La máquina de CC y el colector
¿Cuándo conmutar para obtener CC fuera?
La fem dentro de la bobina es alterna y cambia de signo cada media vuelta. Elige con las pestañas entre tres momentos en que las escobillas intercambian su conexión con la bobina, y la forma de onda superior pasa a ser la tensión que aparece en los terminales externos; en qué momento los terminales ven tensión de un solo sentido es la pregunta de esta lección.
La FEM de un conductor giratorio es CA
Cuando una bobina gira en un campo magnético, el flujo que la enlaza cambia con el ángulo de giro, y la fem inducida es e = -dΦ/dt. La fem es máxima cuando un conductor corta las líneas de campo lo más rápido posible y vale 0 cuando se mueve paralelo a ellas. Tras media vuelta, el sentido de movimiento del conductor respecto al campo se invierte, y el signo de la fem también, así que la fem dentro de la bobina es alterna por naturaleza. Si se saca con dos anillos rozantes en lugar de un conmutador, esta alterna sale tal cual: eso es un alternador.
El colector invierte la conexión en el cruce por cero
El conmutador es un anillo partido en dos que gira con la bobina. Las escobillas fijas pasan al siguiente segmento en el instante en que el plano de la bobina queda perpendicular al campo, cuando el flujo enlazado es máximo y la fem vale 0, y justo en ese momento se intercambia la conexión con el exterior. Aunque la fem de la bobina vaya hacia negativo, la conexión ya se invirtió, así que los terminales externos ven siempre la misma polaridad. Como el cambio se hace cuando la fem vale 0, las chispas son pequeñas, y por eso las escobillas se colocan en esta posición, el eje neutro. Hoy muchos motores son sin escobillas: hacen el mismo cambio con sensores que miden la posición del rotor e interruptores semiconductores en lugar de escobillas y conmutador.
Más conductores dan CC más suave y mayor FEM
Una sola bobina pulsa mucho, como |sin θ|. Al añadir ranuras y delgas para que se solapen muchas bobinas, sus pulsos, cada uno con una fase distinta, se suman en una continua casi lisa, y la fem media también crece. En resumen, la fem inducida media es E = (P Φ Z N) / (60 a), donde P es el número de polos, Φ el flujo por polo, Z el número total de conductores, N la velocidad en revoluciones por minuto y a el número de ramas en paralelo.
De vuelta a la primera pantalla
El exterior vio tensión de un solo sentido solo cuando la conexión se cambió en el paso por cero. Sin cambiarla salía la alterna tal cual, y al cambiarla en mal momento se hundía en negativo. Lo esencial del conmutador es el momento de invertir la conexión externa justo cuando la fem se hace 0; así, aunque la bobina pase a negativo, el exterior sigue positivo y la fem alterna se convierte en continua pulsante. Una máquina de continua es un dispositivo que rectifica mecánicamente la alterna producida por el giro.
El conmutador es el corazón de la máquina de continua. Si se usa la misma máquina al revés, la continua externa entra en la bobina a través del conmutador y produce par en un solo sentido: un motor de continua. Sin embargo, el flujo que crea la corriente del inducido deforma el flujo principal y desplaza el paso por cero, y ese es el problema de la reacción del inducido de la próxima lección (MC-B2). Allí veremos cómo se desplaza el paso por cero y cómo se corrige.