Principios de funcionamiento de máquinas eléctricas rotativas: motor de inducción y máquinas síncronas

Principios Operacionales de Máquinas Eléctricas Rotativas

Motor de Inducción Trifásico (MTA)

En un **Motor de Inducción Trifásico (MTA)**, se induce un campo magnético giratorio (B). Este campo se genera mediante tres bobinados del estator, desfasados a 120° (acoplados en estrella o triángulo) y conectados a un sistema trifásico de corriente alterna (CA).

• La velocidad de giro de este flujo magnético se denomina velocidad síncrona.
• El campo magnético del estator induce una fuerza electromotriz (FEM) en el rotor, lo que a su vez genera corrientes en este.
• Estas corrientes inducen otro campo magnético en el rotor que interactúa con el campo del estator.
• El rotor comienza a girar debido a la interacción con el campo del estator. Este giro se produce a una velocidad menor que la síncrona (deslizamiento).

Determinación de Pérdidas en Máquinas Rotativas

Las pérdidas en las máquinas eléctricas se clasifican y miden mediante ensayos específicos:

1. Pérdidas en el Cobre ($\text{P}_{\text{cobre}}$)

Estas pérdidas representan aproximadamente el 50% de las pérdidas totales.

Ensayo en Cortocircuito (CC)

• Se trabaja con el rotor bloqueado (sin girar).
• Se aplica una tensión variable hasta alcanzar la corriente nominal ($\text{I}_{\text{cc}} = \text{I}_{\text{n}}$).
• En estas condiciones, se produce el efecto Joule máximo debido a la corriente nominal.
• Se miden las pérdidas en el cobre directamente.

2. Pérdidas en el Hierro ($\text{P}_{\text{hierro}}$)

Ensayo en Vacío

• El motor funciona con el secundario (rotor) abierto y sin carga mecánica.
• Se aplica la tensión nominal y la frecuencia nominal.
• La velocidad de giro del motor está muy cercana a la síncrona, de modo que el deslizamiento ($s$) es prácticamente cero ($s \approx 0$).
• Se miden las pérdidas totales. Al no haber corriente nominal en el cobre (no hay carga), las pérdidas en el cobre son despreciables.
• Restando las pérdidas mecánicas a las totales, se obtienen las pérdidas en el hierro.

3. Pérdidas Mecánicas ($\text{P}_{\text{mecánica}}$)

Ensayo en Supervacío

• Se mide la potencia absorbida por el motor cuando está desacoplado y, posteriormente, acoplado a una máquina colectora (o frenadora) a la misma tensión de alimentación.
• La diferencia entre las potencias medidas en ambas condiciones representa las pérdidas mecánicas (fricción y ventilación).

Máquinas Síncronas (MAQSINCRÓNICA)

Una máquina síncrona posee dos circuitos principales de operación:

Modo Generador

1. El rotor es alimentado con una corriente continua ($\text{I}_{\text{cc}}$) mediante una máquina impulsora (motor primario).
2. El rotor genera un campo magnético fijo.
3. El movimiento de este campo induce una FEM en el estator.
4. En el estator se generan tres tensiones desfasadas 120° (si el estator está formado por tres bobinas), produciendo energía eléctrica.

Modo Motor

1. Si se conecta el estator a una red trifásica, circulará un sistema trifásico de corrientes que producirá un campo giratorio a velocidad síncrona.
2. Si, además, circula corriente continua por el rotor, los polos norte (N) y sur (S) del rotor intentarán alinearse con el campo giratorio del estator.
3. Si el par de carga lo permite, el rotor comenzará a girar a la velocidad síncrona del campo giratorio.

Condiciones para la Conexión de un Generador a la Red

Para conectar un generador síncrono a una red eléctrica existente, las tensiones generadas por la máquina y las de la red deben cumplir estrictamente las siguientes condiciones:

1. Frecuencia Idéntica: Deben tener la misma frecuencia (lo que implica la misma velocidad de sincronismo).
2. Secuencia de Fases Igual: Deben tener la misma secuencia de fases (mismo par de vectores giratorios).
3. Módulo de Tensión Igual: Deben tener el mismo valor eficaz (módulo).
4. Sincronización en Fase: Deben estar en fase en el instante exacto de la conexión.