Máquinas y Motores Eléctricos: Tipos, Funcionamiento y Aplicaciones

Máquinas Eléctricas

1. Introducción

Una máquina eléctrica es un conjunto de mecanismos capaces de generar, aprovechar o transformar la energía eléctrica. Se clasifican en:

• Generadores: Transforman cualquier tipo de energía no eléctrica en energía eléctrica.
• Motores: Transforman la energía eléctrica en energía mecánica.
• Transformadores: Modifican algunas características de la energía eléctrica para facilitar su transporte o utilización.

2. Campo Magnético

Un imán o una corriente eléctrica perturban el espacio que les rodea, originando un campo magnético, similar a como una masa origina un campo gravitatorio y una carga eléctrica produce un campo eléctrico.

2.5.4 Corrientes de Foucault

• Inconvenientes: Pérdida de energía y calor (perjudicial en la mayoría de los casos) producido por el efecto Joule.
• Aplicaciones: Hornos eléctricos de inducción, donde las corrientes inducidas por campos magnéticos variables funden el material.

3. Constitución de una Máquina Eléctrica

• Estáticas: No tienen partes móviles. Ejemplo: transformadores.
• Rotativas: Poseen partes giratorias, como dínamos, alternadores y motores. Constan de un estátor (parte fija), un rotor (parte móvil) y un entrehierro (espacio de aire entre estátor y rotor). Uno de los devanados (inductor) crea el flujo magnético, y en el otro (inducido) se induce una fuerza electromotriz que genera un par motor o una fuerza contraelectromotriz.

Tipos de materiales:

• Activos: Constituyen el asiento del campo magnético o de las fuerzas electromotrices inducidas.
• Pasivos: Aislantes que canalizan las corrientes eléctricas, evitan fugas y permiten diferencias de potencial elevadas.
• Estructurales: Funciones de lubricación, ventilación, etc.

3.1 Funcionamiento

Los conductores, recorridos por una corriente eléctrica, se sitúan dentro de campos magnéticos. Las fuerzas ejercidas sobre los conductores se transmiten al rotor, creando un par motor que produce energía mecánica.

5. Potencia

Es la energía desarrollada por unidad de tiempo por una máquina eléctrica.

Motores Eléctricos

2.1 Motor de Corriente Continua

Está formado por:

• Estátor: Genera el campo magnético de excitación mediante el devanado inductor.
• Rotor: Pieza cilíndrica ranurada que contiene el devanado inducido.
• Colector de delgas: Láminas de cobre que conectan el devanado inducido con los bornes de la máquina.
• Portaescobillas y escobillas: Permiten el contacto eléctrico entre el devanado inducido y el exterior. Actúan como rectificador de la corriente.
• Elementos mecánicos: Soporte y envoltura.

2.2 Principios

• Cuando un conductor se mueve en un campo magnético, se genera una fuerza electromotriz.
• Cuando un conductor con corriente se sitúa en un campo magnético, actúa sobre él una fuerza.

2.3 Tipos de Excitación

Existen dos devanados:

• Inductor o excitador: Genera el campo magnético.
• Inducido: Genera la fuerza electromotriz (generador) o el par motor (motor).

Tipos de conexión:

• Derivación: Devanados en paralelo (excitación independiente).
• Serie: Devanados en serie.
• Compuesta: Devanado inductor dividido en dos partes, una en serie y otra en paralelo con el inducido (excitación compuesta larga o corta).

3.1 Motor Asíncrono

• Estátor: Parte fija con un devanado trifásico.
• Rotor: Parte móvil con un devanado.

3.1.1 Rotor de Jaula de Ardilla

Devanado del rotor formado por barras de cobre o aluminio unidas a dos anillos. Par de arranque pequeño e intensidad absorbida elevada.

3.1.2 Rotor Bobinado

Devanado rotórico de hilo de cobre conectado a un acoplador centrífugo o anillos rozantes con escobillas para conexión exterior.