Un motor eléctrico bipolar es un motor eléctrico con solo dos (por lo tanto bi- ) polos en su campo estacionario. [1] Son un ejemplo del motor de CC con escobillas simple , con un conmutador . Este campo puede ser generado por un imán permanente o una bobina de campo .
El término 'bipolar' se refiere al campo estacionario del motor, no al rotor. [1] Los rotores suelen tener más de dos polos, tres para un motor simple y potencialmente más para un motor de alta potencia. Un rotor de dos polos tiene la desventaja de que no se enciende automáticamente en todas las posiciones y, por lo tanto, debe activarse para comenzar.
Motores tempranos
Los primeros motores eléctricos de CC, desde el motor Gramme de la década de 1870 en adelante, usaban campos bipolares. Estas primeras máquinas utilizaban piezas polares de campo de diseño tosco con circuitos magnéticos largos, espacios de polos anchos y piezas polares estrechas que solo proporcionaban un flujo limitado a través de la armadura. Estos campos generalmente tenían forma de herradura, con imanes de herradura permanentes o bien una o dos bobinas de campo a cierta distancia de los polos.
Los primeros cables aislados se aislaron, si es que se aislaron, [notas 1] con envoltorios de hilo de algodón. Estas bobinas solo podían soportar un aumento de temperatura bajo antes de sobrecalentarse y quemarse con un cortocircuito. Por lo tanto, las bobinas eran largas y poco profundas, a veces de una sola capa de alambre, lo que requería un núcleo largo simplemente para contener su tamaño. Las bobinas pequeñas individuales se podían montar horizontalmente, pero la disposición más común usaba dos bobinas altas una al lado de la otra.
Para mejorar la eficiencia del circuito magnético, se descubrió que se podían proporcionar múltiples trayectorias magnéticas a través de la misma armadura. Las dos bobinas ahora estaban separadas y colocadas a los lados del motor, con su núcleo de hierro como un circuito en forma de 8 lateral y la armadura en un espacio de polo central. El flujo de ambas bobinas pasó a través de este espacio. Esto dio un circuito magnético que era más corto en general y, por lo tanto, tenía menos pérdidas magnéticas. Los devanados de bobina más compactos fueron posibles mediante el uso de goma laca para impregnar los devanados y mejorar la fiabilidad de su aislamiento.
Los diseños posteriores, de alrededor de 1900, se volvieron más compactos con circuitos magnéticos más cortos y eficientes. Las bobinas de campo ahora se movieron en bobinas internas cortas y achaparradas alrededor de las piezas polares. [1] El resto del circuito magnético era una trayectoria circular de doble cara alrededor de la carcasa del motor. Si bien se diseñó principalmente para ser más eficiente, también proporcionó un diseño mucho más compacto en términos de espacio.
Este diseño circular también representó el final del motor bipolar como fuente de energía industrial. Fue posible colocar un segundo conjunto de bobinas de campo y piezas polares dentro del mismo tamaño de carcasa, dando una disposición de cuatro polos. Debido a la provisión más eficiente de flujo de campo alrededor de toda la circunferencia del inducido, esto da un motor de casi el doble de potencia, para la misma corriente del inducido. [1] La corriente del inducido y el conmutador y el engranaje de escobillas asociados representaban una de las partes más caras del motor de fabricar.
Locomotoras ferroviarias eléctricas
Uno de los últimos usos industriales para grandes motores bipolares fue para el camino de Milwaukee 's de clase EP-2 locomotoras eléctricas de 1917. [2] La línea había escogido para electrificar su División de Costa de ruta, usando una tensión de 3.000 V CC. Estas no fueron las primeras locomotoras eléctricas producidas e incorporaron lecciones aprendidas de prácticas anteriores. Muchas de las primeras locomotoras habían utilizado uno o dos motores grandes montados en el bastidor de la locomotora , con accionamiento de las ruedas mediante la práctica tradicional de las barras de acoplamiento de las locomotoras de vapor . Cuando se utilizaron motores de CA, que requerían muchos polos y, por lo tanto, diámetros grandes, estos motores montados en el bastidor parecían inevitables a pesar de que requerían este accionamiento mecánico de las ruedas que requería un mantenimiento intensivo. Un sistema alternativo de motores de tracción colgantes usaba pequeños motores de alta velocidad a lo largo de cada eje, conduciendo a través de una caja de cambios reductora. Este sistema eventualmente predominaría en las locomotoras eléctricas y diesel, pero en ese momento era difícil producir una caja de cambios confiable de alta potencia.
El diseño "bipolar" utilizaba motores montados en un eje que accionaban cada rueda directamente. El eje formaba el eje no solo de las ruedas, sino también del propio inducido del motor. Este sistema obviamente simple se había utilizado antes, pero solo para locomotoras de baja potencia con motores livianos. Como las ruedas y el eje, y en este caso también el motor, no están suspendidos por la suspensión, cualquier peso adicional aquí conduciría a malas cualidades de conducción. Para permitir su uso en estas nuevas locomotoras extremadamente potentes, el motor se dividió en dos. La armadura se formó como parte del eje, pero los postes y bobinas de campo mucho más pesados se llevaron al bastidor suspendido de la locomotora. Esto dio un paseo aceptable.
La complejidad de este sistema radica en que la armadura ahora debe poder moverse libremente hacia arriba y hacia abajo en relación con el campo, a medida que se mueve la suspensión. Con un motor de cuatro polos contemporáneo, esto variaría el espacio entre los polos en los polos superior e inferior, probablemente en la medida en que la armadura golpee las piezas polares (el recorrido de la suspensión es mucho mayor que los espacios típicos entre los polos). La solución fue volver al motor bipolar relativamente anticuado. Al colocar los polos al costado del inducido y dándoles caras verticales planas, el inducido podía moverse libremente hacia arriba y hacia abajo entre ellos. El diseño del motor era relativamente ineficiente, incluso para los estándares de la época, pero estas locomotoras fueron diseñadas para su potencia y capacidad de transporte con un generoso suministro de energía hidroeléctrica barata, en lugar de diseñadas para la eficiencia.
Principios de diseños "bipolares" incluyen la York Central Nueva 's pionera S-Motor de 1904 y más tarde T-Motor de 1913, sin embargo, el camino de Milwaukee ' s de clase EP-2 se convirtió en la clase que más se asocia con el motor bi-polar, incluso obteniendo el nombre de "Bi-Polar" para la clase.
Las locomotoras EP-2 funcionaron de manera confiable y exitosa durante 35 años. Finalmente se retiraron debido a un declive general en los ferrocarriles estadounidenses a fines de la década de 1950, el advenimiento de la energía diesel barata y, en particular, a una reconstrucción de la clase que se llevó a cabo de manera deficiente y dejó las locomotoras reconstruidas con problemas de confiabilidad.
Motores bipolares modernos
El motor bipolar todavía se usa ampliamente en la actualidad, en aplicaciones de bajo costo y potencia media, como los motores universales utilizados en electrodomésticos como batidoras de alimentos , aspiradoras y taladros eléctricos .
Estos motores son, en general, el diseño del motor de CC con escobillas con devanados de campo conectados en serie. También funcionan bien con suministros de CA y ahora se encuentran más comúnmente en tales. Ofrecen mayor par y velocidad que los motores de inducción y, por lo tanto, tienen muchas aplicaciones en las que su costo de capital y peso ligero son más importantes que su eficiencia eléctrica.
Motores de juguete
El motor bipolar simple se ha utilizado ampliamente en juguetes eléctricos, desde los primeros días de los juguetes de hojalata .
Los primeros motores de este tipo utilizaban un imán permanente de herradura simple . Los motores de lata más modernos, desde la década de 1960 en adelante, han permanecido bipolares pero, al igual que los motores industriales, han utilizado un par de imanes en forma de C más eficientes dentro de una caja circular de acero para latas.
Debido a su costo adicional y complejidad, los motores con bobinas de campo solo se han utilizado en raras ocasiones para los modelos. Una excepción bien conocida a esto fue la gama de motores 'Taycol', dirigida principalmente a modelos de barcos más grandes . [3] Estos tuvieron su apogeo en las décadas de 1950 y 1960, volviéndose obsoletos y no competitivos en precio a medida que se disponía de materiales más potentes para imanes permanentes, específicamente ferrita .
Taycol comenzó con motores de imán de herradura simples, [4] pero su verdadera especialidad eran los campos devanados. [5] La mayoría de estos usaban una sola bobina de campo transversal montada sobre el rotor. Sus gamas 'Marine' y 'Double Special' más grandes usaban un diseño de doble bobina, con dos bobinas de campo verticales montadas a los lados. [3]
Un motor similar, aunque más pequeño y mucho menos potente, fue el motor Meccano E15R. [6] [7]
La construcción de un motor bipolar simple, generalmente también con un rotor bipolar, sigue siendo un proyecto de ciencia básica popular para los niños. [8] [9]
Referencias
- ↑ Los primeros electroimanes se enrollaron con alambre de cobre desnudo, el único tipo disponible en ese momento, y se aislaron con tiras de tela colocadas sobre los devanados a medida que se enrollaban.
- ↑ a b c d Croft, Terrell (1917). Maquinaria eléctrica . McGraw-Hill. pag. 15 .
- ^ Hollingsworth, Brian; Cook, Arthur (2000). "Clase EP-2" Bipolar " ". Locomotoras modernas . págs. 40–41. ISBN 0-86288-351-2.
- ^ a b "Motores Eléctricos Marinos Modelo Taycol" . Aficionado a Taycol. Archivado desde el original el 4 de mayo de 2014.
- ^ "Motor Taycol 'Star'" . Aficionado a Taycol. Archivado desde el original el 4 de mayo de 2014.
- ^ "Motor de barco modelo Taycol Standard" . Motores de vapor y nitro.
- ^ Arup Dasgupta. "Mi motor E15R" .
- ^ "E15R" SidePlate "Motor" .
- ^ Imanes, Bombillas y Pilas . Libros de mariquita . 1962. ISBN 0-7214-0118-X.
- ^ "Un motor de CC bipolar fácil de construir - YouTube" . www.youtube.com . Consultado el 18 de diciembre de 2020 .