Fundamentos de Máquinas Eléctricas: Componentes, Devanados y Clases Térmicas

Componentes Clave de Máquinas Eléctricas

Componentes del Circuito Magnético

• Tambor de rotor: Parte giratoria que aloja los devanados o imanes.
• Piezas polares: Elementos que concentran el flujo magnético.
• Base: Soporte estructural de la máquina.
• Carcasa: Envolvente exterior que protege los componentes internos y disipa calor.

Componentes del Inducido/Rotor

• Devanado inducido/inductor: Conjunto de bobinas por donde circula la corriente.
• Polo: Parte del circuito magnético que genera el campo.
• Expansión polar: Extensión del polo para distribuir el flujo magnético.
• Culata: Parte del circuito magnético que cierra el camino del flujo.
• Núcleo: Material ferromagnético que concentra el flujo magnético.
• Eje: Soporte mecánico giratorio.
• Delga: Segmento del colector.
• Colector: Dispositivo que rectifica la corriente en máquinas de CC.

Tipos de Devanados en Máquinas de Corriente Continua

Devanado Ondulado

Presenta menos trayectorias de corriente, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de alta tensión y baja corriente. Es relativamente fácil de fabricar y se utiliza comúnmente en generadores y motores de corriente continua (CC) de alta tensión.

Devanado Imbricado

Caracterizado por tener muchas trayectorias de corriente en paralelo, lo que lo hace ideal para aplicaciones de baja tensión y alta corriente. Su fabricación es más compleja y es frecuente encontrarlo en motores de CC de baja tensión.

Bobina Equipotencial (Nunca en Paralelo)

Las bobinas equipotenciales se utilizan para corregir desequilibrios y asegurar que puntos del devanado imbricado que deberían estar al mismo potencial, realmente lo estén. Las razones para su necesidad incluyen:

• Defectos o diferencias en el material de las bobinas.
• Defectos de montaje.
• Variación en el entrehierro entre diferentes puntos.
• Bobinas con diferente número de conductores o longitudes.

Clasificación Térmica de Motores Eléctricos

La clase térmica de un motor se define por el tipo de materiales aislantes utilizados en su construcción y la temperatura máxima que estos materiales pueden soportar sin deteriorarse. Esto es crucial porque, a medida que las máquinas eléctricas operan, generan calor debido a las pérdidas de energía. Si los materiales aislantes exceden su temperatura máxima de funcionamiento, pueden degradarse, provocando averías graves.

Clases de Aislamiento Comunes

• Clase F (155°C): Utiliza materiales como base de poliéster, poliamidas aglutinadas, base de silicona y resinas epoxi.
• Clase H (180°C): Emplea mica, fibra de vidrio y siliconas de alta estabilidad térmica.
• Clase C (>180°C): Incluye materiales como mica, fibra de vidrio, cerámica, cuarzo, resinas de silicona, poliéster y epoxi de alta estabilidad térmica.
• Clases Superiores a C: Existen clases con límites de temperatura aún mayores, como 200°C, 220°C y 240°C.

Tipos de Máquinas Eléctricas de Corriente Continua

Generador de Corriente Continua (CC)

Convierte energía mecánica en energía eléctrica en forma de corriente continua, empleando un colector para rectificar la corriente generada.

Motor de Imanes Permanentes

Utiliza imanes permanentes para generar el campo magnético. Es un diseño simple y eficiente, pero su potencia está limitada por la fuerza de los imanes.

Motor de Corriente Continua sin Escobillas (Brushless DC - BLDC)

No utiliza escobillas ni colector para conmutar la corriente. En su lugar, emplea un sistema electrónico, lo que reduce significativamente el mantenimiento y mejora la eficiencia operativa.

Afirmaciones Clave y Conceptos a Evaluar

A continuación, se presentan varias afirmaciones relacionadas con máquinas eléctricas. Algunas de ellas son incorrectas según el contexto original del documento.

• Sobre las misiones de la carcasa: La afirmación "Fijar y sustentar las chapas del inducido" se indica como NO correcta entre las principales misiones de la carcasa.
• Sobre el fenómeno de reacción del inducido: La afirmación "Asegura la alineación de la línea neutra con las escobillas" se indica como NO correcta en relación con este fenómeno.
• Afirmación sobre el devanado de anillo: La afirmación "El devanado de anillo lo forman espiras en una superficie cilíndrica con ranuras" se indica como NO correcta.
• Definición de cabeza anterior de bobina: Es la parte que se encuentra conectada al colector.
• Definición de bobina equipotencial: Une los puntos del bobinado imbricado que deben estar al mismo potencial.