Maquinas elctricas.1definicin y clasificacinUnamquina elctricaes un dispositivo que transforma la energa elctrica en otra energa, o bien, enenerga elctricapero con una presentacin distinta, pasando esta energa por una etapa dealmacenamientoen un campo magntico [1]. Se clasifican en tres grandesgrupos:1. Generadores.2. Motores.3. Transformadores. Los generadores transforman energamecnicaen elctrica, y lo inverso sucede en losmotores. Elmotorse puede clasificar en motor de corriente continua o motor de corriente alterna. Lostransformadoresy convertidores conservan la forma de la energa pero transforman sus caractersticas.Una mquina elctrica tiene un circuito magntico y doscircuitoselctricos. Normalmente uno de los circuitos elctricos se llama excitacin, porque al ser recorrido por una corriente elctrica produce las ampervueltas necesarias para crear el flujo establecido en el conjunto de la mquina.Desde una visinmecnica, las mquinas elctricas se pueden clasificar en:1. Rotativas (Generadores y Motores).2. Estticas (Transformadores).Las mquinas rotativas estn provistas de partes giratorias, como las dinamos, alternadores, motores. Las mquinas estticas no disponen de partes mviles, como los transformadores. Para el estudio a realizar a continuacin se clasificaran las mquinas como lo anteriormente visto: rotativas y estticas.Constitucingeneral de las mquinas electricasTodas las transformaciones de la energa elctrica que se consideran en este curso se realizan en el seno de un campo magntico. Por esta razn, toda mquina elctrica est constituida por:-un circuito magntico-dos circuitos elctricos, al menos.Uno de los circuitos elctricos es el encargado de crear el campo magntico necesario en todas las transformaciones que vamos a estudiar. Este circuito se llamade excitacin,inductoro, en algunas mquinas,primario(aunqueprimariosignifica ms que sloinductor).El otro circuito elctrico es sobre el que se va a realizar la conversin de energa y se llamainducidoo, en algunas ocasiones,secundario.Al estudiar la constitucin general de las mquinas elctricas, debemos hacer mencin independiente, por sus peculiaridades especficas, de las mquinas estticas y de las mquinas rotativas:Mquinas estticas:Presentan, como se esquematiza en la Fig. 1, un ncleo cerrado de material ferromagntico y, al menos, dos bobinas arrolladas a l, generalmente una sobre otra.Fig. 1. Mquina estticaMquinas Rotativas:Estn constituidas, como se representa en la Fig. 2, por una parte fija llamada estator y una mvil llamada rotor. Tanto el rotor como el estator se construyen con material ferromagntico y perfilan, por esto, el circuito magntico de la mquina el cual, como ha de ser cerrado las lneas del campo magntico lo son siempre, se completa con los espacios de aire que queda entre las dos partes. Estas zonas de aire , que son necesarias para que el rotor gire libremente, se llamanentrehierros. Las mquinas rotativas presentan, como se indica en la figura 2, un circuito elctrico en el rotor y otro en el estator, con la salvedad de algunas mquinas (de muy pequea potencia por lo general) que crean el campo magntico a base de materiales magnticos (imanes naturales); en estos casos, la mquina puede carecer del circuito elctrico inductor, encargado de crear el campo.Fig.2. Mquina rotativa1.4 numero de polosLos circuitos magnticos tienen polos norte y sur, de tal manera, que las lneas de fuerza del campo magntico salen del polo norte y entran por el polo sur. Las mquinas rotativas necesitan para funcionar, como hemos visto anteriormente, un campo magntico, generado por bobinas enrolladas en ncleos de hierro. Estos ncleos se denominanpolos. Estn unidos por un extremo a la culata, quedando libre el otro extremo, que dar nombre al polo. Los polos tienen que tener diferente polaridad alternativamente para que las lneas de fuerza se distribuyan correctamente.1.5 perdidasFlujos de potencia y prdidas:Unsistemaelectromecnico de conversin tiene tres partes esenciales:(1) Un sistema elctrico.(2) Un sistema mecnico.(3) Un campo que los une.Las prdidas las podemos clasificar dentro de las siguientes categoras:1.-Prdidas en elcobrede los devanados (rotor y estator):Las prdidas en el cobre de una mquina son las prdidas por calentamiento debido a laresistenciade los conductores del rotor y del estator: P=I2R.2.-Prdidas en el ncleo: Las prdidas del ncleo se deben a la histresis y a las corrientes parsitas. Con frecuencia a estas prdidas se les conoce como prdidas de vaco o prdidas rotacionales de una mquina. En vaco, toda la potencia que entra a la mquina se convierte en estas prdidas.3.-Prdidas mecnicas: Las prdidas mecnicas se deben a la friccin de los rodamientos y con elaire.4.-Prdidas adicionales: Las prdidas adicionales son todas aquellas prdidas que no se pueden clasificar en ninguna de las categoras descritas arriba. Por convencin, se asume que son iguales al 1% de salida de la mquina.Laeficienciade una mquina es una relacin entre su potencia til de salida y su potencia total de entrada: = (Psal/Pent)100.Panormica sobre el uso de lasmquinaselctricas rotativas.Como se ha expuesto anteriormente, con estos dispositivos electromecnicos de conversin, podemos transformar energa en ambos sentidos (MECANICA-ELECTRICA). Esto ha sido aprovechado porel hombrepara construir sussistemasgeneradores, transmisores y consumidores de potencia, los cuales son la base deldesarrolloy actividad mundial. La figura 1.2 muestra a grandes rasgos un sistema de estos.

Fig. 12. Sistema de generacin, transmisin,distribucin, yconsumode energa.En la figura apreciamos que se utiliza una fuente de energa mecnica para mover el generador elctrico. Esta fuente de energa mecnica puede ser la turbina de una hidroelctrica o estar movida por el vapor deaguade una caldera o reactor nuclear; tambin podemos quemar combustible fsil en un motor decombustininterna.El generador produce tpicamente un nivel de 10 KV con grandes corrientes. Aqu termina la parte de "generacin". 10 KV no es el nivel de voltaje adecuado para transmitir la energa elctrica a grandes distancias, ya que las corrientes en las lneas seran muy grandes y las prdidas I2R seran altsimas; por eso se eleva el voltaje a 400 KV y se reducen en 40 veces las corrientes, con lo que las prdidas I2R disminuyen 1600 veces y el requerimiento del calibre del cable baja.Al llegar a los centros de consumo (ciudades, corredores industriales, etc.), debemos reducir el nivel de voltaje avaloresmssegurospara lapoblacin(tpicamente 13.5 KV). La distribucin es el paso anterior al consumo. Finalmente, la energa llega al hogar,industria, etc., con un nivelsegurode 110 V, 220 V, donde es consumida eniluminacin,refrigeracin, calefaccin, motores, etc. Aqu cabe tambin dar mrito al transformador por su participacin en el sistema, la cual eleva la eficiencia de dicho sistema, evitando prdidas y aumentando laseguridaden el manejo de la energa.

.maquinas de induccin.rotor y embobinado:Contrariamente a lasmquinassncronas empleadas normalmente como generadores, las mquinas asncronas han encontrado su principal aplicacin comomotores, debido a la sencillez de suconstruccin. Elmotorasncrono trifsico es hoy el motor usual de accionamiento en todas lasredesdedistribucin.Se llama mquina deinduccino asincrnica a una mquina decorriente alterna, en la cual lavelocidadde rotacin del rotor es menor que la delcampo magnticodel estator y depende de la carga. La mquina asincrnica tiene lapropiedadde ser reversible, es decir, puede funcionar como motor y como generador.El motor asincrnico tiene dos partes principales: Estator y rotor. El estator es la parte fija de la mquina en cuyo interior hay ranuras donde se coloca el devanado trifsico que se alimenta con corriente alterna trifsica. La parte giratoria de la mquina se llama rotor y en sus ranuras tambin se coloca un devanado. El estator y el rotor se arman de chapas estampadas deaceroelectrotcnico de 0,35 a 0,5 [mm] de espesor.Segn la construccin, los motores asincrnicos pueden ser de rotor de jaula de ardilla o de rotor bobinado.Los motores asincrnicos se dividen en: sin colector y con colector. Los motores sin colector se utilizan donde se necesita una velocidad de rotacin aproximadamente constante y no se requiere su regulacin.Los motores sin colector son simples en construccin, funcionan sin fallas y son de alto rendimiento.Para alcanzar amplia gama de velocidades, se utilizan motores asincrnicos con colector monofsico y trifsico; sin embargo, debido al altocosto, a una construccin complicada y condiciones difciles detrabajo, las mquinas asincrnicas con colector son poco empleadas.Consideraciones generales de las mquinas asincrnicasContrariamente a las mquinas sncronas, empleadas normalmente como generadores, las mquinas asncronas han encontrado su principal aplicacin como motores, debido a la sencillez de su construccin.Las mquinas asncronas tienen un circuito magntico sin polos salientes estando ranurados tanto el estator como el rotor, los cules van a estar sometidos a laaccinde campos magnticos giratorios que darn lugar a prdidas magnticas. En consecuencia, ambos rganos de la mquina se fabrican a base de apilar chapas delgadas de acero al silicio para reducir estas prdidas.El devanado del estator normalmente es trifsico, aunque en mquinas de pequeapotenciatambin puede ser monofsico o bifsico. El devanado del rotor siempre es polifsico. Ambos devanados tienen el mismo nmero de polos (2p). El devanado del rotor forma un circuito cerrado por el que circulan corrientes inducidas por el campo magntico. El rotor puede ser de dos tipos: de jaula de ardilla o en cortocircuito y de rotor bobinado o con anillos.Una jaula de ardilla es un devanado formado por unas barras alojadas en las ranuras del rotor que quedan unidas entre s por sus dos extremos mediante sendos aros o anillos de cortocircuito. El nmero de fases de este devanado depende de su nmero de barras. Muchas veces estos anillos poseen unas aletas que facilitan la evacuacin delcalorque se genera en la jaula durante el funcionamiento de la mquina.El rotor bobinado tiene un devanado trifsico normal cuyas fases se conectan al exterior a travs de un colector de tres anillos y sus correspondientes escobillas. En funcionamiento normal estos tres anillos estn cortocircuitados (unidos entre s).En ambos tipos de rotor se suelen emplear ranuras ligeramente inclinadas con respecto al eje de la mquina. El bloque de chapas que forma el circuito magntico del rotor tiene un agujero central donde se coloca el eje o rbol de la mquina. En muchas ocasiones se coloca un ventilador en este eje para facilitar larefrigeracinde la mquina.La carcasa es la envoltura de la mquina y tiene dos tapas laterales donde se colocan los cojinetes en los que se apoya el rbol. Esta carcasa suele disponer de aletas para mejorar la refrigeracin de la mquina. Sujeta a la carcasa est la placa de caractersticas donde figuran las magnitudes ms importantes de la mquina. En la carcasa se encuentra tambin la caja de bornes adonde van a parar los extremos de los bobinados. En una mquina asncrona trifsica de jaula de ardilla la caja de bornes tiene seis terminales, correspondientes a los extremos de las tres fases del estator (dos extremos, principio y final, por cada fase), formando dos hileras de tres. De esta forma resulta fcil el conectar el devanado del estator en estrella o en tringulo.Las ideas fundamentales sobre los motores de induccin las desarroll a finales de la dcada de 1880 Nicola Tesla, quien recibi la patente por sus ideas en 1888. En esa poca present un artculo ante el American Institute of Electrical Engineers [ATEE, predecesor del Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)] en el que describa losprincipiosbsicos del motor de induccin con rotor devanado, junto con ideas sobre otros dos importantes motores de ca: el motor sncrono y el motor de reluctancia.A principios del siglo XX se impuso elsistematrifsico europeo ante el bifsico americano, por lo que las maquinas asincrnicas comenzaron a ser y son trifsicas.En las mquinas asincrnicas la corriente que circula por uno de los devanados se debe a la f.e.m inducida por la accin del flujo del otro, y por esta razn se denominanmquinas de induccin.Tambin reciben el nombre demquinas asincrnicasdebido a que la velocidad de giro del rotor no es la de sincronismo impuesta por la frecuencia de lared. La importancia de los motores asncronos de debe a su construccin simple y robusta, sobre todo en el caso del rotor en forma de jaula de ardilla, que les hace trabajar en circunstancias ms adversas, dando un excelenteserviciocon pequeomantenimiento. Hoy en da se puede decir que ms del 80% de losmotores elctricosindustriales emplean este tipo de maquinas, trabajando con una frecuencia dealimentacinconstante. Sin embargo, histricamente su inconveniente ms grave ha sido la limitacin para regular su velocidad, y de ah cuando esto era necesario, en diversas aplicaciones como la traccin elctrica, trenes de laminacin, etc., eran sustituidos por motores de c.c., que eran ms idneos para este servicio. Desde finales del siglo XX y con eldesarrollotan particular de laelectrnicaindustrial, con accionamientos electrnicos como inversores u onduladores y cicloconvertidores, que permiten obtener frecuencia variable a partir de la frecuencia de la red, y con laintroduccindelmicroprocesadoren la electrnica de potencia, se han realizado grandes cambios, y los motores asncronos se estn imponiendo poco a poco en los accionamientos elctricos de velocidad variable.

Mquina asncrona

Eje (0), Cojinete (1), rotor de jaula de ardilla (2), tapa lateral de la carcasa (3) y ventilador (4)

2.3 rotores(rotor jaula de ardilla y doble y doble jaulaUnrotor de jaula de ardillaes la parte que rota usada comnmente en unmotor de induccindecorriente alterna. Unmotor elctricocon un rotor de jaula de ardilla tambin se llama "motor de jaula de ardilla". En su forma instalada, es uncilindromontado en un eje. Internamente contiene barras conductoras longitudinales dealuminioo decobrecon surcos y conectados juntos en ambos extremos poniendo encortocircuitolos anillos que forman la jaula. El nombre se deriva de la semejanza entre esta jaula de anillos, las barras y la rueda de unhmster(ruedas probablemente similares existen para las ardillas domsticas).La base del rotor se construye con lminas dehierroapiladas. El dibujo muestra solamente tres capas de apilado pero se pueden utilizar muchas ms.Losdevanadosinductores en elesttorde un motor de induccin insitan alcampo magnticoa rotar alrededor delrotor. El movimiento relativo entre este campo y la rotacin del rotor inducecorriente elctrica, un flujo en las barras conductoras. Alternadamente estas corrientes que fluyen longitudinalmente en los conductores reaccionan con el campo magntico del motor produciendo unafuerzaque actatangenteal rotor, dando por resultado unesfuerzo de torsinpara dar vuelta al eje. En efecto, el rotor se lleva alrededor el campo magntico, pero en un ndice levemente ms lento de la rotacin. La diferencia en velocidad se llama "deslizamiento" y aumenta con la carga.

3.-Motor de induccin:Elmotordeinduccines el tipo ms popular de losmotoresde ca debidos a su simplicidad y su facilidad de operacin. El motor de induccin no tiene un circuito d3e campo separado; encambio, depende de laaccintransformadora para inducir voltajes y corrientes en su circuito de campo. De hecho, un motor de induccin es bsicamente un transformador giratorio. Su circuito equivalente es similar al de un transformador, excepto en las variaciones develocidad.Un motor de induccin opera por lo regular cerca de la velocidad sncrona, pero nunca exactamente a nsinc. Siempre debe haber ciertomovimientorelativo para inducir un voltaje en el circuito de campo del motor de induccin. El voltaje inducido en el rotor por el movimiento relativo entre elcampo magnticodel estator y el rotor produce una corriente en el rotor que interacta con el campo magntico del estator para producir el par inducido en el motor.En un motor de induccin el deslizamiento o velocidad a la que se presenta el par mximo se puede controlar variando laresistenciadel rotor. Elvalordel par mximo es independiente de la resistencia del rotor. Una alta resistencia del rotor disminuye la velocidad a la que se presenta el par mximo y por tanto incrementa el par de arranque del motor. Sin embargo, paga unpreciopor este par e arranque al tener una regulacin de velocidad muy pobre en su intervalo normal de operacin.

2.1 partes principales

Los motores asncronos o de induccin son aquellosmotores elctricosen los que el rotor nunca llega a girar en la misma frecuencia con la que lo hace el campo magntico del estator. Cuanto mayor es el par motor mayor es esta diferencia de frecuencias.

Figura 1. Motor de Induccin.Los motores asncronos o de induccin, son prcticamente motores trifsicos. Estn basados en el accionamiento de una masa metlica por la accin de un campo giratorio. Estn formados por dos armaduras con campos giratorios coaxiales: una es fija, y la otra mvil. Tambin se les llama, respectivamente, estator y rotor. El devandado del rotor, que conduce lacorriente alternaque se produce por induccin desde el devanado del estator conectado directamente, consiste de conductores decobreoaluminiovaciados en un rotor de laminaciones deacero. Se instalan anillos terminales de cortocircuito en ambos extremos de la "jaula de ardilla" o bien en uno de los extremos en el caso del rotor devanado. Los motores de induccin de rotor devanado son menos utilizados, debido a su mayorcosto, y a que requieren de msmantenimientoque los de jaula de ardilla.

Funcionamiento:

FUNCIONAMIENTO DE LOSMOTORESDE ASINCRONICOSSe puede ilustrar el principio del motor de induccin se realiza de la siguiente forma:Se suspende un imn permanente de un hilo sobre una torna mesa decobreoaluminioque gira en un cojinete colocado en una placa fija dehierro. El campo del imn permanente se completa as a travs de la placa de hierro. El pivote debera estar relativamente sin friccin y el imn permanente debe tener la suficientedensidadde flujo. Cuando gira el imn en el hilo, se observar que el disco que est debajo gira con l, independientemente de la direccin de giro del imn.El disco sigue elmovimientodel imn, como semuestraen la figura debido a las corrientes parsitas inducidas que se producen por el movimiento relativo de un conductor (el disco) y el campo magntico. Por laleyde Lenz, la direccin del voltaje inducido y de las corrientes parsitas consecuentes produce un campo magntico que tiende a oponerse a lafuerzao movimiento que produjo el voltaje inducido.

Figura 2. Grafico del Funcionamiento de un Motor de Induccin.

Las corrientes parsitas que se producen tienden a producir a su vez un polo S unitario en el disco en un punto bajo el polo N giratorio del imn y un polo N unitario en el disco bajo el polo S giratorio del imn. Por lo tanto, siempre que el imn contine movindose, continuar produciendo corrientes parsitas y polos de signo contrario en el disco que est abajo. El disco, por lo tanto, gira en la misma direccin que el imn. pero debe girar a velocidad menor que la del imn. Si el disco girara a la misma velocidad que la del imn, no habra movimiento relativo entre el conductor y el campo magntico y no se produciran corrientes parsitas en el disco.

Caracterstica de Funcionamiento del Motor Asincronico

El funcionamiento de un motor, en general, se basa en las propiedades electromagnticas de lacorriente elctricay la posibilidad de crear, a partir de ellas, unas determinadas fuerzas de atraccin y repulsin encargadas de actuar sobre un eje y generar un movimiento de rotacin.Suponiendo que un motor de induccin comercial de jaula de ardilla se haga arrancar con el voltaje nominal en las terminales de lnea de su estator (arranque a travs de la lnea) desarrollar un par de arranque de acuerdo que har que aumente su velocidad. Al aumentar su velocidad a partir del reposo (100 por ciento de deslizamiento), disminuye su deslizamiento y su par disminuye hasta elvaloren el que se desarrolle el par mximo. Esto hace que la velocidad aumente todava ms, reducindose en forma simultnea el deslizamiento y el par que desarrolla el motor de induccin.Los pares desarrollados al arranque y al valor del deslizamiento que produce el par mximo ambos exceden (en el caso normal) al par aplicado a la carga. Por lo tanto la velocidad del motor aumentar, hasta que el valor del deslizamiento sea tan pequeo que el par que se desarrolla se reduzca a un valor igual al par aplicado por la carga. El motor continuar trabajando a esta velocidad y valor deequilibriodel desliza-miento hasta que aumente o disminuya el par aplicado.Curva Caracterstica

Se muestra la relacin entre los pares de arranque, mximo y nominal a plena carga que desarrolla un motor de induccin, comofuncinde la velocidad de ste y del deslizamiento. Esta figura es presentacin grfica de la corriente y el par desarrollados en el rotor del motor comofuncionesdel deslizamiento desde el instante del arranque (punto a) hasta la condicin de funcionamiento enestadoestable (en general entre marcha en vaco y marcha a plena carga - puntos c y d) cuando los pares desarrollado y aplicado son iguales.Circuito Equivalente de un motor de Induccin por fase

analogas con tranformadores.

Estos motores provienen de los motores polifsicos deinduccin. Suponiendo que unmotorde induccin comercial de jaula de ardilla se haga arrancar con el voltaje nominal de las terminales de lnea de su estator desarrollar un par de arranque que har que aumente lavelocidad. Al aumentar la velocidad a partir del reposo (100% de deslizamiento) disminuye su deslizamiento y su par disminuye hasta que se desarrolla un par mximo. Esto hace que la velocidad aumente todava ms, reducindose en forma simultnea el deslizamiento y el par que desarrolla el motor de induccin.Los pares desarrollados al arranque y alvalorde desplazamiento que produce el par mximo, en ambos exceden el par de la carga, por lo tanto la velocidad del motor aumentar hasta que el valor de desplazamiento sea tan pequeo que el par que se desarrolla se reduzca a un valor igual al aplicado por la carga. El motor continuar trabajando a esa velocidad y el valor deequilibriodel desplazamiento, hasta que aumente o disminuya el par aplicado.La caracterstica esencial que distingue a una mquina de induccin de los dems motores elctricos es que las corrientes secundarias son creadas nicamente por induccin.Cuando se desarroll por primera vez el rotor de doble jaula de ardilla se creo tal variedad y adaptabilidad en eldiseode rotores para motores de induccin que ha llevado a diversas caractersticas de curva deslizamiento - par. Al dar la proporcin correcta al devanado de doble jaula de ardilla, los fabricantes han desarrollado numerosas variaciones del diseo del rotor de vaciado o normal nico. Estas variaciones tienen por consecuencia pares de arranque mayores o menores que el diseo normal y tambin menores corrientes de arranque.