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lunes, 9 de abril de 2018

¿Qué es una máquina eléctrica?





Constitución básica

Una máquina eléctrica no es más que un Acoplador Electromagnético, es decir, un sistema que transforma la energía mecánica en magnética, para que ésta se transforme en energía eléctrica, en este caso la máquina eléctrica se denomina Generador.

El proceso es reversible. La energía eléctrica puede transformarse en magnética, y esta a su vez transformarse en mecánica. En este caso la máquina eléctrica se denomina Motor.

También se incluyen en esta definición las máquinas que transforman la electricidad en la misma forma de energía pero con una presentación distinta más conveniente a su transporte o utilización. En este caso la máquina eléctrica se denomina Transformador.

La Máquina Eléctrica más elemental está constituida por una espira que, alimentada por una corriente, gira en el seno de un campo magnético.



Todas las demás máquinas  eléctricas pueden analizarse como una evolución de la máquina elemental.


Máquina eléctrica elemental: Evolución

Núcleo cilíndrico de material ferromagnético

Constructivamente, para obtener una buena respuesta de la máquina, interesa que el grosor de su entrehierro sea constante.

Además es conveniente que el campo magnético que produce la corriente eléctrica al circular por la espira se aumente.

Por estas razones se dispone un núcleo cilíndrico de material ferromagnético sobre el que se arrolla la espira.


Espira alojada en ranuras en la periferia del rotor

Como el par de torsión se induce sobre la espira, es importante tener ésta alojada en unas ranuras en la periferia del rotor.



 Con esta configuración se tiene:

·         El entrehierro se reduce todavía más.
·      La fuerza que se genera actuará ahora sobre el rotor y no sobre la espira. Puede demostrarse que la inserción de la espira en ranuras hace que la fuerza aparezca directamente sobre el rotor y no sobre la ranura. Esto permite que los aislantes de las bobinas no queden chafados contra las ranuras.

Circuito de excitación

Para finalizar esta visión rápida de una máquina eléctrica, debemos disponer el circuito de excitación que genera el campo magnético en el cual la espira gira.


Para la máquina de la figura, la bobina inferior podría alimentarse con una tensión alterna, de forma que la corriente alterna que circulase generase un campo alterno en el entrehierro, que en combinación con el campo producido por la corriente de la espira daría lugar a un par de torsión.

El acoplador electromagnético como Generador

Para que en un generador se produzca fuerzas electromotrices, se necesitan dos circuitos eléctricos (uno fijo en el estátor y otro móvil en el rotor) que estén en el seno de un campo magnético. El conjunto se denomina Acoplador Electromagnético.

El acoplador electromagnético como Generador transforma la energía mecánica en eléctrica.


Para funcionar como generador:

·         Hacemos girar el rotor
·         El conductor adquiere una velocidad relativa v.
·     La interacción del conductor en movimiento con el campo magnético B, induce una f.e.m. en el conductor.
De esta forma en los bornes de las espiras se tiene una tensión inducida.

El acoplador electromagnético como Motor

Para que en un motor se produzca fuerzas o pares de giro sobre las bobinas o inducidos se necesitan dos circuitos eléctricos (uno fijo en el estátor y otro móvil en el rotor) que estén en el seno de un campo magnético. El conjunto se denomina Acoplador Electromagnético.

El acoplador electromagnético como Motor transforma la energía eléctrica en magnética para que esta se transforme en mecánica.


Para funcionar como motor:

·        Hacemos circular una corriente por la espira
·     Esta corriente provoca un campo magnético propio que interacciona con B dando lugar a una Fuerza F sobre el conductor.
·        Esta Fuerza F implica la aparición de un par de torsión.

El acoplador electromagnético como Transformador

El Transformador acopla dos o más circuitos de corriente alterna (AC), utilizando el Principio de Inducción Electromagnética entre las bobinas primaria y secundaria concatenadas con un circuito magnético o núcleo magnético.  El conjunto se denomina Acoplador Electromagnético.


El transformador, transforma una energía eléctrica de entrada en una energía eléctrica de salida, modificando, si se desea, los niveles de la tensión e intensidad de la energía de entrada y salida para adaptarlos a la aplicación que se desee.

Es una máquina eléctrica estática (sin partes móviles) y la transformación entre el circuito de entrada y el de salida se realiza, como se ha indicado anteriormente,  por el principio de inducción electromagnética de Faraday.

Clasificación general de las máquinas eléctricas

Generadores:


Motores de corriente continua:


Motores de corriente alterna:


Motores Híbridos:


Transformadores (máquinas estáticas):





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