¿"Dónde" aparece EMF en el motor?

He estado tratando de entender EMF, específicamente EMF posterior en motores eléctricos, como por ejemplo, una configuración como esta:

motor electrico sencillo

Digamos que aplicamos un voltaje a los cepillos. Entiendo que una vez que la rotación se pone en marcha, el flujo cambiante dentro del bucle inducirá una corriente, y que esta corriente inducida es opuesta a la corriente creada por el voltaje externo. Tengo entendido que esto da como resultado una corriente neta más pequeña en el circuito, y este fenómeno se denomina EMF.

Sin embargo, no entiendo exactamente "dónde" aparece el EMF (¿que es un voltaje?). Una explicación que he visto es esta:

circuito motor

donde el EMF aparece como una fuente de voltaje en serie con la resistencia del motor. Si bien esta puede ser una buena manera de explicar cómo se comportará la corriente, no parece explicar lo que realmente sucede dentro del motor. Seguramente, el EMF no aparece "antes" del motor, sino dentro de él. ¿Debería verse entonces de alguna manera como superpuesto a la resistencia? ¿Dónde, en la primera figura, aparecería el EMF? ¿Cambia el voltaje a través de los cepillos? ¿Dónde ocurre la caída de voltaje "extra"?

Aparece en los terminales del motor. Puede medirlo conectando un voltímetro entre los terminales y, mientras el motor está funcionando, eliminando el voltaje de suministro. Luego verá que la fuerza contraelectromotriz se reduce a medida que el motor se ralentiza. Alternativamente, conduzca el motor con PWM y mire el voltaje del terminal usando un alcance: la fuerza contraelectromotriz se verá durante los períodos de desactivación de PWM.

Respuestas (5)

La fuerza contraelectromotriz se genera en el cable que forma las bobinas del motor. Cuando un cable se barre lateralmente a través de un campo magnético, se genera un voltaje a lo largo del cable. Haga girar el motor con solo un voltímetro conectado y verá que genera voltaje.

Entonces, sí, la resistencia y el EMF posterior se distribuyen realmente a lo largo del cable en la bobina. Hay muchas (infinitas, en realidad) de pequeñas resistencias en serie que cada una obtiene un pequeño voltaje en serie con ellas cuando el motor gira.

Visto eléctricamente desde el exterior, esto no se puede distinguir de una resistencia concentrada en serie con una fuente de voltaje concentrada. Dado que esto es más sencillo de dibujar, pensar y analizar, así es como se suelen mostrar los motores.

+1 para una respuesta idéntica feliz Navidad, etc. y creo que el bombín te queda bien Olin lol
Creo que es la parte con infinitas pequeñas resistencias lo que me cuesta entender. El EMF hace que la corriente a través de estas resistencias disminuya, ¿verdad? La disminución de la corriente implica la disminución del voltaje. Entonces, ¿a dónde va el resto del voltaje?
@Dan: No, el EMF posterior no causa inherentemente una corriente a través de la resistencia. Piense en las muchas resistencias distribuidas y fuentes de voltaje como si estuvieran en serie, no en paralelo entre sí. El voltaje se crea cuando el motor gira, independientemente de cómo se haya hecho girar. Si conduce el eje externamente, puede ver ese voltaje directamente. Si hace girar el motor aplicando voltaje externo, las pequeñas fuentes de voltaje se superponen al voltaje aplicado. Esto significa que el motor "ve" menos voltaje aplicado cuanto más rápido gira.
@Olin Ah, ¿entonces sería más preciso (aunque sigue siendo una simplificación, por supuesto) verlo como un número infinito de resistencias infinitesimales, y entre cada una hay una fuente de voltaje infinitesimal?
@Dan: Sí - - -
@DanielNilsson si el motor tiene esta o aquella resistencia (o incluso teóricamente) cero resistencia del rotor, no hace ninguna diferencia, el voltaje se induce en serie con las bobinas del rotor. No está relacionado con la resistencia de la bobina en absoluto.
@Andy Correcto, pero espacialmente el voltaje se intercala en todo el cable, no al lado. Desde la perspectiva del circuito, obviamente no importa, pero para comprender la física sí lo hace :)

Puede simplificar las cosas quitando la batería de ese diagrama y girando el motor a mano, como un generador.

A medida que gira la armadura, los cables atraviesan el campo magnético y se genera un voltaje en ellos.

Este voltaje es el mismo ya sea que la armadura se gire como un generador o como un motor. Cuando se gira como un motor, este voltaje se denomina 'EMF posterior'.

Piense en ello como un generador; giras el rotor y se produce un voltaje de salida. Este voltaje está en serie con la bobina del rotor. No hace ninguna diferencia si en lugar de hacer girar manualmente el motor, aplica CC para hacerlo girar.

+1 y feliz año nuevo. El bombín es uno de los sombreros secretos, así que no sé qué hice para ganármelo. No estoy tan seguro de que la pelusa rosa te quede bien, pero es divertido.
@OlinLathrop Es el sombrero "Like Clockwork" (de la novela y la película de Stanley Kubrick). No estoy seguro de lo que significa, pero supongo que lo entendiste por responder al menos una pregunta al día.

El EMF posterior "aparece" a través de las escobillas de los anillos deslizantes. Su polaridad es tal que siempre se opone al voltaje de "impulso", provocando un consumo de corriente menor que el "normal". La corriente "normal" se encuentra bloqueando el rotor y midiendo la corriente consumida, luego se permite que el rotor gire y la corriente "en funcionamiento" será menor que la corriente "normal", debido a la EMF inversa.

Buena pregunta: ¡Esto en realidad no es tan fácil! Me ha llevado días entenderlo. ¡Gracias a tu foto pedagógica por fin lo conseguí!

Es necesario verlo como si la batería estuviera desconectada del circuito. Entonces, para empezar, tiene un circuito sin corriente que lo atraviesa. Giras la bobina en el sentido de las agujas del reloj con las manos de la misma manera que giraría si hubiera corriente. En la posición en la que ha hecho su dibujo, tiene el lado derecho de la bobina moviéndose hacia abajo. Entonces, tiene el cable de la bobina moviéndose hacia abajo, lo que significa que también las cargas positivas en la bobina del cable se mueven hacia abajo (pero no se mueven a lo largo del cable). Con la regla de la mano derecha no. 1 apunta con el pulgar hacia abajo en la dirección de las cargas en movimiento, mientras que al mismo tiempo tiene los dedos apuntando hacia la derecha a lo largo del campo magnético. Luego obtiene una fuerza de la palma de su mano que apunta a lo largo del cable de la bobina hacia usted en la imagen. Es decir,

Entonces, obtienes un excedente de cargas positivas en el cepillo derecho y un excedente de cargas negativas en el cepillo izquierdo. Entonces, te has conseguido una fem que funciona como una batería de CC. El potencial de voltaje de la fem se opone a la fem original creada por las baterías de CC. Esto crea una corriente a través del circuito en la parte inferior de la imagen que es opuesta en dirección a la corriente aplicada por las baterías de CC. A medida que enciende las baterías de CC, obtiene una corriente que quiere ir de derecha a izquierda en la bobina al mismo tiempo que quiere ir de izquierda a derecha por la fuerza contraelectromotriz inducida. ¡Cuanto más rápido gire la bobina con la corriente continua, más fuerte será la fuerza contraelectromotriz opuesta también al mismo tiempo! Entonces, esta fuerza contraelectromotriz siempre funciona en tu contra.

Obtienes el mismo resultado si usas la ley de Lenz. Flujo magnético opuesto al flujo original a través de la bobina. Con el RHR-1 con corriente en la misma dirección que originalmente, pero con líneas de campo magnético en la dirección opuesta, obtienes la fuerza en la bobina para hacerla girar en sentido contrario a las agujas del reloj. Entonces, esto no es completamente análogo al primer pensamiento anterior, pero termina con el mismo resultado.
Me alegro de no ser el único que tardó días en entender esto jaja. Cuanto más lo pensaba, más confusas se volvían las cosas... ¡Finalmente lo descubrí!