Máquinas síncronas y asíncronas: funcionamiento, efectos electromagnéticos y aplicaciones

Máquinas síncronas y asíncronas: concepto y funcionamiento

Una máquina síncrona es una máquina eléctrica rotativa de corriente alterna cuya velocidad de rotación del eje y la frecuencia eléctrica están sincronizadas y son mutuamente dependientes. La máquina puede operar tanto como motor como generador. Como motor síncrono, convierte la energía eléctrica en energía mecánica; la velocidad de rotación del eje dependerá de la frecuencia de la red eléctrica que se le suministre. Como generador síncrono, convierte energía mecánica en energía eléctrica, y la frecuencia entregada en las terminales dependerá de la velocidad a la que el eje esté girando.

Usos y características principales

Las máquinas síncronas se utilizan en mayor medida como generadores de corriente alterna que como motores de corriente alterna, ya que no presentan par de arranque y es necesario emplear diferentes métodos de arranque y aceleración hasta la velocidad de sincronismo. También se utilizan para controlar la potencia reactiva de la red porque, manteniendo la potencia activa desarrollada constante, pueden variar la potencia reactiva que absorben o ceden a la red.

Motores asíncronos (de inducción)

Los motores asíncronos, o motores de inducción, son un tipo de motor de corriente alterna en el que la corriente eléctrica del rotor necesaria para producir torsión es inducida por inducción electromagnética desde el campo magnético del bobinado del estator. Por lo tanto, un motor de inducción no requiere una conmutación mecánica aparte de su propia excitación para la transferencia de parte o toda la energía del estator al rotor, a diferencia de los motores universales, los motores de corriente continua (DC) y algunos motores grandes síncronos.

Principios físicos: efectos electromagnéticos

Entonces se da el efecto Laplace (o efecto motor): todo conductor por el que circula una corriente eléctrica, inmerso en un campo magnético, experimenta una fuerza que tiende a ponerlo en movimiento. Simultáneamente se da el efecto Faraday (o efecto generador): en todo conductor que se mueva en el seno de un campo magnético se induce una tensión.

El campo magnético giratorio, a velocidad de sincronismo, creado por el bobinado del estator, corta los conductores del rotor, por lo que se genera una fuerza electromotriz de inducción.

La acción mutua del campo giratorio y las corrientes existentes en los conductores del rotor origina una fuerza electrodinámica sobre dichos conductores, la cual hace girar el rotor del motor.

La diferencia entre las velocidades del rotor y el campo magnético se denomina deslizamiento o resbalamiento.

Secuencia de interacción entre estator y rotor

Camp. mag giratorio en el estator – Este campo induce f.e.m. en el rotor – Circulan corrientes por el rotor – Fuerzas electromagnéticas entre las corrientes del rotor y el campo magnético del estator – El rotor gira a una velocidad inferior a la velocidad de sincronismo

Resumen de conceptos clave

• Máquina síncrona: relación directa entre frecuencia y velocidad mecánica.
• Motor de inducción: corriente del rotor inducida por el estator, sin conmutación mecánica.
• Efecto Laplace: fuerza sobre conductores con corriente en un campo magnético.
• Efecto Faraday: tensión inducida en conductores que se mueven en un campo magnético.
• Deslizamiento: diferencia de velocidad entre rotor y campo giratorio.

Notas

Se recomienda tener en cuenta que las máquinas síncronas son preferidas como generadores en centrales eléctricas, mientras que los motores de inducción predominan en aplicaciones industriales por su sencillez y robustez. Asimismo, la gestión de la potencia reactiva y los métodos de arranque son aspectos críticos según el tipo de máquina y la aplicación.