Fundamentos y Componentes de Máquinas Eléctricas Síncronas y Asíncronas

Conceptos Fundamentales: Frecuencia y Velocidad

• El periodo (T) es el tiempo que tarda un ciclo y se representa en segundos.
• La frecuencia (f) es el número de ciclos por segundo y se mide en Hertz (Hz).

Si la máquina dispone de más de dos polos, como es habitual en las máquinas reales, el número de ciclos por vuelta será igual al número de pares de polos.

• (N): Velocidad de rotación en revoluciones por minuto (rpm).
• (p): Número de pares de polos.

Clasificación de Máquinas Rotativas

• Una máquina síncrona es aquella en la que el rotor gira a la velocidad de sincronismo.
• Una máquina asíncrona es aquella que no alcanza la velocidad de sincronismo.

Sistemas de Fases y Campo Magnético Giratorio

Sistemas de Fases

Un sistema trifásico está formado por tres fuerzas electromotrices iguales en frecuencia y magnitud, pero desfasadas entre sí 120° eléctricos. Cada fuerza electromotriz está generada por un devanado independiente, y estos devanados se encuentran instalados sobre el estator a 120° unos de otros.

Campo Magnético Giratorio

En los motores de corriente alterna, el campo magnético inductor es de tipo giratorio.

Circuitos de Máquinas Síncronas

Circuito Eléctrico de la Máquina Síncrona

1. Circuito Inductor

Es el encargado de generar el campo magnético de excitación. Se encuentra bobinado sobre el rotor formando un número fijo de polos.

2. Colector de Anillos

La conexión se realiza mediante un par de anillos que alimentan cada uno de los terminales del devanado inductor. Sobre los anillos se apoyan las escobillas.

3. Circuito Inducido

El devanado del inducido se encuentra alojado en el estator y, en función del número de fases para el que ha sido diseñado, puede ser monofásico, bifásico o trifásico.

4. Caja de Bornes

Desde el interior de la máquina a la caja de bornes llegarán 8 conductores: seis de ellos pertenecen a los devanados del inducido (dos por fase) y dos son los procedentes del portaescobillas que alimenta el circuito inductor.

Circuito Magnético

El circuito magnético está constituido por dos partes, una ubicada en el estator y otra en el rotor. A diferencia de la máquina de corriente continua, la armadura está en la parte fija y la culata en la parte móvil.

Estructura del Circuito Magnético

• Circuito Magnético Fijo (Armadura): Está formado por un apilamiento de chapas magnéticas embutido en la carcasa del estator. Está ranurada axialmente para permitir alojar en ella las bobinas del devanado inducido.

• Circuito Magnético Rotativo (Rotor): Ubicado en el rotor, también constituido de chapa magnética apilada, está destinado a alojar el circuito del devanado de excitación o inductor. Dicho circuito puede ser de dos tipos:

  • De polos salientes: Se utilizan generalmente para máquinas de más de dos polos, de gran potencia y tamaño.
  • Ranurados o de polos lisos: Se utilizan en máquinas de pequeña potencia o bajo número de polos que van a girar a gran velocidad.

Tipos de Rotor

El rotor puede ser de dos tipos:

• Rotor en cortocircuito: Este tipo no dispone de ranuras abiertas que permitan insertar en ellas un bobinado ejecutado a base de hilo o pletina esmaltada. Sin embargo, está constituido por un número determinado de barras rígidas que se cierran en cortocircuito en sus extremos.

• Rotor ranurado: Su aspecto es similar al de otros rotores ya estudiados para otros tipos de máquinas. Se encuentra ranurado en todo su contorno para permitir alojar en él un devanado construido a base de bobinas de hilo o pletina esmaltada.

Funcionamiento del Motor Asíncrono

En una máquina asíncrona, funcionando como motor, al alimentar el devanado del estator se genera un campo magnético de tipo giratorio que induce una corriente sobre el devanado del rotor. Esta corriente, a su vez, genera por inducción un campo magnético rotórico que se comporta como si de imanes permanentes se tratara. De esta forma, el rotor intenta alinearse con el campo del estator, provocando un par de fuerzas que causan el giro. Así, siempre que se mantenga el campo del inductor, el rotor gira buscando su alineamiento.