Un magneto es un generador eléctrico que utiliza imanes permanentes para producir pulsos periódicos de corriente alterna . A diferencia de una dinamo , un magneto no contiene un conmutador para producir corriente continua . Se clasifica como una forma de alternador , aunque generalmente se considera distinto de la mayoría de los demás alternadores, que utilizan bobinas de campo en lugar de imanes permanentes.
Se utilizaron generadores magnéticos de manivela para proporcionar corriente de timbre en los sistemas telefónicos . Los magnetos también se adaptaron para producir pulsos de alto voltaje en los sistemas de encendido de algunos motores de combustión interna de gasolina para proporcionar energía a las bujías . [1] El uso de tales magnetos de encendido para el encendido se limita ahora principalmente a motores sin un sistema eléctrico de bajo voltaje, como cortadoras de césped y motosierras , y a motores de avión , en los que mantener el encendido independiente del resto del sistema eléctrico garantiza que el motor continúa funcionando en caso de falla del alternador o de la batería. Para mayor redundancia, prácticamente todos los aviones con motor de pistón están equipados con dos sistemas magnéticos, cada uno de los cuales suministra energía a una de las dos bujías de cada cilindro.
Los magnetos se utilizaban para sistemas de energía aislados especializados, como sistemas de lámparas de arco o faros , para los cuales su simplicidad era una ventaja. Nunca se han aplicado ampliamente para la generación masiva de electricidad , con los mismos fines o en la misma medida que las dinamos o los alternadores. Sólo en unos pocos casos especializados se han utilizado para la generación de energía.
Faraday demostró en 1831 la producción de corriente eléctrica a partir de un campo magnético en movimiento . Las primeras máquinas que produjeron corriente eléctrica a partir de magnetismo utilizaron imanes permanentes; Posteriormente se desarrolló la máquina dinamo , que utilizaba un electroimán para generar el campo magnético. La máquina construida por Hippolyte Pixii en 1832 utilizaba un imán permanente giratorio para inducir voltaje alterno en dos bobinas fijas. [2]
.jpg/1280px-Thinktank_Birmingham_-_object_1889S00044(2).jpg)
La primera máquina eléctrica utilizada para un proceso industrial fue un magneto, el Generador Eléctrico Woolrich . [3] En 1842, a John Stephen Woolrich se le concedió la patente británica 9431 para el uso de un generador eléctrico en galvanoplastia , en lugar de baterías. Se construyó una máquina en 1844 y se obtuvo la licencia para su uso en Elkington Works en Birmingham . [4] Esta galvanoplastia se expandió hasta convertirse en un aspecto importante de la industria del juguete de Birmingham , la fabricación de botones, hebillas y pequeños artículos metálicos similares.
La máquina superviviente tiene un campo aplicado procedente de cuatro imanes en forma de herradura con campos axiales. El rotor tiene diez bobinas axiales. La galvanoplastia requiere CC, por lo que el magneto de CA habitual no funciona. La máquina de Woolrich, inusualmente, tiene un conmutador para rectificar su salida a CC.
.jpg/1280px-Permanent_magnet_magneto_alternator_(Rankin_Kennedy,_Electrical_Installations,_Vol_III,_1903).jpg)
La mayoría de las primeras dinamos eran bipolares [nota 1] y, por lo tanto, su producción variaba cíclicamente a medida que la armadura giraba más allá de los dos polos.
Para conseguir una potencia de salida adecuada, los magnetogeneradores utilizaban muchos más polos; normalmente dieciséis, procedentes de ocho imanes de herradura dispuestos en un anillo. Como el flujo disponible estaba limitado por la metalurgia magnética, la única opción era aumentar el campo utilizando más imanes. Como todavía era una potencia insuficiente, se apilaron discos de rotor adicionales axialmente , a lo largo del eje. Esto tenía la ventaja de que cada disco del rotor podía al menos compartir el flujo de dos costosos imanes. La máquina que aquí se ilustra utiliza ocho discos y nueve filas de imanes: 72 imanes en total.
Los rotores utilizados por primera vez estaban enrollados en dieciséis bobinas axiales, una por polo. En comparación con la dinamo bipolar, esta tenía la ventaja de que más polos proporcionaban una salida más suave por rotación, [nota 2] , lo que era una ventaja al accionar lámparas de arco. Los magnetos se establecieron así un pequeño nicho como generadores de iluminación.
El ingeniero eléctrico belga Floris Nollet (1794-1853) se hizo especialmente conocido por este tipo de generadores de iluminación de arco y fundó la empresa franco-británica Société de l'Alliance para fabricarlos.
El ingeniero francés Auguste de Méritens (1834-1898) desarrolló aún más los magnetos para este fin. [5] Su innovación fue reemplazar las bobinas del rotor previamente enrolladas en bobinas individuales, con una armadura de "anillo enrollado". [6] Estos devanados se colocaron sobre un núcleo de hierro segmentado, similar a un anillo de Gramme , para formar un único aro continuo. Esto dio como resultado una corriente de salida más uniforme, lo que resultó aún más ventajoso para las lámparas de arco. [7]
.jpg/1280px-Meritan's_permanent_magnet_lighthouse_magneto_alternator_(Rankin_Kennedy,_Electrical_Installations,_Vol_III,_1903).jpg)
De Méritens es mejor recordado hoy por su producción de generadores magnéticos específicos para faros. Estos fueron favorecidos por su simplicidad y confiabilidad, en particular por evitar conmutadores. [7] En el aire marino de un faro, el conmutador que se había utilizado anteriormente con los generadores de dinamo era una fuente continua de problemas. Los fareros de la época, generalmente marineros semi-retirados, no tenían las habilidades mecánicas ni eléctricas suficientes para mantener estas máquinas más complejas.
El magnetogenerador de Méritens ilustrado muestra la armadura de "anillo enrollado". Como ahora solo hay un disco rotor, cada imán de herradura consta de una pila de imanes individuales, pero actúa a través de un par de piezas polares .
.jpg/1280px-Wilde's_self-exciting_magneto_alternator_(Rankin_Kennedy,_Electrical_Installations,_Vol_III,_1903).jpg)
Tanto las dinamos como los alternadores necesitaban una fuente de energía para accionar sus bobinas de campo. Esto no podría ser suministrado por la producción de su propio generador, sin algún proceso de " arranque ".
Henry Wilde , un ingeniero eléctrico de Manchester, Inglaterra, desarrolló una combinación de generador de magneto y electroimán, donde el magneto se usaba solo para suministrar el campo al alternador más grande. Estos se ilustran en el trabajo de Rankin Kennedy Instalaciones eléctricas [8]. El propio Kennedy desarrolló una versión más simple de esto, destinada al uso de iluminación en barcos, donde se ensamblaban una dinamo y un magneto en el mismo eje. [9] La innovación de Kennedy aquí fue evitar por completo la necesidad de cepillos. La corriente generada en el magneto se transmite mediante cables conectados al eje giratorio a la bobina del campo giratorio de la dinamo. Luego, la salida de la dinamo se toma de las bobinas del estator. Esto es "de adentro hacia afuera" en comparación con la dinamo convencional, pero evita la necesidad de cepillos.
La invención del campo autoexcitante por Varley , Siemens y Wheatstone eliminó la necesidad de un excitador magnético. Un pequeño campo residual en la armadura de hierro de las bobinas de campo actuaba como un imán permanente débil y, por tanto, como un magneto. El cableado en derivación del generador devuelve parte de su corriente de salida a las bobinas de campo, lo que a su vez aumenta la producción. De esta manera, el campo se "acumula" de forma regenerativa, aunque puede tardar entre 20 y 30 segundos en hacerlo por completo. [10]
El uso de magnetos aquí ahora está obsoleto, aunque todavía se usan excitadores separados para grupos electrógenos de alta potencia, ya que permiten un control más fácil de la potencia de salida. Estos son particularmente comunes en las transmisiones de locomotoras diésel-eléctricas .
Los magnetos tienen ventajas de simplicidad y confiabilidad, pero su tamaño es limitado debido al flujo magnético disponible en sus imanes permanentes. La excitación fija de un magneto dificultaba el control de su voltaje terminal o la producción de energía reactiva cuando operaba en una red sincronizada. Esto restringió su uso para aplicaciones de alta potencia. Los magnetos de generación de energía se limitaban a campos estrechos, como alimentar lámparas de arco o faros, donde se valoraban más sus características particulares de estabilidad de salida o simple confiabilidad.
Las pequeñas turbinas eólicas , en particular los diseños de construcción propia, están adoptando ampliamente alternadores magnéticos para la generación. [11] [12] Los generadores utilizan imanes giratorios de tierras raras de neodimio con un estator trifásico y un puente rectificador para producir corriente continua (CC). Esta corriente bombea agua directamente, se almacena en baterías o acciona un inversor de red que puede alimentar la red eléctrica comercial . Un diseño típico es un generador de flujo axial reciclado a partir del disco de freno y el cojinete de un cubo de un automóvil. Un puntal MacPherson proporciona el soporte de azimut para llevar la turbina al viento. [13] El disco de freno gira con sus imanes de tierras raras adjuntos y forma la armadura. A su lado se coloca un disco de madera contrachapada que lleva múltiples bobinas axiales, con un anillo de armadura de hierro detrás.
En tamaños grandes, desde los 100 kW hasta los MW, las máquinas desarrolladas para los aerogeneradores modernos se denominan generadores síncronos de imanes permanentes . [14]
Un uso popular y común de los magnetos en la actualidad es para encender luces y dispositivos alimentados por USB en bicicletas. Lo más común es que un pequeño magneto, denominado dinamo de botella , roce contra el neumático de la bicicleta y genere energía a medida que gira la rueda. Más cara y menos común, pero más eficiente, es la dinamo de buje que hace girar imanes de neodimio alrededor de una bobina de cobre en una jaula de postes con garras dentro del buje de una rueda. Comúnmente conocidos como dinamos , ambos dispositivos son en realidad magnetos, que producen corriente alterna en lugar de la corriente continua producida por una verdadera dinamo .
El magneto también tuvo una aplicación médica para el tratamiento de enfermedades mentales en los inicios de la electromedicina . En 1850, Duchenne de Boulogne , un médico francés, desarrolló y fabricó un magneto con voltaje y frecuencia externos variables, variando las revoluciones con la mano o variando la inductancia de las dos bobinas, para experimentos clínicos en neurología .
En los sistemas de encendido de los motores de pistón de encendido por chispa se utilizan magnetos adaptados para producir impulsos de alto voltaje para las bujías. Los magnetos se utilizan en motores de aviones de pistón por su confiabilidad y simplicidad, a menudo en pares. Los vehículos deportivos de motor, como motocicletas y motos de nieve, pueden utilizar magnetos porque son más ligeros que un sistema de encendido que depende de una batería. Los pequeños motores de combustión interna utilizados en cortadoras de césped, motosierras, bombas portátiles y aplicaciones similares utilizan magnetos para ahorrar y reducir el peso. Los magnetos no se utilizan en vehículos motorizados de carretera que tienen una batería de arranque, que puede necesitar más control del tiempo de encendido que el que puede proporcionar un sistema magneto, aunque los controladores sofisticados de estado sólido se están volviendo más comunes.
Los teléfonos manuales para el servicio de estaciones de baterías locales en centrales magnéticas estaban equipados con un generador magnético de manivela para producir un voltaje alterno para alertar al operador de la oficina central o para hacer sonar el timbre de otros teléfonos en la misma línea (partida) .
El desarrollo de los modernos imanes de tierras raras hace que el simple alternador magnético sea una propuesta más práctica como generador de energía, ya que permiten una intensidad de campo mucho mayor. Como los imanes son compactos y livianos, generalmente forman el rotor, por lo que los devanados de salida se pueden colocar en el estator, evitando la necesidad de escobillas. [ cita necesaria ]
A finales de la década de 1980, los avances en materiales magnéticos como el samario-cobalto , uno de los primeros tipos de tierras raras, permitieron utilizar alternadores de imanes permanentes en aplicaciones que requieren un generador extremadamente robusto. En los misiles guiados , estos generadores pueden sustituir a un alternador de conmutación de flujo . [15] Estos deben funcionar a altas velocidades, acoplados directamente a una turbina. Ambos tipos comparten la ventaja de que las bobinas de salida forman parte del estator, evitando así la necesidad de escobillas.
{{cite book}}: |work=ignorado ( ayuda )