Fundamentos y Operación de Máquinas Eléctricas de Corriente Alterna (CA)

Tipos de Máquinas de Corriente Alterna (CA) y Diferencias Fundamentales con las de Corriente Continua (CC)

Las máquinas síncronas son motores y generadores donde la corriente del bobinado inductor que necesitan es suministrada por una máquina independiente en forma de CC.

Las máquinas de inducción se utilizan solo como motores, y la corriente del bobinado inductor es suministrada mediante inducción magnética.

Diferencias Clave entre Máquinas de CA y CC

• La ubicación de las bobinas inductoras e inducidas es diferente en función del tipo de máquina.
• En las máquinas de CA no hay ninguna conexión eléctrica entre el rotor y el estator.
• Las máquinas de CA no tienen colector.

Principio de Funcionamiento de los Motores Síncronos

Los motores de CA síncronos necesitan una corriente continua (CC) que circule por los bobinados del rotor y una corriente alterna (CA) que circule por los bobinados del estator. Cada una de estas corrientes crea un campo magnético de características diferentes, cuya interacción provoca un movimiento giratorio del rotor.

Interacción de Campos Magnéticos

En el rotor, la circulación de CC por sus enrollamientos provoca la creación de un campo magnético. Este campo tiene un valor constante porque es creado por una CC, y su dirección y sentido se determina por la regla del sacacorchos.

En el estator, un bobinado bifásico o trifásico crea un campo magnético giratorio. Cuando estos dos campos magnéticos están cerca, el campo magnético del rotor y el propio rotor giran tratando de «atrapar» al campo giratorio del estator.

Procedimientos de Arranque de los Motores Síncronos

Existen tres procedimientos principales:

1. Reducción de la velocidad del campo magnético del estator (n): Se disminuye la velocidad de sincronismo hasta que sea lo bastante baja para que el rotor se enganche. Luego, se aumenta progresivamente para acelerar el rotor hasta que se alcanza el valor nominal (n).
2. Uso de un motor externo: Se utiliza un motor auxiliar para acelerar el rotor hasta la velocidad de sincronismo.
3. Utilización de bobinados amortiguadores: Es el sistema más utilizado. Consiste en montar unas barreras en las caras del rotor y conectarlas entre sí, en cortocircuito.

Principio de Funcionamiento de los Motores de Inducción

A un motor de inducción con rotor de jaula de ardilla se le aplica una corriente trifásica en el estator, lo que crea un campo magnético giratorio. Este campo pasa sobre las barras del rotor e induce un voltaje. Este voltaje crea una corriente que circula por las barras del rotor y, al mismo tiempo, genera un campo magnético.

La interacción entre ambos campos crea un movimiento de torsión que hace girar el rotor en el mismo sentido que el campo generado por el estator.

Definición de Desplazamiento (Deslizamiento)

Se define el desplazamiento como la velocidad relativa entre el campo giratorio y el rotor que le sigue, expresado en porcentaje (%).

Métodos de Arranque de los Motores de Inducción

• Conexión directa del estator a la red eléctrica: Útil si el motor tiene poca potencia.
• Conexión de resistencias en serie con el circuito estatórico: Se conecta una resistencia en serie a cada una de las fases del estator. El motor se acelera progresivamente y, finalmente, se desconectan las resistencias.
• Autotransformadores: Se conecta el estator a la red mediante un autotransformador.
• Arranque estrella-triángulo: Es el menos utilizado.

Principio de Funcionamiento de un Alternador

El alternador es una máquina a la que se le suministra energía mecánica para hacer girar el eje y una CC de excitación que atraviesa el bobinado del rotor. De esta manera, genera una corriente eléctrica alterna en el estator, donde se encuentra el enrollamiento inducido.

Generación de Corriente Alterna

Un motor primario hace girar el rotor del alternador. Al mismo tiempo, como el rotor es atravesado por una CC, se crea un campo magnético cuya dirección y sentido se determinan por la regla del sacacorchos. Este campo creado en el rotor es giratorio porque es movido por la rotación del eje.