maquinas eléctricas-definición -clasificación

1. Tema 6. Máquinas eléctricas

2. Ingeniería Energética. 2º IOP. Curso 15/16
Una máquina eléctrica transforma energía eléctrica en otro tipo,
normalmente mecánica, o bien de nuevo en energía eléctrica pero con unas
características distintas.
En ellas además la energía se almacenará temporalmente en forma de
campo magnético.
Desde este punto de vista de las trasformaciones de energía se
clasificarán en tres grandes grupos: generadores, motores y
transformadores.
Máquinas eléctricas. Clasificación
y principios básicos

3. Máquinas eléctricas. Clasificación
Clasificación según las transformaciones de la energía: generadores,
motores y transformadores. Las transformaciones son reversibles
Magnética
Mecánica
Magnética
Eléctrica
MOTOR
GENERADOR
TRANSFORMADOR
Magnética

4. Clasificación desde el punto de vista mecánico:
Clasificación desde el punto de vista eléctrico:
-Máquinas estáticas (transformadores)
-Máquinas con partes móviles (rotativas)
-Máquinas de corriente continua
-Máquinas de corriente alterna
-Síncronas
-Asíncronas
-Estator
-Rotor

5. Los principios básicos en los que se apoya la transformación de energía
eléctrica en magnética y esta a su vez en mecánica -y viceversa- se han visto
en los temas anteriores.
• Una corriente eléctrica por un conductor genera en su entorno un campo
magnético.
• Los materiales ferromagnéticos se utilizarán para dirigir los flujos magnéticos
-y por tanto los energéticos- entre las diferentes partes de un sistema según
nuestra conveniencia.
• Un dipolo magnético situado en el interior de un campo magnético sufrirá un
momento o par de fuerzas que tenderá a orientarlo en la dirección del
campo.
• Un campo magnético variable en el tiempo induce en un conductor una
fuerza electromotriz y, si se cierra el circuito, una corriente eléctrica.
Principios básicos

6. Electroimanes
Principios básico: Una corriente eléctrica por un conductor genera en su
entorno un campo magnético. Los materiales ferromagnéticos se utilizarán
para dirigir los flujos magnéticos -y por tanto los energéticos- entre las
diferentes partes de un sistema según nuestra conveniencia.

7. Transformadores
Principios básico: Una corriente eléctrica alterna genera en una bobina un
campo magnético también alterno. En una segunda bobina, este campo
magnético alterno genera una tensión eléctrica.

8. Generadores síncronos
Principios básico: Un imán permanente (o un electroimán) se hará girar en
el entorno de una o más bobinas. La variación en el tiempo del flujo
magnético en las bobinas genera una tensión eléctrica.
c. alterna
monofásica
c. alterna
trifásica

9. La tensión que se puede generar con un imán permanente es limitada,
para aumentarla se necesita un campo magnético mayor en el rotor, que
se generará con un núcleo ferromagnético y un arrollamiento por el que
circula una corriente continua.
Con este método se podrá además formar un electroimán con más de un
par de polos, y tal como se ve en la figura.

10. Para introducir, o extraer, corrientes eléctricas en el rotor, será necesario
disponer anillos, normalmente de cobre, contra los que rozan otros materiales
conductores –escobillas- garantizando el contacto eléctrico. El conjunto de
anillos se llamará colector.

11. Generadores de
corriente continua
Principios básico: Utilizar un generador de corriente alterna y cambiar los
contactos de salida cíclicamente, con medios electromecánicos o
semiconductores.

12. Si se dispone un mayor
número de bobinas y de
delgas, se puede generar una
tensión más estable.

13. Motores de corriente continua
y universales
Si en el interior de un campo
magnético situamos un electroimán
(dipolo magnético), sufrirá un par
que tenderá a alinearlo con el
campo exterior.
Si la espira del rotor y está
conectada con un colector de
delgas, cuando esté cercano a
alinearse, el colector de delgas
invierta el sentido de la corriente y
por tanto el dipolo magnético,
haciendo que el movimiento
continúe.

14. Para potencias elevadas, el campo exterior será generado por un
electroimán. La misma tensión aplicada al rotor a través de las
delgas, pudiendo estar conectados ambos en serie o paralelo.
Además los motores así
construidos pueden funcionar con
tensión continua o alterna.
Cuando cambie la polaridad de la
alimentación, cambiarán los
sentidos de ambos campos, y el
par de giro mantendrá su sentido.

15. Motores síncronos
Principios básico: Tres campos magnéticos variables que sumados dan
un campo constante que gira (Teorema de Ferraris).
El campo giratorio resultante arrastra un imán (o electroimán) en el rotor,
produciendo potencia mecánica.
Los motores síncronos se utilizan cuando es necesario controlar de
manera precisa la velocidad de giro.

16. El campo magnético giratorio es una ventaja de la distribución de energía con
sistemas trifásicos.
Invirtiendo las conexiones de dos de las bobinas, el campo magnético gira en
sentido contrario, invirtiendo el sentido del rotor.
Será necesario disponer de una fuente de tensión continua para alimentar el
rotor.

17. Motores asíncronos
Principios básico: El campo giratorio de Ferraris puede inducir corrientes
eléctricas en una bobina en el rotor sin que sea necesario introducir en él
una corriente desde el exterior para crear un electroimán.
Generadores asíncronos: las máquinas son reversibles.

18. En muchas instalaciones no se dispone de corriente trifásica. En este caso se
emplearán motores de inducción monofásicos. El rotor estará constituido de nuevo
por una jaula de ardilla.
El estator estará constituido en general por dos devanados desplazados 90
geométricos, aunque también hay motores con un único devanado. Para definir un
sentido de flujo, deberá introducirse algún tipo de asimetría en el flujo magnético.
Motores de inducción monofásicos

19. Características constructivas
Para situar los devanados se enrollarán en polos salientes (en estator o
rotor) o bien distribuidos en ranuras, que se llamarán de entrehierro
uniforme
En los motores de corriente alterna se
producirán las pérdidas por corrientes de
Foucault, la solución será un núcleo de
chapas apiladas y de baja conductividad
eléctrica.

20. Pérdidas y rendimiento
Mecánicas: rozamiento
En el cobre: por resistencia al paso de la corriente eléctricas en las bobinas.
En el hierro: por resistencia al paso del flujo magnético y otros efectos.
CuFemecu
u
e
s
pppP
P
P
P



21. Materiales semiconductores, con propiedades intermedias, y lo más
importante, manipulables según las necesidades. Uno de los dispositivos
más sencillos y más utilizados es el diodo. Su característica fundamental es
que dejan circular la corriente únicamente en una dirección.
Los diodos se asociarán en conjuntos que aprovechan esta característica
para convertir la corriente alterna monofásica y trifásica en continua. El
primer caso se denomina un rectificador de media onda.
Rectificación de corriente alterna