Maquinas eléctricas

Se puede definir una máquina eléctrica como cualquier dispositivo querealice una transformación de energía eléctrica, siempre y cuando medie en esta transformación un campo magnético. Las máquinas eléctricas se dividen en: estáticas y rotativas; las estáticas son los transformadores que ya Las rotativas como su nombre indica, disponen de unaparte móvil susceptible de girar alrededor de un eje y, pueden ser motores ogeneradores de energía eléctrica.

Máquinas eléctricas rotativas

Las máquinas eléctricasrotativas son dispositivosreversibles, pueden funcionar comomotor o como generador. En elsiguiente esquema puedes ver queun motor absorbe energía eléctricaque transforma en energía mecánica

(o energía de movimiento) y, ungenerador absorbe energíamecánica que transforma eneléctrica.En un motor por tanto, producimos movimiento a partir de la energíaeléctrica de la red y, a un generador le producimos nosotros el giro (medianteuna turbina hidráulica, una turbina de gas, un motor de gasoil, un molino deviento, etc.) para que este genera fem que alimenta a una red eléctrica.

Desde el punto de vista constructivo y funcional, las partes constituyentes delas máquinas eléctricas son las siguientes:

En el inducido son dos los efectos que puede producir el campo magnético yque ya estudiaste en la UD4 sobre electromagnetismo:

Si por los conductores del inducido circula intensidad, se inducen en ellos

fuerzas que producen el giro (motor) Si los conductores del inducido “ven” flujo variable, se induce en

ellos fem (generador).

¿Cómo se corresponden el estator y el rotor con el inductor y el inducido?Esta correlación depende del tipo de máquina eléctrica. De todas formas la

disposición más habitual es la siguiente:

Motores eléctricosEn el siguiente esquema puedes ver la gran variedad de motoreseléctricos que existen hoy en día en el mercado.

No obstante desde el punto de vista de su utilización en aplicacionesindustriales, los líderes indiscutibles son los motores trifásicos de inducción(asíncronos), que estudiaremos en esta unidad. Estos motores se alimentandirectamente en AC, tienen buen rendimiento, alta estabilidad, fácilconexionado y gracias a la electrónica de potencia desarrollada actualmente, sepueden realizar regulaciones de velocidad y accionamientos muy precisos. Enaplicaciones de refrigeración y climatización se encargan del accionamiento delos compresores en los circuitos de fluido, tanto a nivel industrial y comercial(trifásicos) como doméstico (monofásicos).Los motores de AC síncronos debido a sus limitaciones en cuanto aregulación de velocidad, se utilizan solamente en aplicaciones industriales muyespecíficas. Una de ellas son las centrales hidráulicas de bombeo, en donde

está máquina síncrona funciona alternativamente como generador y comomotor.Los motores de corriente continua están quedándose obsoletos en laactualidad debido a las ventajas citadas de los motores de inducción, sobretododesde los avances tecnológicos en cuanto a regulación de velocidad. El resto demotores se utilizan en aplicaciones muy concretas y normalmente en bajaspotencias.

Generadores eléctrico

Motores trifásicos de inducción. Aspectos físicosLos motores como todas las máquinas eléctricas rotativas, presentanestator y un rotor. El estator es el responsable del campo magnético y en elrotor se plasman las consecuencias de la acción magnética. La configuración deldevanado del estator y el tipo de rotor, diferencian los diversos tipos de

motores e influyen en características tan importantes como la velocidad de giro,potencia, etc.El estatorEl estator de un motor de inducción es el inductor, es decir elencargado de crear el campo magnético. Está formado por:· Circuito magnético: tambor con forma cilíndrica y ranurado, formado dechapas de Fe aleado al Si, asiladas entre sí con Carlite, para reducir laspérdidas por corrientes parásitas. La misión de las ranuras es alojar a losconductores de los devanados.· Circuito eléctrico: formado por tres devanados monofásicos que alconexionarlos en estrella o triángulo, forman un devanado trifásico.En su concepción más elemental, estos devanados son tres bobinasdesfasadas 120º. Cada bobina está formada por 2 conductoresdiametralmente opuestos (bobina de paso diametral) y el estator precisaentonces de 6 ranuras para alojarlos (Fig. 1).

Fig. 1- Devanado estatórico elemental

De esta forma se desaprovecha la capacidad del estator puesto que solamenteson necesarias 6 ranuras para 3 bobinas. En los devanados reales la disposición

es muy distinta:· el número de ranuras es normalmente 24, 36, 48, etc.· las bobinas no son de paso diametral.· cada devanado monofásico está formado de varias de estas bobinasconectadas en serie.Fig. 1- Devanado estatórico elementalConstructivamente las bobinas dependen del tipo de motor, diferenciandoentre motores de BT (<1000 V) y motores de MT (>1000 V):· Motores de BT: las bobinas son de hilo esmaltado, de tal forma queeste baño aislante garantiza el aislamiento entre ellas. (Fig. x)· Motores de MT: las bobinas son preformadas con pletinas de cobreaisladas con materiales orgánicos apropiados (poliamida, fibra devidrio, etc.). Fig. 2

Moto

r de

Fig. 2- Devanados de hilo esmaltado y preformados.

El rotorEs la parte giratoria y el inducido en los motores de inducción. Estáformado por:· Circuito magnético: formado de chapas de Fe aleado al Si, asiladas entresí con Carlite, para reducir las pérdidas por corrientes parásitas.· Circuito eléctrico: formado por un devanado trifásico. En función de laforma constructiva de este devanado, distinguimos entre rotor de jaulade ardilla y rotor bobinado.Rotor de jaula de ardillaLa forma contractiva del devanado es realmente peculiar. Los conductoresdel rotor son barras de aluminio fundido, cortocircuitadas en sus extremosmediante anillos, que también son de aluminio. El conjunto forma una

BOBINA PREFORMADA

MOTOR DE BTDEVANADO DE HILO

ESMALTADO

MOTOR DE MTDEVANADO DE PREFORMADO

Conductores de la bobina.Se alojan en las ranuras

Cabeza de bobina Extremos de bobinapara conexiones

estructura que recuerda a una “jaula de ardilla”, de ahí su nombre. Lajaula a su vez se encuentra embebida en la masa ferromagnética del rotor,que dispone de ranuras para alojar los conductores (Fig. 3).

Fig. 3- Rotor de jaula de ardilla.

Observa que el rotor de jaula de ardilla, no presenta conexiones eléctricascon el exterior, entonces ¿cómo es posible que circule intensidad por lasbarras rotóricas, sin conectarlas a ninguna toma de tensión? La respuestala encontrarás más adelante.Se comprobó experimentalmente que el motor presenta menos vibracionesy más estabilidad si las barras rotóricas se inclinan respecto al eje de lajaula (Fig. 4). Existen además otras disposiciones constructivas, como losrotores de doble jaula o de ranuras profundas, para mejorar el par

electromagnético suministrado por el motor en el arranque (Fig. 4).

Fig. 4- Otros tipos de jaula de ardilla rotórica.

Para que te hagas una idea más exacta del ensamblaje entre la carcasadel motor, el estator con sus ranuras y devanados y el rotor de jaula,puedes ver la Fig. 5

Fig. 5- Cortes de un motor de jaula de ardilla.

Rotor bobinado o devanadoAnte todo debes saber que este tipo de rotores está actualmenteextinguiéndose y que el 95 % de los motores de inducción sonactualmente de jaula de ardilla. No obstante no está de más que te“suene” por si acaso te encuentras con alguno (improbable).La principal diferencia es que los conductores provienen de un devanadotrifásico de hilo esmaltado, similar a los devanados estatóricos. Unextremo de cada devanado se conecta en estrella y el otro se conecta conel exterior mediante tres anillos que rozan con tres escobillas. En elexterior hay que conectar en estrella mediante cables, para cerrar elcircuito rotórico (Fig. 6). En vista de estas conexiones y del rozamientoanillos-escobillas, estos motores necesitan un mantenimiento del quecarecen los de jaula.

Fig. 6- Rotor bobinado: aspecto y circuito.

En motores de rotor bobinado de gran potencia, se conectan durante elarranque resistencias al rotor, para aumentar el par de arranque, queposteriormente se cortocircuitan. Este sistema de arranque al igual que los motores de rotor bobinado, está actualmente obsoleto.