Subiecte:
- introducere
- Principiul de funcționare al motoarelor electrice
- Motor electric DC cu perii de carbon
- Motor electric DC fără perii de cărbune
Introducere:
Motoare electrice le găsim în tot mai multe locuri din mașină. Într-un motor electric, un curent electric este transformat în mișcare și căldură. Gasim un motor electric in reglajul oglinzii si scaunului, dar si ca motor de stergator de parbriz pe mecanismul de stergator de parbriz sau ca motor de pornire. Aceste motoare electrice funcționează la o tensiune de 12 până la 14 volți. Pe aceasta pagina ne limitam la motoarele electrice din interior si exterior.
Motoarele electrice oferă, de asemenea, propulsie (parțial) electrică în vehiculele hibride și complet electrice. Acest tip de motor electric este discutat pe pagina: Motoare electrice HV.
Putem împărți motoarele electrice cu curent continuu în:
- Motor electric cu perii de carbon (câmp electromagnetic și armătură)
- Motoare electrice în serie;
- Motoare electrice paralele;
- Motoare electrice fără perii.
Principiul de funcționare al motoarelor electrice:
Într-un motor electric, un curent electric este transformat într-o mișcare de rotație. Mișcarea este cauzată de doi poli magnetici care se atrag sau se resping reciproc:
- Un pol nord și un pol sud se atrag reciproc;
- Doi poli nordici se resping reciproc;
- Doi poli de sud se resping reciproc.
Un magnet are un pol nord și un pol sud cu sarcini opuse. Când acel magnet este rupt în jumătate, nu aveți brusc doi poli separați, ci doi magneți noi, ambii cu un pol nord și unul sud.
Mai mulți poli magnetici (nord și sud) sunt fixați de carcasă. Există un câmp magnetic între polii nord și sud. Arborele de ieșire (armatura) se rotește din cauza modificărilor câmpului magnetic.
Într-un motor electric, doi poli cu același nume sunt plasați în mod constant unul față de celălalt folosind (de obicei) magneți permanenți, sau electromagneți. Deoarece polii cu același nume se resping reciproc, se creează o mișcare.
Motor electric DC cu perii de cărbune:
Aproape toate motoarele electrice din tehnologia auto sunt proiectate ca motoare DC cu magneți permanenți și perii de cărbune. În acest tip de motoare electrice găsim următorii magneți:
- Magneți permanenți (un pol nord și unul sud): între ei există un câmp magnetic staționar;
- Bobine: în aceasta se generează un câmp electromagnetic. Câmpul electromagnetic rotativ este generat în bobine.
Magneții permanenți sunt amplasați în stânga și în dreapta rotorului și constau dintr-un pol nord și un pol sud. Între acest pol nord și sud există un câmp magnetic staționar care nu se modifică atunci când motorul electric este în funcțiune sau sta pe loc.
Un câmp electromagnetic rotativ este generat în bobine de îndată ce curentul trece prin ele. Curentul este furnizat și îndepărtat de periile de cărbune prin intermediul comutatorului.
Inversarea direcției curentului se face prin comutație: două perii de cărbune trage peste comutator, care constă dintr-o latură plus și minus. Peria de cărbune din partea plus transportă curentul către conductor (săgețile verzi din figură). Curentul părăsește conductorul prin peria de cărbune pe partea negativă. Curentul care trece prin conductor creează un câmp electromagnetic.
Se creează o forță între magnetismul rezultat în armătură (conductor) și câmp (magneții permanenți) (săgeți roșii din imagine). Această forță face ca armătura și comutatorul să se rotească pe axa lor. Periile de cărbune lovesc apoi cealaltă parte a comutatorului, inversând direcția curentului în armătură. Câmpul magnetic și forța sunt construite în aceeași direcție, astfel încât armătura se rotește din nou în jurul axei sale.
Putem schimba sensul de rotație al motorului electric (a se citi: armătura) inversând plusul și minusul periilor de cărbune.
Schimbarea plusului și minusului poate fi realizată prin intermediul unui pod H.
- ECU (1) controlează simultan două dintre cele patru tranzistoare sau FET-uri (4);
- FET-urile (2) oferă motorului electric (3) un plus și masă. În funcție de ce două FET-uri sunt pornite, peria de cărbune de sus este pozitivă, iar cea de jos este șlefuită sau invers;
- Potențiometrul de lângă motorul electric înregistrează poziția și sensul de rotație. Nu toate motoarele electrice sunt echipate cu un potențiometru.
Vezi pagina Podul H pentru posibilele proiecte și metode de comutare ale podului H.
Motor electric DC fără perii de cărbune:
Motorul fără perii de curent continuu (DC) este un motor sincron. Comanda electrică a înlocuit periile de cărbune. Acest tip de motor electric este foarte asemănător cu motorul de curent alternativ sincron cu magneți permanenți, așa cum este utilizat în grupul motopropulsor al vehiculelor electrice. Principala diferență dintre cele două motoare este controlul: motorul de curent alternativ este controlat cu o tensiune alternativă sinusoidală modulată și motorul de curent continuu cu o tensiune de undă pătrată.
Statorul conține adesea trei sau șase bobine (U, V și W), iar rotorul este un magnet permanent. Imaginea de mai jos arată structura schematică a motorului de curent continuu cu progresia tensiunii prin cele trei bobine. În realitate, mai mulți senzori Hall sunt instalați între poli pentru a determina poziția rotorului.
Unitatea de control determină ce bobine ar trebui să controleze în funcție de poziția rotorului.
În imaginea următoare, bobina U+ este alimentată. Modul în care bobina este înfășurată în jurul stâlpului determină dacă acesta va fi un pol nord sau sud. În acest exemplu, U+ este polul nord și U- este polul sud.
Rotorul este proiectat ca un magnet permanent. După cum este descris în paragrafele anterioare, rotorul se poziționează sau se rotește ca urmare a unui câmp magnetic în schimbare prin bobine.
Pentru a roti rotorul în sens invers acelor de ceasornic din poziția prezentată în figura anterioară, bobinele V sunt alimentate.
V+ devine polul nord, V- polul sud. Rotorul cu magnet permanent se rotește;
polii nord și sud se atrag unul pe celălalt, la fel ca și polii sud și nord de pe cealaltă parte a magnetului.
Acum bobinele W sunt alimentate pentru a roti rotorul încă 60 de grade.
Bobina W+ devine pol nord și W- polul sud. Rotorul se rotește și își ia noua poziție.
Rotorul din imaginea următoare s-a rotit cu 180 de grade de la prima situație; în prima imagine polul sudic era îndreptat în sus; acum acesta este Polul Nord.
Polaritatea bobinei U+ și a bobinei U- este inversată, determinând trecerea curentului prin bobine în sens invers. Acest lucru face din U+ un pol sudic și din U- un pol nord.
Rotorul cu magnet permanent este rotit în continuare prin modificarea câmpului magnetic.
Pentru a roti din nou rotorul cu 60 de grade, V-ul este un pol nord și V+ un pol sud. Rotorul ia noua pozitie.
Din nou, rotorul se rotește cu 60 de grade ca urmare a unei modificări a câmpului magnetic din bobine:
Bobina W- este polul nord, iar W+ este polul sud.
În cele șase situații descrise mai sus, două bobine sunt alimentate constant în același timp. De asemenea, găsim adesea motoare de curent continuu fără perii cu trei bobine în loc de șase. Cu trei bobine, bobinele U, V și W sunt, de asemenea, alimentate una după alta, dar nu există nicio modificare a polarității.
Motorul de curent continuu fără perii este un motor puternic, potrivit pentru aplicațiile în care este necesar un cuplu mare atât pentru pornire, cât și pentru viteză medie și viteză mare. Motorul DC fără perii și motorul pas cu pas sunt adesea confundate. Acest lucru nu este surprinzător, deoarece funcționarea și controlul motoarelor au multe asemănări: ambele motoare sunt antrenate prin crearea unui câmp magnetic între bobine și rotor cu magneți permanenți. Cu toate acestea, pe lângă terminologie, ambele motoare au diferențe semnificative, în principal în ceea ce privește aplicarea și, prin urmare, alegerea materialelor.
Motorul pas cu pas este practic un motor DC fără perii, dar este aplicat într-un domeniu diferit. Acolo unde motorul de curent continuu este utilizat în principal pentru funcționarea pe termen lung la viteze mari, vedem motorul pas cu pas în aplicațiile în care o reglare într-o poziție exactă este cea mai importantă.
Motorul de curent continuu prezentat este controlat la fiecare rotație de 60° a rotorului. Acest lucru ar putea fi redus la 30° dacă punem sub tensiune patru bobine simultan între fiecare control, obținând astfel o poziție intermediară. Cu toate acestea, un motor pas cu pas este capabil să ajusteze trepte de la 1,8° la 0,9°. Acest lucru mai arată că motorul pas cu pas este potrivit pentru poziții foarte precise.
Diferitele versiuni, metodele de control prin ECU și aplicațiile pot fi găsite pe pagină motor pas cu pas.
