Dinamo bipolar
Dinamo bipolar. Se denomina dinamo, a una máquina de corriente continua que transforma la energía mecánica en eléctrica, en forma tal que se obtiene una corriente y una tensión constantes. A1 igual que todas las máquinas eléctricas, una dinamo es reversible funciona, bien sea como generatriz o como Motor eléctrico.
Sumario
Principio de la dinamo bipolar
Una dinamo bipolar está esencialmente constituida por cilindro de hierro dulce (rotor), que lleva los conductores dispuestos según sus generatrices y que giran en el campo creado por un conjunto de dos polos N y S fijos (inductor). Consideremos una espira A B C D E F, formada por dos conductores situados sobre las bases del cilindro de hierro dulce, denominamos conductor de ida al conductor BC unido con el origen de la espira, y de retorno al DE unido con el extremo. Cuando el rotor gira, la espira atravesada por un flujo variable Θ es el medio en que se produce una fuerza electromotriz, se anula cuando el flujo es máximo o mínimo, es decir, cuando la espira pasa por la línea L' L equidistante de los dos polos. Esta es máxima o mínima cuando la espira tiene la dirección NS de los polos. Sobre el rotor se disponen, distribuidas de una manera regular, espiras semejantes a la ABCDEF. Todas las espiras constituyen la sede en donde se desarrollan f. e. m (Fuerza electromotriz), alternas de la misma frecuencia, pero desfasadas entre sí el tiempo necesario para que cada espira sea remplazada, en su posición relativa por la siguiente. Unamos todas las espiras en serie. Las que tienen el origen a la izquierda de la línea L' L denominada línea neutra son el medio en donde se desarrollan corriente de sentido cuando pasa el plano de las mismas por la línea neutra y que son el medio en donde se desarrollan f.e.m. de sentido opuesto al precedente. Ver la figura a continuación.
Cuando el inducido gira, tendremos siempre la misma configuración entre las escobillas y la tensión que se produce entre L' y L será de valor constante. Expresado de otra manera: cada espira es el medio en donde se desarrolla una fuerza electromotriz alterna, pero queda modificado permanentemente el agrupamiento de las espiras con lo que se logra tener entre dos puntos fijos una tensión de valor constante. Si los puntos L' y L no quedan unidos a ningún circuito exterior, ninguna corriente circula en la máquina puesto que, por razones de simetría, en cada instante, la suma de las f. e. m (Fuerza electromotriz). De las espiras cuyo origen se encuentra a la izquierda de L' L es opuesta a la suma de las f. e. m (Fuerza electromotriz). de las espiras cuyo origen se encuentra a la derecha de L' L. Si los puntos L' y L están unidos a un circuito exterior, los dos grupos de espiras, denominados vías de los arrollamientos, desarrollan en paralelo en el circuito exterior una corriente constante. Se obtiene por lo tanto un generador de corriente continua.
El colector
La solución que consiste en hacer frotar las escobillas sobre una parte desnuda de los conductores de ida no es viable desde el punto de vista mecánico. Por ello se reúnen en un punto los conductores de ida, en el origen de las espiras, con una lámina de cobre rojo, aisladas entre sí por laminillas de mica y dispuestas sobre un cilindro colocado sobre el mismo árbol que el cilindro que lleva las espiras. A este órgano sobre el cual frotan las escobillas se le denomina colector.
En la figura de la derecha los conductores de ida con el signo ¤ y los de retorno con el signo Ө. El conductor de retorno y el de ida de una espira, son diametralmente opuestos, y quedan alojados el uno debajo del otro en el mismo alveolo del rotor y el de retorno en el fondo de la muesca. Antes de colocarlas en su lugar, se forman las espiras en sus plantillas. Una vez colocadas en el alvéolo correspondiente, el conductor de ida se une a una lámina del colector por una prolongación, a la que se le denomina aleta, y el de retorno se une a la lámina siguiente, lo que asegura la puesta en serie de las diferentes espiras. Es a veces imposible disponer de tantas láminas en el colector como espiras. En estos casos el arrollamiento del inducido es dividido en grupos de espiras, denominados secciones. Cada lámina queda soldada al hilo que establece la unión entre el terminal de una sección y el comienzo de la siguiente. Las escobillas están constituidas por bloques de grafito, en forma de paralelepípedos o de cilindros. Estos son sostenidos por monturas, en general metálicas, denominadas porta-escobillas.
Fuerza electromotriz de una dinamo bipolar
Una dinamo bipolar es equivalente a dos series de pilas montadas en paralelo. La f. e. m (Fuerza electromotriz) de la dinamo es, en consecuencia, igual a la suma de las fuerzas electromotrices inducidas en las espiras cuyos orígenes se encuentran situados a un mismo lado de la línea neutra (por ejemplo, a la izquierda). Como esta f. e. m (Fuerza electromotriz). Es constante, es también igual a la suma de las f. e. m (Fuerza electromotriz), medias de las diferentes espiras durante todo el tiempo que permanecen a un mismo lado de la línea neutra. Si el rotor gira con una velocidad de N vueltas por segundo. Si el rotor gira con un movimiento uniforme a la velocidad de N v/s, 0 = 2ΠNt. La curva representativa de la f. e. m (Fuerza electromotriz) que desarrolla en un conductor periférico, se deduce por un cambio de escala de la curva Bn en función del ángulo 0. Es de hacer notar, que la f. e. m (Fuerza electromotriz). Cambia de sentido, al igual que la inducción, en la línea neutra. L` a L fuerza electromotriz media inducida cuando el conductor pasa de L´ a L. Una espira los conductores queda asociados de tal manera que, en cada instante, f. e. m (Fuerza electromotriz), tienen el mismo valor y se suman (conductores diametralmente opuestos). El colector permite agrupar en cada momento las espiras en dos series tales que en cada una de ellas las f. e. m (Fuerza electromotriz) inducidas tienen el mismo sentido; las dos series quedan conectadas en un consumo en paralelo en el circuito externo. Las escobillas estaban situadas sobre la línea neutra y hemos encontrado que en este caso f. e. m (Fuerza electromotriz) de la generatriz no dependía más que del flujo máximo abarcado por las espiras, cualquiera que fuese la manera de estar el campo distribuido. Si las escobillas tienen un desfase a sobre la línea neutra, la f. e. m (Fuerza electromotriz) depende de la manera en que se haga esta distribución de las misma.
Par electromagnético
Cuando una generatriz consume una corriente se producen fuerzas electromotrices en los conductores. De acuerdo con la ley de LENZ, estas fuerzas crean un par resistente al que se opone el par motor del dispositivo de arrastre de la máquina. En régimen permanente, si se prescinde del par resistente, debido las pérdidas (frotamiento, corrientes de Foucault, histéresis), el par necesario para el arrastre de la generatriz es, en valor absoluto, igual al constituido por las fuerzas electromotrices que se ejercen sobre los conductores. El principio de la conservación de la energía, escribiendo que la potencia eléctrica que se desarrolla en los arrollamientos es igual a la potencia mecánica que se absorbe (potencia debida al par electromagnético).
Se tiene: P = El = 2Π NC y, teniendo en cuenta que E = N nΘ.
Como la corriente tiene el mismo sentido que la fuerza electromotriz inducida en el funcionamiento en generatriz, esta fuerza está dirigida en sentido inverso al del movimiento. Su sentido no cambia a su paso por la línea neutra (donde se anula su valor). Puesto que:
cambia de sentido al mismo tiempo.
En un ángulo dӨ la cantidad de conducores es n (dθ/2Π)
El momento del par que se ejerce sobre los hilos es:
Fuentes
Jacques Thurin. Funcionamiento y empleo de las máquinas eléctricas. Editorial GREFOL, 1975, Pág. 37-44.
