Motor lineal

Un motor lineal es un motor eléctrico cuyo " rotor " y " estator " han sido "aplanados". Mientras que un motor rotativo convencional produce torque (rotación), el motor lineal produce fuerza (traslación) que permite que los objetos o vehículos se muevan.

Principios

Experiencia ferroviaria de Laplace

El riel de Laplace es un motor lineal simple, y es el experimento fundamental que ilustra el funcionamiento de un motor eléctrico . Una varilla metálica, cilíndrica, colocada en contacto con dos carriles eléctricamente conductores, horizontal y cerrando un circuito eléctrico atravesado por una corriente continua , el conjunto se coloca en un campo magnético vertical uniforme, luego se somete a una fuerza de Laplace .

Si es la longitud de la varilla, el valor del campo magnético y el valor de la corriente, la fuerza de Laplace está aquí: ${\ Displaystyle {l}}$ ${B}$ ${I}$

{\ Displaystyle {F} = {B}. {I}. {l}}

La varilla acelera, y mientras se mueve, a su vez provoca una fuerza contraelectromotriz proporcional a su velocidad ( ley de Lenz-Faraday , la varilla corta el flujo magnético), con una corriente inducida en la dirección opuesta.

{\ displaystyle {\ varepsilon '} = - {B}. {l}. {v}}

La fuerza contraelectromotriz compensa gradualmente la fuerza electromotriz y la intensidad tiende a cero en ausencia de fuerzas mecánicas opuestas. Por tanto, la varilla alcanza una velocidad límite.

Demostración

Descuidamos aquí la resistencia de los dos carriles, supuestamente infinita, y asumimos la resistencia y la barra de masa . Observamos la fuerza electromotriz , constante, que alimenta el dispositivo. ${R}$ ${metro}$ ${\ displaystyle {\ varepsilon}}$

Según la ley de la malla , tenemos:

{\ displaystyle {\ varepsilon} + {\ varepsilon '} = {R}. {I}}

Según la segunda ley de Newton :

{\ displaystyle {F} = {m}. {dv} / {dt}}

Sustituyendo , llegamos a una ecuación diferencial de primer orden , donde la velocidad de la solución es exponencial -Kt, y tiende a $v =$ ${I}$ $ε / Licenciado en Derecho$ . con $K = B 2 l 2 / Rm$
${\ Displaystyle {v} = {\ frac {\ varepsilon} {Bl}} (1-e ^ {- Kt})}$

Cuando la varilla está funcionando (fricción, pendiente, resistencia del aire, etc. ), o al arrancar, la energía eléctrica adicional suministrada por la fuente de alimentación se transforma en energía mecánica .

Motorización

Los motores de corriente utilizan corriente alterna y una pista especialmente diseñada.

Se pueden mantener dos principios:

si hay dos flujos magnéticos, uno en la pista y otro en la parte móvil, es un motor síncrono ;
Si el flujo magnético solo se genera en un lugar, por ejemplo en la pista, y la parte móvil es electro-magnéticamente pasiva, se dice que el motor es asíncrono ; el receptor puede ser solo un conductor de metal simple (cobre, aluminio, etc. ).

En el contexto de un motor lineal síncrono, la pista puede estar formada por imanes permanentes , una serie alterna de polos norte y sur. Las bobinas conectadas al tractor alimentadas con corriente alterna, juiciosamente desfasadas, permiten que la velocidad se sincronice (dependiendo de la frecuencia de la corriente y la separación de los imanes). Sin embargo, la pista puede estar revestida con electroimanes alimentados con corriente alterna, e imanes permanentes colocados en la parte móvil, como en el Maglev o el Transrapid , permitiendo la levitación. Luego, la velocidad del tren se sincroniza con la onda magnética de los bucles colocados en la vía.

En el contexto de un motor lineal asíncrono, el campo magnético generado en la pista es alterno, con al menos tres fases y una onda viajando a una velocidad v1. En la parte móvil, el receptor puede ser simplemente una simple placa conductora, o hebras paralelas entre sí (y perpendiculares al camino) conectadas en los extremos, como la jaula de ardilla de un motor rotativo asíncrono aplanado. Las corrientes parásitas (placa o varilla tan larga), o las corrientes inducidas (si son barras), opuestas al cambio de flujo magnético ( ley de Lenz ), ponen en movimiento el tractor, que alcanza una velocidad que casi alcanza v1 v2 (la diferencia es el deslizamiento ). Por el contrario, el campo magnético también se puede generar en la parte móvil, y el secundario (el carril) puede ser una simple placa conductora donde se inducen las corrientes parásitas.

Una de las principales ventajas del motor lineal es su resistencia a bajas velocidades, su precisión y menor desgaste (menor contacto, porque se obtiene una fuerza directamente y no un par).

Categorías

Estos motores se dividen en dos grupos principales:

motores de carrera larga:
- aquellos con baja aceleración utilizados en el transporte tanto del Transrapid como del SkyTrain ;
- aquellos con aceleración rápida en armas como el cañón magnético y la nave espacial.
motores de carrera limitada (llamados actuadores lineales)

En la misma categoría aparecen las bombas de inducción electromagnética que permiten transportar un fluido conductor. Las primeras pruebas de este tipo de bomba se realizaron con mercurio, luego con NaK (mezcla de Sodio / Potasio). Los principales logros industriales se refieren a la circulación de sodio en ciertos tipos de reactores nucleares y bombas dosificadoras de aluminio líquido.

Notas y referencias

Notas

Si el tractor alcanza la velocidad v1, no habría más corriente inducida, por lo tanto, no más fuerza. Por tanto, desciende ligeramente, dependiendo de la carga. Cuanto mayor es la carga, mayor es el deslizamiento, así como la energía eléctrica gastada en energía mecánica.

Referencias

Qué es un motor lineal - Principio , en el sitio web etel.ch, consultado el 12 de diciembre de 2015
Harris Benson y Mathieu Lachance ( trad. Del inglés), Physics , vol. 2: Electricidad y magnetismo , Louvain-la-Neuve / Paris, De Boeck ,2015, 5 ª ed. ( 1 st ed. 1993), 593 p. ( ISBN 978-2-8041-9380-5 , leer en línea ) , cap. 8 (“El campo magnético”), pág. 437-438
[video] Blotfib, “ Motor lineal síncrono (explicaciones) ” ,2007(consultado el 7 de febrero de 2016 )
" Motor lineal asíncrono " , en axesindustries.com (consultado el 7 de febrero de 2016 )
[video] Nathan Black, " Demostración del tren maglev: motor lineal síncrono y discos magnéticos " ,2009(consultado el 7 de febrero de 2016 )
Etel SA, " Linear motor - direct drive " (consultado el 6 de febrero de 2016 )

Ver también

enlaces externos

" Maglev: Principios de funcionamiento " , en trainalevitationmagnetique.wordpress.com ,2012(consultado el 7 de febrero de 2016 )

Tesis de Jinlin Gong, École centrale de Lille, " Modelado y diseño óptimo de un motor de inducción lineal para un sistema de tracción ferroviaria " [PDF] ,2011(consultado el 7 de febrero de 2016 )
Guillaume Bellot, Timothée Quésada, Justin Massiot, Rémi Rève ( TPE ), " Trenes de levitación magnética " ,2006(consultado el 7 de febrero de 2016 )
Gilles Gomila, " El motor lineal, incomparable en velocidad y precisión " [PDF] , sur mesure.com ,2005(consultado el 7 de febrero de 2016 )
Michel Kant, " Motores eléctricos con movimiento lineal y compuesto - Motor lineal " , en www.techniques-ingenieur.fr ,2004(consultado el 7 de febrero de 2016 )