Generadores de CA (alternadores) y motores de inducción trifásicos: funcionamiento y estructura

Generadores de Corriente Alterna (Alternadores)

Los generadores de CA o alternadores son máquinas diseñadas para transformar energía mecánica, recibida a través de su eje, en energía eléctrica en forma de corriente alterna.

Constitución del Alternador

Los alternadores se construyen con la siguiente disposición:

• Bobinado inductor móvil: Ubicado en el rotor.
• Bobinado inducido fijo: Ubicado en el estátor.

Esta configuración, donde la conexión fija se realiza para valores elevados de tensión, mejora el rendimiento y previene la aparición de chispas.

Detalles del Rotor

El rotor dispone de polos, alrededor de los cuales se coloca el enrollamiento inductor. La corriente continua (CC) de excitación se suministra mediante:

1. Anillos de rozamiento.
2. Un generador de CC especial montado sobre el eje del alternador y que gira con él.

Los bobinados del estátor suelen ser, mayoritariamente, trifásicos.

Funcionamiento del Alternador

El proceso de generación se desarrolla de la siguiente manera:

1. Se aplica corriente continua al bobinado del rotor (inductor).
2. Se hace girar el rotor, creando un campo magnético giratorio.
3. Este campo magnético, al ser giratorio y, por lo tanto, variable, induce una fuerza electromotriz (fem) en las bobinas del estátor.

Si el bobinado del estátor es trifásico, las tensiones generadas también lo serán. Para que la fem y la tensión sean sinusoidales, es imprescindible que el campo magnético también sea sinusoidal.

Relación de Velocidad y Frecuencia

Los alternadores son máquinas síncronas; esto significa que la velocidad de rotación de su eje y la frecuencia eléctrica que generan están intrínsecamente relacionadas. Se deduce que, para generar energía eléctrica a una frecuencia determinada, la velocidad de giro del eje estará en función de dicha frecuencia y del número de pares de polos, debiendo ser constante.

Motor Trifásico Asíncrono o Motor de Inducción

Constitución del Motor de C.A.

El motor de corriente alterna (c.a.) se compone de las siguientes partes principales:

Estátor

Es la parte fija del motor, diseñada para producir y conducir el flujo magnético. Incluye:

• La carcasa: Donde se fija una corona de chapas de acero provistas de ranuras.
• El bobinado inductor: De hilo de cobre, alojado en dichas ranuras.

Rotor

Es la parte móvil del motor, situada en su interior y soportada por rodamientos. En él ocurre el proceso de conversión de energía.

• El núcleo: Un cilindro de ranuras formado por chapas magnéticas fijadas al eje.
• Tipos de Rotor:
  • Rotor de jaula de ardilla: Los conductores en cortocircuito, alojados en las ranuras, son de cobre o aluminio inyectado.
  • Rotor bobinado: Bobinas conectadas en estrella por un extremo y, por el otro, a anillos rozantes con escobillas.

Funcionamiento del Motor de Inducción

El funcionamiento se basa en la interacción de campos magnéticos:

1. Se considera un estátor elemental con tres bobinas desfasadas 120º, conectadas a una red trifásica.
2. Las corrientes conectadas crean campos magnéticos cambiantes. El estátor produce un campo magnético giratorio.
3. Este campo magnético gira a la velocidad de sincronismo (n).
4. Al variar el campo magnético, se induce una fem en el rotor, por lo que circula una corriente inducida.
5. Los conductores recorridos por corrientes, al estar dentro de un campo magnético, son forzados a moverse. Se mueven en el sentido de giro del campo magnético, haciendo girar el rotor y oponiéndose al cambio de posición (Ley de Lenz).

Velocidad y Deslizamiento

La velocidad del rotor es siempre próxima a la del campo magnético, pero no llega a alcanzar la velocidad de sincronismo. Si la alcanzara, no se induciría fem, y por lo tanto, no habría par motor.

La velocidad del rotor suele ser entre un 2 % y un 6 % menor que la velocidad de sincronismo. A esta diferencia de velocidad se le denomina deslizamiento (s).