Un motor cu curent continuu este un tip de mecanism electric care transformă energia electrică în energie mecanică. Acest motor este alimentat de la o sursă de curent continuu și transformă această energie în rotație mecanică.

Motoarele de curent continuu folosesc câmpuri magnetice care apar din curenții electrici generați, care alimentează mișcarea unui rotor fixat în arborele de ieșire. Cuplul și viteza de ieșire depind atât de intrarea electrică, cât și de modul în care este proiectat motorul.

Ce este motorul de curent continuu

Această piesă electrică revoluționară ne-a schimbat viața în multe feluri. Ca și în cazul tuturor inovațiilor majore, există mulți oameni care au avut un rol important în dezvoltarea acestui mecanism. În SUA, Thomas Davenport este recunoscut ca fiind inventatorul primului motor electric pentru că el a fost primul care a brevetat un motor electric utilizabil în 1837. Cu toate acestea, Davenport nu a fost prima persoană care a construit un motor electric, diverși inventatori din Europa au dezvoltat versiuni mai puternice până când Davenport și-a depus brevetul.

În 1834, Moritz Jacobi a prezentat un motor care era de trei ori mai puternic decât cel pe care Davenport l-a brevetat ulterior, în timp ce Sibrandus Stratingh și Christopher Becker au fost primii care au demonstrat o aplicație practică pentru un motor electric, prin conducerea unui model mic de mașină în 1835. 



Primul motor DC cu perii a fost inventat câțiva ani mai târziu în 1886 de Frank Julian Sprague, a cărui invenție a dus la apariția primului troleu alimentat cu motor în 1887 și primul lift electric în 1892. Motorul continuu Sprague a fost o dezvoltare extrem de semnificativă, ducând la o varietate de aplicații care au schimbat enorm domeniul industrial.

Cum funcționează motorul de curent continuu

Termenul „motor DC” este utilizat pentru a se referi la orice mecanism electric rotativ care convertește energia electrică de curent continuu în energie mecanică. Motoarele de curent continuu pot varia în funcție de dimensiune și putere, de la motoare mici folosite frecvent în jucării electrice și aparate pentru casă la mecanisme mari care alimentează vehiculele, ascensoare, scări rulante etc. Dar, cum funcționează motoarele de curent continuu?

Motoarele de curent continuu includ două componente cheie: un stator (inductor) și un rotor (indus). Statorul este partea staționară a unui motor, în timp ce rotorul este piesa care se rotește. Statorul este este format dintr-o carcasă de fontă sau de oţel în miezul căreia sunt fixaţi polii (principali şi auxiliari) cu bobinajele respective (inductoare) sau fără bobinaje în cazul magneţilor permanenţi. 

Rotorul este este confecţionat din tole de oţel electrotehnic, fixate pe arbore, având crestături periferice în care se află laturile active ale bobinelor indusului. Rotorul posedă un colector cilindric din lamele de cupru, izolate, montate în coadă de rândunică pe un butuc al arborelui.



Un motor simplu DC utilizează un set staționar de magneți în stator și o bobină de sârmă cu un curent care trece prin el pentru a genera un câmp electromagnetic aliniat cu centrul bobinei. Sunt înfășurate mai multe fire de sârmă izolată în jurul miezului motorului pentru a concentra câmpul magnetic. Firele izolate înfășurate sunt conectate la un comutator (un întrerupător electric rotativ), care aplică un curent electric. Comutatorul permite ca fiecare bobină de armătură să fie energizată la rândul său, creând o forță de rotație constantă (cunoscută sub numele de cuplu).

Când bobinele sunt pornite se creează un câmp magnetic rotativ care interacționează cu diferitele câmpuri ale magneților staționari din stator, ceea ce îl face să se rotească. Aceste principii cheie de funcționare ale motoarelor de curent continuu permit transformarea energiei electrice din curent continuu în energie mecanică prin mișcarea rotativă, care poate fi apoi utilizată pentru propulsia obiectelor.

Rotația rotorului induce o tensiune în bobinajul rotorului. Această tensiune indusă are sens opus tensiunii aplicate rotorului. În timp ce motorul se rotește mai rapid, tensiunea rezultată este aproape egală cu cea indusă. Viteza motorului va ramâne constantă atât timp cât asupra motorului nu acționează nicio sarcină. Când asupra rotorului se aplică o sarcină, tensiunea va fi redusă, dar motorul va absorbi un curent mai mare pentru a efectua lucru mecanic.


 

Viteza cu care un motor cu curent continuu funcționează depinde de puterea câmpului magnetic care acționează asupra rotorului, cât și de curentul rotorului. Cu cât este mai puternic câmpul magnetic, cu atât este mai mică rata rotației necesare să creeze un curent secundar necesar pentru a contracara curentul aplicat. 

Tipuri de motoare continue (motoare DC)

În timp ce principiul de funcționare este același, există mai multe tipuri diferite de motoare de curent continuu, care oferă atât avantaje, cât și dezavantaje. Cele mai cunoscute tipuri de motoare de curent continuu sunt: cu perii și fără perii. 

Motoarele cu perii sunt utilizate pentru aplicațiile unde sistemul de control este simplu, cum ar fi cele pentru echipamente industriale de bază. Motoarele fără perii se întrețin mult mai ușor, au o viață mai lungă și o eficiență ridicată. Ele sunt utilizate în general în controlul vitezei și poziției în aplicații precum ventilatoare, pompe și compresoare, unde sunt necesare calități precum fiabilitatea și rezistența.


 

• Motorul de curent continuu cu perii

Motorul DC cu perii este motorul DC original, datând de la designul inițial al lui Sprague. Acest motor are un comutator pentru a inversa curentul la fiecare jumătate de ciclu și pentru a crea un cuplu cu o singură direcție. În timp ce motoarele de curent continuu cu perii rămân populare pentru propulsia electrică (macaralele, imprimante și laminoarele de oțel) multe au fost eliminate treptat pentru modelul fără perii, considerat mai eficient în ultimii ani.

Dezavantajul acestui motor este că disipă energie prin frecare și prin încălzire destul de mult. Tot din cauza scânteilor de la perii se produce un factor de distorsiune a sistemului de alimentare prin reinjectarea de impulsuri în sens invers. Pe deoparte este mai costisitor pentru că necesită întreținere (schimbare perii), pe de altă parte poate fi mai convenabil pentru că se poate prelungi viața lui tocmai prin această întreținere.

• Motorul de curent continuu fără perii

Motoarele de curent continuu fără perii sunt, de asemenea, cunoscute sub numele de motoare comutate electronic sau motoare de curent continuu sincrone. Cest tip de motor se mai numește în industria de biciclete electrice și motor de curent continuu Brushless Trifazat. Acest motor are bobinele din cupru plasate pe stator, iar rotorul său conține o serie de magneți permanenți. Motorul este alimentat cu trei forme de undă diferite care generează în stator un câmp magnetic.

Diferențele cheie dintre motoarele de curent continuu fără perii și alte tipuri sunt că nu au un comutator, care este înlocuit de un servomecanism electronic care este capabil să detecteze și să regleze unghiul rotorului.

Motorul continuu fără perii are mai multe avantaje. În primul rând lipsa de mentenanță deoarece nu are perii care se uzează în timp. De asemenea, nu există forță de frecare ceea ce duce la obținerea de cuplu și viteză mai mare cât și o mai bună răcire.

Un dezavantaj îl constituie faptul că motorul continuu fără perii se controlează într-un mod mai complex, deci e nevoie de un controller neapărat. Transmiterea semnalelor în bobine se face cu ajutorul senzorilor Hall care pot crea probleme dacă se întrerup. 

Deși fiecare tip de motor de curent continuu are avantajele sale, în linii mari, există diferite utilizări ale acestora. La domiciliu, motoarele de curent continuu mici sunt utilizate în scule electrce, jucării și diverse aparate de uz casnic. De asemenea, aplicabilitatea motoarelor de curent continuu se observă în lifturi, scări rulante, benzi transportoare și mese rotative utilizate adesea în scopuri industriale.

Motoarele sunt o parte esențială a vieții de zi cu zi, putând fi găsite peste tot, de la mici utilizări rezidențiale, precum electrocasnice și unelte, până la sectorul de transport cu mașini electrice, trenuri și la motoare industriale. De vreme ce trăim într-o permanentă revoluție industrială, aplicabilitatea motoarelor de curent continuu este enormă.