Quase todo desenvolvimento mecânico que vemos ao nosso redor é realizado por um motor elétrico. As máquinas elétricas são um método de conversão de energia. Os motores pegam energia elétrica e produzem energia mecânica. Os motores elétricos são utilizados para alimentar centenas de dispositivos que usamos no dia a dia. Os motores elétricos são amplamente classificados em duas categorias diferentes: motor de corrente contínua (DC) e motor de corrente alternada (AC). Neste artigo, vamos discutir o motor DC e seu funcionamento. E também como funcionam os motores de engrenagem DC.

O que é motor DC?

PARA O motor DC é um motor elétrico que funciona com alimentação de corrente contínua. Em um motor elétrico, a operação depende de um eletromagnetismo simples. Um condutor condutor de corrente gera um campo magnético, quando este é então colocado em um campo magnético externo, ele encontrará uma força proporcional à corrente no condutor e à intensidade do campo magnético externo. É um dispositivo que converte energia elétrica em energia mecânica. Ele funciona com base no fato de que um condutor de corrente colocado em um campo magnético sofre uma força que o faz girar em relação à sua posição original. O motor DC prático consiste em enrolamentos de campo para fornecer o fluxo magnético e a armadura que atua como o condutor.

Motor DC sem escova

A entrada de um motor DC sem escova é a corrente / tensão e sua saída é o torque. Compreender a operação do motor DC é muito simples a partir de um diagrama básico mostrado abaixo. O motor DC consiste basicamente em duas partes principais. A parte giratória é chamada de rotor e a parte estacionária também é chamada de estator. O rotor gira em relação ao estator.

O rotor consiste em enrolamentos, os enrolamentos sendo eletricamente associados ao comutador. A geometria das escovas, contatos do comutador e enrolamentos do rotor são tais que, quando a energia é aplicada, as polaridades do enrolamento energizado e os ímãs do estator ficam desalinhados e o rotor vai girar até que esteja quase esticado com os ímãs de campo do estator.

Conforme o rotor atinge o alinhamento, as escovas se movem para os próximos contatos do comutador e energizam o próximo enrolamento. A rotação inverte a direção da corrente através do enrolamento do rotor, solicitando uma inversão do campo magnético do rotor, levando-o a continuar girando.

Construção do motor DC

A construção do motor DC é mostrada abaixo. É muito importante conhecer seu design antes de saber se está funcionando. As partes essenciais deste motor incluem a armadura e o estator.

MOTOR DC

A bobina da armadura é a parte giratória, enquanto a parte estacionária é o estator. Nesse caso, a bobina da armadura é conectada à alimentação CC, que inclui as escovas e os comutadores. A principal função do comutador é converter a CA em CC que é induzida na armadura. O fluxo de corrente pode ser fornecido usando a escova da parte rotativa do motor em direção à carga externa inativa. A disposição da armadura pode ser feita entre os dois pólos do eletroímã ou permanente.

Peças de motor DC

Em motores DC, existem diferentes projetos populares de motores que estão disponíveis, como um ímã permanente sem escova, série, enrolamento composto, shunt, shunt estabilizado de outra forma. Em geral, as peças do motor CC são as mesmas nesses designs populares, mas toda a operação é a mesma. As principais peças do motor DC incluem o seguinte.

Estator

Uma peça estacionária como um estator é uma das peças nas peças do motor DC que inclui os enrolamentos de campo. A principal função disso é obter o abastecimento.

Rotor

O rotor é a parte dinâmica do motor que é usada para criar as revoluções mecânicas da unidade.

Pincéis

As escovas que usam um comutador funcionam principalmente como uma ponte para fixar o circuito elétrico estacionário em direção ao rotor.

Comutador

É um anel dividido projetado com segmentos de cobre. É também uma das peças mais essenciais do motor CC.

Enrolamentos de campo

Esses enrolamentos são feitos com bobinas de campo conhecidas como fios de cobre. Esses enrolamentos circundam aproximadamente as ranhuras das sapatas dos pólos.

Enrolamentos de Armadura

A construção desses enrolamentos no motor DC é de dois tipos, como Lap & Wave.

Jugo

Uma estrutura magnética como um jugo é projetada às vezes com ferro fundido ou aço. Funciona como um guarda.

Poloneses

Os pólos do motor incluem duas partes principais, como o núcleo e as sapatas do pólo. Essas partes essenciais são conectadas entre si por meio de força hidráulica e são conectadas ao garfo.

Dentes / Slot

Os revestimentos de fenda não condutores são freqüentemente presos entre as paredes da fenda, bem como bobinas para segurança desde o início, suporte mecânico e isolamento elétrico adicional. O material magnético entre as ranhuras é chamado de dentes.

Carcaça do motor

A carcaça do motor dá suporte às escovas, rolamentos e núcleo de ferro.

Princípio de trabalho

Uma máquina elétrica usada para converter a energia elétrica em mecânica é conhecida como motor DC. O Princípio de funcionamento do motor DC é que quando um condutor de corrente está localizado dentro do campo magnético, ele sofre uma força mecânica. Esta direção de força pode ser decidida através da regra da mão esquerda de Flemming, bem como sua magnitude.

Se o primeiro dedo estiver estendido, o segundo dedo, bem como o polegar da mão esquerda, serão verticais entre si e o dedo principal significa a direção do campo magnético, o próximo dedo significa a direção atual e o terceiro polegar em forma de dedo significa o direção da força que é experimentada através do condutor.

F = BIL Newtons

Onde,

'B' é a densidade do fluxo magnético,

'Eu' é atual

'L' é o comprimento do condutor no campo magnético.

Sempre que um enrolamento de armadura é direcionado a uma fonte CC, o fluxo de corrente será estabelecido dentro do enrolamento. Bobinas de campo ou ímãs permanentes fornecerão o campo magnético. Portanto, os condutores da armadura sofrerão uma força por causa do campo magnético com base no princípio mencionado acima.
O comutador é projetado como seções para atingir o torque unidirecional ou o caminho da força teria revirado a cada vez, uma vez que o caminho do movimento do condutor é revirado dentro do campo magnético. Portanto, este é o princípio de funcionamento do motor DC.

Tipos de motores DC

Os diferentes tipos de motores CC são discutidos abaixo.

Motores DC Engrenados

Motores redutores tendem a reduzir a velocidade do motor, mas com um aumento correspondente no torque. Essa propriedade é útil, pois os motores CC podem girar em velocidades muito rápidas para um dispositivo eletrônico fazer uso. Motores redutores geralmente consistem em um motor de escova DC e uma caixa de engrenagens conectada ao eixo. Os motores são diferenciados como engrenados por duas unidades conectadas. Tem muitas aplicações devido ao seu custo de projeto, reduz a complexidade e constrói aplicações como equipamentos industriais, atuadores, ferramentas médicas e robótica.

Nenhum bom robô pode ser construído sem engrenagens. Considerando todas as coisas, um bom entendimento de como as engrenagens afetam parâmetros como torque e velocidade é muito importante.
As engrenagens funcionam com base no princípio da vantagem mecânica. Isso implica que, usando diâmetros de engrenagem distintos, podemos trocar entre a velocidade de rotação e o torque. Os robôs não têm uma velocidade desejável para a relação de torque.
Na robótica, o torque é melhor do que a velocidade. Com engrenagens é possível trocar a alta velocidade por melhor torque. O aumento do torque é inversamente proporcional à redução da velocidade.

Motores DC Engrenados

Redução de velocidade em motor DC com engrenagem

A redução de velocidade nas marchas compreende uma pequena marcha acionando uma marcha maior. Pode haver poucos conjuntos desses conjuntos de engrenagens de redução em uma caixa de engrenagens de redução.

Redução de velocidade em motor DC engrenado

Às vezes, o objetivo de usar um motor de engrenagem é reduzir a velocidade do eixo de rotação de um motor no dispositivo que está sendo acionado, por exemplo, em um pequeno relógio elétrico onde o minúsculo motor síncrono pode estar girando a 1.200 rpm, no entanto, é diminuído para um rpm para acionar o ponteiro dos segundos e ainda mais reduzido no mecanismo do relógio para acionar os ponteiros dos minutos e das horas. Aqui, a quantidade de força motriz é irrelevante, desde que seja suficiente para superar os impactos de fricção do mecanismo do relógio.

Motor DC Série

Um motor da série é um motor da série DC em que o enrolamento de campo é conectado internamente em série ao enrolamento da armadura. O motor em série fornece alto torque de partida, mas nunca deve funcionar sem carga e é capaz de mover cargas de eixo muito grandes quando é energizado pela primeira vez. Os motores em série também são conhecidos como motores enrolados em série.

Em motores em série, os enrolamentos de campo são associados em série à armadura. A intensidade do campo varia com as progressões na corrente da armadura. No momento em que sua velocidade é reduzida por uma carga, o motor em série avança um torque mais excelente. Seu torque inicial é mais do que diferentes tipos de motor DC.

Ele também pode irradiar mais facilmente o calor que se acumulou no enrolamento devido à grande quantidade de corrente que está sendo transportada. Sua velocidade muda consideravelmente entre carga total e sem carga. Quando a carga é removida, a velocidade do motor aumenta e a corrente através da armadura e das bobinas de campo diminui. A operação descarregada de máquinas grandes é perigosa.

Motor Series

A corrente através da armadura e das bobinas de campo diminui, a força das linhas de fluxo ao redor delas enfraquece. Se a força das linhas de fluxo em torno das bobinas fosse reduzida na mesma taxa que a corrente que flui através delas, ambas diminuiriam na mesma taxa em

qual a velocidade do motor aumenta.

Vantagens

As vantagens de um motor em série incluem o seguinte.

Grande torque de partida
Construção Simples
Projetar é fácil
A manutenção é fácil
Custo-beneficio

Formulários

Os motores em série podem produzir uma enorme potência de giro, o torque de seu estado inativo. Esta característica torna os motores em série adequados para pequenos aparelhos elétricos, equipamento elétrico versátil, etc. Os motores em série não são adequados quando é necessária uma velocidade constante. A razão é que a velocidade dos motores em série varia muito com cargas variáveis.

Motor Shunt

Os motores shunt são motores DC shunt, onde os enrolamentos de campo desviam ou são conectados em paralelo ao enrolamento da armadura do motor. O motor de derivação DC é comumente usado por causa de sua melhor regulação de velocidade. Além disso, tanto o enrolamento da armadura quanto os enrolamentos de campo são apresentados à mesma tensão de alimentação, no entanto, existem ramificações discretas para o fluxo de corrente da armadura e a corrente de campo.

Um motor de derivação tem características de funcionamento um tanto distintas do que um motor em série. Uma vez que a bobina de campo shunt é feita de fio fino, ela não pode produzir uma grande corrente de partida como o campo em série. Isso implica que o motor shunt tem torque de partida extremamente baixo, o que requer que a carga do eixo seja muito pequena.

Motor Shunt

Quando a tensão é aplicada ao motor shunt, uma quantidade muito baixa de corrente flui através da bobina shunt. A armadura do motor de derivação é semelhante ao motor em série e extrairá corrente para produzir um forte campo magnético. Devido à interação do campo magnético ao redor da armadura e do campo produzido ao redor do campo de derivação, o motor começa a girar.

Como o motor em série, quando a armadura começa a girar, ela produzirá EMF de volta. O EMF traseiro fará com que a corrente na armadura comece a diminuir a um nível muito pequeno. A quantidade de corrente que a armadura irá consumir está diretamente relacionada ao tamanho da carga quando o motor atinge a velocidade máxima. Como a carga geralmente é pequena, a corrente da armadura será pequena.

Vantagens

As vantagens do motor de derivação incluem o seguinte.

Desempenho de controle simples, resultando em um alto nível de flexibilidade para resolver problemas complexos de acionamento
Alta disponibilidade, portanto, mínimo esforço de serviço necessário
Alto nível de compatibilidade eletromagnética
Funcionamento muito suave, portanto, baixo estresse mecânico do sistema geral e processos de controle de alta dinâmica
Ampla faixa de controle e baixas velocidades, portanto, universalmente utilizáveis

Formulários

Os motores Shunt DC são muito adequados para aplicações acionadas por correia. Este motor de velocidade constante é usado em aplicações industriais e automotivas, como máquinas-ferramenta e máquinas de bobinar / desenrolar, onde uma grande quantidade de precisão de torque é necessária.

Motores Compostos DC

Os motores DC compostos incluem um campo de derivação excitado separadamente que tem um excelente torque de partida, porém enfrenta problemas nas aplicações de velocidade variável. O campo nesses motores pode ser conectado em série através da armadura, bem como um campo de derivação que é excitado separadamente. O campo em série oferece um torque de partida superior, enquanto o campo de derivação oferece uma regulação de velocidade aprimorada. Porém, o campo em série causa problemas de controle nas aplicações de inversores de velocidade variável e normalmente não é utilizado em inversores de 4 quadrantes.

Separadamente Excitado

Como o nome sugere, os enrolamentos de campo, caso contrário, as bobinas são energizadas por uma fonte CC separada. O fato único desses motores é que a corrente da armadura não é fornecida através dos enrolamentos de campo, porque o enrolamento de campo é reforçado por uma fonte externa de corrente DC separada. A equação de torque do motor DC é Tg = Ka φ Ia, neste caso, o torque é alterado através da mudança do fluxo de campo ‘φ’ e independente da corrente de armadura ‘Ia’.

Excitado

Como o nome sugere, neste tipo de motor, a corrente dentro dos enrolamentos pode ser fornecida através do motor ou da própria máquina. Além disso, este motor é separado em motor de bobina em série e em motor de bobina de derivação.

Motor DC de ímã permanente

O PMDC ou motor DC de ímã permanente inclui um enrolamento de armadura. Esses motores são projetados com ímãs permanentes, colocando-os na margem interna do núcleo do estator para gerar o fluxo de campo. Por outro lado, o rotor inclui uma armadura DC convencional, incluindo escovas e segmentos de comutador.

Em um motor CC de ímã permanente, o campo magnético pode ser formado por meio de um ímã permanente. Portanto, a corrente de entrada não é usada para excitação que é usada em condicionadores de ar, limpadores, partidas de automóveis, etc.

Conectando Motor DC com Microcontrolador

Microcontroladores não podem acionar os motores diretamente. Portanto, precisamos de algum tipo de driver para controlar a velocidade e a direção dos motores. Os drivers do motor funcionarão como dispositivos de interface entre microcontroladores e motores . Os drivers do motor atuam como amplificadores de corrente, uma vez que recebem um sinal de controle de baixa corrente e fornecem um sinal de alta corrente. Este sinal de alta corrente é usado para acionar os motores. Usar o chip L293D é uma maneira fácil de controlar o motor usando um microcontrolador. Ele contém dois circuitos de driver H-bridge internamente.

Este chip é projetado para controlar dois motores. L293D tem dois conjuntos de arranjos onde 1 conjunto tem entrada 1, entrada 2, saída 1, saída 2, com pino de habilitação, enquanto outro conjunto tem entrada 3, entrada 4, saída 3, saída 4 com outro pino de habilitação. Aqui está um vídeo relacionado ao L293D

Aqui está um exemplo de um motor DC que faz interface com o microcontrolador L293D.

Motor DC com interface com microcontrolador L293D

L293D tem dois conjuntos de arranjos em que um conjunto tem entrada 1, entrada 2, saída 1 e saída 2 e outro conjunto tem entrada 3, entrada 4, saída 3 e saída 4, de acordo com o diagrama acima,

Se os pinos 2 e 7 são altos, os pinos 3 e 6 também são altos. Se a habilitação 1 e o pino número 2 estiverem altos, deixando o pino número 7 tão baixo, então o motor gira para frente.
Se a habilitação 1 e o pino número 7 estiverem altos, deixando o pino número 2 tão baixo, então o motor gira na direção reversa.

Hoje, os motores CC ainda são encontrados em muitas aplicações tão pequenas como brinquedos e drives de disco ou em tamanhos grandes para operar laminadores de aço e máquinas de papel.

Equações do motor DC

A magnitude do fluxo experimentado é

F = BlI

Onde, B- Densidade de fluxo devido ao fluxo produzido por enrolamentos de campo

l- Comprimento ativo do condutor

Corrente I passando pelo condutor

“como trabalhar um bluetooth ”

Conforme o condutor gira, um EMF é induzido, o qual atua em uma direção oposta à tensão fornecida. É dado como

Fórmula

Onde, Ø- Fluz devido aos enrolamentos de campo

P- Número de pólos

Constante A-A

N - Velocidade do motor

Z- Número de condutores

A tensão de alimentação, V = E_b+ I_paraR_para

O torque desenvolvido é

Fórmula 1 Assim, o torque é diretamente proporcional à corrente da armadura.

Além disso, a velocidade varia com a corrente da armadura, portanto, indiretamente, o torque e a velocidade de um motor são dependentes um do outro.

Para um motor de derivação CC, a velocidade permanece quase constante, mesmo se o torque aumentar de sem carga para carga total.

Para um motor da série DC, a velocidade diminui à medida que o torque aumenta de sem carga para carga total.

Assim, o torque pode ser controlado variando a velocidade. O controle de velocidade é alcançado por

Mudança de fluxo controlando a corrente através do enrolamento de campo - método de controle de fluxo. Por este método, a velocidade é controlada acima de sua velocidade nominal.
Armature Voltage Control - Fornece controle de velocidade abaixo de sua velocidade normal.
Controle de tensão de alimentação - Fornece controle de velocidade em ambas as direções.

Operação de 4 quadrantes

Geralmente, um motor pode operar em 4 regiões diferentes. O operação de quatro quadrantes do motor DC inclui o seguinte.

Como um motor na direção para frente ou no sentido horário.
Como um gerador na direção para frente.
Como um motor no sentido reverso ou anti-horário.
Como um gerador na direção reversa.

Operação de 4 quadrantes do motor DC

No primeiro quadrante, o motor está conduzindo a carga com a velocidade e o torque em uma direção positiva.
No segundo quadrante, a direção do torque se inverte e o motor atua como um gerador
No terceiro quadrante, o motor aciona a carga com velocidade e torque em uma direção negativa.
No 4^ºquadrante, o motor atua como um gerador no modo reverso.
No primeiro e terceiro quadrantes, o motor atua nas direções para frente e reversa. Por exemplo, motores em guindastes para levantar a carga e também baixá-la.

No segundo e quarto quadrantes, o motor atua como um gerador nas direções direta e reversa, respectivamente, e fornece energia de volta para a fonte de alimentação. Assim, a forma de controlar o funcionamento de um motor, para fazê-lo funcionar em qualquer um dos 4 quadrantes, é controlando sua velocidade e sentido de rotação.

A velocidade é controlada variando a tensão da armadura ou enfraquecendo o campo. A direção do torque ou a direção da rotação é controlada variando a extensão em que a tensão aplicada é maior ou menor que a fem posterior.

Falhas comuns em motores DC

É importante conhecer e compreender as falhas e falhas do motor para descrever os dispositivos de segurança mais adequados para cada caso. Existem três tipos de falhas de motor, como mecânica, elétrica e mecânica, que se transformam em elétrica. As falhas ocorridas com mais frequência incluem o seguinte,

Quebra de isolamento
Superaquecimento
Sobrecargas
Falha de rolamento
Vibração
Rotor Bloqueado
Desalinhamento do eixo
Corrida reversa
Desequilíbrio de fase

As falhas mais comuns que ocorrem nos motores CA, bem como nos motores CC, incluem o seguinte.

Quando o motor não está montado corretamente
Quando o motor é bloqueado por sujeira
Quando o motor contém água
Quando o motor está superaquecendo

Motor 12 V DC

Um motor de 12 V DC é barato, pequeno e também potente e é usado em várias aplicações. Selecionar o motor CC adequado para uma aplicação específica é uma tarefa desafiadora, por isso é muito importante trabalhar com a empresa exata. O melhor exemplo desses motores são os METMotors, pois eles fabricam motores PMDC (DC de ímã permanente) com alta qualidade há mais de 45 anos.

Como selecionar o motor certo?

A seleção de um motor 12v dc pode ser feita facilmente através dos motores MET porque os profissionais desta empresa estudam primeiro a sua correta aplicação e depois consideram inúmeras características e especificações para garantir um acabamento com o melhor produto possível.
A tensão de operação é uma das características deste motor.

Uma vez que um motor é acionado por baterias, então, baixas tensões de operação são normalmente escolhidas, pois menos células são necessárias para obter a tensão específica. Mas, em altas tensões, acionar um motor CC é normalmente mais eficiente. Mesmo assim, sua operação é alcançável com 1,5 volts que vai até 100V. Os motores mais usados são 6v, 12v e 24v. Outras especificações principais deste motor são velocidade, corrente operacional, potência e torque.

Os motores de 12 Vcc são perfeitos para diferentes aplicações por meio de uma fonte de alimentação CC que exige torque de funcionamento e também partida elevada. Esses motores operam em menos velocidades em comparação com outras tensões de motor.
As características deste motor variam principalmente com base na empresa fabricante, bem como na aplicação.

A velocidade do motor é de 350 rpm a 5000 rpm
O torque nominal deste motor varia de 1,1 a 12,0 pol-lbs
A potência de saída deste motor varia de 01 hp a.21 hp
Os tamanhos das estruturas são 60 mm, 80 mm, 108 mm
Escovas substituíveis
A vida normal do pincel é de mais de 2.000 horas

EMF traseiro no motor DC

Uma vez que o condutor de corrente está disposto em um campo magnético, então o torque irá induzir sobre o condutor e o torque irá girar o condutor que corta o fluxo do campo magnético. Com base no fenômeno da indução eletromagnética, uma vez que o condutor corta o campo magnético, um EMF irá induzir dentro do condutor.

A direção de EMF induzida pode ser determinada através da regra da mão direita de Flemming. De acordo com essa regra, se segurarmos nossa unha do polegar, indicador e dedo central em 90 ° de um ângulo, depois disso o dedo indicador significará o caminho do campo magnético. Aqui, o dedo polegar representa a forma de movimento do condutor e o dedo médio denota a CEM induzida sobre o condutor.

Ao aplicar a regra da mão direita de Flemming, podemos notar que a direção da fem induzida é inversa à tensão aplicada. Portanto, a fem é chamada de fem de volta ou fem de contador. O desenvolvimento da fem back pode ser feito em série através da tensão aplicada, porém, no sentido inverso, ou seja, a fem back resiste ao fluxo de corrente que a causa.

A magnitude da fem de volta pode ser dada por meio de uma expressão semelhante à seguinte.

Eb = NP ϕZ / 60A

Onde

‘Eb’ é o EMF induzido pelo motor, chamado Back EMF

‘A’ é o não. de pistas paralelas em toda a armadura entre as escovas de polaridade reversa

‘P’ é o não. de pólos

‘N’ é a velocidade

‘Z’ é todo o número de condutores dentro da armadura

‘Φ’ é um fluxo útil para cada pólo.

No circuito acima, a magnitude da fem de volta é sempre baixa em comparação com a tensão aplicada. A disparidade entre os dois é quase equivalente, uma vez que o motor CC funciona em condições normais. A corrente será induzida no motor CC devido à alimentação principal. A relação entre a alimentação principal, contra EMF e corrente de armadura pode ser expressa como Eb = V - IaRa.

Aplicação para controlar a operação do motor DC em 4 quadrantes

O controle da operação do motor DC em 4 quadrantes pode ser obtido usando um microcontrolador com interface de 7 interruptores.

4 Quadrant Control

Caso 1: Quando a chave de partida e sentido horário é pressionada, a lógica no microcontrolador dá uma saída de lógica baixa para o pino 7 e lógica alta para o pino 2, fazendo o motor girar no sentido horário e operar no 1^stquadrante. A velocidade do motor pode ser variada pressionando a chave PWM, causando uma aplicação de pulsos de duração variável ao pino de habilitação do IC do driver, variando assim a tensão aplicada.

Caso 2: Quando o freio de avanço é pressionado, a lógica do microcontrolador aplica a lógica baixa ao pino 7 e a lógica alta ao pino 2 e o motor tende a operar em sua direção reversa, fazendo com que pare instantaneamente.

De forma semelhante, pressionar o interruptor anti-horário faz com que o motor se mova na direção reversa, ou seja, opere no 3^rdquadrante, e pressionar o interruptor de freio reverso faz com que o motor pare instantaneamente.

Assim, por meio da programação adequada do microcontrolador e por meio de interruptores, a operação do motor pode ser controlada em cada direção.

Portanto, trata-se de uma visão geral do motor DC. O vantagens do motor DC são eles fornecem excelente controle de velocidade para aceleração e desaceleração, design fácil de entender e um design de drive simples e barato. Aqui está uma pergunta para você, quais são as desvantagens do motor DC?

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