Las máquinas eléctricas rotativas

MAQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS. ASPECTOS CONSTRUCTIVOS. CLASIFICACIÓN. CONCEPTOS GENERALES.

Las máquinas eléctricas rotativas son principalmente:

Los generadores y alternadores, transforman algún tipo de energía (normalmente mecánica) en energía eléctrica.

Los motores transforman energía eléctrica en mecánica.

Una máquina eléctrica rotativa está compuesta de los siguientes partes:

Un circuito magnético:

 Estator. Parte fija.

 Rotor. Parte móvil que gira dentro del estator.

 Entrehierro. Espacio de aire que separa el estator del rotor y que permite que pueda existir movimiento. Debe ser lo más reducido posible.

Dos circuitos eléctricos, uno en el rotor y otro en el estator.

 Arrollamiento o devanado de excitación o inductor. Uno de los devanados, al ser recorrido por una corriente eléctrica produce una fuerza magnetomotriz que crea un flujo magnético.

 Inducido. El otro devanado, en el que se induce una f.e.m. que da lugar a un par motor (si se trata de un motor) o en el que se induce una f.c.e.m. que da lugar a un par resistente (si se trata de un generador).

Aspectos constructivos:

En toda máquina se pueden distinguir tres tipos de materiales:

 Materiales activos:

 Materiales magnéticos de alta permeabilidad, hierro, acero, chapa al silicio,...

 Materiales eléctricos conductores, cobre, aluminio,...

 Aislantes, que se encargan de canalizar las corrientes y evitar fugas.

 Materiales para la lubricación, ventilación, transmisiones mecánicas.

Clasificación:

C.C. C.A.

Generadores Dinamo.

Según la excitación, independiente, serie, shunt, compound. Alternador.

Monofásico o polifásico.

Polos lisos o salientes.

Motores Motor de corriente continua.

Según la excitación, independiente, serie, shunt, compound Motor de corriente alterna.

 Inducción o asíncronos.

(rotor de jaula de ardilla o rotor devanado)

 Síncronos

 Universales

Conceptos generales:

Potencia: Es la energía que desarrolla por unidad de tiempo. en una máquina eléctrica se puede distinguir entre:

- Potencia eléctrica, que absorbe de la red eléctrica (motor) o que entrega a la red (generador).

- Potencia mecánica, que cede a la carga ( motor) o que se le proporciona al eje a través de una turbina (generador).

Potencia útil:

- Para un motor, será la potencia mecánica que se puede obtener del movimiento de su eje.

- Para un generador, será la potencia eléctrica que proporciona.

Potencia nominal: Valor de la potencia útil que caracteriza el funcionamiento de la máquina.

Placa de características: Placa metálica que se coloca en un lugar visible y que contiene el conjunto de las condiciones de servicio que han sido previstos por el constructor como funcionamiento normal.

Si la máquina funciona a la potencia nominal, se dice que funciona a plena carga. Se puede trabajar a media carga, a ¾ de la carga o incluso por encima de la potencia nominal, sobrecarga.

La potencia está sobretodo limitada por el calentamiento de la máquina.

Rendimiento

Siempre hay una parte de la energía que se absorbe que no puede transformarse en energía útil como consecuencia de las diferentes pérdidas de energía que se producen:

- Pérdidas en los conductores eléctricos o pérdidas en el cobre.

- Pérdidas en los circuitos magnéticos, provocadas por la histéresis o por las corrientes parásitas, o pérdidas en el hierro.

- Perdidas mecánicas, rozamientos, ventilación,...

El rendimiento:

Característica par-velocidad de un motor: Una gráfica en la que se representan las variaciones en los pares (par = fuerza x radio) de giro del eje en función de la velocidad.

Sobre los conductores que forman el inducido de una máquina rotativa se desarrollan fuerzas que hacen girar al rotor. Cada fuerza produce un determinado momento y el momento de rotación de la máquina vendrá dado por la suma de todos los momentos elementales.

En un generador el momento se opone al movimiento de arrastre de la turbina que lo acciona. Se denomina par o momento resistente.

En un motor, determina el giro del motor, se denomina par motor.

La velocidad de funcionamiento viene fijada por el punto para el cual el par que el motor puede suministrar es igual al par que la carga necesita para funcionar.

En el funcionamiento del motor se distinguen tres fases:

- Arranque: Se conecta el motor a la red eléctrica. Se tienen que vencer los rozamientos y la inercia. El momento de rotación se denomina par de arranque.

- Aceleración. Hasta que el motor alcanza la velocidad nominal.

- Régimen nominal: El motor está funcionando y mantiene una velocidad constante. En el régimen nominal el par motor el igual al par resistente.

Estabilidad de una máquina.

Si varían los valores nominales de una máquina esta podrá responder auto corrigiéndose, si es una máquina estable, o alejándose más del régimen nominal y comportándose de forma inestable.

Debe exigirse a un motor que mantenga su velocidad en valores próximos a los nominales aunque varíen otras condiciones como que aumente la carga.

MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA DE INDUCCIÓN O ASÍNCRONOS.

Es el motor industrial por excelencia debido a su sencillez, su fortaleza y su seguridad de funcionamiento.

- Consiguen una velocidad bastante estable.

- Tienen un buen par de arranque.

- Su velocidad depende de la frecuencia de la corriente alterna y para variarla se pueden usar variadores electrónicos de frecuencia.

Se basan en la generación de un campo magnético giratorio en el estator que corta a los conductores del rotor y los hace girar.

En el estator se alojan tres bobinas, desfasadas entre si 120º . Cada una de las bobinas se conecta a una de las fases de un sistema trifásico y dan lugar a un campo magnético giratorio:

La velocidad del campo magnético giratorio se denomina velocidad síncrona (s) y depende de la frecuencia de la red eléctrica a la que esté conectado el motor.

En

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