¿Cómo funcionan los motores de CC con respecto a la corriente, y qué consecuencia tiene la corriente a través de ellos?

Al final del día, tiene que darse cuenta de que una máquina eléctrica es básicamente un convertidor de energía eléctrica a energía mecánica que utiliza campos magnéticos como enlace. El campo magnético / flujo se genera mediante magnetismo o mediante electroimanes.

  

Los motores en general siempre han sido un tema difícil que no puedo   envolver completamente mi cabeza alrededor Teniendo en cuenta los motores de corriente continua, lo que determina la   ¿A qué velocidad gira el motor?

La velocidad a la que girará el rotor de las máquinas eléctricas es básicamente la misma para todos los tipos de máquinas eléctricas (Inducción, sincronización, SR, BLDC, BLAC, cepillado, histéresis ...).

La tasa de cambio del flujo.

La forma en que se crea esta tasa de cambio es muy específica para cada máquina. Pero básicamente creando un flujo magnético en el estator & El rotor, el rotor intentará alinearse al igual que los imanes. Este par electromagnético se manifiesta como un par mecánico (debido a que es perpendicular a un eje que gira libremente)

Un par de torsión que actúa sobre una cierta inercia resulta en una aceleración que querría llevar el rotor a una velocidad infinita.

No puede debido a la ley de Lenz. Ahora tiene un campo magnético giratorio que pasa por bobinas, lo que induce un voltaje que se opone a la fuente de voltaje que está utilizando para forzar la corriente en la máquina eléctrica para generar un campo magnético que produzca Torque_EM.

Cuanto más rápido vaya, más alto es este voltaje, más se opondrá a la fuente de voltaje que está utilizando. En algún momento, ya no podrá forzar la corriente en los devanados para crear un campo magnético = > no más EM_Torque - > No más par de rotor - > No más aceleración.

Ahora has alcanzado tu velocidad máxima de descarga.

Como se mencionó, diferentes maquinados crean el flujo cambiante por un mecanismo diferente

• Máquina cepillada (rotor de CC del estator de CC)

estator PM & en un rotor bobinado, los cepillos se utilizan para transferir energía eléctrica al rotor para crear una corriente continua y, por lo tanto, un campo magnético unidireccional en el rotor. Aplique la fuente de voltaje y el rotor girará para alinearse. Esto hace que se produzca una "conmutación" a través de los cepillos y se cambia el campo magnético del rotor, alejándolo del polo del estator actual & atrayéndolo a la siguiente.

Más voltaje == > más EM_Torque == > Conmutación más rápida

• Máquina sincrónica (rotor de CC del estator de CA)

Rotor de heridas, estator de heridas. La energía generalmente se transfiere al estator a través de un excitador principal (básicamente un transformador giratorio) y produce una corriente continua en el rotor que no cambia de dirección. El estator se excita con una fuente de voltaje de CA. El rotor se "bloqueará" en este campo variable del estator y esencialmente se arrastrará con él. Para aumentar la velocidad de una máquina síncrona, se cambia la frecuencia de la fuente de voltaje al estator: Mayor == Más rápido.

• BLAC, BLDC (estator de CA, rotor de CC)

Estas son básicamente máquinas sincrónicas, pero tienen imanes permanentes en el rotor. Cuanto mayor sea la frecuencia del estator, mayor será la velocidad del rotor. AC & DC solo proviene del tipo de control de corriente que se usa.

• Reluctancia conmutada (estator de CA ... rotor)

Máquinas hermosas, rotor saliente SIN VENTANAS, SIN GENERACIÓN DE CAMPOS. Estator de la herida. El estator está emocionado de producir un flujo. Un rotor no alineado experimentará un par de reluctancia e intentará alinearse para minimizar la reluctancia en el presente circuito magnético == > par mecánico == > aceleración. Una vez que se produce la alineación, dejas de encender el estator y dejas que el rotor se “deslice” durante un corto período de tiempo antes de volver a disparar

• Máquina de inducción. (Estator AC, rotor AC)

Estator de la herida, rotor de la herida. Sin embargo, a diferencia de una máquina síncrona, los devanados del rotor generalmente están cortocircuitados (creando una jaula de ardilla como una construcción). La aplicación de un voltaje de CA al estator crea un campo magnético de CA. Esto induce una tensión en el rotor & porque está cortocircuitado produce una corriente que a su vez crea un campo magnético para ser arrastrado por el campo del estator giratorio

A veces pienso en un motor ideal. Ideal en que no tiene resistencia, ni fricción. Actúa como un generador con un voltaje de salida de Kf, donde K es una constante que depende del diseño del motor yf es la frecuencia. Esto no es tan malo para un motor de imán permanente. Se aplica un voltaje y se extrae la corriente y aumenta. Alcanza una velocidad constante y ya no consume energía, por lo que la corriente ahora es 0. La velocidad será dada por V = Kf, por lo que la tensión generada solo se opone a la tensión aplicada, por lo que la corriente es 0.

También puedes usar esto para pensar en pequeñas desviaciones del ideal y en lo que harían.

No es muy riguroso, pero me da una idea.

Parece que falta que un motor sea también una máquina mecánica. La segunda ley de Newton es muy relevante, diciendo que la fuerza \ $ F \ $ es el producto de la masa \ $ m \ $ y aceleración \ $ a \ $:

$$ F = ma $$

Aquí, la fuerza es el par producido por el motor. Si este par es igual al par ofrecido por la carga (por fricción, por ejemplo), entonces no habrá fuerza neta, por lo tanto, no habrá aceleración, y el motor girará a una velocidad constante, sea lo que sea. Si el par del motor es mayor o menor, la carga mecánica acelera o desacelera.

El par del motor, como primera aproximación, es proporcional a la corriente a través del motor. Más resultados actuales en un campo magnético más fuerte, por lo tanto más par. El motor puede girar más rápido, si hay un par neto en esa dirección, de acuerdo con la ley de Newton anterior.

A medida que el motor gira, el rotor también se mueve a través del campo del estator. Es, esencialmente, un generador al mismo tiempo que es un motor. El back-EMF es, como primera aproximación, proporcional a la velocidad del motor. El back-EMF aparece en serie con la inductancia y la resistencia de los devanados del motor, y en la situación más intuitiva donde la carga mecánica no obliga al motor a retroceder en relación con el voltaje aplicado a los terminales del motor, el back-EMF. se opone al voltaje aplicado ( ley de Lenz ).

Entonces, si engancha un motor a una batería de 12V, y está girando lo suficientemente rápido para que el EMF posterior sea de 10V, entonces es como si estuviera aplicando 2V al motor. Esto explica la ecuación:

$$ I = \ frac {V- \ mathcal {E}} {R} $$

\ $ V- \ mathcal {E} \ $ es realmente solo el voltaje neto aplicado al motor, así que esto es solo la ley de Ohm: \ $ I = V / R \ $. Podemos hacer esto porque los motores reales tienen una resistencia significativa al devanado de CC.

Aquí hay un buen ejercicio mental: ¿qué pasaría si tuvieras un motor con cero resistencia al devanado y una fuente de voltaje ideal para alimentarlo?

$$ \ lim_ {R \ searrow 0} \ frac {V- \ mathcal {E}} {R} = \ infty $$

Es decir, a medida que la resistencia del devanado se aproxima a 0, la corriente extraída por el motor se acerca al infinito. Como la fuerza es proporcional a la corriente, la fuerza también se aproxima al infinito. Por lo tanto, un motor sin resistencia tiene una regulación de velocidad perfecta : cualquier intento de desviarse de la velocidad establecida por el voltaje aplicado produce una corriente infinita que resulta en una fuerza infinita para corregir la discrepancia de velocidad. La corriente a través de la fuente de voltaje será proporcional a la fuerza requerida para mantener esa velocidad.

Los motores reales, que tienen alguna resistencia, solo se aproximan a este comportamiento. Si está conectado a una fuente de voltaje (batería de automóvil), entonces, si intenta reducir la velocidad del motor (frenándolo con la mano), el EMF de retroceso disminuye, lo que produce más voltaje neto en los devanados, lo que aumenta la corriente, lo que aumenta la fuerza, lo que Hace que el motor intente no ser frenado por tu mano. La medida en que el motor es bueno para hacer esto es inversamente proporcional a la fuente de voltaje y la resistencia en serie del motor.