Máquinas de corriente alterna: generador, motor, rotor, estator y deslizamiento

Máquinas de corriente alterna

Constitución de la máquina de CA

La máquina está formada por polos magnéticos (N-S) que generan un campo, una espira conductora situada en su seno, anillos que giran solidariamente con la espira y escobillas que, al rozar con los anillos, permiten extraer la corriente.

Funcionamiento como generador

Entre 0° y 180° el flujo cortado es nulo y la fem es nula. A los 90°, la espira corta el campo a máxima velocidad, induciendo un valor máximo positivo. A los 270° alcanza el valor máximo negativo, completando un ciclo de corriente alterna senoidal.

Par del generador

Según la ley de Lenz, se genera un par que se opone al par mecánico aplicado al eje (conversión de energía mecánica en eléctrica).

Funcionamiento como motor

Se introduce corriente en la espira dentro del campo. El par motor hace girar la espira y, al girar, la fem de autoinducción limita y regula la corriente absorbida por el circuito.

Partes de la máquina

Rotor

Parte móvil de la máquina que genera el movimiento y la potencia. El paquete de chapas constituye el bobinado y los anillos colectores se utilizan para la conexión eléctrica externa.

Estator

Parte fija con una carcasa que proporciona soporte y protección. Está formado por un paquete de chapas aisladas internamente para permitir el flujo magnético, y por devanados alojados en ranuras.

Velocidad de sincronismo

Es la velocidad a la que gira el campo rotatorio creado por el estator. Depende de la frecuencia de la red y del número de pares de polos:

n = 60 · f / p (rpm)

Clasificación de las máquinas de CA

Como generador o como motor, la clasificación se basa en la relación entre la velocidad del rotor y la del campo del estator:

• Síncronas: el rotor y el campo giran a la misma velocidad.
• Asíncronas: difieren la velocidad del rotor y la del campo (por ejemplo, rotor de jaula de ardilla).

Deslizamiento

Es la diferencia relativa entre la velocidad de sincronismo y la velocidad real del rotor:

• 0 < S < 1: motor
• S < 0: generador
• S > 1: freno

Ventajas de las máquinas asíncronas

• Robustez
• Sencillez mecánica
• Bajo mantenimiento
• Alta fiabilidad
• Menor coste
• Rendimiento elevado

Motor de jaula de ardilla

Presenta barras con dos tipos de ranuras: la jaula externa tiene más resistencia y menos reactancia, mientras que la jaula interna tiene menos resistencia y más reactancia. Al alcanzar la velocidad nominal se utilizan las dos jaulas, lo que proporciona un par de arranque elevado.

Motor con rotor devanado

Dispone de un bobinado trifásico con tres anillos que permiten conectar resistencias externas mediante escobillas. Así se regula la velocidad y se aumenta el par de arranque.

Curvas características

Representan gráficamente el par (máximo en el arranque y nominal) y la velocidad (par a plena carga).