El Mundo Sin Rastro

GENERALIDADES

Se logran tres formas de conversión de energía a través de la maquinaria rotatoria: de energía mecánica a eléctrica, de un tipo de energía eléctrica a otro y de energía eléctrica a mecánica. Los grandes turbogeneradores de vapor, los generadores de turbina hidráulica, y conjuntos de generadores con unidades motrices más pequeñas, son los medios más familiares para convertir energía mecánica a energía eléctrica. Los con- vertidores rotatorios, los conjuntos motor-generador y los cambiadores de frecuencia convierten energía de corriente alterna a energía de corriente continua, o viceversa, o cambian la frecuencia de la potencia cuando es de corriente alterna. Los reguladores de voltaje se usan para controlar el voltaje de la energía eléctrica. Los transformadores convierten voltaje de un valor a otro. Los motores eléctricos son las máquinas que se usan con mayor frecuencia para convertir energía eléctrica en energía mecánica.

CARACTERÍSTICAS DE CONSTRUCCIÓN

Todos los tipos de aparatos eléctricos arriba mencionados tienen tres elementos comunes de construcción. Estos son: hierro activo para llevar flujo magnético, devanados para llevar corriente eléctrica y hierro inactivo u otro material apropiado para servir de apoyo y proporcionar cierto grado de protección a los otros dos elementos. Diferencias importantes en el número, arreglo y construcción de los devanados y del hierro activo producen diversas características de operación.

1. HIERRO ACTIVO. En motores eléctricos, el hierro activo generalmente consta de dos núcleos cilíndricos de hierro laminado, uno dentro del otro y separados por un espacio de aire llamado entrehierro. El flujo magnético que pasa de un núcleo al otro a través del entrehierro forma el circuito magnético. Normalmente el núcleo interno girará y el externo permanecerá estacionario. En casos especiales lo contrario puede ser lo cierto o pueden girar ambos núcleos. (En los transforma dores ambos núcleos son estacionarios y el entrehierro se elimina, dejando con ello físicamente un núcleo.) La mayoría de las laminaciones están cubiertas por una fina capa de material aislante, ya sea orgánico o inorgánico, para proporcionar resistencia interlaminar, con lo cual se reducen las pérdidas y el calentamiento

producidos por las corrientes parásitas.

2. DEVANADOS. Los conductores, normalmente de cobre, de los motores eléctricos se localizan cerca de la superficie de los elementos de hierro activo (núcleos) y en la vecindad del entrehierro. Se pueden localizar en ranuras o circundar una estructura de polos salientes, y normalmente están aislados eléctricamente de los núcleos de hierro. Los conductores están compuestos de bobinas con conexiones externas y aisladas de los núcleos de hierro. Las bobinas dentro de cada núcleo están conectadas para formar los diversos circuitos o devanados individuales que llevan corrientes independientes. La distribución de las corrientes que fluyen en los devanados, alrededor de las superficies del hierro activo, determina la operación del motor. En la sección 11 se describen los diferentes sistemas usados para aislar los devanados de los elementos de hierro.

3. HIERRO INACTIVO. El hierro inactivo generalmente rodea al hierro activo y a los devanados en la forma de una armadura y algún tipo de encerramiento en los extremos. La armadura o estructura sirve para anclar los elementos estacionarios a una cimentación o base. En el caso de corriente continua, la estructura (a veces llamada yugo) puede llevar también flujo magnético. Las etapas o encerramiento de los extremos pueden contener los cojinetes, los cuales colocan en forma apropiada el elemento rotatorio en relación con el estacionario. Algunas veces los cojinetes están separados de las tapas de los extremos y van montados en pedestales que se montan sobre placas, ya sea solas o con cama. El armazón y las tapas de los extremos también proporcionan diversos grados de protección para el hierro activo y los devanados. Además sirven para dirigir el aire de ventilación de manera eficiente para enfriar

las partes componentes.

4. COJINETES. Existen cojinetes tipo manguito y tipo antifricción. Los primeros, para motores horizontales, no están diseñados normalmente para soportar cargas de empuje externas. Los cojinetes antifricción pueden ser de los tipos de bolas o de rodillos, y tampoco están diseñados normalmente para soportar cargas de empuje externas. Para motores verticales, tanto los cojinetes de manguito como los de antifricción, se pueden diseñar para soportar cargas de empuje externas. Los cojinetes de manguito son lubricados por aceite, mientras que los cojinetes antifricción pueden ser lubricados por aceite o por grasa. El enfriamiento para el cojinete puede ser proporcionado haciendo circular

el aceite a través de enfriadores apropiados. Los tipos de cojinetes y sus aplicaciones se describen en la sección 12.

FUNCIONAMIENTO DE MOTORES

5. PAR. El par es la fuerza que tiende a producir rotación, el momento de giro del esfuerzo tangencial. El par motor en los motores eléctricos es la fuerza giratoria desarrollada por el motor. También se le puede mencionar como la resistencia a la fuerza giratoria ofrecida por la carga impulsada. El par motor se expresa en unidades de fuerza y distancia para representar el momento de torsión. Las unidades que se usan normalmente son las libras-pie, onzas-pulgada, o gramos-centímetros, dependiendo de la magnitud del par y el sistema para expresar unidades en que se use. Uno de los métodos preferidos de expresión es el porciento del par nominal a plena carga.

El par de los motores eléctricos se puede describir con diversas especificaciones (Refs. 2,3), la mayoría de las cuales se ilustran en la figura 1.

a. PAR A ROTOR BLOQUEADO es el par mínimo desarrollado por el motor para todas las posiciones angulares del rotor en el momento de energizar con la tensión nominal los circuitos del devanado primario del motor. Este par a veces es conocido como par de arranque.

b. PAR DE ACELERACIÓN es el par desarrollado con alimentación nominal de potencia durante el periodo desde el reposo (o velocidad cero) hasta la velocidad nominal plena. El término "par de aceleración" se utiliza frecuentemente y se emplea como par neto de aceleración, que es el par positivo disponible más allá del requerido por la carga.

c. PAR MÁXIMO, llamado a veces par crítico, es el par máximo desarrollado con alimentación nominal de entrada sin cambio abrupto de velocidad.

d. PAR MÍNIMO DE ACELERACIÓN es el par mínimo desarrollado con alimentación nominal de entrada durante el periodo de aceleración desde el reposo hasta la velocidad, en que ocurre el par máximo, o hasta la velocidad nominal plena, si el motor no tiene un par máximo definido.

e. PAR DE AJUSTE A SINCRONISMO es el par desarrollado durante la transición de la velocidad de deslizamiento a la velocidad sincrónica. Para el motor sincrónico es el par máximo constante con el que el motor llevará a sincronismo, la inercia de su carga mecánica conectada con alimentación nominal de entrada, cuando se aplica la excitación de su campo.

f. PAR DE RELUCTANCIA es un par pulsante que tiene un valor neto de cero y una frecuencia del doble de la frecuencia de línea. El par de reluctancia afecta a los pares de ajuste a sincronismo y el mínimo de aceleración de los motores, y es característico de motores que tienen una construcción de polos salientes.

g. PAR SINCRÓNICO es el par de estado constante desarrollado durante la operación sincrónica cuando se aplica la potencia nominal. Es el par disponible para mover la carga.

h. PAR DE PLENA CARGA es el par necesario para producir la potencia nominal de salida a velocidad nominal con la alimentación nominal de entrada. La definición de los otros pares, normalmente se expresa como un porcentaje de este par nominal a plena carga.

i. PAR CRÍTICO es el máximo par que puede desarrollar un motor sin pérdida de estabilidad. Este par frecuentemente es mencionado como el par máximo de torsión o par máximo simplemente. Para motores sincrónicos, es el par máximo sostenido que se desarrolla durante un minuto a velocidad sincrónica con alimentación nominal de entrada y excitación normal.

j. PAR DE FRENADO es el par que tiende a desacelerar el motor a una velocidad más baja o a velocidad cero.

k. DEFINICIÓN DE LOS PARES DEL MOTOR. La Tabla 1 está construida para mostrar cuáles de los pares están asociados

normalmente con los tipos básicos de motores. En esta tabla, un sí indica que el término está bien definido por el uso y las normas, y aparece además en publicaciones concernientes al tipo particular de motor. Un no indica que el término no es aplicable al tipo de motor o no está definido en normas. En casos especiales, por señalarse. Se puede permitir el uso del término donde aparece un no. A veces se usan diferentes términos o nombres para los pares definidos. En la tabla se muestran los nombres más comunes.

6. VELOCIDAD.

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