Máquinas eléctricas estáticas y rotativas: transformadores, motores y generadores

Máquinas Eléctricas

Clasificación

Las máquinas eléctricas se clasifican en dos grandes grupos:

• Estáticas: Transformadores.
• Rotativas: Motores y Generadores.

Transformadores

Los transformadores se clasifican en:

• De potencia.
• De medida (de tensión o corriente).
• Especiales.

Pueden ser monofásicos o trifásicos. Existen distintos tipos de transformadores de potencia. Los de medida se utilizan para medir tensiones o corrientes.

Máquinas Eléctricas Rotativas

Motores

Los motores se clasifican en:

• De corriente continua (monofásicos).
• Asíncronos (monofásicos o trifásicos).
• Síncronos (monofásicos o trifásicos).
• Especiales:
  • Imanes permanentes (Motores de corriente continua).
  • Sin escobillas (Motores).
  • Reluctancia variable (Motores trifásicos).

Ejemplos de aplicación: motores de corriente continua para tracción y arrastre en trenes, juguetes, etc.

Motor Asíncrono

El campo magnético giratorio gira a una velocidad distinta a la de su rotor (altas velocidades). Se utiliza en electrodomésticos como centrifugadoras y lavadoras.

Motor Síncrono

Su campo magnético giratorio gira a la misma velocidad que el rotor.

Transformadores

Se utilizan en redes eléctricas para convertir un sistema de tensiones (generalmente de media o alta tensión) en otro de igual frecuencia y mayor o menor tensión. La conversión se realiza prácticamente sin pérdidas. Las intensidades son inversamente proporcionales a las tensiones en cada bobinado.

Tipos de Transformadores

• Transformador Elevador: V2 > V1, I2 < I1
• Transformador Reductor: V2 < V1, I2 > I1

Una bobina sometida a una tensión crea un campo magnético (fenómeno primario). Una bobina sometida a un campo magnético induce una tensión en sus terminales (fenómeno secundario).

Razón de Transformación

a = V1/V2 = N1/N2 = I2/I1

Donde:

• V1: Tensión en el primario.
• V2: Tensión en el secundario.
• N1: Número de espiras en el primario.
• N2: Número de espiras en el secundario.
• I1: Corriente en el primario.
• I2: Corriente en el secundario.

Polaridad

La polaridad es importante para:

• Conectar correctamente el circuito eléctrico.
• Conectar transformadores en paralelo.

Ensayos

• Ensayo de vacío: Mide las pérdidas en el núcleo (hierro).
• Ensayo de cortocircuito: Mide las pérdidas en el cobre (bobinados).

Ambos ensayos miden tensiones, corrientes y potencias.

Reversibilidad de las Máquinas Eléctricas

Toda máquina eléctrica es reversible, es decir, puede funcionar como motor o como generador.

• Motor: Convierte energía eléctrica en energía mecánica.
• Generador: Convierte energía mecánica en energía eléctrica.

Máquina de Corriente Continua

La máquina de corriente continua consta de dos devanados alimentados con CC:

• Inductor: Ubicado en el estator.
• Inducido: Ubicado en el rotor.

Su funcionamiento se basa en la existencia de un colector que convierte las magnitudes variables generadas o aplicadas a la máquina en magnitudes constantes. Se utiliza en tracción eléctrica (tranvías, trenes) y en accionamientos donde se precisa regular la velocidad. Están en desuso debido a su complejo mantenimiento.

Excitación de la Máquina de CC

El campo magnético de una máquina de CC puede generarse mediante imanes permanentes o con bobinas alimentadas con CC. Según la forma de alimentación de las bobinas, existen dos tipos de excitación:

• Excitación independiente: La corriente que alimenta el devanado inductor es ajena a la propia máquina y procede de una fuente externa.
• Autoexcitación: La corriente procede de la propia máquina. Según la forma de obtener esta corriente, existen tres tipos de máquinas de CC:
  • Excitación serie: Devanado inductor en serie con el inducido.
  • Excitación shunt o paralelo: Devanado inductor conectado directamente a las escobillas, en paralelo con el inducido.
  • Excitación compuesta o mixta: Una bobina en serie y otra en paralelo.

Motores Asíncronos Trifásicos

Partes Principales

• Rotor: Conjunto de espiras en cortocircuito. Puede ser de jaula de ardilla (de aluminio fundido o de barras soldadas) o bobinado.
• Estator: Devanado trifásico distribuido en ranuras a 120°. Puede ser devanado aleatorio (de hilo esmaltado) o preformado.
• Circuitos magnéticos: Conjunto de chapas de hierro aleado con silicio, aisladas y apiladas.

Selección de un Motor

1. Selección de la carcasa y nivel de protección.
2. Seleccionar la potencia en función de la potencia necesaria para arrastrar la carga.
3. Seleccionar la velocidad en función de la velocidad de la carga.
4. Seleccionar la forma normalizada de montaje en función de la ubicación.
5. Seleccionar la clase de aislamiento en función de la temperatura esperada y el ambiente de trabajo.
6. Seleccionar la característica mecánica en función del par de arranque.

Riesgos Eléctricos

Una tensión menor a 50V en un entorno seco y 25V en un entorno húmedo no suponen peligro alguno. 30mA es el umbral de la fibrilación ventricular, principal causa de muerte en un golpe eléctrico. Paro cardíaco, paro respiratorio y quemaduras graves pueden producirse sin fibrilación.