Moteurs électriques et générateurs

Moteurs de C.C

• * un certain nombre de nmemonics différent sont employés pour se rappeler la direction de la force. Certains utilisent la main droite, quelque la gauche. Pour les étudiants qui connaissent la multiplication de vecteur, elle est facile utiliser la force de Lorentz directement : F = q v X B, d'où F = i DL X B. C'est l'origine du diagramme montré ici.

• Partout, nous employons bleu pour le Pôle Nord et le rouge pour les sud. C'est juste une convention pour faire l'orientation clairement : il n'y a aucune différence dans le matériel l'un ou l'autre d'extrémité de l'aimant, et ils ne sont pas habituellement ont peint une couleur différente.

Notez l'effet des brosses sur l'anneau fendu. Quand le plan de la bobine tournante atteint horizontal, les brosses casseront le contact (pas beaucoup est perdu, parce que c'est le point du couple nul de toute façon – les forces agissent vers l'intérieur). Le moment angulaire de la bobine la porte passé ce point d'arrêt et les écoulements puis actuels dans la direction opposée, qui renverse le dipôle magnétique. Ainsi, après dépassement du point d'arrêt, le rotor continue tourner en sens inverse des aiguilles d'une montre et démarre pour aligner dans la direction opposée. Dans le texte suivant, j'emploierai en grande partie “couple l'image sur aimant”, mais me rendrai compte que l'utilisation des brosses ou du courant C.A. puisse faire permuter les poteaux de l'électro-aimant en question la position quand la direction actuelle de changements.

Le couple s'est produit au-dessus d'un cycle varie avec la séparation verticale des deux forces. Il dépend donc du sinus de l'angle entre l'axe de la bobine et le champ. Cependant, en raison de l'anneau fendu, il est toujours dans le même sens. L'animation ci-dessous montre sa variation temps, et vous peut l'arrêter n'importe quelle étape et vérifier la direction en appliquant la règle droite.
 

Moteurs et générateurs

Si vous employez l'énergie mécanique pour tourner la bobine (tours de N, secteur A) au ω uniforme de vitesse angulaire dans le champ magnétique B, il produira un emf sinusoïdal dans la bobine. emf (un emf ou une force électromotrice est presque la même chose qu'une tension). Le θ laissé soit l'angle entre B et la normale avec la bobine, ainsi le φ de flux magnétique est θ de NAB.cos. La loi de faraday donne :

• emf = − dφ/dt = − (d/dt) (θ de NBA cos)

  = θ de péché de NBA (dθ/dt) = ωt de péché de NBAω.

Un alternateur

Dans la prochaine animation, les deux brosses entrent en contact avec deux anneaux continus, ainsi les deux terminaux externes sont toujours reliés aux mêmes extrémités de la bobine. Le résultat est l'emf unrectified et sinusoïdal donné par le ωt de péché de NBAω, qui est montré dans la prochaine animation.

Emf de dos

Tellement voici un corollaire intéressant. Chaque moteur est un générateur. C'est vrai, dans une certaine mesure, même lorsqu'il fonctionne comme moteur. L'emf qu'un moteur se produit s'appelle l'emf de dos. Les augmentations arrières d'emf avec la vitesse, en raison de la loi de faraday. Ainsi, si le moteur n'a aucune charge, elle tourne très rapidement et accélère jusqu' l'emf arrière, plus la chute de tension due aux pertes, égalent la tension d'alimentation. L'emf de dos peut être considéré comme un “régulateur” : il arrête le moteur tournant infiniment rapidement (les physiciens économisants de ce fait un certain embarras). Quand le moteur est chargé, alors la phase de la tension devient plus près de celle de l'actuel (il commence sembler résistive) et cette résistance apparente donne une tension. Ainsi l'emf de dos prié est plus petit, et le moteur tourne plus lentement. (Pour ajouter l'emf de dos, qui est inductif, au composant résistif, vous devez ajouter les tensions qui ont lieu hors de phase. Voir les circuits C.A.)

Les bobines ont habituellement des noyaux

Dans la pratique, (et la différence des diagrammes que nous avons tracés), des générateurs et des moteurs de C.C ayez souvent un noyau élevé de perméabilité l'intérieur de la bobine, de sorte que de grands champs magnétiques soient produits par les courants modestes. Ceci est montré la gauche dans la figure ci-dessous dans laquelle les redresseurs (les aimants qui sont stationnaires) sont des aimants permanents.

Moteurs “universels”

Les aimants de redresseur, aussi, pourraient être faits comme électro-aimants, comme est montré ci-dessus la droite. Les deux redresseurs sont enroulés dans la même direction afin de donner un champ dans la même direction et le rotor ait un champ qui renverse deux fois par cycle parce qu'il est relié aux brosses, qui sont omises ici. Un avantage de avoir blessé des redresseurs dans un moteur est qu'on peut faire un moteur qui fonctionne sur le C.A. ou le C.C, un soi-disant moteur universel. Quand vous conduisez un tel moteur avec le C.A., le courant dans les changements de bobine deux fois de chaque cycle (en plus des changements des brosses), mais la polarité des changements de redresseurs en même temps, ainsi ces changements décommander. (Malheureusement, cependant, il restent des brosses, quoique je les aie cachés dans ce croquis.) Pour des avantages et des inconvénients d'aimant permanent contre les redresseurs enroulés, voir ci-dessous. Voyez également plus sur les moteurs universels.

Construisez un moteur simple

Fabriquez la bobine partir de le cblage cuivre raide, ainsi il n'a besoin d'aucun appui externe. Les tours du vent 5 20 en cercle environ 20 millimètres de diamètre, et ont les deux extrémités se dirigent radialement l'extérieur dans des directions opposées. Ces extrémités seront l'axe et les contacts. Si le fil a la laque ou l'isolation en plastique, décollez-la aux extrémités.

Moteurs courant alternatif

La première chose faire dans un moteur courant alternatif est de créer un champ de rotation. le C.A. de “ordinaire” d'une prise de 2 ou 3 bornes est C.A. monophasé--il a une différence potentielle sinusoïdale simple produite entre seulement deux fils--l'actif et neutre. (Notez que le fil de terre ne porte pas un courant excepté en cas des défauts électriques.) Avec le C.A. monophasé, on peut produire un champ de rotation en produisant de deux courants qui ont lieu hors de phase utilisant par exemple un condensateur. Dans l'exemple montré, les deux courants sont 90° sur la phase, ainsi le composant vertical du champ magnétique est sinusoïdal, alors que l'horizontal est cosusoidal, comme montré. Ceci donne un champ tournant dans le sens contraire des aiguilles d'une montre.

(* j'ai été invité expliquer ceci : de la théorie simple C.A., ni les bobines ni les condensateurs n'ont la tension dans la phase avec le courant. Dans un condensateur, la tension est un maximum quand la charge a fini l'écoulement sur le condensateur, et est sur le point de commencer couler. Ainsi la tension est derrière le courant. Dans une bobine purement inductive, la chute de tension est la plus grande quand le courant change le plus rapidement, qui est également quand le courant est zéro. La tension (baisse) est en avant du courant. Dans des bobines de moteur, l'angle de phase est plutôt moins de ¡ 90, parce que de l'énergie électrique est convertie en énergie mécanique.)

Dans cette animation, les graphiques montrent la variation en temps de courants dans les bobines verticales et horizontales. Le complot des composants Bx de champ et par prouve que la somme de vecteur de ces deux champs est un champ de rotation. L'image principale montre le champ de rotation. Elle montre également la polarité des aimants : comme ci-dessus, le bleu représente un Pôle Nord et rouge un pôle du sud.

Si nous mettons un aimant permanent dans ce secteur de champ de rotation, ou si nous mettons dans une bobine dont le courant fonctionne toujours dans la même direction, alors ceci devient un moteur synchrone. Dans un large éventail de conditions, le moteur tournera la vitesse du champ magnétique. Si nous avons beaucoup de redresseurs, au lieu juste des deux paires montrées ici, alors de nous pourrait le considérer comme moteur pas pas : chaque impulsion passe le rotor aux prochaines paires de poteaux actionnés. Veuillez se rappeler mon avertissement au sujet de la géométrie idéalisée : les vrais moteurs pas pas ont des douzaines de poteaux et de géométries tout fait compliquées !

Moteurs induction

L'animation la droite représente un moteur de cage d'écureuil. La cage d'écureuil a (dans cette géométrie simplifiée, de toute façon !) deux conducteurs circulaires jointifs par plusieurs barres droites. Deux barres quelconques et les arcs qui les joignent pour former une bobine – comme indiqué par les tirets bleus dans l'animation. (Seulement deux des nombreux circuits possibles ont été montrés, pour la simplicité.)

Ce schéma suggère pourquoi ils pourraient s'appeler les moteurs de cage d'écureuil. La réalité est différente : pour des photos et plus de détails, voir les moteurs induction. Le problème avec les Automobiles de cage d'induction et d'écureuil Salon dans cette animation est que les condensateurs de la valeur élevée et de l'estimation haute tension sont chers. Une solution est le moteur “de poteau ombragé”, mais son champ de rotation a quelques directions où le couple est petit, et il a une tendance de courir vers l'arrière dans certaines conditions. La manière la plus ordonnée d'éviter ceci est d'utiliser les moteurs multiphasiques.

Moteurs induction triphasés C.A.

Si on met un aimant permanent dans un tel ensemble de redresseurs, ce devient un moteur triphasé synchrone. L'animation montre une cage d'écureuil, dans ce que pour la simplicité seulement une des nombreux ventres d'intensité induite est montrée. Sans la charge mécanique, elle tourne pratiquement dans la phase avec le champ de rotation. Le rotor n'a pas besoin d'être une cage d'écureuil : en fait n'importe quel conducteur qui portera des courants de Foucault tournera, tendant suivre le champ de rotation. Cette disposition peut donner un moteur induction capable du rendement élevé, de la puissance élevée et des couples élevés sur une gamme des taux de rotation.

Moteurs linéaires