Principios Fundamentales de Máquinas Eléctricas Síncronas y Alternadores

Principios de Funcionamiento

Al conectar anillos rozantes y escobillas, la fuerza electromotriz presenta valores positivos y negativos, ya que el sentido de la corriente cambia periódicamente. De esta manera, se obtiene una señal de forma senoidal.

Ángulo Eléctrico

En una máquina, el ciclo magnético varía según el número de polos:

• Si la máquina tiene 2 polos (N-S), el ciclo magnético es de 360º.
• Si tiene 4 polos (N-S-N-S), el ciclo de N a N es de 180º.
• Si tiene 6 polos, el ciclo es de 120º.

Sistema de Fases

El sistema más utilizado es el trifásico, formado por tres fuerzas electromotrices iguales en frecuencia y magnitud, pero desfasadas entre sí 120º.

Campo Magnético Giratorio

El funcionamiento de los motores de corriente alterna (CA) se basa en el efecto del campo magnético giratorio. Si se alimentan los tres devanados, el campo magnético dependerá de los valores en cada una de las fases. El signo de los polos cambia en cada uno de los devanados en función de los valores a lo largo del tiempo. Si se cambia la secuencia de dos fases, el flujo circula en sentido contrario.

Máquinas Síncronas

Las máquinas síncronas operan a la misma velocidad que la frecuencia de la red. Son más costosas y requieren un arrancador especial. Al alcanzar la velocidad síncrona, apenas presentan pérdidas.

Componentes Principales de las Máquinas Síncronas

Circuito Magnético

• Parte Fija (Estátor): Aloja los devanados del inducido.
• Parte Móvil (Rotor): Aloja el circuito del devanado del inductor. Existen dos tipos principales de rotores:
  • Polos Salientes: Utilizados en máquinas de más de dos polos y gran potencia, que giran a baja velocidad.
  • Polos Lisos: Empleados en máquinas de pequeña potencia.

Circuito Eléctrico

• Inductor: Genera el campo magnético de excitación sobre el bobinado del rotor. Los polos deben ser de signo alternativo (N-S-N-S). Posee un colector de anillos que no requiere conmutación; la conexión se realiza mediante dos anillos que alimentan cada uno de los terminales del devanado inductor y sobre los cuales se apoyan las escobillas.
• Inducido: Alojado en el estátor. En función del número de fases, puede ser trifásico, formado por tres devanados (uno por fase). El número de polos del inducido debe ser el mismo que el número de polos del devanado. Dispone de una caja de bornes para conectar los devanados del inducido, ya sea en conexión estrella o triángulo.

Funcionamiento como Generador (Alternador)

Si se aplica una fuerza motriz y se alimenta el circuito de excitación, se obtiene una tensión alterna trifásica cuya frecuencia depende de la velocidad de giro.

Funcionamiento como Motor Síncrono

Además de funcionar como generador, la máquina síncrona se utiliza como motor. Para ello, debe mantenerse la corriente de excitación y aplicar la alimentación al devanado del estátor. Esto produce un campo magnético giratorio. El devanado del rotor genera un campo magnético fijo que intenta alinearse con el campo giratorio.