I motori elettrici sono sempre utilizzati per alimentare i dispositivi che usiamo ogni giorno. Che si tratti di un motore del ventilatore che ti mantiene fresco in una giornata calda, del motore del tuo soffiatore di foglie o di un'auto elettrica, senza motori elettrici, il mondo sarebbe un posto molto diverso.
Che cos'è un motore elettrico?
Un motore elettrico è una macchina in grado di convertire l'energia elettrica in energia meccanica (in particolare energia cinetica, o energia di movimento). Ciò si ottiene tipicamente sfruttando la relazione tra elettricità e magnetismo.
I motori elettrici possono essere alimentati da una corrente alternata, come quella che scorre dalla presa a muro, o da una corrente continua come quella fornita da una batteria.
Come funziona un motore elettrico?
Il principio alla base di un motore elettrico è che deve esserci una bobina di filo libera di ruotare in presenza di un campo magnetico esterno.
Quando la corrente passa attraverso la bobina del filo, l'interazione tra la corrente e il campo produce una coppia che fa ruotare la bobina. Questa rotazione può essere utilizzata per ruotare i pneumatici su una macchinina, ad esempio, oppure può azionare un albero a gomiti e convertire il movimento rotatorio in movimento lineare.
Come creare il tuo motore elettrico
A volte il modo migliore per capire come funziona un motore è costruirne uno da soli. Puoi costruire un semplice motore a corrente continua con oggetti domestici comuni.
Inviando corrente attraverso un filo accuratamente sagomato in presenza di un campo magnetico, possiamo creare una porzione del nostro circuito che ruoterà, permettendoci di convertire l'energia elettrica in meccanica energia.
Cose di cui avrai bisogno
- Filo di avvolgimento
- Batteria a celle D da 1,5 V
- 2 graffette
- Magnete permanente
- Nastro
Crea una bobina di filo avvolgendo il filo avvolto attorno a una batteria da 1,5 V a cella "D" un numero di volte (la batteria funge da modulo; rimuovere la bobina una volta terminato l'avvolgimento). Lasciar fuoriuscire circa 2-3 cm da entrambe le estremità. Assicurati che tutte le spire siano avvolte nella stessa direzione.
La bobina deve essere ben bilanciata su queste estremità in modo che possa girare facilmente una volta posizionata nella culla fornita dalle graffette. Dovresti tenere insieme la bobina ruotando l'ultimo anello attorno alle bobine per avvolgere le bobine insieme.
Quando la bobina è nella posizione mostrata, una delle estremità del filo, che entrerà in contatto con le graffette, dovrebbe avere l'isolamento rimosso solo sul lato inferiore. L'altra estremità dovrebbe essere completamente spogliata nel punto in cui entra in contatto con la graffetta. In questo modo, la corrente scorrerà attraverso la bobina circa la metà del tempo.
Piega due graffette in modo che tengano la bobina come mostrato e le fissi in posizione.
Posiziona un magnete permanente sotto la bobina.
Collega un alimentatore, come la batteria D che hai usato come modulo, alle graffette.
Prova ad avviare il motore dando una piccola rotazione alla bobina. Prova, aggiusta, prova, aggiusta, prova e aggiusta di nuovo finché non ci riesci!
Come funziona?
Se la bobina è orientata come mostrato nell'immagine, la corrente passa in senso orario attraverso la bobina e il campo magnetico punta verso l'alto, quindi la parte superiore del la bobina sentirà una forza che indica (rispetto allo schermo del computer su cui stai visualizzando questo) e la parte inferiore della bobina sentirà una forza che punta nel. Questo farà ruotare la bobina.
Una volta che la bobina ha ruotato di 180 gradi, la corrente scorrerebbe in senso antiorario. Tuttavia, poiché hai spelato metà del filo, nessuna corrente scorrerà durante il tempo in cui la bobina è invertita. Questo è così che non finiamo con una forza nella direzione opposta facendo invertire la bobina invece di continuare.
A condizione che la spinta iniziale dovuta al campo sia abbastanza forte, la bobina si capovolgerà di oltre 180 gradi, completando rotazione, verso la fine della quale la corrente scorre in modo tale che una forza la fa compiere un'altra rotazione proprio come prima. Se tutto è sufficientemente bilanciato, il motore dovrebbe girare abbastanza velocemente e per lungo tempo.
Parti del motore commerciale
I componenti di un motore commerciale includono quanto segue:
Il armatura è la parte che produce potenza del motore. Potrebbe trovarsi sul rotore (parte rotante) o il statore (parte stazionaria.) L'armatura è costituita da bobine di filo che interagiscono con il campo magnetico quando passa la corrente. Nel nostro motore fatto in casa, la bobina era l'armatura e il rotore e le graffette fungevano da statore.
spazzole consentire il trasferimento di corrente al rotore durante la rotazione. Nel nostro motore fatto in casa, il punto di contatto delle graffette e il filo di rame servivano allo stesso scopo.
UN commutatore serve per invertire periodicamente la direzione della corrente. Ciò è necessario in un motore a corrente continua o CC, ma di solito non in una corrente alternata o motore CA perché la corrente cambia già direzione. Abbiamo ottenuto corrente on/off nel nostro motore mantenendo un lato del filo di contatto isolato.
UN magnete di campo o bobine di campo (elettromagneti) creano il campo magnetico necessario.
Il asse è un pezzo a forma di asta allineato con l'asse di rotazione del rotore in modo tale che ruoti insieme al rotore. Le estremità orizzontali del nostro motore fatto in casa erano essenzialmente un asse.
UN pignone è un piccolo ingranaggio che potrebbe essere utilizzato per trasferire il movimento del motore a un altro oggetto o parte di una macchina.
Tipi di motori elettrici
Esistono molti tipi diversi di motori elettrici. Sebbene inizialmente suddivisi come motori AC o DC, sono possibili anche molte altre varianti. Che si tratti di impieghi gravosi, leggeri, agricoli o generici, qui sono elencati solo alcuni dei molti tipi.
UN motore monofase funziona con un alimentatore CA.
UN motore trifase è uno che è guidato da tre correnti alternate della stessa frequenza sfasate tra loro.
UN motore sincrono è un motore il cui periodo di rotazione è un multiplo intero della frequenza AC.
in an asincrono o motore a induzione, la corrente elettrica nel rotore è generata per induzione elettromagnetica dal campo magnetico dell'avvolgimento dello statore.
UN motore passo-passo è un motore CC senza spazzole che suddivide una rotazione completa in fasi uguali. Il motore può muoversi e trattenersi in uno qualsiasi dei gradini.
Generatori elettrici
I generatori elettrici sono l'opposto dei motori elettrici; prendono energia meccanica e la convertono in energia elettrica. Questo può essere fatto in molti modi diversi.
Ad esempio, l'energia eolica può essere utilizzata per far girare le pale del ventilatore di un generatore eolico, che fanno girare un rotore all'interno del generatore e l'induzione elettromagnetica che ne risulta fa fluire la corrente. Le centrali idroelettriche funzionano in modo simile, con l'acqua che cade facendo girare le pale in una turbina.