Generadores y Motores

Generadores y motores: Un dispositivo que produce corriente eléctrica a partir del movimiento mecánico se denomina generador eléctrico. Un dispositivo que produce movimiento mecánico a partir de la corriente eléctrica se denomina motor eléctrico. La fuerza contra electromotriz en un motor de un motor de cd se esperaría  que la armadura acelerara indefinidamente debido a la torca sobre ella. Sin embargo, conforme la armadura del motor da vueltas, el flujo magnético a través de la bobina cambia y se genera una fem. Esta fem inducida actúa para oponerse al movimiento (ley de Lenz) y se llama fuerza contraelectromotriz o contra fem. Cuanto mayor sea la rapidez del motor, mayor será la contra fem. Normalmente, un motor da vueltas y realiza trabajo sobre algo, pero si no existe carga mecánica, la rapidez del motor aumentaría hasta que la contra fem iguale el voltaje de entrada. Cuando existe carga mecánica, la rapidez del motor también puede estar limitada por ésta. Entonces la contra fem será menor que el voltaje externo aplicado. Cuanto mayor sea la carga mecánica, más lentamente girará el motor y más baja será la contra fem.

Un generador simple consta de un bucle forzado a rotar en un campo magnético fijo. La fuerza que lo hace rotar puede suministrarse por medio de vapor caliente que pasa por una turbina, como ocurre en plantas nucleares y eléctricas que queman carbón. (Las plantas de energía en realidad usan múltiples bucles para aumentar la producción de energía.) Por otra parte, es posible hacer rotar el bucle por circulación de agua o aire para generar electricidad libre de contaminación.                                                        

La figura 7 muestra dos tipos de generadores. En un generador de corriente directa, el

bucle rotatorio se conecta a un circuito externo por medio de un colector de anillo partido, como ilustra la figura 7 a). A medida que gira, la conexión se invierte dos veces por revolución, de modo que la diferencia de potencial inducida siempre tiene el mismo signo. La figura 7 b) muestra un arreglo semejante usado para producir una corriente alterna. Una corriente alterna es una corriente que varía con el tiempo entre valores positivos y negativos, donde la variación a menudo presenta una forma sinusoidal. Cada extremo del bucle está conectado al circuito externo por medio de su propio anillo de deslizamiento. Así, este generador produce una diferencia de potencial inducida que varía de positiva a negativa y luego al revés. Un generador que produce voltajes alternos y la corriente alterna resultante también se denomina alternador. La figura 8  ilustra una diferencia de potencial inducida como una función del tiempo para cada tipo de generador.

Los dispositivos en la figura 7 también pueden usarse como motores al suministrar corriente al bucle y usando el movimiento resultante de la bobina para realizar trabajo.

Los generadores y motores del mundo real son considerablemente más complicados que los

simples ejemplos de la figura7. Por ejemplo, en lugar de imanes permanentes, la corriente que circula en las bobinas crea el campo magnético requerido. Muchas bobinas devanadas estrechamente se usan a fin de utilizar de manera más eficiente el movimiento rotacional. Bucles múltiples también resuelven el problema de que un motor con bucle único puede detenerse en una posición en la que la corriente a través de él no produce momento de torsión. El campo magnético también puede cambiar con el tiempo en fase con el bucle rotatorio. En algunos generadores y motores, los bucles (bobinas) están fijos y lo que gira es el imán.

figura 7

Figura 7 a) Generador/motor simple de corriente directa (CD). b) Generador/motor simple de corriente alterna (CA).

figura 8