Principios de funcionamiento de la magneto
Principios del funcionamiento de la magneto
El adjunto esquema de la figura 8 indica claramente estos principios. Como se ha dicho en el párrafo precedente, si las líneas de fuerza del campo magnético son cortadas por un conductor apropiado, se engendrará en éste una tensión o fuerza eléctrica. En esta sencilla máquina las líneas de fuerza existen entre los polos de un imán en forma de herradura. El conductor, que en este caso es una espira o vuelta de hilo de cobre, va montado en un eje para poder hacerlo girar en el campo magnético cortando las líneas de fuerza existentes entre las dos piezas polares. Los extremos del hilo van conectados, uno con el anillo o tambor aislado calado en el eje, y el otro con el eje. Por medio de dos escobillas de metal se recoge la corriente para enviarla al circuito exterior. Puede verse que, en efecto, cuando se hace girar el eje en el sentido de la flecha, la espira de hilo de cobre corta las líneas de influencia magnética y, por lo tanto, se engendrará en ella una corriente.
La tensión o fuerza de la corriente y su intensidad varían según la rapidez con que las líneas de fuerza magnética son cortadas. La armadura de una magneto normal, sin embargo, difiere materialmente de la indicada en el esquema. Un gran número de espiras o vueltas de hilo pueden montarse en el mismo eje para que las líneas de fuerza magnética puedan ser cortadas un gran número de veces en un tiempo dado, empleando un núcleo o tambor de hierro para soporte de los hilos.
Las indicaciones de la figura 9 dan idea de la disposición de una armadura con doble arrollamiento y del sistema inductor de una magneto normal, representándose algunas partes en sección para facilitar la comprensión de los puntos antes analizados. Si la armadura o tambor del inducido se retirase de entre las piezas polares, seguiría existiendo entre éstas el campo magnético, como se indicó en la figura 7, pero la introducción de dicho componente entre los polos proporciona un conductor (el núcleo de hierro) para la energía magnética, el cual, según su posición, permitirá más o menos fácilmente el paso de dicha energía. Según se indica en A, el flujo magnético pasa en línea recta por el núcleo, mientras que en B, posición situada a un octavo de vuelta de la armadura, es decir, a 45°, girando en sentido de la flecha, el magnetismo debe pasar en la forma que se indica. En C, posición que se presenta cada media revolución, la energía magnética abandona el camino más largo a través del centro del núcleo y pasa por la distancia menor a través de las piezas o expansiones laterales del núcleo, quedando anulado el flujo que pasaba por la parte central. En una sucesiva rotación de la armadura, en D, nuevamente volverá a ser imantado el núcleo al pasar por él el flujo. Estos cambios en la intensidad del campo magnético al ser deformado por el núcleo de la armadura, así como la intensidad de la energía existente en el campo magnético, inducen en los arrollamientos una energía eléctrica que corresponde en importancia a la rapidez con que dichos cambios se producen en el flujo magnético. Las variaciones más pronunciadas en la intensidad del campo se observan cuando la armadura pasa de B a D, pues el campo magnético existente a través del núcleo se anula y restablece en sentido inverso.
Fig. 8. — Forma esquemática de magneto con las partes esenciales simplificadas para indicar claramente la generación de corriente.
Durante la mayor parte de la rotación de la armadura los cambios de magnetismo son graduales y, por lo tanto, poco intensa la corriente inducida en el arrollamiento; pero en el momento en que el núcleo vuelve a ser magnetizado, cuando la armadura deja la posición C, la corriente inducida alcanzará, su máximo, siendo necesario para una buena distribución del encendido que en este momento uno de los cilindros se halle en condiciones de poder ser inflamada la mezcla contenida en él. Es, pues, condición indispensable que la armadura sea accionada en tal relación de velocidades con el cigüeñal que, a cada producción de un máximo de corriente, corresponda el punto de encendido de un cilindro, observándose aquellos máximos cada 180° en una vuelta de la armadura, cada una de las posiciones dibujadas (Figs. 9 y 10) corresponden a giros de 45° de la armadura, o sea a un octavo de vuelta, que emplea justamente media revolución en pasar de la posición A a la D.
Partes esenciales de una magneto y sus funciones. —
Se llaman imanes inductores aquellos que producen el campo magnético en el cual giran las espiras o arrollamientos de la armadura, en que se induce la corriente eléctrica. Dichos imanes pueden tener un número cualquiera de polos opuestos. Las espiras dé hilo conductor, que van montadas en tambor apropiado y giran en el campo de influencia magnética de los imanes anteriores, cortando sus líneas de fuerza, se llaman arrollamiento de la armadura, siendo la parte metálica de ésta el núcleo de hierro. El conjunto del arrollamiento y el núcleo recibe el nombre de armadura. Los ensanchamientos de los imanes en los polos se llaman piezas polares y el dispositivo empleado para recoger la corriente engendrada se denomina colector o conmutador. Las piezas fijas que reposan sobre estos y que constituyen los terminales del circuito exterior se llaman escobillas. Estas piezas son generalmente de cobre o de alguna de sus aleaciones, en las máquinas grandes, por ser el cobre mejor conductor de la electricidad que ningún otro metal.
Estas escobillas se hacen casi siempre de carbón en las máquinas pequeñas, recubriéndolas electrolíticamente de una capa de cobre para aumentar su conductibilidad, empleándose también a menudo barras formadas por tela metálica de cobre impregnadas de grafito, el carbón se emplea porque no raya tan rápidamente el metal del colector corno las escobillas de metal. La razón estriba en que el carbón, a causa de su naturaleza suave y untuosa, procura una especie de lubricación del colector, adaptándose mejor a cualquier desigualdad en la superficie de éste.
La magneto de uso corriente está formada por un grupo de imanes en forma de herradura acoplados de cierta forma y unidos por sus extremos a piezas polares de hierro fundido, las cuales recogen y concentran el efecto magnético de los distintos imanes. Entre estas piezas polares se halla la armadura que gira. Esta generalmente tiene forma de lanzadera y sobre ella van arrolladas las bobinas de hilo aislado. Estas bobinas están compuestas de un gran número de vueltas de hilo, dependiendo la corriente engendrada en gran proporción de las dimensiones del hilo y del número de vueltas de cada hobina.
Fig. 9. Influencia de la rapidez del cambio de sentido del flujo magnético en la intensidad de la influencia magnética y tensión de la corriente inducida en la armadura de una magneto.
Fig. 10. — Diagrama de las variaciones de la intensidad de la corriente en una magneto al girar el inducido.
Así, un arrollamiento de armadura de hilo grueso producirá una corriente de gran intensidad, pero de bajo voltaje y un arrollamiento formado por hilo muy fino proporcionará una corriente de alta tensión, pero de baja intensidad. En los tipos ordinarios de magnetos como las empleadas para encendido, la corriente que se obtiene es alterna y la ruptura del circuito debe producirse en el momento en que la armadura se halla en la posición de mayor potencial o tensión. Cuando estos generadores se construyen para la producción de corriente continua, los extremos del arrollamiento van conectados a los segmentos o delgas de un conmutador., y cuando el aparato se emplea para la producción de corriente alterna, uno de los extremos del arrollamiento se fija a un anillo aislado situado en un extremo del eje de la armadura, hallándose el otro en conexión con la masa de la máquina.
La magnitud de la corriente producida depende de la fuerza o intensidad del campo magnético y del número de líneas de influencia magnética que actúen a través de la armadura. La fuerza electromotriz varía con la longitud del arrollamiento de la armadura y con el número de revoluciones a que ésta gira por unidad de tiempo.
En el sistema de encendido con transformador se emplean magnetos de baja tensión. —
La magneto en los distintos sistemas en que se emplea un transformador o bobina de inducción es muy análoga a un generador de baja tensión en su construcción general y la corriente producida en sus bornas, rara vez excede de 100 voltios. Gomo se requiere varias veces esta tensión o voltaje para salvar el espacio de aire existente entre las puntas o electrodos de las bujías corrientes de encendido, se intercala en circuito un carrete destinado a reforzar la tensión de la corriente producida. Las partes esenciales de este sistema y la relación existente entre unas y otras se indican en esquema en la figura 12. Análogamente a los demás sistemas, la influencia magnética se obtiene por medio de imanes permanentes de acero unidos por sus extremos a piezas polares de hierro fundido entre las cuales gira la armadura. En los puntos en que se produce el máximo potencial en el arrollamiento de la armadura, la corriente se interrumpe por medio de un ruptor de contacto accionado por una leva, con lo cual se induce una corriente de voltaje elevado en el arrollamiento secundario de la bobina de transformación cuando la corriente de bajo voltaje recorre el arrollamiento primario.
Se observará que las puntas del ruptor de contacto se encuentran siempre juntas, excepto en el instante en que son separadas por la acción del saliente de la leva, sobre la palanca. Por lo tanto, es evidente que el arrollamiento de la armadura está en cortocircuito sobre sí mismo, excepto cuando las puntas de contacto están separadas. Mientras el arrollamiento está en cortocircuito no habrá, por lo tanto, prácticamente producción de corriente, pero en el momento en que las puntas se separan se produce un brusco paso de corriente por el arrollamiento primario de la bobina transformadora, que induce una corriente secundaria en el otro arrollamiento; ésta puede variarse en tensión mediante ciertas disposiciones que pueden adoptarse al proyectar el aparato.
Fig. 11.— Sección longitudinal de una magneto Bosch de alta tensión. Vista frontal de la misma, en la que se ven los mecanismos de interrupción y distribución.
Esta corriente de alto potencial o voltaje se conduce directamente a la bujía, si se trata de un motor de un solo cilindro, o al brazo del distribuidor, si ha de realizarse el encendido de un motor de varios cilindros. El distribuidor consiste en un bloque de material aislante en el cual van empotrados un cierto número de segmentos de material conductor, uno para cada cilindro, y, espaciados por un ángulo que corresponde a la separación angular de las posiciones de encendido del motor. Un motor de dos cilindros tendría, por lo tanto, dos segmentos; tres, uno de tres cilindros, y así en proporción y sucesivamente mientras lo permite la capacidad del aparato. En la figura se representa un distribuidor para un motor de cuatro cilindros, hallándose el brazo en contacto solamente con el segmento del cilindro en que va a producirse el encendido.
Las magnetos de alta tensión contienen su correspondiente transformador. —
Las magnetos de alta tensión propiamente dichas, difieren de las precedentemente descritas en que la corriente de alto voltaje se produce directamente en el arrollamiento del inducido sin necesidad de emplear una bobina de inducción separada. En lugar de un arrollamiento el inducido lleva dos, uno de hilo relativamente grueso y otro formado por muchas vueltas de hilo más fino. La disposición de este arrollamiento puede observarse fácilmente en el esquema B de la figura 12, que indica claramente el modo de funcionar de estas magnetos. Un extremo del arrollamiento primario de hilo grueso está en conexión con el núcleo del inducido y el otro pasa a la parte aislada del ruptor. Mientras en algunos tipos de estos aparatos el interruptor o mecanismo ruptor de contactos no gira y se obtiene el movimiento que produce la separación de las puntas de contacto por medio de una leva giratoria, en el tipo de máquinas que nos ocupa la leva o mecanismo de tope es fijo y el ruptor de contactos gira. Esta disposición permite la conducción de la corriente desde la bobina primaria al interruptor por medio de una conexión directa, eliminándose el uso de escobillas que en otro caso serían necesarias. En otros tipos en que el arrollamiento es fijo, el interruptor puede ser accionado por medio de una leva giratoria, aunque, si se desea, utilizando una escobilla, podrá hacerse en este caso la construcción de la magneto con arrollamiento giratorio.
Durante el giro del inducido, la palanca o pieza que está en contacto con la masa establece o rompe el contacto con la punta aislada, poniendo en cortocircuito el arrollamiento primario sobre sí mismo hasta que la armadura alcanza la posición correspondiente a la máxima intensidad de producción de corriente; en este momento el circuito se abre, como en el primer caso ya descrito.
Fig. 12. — Esquemas explicativos del funcionamiento de la magneto de baja tensión con bobina transformadora y de la magneto de alta tensión propiamente dicha.
Un extremo del arrollamiento secundario de hilo fino está conectado con el principio del arrollamiento primario, mientras la otra punta se conecta con el brazo del mecanismo distribuidor. Durante el tiempo que permanece cerrado el circuito solamente se mantiene una corriente de baja intensidad en el arrollamiento primario, en cuyas condiciones se halla éste, mientras las puntas de contacto están juntas, pero en cuanto se llega a la posición en que la corriente puede alcanzar su valor máximo por hallarse el inducido en su posición más favorable para ello, la leva actúa y las puntas de contacto se separan, desapareciendo el cortocircuito que existía en el arrollamiento primario.
El circuito secundario permanece abierto mientras el brazo distribuidor pasa de un contacto a otro no habiendo circulación de energía durante dicho tiempo por este arrollamiento, pero en el momento en que la tensión eléctrica aumenta en él y aunque el brazo distribuidor esté en contacto con uno de los segmentos, no se producirán chispas en la bujía hasta que las puntas de contacto del ruptor se separen, pues solamente en este momento la corriente secundaria alcanzará suficiente tensión.
Fig. 13. — Modelos normales de magnetos : A. Para bobina transformadora. B. Verdadera magneto de alta tensión.
Cuando el interruptor actúa, la corriente primaria máxima se desvía de su cortocircuito y puede pasar a la masa solamente a través del arrollamiento secundario y circuito de la bujía. La alta tensión existente en ese momento en el arrollamiento secundario, será considerablemente reforzada por el brusco paso de la corriente primaria, obteniéndose así en el arrollamiento secundario energía eléctrica a alta tensión suficiente para salvar el espacio de aire existente entre los electrodos de la bujía.
"Encendido, arranque y alumbrado eléctrico de los automóviles", Victor W. Pagé
Traducida de la 7ª edición norteamerica por G. Flórez Antón, ingeniero industrial
Editorial Labor S. A., Barcelona, 1927