Tema 49 – Máquinas eléctricas de corriente alterna

Índice

1. Introducción. 2

1.1. Inducción electromagnética. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2. Fuerza electromagnética. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2. Transformadores. 3

2.1. Constitución. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.2. Funcionamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.3. Aplicaciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3. Maquinas rotativas de corriente alterna. 5

3.1. Maquinas asíncronas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3.1.1. Constitución. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

3.1.2. Funcionamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

3.1.3. Aplicaciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3.2. Maquinas síncronas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3.2.1. Constitución. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3.2.2. Funcionamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3.2.3. Aplicaciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

4. Balance de potencias. 11

4.1. Rendimiento de una maquina eléctrica de p.a. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

5. Bibliografía. 12

1. Introducción.

Las maquinas eléctricas son el resultado de una aplicación inteligente de los principios del electromagnetismo y en particular de la ley de inducción de Faraday. Las maquinas eléctricas se caracterizan por tener circuitos eléctricos y magnéticos entrelazados. Durante todo el proceso histórico de su desarrollo, determinaron el movimiento de todos los avances en ingeniería eléctrica, merced a su aplicación en los campos de generación, transporte y utilización de la energía eléctrica.

Las maquinas eléctricas realizan una conversión de energía de una forma a otra, una de las cuales, al menos es eléctrica. En base a este punto de vista, estrictamente energético, es posible clasificarlas en tres tipos fundamentales:

1. Generador: Transforma la energía mecánica en eléctrica. La acción se desarrolla por el movimiento de una bobina en un campo magnético, resultando una f.e.m. inducida que al aplicarla a un circuito externo, produce una corriente eléctrica.

2. Motor: Transforma la energía eléctrica en mecánica. La acción se desarrolla introduciendo una corriente en la maquina por medio de una fuente externa, que interacciona con un campo magnético produciendo un movimiento en la máquina.

3. Transformador: Que transforma una energía eléctrica de entrada con determinadas magnitudes de tensión y corriente en otra energía de salida con magnitudes diferentes

Los generadores y motores tienen un acceso mecánico y por ello son máquinas dotadas de movimiento, por el contrario los transformadores son máquinas eléctricas que tienen únicamente accesos eléctricos y son máquinas estáticas.

En el presente tema, clasificaremos las maquinas eléctricas de corriente alterna, según sean estáticas (transformadores) o estén dotadas de movimiento rotativo (motores y generadores).

Antes vamos a recordar los principios físicos que servirán para explicar el funcionamiento de estas máquinas.

1.1. Inducción electromagnética.

Ley de Faraday: una variación de flujo magnético φ sobre una espira de alambre, inducirá sobre dicho alambre un voltaje proporcional al tiempo.

Dónde:

dφ eind = −N dt

eind es el voltaje inducido en la bobina.

N es en número de vueltas de la bobina.

φ es el flujo magnético que atraviesa la bobina.

El signo negativo de la ecuación es una expresión de la ley de Lenz. Esta establece que la di

reacción del voltaje inducido en la bobina es tal que si sus extremos se pusieran en cortocircuito, produciría una corriente que causaría un flujo para oponerse al cambio de flujo original.

1.2. Fuerza electromagnética.

Ley de Lorentz, una carga q que se mueve en el interior de un campo magnético a una velocidad v, se ve sometida a la acción de una fuerza magnética de valor:

Fm = q · (v ∧ B)

2. Transformadores.

Dentro de los elementos conectados a los sistemas eléctricos, los transformadores son imprescindibles para la transmisión y distribución de la energía eléctrica, al convertir sistemas de alta tensión y baja corriente a sistemas de baja tensión y alta corriente y viceversa..

Según la definición de la norma UNE 2010181, un transformador de potencia es un aparato estático que, por inducción electromagnética, transforma un sistema de corrientes alternas en uno o varios sistemas de corrientes alternas en la misma frecuencia, y de intensidad y tensión generalmente diferentes.

2.1. Constitución.

El transformador consta de las siguientes partes principales:

1.nucleo.

Se denomina núcleo del transformador, al sistema que forma su circuito magnético, está constituido por chapas de acero a al silicio laminadas en frıo (grano orientado), que han sido sometidas a un tratamiento químico especial denominado comercialmente carlite que las recubren de una capa aislante muy delgada (0,01mm) lo que reduce considerablemente

las pérdidas en el hierro.

El circuito magnético está formado por las columnas que son las partes donde se montan los devanados y las culatas que son las partes que realizan la unión entre las columnas. Las secciones de las columnas y las culatas son iguales para hacer que la inducción sea la misma en todo el circuito magnético.

2. Devanados.

Constituyen el circuito eléctrico del transformador, se realizan por conductores de cobre, en forma de hilos redondos (para diámetros inferiores a 4 mm) o de sección rectangular (pletinas de cobre) cuando se requieren secciones mayores. Los conductores están recubiertos por una capa de aislante, que suele ser de barniz en los pequen˜ os transformadores y en el caso de pletinas está formada por una o varias capas de fibra de algodón o cinta de papel.

Según sea la disposición relativa de los arrollamientos de A.T y B.T. los devanados pueden ser concéntricos o alternados. En los devanados concéntricos los devanados tienen forma de cilindros coaxiales (el de B.T. dentro ya que se aísla mejor), entre ambos bobinados se coloca un cilindro aislante de cartón o de papel baquelizado. En los devanados alternados los devanados se dividen en secciones o ”galletas”, de tal forma que los devanados de A.T. y B.T se suceden a lo largo de una columna.

3. Sistema de refrigeración.

En un transformador, como en cualquier otro tipo de maquina eléctrica, existen una serie de pérdidas que se transforman en calor y que contribuyen al calentamiento de la máquina. Para evitar que se consigan altas temperaturas que puedan afectar a la vida de los aislamientos de los devanados, es preciso dotar al transformador de un sistema de refrigeración adecuado. Para potencias pequen˜ as la superficie externa de la maquina es suficiente para lograr la evacuación de calor necesaria, lo que da lugar a los llamados transformadores en seco. Para potencias elevadas se emplea como medio refrigerante el aceite, resultando los transformadores en baño de aceite. En estos transformadores, la parte activa se introduce en una cuba de aceite, cuyo aspecto externo puede tener forma plana, ondulada, con tubos o con radiadores adosados, realizándose la eliminación del

calor por radiación y convección. La circulación del aceite es en la mayoría de los casos natural, salvo en grandes potencias donde puede ser forzada.

Desde el punto de vista histórico, la utilización del aceite mineral en su doble vertiente de aislante y refrigerante, hizo posible el desarrollo de transformadores de gran potencia. El aceite mineral tiene sin embargo dos inconvenientes graves: es inflamable y sus vapores en ciertas condiciones forman con el aire mezclas explosivas. Modernamente se ha impulsado el uso de los denominados aceites de siliconas que además de carecer de los inconvenientes anteriores producen un reducido impacto ambiental.

4. Aisladores pasantes de salida y otros elementos.

Las bornas de los transformadores de media tensión se llevan al exterior de la cuba mediante unos aisladores pasantes (pasa tapas) de porcelana rellenos de aire o aceite. Cuando se utilizan altas tensiones aparece un fuerte campo eléctrico entre el conductor terminal y el borde del orificio en la tapa, y para evitar la perforación del aislador, este se realiza con una serie de cilindros que rodean la borna metálica dentro del espacio cerrado que contiene el aceite. Los pasa tapas de A.T. y B.T. en un transformador se distinguen por su altura, siendo más altos cuanto mayor es la tensión.

Otro elemento que suelen llevar los transformadores es el llamado relé de gas o relé Buchholtz, que protege a la máquina de sobrecargas peligrosas, fallos de aislamiento etc…

Según la disposición del circuito magnético los transformadores se pueden clasificar en:

Transformadores de columnas, donde tanto el primario como el secundario tienen repartidos sus devanados entre dos columnas del circuito magnético, en caso de transformadores monofásicos, y entre tres columnas en el caso de transformadores trifásicos. Facilita el aislamiento.

Transformadores acorazados, Los devanados se montan sobre una columna central que

debe tener sección doble a las dos columnas laterales. Se consigue reducir fugas.

2.2. Funcionamiento.

Un transformador es un dispositivo electromagnético que físicamente consta de dos partes

básicas: el circuito eléctrico y el circuito magnético. El circuito eléctrico esta

formado por

bobinas de cobre por las que circulan corrientes. El devanado inductor se conecta a una fuente de c.a. y se denomina primario. El devanado inducido entrega la energía eléctrica a un circuito exterior por medio de conexiones fijas, recibe el nombre de secundario.

Para explicar el principio de funcionamiento del transformador nos vamos a fijar en un transformador ideal:

Figura 1: Esquema de un transformador ideal

En un transformador ideal se supone que:

No hay pérdidas en los conductores

No hay pérdidas en los circuitos magnéticos

El campo se mantiene en la totalidad del circuito magnético

La reluctancia del circuito magnético es nula.

El flujo del campo magnético Φ, por el circuito magnético está relacionado con las tensiones en los terminales, según la Ley de Faraday.

u1 =n1 ·

dΦ dΦ

u2 =n2 · dt

donden1 yn2 son, respectivamente el número de espiras del primario y del secundario.

Dividiendo estas dos expresiones se obtiene la relación entre tensiones del transformador ideal.

u1n1

= = m u2n2

m se denomina relación de transformación.

Como en un transformador ideal la potencia de entrada, debe ser igual a la potencia de salida se tiene que cumplir que u1 · i1 = u2 · i2, lo que nos lleva a:

i1n2

=

i2n1

2.3. Aplicaciones.

La aplicación más importante es ser utilizados para el transporte y distribución de energía eléctrica en los grandes sistemas eléctricos. El hecho de transportar la energía a alta tensión y baja intensidad, permite disminuir mucho las pérdidas de energía por efecto Joule en los conductores. La energía perdida es proporcional al cuadrado de la intensidad, así pues al trabajar con muy poca intensidad se consigue que se pierda mucha menos energía en el transporte, abaratando también los costes de la instalación de transporte.

Otra aplicación de los transformadores es para adaptar impedancias entre un circuito y otro.

3. Maquinas rotativas de corriente alterna.

Una maquina rotativa de corriente alterna es un convertidor electromecánico, es decir, un dispositivo que convierte energía eléctrica en mecánica, en forma de par, a una velocidad de giro determinadas, y viceversa. Las maquinas rotativas son reversibles, esto es, que pueden actuar como generadores, o como motores.

Las maquinas eléctricas rotativas de corriente alterna, se pueden clasificar según la velocidad que desarrollen en:

Maquinas síncronas

Maquinas asíncronas

3.1. Maquinas asíncronas.

La diferencia de la maquina asíncrona con los demás tipos de máquinas eléctricas de corriente alterna, se debe a que no existe corriente conducida por uno de los arrollamientos. La corriente que circula por uno de los devanados (generalmente el situado en el rotor), se debe a la f.e.m. inducida por el flujo del otro, y por esa razón se denominan máquinas de inducción.

3.1.1. Constitución.

La máquina asíncrona o de inducción, está formada por un estator y un rotor. En el estator se coloca normalmente el inductor, alimentado por una red mono o trifásica.

El estator está formado por un apilamiento de chapas de acero al silicio, disponen de unas ranuras en su periferia interior, donde se situ a un devanado trifásico distribuido, este estator alimentado por una corriente trifásica produce un campo magnético giratorio en el entrehierro. El estator está rodeado por la carcasa.

El rotor es el inducido y las corrientes que circulan por el aparecen como consecuencia de la interacción con el flujo del estator. Dependiendo del tipo de rotor, estas máquinas se clasifican en:

Rotor en jaula de ardilla o en cortocircuito: Los conductores de las espiras (en realidad se trata de barras de cobre o aluminio) se cortocircuitan llevando los extremos de todos ellos a dos anillos a los que se unen por soldadura o por fundición.

Rotor devanado o con anillos: En este caso el cortocircuito de las espiras se hace externa mente, por medio de anillos rozantes y escobillas, presenta la ventaja de poder controlar el circuito del rotor desde el exterior, pero es más caro y requiere más mantenimiento que el de jaula de ardilla.

La máquina asíncrona, además del estator y el rotor, está dotada de otros elementos mecánicos necesarios para su funcionamiento: tapas, rodamientos, carcasa, etc… En los motores de mediana y gran potencia existe un ventilador en el eje cuya misión es producir una refrigeración forzada de la máquina. La carcasa suele ir provista de aletas para mejorar la evacuación del calor.

Un detalle importante a considerar en los motores asíncronos trifásicos es la disposición de los terminales del devanado del estator en la llamada caja de bornes. A esta caja se llevan los extremos de los bobinados. Los principios de los arrollamientos se designan con las letras U, V, W, y los extremos finales con X, Y, Z, respectivamente. Se debe hacer notar que los terminales no están enfrentados en la regleta de bornes, esto se hace para facilitar el conexionado de la máquina, haciendo uso de unas láminas de latón adecuadas como muestra la Figura. 2.

Figura 2: Conexiones en la caja de bornes.

La conexión en estrella se emplea cuando la maquina ha de conectarse a la tensión más elevada indicada en su placa de características, utilizando la conexión en triangulo para la tensión más baja.

3.1.2. Funcionamiento.

Generalmente la maquina asíncrona suele funcionar como motor y a este régimen de funcionamiento nos referiremos en lo sucesivo.

El concepto de funcionamiento de las maquinas asíncronas se basa en el concepto de campo magnético giratorio.

El devanado del estator está constituido por tres arrollamientos desfasados 120o en el espacio, y de 2 · p polos, al introducir por ellos corrientes de una red trifásica de frecuencia f1, se produce una onda rotativa de fuerza magneto motriz distribuida sinodalmente por la periferia

del entrehierro, que produce un flujo giratorio cuya velocidad viene expresada por:

60 · f1

n1 =

r.p.m. p

que recibe el nombre de velocidad de sincronismo. Este flujo giratorio inducirá

fuerzas

electromotrices en los conductores del rotor y aparecerán en estos corrientes que reaccionaran con el flujo del estator. Estas corrientes tendrán un sentido tal que de acuerdo con la Ley de Lenz se oponga a la variación del campo magnético. Sobre los conductores del rotor actúa una fuerza tangencial que hace girar el rotor en el mismo sentido que el campo magnético, para así disminuir el desplazamiento relativo del flujo inductor.

El momento total de estas fuerzas origina el par de rotación de la máquina que obliga al rotor a girar siguiendo el movimiento del campo giratorio, de tal manera que cuanto más se acerca a la velocidadn1 del campo, menor resulta la variación relativa del campo en las espiras del rotor, y menor será el par interno de rotación. En el caso lımite el rotor girase a la velocidad

n1 desaparecerían las corrientes inducidas y el par. De este modo la velocidad de sincronismon1 constituye el lımite teórico, el rotor debe girar a una velocidad inferior a la de sincronismo (n <n1), es decir su velocidad de régimen es asíncrona.

Se conoce como deslizamiento al cociente:

n1 −n

s =

n

Arranque del motor asíncrono

El momento del arranque es cuando el motor asíncrono consume la mayor intensidad de la línea, ya que es el momento en que tiene que vencer todas las inercias de la carga, y cuando la diferencia entre la velocidad del rotor y la del campo magnético es mayor.

Estas intensidades sobrecargan las líneas de distribución y pueden producir caídas de tensión y subida de temperatura en los conductores. Por esta razón el Reglamento dictamina unas normas para reducir las intensidades durante el arranque, el arranque directo so lo está permitido para motores de hasta 5,5 kW. El método más utilizado para reducir el consumo en el arranque de los motores asíncronos, es el arranque estrella triangulo. Primero se conecta el motor en estrella, donde la intensidad por fase es √3 veces menor

que en triangulo, y cuando el motor ya está lanzado se efectúa el cambio a conexión a triangulo.

En los motores asíncronos con rotor bobinado, se controla el arranque mediante un reóstato exterior.

Inversión de giro del motor asíncrono.

Para invertir el giro en un motor asíncrono será suficiente con intercambiar la conexión de dos de las fases en la caja de bornes.

Motor monofásico asíncrono Este tipo de motores responde a las necesidades que surgen en la vivienda o en las pequen˜ as industrias, que no disponen de corriente trifásica. En general son de potencia inferior a 1CV.

En los motores asíncronos monofásicos, hay que crear dos campos magnéticos sinusoidales desfasados entre sı y desplazados de manera angular. En este tipo de motores el desfase del campo magnético puede producirse de dos maneras:

1. Por medio de espiras en cortocircuito. La tensión de una fase y el neutro alimentan la bobina, esta tensión crea en la bobina un flujo magnético alterno sinodal. Cuando este flujo llega al entrehierro se encuentra con unos anillos de cobre, denominados espiras de sombra, que su zona retrasa la variación del flujo. Por tanto en esa zona aparecen dos flujos desfasados en el tiempo y en el espacio, lo que provoca un campo giratorio, que hará girar al rotor de jaula de ardilla. En estos motores no es posible invertir el sentido de giro.

2. Motores con fase partida. En estos motores el estator está constituido por dos bobinados diferentes, por los que hacemos circular dos corrientes desfasadas temporal mente. El desfase temporal se puede conseguir, bien mediante un condensador en serie con uno de los bobinados, o construyendo bobinados con impedancias diferentes.

3.1.3. Aplicaciones.

La importancia de los motores asíncronos, se debe a su construcción simple y robusta, sobre todo en el caso del motor con jaula de ardilla, que se les hace trabajar en las circunstancias más adversas, dando un excelente servicio con pequen˜ o mantenimiento.

Hoy en día se puede decir que más del 80 % de los motores eléctricos industriales emplean este tipo de máquina, trabajando con una frecuencia de alimentación constante. Sin embargo, el inconveniente más grave que poseen, proviene de la dificultad de regular su velocidad, de ahí que en la tracción eléctrica cedan su puesto a los motores de c.c. Recientemente sin embargo, con el desarrollo de dispositivos electrónicos, que permiten obtener una frecuencia variable a partir de la frecuencia constante de la red, se están extendiendo en accionamientos eléctricos de velocidad variable.

3.2. Maquinas síncronas.

Las maquinas síncronas son máquinas eléctricas cuya velocidad de rotación (r.p.m.) está vinculada rígidamente con la frecuencia de la red f de corriente alterna con la cual trabaja, de acuerdo con la expresión:

n = 60 · f p

donde p es el número de pares de polos de la máquina.

Las maquinas síncronas, como cualquier otro convertidor electromecánico de energía, están

sometidas al principio de reciprocidad electromagnética, pudiendo funcionar tanto en régimen generador como en régimen motor.

3.2.1. Constitución.

Las maquinas síncronas, al igual que los demás tipos de máquinas eléctricas están constituidas por dos devanados independientes:

1. Un devanado inductor, construido en forma de arrollamiento concentrado o bien distribuido en ranuras, alimentado por una corriente continua, que da lugar a los polos de la máquina.

2. Un devanado inducido distribuido formando un arrollamiento trifásico recorrido por corriente alterna.

En las maquinas pequen˜ as, para potencias que no superan los 10kVA, el devanado inductor se coloca normalmente en el estator, en forma concentrada, sobre expansiones magnéticas denominadas polos salientes, estando el inducido situado en el rotor formado generalmente por tres fases las cuales tienen salida al exterior por medio de tres anillos rasantes.

El las maquinas síncronas grandes, la colocación de los devanados es a la inversa que en el caso anterior, de tal forma que los polos quedan situados en el rotor y el devanado trifásico en el estator, en este caso la alimentación del devanado inductor (rotor), se realiza por medio de dos anillos rozantes colocados en la parte móvil de la maquina por los que se introduce una corriente continua exterior a través de las escobillas. Esto supone varias ventajas para las maquinas grandes, ya que de esta manera el inducido giratorio requiere solo dos anillos en lugar de tres como en el caso anterior, y cuando trabajamos en tensiones elevadas, el aislamiento de este tipo de elementos móviles es más difícil.

Aparte de estas características constructivas propias de las maquinas síncronas, estas cuentan también con otros elementos mecánicos, como puedan ser los cojinetes, culatas, carcasa, etc.. Iguales a los de las otras máquinas rotativas explicadas anteriormente.

3.2.2. Funcionamiento.

En este tipo de máquinas, uno de los dos devanados es recorrido por corriente continua, creando unos polos magnéticos permanentes. El otro devanado es recorrido por corriente alterna, de manera que la polaridad de cada polo va cambiando cíclicamente.

Consideremos el esquema simplificado de la maquina síncrona de polos salientes trabajando como generador. En ella el rotor esta alimentado por c.c. produciendo dos polos permanentes. Al girar el rotor a la velocidad, se inducen fuerzas electromotrices en los arrollamientos de

las tres fases del estator, que van desfasadas en el tiempo 120o que corresponden a la separación

espacial existentes en las bobinas del estator. En este caso se consiguen corrientes en el inducido a la misma frecuencia que la rotación del eje.

Vamos ahora a imaginar una maquina síncrona octopolar trabajando como motor(Figura

4). Cuando la maquina está trabajando se introduce una corriente continua en el estator de tal manera que se producen unos polos permanentes. Las espiras del rotor están alimentadas por corriente alterna.

Cuando un conductor está situado bajo un polo norte, la corriente que lo recorre tiene un sentido tal que produce una fuerza que lo impulsa a girar hacia la derecha. Cuando dicho con ductor se situ e bajo el polo sur contiguo, para que la fuerza siga teniendo el mismo sentido, la corriente debe invertir el suyo, completando un ciclo. Cada vez que la espira recorre un polo norte y un sur, se ha completado un ciclo. Este tipo de funcionamiento determina que para que el motor síncrono funcione debe girar a la velocidad síncrona, si esta velocidad varıa ante una modificación su bita de la carga, el motor se parara. Asimismo este tipo de motores requieren de un motor auxiliar para su arranque, ya que deben estar girando a una velocidad muy próxima a la síncrona antes de su conexión.

Figura 3: Esquema de generador síncrono.

Figura 4: Motor síncrono octopolar.

Las inversiones de corriente (frecuencia) deben estar sincronizadas con la velocidad de giro de la máquina. Esta característica principal de las maquinas síncronas supone un inconveniente en las mayoría de las aplicaciones como motor, pero una gran ventaja en sus aplicaciones como generador.

3.2.3. Aplicaciones.

El campo de aplicación por excelencia de las maquinas síncronas es su empleo como generadores de energía eléctrica. Se usan como generadores de corriente alterna (alternadores) en las centrales eléctricas a partir de fuentes primarias de energía hidráulica, térmica y nuclear. Las frecuencias de la red eléctrica oscilan entre los 50Hz en Europa y los 60 Hz en gran parte de América. Como la frecuencia es una magnitud que depende directamente de la velocidad, y debe mantenerse esencialmente constante, para que sea posible el enlace entre las diversas centrales de un país, es preciso que los motores primarios que mueven los alternadores; turbinas hidráulicas, turbinas térmicas, etc…, giren a una velocidad constante, para ello se dotan a estas últimas de reguladores tacometricos, que actúan sobre la entrada de agua o vapor de diversas formas.

El mismo alternador de una central eléctrica puede funcionar como motor síncrono, operación que se realiza en las modernas Centrales de Bombeo, tomando energía eléctrica de la red y acumulando energía hidráulica aguas arriba de la presa.

Por otra parte en su uso como motor, pese a sus inconvenientes , ofrecen una serie de ventajas:

Pueden trabajar en cualquier régimen de carga con cosϕ = 1

El par motor es proporcional a la tensión de alimentación, mientras que en los asíncronos es al cuadrado. Por ello las repercusiones de un descenso en la red son menores en los síncronos.

Los motores síncronos se utilizan para grandes potencias, o cuando interesa una gran constancia de velocidad.

Tras los avances en materiales magnéticos, están adquiriendo gran difusión, en algunas aplicaciones, los motores síncronos construidos sin devanados en la excitación, es decir a base de imanes permanentes en el rotor, con las ventajas siguientes:

Ausencia de anillos rozantes y escobillas.

No hay calentamientos por efecto Joule en el rotor, disminuyendo perdidas y simplifican

do la refrigeración.

En la actualidad se construyen motores síncronos con imanes permanentes hasta los 10kW.

4. Balance de potencias.

De la potencia total absorbida por la máquina de c.a. (tanto transformador, motor y generador), una parte de ella se pierde en el proceso de transformación. La potencia útil de una maquina es siempre menor que la potencia absorbida. Podemos identificar tres factores principales de pérdidas.

Perdidas en el cobre: Son las pérdidas que se producen en los conductores que forman los circuitos eléctricos de la máquina. Se deben al efecto Joule; los continuos choques de electrones dentro del conductor producen un aumento de la temperatura de los conducto res.

Perdidas en el hierro: Las pérdidas en el hierro pueden ser de dos tipos diferentes:

Perdidas por histéresis, que representan la energía que se pierde en forma de calor

a causa de la magnetización cíclica del hierro.

Perdidas por corrientes para sitas o de Foucault, debidas a las corrientes inducidas en el hierro.

Para reducir la potencia perdida por histéresis se debe emplear chapa ferromagnética de calidad garantizada. Para reducir las pérdidas por corrientes parasitas, las partes de hierro de las maquinas eléctricas se construyen con chapas de muy reducido espesor convenientemente aisladas entre sí.

Perdidas mecánicas: Las pérdidas mecánicas las producen el movimiento existentes entre las distintas partes de la máquina. Evidentemente este tipo de pérdidas no existen en las maquinas estáticas (transformadores)

Pueden ser de los siguientes tipos:

Perdidas por rozamiento en los cojinetes.

Perdidas por rozamiento en las escobillas.

Perdidas por rozamiento con el aire y por ventilación.

4.1. Rendimiento de una maquina eléctrica de c.a.

El rendimiento de una maquina eléctrica es la relación que existe entre la potencia útil suministrada por la maquina (Pu)y al potencia que absorbe para su funcionamiento(Pa ).

Pu

η =

Pa

5. Bibliografía.

Jesús Fraile Mora, Maquinas eléctricas 3a Edición. Ed. Colegio de Ingenieros de Caminos

Canales y Puertos1995