17 Jun

1Principio de funcionamiento del alternador:


Al igual que las dinamos, los alternadores basan su funcionamiento en el principio general de la inducción electromagnética. Cuando estudiábamos la dinamo pudimos comprobar que cuando se ponen a girar conductores en el seno de un campo magnético lo que se produce es una f.e.m. inducida de carácter senoidal que se podía conectar a un circuito exteriormediante dos anillos colectores y un par de escobillas. Al disponer los devanados del inducido en el estator se evita la utilización de los correspondientes tres anillos colectores y escobillas para la extracción de la C.A. trifásica generada. Además hay que pensar que las tensiones y corrientes con las que trabaja un alternador industrial son bastante elevadas (del orden de 10 a 20KV Y cientos de amperios) lo que complicaría aun más la utilización de colectores 2 Constitución de un alternador de inducido fijo:
Al igual quedinamo, el alternador consta de un circuito inductor y un circuito inducido. El circuito inductoresta constituido por un cierto númerode electroimanes, cuyo bobinado se realiza de tal forma quelos polos presenten alternativamente una polaridad norte ysur, y cuyo número total es siempre par. La alimentación delos devanados del inductor se realiza con corriente continua através de dos anillos colectores y un par de escobillas. Dado que el alternador no genera CC es imposible llevara cabo un sistema de autoexcitación como ocurría con las dinamos. Existen diferentes métodos para alimentar de C.C el devanado inductor para la generación del campo magnético; indicaremos aquí los dos más importantes. a
) Mediante una dinamo excitatriz acoplada al eje del alternador los terminales K-J se corresponden con el devanado inductor del alternador; la dinamo excitatriz posee una autoexcitación shunt y la tensión continua que proporciona la dinamo se conecta al devanadoinductor a través de un reostato de regulación.

B) Mediante alternador auxiliar acoplado al eje del alternador

: En este caso se monta un pequeño alternador de inducido móvil en el mismo eje que el alternador principal El devanado inductor (k-j) del alternador auxiliar se alimenta a través de un rectificador monofásico conectado a los bornes de salida del alternador principal Hay que pensar que las piezas polares del alternador principal poseen un cierto magnetismo remanente, por lo que al ponerse en movimiento producen una pequeña f.e.m., pero suficiente para comenzar con el ciclo de cebado. El alternador auxiliar produce CA trifásica que, al ser convertida aCCmediante un puente rectificador trifásico, sirve de alimentación al devanado inductor del alternador principal. La ventaja que presenta este tipo de excitación es que si acoplamos elpuente rectificador trifásico al eje del alternador no se hace necesario el uso de colectores y escobillas para la alimentación del circuito inductor El circuito inducido está constituido por tres bobinas situadas a 120º una de otra y alojadas en ranuras puestas en un núcleo cilíndrico y hueco de chapas magnéticas. La conexión del devanado trifásico suele ser en estrella, conectando el neutro a tierra. El devanado de cada fase del inducido del alternador se compone de varias bobinas, conectadas de tal forma que la fuerzas electromotrices generadas en cada uno de los conductores que las componen se sumen.

3 Frecuencia del alternador

Para que un alternador produzca una C.A. de frecuencia fija, como corresponde al funcionamiento normal de, un alternador, debe girar a una velocidad constante, conocida como velocidad síncrona. La frecuencia o número de ciclos por segundo que produce un alternador es directamente proporcional a la velocidad del alternador y al número de pares de polos del circuito inductor. Hay que pensar que cuando los conductores del inducido son cortados por un polo norte, del rotor en movimiento, se induce un semiciclo de tensión positiva, y que al ser cortados por un polo sur consecutivo se induce un semiciclo de tensión negativa, Esto indica que cada vez que un conductor pasa frente a un par de polos se produce un ciclo completo. Así. por ejemplo, un altenador que posee un par de polos y gira a una velocidad de 50 revoluciones por segundo producirá una frecuencia de 50 ciclos por segundo. Ahora si dotamos a este alternador con dos pares de polos se producirá una frecuencia de 100 ciclos por segundo. A raíz de estas consideraciones se deduce que:F= p por (n/60).

El motor asíncrono trifásico

Al igual que los motores de CC el motor asíncrono trifásico de C.A. funciona gracias a los fenómenos de inducción electromagnética. Son los más utilizados en la industria por su sencillez, robustez y fácil mantenimiento. Estos motores con-siguen mantener su velocidad bastante estable para diferentes regímenes de carga y poseen un buen par de arranque. Como su velocidad depende de la frecuencia de la C.A. con la que se los alimenta, la única forma de regular su velocidad de giro consiste en alimentarlos a través de variadores electrónicos de frecuencia. Dependiendo del tipo de rotor que utilicen, existen dos tipos fundamentales: motores de rotor en cortocircuito o jaula de ardilla y motores de rotor bobinado.

Principio de funcionamiento del motor asíncrono trifásico:

Los motores de inducción asíncronos trifásicos basan su funcionamiento en la generación de un campo magnético giratorio en el estator, coincidente con la velocidad síncrona,que corta a los conductores del rotor y los hace girar. Antes de ver cómo se origina el campo giratorio, vamos a estudiar, mediante un sencillo experimento, el principio general de funcionamiento de los motores asíncronos. Para ello, se dispone de un imán en forma de U, de tal forma que pueda girar por su eje central mediante una manivela . Muy próximo a los polos se sitúa un disco de material conductor (cobre o aluminio), de tal forma que también pueda girar. Al girar el imán permanente se puede comprobar que el disco también gira pero a un poco menos velocidad que el imán. Cuando el imán se pone en movimiento, las líneas decampo que atraviesan el disco, también se ponen en movimiento (movimiento relativo del campo magnético frente a un conductor eléctrico fijo), por lo que según el principio de inducción electromagnética (ley de Faraday), en el disco seinduce una f.e.m. Al estar el disco encerrado eléctricamente en sí mismo(cortocircuito), aparecen corrientes eléctricas por el mismo. Estas corrientes eléctricas quedan sometidas a la acción del campo magnético del imán, por lo que según la ley deLaplace se originan en el disco un par de fuerzas que ponen el disco en movimiento. Según la ley de Lenz, el disco gira en un sentido tal que tiende a oponerse a las variaciones del campo magnético que originaron la corriente eléctrica, por lo que el disco gira en el mismo sentido que el campo magnético y que el imán.

Campo magnético giratorio:

Si conseguimos crear un campo magnético giratorio aprovechando las variaciones de corriente de un sistema de C.A. trifásica, como el desarrollado por el imán de la experiencia anterior, podremos hacer girar al rotor de un motor asíncrono. El estator de un motor asíncrono trifásico se construye de igual manera que el de los altenadores trifásicos. En él se alojan tres bobinas desfasadas entre si 120º Cada una de estas bobinas se conecta a cada una de las fases de un sistema trifásico, por lo que por cada una de ellas circularán las corrientes instantáneas. Si analizamos los valores que alcanza el flujo magnético creado por cada una de estas corrientes en cada instante del tiempo, podremos comprobar que se genera un campo magnético de carácter giratorio. Al igual que ocurría en un alternador, la velocidad síncrona del campo giratorio depende del número de polos con el que se construyen los devanados en el estator y de la frecuencia. (Ns=60por f/P).

Motor asíncrono trifásico de rotor en cortocircuito:

En el estator deestos motores se colocan las bobinas encargadas de producir el campo magnético giratorio. Éstas se alojan en ranuras practicadas en un núcleo formado, por lo general, por paquetes de chapa magnética. Las tres bobinas quedan desfasada, entre sí 120 los 6 terminales de que constan se conectan a la placa de bornes del motor, pudiéndose conectar posteriormente en estrella o en triánguloEl rotor es cilíndrico y en él se sitúan conductores de aluminio alojados en las ranuras del núcleo y cortocircuitadospor sus extremos mediante anillos conductores. A este rotor también se le da el nombre de jaula de ardilla. En motores de pequeña potencia el rotor se construye fundiendo en un bloque integral unas varillas de aluminio junto con los anillos.El funcionamiento del motor asíncrono trifásico de rotor en cortocircuito es como sigue: al ser recorridas las bobinas delestator por una sistema de corrientes trifásicas, se origina al igual que ocurría en un alternador, la velocidad síncrona del campo giratorio depende del número de polos con el que se construyen los devanados en el estator y de la frecuencia.Los conductores del rotor, que en un principio esta parado, son barridos por el campo magnético giratorio, por lo que se induce en ellos una f.e,m, Como estos conductores están en cortocircuito, aparece una corriente por los mismos que en unión con el campo magnético del estator da lugar a un par de fuerzas que pone en movimiento el rotor en el mismo sentido que el campo giratorio. La velocidad del rotor nunca puede alcanzar a la del campo giratorio, ya que de ser éstas iguales no se induciría tensión alguna en el rotor, por lo que el rotor siempre gira a una velocidad inferior a la de sincronismo (de ahí viene el nombre de asíncrono). De esta forma, se define el deslizamiento de u motor asíncrono, corno la diferencia de estas velocidad es expresada en tantos por ciento. ( S=(Ns-N)/Ns por 100.

Arranque:

Al conectar las bobinas del estator de un motor trifásico, permaneciendo el rotor sin movimiento, en un principio, el campo giratorio corta los conductores del rotor, induciendo en los mismos, como si fuese un transformador, una f.e.m. elevada (de la misma frecuencia que la del estator), que, a su vez, producirá una fuerte corriente (puede llegar a ser de cientos de amperios). Estas corrientes, al interactuar con el campo magnético, producen elevadas fuerzas mecánicas que, al actuar sobre el rotor, le proporciona un fuerte par de arranque. Al igual que ocurría en los transformadores (el estator actúa como el primario y el rotor como el secundario), la fuerte corriente del rotor genera, a su vez, un campo magnético que intenta modificar el flujo común, como este solo depende de la tension aplicada por el estator aparece un incremento de corriente en él que intenta compensar la f.e.m. Producida por el rotor.

Aceleración y carga:

Tan pronto como empieza a circular corriente por el rotor parado, éste empieza a girar con un movimiento acelerado y en el mismo sentido que el campo giratorio, por lo que el movimiento relativo entre el campo y el rotor disminuye y con él la f.e.m. inducida y la corriente (según disminuye el deslizamiento, la frecuencia del rotor va también disminuyendo).Si el motor esta en vacío, rápidamente se alcanza una veloci dad muy próxima a la de sincronismo. Si se aplica una carga mecánica resistente al eje del motor, el rotor tenderá a perder velocidad hasta alcanzar un equilibrio entre el par motor creado por el mismo y el par resistente ofrecido por la carga. Si se aplica una carga mecánica resistente que sobrepase el par máximo que puede proporcionar el motor, éste tiende a pararse. Esto siempre debe de evitarse, ya que al estar el rotor bloqueado, tanto las corrientes rotóricas como las estatoricas se elevan muchísimo, pudiendo provocar la destrucción del motor si no se desconecta el motor rápidamente, Se puede decir que el motor intenta desarrollar un par motriz exactamente igual al par opuesto por el resistente de la carga.

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