Máquinas Sincrónicas y Motores de CA: Fundamentos, Tipos y Campo Giratorio

Funcionamiento de la Máquina Sincrónica como Alternador

El alternador es una máquina rotatoria a la cual ingresa energía motriz en forma de movimiento giratorio, encargándose de transformarla en energía eléctrica bajo la forma de una corriente alterna de sistema trifásico.

La energía mecánica ingresa a través de su eje, proveniente de una máquina primaria (como una turbina de vapor, etc.). Sujetos al eje del alternador están los anillos rozantes, sobre los cuales se apoyan las escobillas. Estas se encargan de ingresar, desde el exterior, una corriente continua que sirve para crear el flujo magnético y generar una Fuerza Electromotriz (FEM) inducida en las bobinas fijas.

La corriente de excitación ingresa al rotor de polos salientes por medio de conductores, alcanzando la rueda polar. Esta es una pieza fija al eje que consta de piezas polares, denominadas polos excitadores. Dichos polos constan de un núcleo, por lo tanto, el sistema inductor gira a la velocidad de sincronismo.

El rotor produce un campo magnético que gira dentro de un estator de cilindro hueco, cuya superficie interna posee ranuras (canaletas) donde se colocan los bobinados. Al conjunto de todas las bobinas se lo denomina arrollamiento del inducido y soporta las FEM inducidas. Cada bobina tiene dos terminales que llegan hasta la placa de bornes. Cada bobina de cada fase tiene una sola espira y un desplazamiento de 120º entre cada fase. El inductor provoca un campo magnético que alcanza el estator, atravesando la pieza móvil y la fija. El flujo magnético que sale se divide en dos partes iguales.

Las bobinas del estator se componen de varias espiras. En un alternador de 4 polos, las bobinas se distribuyen de manera que a cada par de polos le corresponde un sistema de generación. A su vez, los conjuntos de generación pueden estar conectados fase por fase, ya sea en serie o en paralelo.

Por cada grado que gira el rotor, las corrientes inducidas en el estator cumplen dos grados. Por lo tanto, por cada vuelta completa del rotor, se generan 2 ciclos de Corriente Alterna (C.A.).

Motores de Corriente Alterna (CA)

Tipos de Motores de CA

La mayoría de los motores se diseñan para Corriente Alterna (CA) debido a que se produce corriente eléctrica alternada. Además, los motores de CA pueden funcionar de manera similar a los de Corriente Continua (CC), siendo su mantenimiento más sencillo. Algunos motores ni siquiera requieren anillos de contacto, operando sin inconvenientes durante un largo periodo.

Los motores de CA son ideales para funcionar a velocidad constante, ya que esta está determinada por la frecuencia aplicada a sus terminales. No obstante, también se fabrican motores de velocidad variable.

Pueden funcionar con una línea de CA monofásica o polifásica, dado que «la intensidad de corriente produce un campo magnético giratorio que hace rotar el rotor».

Tipos Comunes de Motores de CA

• Motor Sincrónico: Es un alternador que trabaja como motor, al cual se le aplica en el estator una corriente alterna trifásica y en el rotor una Corriente Continua (CC).
• Motor de Inducción: También conocidos como motores asincrónicos. Se distinguen del motor sincrónico en que el rotor no está conectado a una fuente de excitación externa. El motor de inducción es el tipo más comúnmente utilizado.

Campo Magnético Giratorio o Rotatorio

Los bobinados están conectados en triángulo y cada uno de los bobinados de cada fase está arrollado en el mismo sentido. El campo magnético creado por una de las fases es directamente proporcional a la intensidad de corriente que circula.

Los tres campos existentes se combinan para generar un único campo que actúa sobre el rotor y cuya posición varía según el ángulo de la Corriente Alterna (CA). De esta forma, el campo magnético se desplaza 360º.

Las ondas pueden representar las intensidades que circulan en las tres fases. Para su análisis, los campos se estudian en 6 posiciones clave.

En la posición 1, las ondas de corriente de las fases B y C son de igual magnitud, estableciéndose un campo magnético comprendido entre dos campos individuales. No hay aporte de la fase A, ya que no hay flujo de corriente y su campo es nulo.

En la posición 2 (es decir, otros 60º), las ondas de intensidad en las fases A y B son de igual amplitud y opuestas, mientras que la onda C es nula.

En la posición 3, la onda B es nula y el campo magnético ha girado 60º, y así sucesivamente hasta la posición 7.

Conclusión

En conclusión, al aplicar Corriente Alterna (CA) trifásica a tres bobinados distribuidos simétricamente en torno al estator, se produce un campo magnético giratorio.