MOTOR DE INDUCCIÓN Y HOMOPOLAR

Andrea Aranzolo Cervantes – 19015827

Temas selectos de física

PARCIAL 1

UNIVERSIDAD DE CELAYA

6to B

Introducción de motor de inducción

Un motor de inducción es un conversor electromecánico reversible, capaz de convertir energía eléctrica en energía mecánica (energía cinética rotativa), o energía mecánica en energía eléctrica (aplicación como generador). Sin embargo, posee muchas desventajas como generador, por lo que pocas veces se utiliza como tal. Por esta razón, las máquinas de inducción se refieren a los motores de inducción. Este tipo de motor eléctrico es también denominado motor asincrónico trifásico, ya que una de sus características distintivas es que la velocidad de su campo estatórico, bajo condiciones de régimen permanente, nunca será igual a la velocidad mecánica de giro del eje del motor. (1)

Introducción de motor homopolar

El motor homopolar es una manera sencilla y muy didáctica de visualizar las consecuencias de la Fuerza de Lorentz. El primer motor de este tipo fue construido por primera vez por Michael Faraday a principios del siglo XIX (1821). Éste consistía básicamente en una pila unida a dos electrodos y con un alambre libre en uno de ellos, todo sumergido en mercurio, de manera que, al colocar un imán en las proximidades, el alambre rotaba a su alrededor mientras se mantuviera la corriente encendida. Se estaba convirtiendo por primera vez energía eléctrica en cinética. De esta manera se dio lugar al primer motor que funcionaba por medios electromagnéticos. El término homo proviene del hecho de que el campo magnético mantiene siempre la misma polaridad. Son motores de corriente continua que no tienen grandes aplicaciones en la actualidad, porque resultan ineficientes, aunque pueden usarse para diseñar máquinas rotativas (turbinas, ruedas, banas transportadoras…). El más sencillo de estos motores para desarrollar en el aula se esquematiza en la figura adjunta. (2)

Principio de funcionamiento

Los motores de inducción y homopolares son dos tipos de motores eléctricos diferentes que funcionan de manera distinta.

Funcionamiento de motor de inducción

Un motor de inducción es un tipo de motor eléctrico que funciona gracias al principio de inducción electromagnética. Estos motores tienen dos partes principales: el estator y el rotor. El estator es una parte fija que contiene los bobinados de cobre y que crea un campo magnético giratorio cuando se energiza con corriente alterna. El rotor, por su parte, es una parte móvil que se encuentra dentro del estator y que también tiene bobinados de cobre. Cuando el campo magnético del estator gira, induce corriente eléctrica en el rotor, lo que crea otro campo magnético que interactúa con el campo del estator para producir el movimiento del rotor. Los motores de inducción son muy comunes en la industria debido a su eficiencia, bajo mantenimiento y bajo costo.

El motor de inducción es un tipo de motor eléctrico que funciona mediante la interacción de un campo magnético rotativo generado por una corriente alterna en una bobina y un campo magnético fijo generado por un conjunto de imanes o por una segunda bobina. El funcionamiento del motor de inducción puede explicarse en tres etapas:

Establecimiento del campo magnético rotativo: Cuando se suministra corriente alterna a la bobina del motor de inducción, se genera un campo magnético rotativo que gira a la velocidad de la frecuencia de la corriente alterna suministrada. Este campo magnético rotativo se llama "campo giratorio" y es el campo magnético que interactúa con el campo magnético fijo para producir el movimiento del rotor.

Generación de corriente inducida: Cuando el campo magnético giratorio interactúa con el campo magnético fijo, se induce una corriente eléctrica en el rotor del motor de inducción. Esta corriente induce un campo magnético en el rotor que interactúa con el campo magnético giratorio para producir un par motor.

Funcionamiento de motor homopolar

Un motor homopolar es un tipo de motor eléctrico que utiliza un campo magnético generado por un imán permanente para hacer girar un conductor. El conductor es una pieza de metal que se encuentra dentro del campo magnético y que está conectada a un eje de rotación. Cuando se hace circular corriente eléctrica a través del conductor, se genera una fuerza que hace que el conductor gire dentro del campo magnético. Los motores homopolares no son tan comunes como los motores de inducción debido a su menor eficiencia y dificultades técnicas para construirlos, pero son utilizados en aplicaciones específicas como aceleradores de partículas y en algunos motores de alta velocidad.

El motor homopolar es un motor de baja potencia y no es muy eficiente en términos de conversión de energía eléctrica en energía mecánica. Sin embargo, es un motor simple y fácil de construir, lo que lo hace útil en algunas aplicaciones de bajo costo y baja potencia, como en juguetes y experimentos científicos.

Listado de partes de un motor inductor

Un motor de inducción es un tipo de motor eléctrico que consta de varios componentes clave que trabajan juntos para generar movimiento rotativo. Estos componentes son:

Estator: Es la parte fija del motor que contiene el núcleo y los devanados de alambre de cobre. El estator crea un campo magnético giratorio cuando se energiza con corriente alterna (CA).

Rotor: Es la parte móvil del motor que se encuentra dentro del estator y que también tiene bobinados de cobre. Cuando el campo magnético del estator gira, induce corriente eléctrica en el rotor, lo que crea otro campo magnético que interactúa con el campo del estator para producir el movimiento del rotor.

Núcleo: Es una pieza de hierro laminado que forma la estructura del estator. El núcleo está hecho de láminas de hierro eléctricamente aisladas entre sí para minimizar las corrientes parásitas.

Devanados: Son las bobinas de cobre que se encuentran en el estator y el rotor. Estos devanados son esenciales para generar los campos magnéticos necesarios para hacer funcionar el motor.

Eje: Es la pieza que conecta el rotor al equipo que se está accionando. El eje está hecho de materiales resistentes como acero endurecido o acero inoxidable.

Carcasa: Es la parte exterior del motor que protege los componentes internos. La carcasa también proporciona soporte estructural para el motor y ayuda a disipar el calor generado por el motor.

Cojinetes: Son los componentes que soportan el eje del rotor y permiten que este gire con facilidad. Los cojinetes pueden ser de bolas o de rodillos, y pueden estar lubricados con aceite o grasa para reducir la fricción y prolongar la vida útil del motor. (3)

Componentes De Un Motor Inductor

(imagen 1.1) En esta imagen se puede ver algunos de los componentes principales para poder hacer un motor inductor, entre ellas el estator, escobilla, rotor y por supuesto los imanes.

(imagen 2.1) El inducido es la parte de la máquina rotativa donde se produce la transformación de energía eléctrica en energía mecánica mediante inducción electromagnética.

Listado De Partes De Un Motor Homopolar

Un motor homopolar es un tipo de motor eléctrico que utiliza un campo magnético constante para generar un movimiento giratorio. Los componentes principales de un motor homopolar son los siguientes:

Fuente de alimentación: Es necesaria una fuente de alimentación eléctrica para suministrar la corriente eléctrica que hace funcionar el motor. En un motor homopolar, la corriente eléctrica fluye a través de una pista de metal, llamada "pista de colector", que está en contacto con el eje del motor.

Imán: Un imán permanente se coloca en el centro del motor homopolar, generando un campo magnético constante.

Bobina: La bobina es una estructura en forma de anillo que rodea al imán. La corriente eléctrica que fluye a través de la pista de colector crea un campo magnético que interactúa con el campo magnético del imán, lo que hace que la bobina gire.

Pista de colector: La pista de colector es una tira de metal que está en contacto con el eje del motor. La corriente eléctrica fluye a través de la pista de colector y a través de la bobina, lo que genera el movimiento giratorio del motor.

Eje: El eje es la parte del motor que gira, y se encuentra en contacto con la pista de colector. El eje puede estar hecho de varios materiales, como metal o plástico.

Cepillos: Los cepillos son elementos que están en contacto con la pista de colector, permitiendo que la corriente eléctrica fluya a través del motor. Los cepillos suelen estar hechos de materiales como grafito o carbón, y se desgastan con el tiempo y el uso. componentes de un motor homopolar

(Imagen 1,2)

El motor homopolar consta de tres componentes principales: una fuente de energía eléctrica, un conductor que se mueve en un campo magnético y un imán que genera el campo magnético.

(Imagen 1.2)

Cuando se aplica una corriente eléctrica a través del conductor, se genera un campo magnético alrededor del conductor. Este campo magnético interactúa con el campo magnético del imán para producir un par de torsión, que hace girar el conductor alrededor del imán.

La dirección de la corriente eléctrica en el conductor determina la dirección del campo magnético generado alrededor del conductor y, por lo tanto, la dirección del movimiento del motor. Al cambiar la dirección de la corriente eléctrica, se puede invertir la dirección del movimiento del motor.

Aplicaciones de motor de inducción

1. Ventiladores- El motor de inducción en un ventilador consta de dos partes principales: el estator y el rotor. El estator es la parte fija del motor que contiene el devanado de inducción y se encuentra en el exterior del rotor. El rotor, por otro lado, es la parte móvil del motor que contiene las barras conductoras y está ubicado en el centro del motor.(Imagen 2.1)

(Imagen 2.1)

Cuando se aplica una corriente alterna al devanado del estator, se crea un campo magnético que gira alrededor del estator. Este campo magnético interactúa con las barras conductoras del rotor y produce una corriente eléctrica en ellas. La corriente eléctrica en las barras conductoras del rotor crea un segundo campo magnético que interactúa con el campo magnético del estator, generando un par de torsión que hace girar el rotor.(Imagen 3.1)

2. Mezclador- El motor de inducción está acoplado al eje de transmisión del mezclador mediante un acoplamiento rígido o flexible. El eje de transmisión se extiende desde la parte superior del mezclador hasta la parte inferior, donde se encuentra la hélice o paletas que se utilizan para mezclar los materiales. (imagen 4.1)

Cuando se aplica una corriente alterna al devanado del estator del motor de inducción, se crea un campo magnético que gira alrededor del estator. Este campo magnético interactúa con las barras conductoras del rotor y produce un par de torsión que hace girar el rotor y, por lo tanto, el eje de transmisión y las paletas.(imagen 5.1)

3. Bomba de agua- La bomba de agua consta de dos partes principales: el motor y la bomba. El motor de inducción está conectado directamente a la bomba y consta de un estator y un rotor. El estator es la parte fija del motor que contiene el devanado de inducción y se encuentra en el exterior del rotor. El rotor es la parte móvil del motor que contiene las barras conductoras y está ubicado en el centro del motor. (imagen 6.1)

Cuando se aplica una corriente alterna al devanado del estator, se crea un campo magnético que gira alrededor del estator. Este campo magnético interactúa con las barras conductoras del rotor y produce un par de torsión que hace girar el rotor. El rotor está conectado directamente al impulsor de la bomba, que se encarga de mover el agua. A medida que el rotor gira, las barras conductoras cortan el campo magnético del estator y se genera una fuerza electromotriz que se opone a la corriente en el devanado del estator. Esta fuerza electromotriz se llama fuerza contraelectromotriz (fem) y reduce la corriente en el devanado del estator. Como resultado, el motor de inducción en una bomba consume menos energía y es más eficiente energéticamente.(imagen 7.1)

Aplicación de motores homopolares

1. Disco duro- Los motores homopolares se utilizan en los discos duros para accionar los cabezales de lectura/escritura. Un disco duro consta de uno o más discos magnéticos que giran a alta velocidad y un brazo que se mueve hacia adentro y hacia afuera para leer y escribir datos en la superficie del disco. El motor homopolar se utiliza para controlar el movimiento del brazo y mantenerlo en la posición correcta para leer y escribir datos.(imagen 2.2)

El motor homopolar en un disco duro consiste en un imán permanente y un conductor eléctrico, que se montan en el brazo del disco duro. El imán permanente proporciona un campo magnético fijo y el conductor eléctrico es un bobinado que se mueve dentro del campo magnético. Cuando se aplica una corriente eléctrica al conductor, se genera una fuerza que hace que el brazo del disco duro se mueva hacia adentro o hacia afuera.(imagen 3.2)

2. Generadores portátiles- El motor homopolar utilizado en los generadores eléctricos es similar al utilizado en los discos duros, pero en este caso, en lugar de controlar el movimiento de un brazo, se utiliza para generar una corriente eléctrica. El motor homopolar en un generador eléctrico consta de un imán permanente y un conductor eléctrico que se mueve dentro del campo magnético del imán. Cuando se aplica una fuerza mecánica al conductor, se mueve dentro del campo magnético y se genera una corriente eléctrica en el conductor. La dirección de la corriente depende de la dirección del movimiento del conductor y se puede controlar ajustando la dirección de la fuerza mecánica aplicada. (imagen 4.2)

Para aumentar la eficiencia de un generador homopolar, se utilizan varios conductores eléctricos montados en un tambor o disco que gira dentro del campo magnético. Esto permite que se generen múltiples corrientes eléctricas al mismo tiempo, lo que aumenta la cantidad de energía eléctrica producida. Además, se puede ajustar la velocidad del tambor o disco para controlar la cantidad de energía eléctrica producida. (imagen 5.2)

3. Generador de radio frecuencia- El motor homopolar se puede utilizar en un generador de radiofrecuencia como fuente de energía mecánica para producir señales de alta frecuencia. En este caso, el motor homopolar se utiliza como un tipo de generador de corriente continua, que a su vez se utiliza para alimentar el circuito del generador de radiofrecuencia.(imagen 6.2)

El funcionamiento del motor homopolar en un generador de radiofrecuencia es similar al funcionamiento en un generador eléctrico convencional. El motor consta de un imán permanente y un conductor eléctrico que se mueve dentro del campo magnético del imán. Cuando se aplica una fuerza mecánica al conductor, se mueve dentro del campo magnético y se genera una corriente eléctrica en el conductor. En el caso del generador de radiofrecuencia, la corriente eléctrica producida por el motor homopolar se utiliza para alimentar un oscilador electrónico, que a su vez produce una señal de alta frecuencia. Esta señal se puede amplificar y modular para producir diferentes tipos de señales de radiofrecuencia.

(Imagen 6.2)

Imagenes Ilustrativas

Motor de inducción

Materiales

• Alambre de cobre esmaltado

• Pila de 1.5v

• Iman de neodimio

• Cinta aislante

Pasos para la elaboración

1. se toma el alambre de cobre esmaltado dándole y se enrrolla dependiendo del tamaño de6 a 8 veces (imagen 8.1) y se raspa para quita el esmalte de la parte de abajo en los extemos, no se le quita en el circulo.

(imagen 8.1)

2. se toma una pila, puede ser AA o mas grande y se le ponen los seguros a los lados, que queden pegados muy bien a ambos polos de la pila, con ayuda de cinta aislante. (imagen 9.1)

(imagen 9.1)

3. ya armado se le pone el alambre ya armado anteriormente, y se pone el imán en una posición en donde gire. (imagen 10.1)

Motor homopolar

(imagen 10.1)

Materiales

• Alambre de cobre esmaltado

• Iman de neodimio

• Pila AAA o AA

Procedimiento

1. se le hace una espiral a el alambre de cobre esmaltado y se le pulen los extremos hasta quitar el esmalte, solo las partes que tocan con el iman (imagen 7.2)

(imagen 7.2)

2 Se le pone el alambre que toque perfectamente el iman(8.2) por la parte de debajo de la pila, y el polo positivo de la pila, este comenzara a girar. (9.2)

(8.2)

(9.2)

Conclusiones

Al construir estos motores, me di cuenta que no eran tan fáciles como pensé, al construir un motor homopolar, tuve una comprensión más profunda de cómo funciona este tipo de motor y de los principios físicos que lo rigen. Además, es una actividad divertida y educativa que puede ser realizada por personas de todas las edades La construcción de un motor homopolar es una tarea relativamente sencilla que requiere pocos materiales y herramientas, comprendí que el funcionamiento del motor homopolar se basa en la interacción entre el campo magnético producido por un imán y la corriente eléctrica que fluye a través de un conductor.

Con el motor de inducción, fue fundamental para aprender sobre los principios de la electricidad y la mecánica. Aunque un motor de inducción no es tan eficiente ni poderoso como los motores de inducción industriales, el construirlo fue una actividad instructiva para estudiantes y interesados en la tecnología. La construcción de este motor requiere una serie de materiales y herramientas que pueden ser fácilmente adquiridos en una tienda de electrónica o ferretería. El motor de