Fundamentos Esenciales de Máquinas Eléctricas de Corriente Alterna: Estructura y Funcionamiento

Conceptos Fundamentales en Máquinas Eléctricas de Corriente Alterna (CA)

Definiciones Eléctricas y Magnéticas

• Ángulo Eléctrico: Una vuelta completa se denomina un ciclo geométrico de 360°. En una representación específica, esto podría corresponder a 180° (dependiendo del contexto de la representación visual).
• Sistema de Fases: En el estátor, el desfase entre los devanados es de 120°.
• Campo Magnético Giratorio: En los motores de CA, el campo magnético inductor es de tipo giratorio, al igual que en algunas máquinas de CC. Para determinar la velocidad de sincronismo ($N_s$), se utiliza la siguiente relación: $N_s = \frac{120 \cdot f}{p}$ (donde $f$ es la frecuencia y $p$ es el número de polos). Para invertir el sentido de giro del flujo, se debe cambiar la secuencia de dos de las fases.

Clasificación de Máquinas de Corriente Alterna

Las máquinas de corriente alterna se clasifican principalmente en dos grandes grupos:

1. Máquinas Síncronas

• Pueden operar como Generadores (trifásicos o monofásicos) o como Motores Sincrónicos.
• Característica Principal: El rotor gira exactamente a la velocidad de sincronismo ($N_s$).

2. Máquinas Asíncronas (Inducción)

• Pueden ser Generadores o Motores Asíncronos.
• Pueden ser monofásicas o trifásicas. Si son trifásicas, pueden tener rotor bobinado o rotor de jaula de ardilla (sin bobinar).
• Funcionamiento: Operan a una velocidad ligeramente inferior a la velocidad de sincronismo (de ahí el término 'asíncrono'). Su principal aplicación es como motor.

Detalles Constructivos de las Máquinas Síncronas

Alimentación del Rotor: Colector de Anillos

La alimentación de la máquina síncrona (excitación) no requiere conmutación (a diferencia de las máquinas de CC). La conexión se realiza mediante un par de anillos rozantes que alimentan cada uno de los terminales del devanado de excitación. Dado que no hay conmutación, el desgaste por contacto eléctrico es mínimo.

Circuito Magnético de las Máquinas Síncronas

El circuito magnético se compone de dos partes fundamentales:

Circuito Magnético Fijo (Estátor o Armadura)

Está formado por un apilamiento de chapas magnéticas (laminaciones) embutidas en la carcasa del estátor. Estas chapas reducen las pérdidas por corrientes parásitas.

Circuito Magnético Rotativo (Rotor)

El rotor está destinado a alojar el circuito del devanado de excitación o inductor. Este puede ser de dos tipos principales:

• De Polos Salientes: Se utilizan generalmente para máquinas con más de dos polos, de gran potencia y tamaño, que giran a baja velocidad (ej. grandes generadores hidroeléctricos).
• Ranurados o de Polos Lisos (Cilíndricos): Se utilizan en máquinas de pequeña potencia o bajo número de polos que están diseñadas para girar a gran velocidad (ej. turbogeneradores).

Estructura de las Máquinas Asíncronas

Circuito Magnético

Al igual que en las síncronas, está formado por dos partes:

• Una parte fija en el estátor.
• Una parte móvil en el rotor.

Armadura o Estátor

Está constituido por un apilamiento de chapas magnéticas embutidas en la carcasa del estátor.