Clasificación y Funcionamiento de Máquinas Eléctricas

Clasificación de las Máquinas Eléctricas

Existen dos tipos de máquinas eléctricas:

• Estáticas: Transformadores.
• Dinámicas: Generadores y motores en corriente continua (CC) y corriente alterna (CA).

Generadores

• Dínamos de excitación:
  • Independiente
  • Serie
  • Derivación
  • Compound
• Alternadores:
  • Monofásicos
  • Trifásicos
  • Polos lisos
  • Polos salientes

Motores

• Motores de excitación:
  • Independiente
  • Serie
  • Derivación
  • Compound
• Monofásicos:
  • Inducción:
    • Jaula: Fase partida, condensador, espira de sombra
    • Rotor Devanado: Repulsión, repulsión en el arranque, repulsión-introducción
  • Síncronos: Histéresis, reluctancia, imán permanente
• Polifásicos:
  • Inducción: Jaula de ardilla, rotor devanado
  • Síncronos
• Universales

Constitución de una Máquina de CC

Las partes fundamentales de una dinamo y de un motor de CC son:

• Inductor: Es fijo y se sitúa en el estator. Está formado por un electroimán de dos polos magnéticos en las máquinas bipolares o de varios pares de polos en las multipolares.
• Inducido: Es móvil y se sitúa en el rotor. Consta de un núcleo magnético en forma de cilindro constituido por chapas magnéticas apiladas. El núcleo queda fijado a un eje. Existen dos tipos básicos de bobinados para el inducido:
  • Imbricado: El principio de cada bobina se conecta a una delga del colector y el final a la delga siguiente. El número de escobillas necesarias será igual al número de polos formados en el bobinado.
  • Ondulado o serie: El principio de cada bobina se conecta con una delga que corresponda a un polo magnético y el final con una delga que corresponda al polo magnético siguiente.
• Colector: En el eje del inducido se fija el colector de delgas formado por láminas de cobre electrolítico con el fin de poder conectarle los diferentes círculos del inducido. La corriente se recoge en el colector con la ayuda de dos o varios contactos deslizantes de grafito o de carbón puro (escobillas).

Motor Asíncrono Trifásico de CA

El motor asíncrono trifásico de CA funciona gracias a los fenómenos de inducción electromagnética. Son los más utilizados en la industria por su bajo mantenimiento. Dependiendo del tipo de rotor que utilicen, existen dos tipos fundamentales:

• Motores de rotor en cortocircuito o jaula de ardilla.
• Motores de rotor bobinado.

En el estator de un motor asíncrono trifásico se alojan tres bobinas desfasadas entre sí 120º. Cada una de estas bobinas se conecta a cada una de las fases de un sistema trifásico, por lo que por cada una de ellas circulan las corrientes instantáneas.

Al igual que ocurría en un alternador, la velocidad síncrona del campo giratorio depende del número de polos con el que se construyan los devanados en el estator y de la frecuencia:

n = 60f / p

Motor Asíncrono Trifásico de Rotor en Cortocircuito

En el estator de estos motores se colocan las bobinas encargadas de producir el campo magnético giratorio. El rotor es cilíndrico y en él se sitúan conductores de aluminio alojados en las ranuras del núcleo y cortocircuitados por sus extremos mediante anillos conductores. A este rotor también se le da el nombre de jaula de ardilla.

Conexión de los Devanados de Motor Trifásico

El devanado trifásico del estator de un motor asíncrono se puede conectar en estrella o triángulo, dependiendo de la tensión de la red y la que se indique en la placa de características del motor. De esta forma, los motores trifásicos pueden funcionar a dos tensiones. En la caja de bornes de los motores aparecen los seis terminales correspondientes a los tres devanados del motor más el terminal de conexión a tierra.

Sistemas de Arranque de los Motores Asíncronos Trifásicos de Rotor de Cortocircuito

Cuando se conecta el motor directamente a la red, éste absorbe una intensidad muy fuerte de la línea en el momento del arranque, lo que puede afectar no sólo a la duración de los aparatos de conexión, sino a la línea que suministra energía eléctrica. Estas fuertes corrientes sobrecargan las líneas de distribución, por lo que pueden producir caídas de tensión y calentamiento en los conductores de tales líneas. Por esta razón, el REBT establece normas para reducir dichas corrientes de arranque a valores que sean aceptables. Una forma de reducir la corriente de arranque es reducir la tensión aplicada al motor.

Existen diferentes métodos para reducir la corriente de arranque disminuyendo la tensión:

• Arranque estrella-triángulo
• Arranque con resistencias estatóricas
• Arranque por autotransformador
• Arrancadores estáticos

Arranque Directo

Está permitido para motores pequeños cuya relación sea igual o inferior a 4,5.

• F1F: Fusibles de protección de circuito de fuerza del motor
• KIM: Contactor
• S1A: Pulsador de marcha del motor
• S0A: Pulsador de paro del motor
• F2F: Relé térmico trifásico

Arranque Estrella-Triángulo

Es uno de los métodos más conocidos con el que se pueden arrancar motores de hasta 11 kW de potencia. Consiste en conectar el motor primero en estrella para, una vez arrancado, conmutar a la conexión en triángulo. En un arrancador estrella-triángulo automatizado, el proceso de conmutación se realiza mediante contactores y un relé temporizado.

• K1M: Contactor de línea
• K2M: Contactor de conmutación a estrella
• K3M: Contactor de conmutación a triángulo
• K4A: Relé de tiempo

Arranque por Resistencias Estatóricas

Se reduce la tensión que producen las resistencias conectadas en serie con el estator.

Arranque por Autotransformador

Se conecta un transformador trifásico en la alimentación del motor. De esta forma se consigue reducir la tensión y con ella la corriente de arranque.

Motor Asíncrono de Rotor Bobinado o de Anillos Rozantes

En estos motores, el estator posee las mismas características que el rotor en cortocircuito, pero el rotor se construye insertando un devanado trifásico en las ranuras de un núcleo cilíndrico de chapas magnéticas.

En la placa de características de estos motores aparecen tres nuevos terminales correspondientes al bobinado del rotor. El arranque se hace en sucesivos escalones y se obtiene un arranque con corriente suave en el estator con un par de arranque excelente. El gran inconveniente que presentan estos motores frente a los de jaula de rotor en cortocircuito es que resultan bastante más caros y necesitan de un mayor mantenimiento.

mayor mantenimiento.