Conceptos Esenciales de Máquinas Eléctricas: CC y Síncronas

Conceptos Clave sobre Máquinas Eléctricas de Corriente Continua y Alterna

Problemas de conmutación en máquinas de c.c.

Reacción en el inducido (desplazamiento del plano neutro, debilitamiento del campo principal). Tensiones de autoinducción Ldi/dt.

Causas por las que un generador de c.c. no se autoexcita.

• Porque no hay flujo remanente o residual.
• La dirección de rotación del generador ha sido invertida.
• La resistencia Re de campo es mayor que la crítica.

Generador funcionando como motor.

Vt = Ea - IaRa; Ea = KaØn (ecuación de una máquina de c.c.).

Formas de regular la velocidad:

• Variando Ø (flujo).
• Variando la tensión inducida Vt.
• Intercalando una resistencia en serie con el inducido.

¿Por qué un alternador es una máquina síncrona?

Porque el campo giratorio del rotor tiene la misma frecuencia que la del estator y solo funciona a la velocidad de sincronismo.

¿Por qué un motor síncrono no puede arrancar por sí solo?

Porque no tiene excitación, porque el campo magnético (B) del estator gira muy deprisa y el rotor no se mueve.

Tres lugares donde se instalan generadores síncronos.

• Centrales térmicas.
• Centrales hidráulicas.
• Centrales nucleares.
• También grupos electrógenos.

Explicación de cómo se genera energía eléctrica en una máquina síncrona.

Se crea un campo magnético mediante un imán de c.c., se mueve el rotor y esto crea una f.e.m. (fuerza electromotriz) en los devanados del estator.

Funcionamiento elemental de un generador (una vuelta de espira).

Los generadores transforman energía mecánica en eléctrica. La acción se desarrolla por el movimiento de una espira en un campo magnético, creando una f.e.m. inducida que, al cerrar el circuito externo, provoca una corriente que interactúa con el campo y desarrolla una fuerza mecánica que se opone al movimiento.

Circuitos derivados en una máquina de c.c.

Conjunto de bobinas conectadas en serie en las que las f.e.m. inducidas tienen el mismo sentido. Cada rama comprende el mismo número de bobinas, siendo un número par.

Reacción del inducido en un generador de c.c. en carga.

Al desplazar la línea neutra, la conmutación se va a realizar a una cierta tensión, de modo que al juntarse dos delgas, se va a producir un cortocircuito y el plano se desplazará en el mismo sentido de giro del motor.

Ensayos realizados en laboratorio a una máquina de c.a. síncrona funcionando como generador.

• Curva de vacío.
• Curva de cortocircuito.
• Cálculo del valor de Ra.
• Regulación.
• Acoplamiento directo.

Impedancia síncrona de un alternador.

Zs = √(Ra² + Xs²) = Ea / Ia

Ensayo en cortocircuito de un alternador.

Se mueve el alternador a la velocidad de sincronismo. Se mantiene el rotor sin excitación. Se va elevando la corriente de excitación hasta que la corriente del inducido (amperios) llegue al 130% de la corriente nominal (Io).

¿Dos generadores síncronos se reparten por igual la carga?

Solo si tienen la misma velocidad y frecuencia. Cualquier variación en uno de los dos generadores provoca un reparto de potencia, tensión y par distinto.

Soluciones a los problemas de conmutación en motores de c.c.

• Desplazamiento de las escobillas.
• Devanados de compensación.
• Polos auxiliares o interpolos.

Invertir el sentido de giro de un motor serie de c.c.

• Cambiando la polaridad.
• Sistema Ward-Leonard.
• Rectificadores controlados.

Eliminar la resistencia de arranque en circuitos de c.c.

• Manual.
• De manera temporizada.
• Método de las tensiones inducidas.

Métodos de arranque de un motor síncrono.

• Generador a baja frecuencia.
• Motor de arrastre.
• Devanados amortiguadores.