Fuerza contraelectromotriz en un motor y tipos de motores. El transformador
Introducción
En esta lección aprenderemos básicamente el concepto de fuerza electromotriz, qué es y cómo se genera en un motor de corriente directa. Conoceremos la estrecha y fundamental relación que guarda ésta con la corriente de arranque y la corriente de operación.
También estudiaremos los tipos de motores de corriente directa según que sus componentes fundamentales, rotor y estator, se conectan en serie, en paralelo o, incluso de manera más conveniente, aprovechando ambos tipos de conexión en los motores compuestos.
Hacia el final de la lección conoceremos el funcionamiento del transformador, sus elementos principales, así como las fórmulas que relacionan sus principales características y aquella que nos permite calcular e involucrar el concepto de aprovechamiento de los motores en función de la potencia de entrada y potencia de salida.
Sin entrar más en detalle, ¡vámonos a la lección! ¡Comenzamos!
Desarrollo del tema
Fuerza contraelectromotriz en un motor
Cuando un motor está en operación está sucediendo que un momento de torsión magnético hace girar el rotor en un campo magnético constante, por lo que, según la ley de Faraday, se inducirá una fem, que según la ley de Lenz, se opone a la causa que lo origina. Por tanto, cualquier motor es al mismo tiempo un generador y a la fuerza inducida en un motor se le llama fuerza contraelectromotriz. El video a continuación explica el concepto mediante un experimento, lo que ayuda a comprenderlo.
- La Contra FEM en un motor C. D. (12:19):
Fig. 15.1 Fuerza contraelectromotriz b en un motor de cd. (Tippens, 2011:612)
Los motores de cd pueden ser de dos tipos dependiendo de la manera en que se conectan las bobinas del rotor o armadura y las bobinas de campo o estator. Si se conectan en serie, se dice que el motor está devanado en serie.
Fig. 15.3 Motor de cd devanado en serie. (Tippens, 2011:613).
Este motor desarrolla un gran momento de torsión a bajas rapideces porque la b es pequeña y la corriente es grande. Por otro lado, cuando el devanado de campo y el de la armadura están conectados en paralelo, se trata de un motor devanado en derivación.
Fig. 15.4 Motor de cd devanado en derivación. (Tippens, 2011:613)
En un motor devanado en derivación el momento de torsión es más constante para un amplio rango de rápidas, pero el momento de torsión en el arranque generalmente es menor que el de un motor similar devanado en serie. Esto se mejora con el motor compuesto en el que una parte del devanado de campo se conecta en serie con la armadura y la otra en paralelo. (Tippens, 2011:613)
En el video que te incluyo a continuación te explico un ejemplo de cálculo de la fuerza contraelectromotriz.
2. Cálculo de la fuerza contraelectromotriz en un motor cd:
El transformador
El transformador es un dispositivo eléctrico que aumenta o disminuye el voltaje en un circuito de ca. El video a continuación explica su funcionamiento y sus componentes.
3. Cómo funciona un transformador eléctrico.
Para el transformador se cumplen las siguientes expresiones equivalentes:
Esta última expresión muestra una relación inversa entre la corriente y el voltaje inducido.
A continuación te muestro un ejemplo resuelto en el video
4. Cálculo con transformadores
Conclusión
La clase digital que justo hemos terminado nos ha enseñado la existencia de una fuerza contraelectromotriz en un motor de corriente directa la cual es inducida en el motor por el mismo principio del generador, esto es, una espira girando en un campo magnético. La fuerza contraelectromotriz, en volts [V], que en realidad es un voltaje y no una fuerza estrictamente hablando, se contrapone al voltaje suministrado, lo cual se indica con el signo negativo en la expresión que utilizamos para su cálculo.
Así, en operación normal estacionaria la corriente total es baja pero su valor es comparativamente muy alto en el arranque porque la fuerza contraelectromotriz es cero en tal situación. También conocimos los motores devanados en serie y devanados en paralelo, lo que confiere al motor ciertas características muy particulares para cada tipo. Aprendimos también que eléctricamente el motor se puede diseñar de tal manera que el devanado quede conectado una parte en serie y otra en derivación o paralelo; a tal motor se le conoce como motor compuesto y sus características, comprendidas entre los dos tipos anteriores, le otorgan ciertas ventajas. También estudiamos el transformador, aprendimos los principios básicos de su funcionamiento y las fórmulas que relacionan la fem, la corriente y el número de espiras entre las bobinas primaria y secundaria, así como aquella para calcular el rendimiento en función de la potencia de entrada y la de salida.
Hemos terminado nuestra sesión y con ésta llegamos al final de la inducción electromagnética, tema que abordamos con las lecciones 13, 14 y 15. Deseo que haya sido agradable este trayecto de aprendizaje. Para cerrar esta clase por favor entrega la consigna del tema puntualmente, completa y bien realizada. Cualquier duda con tu asesor y puedes también complementar el contenido de est clase digital con la información del Tippens que te dejo en pdf en el espacio de las fuentes de información.
Las siguientes dos lecciones comprenden temas relacionados con la Teoría de la Relatividad del Físico alemán, Albert Einstein. Es un tema por demás apasionante e interesante.
¡Allá nos leemos! ¡Sigamos adelante con el ánimo en alto! ¡Vamos!
Fuentes de información
Tippens, P. (2011). Fuerza C., motores y el Transformador. En Edamsa Impresiones (Ed.), Física Conceptos y aplicaciones, (p.611-617). Mc Graw Hill
https://drive.google.com/file/d/1Pyw0iDIfkTdAof2XqboFziBzux0L-yt8/view?usp=sharing