Un campo magnético giratorio es el campo magnético resultante producido por un sistema de bobinas colocadas simétricamente y alimentadas con corrientes polifásicas . [1] Un campo magnético giratorio puede ser producido por una corriente polifásica (dos o más fases) o por una corriente monofásica siempre que, en este último caso, se alimenten dos devanados de campo y estén diseñados de manera que los dos magnéticos resultantes los campos generados por ello están desfasados. [2]
Los campos magnéticos giratorios se utilizan a menudo para aplicaciones electromecánicas , como motores de inducción , generadores eléctricos y reguladores de inducción .
Historia
En 1824, el físico francés François Arago formuló la existencia de campos magnéticos giratorios utilizando un disco de cobre giratorio y una aguja, denominados " rotaciones de Arago ". Los experimentadores ingleses Charles Babbage y John Herschel descubrieron que podían inducir la rotación en el disco de cobre de Arago haciendo girar un imán en forma de herradura debajo de él, y el científico inglés Michael Faraday más tarde atribuyó el efecto a la inducción electromagnética . [3] En 1879, el físico inglés Walter Baily reemplazó los imanes de herradura con cuatro electroimanes y, al encender y apagar manualmente los interruptores, demostró un motor de inducción primitivo. [4] [5] [6] [7] [8]
La aplicación práctica de un campo magnético giratorio en un motor de CA se atribuye generalmente a dos inventores, el físico e ingeniero eléctrico italiano Galileo Ferraris , y el inventor e ingeniero eléctrico serbio-estadounidense Nikola Tesla . [9] Tesla afirmó en su autobiografía que la idea se le ocurrió en 1882 cuando caminaba por un parque, dibujándolo en la arena para ilustrarle a un amigo cómo funcionaba. [10] Ferraris escribió sobre la investigación del concepto y construyó un modelo funcional en 1885. [11] En 1888, Ferraris publicó su investigación en un artículo para la Real Academia de Ciencias de Turín y Tesla obtuvo una patente de los Estados Unidos ( Patente de los Estados Unidos 0,381,968 ). por su diseño.
Descripción
El campo magnético giratorio es el principio clave en el funcionamiento de las máquinas de inducción . El motor de inducción consta de un estator y un rotor . En el estator se dispone un grupo de devanados fijos de modo que una corriente bifásica, por ejemplo, produce un campo magnético que gira a una velocidad angular determinada por la frecuencia de la corriente alterna . El rotor o armadura consta de bobinas enrolladas en ranuras, que están en cortocircuito y en las que el flujo cambiante generado por los polos de campo induce una corriente. El flujo generado por la corriente del inducido reacciona sobre los polos de campo y el inducido se pone en rotación en una dirección definida. [2]
Se puede producir un campo magnético giratorio simétrico con tan solo dos bobinas devanadas polares impulsadas en fases de 90 grados . Sin embargo, casi siempre se utilizan tres juegos de bobinas, porque es compatible con un sistema de corriente sinusoidal de CA trifásico simétrico . Las tres bobinas se accionan con cada conjunto 120 grados en fase de los demás. A los efectos de este ejemplo, se considera que el campo magnético es la función lineal de la corriente de la bobina.
El resultado de agregar tres ondas sinusoidales en fase de 120 grados en el eje del motor es un solo vector giratorio que siempre permanece constante en magnitud. [13] El rotor tiene un campo magnético constante. El polo norte del rotor se moverá hacia el polo sur del campo magnético del estator y viceversa. Esta atracción magnetomecánica crea una fuerza que impulsará al rotor a seguir el campo magnético giratorio de manera sincrónica .
Un imán permanente en tal campo girará para mantener su alineación con el campo externo. Este efecto se utilizó en los primeros motores eléctricos de corriente alterna. Se puede construir un campo magnético giratorio utilizando dos bobinas ortogonales con una diferencia de fase de 90 grados en sus corrientes alternas. Sin embargo, en la práctica, dicho sistema se suministraría a través de una disposición de tres cables con corrientes desiguales. Esta desigualdad causaría serios problemas en la estandarización del tamaño del conductor. Para superar esto, se utilizan sistemas trifásicos en los que las tres corrientes son iguales en magnitud y tienen una diferencia de fase de 120 grados. Tres bobinas similares que tienen ángulos geométricos mutuos de 120 grados crearán el campo magnético giratorio en este caso. La capacidad del sistema trifásico para crear el campo giratorio utilizado en los motores eléctricos es una de las principales razones por las que los sistemas trifásicos dominan los sistemas de suministro de energía eléctrica del mundo.
Los campos magnéticos giratorios también se utilizan en motores de inducción. Debido a que los imanes se degradan con el tiempo, los motores de inducción utilizan rotores en cortocircuito (en lugar de un imán), que siguen el campo magnético giratorio de un estator de múltiples bobinas. En estos motores, las vueltas del rotor en cortocircuito desarrollan corrientes parásitas en el campo giratorio del estator, que a su vez mueven el rotor mediante la fuerza de Lorentz . Estos tipos de motores no suelen ser síncronos, sino que implican necesariamente un grado de "deslizamiento" para que la corriente pueda producirse debido al movimiento relativo del campo y el rotor.
Ver también
- Teoría del dínamo
- Matriz de Halbach , un campo magnético que gira espacialmente
- Motor lineal
- Agitador magnético
- Motor de polo sombreado
- Rotor de jaula de ardilla
- Motor sincrónico
- Huevo de Colón de Tesla
- Cronología de motores y tecnología de motores
- Guerra de las corrientes
Referencias
- ^ Graham, Frank Duncan (1921). Guía de ingenieros y mecánicos de Audels . Nueva York: THEO. AUDEL & CO. Pág. 594.
- ^ a b La era inalámbrica . 6 . Nueva York: Macroni Pub. Corp'n. Octubre de 1918. págs. 18-19.
- ^ Carlson, W. Bernard (2013). Tesla: inventor de la era eléctrica . Prensa de la Universidad de Princeton. págs. 52–54. ISBN 978-1400846559.
- ^ Carlson, W. Bernard (2013). Tesla: inventor de la era eléctrica . Prensa de la Universidad de Princeton. pag. 55. ISBN 978-1400846559.
- ^ Babbage, C .; Herschel, JFW (enero de 1825). "Relato de la repetición de los experimentos de M. Arago sobre el magnetismo manifestado por diversas sustancias durante el acto de rotación" . Transacciones filosóficas de la Royal Society . 115 : 467–496. Código Bibliográfico : 1825RSPT..115..467B . doi : 10.1098 / rstl.1825.0023 . Consultado el 2 de diciembre de 2012 .
- ^ Thompson, Silvanus Phillips (1895). Corrientes eléctricas polifásicas y motores de corriente alterna (1ª ed.). Londres: E. & FN Spon. pag. 261 . Consultado el 2 de diciembre de 2012 .
- ^ Baily, Walter (28 de junio de 1879). "Un modo de producir la rotación de Arago" . Revista Filosófica . Taylor y Francis. 3 (1): 115–120. Código Bibliográfico : 1879PPSL .... 3..115B . doi : 10.1088 / 1478-7814 / 3/1/318 .
- ^ Vučković, Vladan (noviembre de 2006). "Interpretación de un descubrimiento" (PDF) . La revista serbia de ingenieros eléctricos . 3 (2) . Consultado el 10 de febrero de 2013 .
- ^ Hughes, Thomas Parke (1983). Redes de poder: electrificación en la sociedad occidental, 1880-1930 . Baltimore: Prensa de la Universidad Johns Hopkins. pag. 117.
- ^ O'Neill, John. Genio pródigo: La vida de Nikola Tesla . págs. 55–58.
- ^ Enciclopedia Americana: Meyer a Nauvoo . 12 . Danbury, Connecticut: Scholastic Library Pub. 2006. p. 558.
- ^ Estados Unidos, Oficina de Personal Naval (1945). Trabajo Avanzado en Electricidad Aeronáutica . Washington: Gobierno de EE. UU. Impresión. Apagado. págs. 149-150.
- ^ Producción de campo magnético giratorio , | electricaleasy.com
Este artículo incorpora texto de una publicación que ahora es de dominio público : La era inalámbrica . Nueva York, Marconi Pub. Corporación. 1918.
Otras lecturas
- C Mackechnie Jarvis (1970). "Nikola Tesla y el motor de inducción". Phys Educ . 5 (5): 280–7. Código Bibliográfico : 1970PhyEd ... 5..280M . doi : 10.1088 / 0031-9120 / 5/5/306 .
- Owen, EL (octubre de 1988). "El pasado histórico del motor de inducción". Potenciales IEEE . 7 (3): 27–30. doi : 10.1109 / 45.9969 . S2CID 19271710 .
- Beckhard, Arthur J., "El genio eléctrico Nikola Tesla". New York, Messner, 1959. LCCN 59007009 / L / AC / r85 (ed. 192 p .; 22 cm .; biografía con notas sobre las invenciones de los motores de campo magnético giratorio para corriente alterna).
- Kline, R. (1987). "Teoría de la ciencia y la ingeniería en la invención y el desarrollo del motor de inducción, 1880-1900". Tecnología y Cultura . 28 (2): 283–313. doi : 10.2307 / 3105568 . JSTOR 3105568 .
- Cēbers, A. (13 de diciembre de 2002). "Dinámica de una gota magnética alargada en un campo giratorio". Phys. Rev. E . 66 (6): 061402. Código Bibliográfico : 2002PhRvE..66f1402C . doi : 10.1103 / PhysRevE.66.061402 . PMID 12513280 .
- Cēbers, A. e I. Javaitis (2004). "Dinámica de una cadena magnética flexible en un campo magnético giratorio". Phys. Rev. E . 69 (2): 021404. Código Bibliográfico : 2004PhRvE..69b1404C . doi : 10.1103 / PhysRevE.69.021404 . PMID 14995441 .
- Cēbers, A. y M. Ozols (2006). "Dinámica de una partícula magnética activa en un campo magnético giratorio". Phys. Rev. E . 73 (2): 021505. Código Bibliográfico : 2006PhRvE..73b1505C . doi : 10.1103 / PhysRevE.73.021505 . PMID 16605340 .
- Tao Song; et al. (Junio de 2004). "Sistema de exposición a campos magnéticos permanentes rotativos para estudio in vitro". Transacciones IEEE sobre superconductividad aplicada . 14 (2): 1643–6. Código Bib : 2004ITAS ... 14.1643S . doi : 10.1109 / TASC.2004.831024 .
- Labzovskii, LN, AO Mitrushchenkov y AI Frenkel, " Corriente no conservadora de paridad en conductores de electricidad ". 6 de julio de 1987. (ed., Muestra que la corriente continua surge bajo la influencia del campo magnético giratorio).
- Serie de capacitación en ingeniería eléctrica naval, Módulo 05 - Introducción a generadores y motores, Capítulo 4 Motores de corriente alterna, campos magnéticos giratorios (ed. Hay disponible una copia diferente del libro NEETS, versión sin agregar )
- Campo magnético giratorio , eng.ox.ac.uk
- Autobiografía de Tesla, III. Mis esfuerzos posteriores; El descubrimiento del campo magnético giratorio
- Nikola Tesla y el motor electromagnético , Inventor del archivo de la semana.
- Galileo Ferraris: el campo magnético giratorio
- Motores de inducción monofásicos
- HY Guo, AL Hoffman, D. Lotz, SJ Tobin, WA Reass, LS Schrank y GA Wurden, The Rotating Magnetic Field Oscillator System for Current Drive in the Translation, Confinement and Sustainment Experiment , 22 de marzo de 2001.
- Putko, VF y VS Sobolev, Efecto de un campo magnético giratorio sobre las características de un generador de plasma de corriente continua .
enlaces externos
- Campo magnético giratorio : conferencia interactiva
- Animación de campo giratorio (video de YouTube)
- " Campos magnéticos giratorios ". Publicación integrada.
- " Motor de inducción - Campos giratorios ".
Patentes
- Patente de EE.UU. 0,381,968 , Tesla, "Motor electromagnético".
- Patente de EE.UU. 3.935.503 , Ress, "Acelerador de partículas".