MÁQUINAS ELÉCTRICASMÁQUINAS ELÉCTRICASROTATIVAS ACROTATIVAS AC

IntroducciónIntroducción

A finales del siglo XIX se desarrollaron las primeras máquinas de corriente alterna las cuales brindaban un mejor desempeño en la generación de grandes cantidades de energía eléctrica y a su vez eran económicas y versátiles en aplicaciones industriales

Partes de una máquina rotativaPartes de una máquina rotativa

Rotor

Estator

Eje

Carcaza

Devanado

Caja de conexiones

Máquinas de Máquinas de AlternaAlterna

Sincrónica

Asincrónica

Rotor Liso

Polos Salientes

Jaula de Ardilla

Rotor Devanado

Físicamente las máquinas de alterna pueden llegar a tener el mismo estator, lo que diferencia una clase de otra es el rotor.

ClasificaClasificaciónción

Relación frecuencia -velocidadRelación frecuencia -velocidad

Sincrónica:

2. rps

elec

nPf

120. rpm

elec

nPf ó

Donde:

:n:P

Velocidad de giro de la máquina

Cantidad de polos de la máquina.

:elecf Frecuencia eléctrica de la onda de voltaje de entrada o salida.

rpselec nf

Asincrónica: rpselec nf

Máquinas SincrónicasMáquinas Sincrónicas Dado que la frecuencia de la señal de salida es

proporcional ala velocidad de giro, se usa principalmente en los sistemas de generación de electricidad

Como motor se emplea muy poco y solo se emplea en casos especiales donde se requiere trabajar a velocidad constante y regular el factor de potencia.

Las máquinas sincrónicas pueden absorber potencia reactiva (como si fueran una inductancia) o entregar potencia reactiva a la red (como si fueran condensadores).

EstatorEstator

Devanado o Inducido

Núcleo del Estator

Ranuras y Dientes

Carcaza

Nota: Las máquinas asincrónicas y sincrónicas pueden tener el mismo estator

Partes de una Máquina A.C. – Estator

Polos

Bobinas de Excitación o Inductor

Barras Amortiguadoras

Polo lisoPolo Saliente

Partes de una Máquina A.C. – Rotor

Rotor de Polos SalientesRotor de Polos lisos

Clasificación de las Clasificación de las Máquinas SincrónicasMáquinas Sincrónicas

Implementaciones como Implementaciones como GeneradorGenerador

Se usa en generación hidráulica y térmica.

En generación hidráulica se emplea máquinas de polos salientes. Por lo general se trabaja bajas velocidades < 1800 rpm.

En generación térmica, se emplean máquinas de polo liso que son comúnmente llamadas turbogeneradores (> 1800 rpm).

Implementaciones como Implementaciones como MotorMotor

En sistemas donde se requiera velocidad constante sin importar la carga acoplada.

Donde se requiera regular el factor de potencia. En este caso al motor se le llama Compensador Sincrónico.

Sistema TrifásicoSistema Trifásico

Señal de salidaSeñal de salida

Rotor Jaula de Ardilla Rotor Bobinado

Las máquinas asincrónicas se clasifican en dos :

-Máquinas jaula de ardilla

-Máquinas de rotor bobinado

Nota: Las máquinas asincrónicas y sincrónicas pueden tener el mismo estator

Máquinas AsincrónicasMáquinas Asincrónicas

ImplementacionesImplementaciones Se usa en la industria como

sistema motriz en varios procesos.

El motor de inducción corresponde al 80% de las máquinas en la industria ya que es el más económico de elaborar y posee características de par – velocidad muy buenas.

La velocidad del motor varia con la frecuencia y el voltaje, pero a nivel industrial se utiliza variadores de frecuencia para variar la velocidad del motor.

Principio de FuncionamientoPrincipio de FuncionamientoSi por el devanado de estator del motor A.C circula una corriente de frecuencia y tiene p pares de polos, se origina un campo magnético giratorio de p pares de polos y que giran a la velocidad /p (Teorema de Ferraris).

Par [N.m]

n [rpm]

Punto de operación

0

La diferencia entre la velocidad real y la velocidad sincrónica se determina mediante el “deslizamiento”

ssynchronou

realssynchronou

nnn

s

Característica Par – VelocidadCaracterística Par – Velocidad

Curvas Par – Velocidad según tipo de motor de inducción

Los motores monofásicos con un solo devanado en el estator, que es el devanado inductor. Prácticamente todas las realizaciones de este tipo de motores son con el rotor en jaula de ardilla. Suelen tener potencias menores de 1KW, aunque hay notables excepciones como los motores de los aires acondicionados con potencias superiores a 10KW.

Se utilizan fundamentalmente en electrodomésticos, bombas y ventiladores de pequeña potencia, pequeñas máquinas-herramientas, en los mencionados equipos de aire acondicionado, etc.

Motor MonofásicoMotor Monofásico

Se pueden alimentar entre una fase y el neutro o entre dos fases. No presentan los problemas de excesiva corriente de arranque como en el caso de los motores trifásicos de gran potencia, debido a su pequeña potencia, por lo tanto todos utilizan arranque directo.

Estos motores presentan los siguientes inconvenientes:

• Se caracterizan por sufrir vibraciones debido a que la potencia instantánea absorbida por cargas monofásicas es pulsante de frecuencia doble que la de la red de alimentación.

• "No arrancan solos" , debido a que el par de arranque es cero. Para explicar esta última afirmación recordemos la expresión general del campo magnético en el entrehierro generado por una corriente monofásica.

Motor MonofásicoMotor Monofásico

Fase Partida

Clasificación del Motor Clasificación del Motor MonofásicoMonofásico

Arranque por condensador

Polos Sombreados