Máquinas Eléctricas

Máquinas Eléctricas

FUNDAMENTOS DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS

Introducción

A el conjunto de “motores eléctricos”, que son los dispositivos que transforman la energía eléctrica en energía mecánica. “Los generadores” que son los que transforman energía mecánica en energía eléctrica y “los transformadores” que cambian los valores de magnitud de tensión e intensidad de corriente utilizando para ello fenómenos electromagnéticos se les conoce como máquinas eléctricas.

Los motores y generadores son máquinas rotativas pues producen o utilizan energía mecánica, en forma de movimiento circular a través de un eje.

El transformador se considera una máquina eléctrica pues utiliza el flujo magnético para su funcionamiento pero a diferencia de los motores y generadores, son estáticos, no hay movimientos mecánicos en su funcionamiento.

Todos estos elementos son importantes en la vida moderna, para la generación para la distribución de la energía eléctrica a nuestros hogares, comercios e industrias y dentro de cada uno de estos lugares en los procesos de fabricación, sistemas de bombeo, elevadores, bandas transportadoras, compresores entre otros.

Clasificación General

Estáticas

Rotativas

Principios de Electromagnetismo.

Los campos magnéticos son el mecanismo fundamental para convertir la energía de una forma a otra en motores, generadores y transformadores.

Existen cuatro principios básicos que describen cómo se utilizan los campos magnéticos en estos aparatos:

Un conductor por el que circula corriente produce un campo magnético a su alrededor.

Un campo magnético variable en el tiempo induce un voltaje en una bobina de alambre si pasa a través de ella (Ley de Faraday, principio de funcionamiento del transformador).

Un conductor que porta corriente en presencia de un campo magnético experimenta una fuerza mecánica que lo desplaza (principio del motor).

En conductor eléctrico que se mueva cortando líneas de fuerza de un campo magnético se inducirá una tensión eléctrica en sus extremos. (Principio generador).

El funcionamiento y comportamiento de las máquinas eléctricas se explica mediante la combinación de los principios mencionados anteriormente por lo cual es imprescindible e importante conocer cada uno de ellos más detalladamente.

Espiras y bobinas por las que circula corriente eléctrica.

Un conductor recto que transporte corriente no tiene polos. Tan pronto como el conductor toma la forma de un aro (espira), adquiere las características polares de un imán. Agregando mas espiras se forma una bobina, de esta forma se concentra el campo magnético que produce cada vuelta de alambre.

Determinación de los polos en una bobina

Se utiliza la regla de la mano derecha como se muestra en la siguiente figura.

Los dedos índice a meñique señalan el sentido convencional de la corriente en la bobina y el dedo pulgar indica el polo Norte.

Propiedades del flujo magnético

Las leyes que gobiernan las propiedades del flujo magnético son muy útiles para explicar el funcionamiento de una gran variedad de equipos eléctricos que usan circuitos magnéticos, estas leyes son:

No existe aislante para el flujo magnético; pasa a través de todos los materiales.

Las líneas de fuerza son curvas cerradas que atraviesan el imán y el espacio alrededor del mismo.

Estas curvas, semejantes a bandas de goma estiradas, tienden a acortarse en sentido longitudinal.

Las líneas de fuerza tienen dirección: salen del polo norte y entra al polo sur.

Las líneas de fuerza nunca se cruzan entre sí.

Las líneas magnéticas en la misma dirección tienden a aglomerarse sin tocarse.

Las líneas magnéticas atraviesan fácilmente los materiales magnéticos y prefieren fluir por materiales magnéticos y no por el aire o materiales diamagnéticos.

Flujo magnético (Φ) weber (Wb)

La unidad de medida del flujo magnético para el sistema internacional es el weber y se simboliza Wb.

Un weber puede definirse solamente en función de la variación de flujo en un conductor de una sola vuelta.

Un weber es la cantidad de variación de flujo necesaria en un segundo para inducir un voltio en el conductor.

Cuando un flujo de 1Wb cambia a través de una bobina de 3 vueltas en dicha bobina se inducen 3V

Densidad de flujo, Tesla (T)

La cantidad de flujo por unidad de área de una sección plana se llama densidad de flujo y se simboliza con la letra griega beta (β). La unidad de medida es el tesla símbolo T.

Un tesla es igual a un weber por metro cuadrado.

Especificando densidad de flujo en lugar de flujo también es más fácil comparar circuitos magnéticos de distintos tamaños físicos.

Fuerza magnetomotriz (fmm) - ampere-vuelta (At)

Como vimos anteriormente la fuerza magnética de una bobina depende del número de vueltas y de la intensidad de corriente que circule por el conductor.

Entre más vueltas tenga más fuerte será el flujo, de igual manera entre más alta sea la intensidad que circula más fuerte será el efecto magnético de la bobina.

Al producto de la intensidad de corriente que circula por el cable que forma una bobina y el número de vueltas con que esta está formada se denominan fuerza magnetomotriz se representa fmm y se calcula con la siguiente fórmula:

fmm=N × I

Donde:

fmm: Fuerza magnetomotriz en Amperes-vuelta.

N: número de vueltas de la bobina.

I: intensidad de corriente que circula por el conductor de la bobina(A).

Utilizamos el amperio-vuelta como unidad básica de la fuerza magnetomotriz. Un ampere-vuelta es la fuerza magnetomotriz creada por una amperio al circular por una espira de alambre de una vuelta. Tres amperios-vuelta de fuerza magnetomotriz son iguales a tres amperios por una vuelta o a un amperio por tres vueltas.

Ejemplo:

¿Cuál es la fmm de una bobina si circula una corriente de 1.3A por el conductor que la forma y esta tiene 20 vueltas?

fmm=1.3A ×20 vueltas=26 Avuelta

Intensidad de campo magnético (H)

La intensidad del campo magnético nos indica lo intenso que es el

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