Funcionamiento y Componentes de Máquinas Eléctricas y Transformadores
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Tipos de Bobinado
- Imbricado: Cuando la corriente avanza o retrocede en espiral.
- Bobinado por polos
- Bobinado por polos consecuentes
- Amplitud: Se denomina amplitud de grupo al número de ranuras que quedan libres en el interior de un grupo de bobinas, destinadas a las bobinas de las fases restantes.
Máquina Asíncrona
La máquina asíncrona puede funcionar como generador o motor. Su funcionamiento se debe a la acción de dos campos magnéticos: el campo magnético del estator induce en el rotor otro campo y la interacción entre ellos produce la fuerza electromotriz (FEM). Como generador tiene muchas desventajas, es raro el uso para este fin. Como motor, el rotor es atravesado por el campo giratorio generado en el estator. El arrollamiento rotórico puede ejecutarse como el estatórico, con las unidades en serie o base de barras.
Tipos de Rotores
- Rotor bobinado: Empleado en los motores de potencias elevadas, en él se coloca un devanado conectado normalmente en estrella. Los otros terminales se conectan a tres anillos conductores fabricados en bronce, acero, etc., aislados del eje y sobre los que apoyan las escobillas. Durante el arranque se cierra y luego se pone en cortocircuito.
- Rotor en cortocircuito: Formado por barras conductoras fabricadas en cobre o aluminio. En motores de mediana y gran potencia, se construye el rotor con doble jaula. Con esto se consigue una alta resistencia en el arranque y baja durante el funcionamiento. Las barras de aluminio están conectadas en paralelo y puestas en corto.
Máquina de Corriente Continua (CC)
La máquina de CC puede ser reversible en su función, su constitución es idéntica para su funcionamiento como generador o como receptor (dinamo o motor).
La máquina de CC consta de dos circuitos: eléctrico y magnético.
Partes de la Máquina de CC
- Culata: Pieza que soporta la máquina, donde se fija el resto de componentes.
- Piezas polares: Son núcleos sobre los que se colocan los bobinados de excitación y conmutación. Pueden ser de hierro o chapas.
- Entrehierro: Espacio de aire comprendido entre el rotor y las expansiones polares.
- Núcleo rotórico: Está constituido por un paquete de chapas magnéticas, troqueladas adecuadamente para dar cabida al circuito inducido.
Transformadores
Un transformador posee dos bobinados: uno primario y otro secundario, que se arrollan sobre un núcleo magnético común formado por chapas magnéticas apiladas. El bobinado primario se conecta a la tensión de entrada y por el bobinado secundario obtenemos la tensión de salida. El mismo transformador puede funcionar como elevador o reductor.
Al conectar el bobinado primario de N1 espiras a una tensión alterna senoidal V1, aparece una corriente por dicho bobinado que produce en el núcleo un flujo variable de carácter senoidal. El flujo se cierra por el núcleo y corta los conductores del secundario, que depende de las espiras.
Funcionamiento en Vacío
Se conecta el primario a la red y el secundario no se conecta a ninguna carga. Por el primario aparece una corriente de vacío de carácter senoidal que, al recorrer los conductores, produce un flujo alterno común. Al cortar este flujo la bobina primaria, se induce a la misma, por efecto de autoinducción, una f.e.m en el primario. E1/E2=N1/N2
Funcionamiento en Carga
Es cuando en el secundario conectamos una carga que hace que aparezca una corriente. La corriente I2 produce una FEM secundaria que tiende a modificar el flujo común. Como resultado de esto, el primero se ve forzado a crear una FEM de sentido contrario que equilibra la originada por el secundario. E1xI1=N2xI2.
Conexión Triángulo-Estrella
El devanado primario está conectado en triángulo y el secundario en estrella. En el devanado primario, la tensión aplicada entre fases es la misma aplicada a cada devanado. En el secundario conectado en estrella, la tensión medida es √3 veces la tensión en el devanado. m=V1/V2 = E1/ √3xE2 =N1/√3x N2.
Motor: Estator y Rotor
El motor se compone de dos partes principales: estator y rotor.
- Estator: Consiste en una carcasa de fundición y un núcleo formado por chapas magnéticas troqueladas y apiladas, formando ranuras en las que se alojan las bobinas que forman el circuito inductor.
- Rotor: Está formado por un núcleo de chapas magnéticas ajustado a presión sobre el eje. El circuito inducido puede ser del tipo de jaula de ardilla, a base de barras y anillos de aluminio.
Tipos de Bobinado en Motores
- Concéntrico: Formado por bobinas de distinta amplitud, de forma que cada una rodea a la siguiente.
- Excéntrico: Formado por bobinas iguales desplazadas una con respecto a la otra, en uno y otro sentido.
Cálculos de Ejemplo
Pc=10000/3=3333,3 VA
I1=3333,3VA/230V=14,49 A
Relación transformación=V1/V2= 400/230= 1,73
I = 10000/1,73x 400= 14,45 A
I2 = 10000VA/1,73x 230V=25,139 A
I2 = 25,139 A /1,73 = 14,52A
P = V2 · I2 = 12 · 1 = 12 VA
Sn = a · √P = 0,9 · √12 = 3,11 cm2
Primario: P = 12
I1 = P/V1 = 12/230 = 0’052 A
S1 = I1/d = 0’052/4 = 0’013 mm2
Secundario: I2 = 1
S2 = I2/d = 1/4 = 0’25 mm2
N/v = 108/(4’44 · F · f) = 108/(4’44 · b · Sn · f) = 108/(4’44 · 10000 · 3,11 · 50) = 14,4 V
Primario: N1 = N/v · V1 = 14,4 · 230 = 3312 espiras
Secundario: N2 = N/v · V2 = 14,4 · 12 = 172,8 espiras