, o que mantém a bobina girando no Sentido DOS ponteiros do relógio.
um motor simples e experimental como este não é capaz de produzir muito poder. Podemos aumentar a força de rotação (torque)que themotor pode criar em três formas: podemos ter um morepowerful ímã permanente, ou podemos aumentar o elétrico currentflowing através do fio, ou podemos fazer a bobina, de modo que tem muitas”voltas” (loops) de fios muito finos, em vez de uma “virada” de espessura do fio.,Na prática, um motor também tem o íman permanente curvado em forma acircular, de modo que quase toca a bobina de fio que gira à sua volta. Quanto mais Unidos o íman e a bobina, maior a força que o motor pode produzir.embora tenhamos descrito várias partes diferentes, pode-se pensar num motor com apenas dois componentes essenciais:
- Há um íman permanente (ou ímanes) em torno da borda do motor que permanece estático, por isso é chamado de estator de um motor.,dentro do estator, há a bobina, montada num eixo que gira em torno de alta velocidade – e isto é chamado de rotor. O rotor também inclui o comutador.motores universais como este são ótimos para brinquedos a pilhas (coisas como modelos de trens, carros controlados por rádio ou máquinas de barbear), mas você não os encontra em muitos eletrodomésticos. Pequenos aparelhos (coisas como moedores de café ou misturadores de alimentos elétricos) tendem a usar o que são chamados motores universais, que podem ser alimentados por AC ou DC., Ao contrário de um simples motor DC, um motor universal possui um electroíman, em vez de um ímã permanente, e leva a sua alimentação DC ou AC potência de alimentação em:
- Quando você de alimentação em DC, o eletroímã funciona como um sistema convencional de ímã permanente e produz um campo magnético que sempre apontando na mesma direção. O comutador inverte a corrente da bobina cada vez que a bobina vira, assim como em um simples motor DC, então a bobina gira sempre na mesma direção.,no entanto, quando se alimenta em AC, a corrente que flui através do electroíman e a corrente que flui através da bobina são inversas, exactamente em Passo, pelo que a força na bobina é sempre na mesma direcção e o motor gira sempre no Sentido DOS ponteiros do relógio ou no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio. E o comutador? A frequência das mudanças atuais é muito mais rápida do que a rotação do motor e, como o campo e a corrente estão sempre em Passo, não importa realmente em que posição o comutador está em qualquer momento.,
Animation: How a universal motor works: The electricity supply powers both the magnetic field and the rotating coil. Com uma fonte DC, um motor universal funciona exatamente como um DC convencional, como acima. Com uma fonte de corrente alterna, tanto o campo magnético como a corrente de bobina mudam de direção cada vez que a corrente de alimentação se inverte. Isso significa que a força na bobina está sempre a apontar para o mesmo lado.,
foto: dentro de um motor universal típico: as partes principais dentro de um motor de tamanho médio a partir de um moedor de café, que pode funcionar em DC ou AC. O eletroíman cinza ao redor da borda é o estator (parte estática) e é alimentado pelas bobinas cor-de-laranja. Note também as fendas no comutador e as escovas de carbono empurrando contra ele, que fornecem energia para o rotor (parte rotativa)., Motores de indução em coisas como trens ferroviários elétricos são muitas vezes maiores e mais poderosos do que isso, e sempre trabalhar usando corrente alternada de alta tensão (CA), em vez de corrente contínua de baixa tensão (DC), ou o AC doméstico de baixa tensão moderadamente baixa que alimenta motores universais.outros tipos de motores eléctricos, de corrente contínua simples e motores universais, o rotor gira no interior do estator. O rotor é uma bobina conectada à fonte de alimentação elétrica e o estator é um íman permanente ou eletromagneto., Grandes motores de CORRENTE ALTERNADA (usados em coisas como máquinas de fábrica) funcionam de uma forma ligeiramente diferente: eles passam corrente alternada através de pares opostos de ímãs para criar um campo magnético rotativo, que “induz” (cria) um campo magnético no rotor do motor, fazendo-o girar em torno. Você pode ler mais sobre isso em nosso artigo sobre motores de indução AC. Se você pegar um desses motores de indução e “desembrulhá-lo”, de modo que o estator é efetivamente colocado em uma longa faixa contínua, o rotor pode rolar ao longo dele em uma linha reta., Este design engenhoso é conhecido como um motor linear, e você vai encontrá-lo em coisas como máquinas de fábrica e “maglev” flutuante (levitação magnética) ferrovias.
Outro design interessante é o motor de corrente contínua sem escovas (BLDC). O estator e o rotor efetivamente trocam, com múltiplas bobinas de ferro estáticas no centro e o íman permanente girando em torno deles, e o comutador e escovas são substituídos por um circuito eletrônico. Você pode ler mais em nosso artigo principal sobre motores de hub.Os motores estepadores, que rodam através de Ângulos controlados com precisão, são uma variação de motores de corrente contínua sem escovas.,
