Fundamentos de la Inducción Electromagnética en un Disco de Cobre
El sistema se basa en que un material conductor (disco de cobre), al describir un movimiento en un espacio determinado donde exista un campo magnético producido por un imán, se ve sometido a una fuerza magnética que provoca una redistribución de carga (q) en su interior. Esto se traduce en la aparición de una diferencia de potencial en el interior, la cual se puede aprovechar para generar una corriente eléctrica.
El disco tiene cargas que pueden moverse libremente en su seno. Al girar el disco, sus cargas se mueven conjuntamente con él, produciendo una trayectoria circular y una velocidad tangente a la trayectoria. Toda carga en movimiento inmersa en un campo magnético experimenta una fuerza que provoca que aparezca una aceleración, perpendicular tanto a la trayectoria como al campo magnético.
La fuerza magnética ocasionará una redistribución de las cargas desde el centro del disco hasta su borde. Proceso que se detendrá cuando la fuerza eléctrica que surja entre ellas compense a la fuerza magnética (Fm = q x v x B). En definitiva, Fm = Fe, por lo tanto, el campo eléctrico será E = vB. Como v = ωr, resulta que E = ωrB, suponiendo las condiciones óptimas, B perpendicular al disco.
La diferencia de potencial entre el centro y el extremo del disco ΔV es, en consecuencia (suponiendo que no exista resistencia interna), equivalente a la f.e.m. (ε): ΔV = ε = 0.5ωBR2, siendo R el radio del disco de cobre.
Motores Trifásicos de Inducción
En los motores trifásicos de inducción, el estator es la parte que crea el campo magnético y en el rotor es donde se origina el par de fuerzas causante del giro. El estator está constituido por un devanado trifásico, es decir, por tres devanados monofásicos desfasados 120º en el espacio. Al conectarse el devanado a una red trifásica equilibrada, las intensidades absorbidas son también trifásicas equilibradas. Esto da lugar a un campo magnético giratorio, que presenta las siguientes características:
- Su inducción magnética (B) es constante respecto al tiempo y depende de la tensión y de la frecuencia de la red trifásica.
- Su número de polos depende de la configuración de las bobinas del devanado y del número de ranuras del estator.
- La velocidad de giro depende del número de polos del devanado estatórico y de la frecuencia de la red.
N1 = 60 x f1 / p, donde N1 es la velocidad del campo giratorio (velocidad de sincronismo) en el estator en rpm, f es la frecuencia en Hz y p es el número de pares de polos del devanado estatórico.
Deslizamiento en Motores de Inducción
S = (N1 – N2) / N1
- Si el deslizamiento S es igual a cero, las velocidades N1 y N2 son iguales, es decir, la velocidad de sincronismo es la misma que la velocidad del rotor.
- Si S = 1, quiere decir que la velocidad del rotor N2 = 0. Esto significa que está funcionando en el régimen de funcionamiento de motor. La velocidad de la máquina es del mismo sentido que la de sincronismo. Por lo tanto, en un motor asíncrono, la máquina absorbe potencia eléctrica por el estator para convertirla en potencia mecánica en su eje. El par motor y la velocidad son positivos, por lo tanto, el par está a favor de la velocidad y se trata de un par motor.
Arranque Mediante Autotransformador
Rebajando la tensión aplicada al motor por medio de un autotransformador, se reduce la intensidad de arranque de aquel proporcionalmente a la tensión en sus bornes. Referida al lado primario del transformador, disminuye la intensidad en la línea, durante la puesta en marcha, cuadráticamente con la relación de transformación. Con una tensión de arranque del 50% de la red, se reduce la intensidad en la línea al 25% de la necesaria para conexión directa. El par de arranque disminuye igualmente con el cuadrado de la tensión en el motor.
Procedimiento de Arranque
Para iniciar la maniobra, hay que conectar en primer lugar el seccionador trifásico con fusibles Q1. Inicialmente, actúan los contactos de red KM1 y KM2 (pulsador de marcha) y el motor se alimenta a través del autotransformador trifásico con una tensión reducida. Transcurrido un tiempo, un temporizador desconecta KM1 y KM2, y conecta KM3, quedando el motor alimentado con la tensión nominal de la red. La potencia necesaria del autotransformador es igual a la potencia aparente absorbida por el motor durante el arranque multiplicada por el cuadrado de la relación de transformación. Este procedimiento se usa para motores con más de 50 kW.
Motores Monofásicos
Para realizar el arranque de un motor monofásico, es necesario realizar técnicas especiales porque los motores monofásicos de inducción tienen un par de arranque nulo. Así pues, se consigue superar este problema haciendo que el motor se comporte como bifásico mediante el arranque por condensador y de fase partida o de espira en cortocircuito.
Uno de los dispositivos especiales para el arranque de los motores monofásicos consiste en disponer un bobinado auxiliar en la armadura del estator. Se hace que el motor monofásico funcione como bifásico durante el arranque, ya que las corrientes absorbidas por ambos bobinados crean dos flujos desfasados e impulsan al rotor a girar. Cuando la velocidad del rotor adquiere un valor máximo al de régimen nominal, el dispositivo centrífugo desconecta automáticamente el bobinado auxiliar y el motor funciona únicamente con el bobinado monofásico de trabajo. Estos motores están proyectados para el accionamiento de máquinas que requieren un arranque en vacío o un par de arranque moderado, aproximadamente 1,75 veces el valor nominal. Si se quiere que estos motores tengan un par de arranque fuerte, se les dota de un condensador C, conectado en serie con el bobinado de arranque y, junto a un mayor par de arranque, se consigue también mejorar su rendimiento y factor de potencia.