Fundamentos de Máquinas Eléctricas: Estructura, Frecuencia y Regulación de Alternadores
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Conceptos Fundamentales en Máquinas Eléctricas
Frecuencia y Periodo
En el estudio de una máquina elemental de dos polos, una vuelta completa de la espira genera un ciclo eléctrico en la fuerza electromotriz (FEM) inducida.
- El tiempo que tarda en producirse dicho ciclo se denomina periodo y se expresa en segundos (s).
- El número de ciclos por segundo se denomina frecuencia y se mide en hercios (Hz).
Ángulo Eléctrico
Una vuelta completa de la espira corresponde con un ciclo geométrico de 360º. Si la máquina tiene dos polos, el ciclo magnético coincide con el ciclo geométrico, ya que es el recorrido que se efectúa para encontrar un polo del mismo signo que el inicial.
Estructura y Circuitos Magnéticos
Circuito Magnético de las Máquinas Síncronas
El circuito magnético fijo es la armadura, que está formado por un apilamiento de chapas metálicas embutidas en la carcasa (el estátor). Este está ranurado axialmente para permitir alojar en ellas las bobinas del inducido.
El circuito magnético rotativo, ubicado en el rotor, también se constituye de chapas magnéticas apiladas y aloja el circuito del devanado de excitación o inductor. Dicho circuito puede ser de dos tipos:
Tipos de Rotor Síncrono
- De Polos Salientes: Se utilizan generalmente para máquinas de más de dos polos, de gran potencia y tamaño, que giran a baja velocidad.
- Ranurados o de Polos Lisos: Son máquinas de pequeña potencia que giran a gran velocidad y disponen de un bajo número de polos.
Regulación de la Tensión y Frecuencia de Salida
La corriente del inductor debe mantenerse como un valor fijo.
Regulación de la Tensión
La variación de dicha corriente mediante un sistema de alimentación regulable basado en un VARIAC y un rectificador de corriente permite ajustar el valor de la tensión de salida del alternador.
Regulación de la Frecuencia
La velocidad de giro del rotor y el número de pares de polos de la máquina son las variables que determinan la frecuencia en los bornes de salida del alternador.
Circuito Magnético de Máquinas Asíncronas
El circuito magnético está formado por dos partes: una fija en el estátor y otra móvil en el rotor.
1. Armadura o Estátor
Es idéntico al de las máquinas síncronas.
2. Rotor (Dos Tipos)
- Rotor en Cortocircuito (Jaula de Ardilla): No dispone de ranuras abiertas que permitan insertar un bobinado ejecutado a base de hilo o pletina esmaltada. Está constituido por un número determinado de barras rígidas que se cierran en cortocircuito en sus extremos, formando su propio devanado.
- Rotor Ranurado: Se encuentra ranurado en todo su contorno para permitir alojar un devanado constituido a base de bobinas de hilo o pletina esmaltada.