IntroduccinEl funcionamiento terico en el que se basa el funcionamiento de los convertidores electromecnicos se encuentra en los tres principios fundamentales de la induccin electromagntica: Una corriente elctrica que circula por un conductor arrollado a un ncleo metlico de hierro o acero hace que este se comporte como un imn. Las corrientes elctricas ejercen entre si fuerzas a distancia. Cuando se mueve un conductor en el seno de un campo magntico se produce (induce) sobre l una corriente elctrica.Estos principios constituyen la gnesis de las maquinas.DefinicionesSe entiende por maquina elctrica al conjunto de mecanismos capaces de generar, aprovechar o transformar la energa elctrica.Si la maquina convierte energa mecnica en energa elctrica se llama generador, mientras que si convierte energa elctrica en energa mecnica se denomina motor. Esta relacin se conoce como principio de conservacin de la electromecnica.

Teniendo en cuenta lo que se ha visto hasta el momento, se puede clasificar las maquinas elctricas rotativas en: Generadores. Transforman la energa mecnica en energa elctrica.

Motores. Transforman la energa elctrica en energa mecnica.

Se puede realizar otra clasificacin de las maquinas elctricas teniendo en cuenta el tipo de corriente elctrica que utilizan, el nmero de fases, tal como se muestra a continuacin:

Constitucin general La constitucin de toda mquina elctrica rotativa, tanto de cc como de ca) es muy similar. Si sacrificamos un excesivo rigor cientfico por brevedad y sencillez, se describen las partes ms relevantes de toda mquina elctrica rotativa, lo cual permitir conocer tanto sus limitaciones como sus aplicaciones mas adecuadas.Toda mquina elctrica rotativa consta de los siguientes elementos bsicos, representados en la figura. Inductor: es una de las dos partes fundamentales de la mquina, se encarga de producir y de conducir el flujo magntico. Se le llama tambin estator por ser la parte fija de la mquina. Inducido: Esta es el otro elemento fundamental. Se denomina tambin rotor por ser la parte giratoria.

Escobillas: Se fabrican de carbn o de grafito y se hallan alojados en una porta escobillas desde donde se deslizan sobre las delgas el colector, y mediante un conductor flexible, se unen a los bornes del inducido.

Culata o carcasa: La culata es la envoltura de la maquina elctrica y est hecha de material ferromagntico. Su misin es conducir el flujo creado por el devanado inductor. Entrehierro: Se denomina entrehierro al espacio existente entre la parte fija y la parte mvil de la mquina, es decir, entre el rotor y el estator, evitndose de esta manera el rozamiento entre ambos. Cojinetes: Sirven de apoyo al eje del rotor de la mquina.

MAQUINAS ASINCRONASIntroduccinLa mquina asncrona o de induccin est formada por un estator y un rotor. En el estator se coloca normalmente el inductor, alimentado por una red mono o trifsica. El rotor es el inducido, y las corrientes que circulan por el aparen con como consecuencia de la interaccin con el flujo del estator. Dependiendo del tipo de rotor, estas mquinas se clasifican en:1. Rotor en jaula de ardilla o en cortocircuito2. Rotor devanado o con anillos.El estator est formado por un apilamiento de chapas de acero al silicio que disponen de unas ranuras en su periferia interior en las que se sita un devanado.El rotor est constituido por un conjunto de chapas apiladas, formando un cilindro, que tiene unas ranuras en la circunferencia exterior donde se coloca el devanado. En el tipo en forma de caula de ardilla se tienen una serie de conductores de cobre o aluminio puestos en cortocircuito por dos anillos laterales.Un detalle a considerar en los motores asncronos trifsicos es la disposicin de los terminales del devanado del estator en la llamada caja de bornes de la mquina. A esta caja o placa se llevan los extremos de los bobinados. De acuerdo con las normas (UNE-EN 60034-8), los principios de los arrollamientos se designan con las letras U1, V1y W1 (antiguas U, V, W) y los extremos finales con U2, V2, W2 (antiguamente X, Y, Z)-

La conexin en estrella se emplea cuando la maquina ha de conectarse a la tensin ms elevada indicada en su placa de caractersticas, utilizando la conexin en triangulo para la tensin ms baja. Por ejemplo, si se tiene un motor asncrono en cuya placa aparecen los valores 30 CV, 220/380 V, 69.2/40, 1450 rpm quiere decir que la potencia asignada es 30 CV, girando a plena carga a 1450 rpm, se puede conectar a una red 220 V, disponiendo sus terminales en triangulo (tensin ms baja), y entonces absorbe a plena carga una corriente de lnea de 69.2 A. Tambin se puede alimentar por una red de 380 V, pero para ello han de conectarse los devanados en estrella (tensin ms alta), de tal forma que entonces la maquina consume una corriente (a plena carga) de 40 A.Para invertir el giro del motor es preciso cambiar el sentido de movimiento del campo giratorio, lo cual se logra intercambiando entre si dos cualesquiera de los cable que se unen a la red de alimentacin.

Principio de funcionamientoGeneralmente la maquina asncrona suele funcionar como motor, y por lo tanto a partir de ahora, mientras no se diga lo contrario, se referir a ello.Al introducir por los arrollamientos una corriente trifsica de una red de frecuencia f1, se produce una onda rotativa distribuida senoidalmente por la periferia del entrehierro, que produce un flujo giratorio cuya velocidad viene expresada por:

que recibe el nombre de velocidad de sincronismo. Otro de los conceptos importantes en los motores asncronos es el deslizamiento. El deslizamiento en una mquina elctrica es la diferencia relativa entre la velocidad del campo magntico (velocidad de sincronismo (n1)) y la velocidad del rotor (n). El deslizamiento se calcula mediante la siguiente expresin:

El valor del deslizamiento suele estar comprendido entre el 3 y el 8% a plena carga, y al aumentar la carga mecnica del motor el deslizamiento aumenta de valor; esto provoca un aumento en las corrientes del rotor, con lo que el motor aumenta el par y se establece otra vez el equilibrio dinmico. Adems, la frecuencia de las corrientes del rotor est relacionadas con la frecuencia del estator por medio de la expresin:

En el caso de que el rotor este parado se cumple que n=0, es decir, s=1, lo que indica que en estas circunstancias, las frecuencias del rotor y del estator coinciden (f1=f2).Circuito equivalente del motor asncronoEl circuito equivalente de un motor asncrono tiene como objetivo de obtener una red que explique el comportamiento de la mquina, pero en la que no aparezca la accin transformadora entre los circuitos de primario y secundario, lo cual trae consigo el reducir las magnitudes de un devanado al otro, generalmente del rotor al estator. Para simplificar, tomaremos que el circuito de partida es la siguiente.

Viendo este circuito se puede calcular con facilidad la corriente I2 que circula por el segundo devanado.

La resistencia Rc se denomina resistencia de carga y representa el efecto equivalente a la carga mecnica que lleve el motor, o de otro modo la potencia elctrica disipada en Rc representara la potencia mecnica en el eje.Para terminar con los cambios, es preciso reducir el secundario al primario para eliminar los acoplamientos magnticos. Como ya se ha hecho en el caso de los transformadores, al reducir al primario, las magnitudes que se encuentran en el secundario quedan:

Quedando el circuito:

Ilustracin 1Haciendo ms cambios, que consiste en introducir las prdidas en el hierro y en el cobre, y transfiriendo las impedancias del secundario al primario, el circuito equivalente final queda de la siguiente manera:

Ilustracin 2Para centrar el tema y a modo de recapitulacin: se sabe que se dispone de un motor asncrono cuyo circuito inicial equivalente por fase es el mostrado en la Ilustracin 1, con los siguientes parmetros:

Por causa de estos cambios que se han hecho, los nuevos parmetros quedan: Fuerza electromotriz E2

El nuevo rotor tiene una nueva f.e.m., E2, igual que E1, lo que permitir unir el primario con el secundario, que es lo que se trata de conseguir. Por otro lado

que se denomina relacin de transformacin de tensiones. Por consiguiente:

que determina la f.e.m. del nuevo rotor E2 frente al real E2. Corriente I2Al ser los dos secundarios, reducido al primario y sin reducir, son equivalentes, debern suministrar la misma potencia rotrica, es decir:

Procediendo de la misma manera que en el caso de la fuerza electromotriz:

donde mi es igual a:

que se denomina relacin de transformacin de corrientes. Impedancias R2, X2, RcPara ver la regla de transformacin de impedancias deber aplicarse el principio de igualdad energtica. Si se considera las prdidas en el cobre en los circuitos se podr escribir:

y teniendo en cuenta las relaciones de transformacin vistas hasta el momento, resultara:

y de un modo anlogo:

Donde el producto mi mv constituye la denominada relacin de transformacin de impedancias. Normalmente en la vida real, las relaciones de transformacin de tensin y corriente suelen ser iguales, con lo que:

Con lo que la relacin entre R2 y R2 y X2 y X2 quedar:

Si se analiza la Ilustracin 2, esto es, la aproximacin ms exacta al circuito equivalente de la maquina asncrona, aplicando la ley de Kirchhoff en el nudo A, se puede ver que:

y las ecuaciones elctricas del primario y secundario sern:

donde s es el deslizamiento.

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