Máquinas Eléctricas de Corriente Alterna: Motores Síncronos

Las máquinas eléctricas de CA

Las máquinas eléctricas de corriente alterna (CA) se clasifican principalmente en dos tipos:

• Máquinas síncronas: Son motores y generadores donde la corriente del bobinado inductor, que necesitan, es suministrada por una máquina independiente en forma de corriente continua (CC).
• Máquinas de inducción: Se utilizan solo como motores y la corriente del bobinado inductor les es suministrada por inducción magnética.

Diferencias entre máquinas de CC y CA

• La ubicación de las bobinas inducidas e inductoras es diferente en función del tipo de máquina.
• En las máquinas de CA no hay ninguna conexión eléctrica entre el rotor y el estator.
• Las de CA no tienen colector.

Motores de CA síncronos

Estructura interna

Estator

Formado por una carcasa exterior y una pieza interior en forma de corona donde hay talladas unas ranuras. En estas ranuras se instalan tantas bobinas como fases tenga el motor. Los más utilizados son los motores trifásicos, que tienen tres bobinados aislados entre ellos en el estator. Cada bobinado está conectado a una fase de un sistema de corriente alterna trifásica y colocado dentro de la carcasa de manera que haya un desfase entre ellos de 120 grados eléctricos. Los bobinados son largos porque se hace un tipo de trenzado en la pared interior, respetando la posición de 120 grados eléctricos de desfase entre bobinas.

Rotor

Formado por un conjunto de barras de cobre o aluminio colocadas en forma de cilindro y unidas por sus extremos con unos anillos metálicos. Tiene dos partes:

• Las bobinas, que ahora funcionan como inductor, se bobinan en sentido longitudinal y están conectadas entre ellas de modo que crean polos norte y sur alternativos.
• Los anillos de rozamiento, que son dos anillos metálicos que rodean uno de los extremos del eje, pero que están aislados entre ellos. Cada uno de los devanados que hay en el rotor está conectado eléctricamente con uno de los anillos. Mediante unas escobillas, se pone en contacto un anillo con el polo negativo de la máquina que ofrece la CC y el otro anillo con el polo positivo. Así, la corriente continua llega a todas las bobinas del rotor, aunque este esté girando, e independientemente de su velocidad.

Funcionamiento

Los motores de CA síncronos necesitan una CC que circule por los bobinados del rotor (inductor) y una CA que circule por los bobinados del estator (inducido). Cada una de estas corrientes crea un campo magnético; la interacción de los cuales provoca un movimiento giratorio del rotor. La circulación de la CC por los devanados del rotor provoca un campo magnético. Este campo tiene un valor constante, porque es creado por una CC, y su dirección y sentido se determinan por la regla del sacacorchos. En el estator, un bobinado bifásico o trifásico crea un campo magnético giratorio. Si están cerca, los dos campos se alinean, como también lo hacen dos imanes, pero como el campo del estator está girando, el campo magnético del rotor y el propio rotor giran tratando de atraparlo.

Velocidad de rotación del campo magnético giratorio o velocidad de sincronismo

El campo da una vuelta entera dentro del estator de la máquina para cada ciclo eléctrico de la corriente que se le aplica. Las máquinas bipolares constan de un polo norte y un polo sur, pero las máquinas de CA reales tienen sus bobinas estatóricas distribuidas en una especie de trenzado debido a la falta de espacio. Hay un desfase de 120 grados eléctricos entre bobinas. Dentro del estator se crean cuatro polos y dos electroimanes; estas máquinas se llaman cuadripolares, porque para que el rotor sea arrastrado una vuelta entera, los polos del estator deben girar media vuelta. Los motores de CA trabajan a velocidad constante porque son alimentados por una frecuencia constante.

Inversión del sentido de giro

Para cambiar el sentido de giro, basta con cambiar la conexión entre dos bobinas del estator.

Arranque de los motores síncronos

Existen tres métodos:

1. Reducir la velocidad del campo eléctrico del estator: Se hace disminuir la velocidad de sincronismo hasta que sea suficientemente baja para que el rotor se adhiera, y se va aumentando progresivamente para acelerar el rotor.
2. Utilizar un motor externo para acelerar el rotor hasta la velocidad de sincronismo. Una vez el rotor ha acelerado hasta llegar a la velocidad de giro, el motor externo se desconecta y la velocidad del rotor cae hasta quedar pegado al campo giratorio.
3. Utilización de bobinados amortiguadores: Consiste en montar unas barras en las caras del rotor y conectarlas entre ellas, en cortocircuito.

Un motor síncrono con bobinados amortiguadores puede arrancar solo, y no es necesario que el motor esté descargado para llegar más cerca de la velocidad de sincronismo. Además, es más estable. Cuando gira a la velocidad de sincronismo, no hay tensiones inducidas en las barras de los bobinados amortiguadores.