Motor elèctric

Un motor elèctric és un dispositiu que convertix la energia elèctrica en energia mecànica de rotació per mig de l'acció dels camps magnètics generats en les seues bobines. Són màquines elèctriques rotatòries compostes per un estator i un rotor.

Alguns motors elèctrics són reversibles, ya que poden convertir energia mecànica en energia elèctrica funcionant com generadors o dínamos. Els motors elèctrics de tracció usats en locomotores o en automòvils híbrits realisen a sovint abdós tasques, si es dissenyen adequadament.

Són utilisats en infinitat de sectors tals com a instalacions industrials, comercials i particulars. El seu us està generalisat en ventiladorés, vibradors per a teléfons mòvils, bombes d'aigua, mijos de transport elèctrics, electrodomèstics, esmeriles angulars i atres ferramentes elèctriques, unitats de disc, etc. Els motors elèctrics poden ser impulsats per fonts de corrent contínua (CC) i per fonts de corrent alterna (CA).

La corrent directa o corrent contínua prové de les bateries, els panels solars, dínamos, fonts d'alimentació instalades en l'interior dels aparats que operen en estos motors i en rectificadorés. La corrent alterna pot prendre's per al seu us en motors elèctrics ben siga directament de la ret elèctrica, alternadorés de les plantes elèctriques d'emergència i atres fonts de corrent alterna bifásica o trifásica com els inversors de potència.

Els menuts motors es poden trobar fins a en rellongeés elèctrics. Els motors d'us general en dimensions i característiques més estandardisades proporcionen la potència adequada a l'us industrial. Els motors elèctrics més grans s'usen per a propulsió de trens, compressors i aplicacions de bombeig en potències que alcancen 100 megavats. Estos motors poden ser classificats pel tipo de font d'energia elèctrica, construcció interna, aplicació, tipo d'eixida de moviment, etcétera.

Història

Provablement, el primer motor elèctric va ser un motor electrostàtic simple, construït pel benedictino escocés Andrew Gordon en 1740.^[1]^[2]^[3]

En 1820 el físic i filòsof danés Hans Christian Ørsted va descobrir l'efecte magnètic de la corrent elèctrica, un fenomen fonamental del electromagnetisme.^[4] Un any despuix, Michael Faraday va publicar el seu treball sobre "rotació electromagnètica". Va construir un dispositiu en el que un conductor elèctric girava entorn a un iman fix i, en un contraexperimento, un iman mòvil girava entorn a un conductor fix. En 1822 Peter Barlow va desenrollar la roda de Barlow que du el seu nom. El científic britànic William Sturgeon va inventar un atre precursor del motor en 1832.^[5] En el continent europeu, Ányos Jedlik (1827) i Moritz von Jacobi varen treballar en el desenroll del motor elèctric de corrent contínua. Jacobi va desenrollar el primer motor elèctric pràctic en Potsdam ya en 1834 i va equipar un barco en una capacitat de dotze persones en Sant Petersburgo en 1838 en el motor de 220 vats que havia desenrollat,^[6] que va ser la primera aplicació pràctica d'un motor elèctric. El ferrer nortamericà Thomas Davenport també va desenrollar un motor de commutador en Vermont. El 25 de febrer de 1837 se li va concedir una palesa pel seu disseny.

Açò significa que cap a 1837/1838 es coneixia la base per a un motor elèctric i es va desenrollar en forma de ferramenta adequada per al seu us. Werner von Siemens va patentar en 1866 la dinamo. En això no solament va contribuir a l'inici dels motors elèctrics, sino també va introduir el concepte d'ingenieria elèctrica, creant plans de formació professional per als tècnics de la seua empresa. La construcció de les primeres màquines elèctriques va ser conseguida en part, sobre la base d'experiència pràctica. A mitan de la década de 1880, gràcies a l'alvanç en el electromagnetisme, en contribucions com les desenrollades per Nikola Tesla, Michael Faraday o a l'èxit de Werner von Siemens, l'ingenieria elèctrica es va introduir com a disciplina en les universitats. En 1886, l'ingenier espanyol Isaac Peral, desenrollaria el primer sumergible (el Submarí Peral), amprant motors elèctrics.

La fascinació per l'electricitat va aumentar en l'invenció de la dinamo. Antonio Pacinotti va inventar l'induït en forma d'anell en una màquina que transformava moviment mecànic en corrent elèctrica contínua en una pulsació, i va dir que la seua màquina podria funcionar de forma inversa. Esta és l'idea del motor elèctric de corrent contínua.

La "roda de Barlow" (1822)
Motor Jedlik (1827)
"Màquines elèctriques magnètiques" I cap al 1890
"Màquines elèctriques magnètiques" II cap al 1890

Des de 1880 es varen construir rets elèctriques i centrals elèctriques en molts països. En Alemània, per eixemple, Emil Rathenau en el seu Allgemeinen Electricitäts-Gesellschaft i en Estats Units Thomas Alva Edison. En el suministrament d'energia elèctrica a gran escala, el motor elèctric es va estendre ràpidament. Junt en l'indústria química, esta electrificació va ser la característica més important de la segona revolució industrial. Els tramvies públics de cavalls varen ser substituïts per tramvies elèctrics i llavors s'utilisaven motors elèctrics en lloc de la màquina de vapor per a fer funcionar les màquines de treball.^[7]

Principi de funcionament

Els motors elèctrics són dispositius que transformen energia elèctrica en energia mecànica. El mig d'esta transformació d'energia en els motors elèctrics és el camp magnètic. Existixen diferents tipos de motors elèctrics i cada tipo té distints components l'estructura dels quals determina l'interacció dels #fluix elèctrics i magnètics que originen la força o parell de torsió del motor.

El principi fonamental que descriu cóm és que s'origina una força per l'interacció d'una càrrega elèctrica puntual q en camps elèctrics i magnètics és la força de Lorentz:^[8]

𝐅 = q (𝐄 + 𝐯 \times 𝐁)

a on:

q : càrrega elèctrica puntual

𝐄

: Camp elèctric

𝐯

: velocitat de la partícula

𝐁

: densitat de camp magnètic

En el cas d'un camp purament elèctric l'expressió de l'equació es reduïx a:

𝐅 = q 𝐄

La força en este cas està determinada solament per la carrega q i pel camp elèctric $𝐄$ . És la força de Coulomb que actua a lo llarc del conductor originant el fluix elèctric, per eixemple en les bobines de l'estator de les màquines d'inducció o en el rotor dels motors de corrent contínua.

En el cas d'un camp purament magnètic:

𝐅 = q (𝐯 \times 𝐁)

La força està determinada per la càrrega, la densitat del camp magnètic $𝐁$ i la velocitat de la càrrega $𝐯$ . Esta força és perpendicular al camp magnètic i a la direcció de la velocitat de la càrrega. Normalment hi ha moltíssimes càrregues en moviment per lo que convé reescriure l'expressió en térmens de densitat de càrrega $ρ$ i s'obté llavors densitat de força $𝐅 𝐯$ (força per unitat de volum):

𝐅 𝐯 = ρ (𝐄 + 𝐯 \times 𝐁)

Al producte $ρ 𝐯$ se li coneix com a densitat de corrent $𝐉$ (amperes per metro quadrat):

𝐉 = ρ 𝐯

Llavors l'expressió resultant descriu la força produïda per l'interacció de la corrent en un camp magnètic:

𝐅 𝐯 = 𝐉 \times 𝐁

Est és un principi bàsic que explica cóm s'originen les forces en sistemes electromecànics com els motors elèctrics. No obstant, la completa descripció per a cada tipo de motor elèctric depén dels seus components i de la seua construcció.

Característiques

A igual potència, el seu tamany i pes són més reduïts que un motor de combustió interna equivalent.
Es poden construir de qualsevol tamany i forma, sempre que el voltage ho permeta.
Té un parell de gir elevat i, segons el tipo de motor, pràcticament constant.
El seu rendiment és molt elevat (típicament entorn al 75 %, aumentant a mida que s'incrementa la potència de la màquina).
Este tipo de motors no emet contaminants, encara que en la generació d'energia elèctrica de la majoria de les rets de suministrament, sí s'emeten contaminants.
En general no necessiten de refrigeració ni ventilació externa, estan autoventilados.
No necessita de caixes de canvis de més d'1 velocitat.

Motors de corrent contínua

Artícul principal → Motor de corrent contínua.

Els motors de corrent contínua es classifiquen segons la forma com estiguen conectats, en:

Ademés dels anteriors, existixen atres tipos que són utilisats en electrònica:

Motors de corrent alterna

Artícul principal → Motor de corrent alterna.

Existixen tres tipos, sent el motor asíncrono el més amprat en l'indústria i el que menys manteniment requerix:

motor universal (pot treballar tant en CA com en CC)
motor asíncrono
motor síncrono

Usos

Els motors elèctrics s'utilisen en la gran majoria de les màquines modernes. El seu reduït tamany permet introduir motors potents en màquines de menut tamany, per eixemple taladros o batidoras. El seu elevat parell motor i alta eficiència ho convertixen en el motor ideal per a la tracció de transports pesats com trenés; aixina com la propulsió de barcos, submarís i dúmperes de mineria, a través del sistema diésel-elèctric.

Canvi de sentit de gir

Per a efectuar el canvi de sentit de gir dels motors elèctrics de corrent alterna se seguixen uns simples passos tals com:

Per a motors monofásicos únicament és necessari invertir les terminals del devanado d'arrancada, açò es pot realisar manualment o en relés commutadors
Per a motors trifásicos únicament és necessari invertir dos de les conexions d'alimentació corresponents a dos fases d'acort a la seqüència de trifases.

De corrent contínua

Per a motors de corrent contínua és necessari invertir els contactes del parell d'arrancada.^[9]

Eficiència energètica

L'eficiència energètica dels motors elèctrics ha segut estandardisada per organismes internacionals. Segons la norma IEC 60034-30-1,^[10] els motors de corrent alterna es classifiquen en quatre nivells d'eficiència:

IE1 (estàndar)
IE2 (alta eficiència)
IE3 (premium)
IE4 (super premium)

Estos nivells permeten comparar el rendiment energètic dels motors i faciliten l'implementació de regulacions per a reduir el consum elèctric en l'indústria.^[11]

Regulació de velocitat

Síncronos trifásicos existixen dos formes de poder variar la velocitat, una és variant la freqüència per mig d'un equip electrònic especial i l'atra és variant la polaridad gràcies al disseny del motor. Açò últim és possible en els motors de devanado separat o els motors de conexió Hilandera,^[12] pero solament és possible tindre un canvi de polaridad llimitat, per eixemple, de dos i quatre pols.

Motors no magnètics

Artícul principal → Motor piezoelèctric.

Un motor electrostàtic es basa en l'atracció i repulsió de càrrega elèctrica. Per lo general, els motors electrostàtics són el doble dels motors convencionals basats en bobines. Per lo general, requerixen una font d'alimentació d'alt voltage, encara que els motors menuts ampren voltages més baixos. En canvi, els motors elèctrics convencionals ampren atracció i repulsió magnètica, i requerixen alta corrent a baix voltage. En la década de 1750, Benjamin Franklin i Andrew Gordon varen desenrollar els primers motors electrostàtics. Els motors electrostàtics troben un us freqüent en sistemes micro-electromecànics (MEMS) a on els seus voltages d'accionament estan per baix de 100 volts, i a on les plaques carregades en moviment són molt més fàcils de fabricar que les bobines i els núcleus de ferro. La maquinària molecular que fa funcionar les cèlules vives a sovint es basa en motors electrostàtics llineals i rotatoris.

Un motor piezoelèctric o piezomotor és un tipo de motor elèctric basat en el canvi de forma d'un material piezoelèctric quan s'aplica un camp elèctric. Els motors piezoelèctrics utilisen l'efecte piezoelèctric invers per mig del qual el material produïx vibracions acústiques o ultrasòniques per a produir un moviment llineal o giratori.^[13] En un mecanisme, l'allargament en un sol pla s'usa per a fer una série de estiramientos i posicions, de forma similar a com es mou una oruga.^[14]

Un sistema de propulsió de naus espacials accionado eléctricamente utilisa tecnologia de motors elèctrics per a impulsar naus espacials en l'espai exterior. La majoria dels sistemes es basen en l'acceleració elèctrica del propulsor a alta velocitat, mentres que alguns sistemes es basen en els principis de correja electrodinàmica de propulsió a la magnetosfera.^[15]

Vore també

Referències

↑ http://rexresearch.com/jefimenko/jefimenkoesmotors.pdf
↑ Tom McInally, The Sixth Scottish University. The Scots Colleges Abroad: 1575 to 1799 (Brill, Leiden, 2012) p. 115
↑ Oleg D. Jefimenko (1973). Electrostatic Motors, Their History, Types, and Principles of Operation, Electret Scientific Company. pp. 22–45
↑ (2018).IEEE Industrial Electronics Magazine.12(3)
38–43.doi:10.1109/MIE.2018.2856546.
↑ whittingtonvillage.org.uk/ (ed.): «William Sturgeon born 22nd May 1783 in Whittington, Lancs died 4th December 1850 in Prestwich, Lancashire» (en en). Consultat el 2015-02-28.
↑ (alemà) LEIFIphysik, Geschichte Elektromotor consultat el 4 d'abril de 2020
↑ (alemà) Ulrich Wengenroth: Elektroenergie, págs. 328–334 a: Ulrich Wengenroth (ed.): Technik und Wirtschaft, 1993: (Volum 8 de: Armin Hermann, Wilhelm Dettmering (ed.): Technik und Kultur, Düsseldorf, VDI-Verlag)
↑ Fitzgerald, A.I., Kinglsley, C., Umans, S., Electric Machinery, 6.ª edició, Mc.Graw Hill, International Edition 2003, ISBN 0-07-112193-5.
↑ a+motors+de+corrent+alterna+és+necessari+invertir&hl=és&sa=X&redir_esc=i#v=onepage&q=Per a%20motors%20de%20corrent%20alterna%20és%20necessari%20invertir&f=false Esquemes i components dels circuits (Circuits elèctrics auxiliars del ...) p. 59 en Google llibres
↑ IEC 60034-30-1: Rotating electrical machines — Efficiency classes of line operated AC motors (2014)
↑ IEC 60034-30-1:2014. Rotating electrical machines – Part 30-1: Efficiency classes of line operated AC motors. International Electrotechnical Commission.
↑ [1]
↑ Horn, Alexander (2009). [[[:Plantilla:Google books]] Ultra-fast Material Metrology] (en en), John Wiley & Sons. ISBN 978-3-527-62793-6.
↑ Nanopositioning Technologies: Fundamentals and Applications, Springer International Publishing, p. 39. doi:10.1007/978-3-319-23853-1_2. ISBN 978-3-319-23853-1.
↑ «Launch Assist Tethers».

Enllaços externs

Commons

Wikimedia Commons alberga contingut multimèdia sobre motors elèctrics.
Motor elèctric de Beakman
Control de motors de CC, Pont H
Control de motors de CC, Control per Ample de Pols (PWM)
Control de motors de CC, Circuits en realimentación
a%20Vehicule.pdf Modulador de tensió i freqüència per a motor elèctric
Motors Elèctrics IEC i NEMA

Referències

Este artícul conté una traducció derivada de «Motor eléctrico» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.

[1] ttp://rexresearch.com/jefimenko/jefimenkoesmotors.pdf

[Gordon-2] Tom McInally, The Sixth Scottish University. The Scots Colleges Abroad: 1575 to 1799 (Brill, Leiden, 2012) p. 115

[3] Oleg D. Jefimenko (1973). Electrostatic Motors, Their History, Types, and Principles of Operation, Electret Scientific Company. pp. 22–45

[dcmachine-4] (2018).IEEE Industrial Electronics Magazine.12(3)
38–43.doi:10.1109/MIE.2018.2856546.

[5] whittingtonvillage.org.uk/ (ed.): «William Sturgeon born 22nd May 1783 in Whittington, Lancs died 4th December 1850 in Prestwich, Lancashire» (en en). Consultat el 2015-02-28.

[6] (alemà) LEIFIphysik, Geschichte Elektromotor consultat el 4 d'abril de 2020

[7] (alemà) Ulrich Wengenroth: Elektroenergie, págs. 328–334 a: Ulrich Wengenroth (ed.): Technik und Wirtschaft, 1993: (Volum 8 de: Armin Hermann, Wilhelm Dettmering (ed.): Technik und Kultur, Düsseldorf, VDI-Verlag)

[8] Fitzgerald, A.I., Kinglsley, C., Umans, S., Electric Machinery, 6.ª edició, Mc.Graw Hill, International Edition 2003, ISBN 0-07-112193-5.

[9] +motors+de+corrent+alterna+és+necessari+invertir&hl=és&sa=X&redir_esc=i#v=onepage&q=Per a%20motors%20de%20corrent%20alterna%20és%20necessari%20invertir&f=false Esquemes i components dels circuits (Circuits elèctrics auxiliars del ...) p. 59 en Google llibres

[10] IEC 60034-30-1: Rotating electrical machines — Efficiency classes of line operated AC motors (2014)

[11] IEC 60034-30-1:2014. Rotating electrical machines – Part 30-1: Efficiency classes of line operated AC motors. International Electrotechnical Commission.

[12] [1]

[13] Horn, Alexander (2009). [[[:Plantilla:Google books]] Ultra-fast Material Metrology] (en en), John Wiley & Sons. ISBN 978-3-527-62793-6.

[14] Nanopositioning Technologies: Fundamentals and Applications, Springer International Publishing, p. 39. doi:10.1007/978-3-319-23853-1_2. ISBN 978-3-319-23853-1.

[15] «Launch Assist Tethers».

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]