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Contenido General
- 1.1 Introducción
- 1.2 Definición y clasificación
- 1.3 Constitución general
- 1.4 Principio de funcionamiento de los Generadores
- 1.5 Polos y Excitación de las maquinas de CC
- 1.6 Línea neutra en Vació y en Carga
- 1.7 Curvas Características de funcionamiento
- 1.8 Características de los Motores de CC
1.1 Introducción
Origen de las Máquinas Rotativas eléctricas:
Para poder abordar este tema partiremos desde 1832 cuando surgieron las primeras aportaciones las cual ha sido muy valiosa hasta nuestros días ya que han mejorado el desarrollo tecnológico e industrial del mundo. Estas Máquinas convierten la energía mecánica a energía eléctrica.
El principio básico de funcionamiento de estas maquinas se basa en la inducción electromagnética, la cual menciona que una corriente eléctrica circula por un conductor enrollado en un núcleo metálico de hierro hace que se comporte como un electroimán.
En otras palabras la inducción electromagnética es la producción de corrientes eléctricas por campos magnéticos variables con el tiempo.
La inducción electromagnética es el fenómeno que origina la producción de una fuerza electromotriz mejor conocida como f.e.m expuesto a un campo magnético variable ,o bien en un medio móvil respecto a un campo magnético estático, razón por la cual en un conductor se produce una corriente inducida.
En la imagen siguiente podemos observar el principio básico de funcionamiento de estas maquinas, tenemos una fuente de energía y al cerrar el interruptor se produce una circulación de corriente a través del núcleo de hierro generando así un Voltaje inducido el cual será medido por un instrumento.
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| Principio de Inducción Electromagnética |
Una máquina eléctrica es el conjunto de mecanismos capaces de generar, aprovechar o transformar la energía energía eléctrica.
La clasificación de este tipo de Maquinas eléctricas es muy sencilla, si la máquina realiza la conversión de energía eléctrica a energía mecánica se le conoce como Motor, por otro lado si realiza la conversión de energía mecánica a energía eléctrica se le conoce como Generador.
Esta conversión de Energía se le conoce como Principio de conservación de energía electromecánica.
Dentro de cada clasificación podemos tener los diferentes subtipos, podemos tener de Corriente Continua y Corriente Alterna, las cuales se describen en la siguiente imagen:
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| Tipos de Máquinas Eléctricas Rotativas |
Así mismo podemos observar en la siguiente imagen los dos tipos de Máquinas Eléctricas Rotativas, observando que si tenemos un suministrador de Energía Eléctrica trifásica (CFE), al alimentar la maquina convertimos la energía en un trabajo mecanico,esta maquina tendrá un torque, por otra parte si tenemos un sistema mecánico impulsado por cualquier tipo de energía renovable este genera energía eléctrica para poder ser aprovechada por los usuario finales.
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| Conversión de energía Eléctrica-Mecánica |
1.3 Constitución general
Referente a la constitución de la Máquinas Eléctricas Rotativas sin importar si es de CC o CA, es muy similar.
Este tipo de maquinas tiene los siguientes elementos básicos en su constitución:
📍 Rotor o Inducido.
📍 Estator.
📍 Carcasa o culata.
📍 Rotor.
📍 Carcasa o culata.
📍 Rotor.
📍 Entrehierro.
📍 Cojinetes.
En las imágenes siguientes podemos observar los elementos básicos de este tipo de máquinas:
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| Elementos Básicos de las Máquinas Eléctricas Rotativas. |
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| Elementos Básicos de las Máquinas Eléctricas Rotativas. |
En el siguiente cuadro sinóptico podemos observar el tipo de máquina eléctrica y el tipo de Corriente que utiliza.
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| Cuadro sinóptico de la Clasificación de las Maquinas Eléctricas Rotativas |
📍Estator:
Es uno de los componentes fundamentales que conforman la máquina eléctrica, tiene la función de producir y conducir el flujo magnético. El núcleo forma parte del circuito magnético de la maquina junto con los polos.
📍El devanado inductor:
Este devanado esta formado por el conjunto de espiras las cuales producen el flujo magnético cuando circule la corriente eléctrica.
📍El inducido:
El inducido es otro elemento fundamental para el funcionamiento de la máquina,consite en la parte giratoria de la misma. Consta, a su vez, de nucleo,devanado y colector. Enseguida se muestra una imagen del rotor.
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| Ejemplo de Rotor de una Máquina Eléctrica |
El núcleo del inducido esta formado por un cilindro de chapas magnéticas de Acero laminado con un 2% de silicio para mejorar las perdidas.
El devanado del inducido se encuentra conectado al circuito exterior de la máquina a través del colector , y es donde se produce la conversión de la energía.
El material es utilizado para el devanado es alambre magneto de Cobre.
El Colector es un conjunto de láminas de cobre, denominadas delgas ,aisladas entre si y conectadas a las secciones del devanado. Cabe mencionar que sobre las delgas se deslizan las escobillas.
Las Escobillas generalmente se fabrican de carbón o de grafito, se alojan en un portaescobillas las cuales se deslizan sobre las delgas del colector y mediante un conductor flexible se unen a los bornes del inducido.
A continuación se muestra la conexión de las escobillas con el Rotor de la máquina:
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| Conexión de Escobillas |
El Entrehierro es el espacio existente entre la parte fija y la parte móvil de la máquina, para evitar que estas partes rosen entre si. Por ultimo los Cojinetes sirven de apoyo al eje del rotor de la máquina.
1.4 Principio de funcionamiento de los Generadores
El principio de funcionamiento de los generadores consiste en la inducción electromagnética es decir cuando un conductor se encuentra situado dentro de un campo magnético se mueve para cortar líneas de flujo magnético y se genera una fuerza electromotriz.
Al circular una corriente a través de un conductor produce una fuerza mecánica que tiene a mover al conductor en dirección perpendicular a la corriente y al campo magnético.
En la siguiente imagen podemos observar el corte de líneas de flujo magnético para generar un voltaje inducido.
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| Generación de la FEM |
En las máquinas rotativas, los conductores se montan paralelos al eje de rotación y sobre el inducido, como se observa en la siguiente imagen:
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| Líneas de flujo magnético y FEM inducida. |
En la imagen anterior podemos observar que cuando gira el inducido, los conductores (C) cortan las líneas de flujo magnético, de este modo se genera una f.e.m en ellos.
Cabe mencionar que para poder extraer la corriente generada hay que conectar los conductores del inducido a un circuito de carga exterior empleando escobillas.
Por otro lado si reducimos el enrollamiento a una espira de área S la cual gira una velocidad angular ω perpendicular a las líneas de campo magnético uniforme B siendo α el ángulo el cual en cierto tiempo forma una perpendicular al plano de la espira con las líneas de campo magnético.
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| Espira |
Por tanto, si se coloca dentro un campo magnético ,esta cortará en su giro las líneas de fuerza del campo magnético creado por lo polos Norte y Sur.
Conectando de este modo sus extremos sobre las escobillas que están conectadas al circuito exterior a través de una resistencia, como se puede observar en la siguiente imagen:
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| Generador Elemental |
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