1. Rotor y Estator
El rotor es la parte giratoria que puede ser bobinado o imanes, y el estator es la parte fija que puede tener características similares al rotor. Ambos se construyen con chapas magnéticas para evitar pérdidas y en los polos salientes se bobina el devanado inductor, alimentado normalmente por corriente continua. Los tipos de máquinas eléctricas son: estator y rotor cilíndricos-asíncronos, estator cilíndrico y rotor con polos salientes-síncronos, estator con polos salientes y rotor cilíndrico-corriente continua.
Pérdidas de Calentamiento en Máquinas Eléctricas
Las pérdidas de cobre son proporcionales al volumen del material y a la densidad de corriente, entre 3 y 5 A/mm2, y son variables. Las pérdidas de hierro son proporcionales al volumen del material y aumentan con la frecuencia, para ello se utilizan chapas magnéticas con un espesor pequeño, un material de baja conductividad y con un ciclo de histéresis pequeño. Las pérdidas mecánicas son pérdidas de rozamiento y fricción, proporcionales a la velocidad y a la ventilación al cubo de la velocidad, y son fijas. La temperatura ambiente del fluido refrigerante debe ser igual o menor a 40º.
Valor Nominal
El valor nominal es el valor de una magnitud para una condición de funcionamiento especificada. En máquinas eléctricas, se debe evitar el funcionamiento a poca carga, intentar operar con un índice de carga cercano al óptimo y rechazar máquinas con potencias nominales mucho mayores a la potencia de trabajo. En el entrehierro, el sentido de giro se puede invertir si se permutan entre sí las corrientes de 2 fases cualesquiera.
Factores que Afectan a la FEM Inducida en Máquinas Reales
El flujo inductor no se reparte siempre de forma sinusoidal en el entrehierro, el inductor suele estar distribuido en ranuras a lo largo de la periferia de la máquina, y los arrollamientos no son siempre de paso diametral. Para aumentar la FEM inducida, se puede aumentar la curvatura de los polos inductores frente a la superficie inducida y utilizar devanados distribuidos en lugar de concentrados.
2. Acortamiento y Par Electromagnético
Los devanados inductores en las máquinas reales no se suelen bobinar con paso diametral, sino con paso acortado. Esto tiene la ventaja de permitir eliminar selectivamente armónicos en la FEM inducida, pero el valor eficaz del armónico fundamental de la FEM inducida es inferior al obtenido con un paso diametral. El par electromagnético es la acción que tiene lugar entre la FMM del estator y la FMM del rotor para intentar alinear sus ejes magnéticos. En modo motor, el desfase es negativo, y en modo generador, el desfase es positivo.
Clasificación General de Máquinas Eléctricas
Los transformadores se clasifican en transformador elevador (m<1) y transformador reductor (m>1). Las máquinas síncronas se clasifican en generador (se introduce energía mecánica por el eje y al aplicar corriente continua en el inductor se obtiene una FEM en el inducido) y motor (se introduce corriente continua en el inductor y corriente alterna en el inducido trifásico de frecuencia f2, apareciendo un par en el rotor que lo hace girar a una velocidad). Los motores de corriente continua se clasifican en rotor (inducido monofásico con anillos para introducir la corriente continua) y estator (inducido trifásico). Las máquinas de corriente continua se clasifican en generador (igual que el motor, pero se obtiene una corriente continua en las escobillas del inducido) y motor (se introduce corriente continua en las escobillas del inducido, apareciendo un par en el rotor que lo hace girar a una velocidad que puede ser regulada controlando la corriente del inductor o del inducido o ambas). Los motores de corriente alterna de colector-inductor se encuentran situados en el estator y se alimentan normalmente por corriente alterna monofásica. El inducido se encuentra situado en el rotor con colector de delgas, y los devanados del estator y del rotor se conectan en serie. Funcionan con corriente alterna o continua y a altas velocidades, desde 3000 rpm a 30000 rpm. Los aparatos electrodomésticos suelen emplear motores universales.
Transformadores
Los transformadores transforman energía eléctrica de unas magnitudes de voltaje y corriente a otras diferentes. Hacen posible la realización práctica y económica del transporte de energía eléctrica a grandes distancias y al no tener partes móviles, el rendimiento puede ser muy alto, del 99,7%. Los aspectos constructivos de los transformadores incluyen el núcleo, los devanados, las culatas, las ventanas, las uniones atope o solape, y las secciones transversales de las columnas. Los devanados pueden ser concentricos o alternados.
Funcionamiento de un Transformador Real
El funcionamiento de un transformador real se basa en las condiciones de resistencia y dispersión de los devanados primario y secundario, así como en las pérdidas de vacío y cortocircuito. Los tipos de transformadores reales incluyen el transformador real reducido al primario y el modelo equivalente del transformador real.
Ensayo de Vacío y Ensayo de Cortocircuito
El ensayo de vacío se realiza aplicando la tensión nominal al primario del transformador con el secundario en circuito abierto, y tiene como objetivo calcular la resistencia y la inductancia de dispersión. El ensayo de cortocircuito se realiza aplicando entre el 3% y el 10% de la tensión nominal al primario del transformador con el secundario en cortocircuito, y tiene como objetivo calcular la resistencia y la inductancia de cortocircuito.
Pérdidas en Máquinas Eléctricas
Las pérdidas en máquinas eléctricas se dividen en pérdidas de cobre, pérdidas mecánicas, pérdidas de hierro (Pfe) y pérdidas de cortocircuito (Pcc). La potencia aparente nominal se representa como S2n, la potencia aparente instantánea como S2, y la carga como C.
Transformadores Trifásicos
En los transformadores trifásicos, la columna central tiene una reluctancia magnética menor que las columnas laterales. La asimetría en las corrientes de vacío es despreciable en régimen de carga, y cada columna se puede considerar como un transformador monofásico. Las letras A, B y C se emplean para denominar los principios de las bobinas de los devanados primarios, mientras que las letras a, b y c se emplean para el secundario.
Histeresis y Materiales Magnéticos
Las pérdidas por histéresis no dependen de la forma de onda, sino de la amplitud de la inducción, la frecuencia y el material. Los materiales magnéticos se dividen en diamagnéticos, paramagnéticos y ferromagnéticos, cada uno con diferentes características magnéticas.