Para comenzar nuestros estudios sobre Máquinas Eléctricas, introduzcamos algunas definiciones y establezcamos algunas principios básicos del Electromagnetismo. Cabe señalar que hay varios tipos de motores, y en este sitio estamos interesados ​​en motores de corriente continua, motores de inducción y los principios básicos de los motores Sincrónico. A partir del conocimiento de este tipo de motores, es muy fácil entender los otros tipos existentes, porque casi todos se derivan de los mencionados anteriormente.

El estudio del Electromagnetismo trae consigo una teoría muy compleja si queremos ser exactos. Por lo tanto, en la práctica, es deseable simplificar el problema haciendo algunas simplificaciones que conducen a resultados muy satisfactorios y muy cercanos a los valores exactos. Así por ejemplo, en el estudio de las Máquinas Eléctricas, algunas magnitudes son tales que el término de el desplazamiento en las ecuaciones de Maxwell puede ignorarse sin perjuicio de la resultado final. Este término toma en cuenta los campos magnéticos producidos en el espacio por campos eléctricos variables en el tiempo, y estrechamente asociado con la producción de ondas electromagnéticas.

En el transcurso de este estudio nos encontraremos con varias definiciones y símbolos para designar el variables Entonces, a continuación se muestra una lista de los principales.

Para comenzar el estudio de las máquinas eléctricas, comencemos introduciendo el concepto de Máquina CC lineal, ya que sigue los mismos principios y presenta el mismo comportamiento que la generadores y motores reales.

Básicamente, una máquina lineal de CC consta de una batería, una resistencia y un interruptor conectado a un par de pistas sin fricción. A lo largo de las pistas hay un campo magnético constante de densidad uniforme y orientado en la página. Una barra de metal conductor se asienta sobre los rieles, tener libertad de movimiento a lo largo de los rieles. Se muestra un esquema básico de esta máquina. en Figura 101-01.

El comportamiento de esta máquina se puede determinar aplicando cuatro ecuaciones básicas a la máquina. Las ecuaciones son las siguientes:

eq. 101-01

eq. 101-02

eq. 101-03

eq. 101-04

Usamos estas cuatro ecuaciones como herramientas para analizar el comportamiento básico de esta máquina de cd.

  2.1.1  Puesta en marcha de la máquina de CC lineal

Cerrando la llave, podemos poner en marcha esta máquina. Así, cuando cerremos la llave, habrá un corriente que fluye a través del circuito y podemos determinar su valor usando la ley de Kirchhoff de voltajes, o sea

Inicialmente, la barra está en reposo, por lo que ε_ind = 0, y la ecuación que se muestra arriba se reduce a I = V/R. Por lo tanto, la corriente fluirá hacia abajo a través de la barra y cerrará el circuito a través de los rieles. Sin embargo, sabemos que una corriente que fluye a través de un alambre conductor inmerso en un campo magnético induce una fuerza en el alambre, dado por eq. 101-01. Como recordatorio, tenemos:

Y esa fuerza está dirigida a la derecha. Por lo tanto, según la ley de Newton, la barra acelerará hacia la derecha. Pero al acelerar, la barra gana velocidad y se le inducirá un voltaje. La polaridad positiva de El voltaje inducido en la barra está en la parte superior de la barra. Por lo tanto, la corriente fluye a través del circuito en el sentido de las agujas del reloj. Como vimos en el ítem anterior, el voltaje inducido, para el caso de la Figura 101-01, viene dado por eq. 101-02. A medida que crece el voltaje inducido debido al movimiento de la barra, analizando eq. 101-05 concluimos que la corriente a través del circuito disminuye. Eventualmente, como resultado de esta acción, la barra alcanzará una velocidad constante de estado estacionario, tal que la fuerza neta sobre la barra se convierte en cero. Esto ocurrirá cuando ε_ind ha crecido hasta igualar el voltaje de la batería, V. La barra seguirá moviéndose indefinidamente a velocidad de estado estacionario mientras no haya carga, a menos que alguna fuerza externa venido a molestarla.

Este es precisamente el comportamiento observado al arrancar motores reales.

  2.1.2 La Máquina Lineal de CC como Motor

Supongamos que inicialmente la máquina lineal está operando en estado estable sin carga actuando sobre ella. Ahora imaginemos que se aplica una fuerza a la barra, a la que llamamos F_carga, en el sentido de oponerse a la su movimiento. La aplicación de esta fuerza dará como resultado una fuerza neta sobre la barra en la dirección opuesta del movimiento, es decir, F_liq = F_cargar - F_hilo. Como consecuencia, la fuerza hará que la barra baje su velocidad. Sin embargo, tan pronto como la barra comienza a desacelerarse, el voltaje inducido en la barra cae, y a medida que el voltaje inducido disminuye, el flujo de corriente en la barra aumenta, según eq. 101-05. Por tanto, la fuerza inducida en la barra también aumenta. El efecto total de todos estos eventos es que la fuerza inducida crece hasta que se vuelve igual y opuesta a la fuerza de carga y la barra comienza a moverse de nuevo en un estado estable, pero con una velocidad más lenta. Ahora, hay una fuerza inducida en la dirección del movimiento de la barra. La energía también se está convirtiendo de forma eléctrica a la forma mecánica para mantener la barra en movimiento. Y cómo se convierte la energía de forma eléctrica a forma mecánica, por lo que está funcionando como un motor. Podemos expresar esta potencia de la siguiente manera: