MQUINAS ROTATORIAS

-Introduccin

-Partes

-Inductor

-Inducido

-Escobillas

-Entrehierro

-Generadores

-Motores

Introduccin

Una de las aplicaciones ms importantes del electromagnetismo son las mquinas rotatorias o convertidores electromecnicos.

Entre estos convertidores se incluyen:

Generadores: Transforman energa mecnica en energa elctrica.

Motores: Transforman energa elctrica en mecnica.

El fundamento terico de estos convertidores se encuentra en los tres principios fundamentales de la induccin electromagntica, estudiados en apartados anteriores que podemos resumirlos en:

Una corriente elctrica que circula por un conductor arrollado en un ncleo metlico hace que este se comporte como un imn.

Las corrientes ejercen fuerzas entre si a distancia.

Cuando se mueve un conductor en el seno de un campo magntico, se induce una sobre l una corriente elctrica.

No es objeto de este trabajo analizar todos los tipos de maquinas que existen, ms bien el objetivo es dar una breve nocin de cmo se transforma la energa elctrica en energa mecnica y viceversa.

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Partes

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A continuacin, antes de pasar a analizar el funcionamiento de estas mquinas, se describen todas y cada una de sus partes.

Toda mquina elctrica rotativa consta de los siguientes elementos bsicos.

Inductor

Es una de las dos partes fundamentales de las mquinas rotatorias (Figura 1). El inductor es el encargado de crear y conducir el flujo magntico. Tambin se le llama estator por ser la parte fija de la maquina.

Figura 1

Las partes del inductor representadas en la Figura anterior son:

Ncleo: Parte de material ferromagntico encargada de confinar el flujo magntico creado por los devanados inductores. En ocasiones se le denomina culata.

Polos: Son dos alargamientos del ncleo en los cuales se instalan los devanados inductores. Se les llama as por que actan como los polos de un imn cuando sus respectivos devanados son recorridos por una corriente elctrica.

Expansin Polar: es un ensanchamiento de los polos cerca del inducido.

Devanado inductor: Conjunto de espiras que producir un flujo magntico cuando sean recorridas por una corriente elctrica.

Inducido

Se denomina tambin rotor por ser la parte giratoria de la mquina (Figura 2). El inducido consta de:

Figura 2

Ncleo: El ncleo del inducido est formado por un cilindro de chapas magnticas generalmente construidas de acero laminado con un 2% de silicio para reducir las prdidas. Este cilindro se fija al eje de la maquina descansando sobre unos cojinetes que facilitan la posibilidad de giro del mismo.

Las chapas que forman el ncleo del inducido tienen unas ranuras donde se alojan los hilos de cobre que forman las espiras del devanado inducido.

Devanado inducido: Se encuentra conectado al circuito exterior por medio del colector y sus delgas (Figura 3). En l es donde se produce la conversin de energa.

Este devanado se suele construir de cobre electroltico cuya resistividad es 0,0017 mm2/m a 20 de temperatura.

Figura 3

Escobillas

Se fabrican de carbn o grafito, se deslizan sobre las delgas del colector. Su funcin es transmitir la energa elctrica de la red al inducido en el caso de motores o viceversa si es un generador (Figura 3).

Entrehierro

Es el espacio existente entre la parte fija y la mvil de la maquina,es decir, entre la culata y el rotor (Figura 3 y Figura 4).

Figura 4

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Generadores

Los generadores son mquinas capaces de convertir energa mecnica en energa elctrica. Su principio de funcionamiento es la Fuerza de Lorentz ( Ecuacin 1)

(1)

Para ello es suficiente con imaginar una espira rotando en el interior de un campo magntico. Como se ha visto en el apartado de Flujo variable. Al hacer rotar una espira en un campo magntico, varia el flujo magntico que atraviesa su superficie (Figura 5):

F (t) = B S Cos (2 p f t) (2)

Donde f = 2 p f t

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Figura 5

Al variar el flujo en la espira aparecer una corriente que tratar de contrarrestar dicha variacin.

Este mtodo es el utilizado para obtener fuerzas electromotrices sinusoidales. Si el ngulo

toma el valor de y aplicamos la ley de Faraday y Lenz nos queda:

(2)

Si representamos los valores de (Figura 6), obtenemos una grfica de tipo sinusoidal.

Figura 6

En el apartado de laLey de Faraday y Lenz se estudia, de forma ms detallada, las consecuencias de variar el flujo que atraviesa una espira.

En el caso de un generador, el inducido (bobina del rotor) al girar hace la funcin de las mencionadas espiras, mientras el inductor (bobina del estator) crea el campo magntico. Por tanto al hacer girar el rotor se producir el efecto descrito en prrafos anteriores.

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Motores

El funcionamiento de un motor es similar a un generador, est constituido por las mismas partes y tambin se utilizan para la conversin de energa. Una de las pocas diferencias es que en los motores la conversin de energa es la inversa a un generador (se transforma energa elctrica en mecnica).

Para esto, el inductor crea un campo en el que quedar inmerso el inducido. Si al mismo tiempo alimentamos el inducido con una corriente de forma adecuada, este se ver sometido a las estudiadas Fuerzas de Lorentz (Figura 7).

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