L´induït és un component d´una màquina elèctrica, responsable de convertir l´energia electromagnètica en energia mecànica (moviment rotatori) a través de la inducció electromagnètica.
Aquest element s'acobla magnèticament a l'inductor, que és la part de la màquina on genera la força electromotriu (fem) per inducció. En molts motors elèctrics, l'induït també és conegut com l'armadura, encara que el terme armadura s'ha utilitzat històricament per referir-se als conductors que reben el corrent induït.
Als motors de corrent continu (DC), l'induït generalment es troba al rotor, mentre que als motors de corrent altern (AC) asíncrons, l'induït pot trobar-se a l'estator, el que també es coneix com a motor d'inducció. Aquest disseny es basa en la interacció entre els camps magnètics generats per l'estator (en AC) i el rotor (en DC).
L'induït en motors de corrent continu
Als motors de corrent continu, l'induït és la part rotatòria de la màquina.
Està compost per un tambor format per xapes de ferro al silici, amb un gruix d'aproximadament 0,5 mm. Aquestes xapes estan apilades una damunt de l'altra i presenten ranures a la part exterior, on es col·loquen les debanades del motor. En girar dins del camp magnètic generat per l'inductor (que es troba a l'estator), s'indueix una força electromotriu (fem) a les bobines de l'induït, cosa que genera corrent.
Els extrems de les bobines es connecten a primes, làmines de coure distribuïdes a la perifèria d'un cilindre aïllant anomenat col·lector. El col·lector té la funció de connectar les bobines de l'induït amb el circuit elèctric extern mitjançant escombretes de carbó que freguen sobre les primes. Aquest sistema és el responsable que el corrent a les bobines sigui unidireccional, permetent que el motor giri de manera contínua en una sola direcció.
El commutador, compost per les primes, juga un paper crucial, ja que permet la inversió periòdica de la direcció del corrent a les bobines, cosa que assegura que el motor continuï girant. Encara que tradicionalment els motors de corrent continu utilitzaven aquest sistema amb escombretes i commutador, avui dia també existeixen motors de corrent continu sense escombretes (BLDC, Brushless DC), que empren commutació electrònica per controlar el flux de corrent sense la necessitat de contacte físic.
L'induït a motors de corrent altern (motors d'inducció)
Als motors de corrent altern, especialment als motors d'inducció asíncrons, l'induït és també conegut com a rotor.
Aquest rotor, que és a la part mòbil del motor, interactua amb el camp magnètic generat per l'estator. En aquests motors, el corrent no se subministra directament al rotor, sinó que s'hi indueix a causa del camp magnètic variable creat pels corrents a l'estator. Aquesta inducció genera un camp magnètic al rotor que interactua amb el camp magnètic de l'estator, cosa que produeix el moviment rotatori.
El rotor d'aquests motors sol tenir un disseny de gàbia d'esquirol, on els conductors estan disposats de forma tancada dins del rotor, sense connexió directa al circuit exterior. El corrent induït en aquests conductors és el que provoca la rotació del rotor dins el camp magnètic de l'estator.
L'induït als alternadors
Als alternadors, que són màquines que converteixen energia mecànica en energia elèctrica en forma de corrent altern, l'induït es troba al rotor, mentre que l'estator actua com l'inductor.
En aquests generadors, el rotor està compost per un cilindre buit de xapes d'acer al silici, disposades una a sobre de l'altra. Aquest cilindre té ranures al seu interior, on s'insereixen les bobines.
Quan el rotor gira dins del camp magnètic creat per l'estator, s'indueix una força electromotriu a les bobines del rotor, generant corrent altern.
A l'exterior de la carcassa de l'alternador, hi ha els borns, que permeten connectar les bobines de l'induït amb el circuit elèctric exterior, on es lliura el corrent generat. Aquests borns permeten que el corrent altern induït flueixi cap al sistema elèctric al qual es destina.
Materials i eficiència de l'induït
L'induït està format per materials conductors d'alta eficiència, com ara coure o alumini, a causa de les seves excel·lents propietats elèctriques.
A més, les xapes de ferro al silici s'utilitzen per formar el nucli de l'induït, ja que ajuden a reduir les pèrdues per corrents paràsits (corrents de Foucault) i les pèrdues per histeresi en minimitzar la resistència al pas del flux magnètic.
Aquestes pèrdues són una de les fonts d'ineficiència als motors elèctrics, per la qual cosa optimitzar el disseny de l'induït, reduint la distància de l'entreferro i millorant els materials, és clau per augmentar el rendiment de la màquina.
Altres tipus de motors elèctrics
Hi ha altres tipus de motors on l'induït juga un paper crucial, com els motors sincrònics i els motors pas a pas.
Als motors sincrònics, el rotor gira a la mateixa velocitat que el camp magnètic de l'estator, cosa que els fa ideals per a aplicacions que requereixen una velocitat constant. Als motors pas a pas, l'induït (rotor) es mou en passos discrets, cosa que permet un control precís del moviment.
Bobinats de l'induït
Els bobinats de l'induït són un component crucial en el disseny de motors elèctrics, ja que són responsables de generar el corrent elèctric mitjançant la interacció amb el camp magnètic.
Aquests bobinats són els conductors enrotllats que, en ser sotmesos a un camp magnètic variable, indueixen un corrent que genera la força electromotriu (fem) necessària per produir el moviment als motors elèctrics.
Tipus de bobinats a l'induït
Els bobinats de l'induït poden ser dissenyats de diverses maneres segons el tipus de motor i els seus requisits operatius. A continuació, es descriuen els principals tipus de bobinats utilitzats als induïts de motors elèctrics:
Bobinat en ranures
Aquest és el disseny més comú als motors elèctrics. En aquest tipus de bobinatge, els conductors (normalment de coure o alumini) es col·loquen a les ranures que són presents al nucli de l'induït (o rotor en alguns casos).
Les ranures estan dissenyades per allotjar les bobines de manera compacta, cosa que permet una distribució eficient del camp magnètic.
Aquest tipus de bobinatge pot ser duna capa o múltiples capes. Els bobinats de múltiples capes s'utilitzen en motors de més potència, ja que permeten un major nombre de voltes de cable a cada ranura, cosa que augmenta la capacitat de corrent del motor.
Bobinat en espiral
En aquest tipus de bobinatge, el conductor s'enrotlla de manera contínua en espiral al llarg de l'induït. Aquest disseny és més comú en els motors de petita potència o motors sense escombretes (com els motors BLDC). La disposició en espiral permet un millor maneig de la inducció i la distribució del corrent.
Bobinat en anells
Als motors de corrent continu, especialment en les primeres versions, els bobinats solien col·locar-se en anells que envoltaven el nucli de l'induït.
Aquest disseny era menys eficient, ja que el corrent induït havia de travessar un espai més gran a causa de l'entreferro, cosa que resultava en un camp magnètic menys fort. Tot i això, aquest disseny va ser reemplaçat per les ranures per millorar l'eficiència i reduir les pèrdues per fricció.
Característiques dels bobinats de l'induït
Els bobinats de l'induït tenen una sèrie de característiques importants que afecten el rendiment d'un motor elèctric:
Nombre de voltes de cable
El nombre de voltes al bobinat té un impacte directe en la força electromotriu generada. Com més voltes, més gran serà la fem induïda, cosa que incrementa l'eficiència i la potència del motor. No obstant això, més voltes també significa més resistència i, per tant, més dissipació de calor. És fonamental trobar un equilibri adequat entre el nombre de voltes i la resistència del bobinatge.
Distribució del bobinat
La manera com els conductors estan distribuïts a les ranures de l'induït afecta la qualitat del camp magnètic generat i l'eficiència del motor. Els bobinats estan dissenyats per distribuir uniformement el corrent al llarg de tot l'induït, minimitzant les pèrdues per corrents de Foucault (pèrdues d'energia degudes a camps magnètics no desitjats).
Tipus de material conductor
Els materials utilitzats per als bobinats, generalment coure o alumini, han de tenir una alta conductivitat per maximitzar l'eficiència del corrent induït. El coure és el material preferit a causa de la seva excel·lent conductivitat elèctrica, encara que l'alumini s'utilitza en motors de menor cost degut a la seva menor densitat i cost.
Aïllament
Els bobinats de l'induït han d'estar aïllats per evitar curtcircuits entre les bobines i el nucli de l'induït. L'aïllament també ha de ser resistent a les altes temperatures generades pels corrents elèctrics. Els materials comuns per a l'aïllament inclouen resines epòxiques, pintures aïllants i paper impregnat. A més, l'aïllament ajuda a reduir les pèrdues per corrents paràsits.
Orientació de les ranures
L'orientació de les ranures a l'induït afecta directament la qualitat del camp magnètic induït. Les ranures poden ser simètriques o asimètriques. Als motors d'alta eficiència, la disposició de les ranures s'optimitza per reduir les pèrdues per harmònics i millorar la distribució del flux magnètic.