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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