Máquinas Eléctricas Rotativas
Funcionamiento del Alternador
Al alimentar las bobinas inductoras con corriente continua (CC), estas producen un campo magnético continuo. Al girar el rotor, este campo se transforma en variable, verificando así la ley de Faraday y produciendo fuerzas electromagnéticas.
Funcionamiento del Motor Asíncrono
Alimentando el bobinado estatórico con corriente alterna (CA), este actúa como bobinado inductor y crea un campo magnético variable. Al quedar el rotor bajo la acción de este campo magnético, se producen en él corrientes inducidas.
Funcionamiento del Motor de CC
Cuando circula una corriente por la bobina, los sentidos son diferentes: en un lado, la corriente entra, y en el otro, sale. Al haber una corriente dentro de un campo magnético, se produce una fuerza sobre cada lado. Como la corriente tiene dos sentidos opuestos, se genera un par de fuerzas.
Componentes de las Máquinas Eléctricas
Alternador
- Estator: Parte fija (sistema inducido), un cilindro con ranuras donde se alojan las bobinas que forman el devanado inducido. En él se produce la corriente alterna (CA).
- Rotor: Parte móvil (sistema inductor). Su función es crear el campo magnético necesario para producir la corriente.
Motor Asíncrono
- Estator: Parte fija, un cilindro con ranuras donde se aloja el bobinado inductor.
- Rotor: Parte móvil, que también es el sistema inducido. Puede ser de dos tipos:
- Rotor bobinado: El rotor tiene ranuras donde se introducen las bobinas del devanado inducido.
- Rotor jaula de ardilla: En las ranuras del rotor se introducen barras de acero que se unen en sus extremos para que estén en cortocircuito.
Sistema Inductor
Es el encargado de crear el campo magnético necesario para el funcionamiento de la máquina. Físicamente, corresponde con la parte fija (estator), formada por imanes (un número par, la mitad norte y la mitad sur).
Bobinado inductor: Formado por electroimanes con bobinas que van enrolladas sobre las piezas polares. Estas bobinas forman el bobinado inductor, que debe ser alimentado con CC, normalmente producida por la máquina.
Sistema Inducido
Formado por un cilindro con ranuras en la periferia. Es la parte móvil, también llamada rotor.
Bobinado inducido: Bobinas introducidas en las ranuras del cilindro. Es la parte donde se producen las fuerzas electromotrices (FEM) y las corrientes inducidas por el sistema inductor.
Colector
Formado por partes aisladas entre sí (delgas). Hay tantas como bobinas, ya que cada bobina se conecta a una de ellas. La función de este elemento es transformar la CA en CC.
Deslizamiento del Motor
Velocidad de sincronismo: N1 = 60 * f / pares de polos
Ns = N1 – N2
S = (N1 – N2) / N1 * 100
S * N1 / 100 = N1 – N2
S * N1 / 100 – N1 = -N2
N1 – S * N1 / 100 = N2
Transformadores
Transformador de Intensidad
Para medir valores de intensidad elevados. Al secundario se conecta un amperímetro, así se consigue más seguridad y se pueden utilizar amperímetros más pequeños para reducir la intensidad. Tiene que tener muchas más espiras en el secundario. No puede funcionar en vacío; si se quita el amperímetro, hay que cortocircuitarlo porque aparecen tensiones altas.
Transformador de Tensión
Utilizado para conectar el secundario a un voltímetro para poder medir en alta tensión con menos riesgo y aparatos más reducidos.
Autotransformadores
Es un transformador formado por un solo bobinado, en el cual se hace una toma intermedia para sacar el secundario. Tiene el inconveniente de no tener separación eléctrica entre primario y secundario, por lo que no se puede usar como transformador de aislamiento ni para reducir altas tensiones.
Pérdidas en el Hierro (PFe)
Se producen en las chapas del circuito magnético.
- Pérdidas por corrientes de Foucault: El núcleo del transformador es de hierro, un material conductor que, al quedar sometido al campo magnético variable, se producen corrientes que hacen que se caliente el núcleo. Para reducirlo, no se hacen macizos los núcleos, sino con muchas chapas de décimas de milímetro.
- Pérdidas por histéresis: Al aplicar el campo magnético variable sobre las moléculas del hierro, estas varían continuamente su orientación siguiendo la variación del campo magnético, lo que provoca un calentamiento por fricción del núcleo y también produce vibraciones y ruidos.
Tipos de Transformadores
- Por su construcción: De columna, acorazado, toroidal.
- Por su función:
- De potencia: Función (eleva o reduce), número de fases (1, 3), ambiente (interior, intemperie), refrigeración (seca, aceite), refrigeración (natural, forzada).
- De medida: De intensidad y de tensión.
Relación de Transformación
V1 = E1 = 4.44 * flujo * N1 * f
Ensayo en Vacío
PFe = V1 * I0 * cos(φ) (cos(φ) = PFe / (V1 * I0))
Ensayo en Cortocircuito
PCu = Vcc * I1 * cos(φ)
PCu = R1 * I² + R2 * I²
Pérdidas
Pérdidas por Foucault = PF en cobre
Pérdidas por histéresis = PH en el hierro
Pérdidas en cobre del bobinado = PCu
Funcionamiento de la Dinamo
Se basa en la ley de inducción electromagnética. El generador eléctrico más elemental posible estaría formado por una espira introducida entre un imán norte y otro sur; al hacerla girar, se produciría una fuerza electromotriz en la espira. Al girar la espira, se produce una FEM alterna, ya que sus lados están continuamente cambiando de polo norte al sur.
En el caso de las dinamos, se aplica una rotación al sistema inducido y se hace pasar una corriente por el bobinado inductor. Así se consiguen los dos requisitos necesarios: un campo magnético variable. De este modo, se cumple la ley y se producen corrientes en el bobinado inducido de la máquina.