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Máquinas Rotatorias

Juan A. Tapia

Capítulo 2 MÁQUINAS ROTATORIA
2.1 Introducción
Los dispositivos de conversión electromecánica de la energía pueden clasificarse según: o o o o Características del Circuito Magnético (Lineales o no-lineales) Número de puertas eléctricas (excitación simple o múltiple) Tipo de movimiento en el espacio (lineal o rotatorio) Tipo de movimiento en el tiempo(incremental o continuo)

Las maquinas eléctricas en particular las rotatorias, son dispositivos de conversión electromecánico de desplazamiento rotatorio y movimiento continuo en el tiempo. Sus circuitos magnéticos se conforman en base a fierro especiales (alecciones que reducen la reluctancia y minimizan las perdidas) por lo que dependen del grado de excitación. Los bobinados excitadores sontípicamente dos pero también existen de excitación simple o más de dos. El objetivo que se desea lograr es fijar las condiciones eléctricas y/o magnéticas necesarias para que exista un torque medio resultante no nulo. Para ello se desarrollara un modelo general de convertidor rotatorio capaz de representar las distintas configuraciones posibles. En este dispositivo se deducirán el torque eléctrico y lascondiciones para que el torque medio sea diferente de cero

2.2 Características Constructivas
Los dispositivos de conversión electromecánica descansan su principio de funcionamiento en la fuerza, F, que aparece sobre conductores conduciendo una corriente I en presencia de un campo magnético B, esto se exprese mediante la ecuación
F = Il × B

(1)

donde l, es la porción del conductorexpuesta al campo magnético. La magnitud de la fuerza expresada por la ecuación 1 esta dada por
F = IlB sin α

(2)

donde α es el ángulo entre el vector que representa la dirección del flujo de corriente y la dirección del campo magnético. Se observa que para optimizar el aprovechamiento de éste principio, la geometría de una máquina eléctrica deberá ser tal que campo magnético y corriente seanmutuamente ortogonales, es decir α=90. La ‘Regla de la mano derecha’,
1

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Juan A. Tapia

establece una regla nemotécnica para obtener la dirección de la fuerza como se indicada en la figura 1.

Figura 1. Regla de la mano derecha para motores.

Algunas topologías constructivas de máquinas rotatorias son mostradas en la figura 2. Básicamente es un circuito magnéticoexcitado por bobinas que son alimentadas por corriente (Alterna y/o continua) y con un entrehierro, que es por donde se realiza el intercambio de energía. En ella se pueden visualizar las componentes básicas: Estator: Corresponde a la parte estacionaria del circuito magnético. Puede tener una geometría cilíndrica (figura 2a y b) o de polos salientes (figura 2c). En el primer caso las bobinas seubican en ranuras dispuestas longitudinalmente aprovechando los 360 grados (llamado bobinado distribuido) de tal manera de imponer una forma de onda del flujo deseada (generalmente sinusoidal). En el segundo caso, las bobinas son del tipo concentradas y la forma del polo define la distribución que tendrá el flujo magnético en el entrehierro. En el interior, deja una cavidad donde se deja el espaciopara la pieza móvil de la máquina. Rotor: Corresponde a la parte rotatoria del circuito magnético, se apoya sobre rodamientos o descanso de forma de girar libremente en el interior de la cavidad. Esta rígidamente conectado al eje de trabajo de la maquina. Al igual que el estator su geometría puede ser cilíndrica (2a y c) o de polos salientes (2b) con lo que determina la distribución del flujo en elentrehierro. Carcaza: No forma parte del circuito magnético, sirve como elemento estructural para dejar fija la maquina y la posición del rotor. Además se utiliza como medio de protección de las zonas activas del motor contra ambientes agresivos (polvo, humedad, gases, etc.). Ventilador: Forma parte del sistema de refrigeración del motor que junto a las aletas de la carcaza permite evacuar el...
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