- Conceptos básicos
Intensidad / Tensión / Resistencia / Potencia / Ley de Ohm / Potencia aparente / Tipos de corriente
- Componentes
Semáforos / Transformadores / Teleinversor / Rectificador / Condensador
- Motores eléctricos
Como se produce el giro del motor / Excitación de los motores eléctricos / Zona neutra / Polos / Motor universal / Par de giro
| Conceptos básicos |
Existen una serie de conceptos básicos de electrotecnia y electrónica sobre los que conviene tener las ideas claras, para poder comprender las diferentes características de los elementos que componen nuestra maqueta de trenes en miniatura.
Es el flujo de carga eléctrica que fluye por un conductor. La unidad de medida es el amperio (A).
La tensión
(V)
Es la diferencia de potencial que existe entre los extremos de los
conductores de un circuito. Esta diferencia de potencial proviene de
una fuente de energía, que en nuestro caso puede ser el
transformador, o una batería. Su unidad de medida es el voltio
(V).
La
resistencia (R)
Es el grado con el que los materiales se oponen al paso de la
corriente eléctrica. Su unidad de medida es el ohmio.
La potencia
(P)
Es el ritmo con el que se realiza un trabajo. En nuestro caso, por
ejemplo, la potencia de un transformador será mayor cuantas más
locomotoras permita poner en marcha a la vez (más trabajo
realiza). La potencia se mide en vatios (w).
La potencia se expresa matemáticamente como una función de la tensión y de la intensidad P=V*I, pero cuando se trata de calcular la potencia disipada en un elemento resistivo puro se expresa de la siguiente manera P=R*I2=V2/R.
Ley de ohm
Es una de la leyes más importantes de la electrotecnia y
relaciona la intensidad de corriente que circula por un circuito con
la tensión aplicada y su resistencia I=V/R
Potencia
aparente
Se mide en voltio-amperes (VA) a diferencia de la potencia activa que
se mide en vatios (w). Nos da una idea de la carga total que podemos
alimentar con el transformador (locomotoras, lámparas, etc.).
Aquí entran en juego los consumos de las cargas reactivas
(Bobinas y condensadores), además de las resistivas.
Tipos de
corriente
La corriente eléctrica puede ser continua (c. c.), cuando los
electrones siempre fluyen en una dirección, o alterna (c.a.),
cuando los electrones cambian de direción un número
determinado de veces por segundo (en Europa 50 veces por segundo). A
esta variación, es a lo que se le denomina frecuencia de la
corriente alterna.
Periodo (T)
Es el tiempo que dura una oscilación (vuelta)
Frecuencia (f)
Es el número de oscilaciones (vueltas) que se producen en un
segundo.
Valor eficaz
Se refiere a una señal alterna y es aquel valor que produce en
una resistencia la misma disipación, en forma de calor, que el
disipado por dicha resistencia si por ella circulase una corriente
continua de dicho valor.
| Componentes |
Es un elemento que puede ser utilizado en la maqueta de dos fonnas diferentes: una como elemento puramente decorativo y otra como elemento funcional. Si deseamos utilizar el semáforo de forma decorativa, únicamente tendremos que realizar las conexiones de las luces del semáforo a los interruptores del pupítre para que podamos conectar la luz roja o verde según deseemos, pero sin que esto tenga ningún efecto sobre el funcionamiento de la maqueta. Si queremos que el semáforo corte un tramo de vía, parando algún tren o le de vía libre, entonces necesitaremos colocar un semáforo preparado especialmente para realizar esta función, o en su defecto emplear el semáforo anterior con un relé adicional.
Estos elementos constan de dos bobinas de hilo de cobre enrolladas sobre un bloque cerrado de material ferromagnétíco llamado núcleo. Los bobinados a su vez se llaman primario y secundario.
El transformador utilizado en modelismo ferroviario tiene como misión el reducir la tensión de entrada de la red 220V c. a. a los 14 ó 16V c. a., que son utilizados para controlar los trenes o equipos auxiliares. En el caso de tener que controlar locomotoras de c. c., será necesario colocar a la salida del transformador un rectificador.
En el transfonnador vamos a encontrar una
serie de datos que lo caracterizan
y son los siguientes:
Su tensión de entrada
Que es la alimentación que aplicamos al primario del transformador en nuestro caso la tensión de red 220V c. a.
Tensión de salida
Es el voltaje que obtenemos en los bornes de salida del transformador. Normalmente tendremos dos salidas independientes, una de c.a. fija y otra de c.a. regulable, o bien una salida de c.a. fija y otra de c.c. regulable.
Las salidas de c.a. de tensión fija se suelen utilizar para
los equipos accesorios, como iluminación y reles, mientras que
las regulables son para alimentar los motores de las locomotoras.
Intensidad de salida
Nos dará una idea de la corriente que le podemos demandar al transformador sin riesgo de quemarlo.
Teleinversor
Rele biestable empleado en algunas locomotoras, que permite realizar el cambio de sentido de giro en un motor serie.
Normalmente el inductor del motor consta de dos arrollaminetos bobinados en sentido contrario, por lo que producirán campos opuestos.
Este es un circuito formado por uno, dos, o
cuatro diodos según el tipo de rectificador y cuya misión
es la de transformar la corriente alterna en corriente continua
pulsatoria.
Este elemento es necesario cuando se tienen que alimentar cargas con
corriente continua. No siendo necesario cuando las cargas se alimentan
con c.a.
El condensador utilizado en las fuentes de alimentación va a atenuar el rizado, es decir, va a disminuir la ondulación que se produce a la salida del rectificador, dando una corriente más uniforme.
| Motores eléctricos |
Los motores eléctricos empleados en modelismo ferroviario en miniatura son fundamentalmente de dos tipos: el motor de c.c. con excitación por imán permanente y los motores universales.
Como se produce el giro del rotor
El funcionamiento de un motor de c. c. se basa en el principio de que un conductor que se encuentra dentro de un campo magnético y por el que circula una corriente tenderá a moverse en dirección perpendicular al campo (regla de la mano izquierda).
Como puede verse en la figura, el sentido de la corriente en el conductor de ida y en el de retorno es opuesto, creando sus propios campos magnéticos, que reaccionan con el campo producido por el inductor. Se produce, así pues, un par de fuerzas alrededor del eje que originan el giro. Cuando el bucle entra en la zona neutra, se crea un cortocircuito en la bobina, además, esta, ya no corta lineas de fuerza por lo que el par es nulo y la bobina solo gira por inercia. Una vez superada la zona neutra, la corriente que circula por la bobina cambia de sentido y vuelve a cortar lineas de fuerza, por lo que se produce de nuevo un par en el mismo sentido que antes. Estableciendose de esta manera el giro continuado del rotor.
Para evitar el problema de la falta de par al pasar por la zona neutra y poder disponer de un par de giro en todas las direcciones se ha desarrollado el motor de tres "polos", pero tiene el inconveniente de que dicho par de giro no es uniforme debido a que hay momentos en los que fluye corriente por los tres bobinados y otras en las que solo fluye por dos, quedando el tercero cortocircuitado. Este efecto se atenua aumentando el número de "polos", con lo que tenemos los motores de cinco "polos".
Excitación de los motores eléctricos
Los motores de los trenes eléctricos en miniatura disponen de dos tipos de excitación: de imanes permanentes y de excitación serie.
Los motores de iman permanente son utilizados
en locomotoras de c.c.. Para cambiar el sentido de marcha sólo
sera necesario invertir la polaridad en sus terminales.
Los motores con excitación en serie son motores universales utilizados en locomotoras de c.a. En estos el cambio de sentido de marcha es más complicado, pues se ha de realizar mediante un teleinversor, pero presenta la ventaja de que puede alimentarse con c.c. o con c.a.. Otra de las ventajas de este tipo de motores es que el par de giro aumenta al aumentar la carga.
Plano perpendicular al campo magnético en el que la bobina no corta las lincas de fuerza y por lo tanto la tensión inducida es nula. Así mismo, el par de giro también es nulo.
Expresión popular con la que se conocen las piezas que sujetana cada uno de los bobinados del inducido. Esta expresión no es técnicamente correcta ya que, realmente los polos son cada una de las piezas que componen el inductor, encargado de generar el campo magnético.
Motor universal
Motor que puede ser alimentado con c.c. o con c.a.
Excitación
Circuito de un motor eléctrico encargado de crear el campo
magnético
Es el producido por dos fuerzas de dirección opuesta aplicadas a un objeto a una distancia determinada de su eje de giro. El efecto producido por estas fuerzas, es el hacer, que dicho objeto gire alrededor de su eje.