a mamá no le gusta que se meta a la cocina o se coma las cosas
de la despensa.
Lo mejor para dejar que corra sin que
salga del cuarto es construirle una "jaula de ardilla".
Esta se hace poniendo dos ruedas, de algún carro que ya no
usemos y amarrándole una serie de barrotes de una llanta a la
otra, paralelos al eje.
Sostenemos el eje en dos soportes, con baleros o lo que sea, de
forma que pueda girar y metemos dentro la ardilla, que podrá
correr de un barrote a otro haciendo girar la jaula.
Quizás Tesla había construido una jaula para su ardilla (que
quién sabe si la tuvo) y esto le dio la idea para hacer un
motor....
¡Que no funciona!
Tomó un generador de corriente continua y en las ranuras del
rotor, en vez de bobinas, colocó barras de cobre que soldó a dos
arillos de cobre en los extremos.
Las barras de cobre y los arillos eran igual que su jaula de
ardilla.
Claro que no podía meter
ninguna ardilla adentro pues estaba el fierro.
Conectó las bobinas del
campo de su generador, quise decir motor, a una fuente de
corriente alterna.
¡Claro que no pasaba nada!,
su motor no se movía, pues el campo magnético alterno que salía
de un polo al otro, atravesando su jaula, inducía corrientes en
las barras, que producían fuerzas que se contrarrestaban.
El motor no producía un par
de fuerzas que lo hicieran girar.
Entonces, tomando la flecha
con la mano, le dio vuelta rápidamente y su motor empezó a girar
adquiriendo más velocidad hasta adquirir una velocidad casi
constante.
Vamos a analizar que es lo
que sucede:
Consideremos como antes a
los polos del campo, uno colocado en la parte superior y el otro
en la parte inferior, como en nuestro generador de corriente
directa |
También extendamos el
tiempo en que suceden los fenómenos, a fin de considerar
instantes muy pequeños de tiempo.
Existirá una bobina formada por dos barras atravesada por el
máximo flujo de los polos.
Esta bobina será la horizontal, cuyos conductores son paralelos
a los de las bobinas de los polos, como en nuestro
transformador.
De hecho esta bobina constituye el secundario de un
transformador y es de una sola vuelta.
En esta bobina se inducirá un voltaje y fluirá por ella una
corriente instantánea, de sentido contrario a la corriente de
las bobinas de los polos, que producirá un flujo magnético que
se opondrá al flujo inductor.
En estas condiciones nuestro motor no es más que un
transformador con el secundario en corto circuito.
Ahora giremos (con la mano, o por algún otro medio) la armadura
y consideremos lo que sucede con la bobina situada a 90 grados
de la primera, es decir con una bobina formada por las barras
opuestas colocadas bajo el centro de los polos.
Sabemos que al cortar las líneas de fuerza del campo magnético,
en los conductores de esta bobina, se inducirá un voltaje y por
lo tanto se producirá una corriente, que formará un campo
magnético perpendicular al campo magnético de los polos.
Ambas bobinas de la armadura están mecánicamente conectadas por
ser parte de la "jaula de ardilla".
Los campos magnéticos inducidos en ambas, van a tener un campo
magnético resultante desplazado (45 grados si ambos fueran
iguales) del campo magnético de los polos, que producirá una
fuerza sobre los conductores de la armadura produciendo un par
de giro.
El motor girará a una velocidad próxima a la velocidad de
"sincronismo", es decir a la velocidad del generador (suponiendo
que éste fuera también de dos polos), o sea a la frecuencia a
que la corriente y el campo inductor se alterna.
La velocidad del rotor será siempre menor que la velocidad del
campo inductor, porque necesitamos un flujo (y una corriente
necesaria para formarlo) transversal para producir el par de
giro que venza a la fuerza o par mecánico aplicado a la flecha
que trata de frenarla.
Esta diferencia de velocidad o "deslizamiento", será tanto mayor
cuanto mayor sea el par de freno.
Si excedemos el par máximo que el motor nos pueda producir el
motor se para.
Los matemáticos han inventado artificios muy útiles que nos
ayudan mucho para la representación de los fenómenos eléctricos;
uno de ellos ha sido la invención de los "vectores".
Claro que les gusta complicarse (o simplificarse) la vida
inventando palabritas raras, que sólo los iniciados comprenden,
como ésta de los vectores.
Un vector no es más que una flecha, es decir es una línea recta
de determinada longitud con una indicación en la punta que nos
indica su dirección.
Así podemos representar con vectores un montón de cosas.
Por ejemplo le puedo decir a mi amigo como ir de la escuela a mi
casa: saliendo de la escuela te vas dos cuadras para allá (para
el norte) y llegas a la diagonal que tomas a la derecha tres
cuadras (nor este), al llegar a la esquina donde está la
panadería, tomas dos cuadras la calle a la izquierda (nor oeste)
y en la esquina a media cuadra (este), está mi casa.
Esta trayectoria es el resultado de una suma de vectores, que si
la hizo bien, llega a mi casa.
Así podemos también representar con vectores: voltajes,
corrientes, flujo magnético, etc.
Supongamos que ahora colocamos tres bobinas en el estator de una
máquina, equidistantes entre sí es decir a 120 grados, (como el
círculo, o sea el estator, tiene 360 grados, la tercera parte
serán 120 grados) y que en el rotor coloquemos dos polos
magnéticos, pueden ser un imán permanente o electroimanes
formados por bobinas en un núcleo de fierro y conectados a dos
anillos en la flecha.
Consideremos una sola bobina del estator y hagamos girar el
rotor, ¿qué sucede?.
Pues que en esta bobina se va a inducir un voltaje alterno, que
podemos medir en las puntas de dicha bobina y que empieza en
cero y alcanza un valor máximo positivo cuando el polo norte
pasa por el centro de la bobina, disminuye a medida que éste se
aleja y vuelve a alcanzar un voltaje máximo negativo (de sentido
contrario), cuando el polo sur pase por el centro de la bobina.
¿Y qué sucede en las otras dos bobinas?
Pues, pasa lo mismo que en la primera, sólo qué, el valor máximo
del voltaje inducido sucede cierto tiempo después que en la
primera, es decir sucede 120 grados después en la segunda
bobina y 240 grados después en la tercera.
Aquí es donde podemos ver la utilidad de los vectores.
Representemos el campo magnético por un vector, es decir una
flecha que parte del centro del generador al centro del polo
norte.
Hagamos girar el rotor del generador en sentido contrario a las
manecillas del reloj a una velocidad de 60 vueltas por segundo,
bastante aprisa o sea a 3600 vueltas por minuto.
Consideremos el instante en que el polo norte (la punta de
nuestro vector) pasa bajo el centro de una bobina, llamemos "a"
a esta bobina.
Podemos representar el voltaje inducido en esta bobina por un
vector que gira al unísono con el campo.
A los que les gustan las matemáticas, les podemos decir. (Los
que no, se pueden saltar este párrafo), que: el voltaje
instantáneo inducido en esta bobina es la proyección del vector
cuyo valor es el voltaje máximo y produce una curva senoidal que
se puede representar gráficamente poniendo como abscisas (eje
vertical) el voltaje y como ordenadas (eje horizontal), el
tiempo o los grados de giro del vector.
Así también podemos representar por vectores los voltajes
inducidos en las otras dos bobinas.
Si conectamos las tres puntas negativas de las tres bobinas, es
como si unimos los tres vectores por la cola (a esta conexión se
le llama conexión en estrella) y conectemos tres cargas, por
ejemplo tres resistencias a nuestras tres bobinas.
¿Cuantos alambres necesitamos?
No van a ser seis (dos por cada resistencia), sino solamente
cuatro, conectando las tres resistencias también en estrella,
nos hemos ahorrado dos alambres para llevar la misma energía (la
de las tres resistencias).
¿Qué corriente circulará por ese cuarto alambre?
Si las tres resistencias son iguales y la medimos, veremos que
la corriente que circula por ese cuarto alambre (neutro), es
cero. Podemos prescindir de él y sólo necesitamos tres alambres
para transmitir la energía del generador a la carga (las tres
resistencias).
Los matemáticos, pueden hacer la representación gráfica de los
tres vectores y efectuar la suma de las gráficas y observarán
que en cualquier instante esta suma vale cero.
Un circuito así se le llama trifásico: tres fases, tres bobinas,
tres cargas y tres (o cuatro) alambres.
Lo que sucede es que en cualquier instante, la corriente que
pasa por una resistencia es la suma de las corrientes que pasan
por las otras dos y de sentido contrario, por lo que la suma
total es cero.
Aparte de que un circuito trifásico nos ahorra alambres (es más
barato), tiene otra gran ventaja.
Si en nuestro generador trifásico, sustituimos el rotor por un
rotor de jaula de ardilla (de los que inventó Tesla), y
alimentamos las bobinas de la armadura con un circuito trifásico
(los tres alambres de un generador trifásico), veremos que ahora
si tiene par de arranque (por el desplazamiento magnético de las
tres fases) y que girará a la velocidad de la frecuencia de la
línea.
Para la misma potencia, este motor resulta bastante más chico
que un motor monofásico.
Este es el "motor de inducción tipo Jaula de Ardilla de Tesla."
Estos motores constituyen actualmente "las manos de la
industria". |