Principios y Funcionamiento de Transformadores y Motores Eléctricos

Ensayos Fundamentales en Transformadores

Ensayo de Cortocircuito

En el ensayo de cortocircuito, se aumenta progresivamente la tensión de la fuente hasta que por el transformador circule su corriente nominal. En este punto, la potencia disipada será máxima. Dado que la tensión aplicada es muy pequeña en comparación con la nominal, la potencia de pérdida en el hierro es despreciable. Por lo tanto, el vatímetro indicará principalmente las pérdidas en el cobre (Pcu).

Ensayo en Vacío

En el ensayo en vacío se miden las pérdidas en el hierro (Pfe) de un transformador. Como la corriente en el secundario es nula y la del primario (corriente de vacío) es muy pequeña, las pérdidas en el cobre son despreciables. Este procedimiento se realiza aplicando en el devanado primario su tensión nominal. Adicionalmente, este ensayo permite verificar la relación de transformación con un voltímetro y medir la corriente de vacío con un amperímetro conectado al primario.

Motores Eléctricos: Tipos, Funcionamiento y Aplicaciones

Componentes y Clasificación de Motores

Motor Trifásico Asíncrono: Partes Principales

Un motor trifásico asíncrono se compone de las siguientes partes:

• Carcasa: Estructura externa que protege los componentes internos. Puede ser de acero, hierro fundido o aleaciones ligeras.
• Estator: Es la parte fija del motor, análoga al inductor en los motores de corriente continua. Está formado por un núcleo de chapas magnéticas apiladas sobre las cuales se aloja el bobinado fijo.
• Rotor: Es la parte móvil que gira, análoga al inducido en los motores de CC. Contiene el bobinado móvil (o barras conductoras) y está montado sobre el eje del motor.

Diferencia entre Motor Síncrono y Asíncrono

Un motor es síncrono cuando la velocidad de giro del rotor es exactamente igual a la velocidad del campo magnético giratorio del estator. Por otro lado, un motor es asíncrono (o de inducción) cuando la velocidad del rotor es ligeramente menor que la del campo magnético del estator. Esta diferencia de velocidad es conocida como deslizamiento.

Clasificación de Motores

Según el Tipo de Rotor

• Con rotor bobinado
• Con rotor en jaula de ardilla
• Con colector

Según el Número de Fases de Alimentación

• Monofásicos: Generalmente con bobinado auxiliar de arranque y condensador.
• Bifásicos
• Trifásicos

Principio de Funcionamiento y Conexiones

Funcionamiento del Motor Asíncrono

Su operación se basa en la producción de un campo magnético giratorio en el estator. Este campo es generado por las bobinas inductoras, que en un sistema trifásico están desfasadas 120° eléctricos entre sí. Según el Efecto Laplace, todo conductor por el que circula una corriente, al estar inmerso en un campo magnético, experimenta una fuerza que tiende a moverlo. Este campo giratorio induce corrientes en el rotor, generando el par motor que lo hace girar.

Tipos de Rotores en Detalle

Rotor de Jaula de Ardilla

Los conductores del rotor son barras (generalmente de aluminio o cobre) distribuidas uniformemente por la periferia del núcleo del rotor. Los extremos de estas barras están permanentemente cortocircuitados por dos anillos. Debido a esta construcción, no necesita conexión eléctrica del devanado del rotor con el exterior. La inclinación de las ranuras donde se alojan las barras mejora el par de arranque y disminuye el ruido magnético.

Rotor Bobinado

En este caso, el número de polos del rotor es igual al del estator, aunque el número de fases puede ser diferente. Los devanados del rotor están conectados a anillos colectores montados en el eje, lo que permite la conexión de resistencias externas para controlar la corriente de arranque y el par motor.

Conexiones y Control de Giro

Conexión de Motor Monofásico

Los motores monofásicos necesitan un bobinado de arranque porque el campo magnético generado por una sola fase es alterno pero no giratorio, lo que impide que el motor arranque por sí solo. Para la conexión, la bobina principal se conecta en paralelo con la fase y el neutro. La bobina de arranque se conecta en serie con un interruptor centrífugo y un capacitor, y este conjunto se conecta en paralelo con la bobina principal.

Conexión Estrella (Trifásico)

Para una conexión en estrella (Y), se conectan los bornes de final de las tres bobinas del estator entre sí, formando el punto neutro. Los extremos libres (principios de bobina) se conectan a las distintas fases de la red de alimentación.

Inversión del Sentido de Giro

• Motor Trifásico: Para invertir el sentido de giro, simplemente se intercambian dos de las tres fases de alimentación.
• Motor Monofásico: Para invertir el giro, se cambia la polaridad de los cables de la bobina de arranque con respecto a la bobina principal.

Aplicaciones Comunes de los Motores Eléctricos

• Uso Industrial: El motor más utilizado es el asíncrono trifásico con rotor en jaula de ardilla por su robustez, bajo mantenimiento y coste.
• Uso Doméstico: Se emplean motores universales (que funcionan con corriente alterna y continua) y motores monofásicos con fase auxiliar de arranque.
• Grandes Máquinas y Precisión: Se emplean motores síncronos en aplicaciones que requieren velocidad constante, como en grandes generadores o compresores.
• Tracción y Control de Velocidad: Los motores de corriente continua (CC) se utilizan donde se requiere una fácil variación de velocidad, como en locomotoras, tranvías y otras aplicaciones de tracción.