el electromagnetismo-la relación entre electricidad y magnetismo – es el principio subyacente para el funcionamiento de motores eléctricos, así como generadores y transformadores. Y aunque la mayoría de Nosotros no estamos diseñando motores (o generadores o transformadores) desde cero, es útil tener una comprensión básica de los conceptos y las leyes que impulsan su operación.,
los fundamentos del electromagnetismo se establecen en las ecuaciones de Maxwell, un conjunto de cuatro ecuaciones desarrolladas por James Clerk Maxwell a principios de la década de 1860. en este artículo, veremos la Ley de Faraday de la inducción electromagnética, que forma la base de una de las ecuaciones de Maxwell. También veremos la Ley de Lenz, que mantiene la Ley de Faraday bajo control.,
la Ley de inducción electromagnética de Faraday
Michael Faraday descubrió la relación entre los campos magnéticos y la electricidad (electromagnetismo) en la década de 1830, y aunque Faraday hizo muchas contribuciones al estudio de la electricidad y el magnetismo, una de las más importantes es la Ley de inducción electromagnética de Faraday, que establece:
cualquier cambio en el entorno magnético de una bobina de alambre (un conductor) causará que se induzca un voltaje (EMF) en la bobina. Y si la bobina (circuito conductor) está cerrada, la corriente fluirá.,
la causa del cambio en el entorno magnético no importa-podría ser causada por cambiar la fuerza del campo magnético, moviendo el imán hacia y lejos de la bobina, moviendo la bobina dentro y fuera del campo magnético, o girando la bobina en relación con el campo magnético. Mientras haya un movimiento relativo entre el campo magnético y la bobina, se inducirá un voltaje.,
la expresión matemática para la Ley de Faraday de inducción electromagnética muestra que el voltaje inducido es igual al número de vueltas en la bobina multiplicado por el cambio basado en el tiempo del flujo magnético.,
ε = EMF inducido (V)
N = Número de vueltas de la bobina
Φ = flujo magnético (WB, v·s)
t = time (s)
tenga en cuenta que el flujo magnético (φ) es el producto del campo magnético (B) y el área de la bobina (a): φ = BA
la ley de Lenz
el signo negativo («-«) en el lado derecho de la ecuación anterior proviene de la ley de Lenz e indica que en una dirección opuesta al flujo magnético.,
La Ley de Lenz asegura que la Ley de Faraday se adhiere al principio de que la energía debe conservarse, afirmando que:
Cuando el emf (voltaje) es generado por un cambio en el flujo magnético, la polaridad del emf inducido genera una corriente cuyo campo magnético está en una dirección se opone al cambio que lo produjo (el campo magnético original).
En otras palabras, el campo magnético inducido siempre trabaja para mantener el flujo magnético constante., Si el flujo magnético disminuyera, el campo magnético creado por la corriente inducida se sumaría a él. Y si el flujo magnético aumentara, el campo magnético creado por la corriente inducida se restaría de él. En ambos casos, el flujo magnético total permanece constante.
asimismo, el campo electromagnético inducido se opondrá al cambio que lo creó. En otras palabras, el emf inducido (voltaje) estará en una dirección opuesta al voltaje que lo creó. En un motor, esto significa que el emf inducido (comúnmente conocido como emf trasero) se opone a la tensión de alimentación.,
Supply = 195 v
back emf = -45 v
Net voltage in circuit (V = IR) = 10 * 15 = 150 V
195 V + -45 V = 150 V
back EMF está directamente relacionado con la velocidad del motor: cuando la velocidad del motor aumenta, también lo hace back EMF, y viceversa. Esta es la razón por la que, por ejemplo, las características de par y velocidad de un motor de CC tienen una relación inversa y lineal.
a medida que aumenta la carga (par) en el motor, el motor se ralentiza., Cuanto más lento gira el motor, menor es el emf trasero (opuesto al voltaje de alimentación) y menor es el voltaje que usa el motor solo para superar este emf trasero. Por lo tanto, el voltaje y la corriente a través del motor aumentan. Esta corriente adicional permite que el motor produzca el par extra que necesita para recuperar su velocidad con el aumento de la carga.
Diagrama de circuito y ejemplo tomado de Nueva Gales del Sur, Departamento de Educación y capacitación, 2007.