Maquina eletrica

Modelo de corte de uma máquina elétrica rotativa: motor elétrico

Uma máquina eléctrica é em tecnologia de energia eléctrica usada máquina , e fornece uma forma de conversores de energia . Distingue-se entre rotativa máquinas eléctricas, incluindo vários tipos de motores eléctricos e os geradores eléctricos , e estacionárias máquinas eléctricas, incluindo transformadores pertencem. O que todas as máquinas elétricas têm em comum é que possuem um circuito magnético em sua estrutura , o que é essencial para o seu funcionamento.

visão global

Máquina elétrica estática: transformador de energia em uma subestação

As máquinas elétricas usam as propriedades de interação eletromagnética e são baseadas na indução eletromagnética e nos efeitos da força magnética, que são descritos pela força de Lorentz e, para alguns tipos de máquina , pela força de relutância .

Por razões históricas , o grupo de máquinas elétricas estacionárias ou estáticas inclui transformadores e, especialmente, transformadores que são usados ​​no campo da engenharia de energia elétrica , como os transformadores de potência . No caso de máquinas elétricas estacionárias, os efeitos da força magnética desempenham apenas um papel secundário ou indesejável, uma vez que nenhum movimento é realizado e a função de um transformador é transformar tensões alternadas entre diferentes níveis de alta tensão.

Na área muito maior e exclusivamente mostrada de máquinas elétricas rotativas, que são caracterizadas por um grande número de designs e áreas de aplicação diferentes, os efeitos da força magnética desempenham um papel central. Eles são usados ​​para converter energia elétrica em energia mecânica em um eixo . Se a energia elétrica é convertida em energia mecânica, ela é chamada de motor elétrico ; se a energia mecânica é convertida em energia elétrica na direção oposta, ela é chamada de gerador elétrico . Alguns tipos de máquinas elétricas podem ser operados como motor e gerador; a função específica é determinada pela faixa de operação da máquina. Por causa disso, também há alguma sobreposição no uso dos termos motor ou gerador.

Cada conversão de energia está associada a uma perda de energia na forma de calor. Uma vantagem das máquinas elétricas é que suas perdas são comparativamente pequenas, de modo que alcançam um alto nível de eficiência . Grandes máquinas elétricas podem atingir eficiências de até 99%.

O setor industrial relacionado com máquinas elétricas é a engenharia elétrica. As máquinas elétricas são usadas hoje em todas as áreas da tecnologia , indústria, vida cotidiana, transporte, medicina e outras áreas. A faixa de potência das máquinas elétricas se estende de ordens de magnitude abaixo de um microwatt (por exemplo, mecanismo de relógio ou tecnologia de microssistema ) a mais de um gigawatt (1 GW = 1.000.000.000 watts), como é o caso com os turbo geradores usados ​​em usinas de energia .

Componentes

As máquinas elétricas têm bobinas de fio dispostas de maneiras diferentes, através das quais a corrente elétrica flui. O fluxo magnético que ocorre é guiado de forma direcionada em um núcleo de ferro, que também é conhecido como circuito magnético . Este núcleo consiste em materiais que podem conduzir bem o fluxo magnético, por exemplo, aço elétrico em camadas . A estratificação, juntamente com o isolamento unilateral das peças de chapa metálica, serve para suprimir correntes parasitas indesejadas . Nas máquinas rotativas, o estator e o rotor , também conhecidos como armadura em algumas máquinas , são componentes essenciais. As forças geradas em cada um dos dois campos magnéticos causam um movimento direcionado (único ou permanente) das peças da máquina umas contra as outras.

Para isolar eletricamente as partes pelas quais a corrente flui uma da outra e do ambiente externo, as máquinas elétricas possuem áreas de isolamento. Estruturas de suporte mecânico e possivelmente rolamentos para guiar as peças móveis são usadas para estabilizar mecanicamente a máquina .

Desenhos

As máquinas elétricas rotativas podem ser divididas de acordo com vários critérios, as classificações na literatura não são uniformes e são caracterizadas por sobreposições. A classificação pode ser baseada no tipo de corrente utilizada, como corrente contínua , corrente alternada e corrente alternada trifásica (uma corrente alternada multifásica que gera um campo magnético giratório através do arranjo de enrolamento espacial apropriado ). Outra classificação pode dizer respeito ao modo de operação da máquina e levar a uma subdivisão em máquinas comutadoras , máquinas assíncronas e máquinas síncronas. Cada um desses grupos é dividido em diferentes tipos de máquinas, que são divididas em outras classes.

A tabela a seguir fornece uma classificação exemplar e incompleta de acordo com o tipo de corrente na direção vertical e de acordo com o princípio de operação na direção horizontal, incluindo uma referência a possíveis áreas de aplicação, como uma visão geral simples.

As máquinas assíncronas e síncronas requerem corrente alternada multifásica para a operação do motor ou geram corrente alternada multifásica como gerador. Normalmente é uma corrente alternada trifásica , que gera um campo rotativo na área do rotor. Existem também máquinas de indução que funcionam com corrente alternada bifásica , por exemplo , é o caso de alguns motores de passo. A máquina assíncrona com rotor em gaiola de esquilo é amplamente utilizada como acionador porque é de fabricação barata e requer pouca manutenção. Uma característica da máquina assíncrona é o escorregamento , o que significa que o rotor não se move com o mesmo número de revoluções que o campo magnético em rotação.

O grupo de máquinas síncronas é caracterizado por uma relação rígida entre a rotação do rotor e o campo rotativo. Exemplos de máquinas síncronas são máquinas de pólo saliente , que são divididas em máquinas de pólo interno e externo, e máquinas de pólo completo, que são usadas na forma de turbo geradores em usinas de energia. As máquinas síncronas também incluem motores de passo e projetos especiais, como o motor de passo Lavet, e motores CC sem escovas, como o motor de torque . Com esses motores síncronos, o campo giratório é gerado por meio de um conversor de frequência com controlador de quatro quadrantes , necessário além do motor . Para potências menores, métodos como a comutação de blocos são usados; para potências maiores, processos como controle vetorial e modulação vetorial espacial são usados .

Existem também máquinas de campo rotativas especiais, como a máquina em cascata , que é usada, por exemplo, como gerador em usinas eólicas. Um motor usado em nanotecnologia é o motor eletrostático .

Com a ajuda do comutador, os motores do comutador podem ser operados diretamente em corrente contínua ou corrente alternada monofásica. Exemplos de máquinas comutadoras são a máquina de corrente contínua e o motor universal, que podem ser operados com tensão contínua ou alternada. As máquinas DC são divididas em máquinas de derivação e máquinas em série.

Além disso, existem máquinas elétricas com áreas de aplicação limitadas, como a máquina unipolar , que no modo gerador fornece uma tensão contínua sem retificação . A roda de Barlow representa um desenho histórico de uma máquina unipolar , além disso, existem máquinas elétricas históricas desde os primórdios da engenharia elétrica, que, devido a várias desvantagens, encontraram pouca ou nenhuma distribuição. Isso inclui o motor elétrico Egger .

literatura

• Rolf Fischer: Máquinas elétricas . 14ª edição atualizada e ampliada. Hanser, Munich 2009, ISBN 978-3-446-41754-0 . 
• Hans-Ulrich Giersch: Máquinas elétricas. Teste, padronização, eletrônica de potência . 5ª edição corrigida. BG Teubner, Stuttgart et al. 2003, ISBN 3-519-46821-2 . 
• Rudolf Janus, Hermann Nagel: Transformers . Editado por Rolf Rüdiger Cichowski (= engenharia de sistemas  para redes de distribuição elétrica . Volume 5 ). 2ª Edição. VDE-Verlag et al., Berlin et al., 2005, ISBN 3-8007-2921-0 . 

Evidência individual

1. ^ ^{A b} Rolf Fischer: Máquinas elétricas . 14ª edição atualizada e ampliada. Hanser, Munich 2009, ISBN 978-3-446-41754-0 , Capítulo 1: Princípios gerais de máquinas elétricas.