Motorul electric cu curent continuu

Motorul electric cu curent continuu

I. Generatoarele de curent continuu

Dacă un rotor se învârte între doi poli magnetici staţionari, curentul din rotor circulă într-o direcţie pe parcursul unei jumătăţi de rotaţie şi în cealaltă pe parcursul celeilalte jumătăţi. Pentru a produce o trecere constantă, într-o singură direcţie a curentului dintr-un astfel de dispozitiv, este necesară furnizarea unui mijloc prin care curentul rezultat să aibă acelaşi sens pe parcursul întregii rotaţii. La maşinile mai vechi aceasta este realizată cu ajutorul unor plăcuţe colectoare, un inel de metal împărţit în două, montat pe axul rotorului. Cele două jumătăţi sunt izolate şi sunt bornele bobinei. Perii fixe de metal sau carbon sunt ţinute pe plăcuţele colectoare în timp ce acestea se rotesc, conectând electric bobina la fire exterioare. În timp ce rotorul se învârte, fiecare perie intră în contact alternativ cu plăcuţele colectoare, schimbându-şi poziţia în momentul când curentul din bobină îşi schimbă sensul. Astfel circuitul exterior la care generatorul este conectat este alimentat cu un curent continuu. Generatoarele de curent continuu sunt de obicei folosite la tensiuni mici pentru a evita scânteile dintre perii şi plăcuţe care rezultă la tensiuni mari. Cel mai mare potenţial obţinut în general de astfel de generatoare este de 1500 de volţi. În unele maşini mai noi această inversare se face folosind dispozitive electronice de mare putere, cum ar fi de exemplu diode redresoare.

Generatoarele moderne folosesc rotoare cilindrice care, de obicei sunt constituite dintr-un număr mare de bobinaje aşezate longitudinal în lăcaşuri speciale şi conectate la plăcuţe colectoare. Într-un bobinaj în care este un număr mic de lăcaşuri, curentul produs va creşte şi scădea în funcţie de partea de câmp magnetic prin care rotorul trece. Un bobinaj compus din mai multe segmente şi un rotor circular conectează în permanenţă circuitul aproape constant deoarece întotdeauna un bobinaj longitudinal se deplasează printr-o suprafaţă cu un câmp magnetic intens. Câmpurile de la generatoarele moderne sunt de obicei din patru sau mai mulţi poli, pentru a creşte mărimea şi puterea câmpului magnetic. Câteodată poli mai mici sunt adăugaţi pentru a compensa distorsiunile din fluxul magnetic cauzat de efectul magnetic al rotorului.

II. Motoarele cu curent continuu

În general, sunt similare în construcţie cu generatoarele de curent continuu. Ele pot, de fapt să fie descrise ca generatoare care „funcţionează invers”. Când curentul trece prin rotorul unui motor, este generat un câmp magnetic care generează o forţă electromagnetică, şi ca rezultat rotorul se roteşte. Acţiunea periilor colectoare şi a plăcuţelor colectoare este exact aceiaşi ca la generator. Rotaţia rotorului induce un voltaj în bobinajul rotorului. Acest voltaj indus are sens opus voltajului exterior aplicat rotorului. În timp ce motorul se roteşte mai rapid, voltajul rezultat este aproape egal cu cel indus. Curentul este mic, şi viteza motorului va rămâne constantă atât timp cât asupra motorului nu acţionează nici o sarcină, sau motorul nu efectuează alt lucru mecanic decât cel efectuat pentru învârtirea rotorului. Când asupra rotorului se aplică o sarcină, voltajul va fi redus şi un curent mai mare va putea să treacă prin rotor. Astfel, motorul este capabil să primească mai mult curent de la sursa care îl alimentează, şi astfel să efectueze mai mult lucru mecanic.

Deoarece viteza rotaţiei controlează trecerea curentului prin rotor, mecanisme speciale trebuie folosite pentru pornirea motoarelor cu curent continuu. Când rotorul se află în repaus, el, efectiv, nu are nici o rezistenţă, şi dacă voltajul normal este aplicat, va trece un curent mare, ceea ce ar putea avaria periile colectoare sau motorul. Mijloacele obişnuite pentru prevenirea acestor accidente este folosirea în serie a unei rezistenţe, la început, împreună cu rotorul, pentru a limita curentul până când motorul începe să dezvolte un curent suficient. Pe parcurs ce motorul prinde viteză, rezistenţa este redusă treptat, fie manual ori automat.

Viteza cu care un motor cu curent continuu funcţionează, depinde de puterea câmpului magnetic care acţionează asupra rotorului, cât şi de curentul rotorului. Cu cât este mai puternic câmpul magnetic, cu atât este mai mică rata rotaţiei necesare să creeze un curent secundar necesar pentru a contracara curentul aplicat. Din acest motiv viteza motoarelor cu curent continuu poate fi controlată prin variaţia câmpului curentului.