Máquinas Eléctricas Rotativas

El Alternador Trifásico

Su funcionamiento se basa en la inducción electromagnética. No necesita escobillas, ya que el inductor se encuentra en el rotor, solucionando así el problema que conllevarían las grandes tensiones.

Componentes del Alternador

• Circuito Inductor: Formado por electroimanes con polaridad norte y sur (siempre en pares). Se le suministra corriente continua mediante dos anillos colectores y dos escobillas.
• Circuito Inducido: Compuesto por tres bobinas dispuestas a 120º una de otra en ranuras de un núcleo de chapas magnéticas. (Generalmente está conectado en estrella con el neutro a tierra).

Motor Asíncrono Trifásico

También basados en la inducción electromagnética, estos motores son sencillos, robustos y de fácil mantenimiento. Mantienen bien la velocidad con diferentes cargas y poseen un buen par de arranque. Su velocidad depende de la frecuencia.

Funcionan generando un campo magnético giratorio en el estator que coincide con la velocidad síncrona. Este campo corta los conductores del rotor y los hace girar. Es importante notar que las velocidades del campo y del rotor no se pueden igualar, ya que esto anularía las fuerzas de inducción.

Tipos de Rotor en Motores Asíncronos

• Rotor en Cortocircuito (Jaula de Ardilla):
  • El estator (inducido) es igual al del alternador, pero con opción de conectarse en estrella o triángulo mediante sus seis terminales.
  • El rotor está formado por conductores de aluminio cortocircuitados por anillos conductores en sus extremos (estructura conocida como jaula de ardilla).
  • Funcionamiento: Al recorrer las corrientes las bobinas del estator, se origina un campo magnético giratorio. Este campo genera una fuerza electromotriz (f.e.m.) en los conductores del rotor. Al estar en cortocircuito, aparece una corriente que, en unión con el campo magnético, hace mover el rotor en el mismo sentido.
• Rotor Bobinado o de Anillos Rozantes:
  • Similar al de cortocircuito, pero el rotor posee un devanado trifásico conectado en estrella.
  • Este devanado se conecta a tres anillos colectores. Unas escobillas conectan estos anillos con unas resistencias externas en serie para limitar la corriente rotórica.
  • Son más caros y requieren mayor mantenimiento que los de cortocircuito, pero permiten regular la corriente rotórica y ofrecen un mejor par de arranque.

Motores Monofásicos

Estos motores son factibles principalmente en bajas potencias.

• De Inducción de Rotor en Cortocircuito:
  • Rotor en jaula de ardilla y estator con devanados inductores.
  • Su funcionamiento se basa en las fuerzas que aparecen en los conductores del rotor debido al campo magnético giratorio.
  • Al poner un bobinado monofásico en el estator, no se consigue un campo magnético giratorio, por lo que, para que arranque, habría que mover el rotor manualmente.
• De Fase Partida:
  • Se añade un segundo bobinado en el estator (en un tercio de las ranuras) para producir un adelanto en el ángulo de desfase y permitir el arranque del motor.
  • Se coloca un interruptor centrífugo que desconecta el segundo bobinado al 75% de la velocidad nominal para evitar la alta resistencia de este.
• Con Condensador de Arranque:
  • Se añade un condensador en serie al bobinado auxiliar, lo que aumenta el par de arranque (cuanto mayor sea la capacidad, mayor el par).
  • Si el condensador tiene demasiada capacidad, podría quemarse el bobinado.
  • Estos dos elementos se desconectarán con un interruptor centrífugo, o bien, se puede conectar el condensador (más pequeño) y el devanado auxiliar en paralelo de manera fija al devanado principal (lo que resulta en un menor par de arranque).
• Con Espira en Cortocircuito:
  • Es un diseño sencillo y útil para bajas potencias.
  • El rotor es de jaula de ardilla. En los polos del estator se arrolla el bobinado principal y en los extremos de los polos se coloca una espira de cobre en cortocircuito.
  • El campo alternativo genera una f.e.m. en las espiras que produce un pequeño par de arranque.
• Motor Trifásico como Monofásico:
  • Se conecta una de sus fases con un condensador.
  • Tiene potencia útil y par de arranque inferiores, y solo se puede usar en motores de pequeña potencia.

Motor Universal

Es un motor de corriente continua (C.C.) con excitación en serie con el inducido. Se diseñan para corriente alterna (C.A.) para minimizar pérdidas y calentamientos en el núcleo, pero también funcionan en C.C.

Alcanzan más de 10.000 revoluciones y se puede variar fácilmente la velocidad modificando la tensión del circuito de excitación. El inconveniente es que utiliza escobillas, lo que implica mayor mantenimiento y una disminución de la velocidad con la carga.

Motor Síncrono Trifásico

Son iguales a los alternadores trifásicos. Giran a velocidad constante, pero necesitan dispositivos de arranque auxiliares y se suelen arrancar en vacío. Necesitan corriente continua (C.C.) para el rotor. Tienen un gran factor de potencia y rendimiento.

Seguridad Eléctrica y Riesgos

Interruptor Diferencial

Dispositivo que abre el circuito tan pronto como detecta una fuga de corriente.

• Alta Sensibilidad: 30 mA
• Media Sensibilidad: 300-500 mA
• Baja Sensibilidad: 1, 2, 3 A

Las Cinco Reglas de Oro de la Seguridad Eléctrica

1. Desconectar las fuentes de tensión (interruptores, seccionadores).
2. Prevenir realimentaciones.
3. Verificar la ausencia de tensión.
4. Poner a tierra y en cortocircuito las fuentes de tensión.
5. Proteger frente a elementos próximos a la tensión y señalizar la zona de trabajo.

Riesgos de la Corriente Eléctrica

Los principales riesgos son la electrocución por el paso de corriente por el cuerpo o el incendio por sobrecarga o cortocircuito.

Efectos de la Corriente en el Cuerpo Humano

• 1-3 mA: Cosquilleo.
• 5-8 mA: Contracciones musculares involuntarias.
• 8-25 mA: Contracciones violentas y dificultad para soltar el conductor (tetanización).
• 25-30 mA: Fibrilación ventricular, riesgo de muerte.
• 30-50 mA: Posible paro respiratorio o asfixia, peligro de muerte.
• 2-3 A o más: Quemaduras o carbonización de tejidos.

Factores que Influyen en el Riesgo

• Intensidad.
• Duración del contacto.
• Recorrido en el cuerpo.
• Resistencia del cuerpo.
• Tensión, tipo de corriente y frecuencia.

Tipos de Contacto Eléctrico

• Contacto Directo: Tocar dos partes activas de una instalación. Puede ocurrir tocando dos conductores activos, un conductor y tierra, o por descarga disruptiva.
• Contacto Indirecto: Cuando se entra en contacto con una masa que accidentalmente ha adquirido tensión debido a un fallo de aislamiento.

Riesgos de la Corriente Eléctrica (Repetición del Contenido Original)

Electrocución por el paso de corriente por el cuerpo o por incendio por sobrecarga o cortocircuito.

Efectos de la Corriente en el Cuerpo Humano (Repetición del Contenido Original)

• 1-3 mA: Cosquilleo.
• 5-8 mA: Contracciones musculares involuntarias.
• 8-25 mA: Contracciones violentas y dificultad para soltar el conductor (tetanización).
• 25-30 mA: Fibrilación ventricular, riesgo de muerte.
• 30-50 mA: Posible paro respiratorio o asfixia, peligro de muerte.
• 2-3 A o más: Quemaduras o carbonización de tejidos.

Factores que Influyen en el Riesgo (Repetición del Contenido Original)

• Intensidad.
• Duración del contacto.
• Recorrido en el cuerpo.
• Resistencia del cuerpo.
• Tensión, tipo de corriente y frecuencia.

Tipos de Contacto Eléctrico (Repetición del Contenido Original)

• Contacto Directo: Tocar dos partes activas de una instalación. Puede ser tocando dos conductores activos, conductor y tierra o descarga disruptiva.
• Contacto Indirecto: Cuando se entra en contacto con una masa con tensión de forma accidental por fallo de aislamiento.