Conceptos Esenciales de Electromagnetismo y Máquinas Eléctricas

Magnetismo Remanente

Cuando sometemos un material ferromagnético (por ejemplo, en una bobina) a un campo magnético, este material presenta una magnetización que se mantiene después de inducir dicho campo.

Fuerza Electromotriz (FEM)

Es la encargada de mantener el flujo de corriente en un circuito electromagnético (por ejemplo, una bobina). Se representa por la letra F y es directamente proporcional a la corriente que recorre el circuito, siendo la constante de proporcionalidad el número de espiras que lo forman.

Reluctancia Magnética

Es la característica que tienen los materiales ferromagnéticos de oponer mayor o menor resistencia a la formación de líneas de fuerza de un campo magnético. Se define por la fórmula R = F/Φ (donde F es la fuerza magnetomotriz y Φ es el flujo magnético). La reluctancia se mide en Amperios/Vuelta (A/V) o Henrys inversos (H⁻¹).

Corriente Alterna (CA) en Transformadores

Utilizamos Corriente Alterna (CA) para alimentar un transformador porque en CA el campo magnético es variable. Esto es fundamental, ya que el transformador opera gracias a la tensión que induce un campo magnético variable sobre un núcleo de hierro. En Corriente Continua (CC), el campo magnético no es variable, por lo que el transformador no funciona.

Relación de Transformación

En función de cómo conectemos las bobinas de un transformador, la tensión de fase que llega a las bobinas puede ser de diferentes valores.

• Si las bobinas están conectadas en triángulo, la tensión de línea es la misma que la tensión de fase.
• Sin embargo, si conectamos en estrella, la tensión de línea es raíz de 3 veces la tensión de fase.

Es decir, la relación de transformación en los transformadores trifásicos es similar a la de los monofásicos; no obstante, depende de la forma de conexión de sus devanados.

La relación de transformación (m) se define como:

m = N₁/N₂ = Vp/Vs = Is/Ip

Rendimiento de un Transformador

El rendimiento (η) de un transformador se calcula como:

η = (P_{útil_secundario} / P_absorbida) x 100%

Donde P_absorbida puede ser calculada como V_primario x I_primario.

En términos generales, el rendimiento se define como el cociente entre la potencia útil de su funcionamiento y la potencia absorbida por la máquina durante el proceso.

Ensayo de Cortocircuito

El ensayo de cortocircuito consiste en cortocircuitar el devanado secundario y aplicar una tensión muy reducida en el primario, utilizando un autotransformador. Esto se realiza de forma que puedan circular por sus devanados la corriente nominal.

La fórmula para calcular la tensión de cortocircuito porcentual es:

V_cc% = (V_{cc_medida} / V₁) x 100%

Deslizamiento en Motores Eléctricos

Podemos definir el deslizamiento como la diferencia entre la velocidad de sincronismo (velocidad del campo magnético giratorio) y la velocidad real del rotor. Es un factor clave que permite la generación de par motor y está relacionado con las pérdidas por rozamiento entre el eje del rotor y el estator.

Componentes de Motores Eléctricos

Máquinas Síncronas

Armadura (Estator)

Formada por un apilamiento de chapas magnéticas embutida en una carcasa del estator. Contiene ranuras que permiten alojar las bobinas del devanado inducido.

Rotor (Circuito Inductor)

Las piezas polares (polos) y el circuito eléctrico inductor, que determinan el par motor (es decir, la fuerza), se encuentran en el rotor. Este consta de aislantes entre los anillos, los anillos colectores y la conexión del devanado.

Otros Componentes

También incluye la culata y la caja de bornes.

Máquinas Asíncronas (Inducción)

Los componentes principales incluyen:

• Núcleo de armadura
• Ventilador y tapa del ventilador
• Caja de bornes
• Rotor en cortocircuito
• Cojinetes
• Eje
• Devanados

Armadura o Estator

Es idéntico al de las máquinas síncronas.

Rotor

El rotor puede ser de dos tipos:

• Rotor en cortocircuito (jaula de ardilla): Constituido por unas barras rígidas que se cierran en cortocircuito en sus extremos.
• Rotor ranurado (bobinado): Ranurado en todo su contorno para alojar el devanado.