MOTORES ELÉCTRICOS
Un motor eléctrico es un dispositivo que funciona con corriente alterna o directa y que se encarga de convertir la energía eléctrica en movimiento o energía mecánica.Desde su invención, los motores eléctricos han pasado a ser herramientas muy útiles que sirven para realizar múltiples trabajos.
Se les encuentra en aplicaciones diversas, tales como: ventiladores, bombas, equipos electrodomésticos, automóviles, etc.
Su funcionamiento se basa en las fuerzas de atracción y repulsión establecidas entre un imán y un hilo (bobina) por donde hacemos circular una corriente eléctrica. Entonces solo seria necesario una bobina (espiras con un principio y un final) un imán y una pila (para hacer pasar la corriente eléctrica por las espiras) para construir un motor eléctrico. Recuerda también se pueden llamar "motor electromagnético". Pero expliquemos todo esto mucho mejor y desde el principio.
Todo empezó gracias al científico Hans Christian Oersted que comprobó como colocando una espira (cable enrollado) alrededor de una brújula, si hacia pasar una corriente por la espira, la aguja de la brújula, que está unida a un imán giratorio, se movía. Lo que hacía la espira con corriente eléctrica era mover el imán de la brújula que estaba dentro de la espira.
De esta forma demostró la relación que había entre la electricidad y el magnetismo.
Un campo magnético es una región del espacio donde existen fuerzas magnéticas (fuerzas que atraen o repelen metales). Esta propiedad de atraer metales se llama magnetismo.
Un campo magnético lo puede generar un imán con dos polos, polo Norte (N) y polo sur (S). Estos polos se encuentran en los extremos del campo que genera el imán.
Antes del descubrimiento de Oersted ya se sabía que un imán tiene un campo magnético y que cuando le atraviesa otro campo magnético, el de otro imán por ejemplo, los imanes se mueve por atracción o repulsión. Si acercas dos imanes, cuando se juntan los campos magnéticos generados por cada uno de ellas, se mueven. Polos iguales enfrentados se repelen, polos distintos se atraen.
HAY DOS TIPOS DE MOTORES ELÉCTRICOS(CC O CA)
Motor de Corriente Continua
Para crear nuestro primer motor de corriente continua, el cable con corriente eléctrica que anteriormente se movía dentro de un campo lo vamos a convertir en una espira (cable enrollado, ver imagen de más abajo).
Al meter la corriente por la espira, es como si tenemos 2 conductores enfrentados (por uno entra la corriente y por el otro sale), un lado de la espira subirá y el otro bajará, ya que por un lado la corriente entra y por el otro lado de la espira la corriente sale. ¿Y esto que produce?. Pues produce un giro de la espira, un par de fuerzas con sentido contrario. Hemos conseguido hacer girar una espira por medio de la corriente eléctrica. ¡¡¡Ya tenemos nuestro motor!!!. Hemos convertido la energía eléctrica en energía mecánica en el movimiento del eje.
Veamos el dibujo, fíjate que el sentido de la corriente I a un lado y al otro de la espira es contrario, esto hace que se produzcan fuerzas opuestas a cada lado de la espira = Par de Fuerzas = Giro.
La entrada y salida de la corriente, si es corriente continua (motor de corriente continua), tiene siempre el mismo sentido, es por eso que debemos colocar lo que se llama el colector de delgas, un anillo cortado por el medio que es el encargado de recoger la corriente desde las escobillas y hacer que la corriente siempre entre y salga por el mismo lado.
Si te fijas esta partido en dos y gira con la espira, por eso al girar posibilita que siempre entre la corriente por el mismos sitio respecto a la espira. En el caso de la figura la corriente siempre entra por la parte de la espira que está a la izquierda (frente el polo sur del imán fijo) y siempre sale por la parte que está a la derecha (frente al polo Norte del imán fijo) independientemente de la posición de la espira. El par de fuerzas sobre la espira siempre hace que gire hacia el mismo lado.
Este sería el motor más sencillo, pero lógicamente para que tenga más par (fuerza) lo que haremos será colocar muchas espiras formando una bobina o bobinado o también llamado devanado.
Si sobre el imán fijo enrollamos unas bobina de cable electrico y hacemos pasar por la bobina una corriente eléctrica, entonces tenemos un electroimán que es capaz de generar un campo magnético mayor y por lo tanto mayor par en la espira o bobinado interior. Lo más común en los motores de c.c. es alimentar el electroimán con la misma corriente de la espira o bobina interna que gira.
Según lo explicado tenemos dos partes principales en nuestro motor:
- Parte Fija: Es un electroimán que produce un campo magnético que induce una fuerza sobre la espira o parte móvil. Se llama Estator (estático) o Inductor (induce la fuerza en la parte giratoria).
- Parte Móvil: Compuesto por muchas espiras de cable enrolladas o bobina. Se llama Rotor (rotación) o Inducido (se induce sobre el una fuerza).
Al meter la corriente por la espira, es como si tenemos 2 conductores enfrentados (por uno entra la corriente y por el otro sale), un lado de la espira subirá y el otro bajará, ya que por un lado la corriente entra y por el otro lado de la espira la corriente sale. ¿Y esto que produce?. Pues produce un giro de la espira, un par de fuerzas con sentido contrario. Hemos conseguido hacer girar una espira por medio de la corriente eléctrica. ¡¡¡Ya tenemos nuestro motor!!!. Hemos convertido la energía eléctrica en energía mecánica en el movimiento del eje.
Veamos el dibujo, fíjate que el sentido de la corriente I a un lado y al otro de la espira es contrario, esto hace que se produzcan fuerzas opuestas a cada lado de la espira = Par de Fuerzas = Giro.
La entrada y salida de la corriente, si es corriente continua (motor de corriente continua), tiene siempre el mismo sentido, es por eso que debemos colocar lo que se llama el colector de delgas, un anillo cortado por el medio que es el encargado de recoger la corriente desde las escobillas y hacer que la corriente siempre entre y salga por el mismo lado.
Si te fijas esta partido en dos y gira con la espira, por eso al girar posibilita que siempre entre la corriente por el mismos sitio respecto a la espira. En el caso de la figura la corriente siempre entra por la parte de la espira que está a la izquierda (frente el polo sur del imán fijo) y siempre sale por la parte que está a la derecha (frente al polo Norte del imán fijo) independientemente de la posición de la espira. El par de fuerzas sobre la espira siempre hace que gire hacia el mismo lado.
Este sería el motor más sencillo, pero lógicamente para que tenga más par (fuerza) lo que haremos será colocar muchas espiras formando una bobina o bobinado o también llamado devanado.
Si sobre el imán fijo enrollamos unas bobina de cable electrico y hacemos pasar por la bobina una corriente eléctrica, entonces tenemos un electroimán que es capaz de generar un campo magnético mayor y por lo tanto mayor par en la espira o bobinado interior. Lo más común en los motores de c.c. es alimentar el electroimán con la misma corriente de la espira o bobina interna que gira.
Según lo explicado tenemos dos partes principales en nuestro motor:
- Parte Fija: Es un electroimán que produce un campo magnético que induce una fuerza sobre la espira o parte móvil. Se llama Estator (estático) o Inductor (induce la fuerza en la parte giratoria).
- Parte Móvil: Compuesto por muchas espiras de cable enrolladas o bobina. Se llama Rotor (rotación) o Inducido (se induce sobre el una fuerza).
Motores de Corriente Alterna
El principio de funcionamiento de estos motores se basa en el campo magnético giratorio que crea una corriente alterna trifásica (3 fases) descubierto por Tesla y en el descubrimiento de las corrientes inducida de Faraday.
Michael Faraday descubrió que un conductor eléctrico moviéndose dentro de un campo magnético (imán) generaba una tensión o diferencial de potencial (d.d.p) entre sus dos extremos (igual que la pila tiene tensión entre sus dos extremos). También ocurre lo mismo si el imán se mueve y el conductor está fijo. En cualquier caso, si el conductor corta las líneas del campo magnético del imán se crea en el una tensión. Si unimos los extremos, por ejemplo en cortocircuito o con una bombilla, circulará una corriente por el conductor.
Si la que se mueve dentro del campo es una espira, si esa espira (los 2 conductores) cortan las líneas del campo magnético, es decir, se mueve dentro del campo, en los extremos de la espira se produce (induce) una tensión o diferencia de potencial inducida, de tal forma que si cuando está en movimiento conectamos un receptor en los extremos de la bobina, por ejemplo una bombilla, al cerrar el circuito con la bombilla, comenzará a circular por la espira una corriente eléctrica (intensidad) inducida y debido a esa tensión inducida, la bombilla luce.
Esta tensión generada en la espira al ser inducida se conoce como fuerza electromotriz inducida (fem), pero simplemente es una tensión entre dos punto. Si cortocircuitamos las espiras, se generará por la espira una corriente inducida (corriente de cortocircuito).
Nikola Tesla descubrió que una corriente alterna trifásica genera un campo magnético giratorioal circular la corriente de cada una de las 3 fases por una bobina de un electroimán diferente (imán con bobina enrollada = electroimán). Fíjate en la siguiente animación:http://www.areatecnologia.com/electricidad/imagenes/campo-magnetico-giratorio-trifasica.gif
Cuando la corriente es de valor 0 no hay campo en esa fase, luego va aumentando y cada medio ciclo de la onda el campo cambia de sentido.
Además, si tenemos un campo magnético estático dentro de otro campo magnético giratorio, el campo estático girará siguiendo al campo giratorio.
Imagina 2 imanes enfrentados, uno de ellos sujetándolo en nuestras manos y el otro con un eje que lo atraviese y que pueda girar. Al enfrentarlos con polos opuestos el del eje gira. Si movemos el que tenemos en nuestras manos (el giratorio), podemos seguir moviendo el del eje (estático), es decir podemos hacer que siga girando. Si los campos enfrentados son opuestos se repelen y por eso se mueve el campo estático. También si los polos enfrentados fueran distintos el que gira seguiría al giratorio externo girando por atracción.
Veamos esto con un ejemplo muy sencillo y un campo giratorio manual como el de la siguiente figura.
En la imagen puedes ver un campo giratorio manualmente externo, y un imán estático en su interior. El movimiento giratorio del externo provocará que gire el interno ya que intentará seguirle por la atracción de los polos diferentes que están enfrentados. La velocidad de giro del campo externo giratorio será la misma que la de rotación del imán interno. Velocidad de sincronismo se llama, y así son y giran los Motores Síncronos de Corriente Alterna. El campo giratorio del estator (inductor) gira a la misma velocidad que el rotor. Estos motores tienen el rotor compuestos por imanes permanentes, por ese motívo son asíncronos. El estator es un bobinado de imanes formando electroimanes. Estos motores no estudiaremos mucho más porque no se utilizan prácticamente, salvo en raras excepciones y sobre todo, como ya dijimos antes, como alternadores, pero no como motores.
Pero...¿Y si el imán interno fuera un campo magnético inducido en lugar de un imán? Pues también girará siguiendo el campo giratorio, pero a menor velocidad. Veamos por qué.
Si el imán interno fuera una espira que está en movimiento, según Faraday al moverse el campo giratorio, en la espira se produciría una tensión en sus extremos. Recuerda que una espira moviéndose dentro de un campo genera tensión en sus extremos. Este caso es al revés pero lo mismo, se mueve el campo sobre la espira, pero la espira corta las líneas del campo giratorio igualmente y se genera en ella una tensión.
Si ahora esta espira la ponemos en cortocircuito, se produce una corriente inducida en la espira, y como ya sabemos por Oersted, al circular esta corriente inducida por la espira, en la espira se crea un campo magnético. Ya tenemos nuestros dos campos magnéticos, uno giratorio (en este caso manual) y otro estático e inducido por la corriente inducida en la espira.
Michael Faraday descubrió que un conductor eléctrico moviéndose dentro de un campo magnético (imán) generaba una tensión o diferencial de potencial (d.d.p) entre sus dos extremos (igual que la pila tiene tensión entre sus dos extremos). También ocurre lo mismo si el imán se mueve y el conductor está fijo. En cualquier caso, si el conductor corta las líneas del campo magnético del imán se crea en el una tensión. Si unimos los extremos, por ejemplo en cortocircuito o con una bombilla, circulará una corriente por el conductor.
Si la que se mueve dentro del campo es una espira, si esa espira (los 2 conductores) cortan las líneas del campo magnético, es decir, se mueve dentro del campo, en los extremos de la espira se produce (induce) una tensión o diferencia de potencial inducida, de tal forma que si cuando está en movimiento conectamos un receptor en los extremos de la bobina, por ejemplo una bombilla, al cerrar el circuito con la bombilla, comenzará a circular por la espira una corriente eléctrica (intensidad) inducida y debido a esa tensión inducida, la bombilla luce.
Esta tensión generada en la espira al ser inducida se conoce como fuerza electromotriz inducida (fem), pero simplemente es una tensión entre dos punto. Si cortocircuitamos las espiras, se generará por la espira una corriente inducida (corriente de cortocircuito).
Nikola Tesla descubrió que una corriente alterna trifásica genera un campo magnético giratorioal circular la corriente de cada una de las 3 fases por una bobina de un electroimán diferente (imán con bobina enrollada = electroimán). Fíjate en la siguiente animación:http://www.areatecnologia.com/electricidad/imagenes/campo-magnetico-giratorio-trifasica.gif
Cuando la corriente es de valor 0 no hay campo en esa fase, luego va aumentando y cada medio ciclo de la onda el campo cambia de sentido.
Además, si tenemos un campo magnético estático dentro de otro campo magnético giratorio, el campo estático girará siguiendo al campo giratorio.
Imagina 2 imanes enfrentados, uno de ellos sujetándolo en nuestras manos y el otro con un eje que lo atraviese y que pueda girar. Al enfrentarlos con polos opuestos el del eje gira. Si movemos el que tenemos en nuestras manos (el giratorio), podemos seguir moviendo el del eje (estático), es decir podemos hacer que siga girando. Si los campos enfrentados son opuestos se repelen y por eso se mueve el campo estático. También si los polos enfrentados fueran distintos el que gira seguiría al giratorio externo girando por atracción.
Veamos esto con un ejemplo muy sencillo y un campo giratorio manual como el de la siguiente figura.
En la imagen puedes ver un campo giratorio manualmente externo, y un imán estático en su interior. El movimiento giratorio del externo provocará que gire el interno ya que intentará seguirle por la atracción de los polos diferentes que están enfrentados. La velocidad de giro del campo externo giratorio será la misma que la de rotación del imán interno. Velocidad de sincronismo se llama, y así son y giran los Motores Síncronos de Corriente Alterna. El campo giratorio del estator (inductor) gira a la misma velocidad que el rotor. Estos motores tienen el rotor compuestos por imanes permanentes, por ese motívo son asíncronos. El estator es un bobinado de imanes formando electroimanes. Estos motores no estudiaremos mucho más porque no se utilizan prácticamente, salvo en raras excepciones y sobre todo, como ya dijimos antes, como alternadores, pero no como motores.
Pero...¿Y si el imán interno fuera un campo magnético inducido en lugar de un imán? Pues también girará siguiendo el campo giratorio, pero a menor velocidad. Veamos por qué.
Si el imán interno fuera una espira que está en movimiento, según Faraday al moverse el campo giratorio, en la espira se produciría una tensión en sus extremos. Recuerda que una espira moviéndose dentro de un campo genera tensión en sus extremos. Este caso es al revés pero lo mismo, se mueve el campo sobre la espira, pero la espira corta las líneas del campo giratorio igualmente y se genera en ella una tensión.
Si ahora esta espira la ponemos en cortocircuito, se produce una corriente inducida en la espira, y como ya sabemos por Oersted, al circular esta corriente inducida por la espira, en la espira se crea un campo magnético. Ya tenemos nuestros dos campos magnéticos, uno giratorio (en este caso manual) y otro estático e inducido por la corriente inducida en la espira.
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