Fundamentos de Máquinas Eléctricas: Motores, Generadores y Dinamos

Introducción a las Máquinas Eléctricas

Una máquina eléctrica es un dispositivo que transforma la energía de una forma a otra. Por ejemplo, puede convertir la energía cinética (una forma de energía mecánica) en energía eléctrica, o la energía eléctrica en energía mecánica. En esencia, su función principal es la conversión entre energía eléctrica y mecánica, o la modificación de las características de la energía eléctrica.

Tipos Principales de Máquinas Eléctricas

• Generadores Eléctricos

  Son dispositivos capaces de transformar la energía mecánica en energía eléctrica. Un ejemplo clásico de este tipo de máquina son las dinamos.

• Motores Eléctricos

  Son máquinas eléctricas que transforman la energía eléctrica en energía mecánica. Los motores son componentes fundamentales en una vasta gama de aplicaciones industriales y domésticas.

• Transformadores Eléctricos

  Transforman la energía eléctrica en energía eléctrica de otras características (por ejemplo, modificando el voltaje, la corriente o el tipo de corriente, como de alterna a continua). Los transformadores son esenciales para la transmisión y distribución de energía, y dispositivos como los rectificadores también modifican las características de la energía eléctrica.

La Dínamo: Generador de Corriente Continua

Las dinamos son máquinas de corriente continua que transforman la energía mecánica en energía eléctrica. Su funcionamiento se basa en el principio de la inducción electromagnética: cuando un conductor se mueve cortando las líneas de fuerza de un campo magnético, se induce en él una fuerza electromotriz (f.e.m.).

Determinación del Sentido de la Fuerza Electromotriz Inducida

Para determinar el sentido de la f.e.m. inducida, se aplica la regla de la mano derecha de Fleming.

Tipos de Excitación en Dinamos

Las dinamos pueden clasificarse según su tipo de excitación:

• Excitación independiente
• Excitación serie
• Excitación en derivación o shunt
• Excitación compuesta (larga y corta)

Ventajas de las Dinamos

• La tensión en bornes (Vb) aumenta al crecer la intensidad de carga.
• En excitación en derivación (shunt) es estable: al disminuir la tensión en bornes (Vb), la intensidad de carga aumenta, lo que ayuda a mantener la tensión.

Desventajas de las Dinamos

• La dínamo en excitación serie es una máquina inestable.
• Sus aplicaciones actuales son reducidas en comparación con otras tecnologías.

Motor de Corriente Continua (Motor C.C.)

Un motor de corriente continua (C.C.) es una máquina que transforma la energía eléctrica en energía mecánica. Su constitución es idéntica a la de una dínamo, ya que la dínamo es una máquina reversible que puede trabajar tanto como generador (dínamo) como motor.

Su funcionamiento básico se fundamenta en que todo conductor eléctrico, recorrido por una corriente y bajo la acción de un campo magnético, experimentará una fuerza que tenderá a desplazarlo.

Par Motor

El par motor es el momento de fuerza que ejerce un motor sobre el eje de transmisión de potencia. Es una medida clave de la capacidad de un motor para realizar trabajo.

Fuerza Contraelectromotriz (FCEM)

La fuerza contraelectromotriz (FCEM) es la fuerza electromotriz que se opone a la f.e.m. generada por el inducido del motor. Esta FCEM es fundamental para regular la corriente en el motor y su velocidad.

Componentes Principales de una Máquina Eléctrica Rotativa

Las máquinas eléctricas rotativas, como dinamos y motores de C.C., constan principalmente de dos partes:

• Estator (Parte Fija o Inductor)

  Es la parte fija de la máquina y contiene el sistema inductor que crea el campo magnético principal. Sus componentes incluyen:

  • Carcasa
  • Culata
  • Polos inductores
  • Polos auxiliares
  • Devanado de inductor

• Rotor (Parte Móvil o Inducido)

  Es la parte giratoria de la máquina, donde se induce la fuerza electromotriz o se genera el par. Sus componentes incluyen:

  • Núcleo magnético del inducido
  • Devanado inducido
  • Colector de delgas
  • Escobillas
  • Eje

Colector de Delgas

El colector de delgas es un componente crucial en máquinas de corriente continua. Consta de un anillo concéntrico al eje de giro y aislado eléctricamente del mismo, formado por una serie de láminas, generalmente de cobre, aisladas unas de otras y conectadas a su vez a los terminales de cada una de las bobinas giratorias. A cada una de estas láminas se la denomina delga.

Fenómeno de la Reacción del Inducido

La reacción del inducido ocurre cuando, en el motor, el flujo del inductor se distorsiona debido al flujo magnético creado por la corriente del inducido, el cual es perpendicular al flujo magnético creado por los polos inductores.

Problemas Asociados a la Reacción del Inducido

Este fenómeno puede generar varios problemas:

• Provoca la desviación de las escobillas.
• Aumenta la inducción en la mitad de un polo y la disminuye en la otra mitad.
• Aumenta la tensión entre dos lamelas contiguas en el colector, originando chispas en el propio colector.