¿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, debe 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/flujo magnético es generado por magnetismo oa través de electroimanes.

Los motores en general siempre han sido un tema difícil que no puedo entender por completo. Teniendo en cuenta los motores de CC, ¿qué determina la velocidad a la que gira el motor?

La velocidad de giro del rotor de las máquinas eléctricas es fundamentalmente la misma para todos los tipos de máquinas eléctricas (inducción, sincronización, SR, BLDC, BLAC, cepillado, histéresis...).

La tasa de cambio de flujo.

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

Un par que actúa sobre alguna inercia da como resultado una aceleración que llevaría el rotor a una velocidad infinita.

No puede debido a la ley de Lenz. Ahora tiene un campo magnético giratorio que pasa por bobinas, esto 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 para producir EM_Torque.

Cuanto más rápido vaya, cuanto mayor sea este voltaje, más se opone 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 ha alcanzado su velocidad máxima descargada.

Como se mencionó, diferentes mecanizados crean el flujo cambiante mediante un mecanismo diferente

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

Estator PM y rotor devanado, las escobillas 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 las escobillas y el campo magnético del rotor cambia alejándolo del polo del estator actual y atrayéndolo al siguiente.

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

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

Rotor bobinado, Estator bobinado. 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. Luego, el estator se excita con una fuente de voltaje de CA. El rotor se "fijará" en este campo de estator variable y esencialmente será arrastrado 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 síncronas 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 utiliza.

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

Hermosas máquinas, rotor saliente SIN DEVANADOS, SIN GENERACIÓN DE CAMPO. Estator de herida. El estator se excita para producir un flujo. Un rotor desalineado experimentará un par de reluctancia e intentará alinearse para minimizar la reluctancia en el cct magnético actual ==> par mecánico ==> aceleración. Una vez que se produce la alineación, deja de disparar el estator y deja que el rotor "flote" durante un período corto antes de disparar de nuevo.

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

Estator bobinado, rotor bobinado. Sin embargo, a diferencia de una máquina síncrona, los devanados del rotor generalmente están en cortocircuito (creando una construcción similar a una jaula de ardilla). La aplicación de un voltaje de CA al estator crea un campo magnético de CA. Esto induce un voltaje en el rotor y, debido a que está en cortocircuito, produce una corriente que a su vez crea un campo magnético que es arrastrado por el campo giratorio del estator.

A veces pienso en un motor ideal. Ideal porque 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 y f es la frecuencia. Esto no es tan malo para un motor de imanes permanentes. Aplicas un voltaje y consume corriente y gira. Alcanza una velocidad constante y ya no consume energía, por lo que la corriente ahora es 0. La velocidad vendrá dada por V = Kf, por lo que el voltaje generado solo se opone al voltaje aplicado, por lo que la corriente es 0.

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

No es muy riguroso, pero me da una idea.

Parece que te estás perdiendo que un motor es también una máquina mecánica. La segunda ley de Newton es muy relevante, dice que la fuerza$F$es el producto de la masa$m$y aceleración$a$:

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, cualquiera 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 corriente da como resultado 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, en esencia, un generador a la vez que motor. La fuerza contraelectromotriz es, como primera aproximación, proporcional a la velocidad del motor. La fuerza contraelectromotriz aparece en serie con la inductancia y la resistencia de los devanados del motor, y en la situación más intuitiva en la que la carga mecánica no obliga al motor a retroceder en relación con el voltaje aplicado a los terminales del motor, la fuerza contraelectromotriz. se opone al voltaje aplicado ( ley de Lenz ).

Por lo tanto, si conecta un motor a una batería de 12 V y está girando lo suficientemente rápido como para que la fuerza contraelectromotriz sea de 10 V, entonces es como si estuviera aplicando 2 V al motor. Esto explica la ecuación:

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

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

Es decir, a medida que la resistencia del devanado se acerca a 0, la corriente consumida por el motor se acerca al infinito. Dado que la fuerza es proporcional a la corriente, la fuerza también tiende a 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 da como resultado una corriente infinita que genera 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, al tener cierta resistencia, solo se aproximan a este comportamiento. Si está conectado a una fuente de voltaje (batería de automóvil), si intenta reducir la velocidad del motor (frenarlo con la mano), la EMF inversa disminuye, lo que resulta en más voltaje neto a través de los devanados, lo que aumenta la corriente, lo que aumenta la fuerza, lo que hace que el motor intente no ser frenado por su 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.