Departament de Tecnologia
Unitat 3 : Els Motors elèctrics
2n d’ESO Cinta Prats
1 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
Índex : 1. Conceptes previs 1.1. El magnetisme 1.2. L’electromagnetisme a) Creació d’un camp magnètic a partir d’un corrent elèctric b) Creació d’un corrent elèctric a partir del desplaçament d’un camp magnètic . 2. El motor elèctric 2.1. Què és un motor elèctric? 2.2.Parts d’un motor 2.3.Funcionament d’un motor elèctric 2.4. Tipus de motors i les seves aplicacions 2.5. El control del sentit de la velocitat en els motors de CC a) Dispositius de control necessaris per un canvi de gir b) Gir amb un motor amb dos interruptors c) Gir amb un interruptor, un commutador de creuament d) Gir amb un commutador doble 2.6.Característiques d’un motor : a) Potència i voltatge b) Rendiment
2 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
1.Conceptes previs 1.1.El magnetisme El magnetisme és la capacitat o propietat que tenen alguns materials a atreure altres materials. Aquests materials s’anomenen imants.
Els imants atreuen a el ferro i altres materials que el contenen. Tenen dos pols, el pol nord i el pol sud, i és en aquests on es concentra el màxim de poder d’atracció.
Pols oposats s’atrauen; pols iguals pols iguals es repel·leixen.
Al voltant dels imants es crea una zona d’influència on els materials fèrrics queden atrapats , a aquesta zona s’anomena CAMP MAGNÈTIC , el qual és invisible i es representa unes línies tancades ( que surten del pol nord i es dirigeixen al pol sud) anomenades línies de camp magnètic .
Per entendre aquesta explicació , recordeu l’experiència que vam fer amb un imant i les llimadures de ferro .
3 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
1.2. Electromagnetisme Aquest concepte sorgeix de la unió de l’electricitat i el magnetisme :
ELECTRICITAT
+
MAGNETISME
=
ELECTROMAGNETISME
L’electromagnetisme estudia l’acció del corrent sobre els imants i la dels imants sobre els corrents :
a) Creació d’un camp magnètic a partir d’un corrent elèctric b) Creació d’un corrent elèctric a partir d’un camp magnètic .
a) Creació d’un camp magnètic a partir d’un corrent elèctric Quan es fa circular un corrent elèctric per un fil conductor, es crea un camp magnètic al seu voltant.
Aquest fenomen es pot observar quan estenem llimadures de ferro sobre una cartolina travessada per un fil conductor . En circular-hi el corrent elèctric, les llimadures marquen les línies de força, que formen circumferències concèntriques . El poder del camp magnètic augmentarà si en comptes d’una sola espira ( dibuix anterior) fos una bobina ( conjunt d’espires) obtinguem-te així un electroimant. Per acabar d’entendre aquest concepte podríem construir un electroimant , és a dir :
4 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
Materials i eines necessàries: •
15 m de fil de coure esmaltat de 0,4 mm de diàmetre
•
1 cargol M4 de 40 mm
•
2 volanderes
•
3 femelles M4
•
Cinta aïllant
•
Xapa o DM de 3mm de 20 x 75
•
1 pila de petaca
•
Clips
5 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
b) Creació d’un corrent elèctric a partir d’un camp elèctric a partir del desplaçament d’un camp magnètic . Quan movent un imant a prop o d’un fil conductor, li creem un corrent elèctric. A la figura de continuació observem el desplaçament de l’imant a dins d’una bobina generem electricitat que apareix mesurada en el visor del multímetre . O bobina
La producció d’un corrent elèctric a través d’un camp magnètic(general per un imant) s’anomena inducció electromagnètica .
Per entendre aquest concepte ens ajudarà la següent experiència :
Materials i eines necessàries: •
20 o 30 m coure esmaltat de 0,4 mm de diàmetre
•
Tub de cartró( del paper d’alumini)
•
1 imant llarg
•
Paper de vidre
•
Cúter
•
Polímetre o multímetre
6 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
1. Agafar el tub de cartró i talla’l a uns 7 cm.Fes dos forats en els extrems tal i com indica la figura 2. Enrotlla el fil de coure de manera que els seus extrems surtin pels forats.Fes un parell de voltes entre els forats i el lateral del tub perquè no es desenrotlli la bobina o solenoide . 3. Connecta la bobina en sèrie amb el polímetre.L’has de posar de manera que indiqui la intensitat.A més posa un valor molt petit perquè sigui molt sensible al pas de corrent . El resultat final pot ser :
Un cop construït l’objecte , fes-te les següents preguntes : •
Què passa quan introdueixes l’imanta a l’interior del tub?
•
Què passa quan el treus?
•
Què passa quan el deixes fix a l’interior?
7 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
2. El motor elèctric
2.1. Què és un motor elèctric? El motor elèctric és una màquina que transforma l’energia elèctrica en energia mecànica en girar l’eix del motor :
ENERGIA ELECTRICITAT
ENERGIA MECÀNICA
L’aparença d’un motor elèctric que podem trobar en els projectes del taller pot ser :
8 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
2.2. Parts d’un motor Les parts d’un motor són : La carcassa, el rotor ,estator , escombretes i col·lector.
Carcassa Part més externa que té la funció de protegir .
Rotor
Estator
Part mòbil que gira.Té forma de cilindre i es subjecta gràcies al seu eix. Aquest cilindre té unes ranures en les quals s’enrotllen fils de coure formant bobines que generen un camp magnètic
Escombretes ,col·lector
Part fixa del motor.Té forma de cilindre buit i en l’interior disposa d’imants o electroimants que generen un altre camp magnètic.
Per fer arribar el corrent al rotor utilitzem les escombretes de grafit que llisquen sobre un col·lector format per unes làmines de coure.
Carcassa Imants estator
Escombreta
Col·lector
Imants estator 9 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
2.3. Funcionament d’un motor elèctric Per explicar el funcionament del motor agafarem una sola espira. Primerament, observarem la següent figura , podem deduir que els imants creen una zona d’influència o camp magnètic
Observem la figura de l’esquerra , veiem una espira que està connectada a una pila , això comporta la creació d’un camp magnètic . A la figura de la dreta
veiem l’espira volta ja que la influència del camp 1
generat pels imants enfronta al camp 2 creat pel pas de corrent a l’espira .
Recordeu que l’explicació del funcionament és amb una sola espira , ara imagineu si hi ha moltes més , això implica que gira a molt més moviment .
10 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
2.3. Tipus de motors i aplicacions Segons el tipus de corrent que necessiten per funcionar, tenim dos tipus de motors de CC(Corrent Continua) i motors de CA( Corrent Alterna) .
Motors de CC
Motors de CA
•
Motors senzills i petits
•
•
Poca potència
•
Aplicacions : Joguines i maquetes
Motors molt més robustos i complexos.
•
Molta més potència
•
Aplicacions: garatges,
portes
de
ascensors,
persianes,etc
2.5. El control del sentit de la velocitat en els motors de CC L’eix del motor pot girar en dos sentit : en sentit de les agulles del rellotge i en sentit antihorari .Això ens permet , per exemple, pujar i baixar amb un ascensor.Per canviar aquest sentit, només cal invertir la polaritat .
11 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
Per invertit el gir tenim de diferents sistemes bàsics : a) Gir amb dos interruptors b) Gir amb un interruptor, un commutador de creuament c) Gir amb un commutador doble Però primerament repassarem els diferents dispositius de control que ens seran necessaris : interruptor, commutador, commutador de creuament i commutador doble . •
Interruptor E1
S2
E1
S2
accionat
Dues potes : una d’entrada E1 i una de sortida S1
•
E1
Commutador S1 accionat
E1
S1 S2
S2
12 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
Tres potes : una d’entrada E1 i dues de sortida S1 S2 •
Commutador de creuament E1
S1 accionat S2
E2
E1
S1
E2
S2
Quatre potes : dues d’entrada i dues de sortida • E1
E2
Commutador doble S1 S2 S3 S4
S1
E1 accionat
S2 S3
E2
S4
Sis potes : dues d’entrada i quatre de sortida 13 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
a) Canvi de sentit d’un motor amb dos interruptors Els elements necessaris són : dos interruptors , dues piles , cable i un motor . A continuació detallarem el seu funcionament i al final , en cas necessari, posarem els contres o inconvenients d’aquest sistema Situació de repòs
Gir cap a la dreta : I1 accionat Accionem l’interruptor I1 observem que el motor gira cap a la dreta
Gir cap a l’esquerra : I2 accionat Desconnectarem I1 parant d’aquesta manera el motor . A continuació accionem I2 i el motor gira cap a l’esquerra .
Els inconvenients d’aquest sistema poden ser : •
El circuit, un cop accionat, no pot estar en repòs , per tant el motor deixarà de funcionar quan acabi la pila . Així doncs, caldria col·locar i un interruptor general per desconnectar .
•
Poc, cada vegada , que vulguem canviar de sentir haurem d’obrir un interruptor i tancar l’altre . 14 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
b) Canvi de sentit amb un commutador de creuament
Aquest esquema li col·locaria un interruptor per deixar el circuit en repòs . A continuació descriuràs el funcionament i esquemes d’aquest circuit .
15 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
c) Canvi de sentit d’un motor amb un commutador doble
Aquest esquema li col·locaria un interruptor per deixar el circuit en repòs .A continuació descriuràs el funcionament i esquemes d’aquest circuit .
16 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
2.6. Característiques d’un motor A l’hora d’identificar un motor cal saber uns paràmetres fonamentals com la seva potència i el seu rendiment . a) Potència elèctrica POTÈNCIA ELÈCTRICA Energia necessària per realitzar un treball durant un temps .P.e. Motor del trepant. C ( Joules) P( Watts) = ----------------------P = V (Volts) · I (A) t ( segons ) Unitat : 1 CV = 736 W
b) Rendiment d’un motor RENDIMENT D’UN MOTOR Nosaltres subministrem una energia elèctrica i al funcionar el motor hi ha diverses pèrdues(p.e. Efecte Joule ) el resultat és que el motor realitza menys energia mecànica . P.e. El trepant . Psortida η = -------------------- · 100 Pentrada En comparació amb altres tipus de motors, com p.e. el motor tèrmic, els motors elèctrics tenen un rendiment força elevat, al voltant del 85-90 % .
Problemes de motors de CC 1. Calcula la potència que té un motor si necessita d’un voltatge de 25V i li passa una intensitat de 2,5A . 2. Calcula la potència necessària per que funcioni un motor durant 20 segons i per a què consumeixi 250W . La solució la poses en CV . 3. Calcula la intensitat que passa per un motor de potència 2300W i a un voltatge de 230V. 4. Calcula l’energia necessària (consum) d’un motor de 500W que funciona durant 2 minuts . 5. Calcula el rendiment d’un motor si la potència consumida o d’entrada és de 2500W però la potència que aporta( o de sortida) és de 2400W. 6. Si el rendiment és del 90% i la potència absorbida és de 238 W , calcula la potència de sortida .
17 Cinta Prats