U - 1, Fundamento de las máquinas eléctricas

Máquinas Eléctricas

UNIDAD 1

FUNDAMENTOS DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS OBJETIVO: Describir las leyes eléctricas y magnéticas que caracterizan el funcionamiento de las máquinas eléctricas, así como los dispositivos eléctricos más elementales en la generación y consumo de la energía eléctrica.

1.1.

Introducción

Se pued puede e deci decirr que que la elec electr trón ónic ica a es una una exte extens nsió ión n de la elec electr tric icid idad, ad, apare apareci cida da co como mo co cons nsec ecue uenc ncia ia de los los avanc avances es en la evolución de la ciencia eléctrica. En electrónica, se trabaja también con co n todo todoss los pri princi ncipios pios eléc eléctr triico cos, s, ya que que cual cualqu quiier sist sistem ema a electrónico, por simple o complicado que sea, se alimenta con energía eléctrica, y por tanto, ya existe un proceso eléctrico. La electricidad es un tipo de energía, y como tal, capaz de realizar trabajo. Al igual que ocurre con la fuerza magnética, no es visible, pero su existencia queda claramente manifiesta por los efectos que produce. Una máquina eléctrica es un dispositivo que puede convertir

energía mecánica en energía eléctrica o convertir energía eléctrica en energí energía a me mecáni cánica. ca. Cuando Cuando dicho dicho dispos dispositi itivo vo se usa para para conver convertir tir energía mecánica en energía eléctrica se llama generador . Asimismo, cuando cuando convie convierte rte energía energía eléctric eléctrica a en energía energía mecánic mecánica a, se le denomina motor . Puesto que una máquina eléctrica puede convertir potencia en uno u otro sentido, cualquier cualquier máquina se puede usar como generador generador o co como mo mo moto tor. r. Prác Prácti ticam camen ente te,, todo todoss los los mo moto tore ress y gene genera rado dore ress convierten energía de una forma en otra, mediante la acción de un campo magnético. Figura 1-1.

Ing. Ignacio Chávez Arcega Unidad 1

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M áq áq u i n a E l é ct ct r i c a (generador)

Voltaje

Energía Mecánica

Energía Eléctrica

Movimien angular

M áq áq u i n a E l é ct ct r i c a (M otor)

Figura 1-1 Otro Otro dispo disposi siti tivo vo estr estrec echa hame ment nte e rela relaci cion onado ado co con n los los ca camp mpos os magnéticos es el transformador . Un transformador, es un dispositivo que convierte energía eléctrica de corriente alterna con un nivel de voltaje en energía eléctrica con otro nivel de voltaje (manteniendo constan constante te la potenc potencia) ia).. Como Como los transf transform ormado adores res operan operan bajo bajo los mismos principios que los generadores y los motores, dependiendo de la acción de un campo magnético para efectuar el cambio en el nivel de volt voltaj aje, e, usua usualm lmen ente te se estu estudi dian an junt junto o co con n los los gene generad rador ores es y motores. Estos Estos tres tres tipos tipos de dispos dispositi itivos vos elé eléctr ctrico icoss están están presen presentes tes en todos los aspectos de la vida moderna: •

•

•

En el hoga hogar, r, por por ejem ejempl plo, o, los los mo moto tore ress eléc eléctr tric icos os ac acci cion onan an neveras, neveras, congelador congeladores, es, aspiradoras, aspiradoras, batidoras, batidoras, ventilado ventiladores, res, aire acondicionado y muchos otros equipos similares. En los sitios de trabajo, proporcionan la fuerza motriz para casi todas las herramientas. Los generadores, son necesarios para suministrar la potencia utilizada por todos estos motores. Los transformadores, son parte fundamental en la transmisión y distribución de la energía eléctrica.

¿Por qué son tan comunes los transformadores, generadores y los los mo moto tore ress eléc eléctr tric icos os?? La resp respue uest sta a es muy muy simp simple le:: la potenci potencia a moto torr eléc eléctr tric ica a es una una fuen fuente te de ener energí gía a limp limpia ia y efic eficie ient nte e . Un mo eléctrico, no requiere de la ventilación permanente, ni del sistema de combustible que necesita una máquina de combustión interna, por lo Ing. Ignacio Chávez Arcega Unidad 1

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cual cual resu result lta a muy muy apro apropi piad ado o para para usos usos en ambi mbient entes don donde la cont co ntam amin inac ació ión n asoc asociiada ada co con n la co comb mbus usti tión ón resu result lta a alta altame ment nte e perjudicial. La conversión de energía térmica o mecánica en energía eléctrica puede efectuarse en sitios distantes, luego transmitirse por alambres hasta el sitio donde ha de utilizarse en cualquier casa, oficina o fábrica. Los transformadores colaboran en este proceso reduciendo las pérdidas de potencia entre el sitio de generación de la energía eléctrica y el sitio de su s u utilización. Sistema de Unidades

El diseño y el estudio de las máquinas eléctricas es una de las áreas más antiguas de la ingeniería eléctrica. Sus inicios datan de finales del siglo diecinueve. En ese entonces las unidades eléctricas comenz comenzaro aron n a estand estandari arizar zarse se intern internaci aciona onalme lmente nte y llega llegaron ron a ser utiliz utilizadas adas por los ingeni ingeniero eross de todo todo el mundo. mundo. Voltio Voltios, s, amperi amperios, os, ohmios ohmios,, vatios vatios y unidade unidadess simil similare aress que forman forman parte parte del sistem sistema a métr mé tric ico o fuer fueron on em empl plea eada dass para para desc descri ribi birr ca cant ntid idad ades es eléc eléctr tric icas as referidas a las máquinas. Sin embargo, en los países de habla inglesa, la medición de las cantidades mecánicas se realizaba, con el sistema inglés de unidades (pulgadas, pies, libras, etc.) y esta práctica se extendió al estudio de las máquinas eléctricas. Por esta razón, durante mucho tiempo las cantidades eléctricas y mecánicas de las máquinas se han medido con diferentes sistemas de unidades. En 1954 se adoptó como norma internacional un sistema de unidades basado en el sistema métrico. Este sistema de unidades se conoce como el sistema internacional (SI) y ha sido aceptado en casi todo el mundo. Estados Unidos, es el único reacio a su utilización. Incl Inclus usiv ive e la Gran Gran Bret Bretañ aña a y Ca Cana nadá dá,, se han han pasa pasado do al sist sistem ema a internacional (SI). Con el tiempo, el nuevo sistema de unidades, inevitablemente se conv co nver erti tirá rá en norm norma a en los los Esta Estado doss Unid Unidos os y las las co corp rpor orac acio ione ness inte intern rnac acio iona nale less lo usar usarán án de ma mane nera ra regu regula larr en un futu futuro ro.. Sin Sin embargo, debido a que son muchas las personas que actualmente usan el sistema inglés, éste permanecerá por algún tiempo. En la actualidad, los estudiantes de ingeniería deben familiarizarse con los dos sistemas de unidades puesto que habrán de encontrar referencias de ambos en su vida profesional.1 1.2

Ley de Faraday, Lenz

y

Fleming.


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La mínima expresión de carga eléctrica la constituye el electrón y el protón. Al ser de magnitud tan pequeña, se establece como unidad de ca carg rga a eléc eléctr tric ica a el culo culomb mbio io (C ) , que que equi equiv vale ale a la carga arga de aproximadamente seis trillones de electrones. 1C = 6.28 ×10

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electrones

Campo eléctrico

Las cargas eléctricas dan lugar también a lo que se conoce por campo eléctrico, lo cual se puede manifestar experimentalmente. Se trat trata a de una una fuer fuerza za simi simila larr a la ma magn gnét étic ica, a, invi invisi sibl ble, e, de ac acci ción ón a distancia, y que puede ser de atracción o repulsión. Se puede decir, que existe una fuerza de campo eléctrico en un cierto punto del espacio. Si en dicho punto se ejerce fuerza sobre cualquier otro tipo de carga. Así la situación de un cuerpo cargado eléctricamente puede ejercer cierta fuerza sobre otras cargas situadas a su alrededor, y en cierta región del espacio se dice que existe un campo eléctrico. De otra manera, el concepto de carga eléctrica se ha establecido como una especie de porción de electricidad capaz de ejercer una influencia en otras porciones que existan en su proximidad. La región que rodea una carga es, por tanto, donde se manifiestan las fuerzas eléctricas; esta región se llama campo eléctrico . Michael Faraday desarrolló una ingeniosa ayuda para visualizar los campos campos elé eléctr ctrico icos. s. El mé métod todo o consis consiste te en repres represent entar ar tanto tanto la intensidad como la dirección de un campo eléctrico por medio de líneas imaginarias llamadas líneas de campo eléctrico . Las líneas de campo eléctrico son líneas imaginarias trazadas de tal manera que su dirección en cualquier punto es la misma que la dirección del campo eléctrico en ese punto. La intensidad del campo eléctrico , E , en un punto del espacio se define como: la fuerza, F , que se ejerce sobre la unidad de carga eléctrica positiva, q , situada en F dicho punto. E =

q

La permisividad del espacio libre (vacío) ε es una constante de espaciamiento, fundamental para determinar la intensidad de campo eléctrico en una superficie esférica cerrada. En cálculos más complejos sobre este tema, se estima que tiene un valor de: 0

ε 0

Unidad 1

=

1 4π k

= 8.85 ×10

−12

C 2 N ⋅ m 2 Ing. Ignacio Chávez Arcega

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Donde

9

k = 9 ×10 N ⋅ m

2

2

C

de la ley de Coulomb.

Campo magnético

Todo imán está rodeado por un espacio en el cual se manifiestan sus sus efec ecttos magné agnéti tico cos. s. Dicha ichass reg regione ioness se llam aman an campos magnéticos . Así como las líneas de campo magnético, llamadas líneas de flujo, son muy convenientes para visualizar los campos magnéticos. La dirección de una línea de flujo en cualquier punto tiene la misma dirección de la fuerza magnética que actuaría sobre un imaginario polo norte aislado y colocado en ese punto. Las líneas de flujo magnético salen del polo norte de un imán y entran en el polo sur. A diferencia de las líneas de campo eléctrico, eléctrico, las líneas de flujo magnético no tienen puntos iniciales o finales. La densidad de flujo magnético , B , en una región de un campo magnético magnético es el el número número de líneas líneas de flujo, flujo, , que pasan a través través de una unidad de área perpendicular, en esa región. B =

φ

A

La unidad del flujo magnético en el SI es el weber (Wb ) . La unid unidad ad de densi densida dad d de fluj flujo o debe debe ser ser ento entonc nces es webe webers rs por por me metr tro o cuadrado, que se redefine como tesla (T ) . Una antigua unidad, que todavía se usa hoy es el gauss (G ) . 1T = 1

Wb m

2

= 10

4

G

Permeabilidad magnética

La densidad de flujo en cualquier punto ubicado en un campo magnético se ve afectada fuertemente por la naturaleza del medio o por la naturaleza del material que se ha colocado en dicho medio. Por esta razón, es conveniente definir el concepto de intensidad de campo magnético, H , la cual no depende de la naturaleza de un medio. En cualquier caso, el número de líneas establecidas por unidad de área es directamente proporcional a la intensidad del campo magnético H . B =

φ

H

= µ H

Donde la constante de proporcional µ es la permeabilidad del medio a trav través és del del cual cual pasa pasan n las las líne líneas as de fluj flujo. o. Pued Puede e pens pensar arse se en la Ing. Ignacio Chávez Arcega Unidad 1

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permeabilidad de un medio como una característica que constituye la medida de su capacidad para establecer líneas de flujo magnético. Cuanto mayor sea la permeabilidad del medio, más líneas de flujo pasarán a través de la unidad de área. La permeabilidad del espacio libre (vacío) se denota con tiene la siguiente magnitud en unidades del SI: µ 0

= 4π ×10

−7

Wb A ⋅ m = 4π ×10

−7

µ 0

y

T ⋅ m / A

Por lo tanto, en el caso del vacío: B = µ 0 H

Si un material no magnético, como la mica, se coloca en un campo magnético, la distribución del flujo no cambia apreciablemente en rela relaci ción ón co con n la del del vac acío ío.. Sin Sin em emba barg rgo, o, cuan cuando do un ma mate teri rial al altamente permeable, como el hierro dulce, se coloca en el mismo camp ca mpo, o, la dist distri ribu buci ción ón del del fluj flujo o se alte altera ra co cons nsid ider erabl ablem emen ente te.. El material permeable se puede magnetizar por inducción, lo que da por resultado una mayor intensidad de campo para esa región. Por este motivo, la densid densidad ad de lujo lujo B también también se conoce conoce como inducci inducción ón magnética . Los ma Los mate teri rial ale es magné agnéti tico coss se clas clasif ific ican an de ac acue uerd rdo o a su permeabilidad, comparada con la que le corresponde al espacio vacío. La razó razón n de la perm perme eabi abilida lidad d del del mate aterial rial co con n resp respec ecto to a la correspondiente al vacío se llama permeabil permeabilidad idad relativa y se expresa µ en esta forma: µ r = µ 0

La permeabilidad relativa de un material es una medida de su capacidad capaci dad para modificar la densidad de flujo de un campo a partir de su valor en el vacío. Los ma Los mate teri rial ales es co con n una una perm permeab eabil ilid idad ad rela relati tiva va ligeramente menor que la unidad, unidad, tienen la propiedad de ser repelidos por un imán fuerte. Se dice que tales materiales son diamagnéticos , por ejemplo, el bismuto y el benceno. Es una propiedad de los materiales por la cual se magnetizan magnetizan débilment débilmente e en sentido opuesto a un campo campo magnético magnético aplicado. Los materiales diamagnéticos son repelidos débilmente por los imanes. El magnetismo inducido desaparece si lo hace el campo aplicado. Ing. Ignacio Chávez Arcega Unidad 1

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Los materiales con una permeabilidad ligeramente mayor que la del vacío son paramagnéticos paramagnéticos.. Esto Estoss mate aterial riale es son son atra atraíídos dos débilmente por un imán poderoso. Es una propiedad de los materiales por por la que que se ma magn gnet etiz izan an en la mism misma a dire direcc cció ión n que que un ca camp mpo o magnét magnético ico aplica aplicado. do. Si el campo campo magnét magnético ico aplic aplicado ado desapa desaparec rece, e, también lo hace el magnetismo inducido. Sólo unos cuantos materiales, como el hierro, cobalto, níquel, ace ac ero y ale aleaciones de esto stos metale ales, tienen permeabilidad extremadamente altas, altas, que van desde algunos cientos hasta varios miles de veces mayores que la correspondiente al espacio vacío. De dichos materiales, que son fuertemente atraídos por un imán, se dice que son ferromagnéticos . Un material ferromagnético acaba perdiendo sus sus prop propie ieda dade dess ma magn gnét étic icas as cuand cuando o se ca cali lien enta ta.. Esta Esta pérd pérdid ida a es completa por encima de una temperatura conocida como punto de Curi Curie, e, llam llamad ada a así así en hono honorr del del físi físico co fran francé céss Pier Pierre re Curi Curie, e, que que descubrió el fenómeno en 1895. (El punto de Curie del hierro metálico es de unos 770 °C). Relaciones entre los campos eléctricos y magnéticos

Un campo eléctrico puede producir un campo magnético. Pero el proc proces eso o inve invers rso o tamb tambié ién n es cier cierto to:: un camp campo o magn magnét étic ico o pued puede e Una co corr rrie ient nte e eléc eléctr tric ica a se gene genera ra gene genera rarr un camp campo o eléc eléctr tric ico. o. Una mediante un conductor que tiene un movimiento relativo con respecto a un campo magnético. Una bobina giratoria en un campo magnético induce una fem alterna, la cual origina una corriente alterna. A este proceso se le llama inducción electromagnética y es el principio de operación en el cual se basan muchos dispositivos eléctricos. Ley de Faraday

Michael Faraday (1791-1867), físico y químico británico, conocido principalmente por sus descubrimientos de la inducción electromagnética y de las leyes de la electrólisis. Las invest investiga igacio ciones nes que convir convirtie tieron ron a Faraday Faraday en el primer primer científico experimental de su época las realizó en los campos de la elec electr tric icid idad ad y el ma magn gnet etis ismo mo.. En 1821 1821 traz trazó ó el campo campo ma magn gnét étic ico o alrededor de un conductor por el que circula una corriente eléctrica (la existencia del campo magnético había sido observada por vez primera por el físico danés Hans Christian Oersted en 1819). En 1831 Faraday descubrió la inducción electromagnética, y el mismo año demostró la inducción de una corriente eléctrica por otra. Faraday descubrió que… Ing. Ignacio Chávez Arcega Unidad 1

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“Cuand “Cua ndo o la las s lí líne neas as de fl fluj ujo o ma magn gnét étic ico o so son n co cort rtad adas as po porr un conductor, se produce una fem entre los extremos de dicho conductor. Esta fem que se induce es debido al movimiento relativo entre el conductor y el campo magnético”. También, “la magnitud de la fem generada en una espira es proporcional a la rapidez de variación del flujo magnético en la unidad de tiempo”.

Cuanto mayor sea la cantidad de líneas de fuerza cortadas por la espira y más rápido sea el movimiento, mayor es la magnitud de fem indu induci cida da.. Esto Esto se co cono noce ce por por la ley ley de Fara Farada day y de la indu inducc cció ión n electromagnética. Matemáticamente es expresada por: fem

=−

d φ dt

Esta fórmula es la expresión matemática de una velocidad; en este caso, la de variación del flujo magnético. El signo negativo es para par a indicar que la fem inducida será siempre de signo tal que se opondrá a la causa que la origina (ley de Lenz). Cuando se trata de especificar únicamente el valor absoluto de la fem, se puede prescindir de dicho signo. La

fem

inducida se mide en volts; así, se tiene que

1V

b 1W

=

1 s

En el caso de una bobina de N espiras (vueltas de la bobina), como co mo éstas stas está están n en seri serie, e, la fem induc nducid ida a es la sum suma de las inducciones en cada espira. Se tiene entonces: E = − N

d φ dt

= − N

∆φ ∆t

Por ejemplo, se induce una corriente eléctrica en el conductor de la figura 1-2a, a medida que éste se mueve hacia abajo, atravesando las líneas de flujo. Cuanto más rápido sea ese movimiento, tanto más pronunciada será la desviación de la aguja del galvanómetro. Cuando el conductor se mueve hacia arriba a través de las líneas de flujo se puede hacer una observación similar, excepto que en ese caso la corriente se invierte, figura 1-2b. Cuando no se cortan las líneas de flujo, por ejemplo si el conductor se mueve en dirección paralela al campo, no se induce corriente alguna.


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Figura 1-2

Figura 1-3

Ley de Lenz

En todos los estudios acerca de los fenómenos físicos, hay un principio que sirve de guía y que se destaca sobre todos los demás: el principio de la conservación de la energía. No puede existir una fem sin una causa. Siempre que una corriente inducida produce calor o realizar trab trabaj ajo o me mecá cáni nico co,, la ener energí gía a nece necesa sari ria a debe debe prov proven enir ir del del trab trabaj ajo o efectuado para inducir la corriente.


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Un polo norte de un imán introducido en una bobina induce una corr co rrie ient nte e que que a su vez vez orig origin ina a otro otro ca camp mpo o ma magn gnét étic ico. o. El segu segund ndo o campo produce una fuerza que se opone a la fuerza original. Si se retira el imán se crea una fuerza que se opone a la retirada del imán. Por tal, la ley de Lenz es: “Una corriente inducida fluirá en una direcció dirección n tal que por medio de su ca camp mpo o ma magn gnét étic ico o se op opon ondr drá á al mo movi vimi mien ento to de dell ca camp mpo o magnético que lo produce”. “La fuerza electromotriz inducida se opone siempre a la causa que la origina”

Cuanto más trabajo se realiza al mover el imán en la bobina, mayor será la corriente inducida y, por lo tanto, mayor la fuerza de resistencia. Éste era el resultado esperado a partir de la ley de la conservación de la energía. Para producir una corriente más intensa se debe realizar una mayor cantidad de trabajo. La dirección de la corriente inducida en un conductor recto que se mueve a través de un campo magnético se puede determinar por la ley de Lenz. Sin embargo, existe un método más fácil, se conoce como regla de Fleming, o regla de la mano derecha: Regla de Fleming: “Si el pulgar, el dedo índice y el dedo medio de la mano derecha se colocan en ángulo recto entre sí, apuntando con el pulgar en la dirección direcció n en la que se mueve el alambre, y apuntando con el índice en la dirección del campo (N a S), el dedo medio apuntará en la dirección convencional de la corriente inducida”.


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Figura 1-4 A veces, se recuerda esta regla memorizando movimiento-flujocorriente. Éstas son las direcciones indicadas por el pulgar, el índice y el dedo medio, respectivamente. Figura 1-4. Intensidad de campo magnético en la bobina

En una bobina de longitud mucho mayor que su diámetro, la intensidad de campo se concentra en su interior. La fuerza magnética que se genera en su interior, que se denomina intensidad de campo magnético ( H ) , viene dada por la magnitud de su fuerza magnetomotriz ( fmm ) dividida entre su longitud ( l ) H =

fmm l

=

I ⋅ N l

Este Este dato dato repr repres esen enta ta el pode poderr ma magn gnét étic ico o que que exis existe te dent dentro ro de la bobi bobina na.. Co Como mo unid unidad ad de inte intens nsid idad ad ma magn gnét étic ica a ( H ) se utiliza normalmente el Av m (amperio-vuelta/metro), (amperio-vuelta/metro), o simplemente A m . Así, como se deduce, la intensidad magnética que produce una bobina es inversamente proporcional a su longitud, o sea, cuanto más corta sea mayor será su intensidad magnética. Densidad de flujo magnético en la bobina

En un solenoide, la intensidad magnética viene dada por: H =

fmm l

=

I ⋅ N l


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Se deduce que: B

=

µ

fmm H µ l

⋅

=

=

I N

µ

⋅

l

Siendo µ el factor de permeabilidad magnética del medio. Así, Así, pues pues,, la indu inducc cció ión n ma magn gnét étic ica a que que gene generan ran las las bobi bobinas nas depende, además de sus dimensiones y del valor de la fmm, de si tienen o no núcleo de hierro. (En realidad, todas las bobinas tienen núcleo; cuando se habla de una bobina sin núcleo, se refiere a que no se emplea un material material ferromagnétic ferromagnético o como núcleo, núcleo, pero sí que tiene núcleo: el aire). En el caso de las bobinas sin núcleo de hierro, el factor de permeabilidad es el del aire, y aquí, la inducción magnética aumenta siempr siempre e proporc proporcion ionalm alment ente e al valor valor de la intens intensida idad d magnét magnética ica (a medida que aumenta la corriente eléctrica, va aumentando también la inducción). Al introducir un núcleo de hierro en la bobina, para un mismo valor de intensidad magnética, se produce un fuerte aumento de la inducción, puesto que la permeabilidad del hierro es mucho mayor que la del aire. En este caso, la densidad de flujo aumenta proporcionalmente a la corriente de excitación sólo hasta un cierto valo valor, r, ya que que a me medi dida da que que va aume aument ntan ando do la co corr rrie ient nte, e, se va magnetizando el núcleo (aumenta el número de imanes elementales que se van orientando). Cuando se llega aun punto de magnetización tal que todos los imanes elementales del núcleo quedan orientados, el hier hierro ro ya no pued puede e segu seguir ir magne agneti tizá zánd ndos ose e má más, s, y ya no pued puede e cont co ntri ribu buir ir a que que aume aument nte e má máss la dens densid idad ad de fluj flujo, o, auqu auque e siga siga aumentando la corriente de excitación; se dice entonces que el núcleo está saturado, se han agotado los imanes elementales por orientar. Histéresis

Cuan Cuando do un mater ateria iall ferr ferrom omag agné néti tico co está está some someti tido do a una una inte intens nsid idad ad de ca camp mpo o magné agnéti tico co –com –como o oc ocur urre re,, por por ejem ejempl plo, o, al utilizarlo como núcleo en las bobinas-, tras desaparecer la excitación magnética siempre queda algo de magnetismo en el material; esto se llama ma magn gnet etis ismo mo re rema mane nent nte e o re resi sidu dual al. O sea, no queda desi desima mant ntado ado del del todo todo;; para para co conse nsegu guir irlo lo,, es nece necesar sario io some somete terr al material a otra cierta intensidad de campo magnético pero de sentido contrario al anterior. Esta intensidad que hay que aplicar para eliminar el magnetismo remanente se llama fuerza magnética coercitiva . Esto se representa gráficamente por la denominada curva de histéresis, que muestra la relación entre la inducción magnética (B) que adquiere el material y la intensidad magnética de excitación (H). Ing. Ignacio Chávez Arcega Unidad 1

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B

Saturación

Magnetismo remanente (B)

H Fuerza coercitiva

1.3

Generador y motor elemental

Generador elemental

Un generador eléctrico convierte la energía mecánica en energía eléctrica. Sabemos que se induce una fem en un conductor cuando éste experimenta un cambio en el acoplamiento inductivo. Cuando el conductor forma un circuito cerrado, se puede detectar en él una corriente inducida. En un generador, una bobina de alambre se hace gira girarr dent dentro ro de un ca camp mpo o magné agnéti tico co,, y la co corr rrie ient nte e indu induci cida da se transmite mediante alambres a grandes distancias del lugar donde se originó. La figura 1-5, muestra la construcción de un generador simple. Básicamente está formado por tres componentes: un imán conductor, conductor, una armadura y anillos colectores con escobillas . El inductor puede ser un imán permanente o un electroimán. La armadura del generador consta de una sola espira de alambre suspendido entre los polos del imán inductor. Un par de anillos colectores se conectan a los dos extremos de la espira; por lo tanto, dichos anillos giran junto con la espira cuando ésta gira en el campo magnético. La corriente inducida es extraída del sistema mediante escobillas de grafito que se montan sobre cada uno de los anillos la energía mecánica se le suministra al generador al gira la armadura en el campo magnético. La energía eléctrica se genera en forma de una corriente inducida. La dirección de la corriente inducida debe obedecer la regla de Fleming de movimiento-flujo-corriente. movimiento-flujo-corriente. Ing. Ignacio Chávez Arcega Unidad 1

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Figura 1-5 Motor eléctrico elemental

En un mo moto torr eléc eléctr tric ico, o, un mo mome ment nto o de tors torsió ión n ma magn gnét étic ico o provoca que una espira, por la cual fluye corriente, gire un campo magnético constante. Sabemos que una bobina que gira en un campo magnético inducirá una fem que se opone a la causa que la origina. Esto es cierto incluso en el caso de que una corriente ya estuviera fluyendo por la espira. Por lo tanto, cualq cualquie uierr motor motor es al mismo mismo tiempo un generador. De cuerdo con la ley de Lenz, una fem inducida de ese tipo debe oponerse a la corriente que se suministra al motor. Por esta razón, a la fem inducida en un motor se le llama fuerza contraelectromotriz (fcem). Figura 1- 6. El efecto de una fuerza contraelectromotriz es reducir el voltaje neto que se suministra a las bobinas de la armadura del motor.


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Figura 1-6


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