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Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas

Máquinas Eléctricas (4º Curso)

Apuntes de la asignatura. Curso 2001/2002

Juan José Sánchez Inarejos

Tema 1. FUNDAMENTOS DE MÁQUINA ELÉCTRICAS. 1.1. Introducción a las máquinas eléctricas. 1.1.1. Generalidades. Máquina eléctrica, en general, sería cualquier artefacto eléctrico capaz de realizar una transformación de la energía eléctrica.Por ejemplo, un encendedor piezoeléctrico, un alternador de una central térmica, un transformador, o una simple bombilla, pueden considerarse como máquinas eléctricas en un sentido lato. En este curso estudiaremos sólo una parte de las máquinas eléctricas: aquellas que convierten la energía eléctrica en energía mecánica (motores eléctricos) o la energía mecánica en eléctrica (generadores) porintermedio de un campo magnético. También se estudiarán los transformadores, dado que su funcionamiento requiere de un campo magnético intermedio que hace de puente entre dos configuraciones diferentes (en cuanto a tensión e intensidad) de la energía eléctrica. La importancia de las máquinas eléctricas en el funcionamiento de la industria y en la forma de vida actual es evidente. Si se compara aestas máquinas con otras que pudieran tener parecidas prestaciones (las máquinas de combustión interna por ejemplo), siempre que se tenga acceso a una fuente de alimentación de energía eléctrica, los motores eléctricos tienen ventaja. Son máquinas limpias, silenciosas, versátiles, compactas, fáciles de mantener, etc. Su problema principal sea quizás la dependencia de la alimentación.

1.1.2.Construcción y principio de funcionamiento.

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Como decíamos más arriba las máquinas eléctricas que estudiaremos en este curso utilizan un campo magnético intermedio para la realizar la conversión de la energía (de eléctrica a mecánica o de eléctrica a eléctrica). Construyamos una máquina eléctrica elemental para ilustrar el principio de funcionamiento: Es conocido que toda corrienteeléctrica lleva asociado una campo magnético. Por ejemplo si tenemos un conductor rectilíneo recorrido por una corriente continua I, en sus proximidades aparecerá un campo magnético que se suele representar por sus líneas de fuerza (concéntricas al conductor y tanto más próximas unas a otras donde más intenso es el campo). La intensidad del campo magnético dependerá de la magnitud de la corriente,pero aun siendo ésta alta, el campo magnético que se obtenga en el aire que circunda al conductor no lo será tanto, dado que el aire no es un medio, llamemos favorable, a la creación de campos magnéticos. En cualquier caso, sí existirá un campo (sea cual sea su valor) y este campo interactuará magnéticamente con todos los elementos sobre los que su influencia sea apreciable. Así, si se dispone de unpequeño imán (una aguja imantada por ejemplo), ésta se orientará en la dirección del campo magnético creado por la corriente. Concretamente la posición en la que se quedará la aguja será la indicada en la figura: polo norte en la dirección de las líneas de fuerza.

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Si la aguja se pone en otra dirección que no sea la indicada, ésta girará hasta orientar polos norte y sur en ladirección marcada por el campo (suponiendo que se le permite girar libremente sobre un eje). Si se quiere conseguir un giro continuo de la aguja, no hay más que iniciar ese giro situando la aguja en la posición S-N, entonces la aguja girará hacia la posición N-S, y cuando haya llegado a esa posición, si se invierte el sentido de la corriente, se cambiará también el sentido del campo magnético, loque hará que la aguja intente volver a la posición inicial S-N. Con ayuda de la inercia de la aguja, y sincronizando adecuadamente la inversión de la corriente en el cable con la posición de la aguja, se puede conseguir que ésta gire de forma continua. Una mecanismo que realizara la sincronización deseada sería el siguiente:

Se trata de montar junto con la aguja (giratoria) la fuente de...