Motor de corriente continua
El motor CC de tres bobinas es una aplicación increíblemente inteligente de principios eléctricos. Su construcción es a la vez simple y única, lo que hace fascinante entender cómo funciona. Profundicemos en el principio de funcionamiento detrás de este motor.
El estator y el rotor
En este motor, el estator está compuesto por dos imanes permanentes, mientras que el rotor es de tipo tripolar. El bobinado completo del rotor se consigue mediante una sola bobina. Para comprender los detalles del sinuoso, examinemos el flujo de corriente.
La bobina del rotor está conectada a tres anillos del conmutador. Cada anillo del conmutador está colocado entre un par de bobinas. La energía CC se suministra a los anillos del conmutador a través de un par de escobillas.
Principio de funcionamiento
El funcionamiento de este motor se puede explicar fácilmente utilizando el concepto de inducción electromagnética. Cuando una bobina transporta electricidad, se convierte en un electroimán. La dirección de este electroimán se puede determinar utilizando la regla del pulgar derecho.
Simplifiquemos la disposición de la bobina y comencemos desde una posición específica del rotor.
Suponiendo que se aplica energía CC al motor, podemos observar lo siguiente:
- Las escobillas están conectadas a los anillos uno y dos del conmutador, lo que permite que la corriente fluya en las tres bobinas.
- Al ocultar la bobina a, podemos centrarnos en el flujo de corriente en las bobinas b y c. La corriente fluye desde el terminal 2 a la bobina b, luego a la bobina c y finalmente al anillo del conmutador 1.
- Con corriente fluyendo a través de todas las bobinas, podemos predecir la polaridad magnética. Las bobinas b y c adquieren polaridad norte, mientras que la bobina a se convierte en el polo sur.
- Estos electroimanes interactúan con el imán permanente, lo que produce atracción entre los polos norte y sur y repulsión entre los polos norte y norte. Esto obliga al rotor a girar.
A medida que el rotor gira, las escobillas hacen contacto con diferentes anillos del conmutador, provocando un cambio en el flujo de corriente del rotor. Este sencillo truco mantiene el rotor girando. Examinemos la nueva configuración.
En la nueva configuración, el terminal negativo está conectado a los anillos uno y tres del conmutador, igualando su voltaje. Dado que la bobina c está conectada entre estos anillos, no fluye corriente a través de la bobina c. La corriente fluye a través de las dos bobinas anulares restantes.
Debido a las fuerzas de atracción y repulsión, la bobina a actúa como polo sur, mientras que la bobina b actúa como polo norte. Esto hace que el rotor gire una vez más.
Este proceso se repite, lo que resulta en una rotación continua del rotor. Es increíble ver la complejidad detrás de las operaciones aparentemente simples de dispositivos de ingeniería como el motor de corriente continua de tres bobinas.
Bobinados para electroimanes
Los bobinados para electroimanes son esenciales en el funcionamiento de los motores de corriente continua. Estos bobinados están compuestos por una serie de vueltas de alambre conductor que crean un campo magnético cuando se les aplica corriente eléctrica. El número de vueltas y la forma en que se conectan determinan la fuerza y dirección del campo magnético generado.
Existen diferentes tipos de bobinados para electroimanes, como los bobinados en serie, en paralelo y en derivación. En los bobinados en serie, todas las vueltas de los alambres están conectadas en una sola línea, lo que permite que la corriente fluya a través de todas ellas. Esto genera un campo magnético más fuerte, pero a costa de una mayor resistencia y menor velocidad del motor.
Por otro lado, los bobinados en paralelo tienen cada vuelta de alambre conectada de forma individual, lo que facilita el flujo de corriente y aumenta la velocidad del motor. Sin embargo, el campo magnético generado es menos intenso. Los bobinados en derivación combinan las ventajas de los bobinados en serie y en paralelo, permitiendo un equilibrio entre la fuerza del campo magnético y la velocidad del motor.
La calidad y precisión de los bobinados para electroimanes son fundamentales para el correcto funcionamiento de los motores de corriente continua. Un bobinado deficiente puede ocasionar pérdida de potencia, sobrecalentamiento y hasta daños en el motor. Por ello, es importante utilizar materiales de alta calidad y realizar una correcta instalación y aislamiento de los bobinados.
El funcionamiento de un electroimán
Un electroimán es un dispositivo que utiliza el principio de electromagnetismo para generar un campo magnético a través de la aplicación de corriente eléctrica. Está compuesto por una bobina de alambre conductor enrollada alrededor de un núcleo de material magnético, como hierro o acero.
El funcionamiento de un electroimán se basa en la interacción entre el campo magnético generado por la corriente eléctrica y el material ferromagnético del núcleo. Cuando la corriente eléctrica atraviesa la bobina, se crea un campo magnético que se concentra en el núcleo, volviéndolo magnético.
La intensidad del campo magnético generado por un electroimán depende de varios factores, como la cantidad de vueltas en la bobina, la corriente eléctrica que circula por ella y las propiedades magnéticas del núcleo. Cuanto mayor sea la cantidad de vueltas y la corriente eléctrica, más fuerte será el campo magnético generado.
El principio de funcionamiento del electroimán se basa en la ley de Biot-Savart, que establece que la intensidad del campo magnético en un punto dado es directamente proporcional a la corriente eléctrica y al número de vueltas en la bobina, e inversamente proporcional a la distancia entre el punto y la bobina.
Los electroimanes tienen diversas aplicaciones en la industria y la tecnología. Se utilizan en motores de corriente continua, relés, generadores eléctricos, separadores magnéticos, entre otros dispositivos. Su versatilidad y fácil control mediante la variación de la corriente eléctrica los convierten en elementos fundamentales en muchos sistemas electromecánicos.
Principios del electromagnetismo
El electromagnetismo es una rama de la física que estudia las interacciones entre las cargas eléctricas y los campos magnéticos. Según los principios del electromagnetismo, toda corriente eléctrica genera un campo magnético a su alrededor. Este campo magnético se forma gracias al movimiento de los electrones en el conductor y su orientación depende de la dirección de la corriente.
Un principio fundamental del electromagnetismo es la Ley de Ampère, que establece que la circulación del campo magnético alrededor de una corriente eléctrica es proporcional a la corriente que la genera. Esta ley permite entender cómo se comportan los campos magnéticos alrededor de una bobina de corriente continua de tres bobinas, donde cada bobina contribuye a generar un campo magnético en función de la corriente que la atraviesa.
Otro principio relevante del electromagnetismo es la Ley de Faraday, que establece que un campo magnético variable en el tiempo induce una corriente eléctrica en un conductor cercano. Esto es fundamental para entender el funcionamiento de un motor de corriente continua de tres bobinas, ya que la variación en el campo magnético generado por las bobinas induce la corriente necesaria para que el motor funcione.
Además, los principios del electromagnetismo también incluyen la Ley de Coulomb, que establece la relación entre las fuerzas eléctricas y las cargas eléctricas, y la Ley de Gauss, que relaciona las cargas eléctricas con el flujo eléctrico a través de una superficie cerrada. Estas leyes son fundamentales para entender la interacción entre las cargas eléctricas y los campos magnéticos en el contexto del electromagnetismo.
En resumen, los principios del electromagnetismo son fundamentales para comprender el funcionamiento de un motor de corriente continua de tres bobinas. Estas leyes, como la Ley de Ampère y la Ley de Faraday, nos permiten entender cómo se generan y se comportan los campos magnéticos alrededor de las bobinas, así como la interacción entre las cargas eléctricas y estos campos. El electromagnetismo es una disciplina fascinante que ha revolucionado la tecnología y nos ha permitido desarrollar una amplia gama de dispositivos y sistemas eléctricos.
