Máquinas eléctricas rotatorias

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CAPITULO 5 CONCEPTOS BASICOS DE MAQUINAS ROTATORIAS 5.1.Introducción

En este capítulo, se describen en forma breve y elemental, tres tipos de máquinas rotatorias (síncrona, de inducción y de corriente continua), cuyos principios básicos son esencialmente los mismos. En ellas, las tensiones se inducen debido al movimiento relativo de un campo magnético respecto a un devanado (grupos debobinas girando dentro de un campo magnético fijo o viceversa, o bien variando la reluctancia al girar el rotor) y el torque se produce por la interacción entre los campos magnéticos del estator (parte fija de la máquina) y del rotor (parte móvil). La Figura 5.1 muestra en forma esquemática estos tres tipos de máquinas.
Estator

Interpolo Rotor Ranuras a) b)

c)
Figura 5.1.- Estructurasmagnéticas de Máquinas Eléctricas Rotatorias: a) Corriente Continua;

b) Síncrona o Sincrónica; c) Asíncrona o de Inducción

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5.2.-

Consideraciones generales

5.2.1.- Máquinas síncronas elementales La Figura 5.2 muestra una máquina síncrona elemental de dos polos (operando como generador de corriente alterna). En la mayoría de los casos, el devanado inducido, está ubicado en el estator. Elinductor se excita con corriente continua (C.C.) a través de contactos o “escobillas” de carbón apoyadas sobre “anillos rozantes”. Como el inductor es de menor potencia, es más práctico que esté ubicado en el rotor. El devanado inducido está formado por N espiras, representada en la Figura por a y a’, alojadas en dos ranuras diametralmente opuestas practicadas en la parte interior del estator.Devanado de Campo

a' a
Rotor Devanado de Armadura Estator Trayectorias del Flujo

Figura 5.2.- Generador síncrono elemental de polos salientes Los conductores que forman los laterales de esta bobina son paralelos al eje de la máquina y están conectados en serie. El rotor gira a velocidad uniforme en virtud de una potencia mecánica aplicada a su eje. La distribución radial de la densidad deflujo B en el entrehierro, es función de la posición del rotor. En las máquinas reales, puede conseguirse que la onda de B tenga una forma aproximadamente sinusoidal, tal como se muestra en la Figura 5.3 a), perfilando adecuadamente las expansiones polares. Al girar el rotor, la onda de flujo barre los laterales a y a’ de la bobina, induciéndose en ella una tensión que es función del tiempo y quetiene la misma forma que la distribución espacial de B, (Figura 5.3 b)

B

e

π 0 θ

0

t

a)

b)

Figura 5.3.- a) Distribución espacial de B; b) Onda de tensión inducida La tensión inducida pasa por un ciclo completo de valores por cada revolución de la máquina de dos polos de la Figura 5.2.- Su frecuencia en ciclos por segundo (hertz) es igual a la velocidad del rotor enrevoluciones por segundo, es decir, la frecuencia eléctrica está sincronizada con la velocidad mecánica, razón

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por la cual, estas máquinas se denominan síncronas. De acuerdo con esto, una máquina síncrona de dos polos debe girar a 50 rps (revoluciones por segundo) es decir 3000 rpm (revoluciones por minuto) para generar una tensión con una frecuencia de 50 Hz. La mayor parte de las máquinassíncronas tienen más de dos polos, en cuyo caso puede considerarse únicamente un par de ellos, teniendo en cuenta que las condiciones eléctricas, magnéticas y mecánicas relativas a cada uno de los restantes, no son más que una repetición de las existentes para el par considerado. Por este motivo resulta más conveniente expresar los ángulos como θ en grados o radianes eléctricos, más que como θm enunidades geométricas o mecánicas corrientes. Un par de polos o un ciclo de distribución de flujo en una máquina de P polos equivale a 360º eléctricos o a 2π radianes eléctricos, y puesto que en una revolución completa existen P/2 ondas o ciclos, se tiene que:

θ=

P θm 2

(5.1)

La frecuencia angular ω de la tensión inducida se puede obtener derivando la expresión (5.1) respecto al tiempo,...