MÁQUINAS ELÉCTRICAS

MÁQUINAS ELÉCTRICAS

Una máquina eléctrica es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en otra energía, o bien, en energía eléctrica pero con una presentación distinta, pasando esta energía por una etapa de almacenamiento en un campo magnético.

Estructura. La estructura de una máquina eléctrica tiene dos componentes principales: estator y rotor, separados por un entrehierro.

Estator.

El estator es el elemento que opera como base, permitiendo que desde ese punto se lleve a cabo la rotación de la máquina. El estator no se mueve mecánicamente, pero si magnéticamente. Existen dos tipos de estatores:

a) Estator de polos salientes

b) Estator rasurado

El estator está constituido principalmente de un conjunto de láminas de acero al silicio (y se les llama “paquete”), que tienen la habilidad de permitir que pase a través de ellas el flujo magnético con facilidad; la parte metálica del estator y los devanados proveen los polos magnéticos.

Los polos de una máquina siempre son pares (pueden ser 2, 4, 6, 8, 10, etc.,), por ello el mínimo de polos que puede tener un motor para funcionar es dos (un norte y un sur).

Rotor.

El rotor es el elemento de transferencia mecánica, ya que de él depende la conversión de energía. Los rotores, son un conjunto de láminas de acero al silicio que forman un paquete, y pueden ser básicamente de tres tipos:

a) Rotor ranurado

b) Rotor de polos salientes

c) Rotor jaula de ardilla

Carcasa.

La carcasa es la parte que protege y cubre al estator y al rotor, el material empleado para su fabricación depende del tipo de máquina, de su diseño y su aplicación. Así pues, la carcasa puede ser:

a) Totalmente cerrada

b) Abierta

c) A prueba de goteo

d) A prueba de explosiones

e) De tipo sumergible

Base.

La base es el elemento en donde se soporta toda la fuerza mecánica de operación de la máquina, puede ser de dos tipos:

a) Base frontal

b) Base lateral

Caja de conexiones.

Por lo general, en la mayoría de los casos las máquinas eléctricas cuentan con caja de conexiones. La caja de conexiones es un elemento que protege a los conductores que alimentan al motor, resguardándolos de la operación mecánica del mismo, y contra cualquier elemento que pudiera dañarlos.

Tapas.

Son los elementos que van a sostener en la gran mayoría de los casos a los cojinetes o rodamientos que soportan la acción del rotor.

Cojinetes.

También conocidos como rodamientos, contribuyen a la óptima operación de las partes giratorias de la máquina. Se utilizan para sostener y fijar ejes mecánicos, y para reducir la fricción, lo que contribuye a lograr que se consuma menos potencia. Los cojinetes pueden dividirse en dos clases generales:

a) Cojinetes de deslizamiento. Operan el base al principio de la película de aceite, esto es, que existe una delgada capa de lubricante entre la barra del eje y la superficie de apoyo.

b) Cojinetes de rodamiento. Se utilizan con preferencia en vez de los cojinetes de deslizamiento por varias razones:

• Tienen un menor coeficiente de fricción, especialmente en el arranque.

• Son compactos en su diseño

• Tienen una alta precisión de operación.

• No se desgastan tanto como los cojinetes de tipo deslizante.

• Se remplazan fácilmente debido a sus tamaños estándares

La figura se ilustra una de estas máquinas:

Se clasifican en tres grandes grupos:

1. Generadores.

2. Motores.

3. Transformadores.

4. Compensadores electromecánicos

5. Amplificadores electromecánicos

Una máquina eléctrica tiene un circuito magnético y dos circuitos eléctricos. Normalmente uno de los circuitos eléctricos se llama excitación, porque al ser recorrido por una corriente eléctrica produce las ampervueltas necesarias para crear el flujo establecido en el conjunto de la máquina.

1. CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS

Las máquinas eléctricas de acuerdo a sus usos se dividen en:

Generadores.- Transforman la energía mecánica en eléctrica. Se instalan en las centrales eléctricas (CC.EE.) y en los diferentes equipos de transporte como autos, aviones, barcos, etc. En las CC.EE. los generadores son accionados mecánicamente mediante turbinas que pueden ser a vapor o hidráulicas; en los equipos de transporte mediante motores de combustión interna o turbinas a vapor. En una serie de casos los generadores se usan como fuente de energía para equipos de comunicaciones, dispositivos automáticos, de medición, etc.

Motores.- Son equipos eléctricos que transforman la energía eléctrica en energía mecánica; sirven para accionar diferentes máquinas, mecanismos y dispositivos que son usados en la industria, agricultura, comunicaciones, y en los artefactos electrodomésticos. En los sistemas modernos de control los motores se usan en calidad de dispositivos gobernadores, de control, como reguladores y/o programables.

Transformadores.- Transforman la c.a. en c.c. y viceversa, variando la magnitud de tensión (V), tanto de c.a. como c.c., frecuencia (f), número de fases y otros. Se usan ampliamente en la industria aunque en las últimas décadas ha disminuido su demanda debido al uso de los conversores semiconductores (dispositivos electrónicos de potencia).

Compensadores electromecánicos.- Generan o absorben potencia reactiva

(Q) en los sistemas eléctricos de potencia para mejorar los índices energéticos (el factor de potencia ϕ, niveles de tensión) en las interconexiones y los centros de carga.

Amplificadores electromecánicos.- Se usan para el control de equipos de gran potencia, mediante señales eléctricas de pequeña potencia, que son transmitidos a los devanados de excitación (control). Su uso también ha disminuido.

2.- CLASIFICACIÓN POR TIPO DE CORRIENTE Y POR SU FUNCIONAMIENTO

Por el tipo de corriente se dividen en máquinas de c.a. y de c.c. Las máquinas en dependencia de su funcionamiento y de su sistema magnético (núcleo) se dividen en transformadores, máquinas de inducción, máquinas síncronas y máquinas colectoras.

Transformadores.- Se usan ampliamente para la variación de tensión. En los sistemas de transmisión, distribución y utilización, en los rectificadores de corriente, en la automática y la electrónica.

Máquina de inducción.- Se usan como motores trifásicos, habiendo también monofásicos. La simpleza de su diseño y su alta confiabilidad permiten su uso en diferentes campos de la ingeniería. En los sistemas de regulación automática. (SRA) se usan ampliamente motores de control mono y bifásico, taco generadores así también como selsynes.

Máquinas síncronas.- Se usan como generadores de c.a. de frecuencia industrial (50 ó 60 Hz) en las CC. EE., así como generadores de alta frecuencia (en los barcos, aviones, etc.). En los sistemas de mando eléctrico de gran potencia se usan motores síncronos. En los dispositivos automáticos se usan máquinas síncronos de histerésis, con imanes permanentes, de paso y otros.

Máquinas colectoras.- Se usan muy rara vez y sólo como motores. Tienen un diseño complejo y exigen muy buen mantenimiento.

Máquina de C.C.- Se usan como generadores y motores en los sistemas de mando eléctrico que requieran flexibilidad en la regulación de velocidad: en los ferrocarriles, en el transporte marítimo, en laminadores, en grúas; también en casos cuando la fuente de energía eléctrica son baterías acumuladoras.

Los generadores de c.c. frecuentemente se usan para el suministro de energía a dispositivos de comunicaciones, el transporte (aviones, trenes, buques), para cargar baterías. Sin embargo ahora son reemplazados por generadores de c.a., que funcionan conjuntamente con rectificadores de estado sólido (semiconductores).

3.- CLASIFICACIÓN POR NIVEL DE POTENCIA

La potencia de una máquina eléctrica es la energía desarrollada en la unidad de tiempo. La potencia de un motor es la que se suministra por su eje. Una dinamo absorbe energía mecánica y suministra energía eléctrica, y un motor absorbe energía eléctrica y suministra energía mecánica.

La potencia que da una máquina en un instante determinado depende de las condiciones externas a ella; en una dinamo del circuito exterior de utilización y en un motor de la resistencia mecánica de los mecanismos que mueve.

Entre todos los valores de potencia posibles hay uno que da las características de la máquina, es la potencia nominal, que se define como la que puede suministrar sin que la temperatura llegue a los límites admitidos por los materiales aislantes empleados. Cuando la máquina trabaja en esta potencia se dice que está a plena carga. Cuando una máquina trabaja durante breves instantes a una potencia superior a la nominal se dice que está trabajando en sobrecarga.

4.- CLASIFICACIÓN SEGÚN EL SERVICIO.

Es importante conocer la clase de servicio a la que estará sometida

...