Introduccion

Una máquina eléctrica es un dispositivo que transforma la energía cinética en otra energía, o bien, en energía potencial pero con una presentación distinta, pasando esta energía por una etapa de almacenamiento en un campo magnético. Se clasifican en tres grandes grupos: generadores, motores y transformadores.

Los generadores transforman energía mecánica en eléctrica, mientras que los motores transforman la energía eléctrica en mecánica haciendo girar un eje. El motor se puede clasificar en motor de corriente continua o motor de corriente alterna. Los transformadores y convertidores conservan la forma de la energía pero transforman sus características.

Una máquina eléctrica tiene un circuito magnético y dos circuitos eléctricos. Normalmente uno de los circuitos eléctricos se llama excitación, porque al ser recorrido por una corriente eléctrica produce los amperivueltas necesarios para crear el flujo establecido en el conjunto de la máquina.
Desde una visión mecánica, las máquinas eléctricas se pueden clasificar en rotativas y estáticas. Las máquinas rotativas están provistas de partes giratorias, como las dinamos, alternadores, motores. Las máquinas estáticas no disponen de partes móviles, como los transformadores.

En las máquinas rotativas hay una parte fija llamada estátor y una parte móvil llamada rotor. Normalmente el rotor gira en el interior del estátor. Al espacio de aire existente entre ambos se le denomina entrehierro. Los motores y generadores eléctricos son el ejemplo mas simple de una máquina rotativa.

Clasificación según el servicio de la máquina

Es importante conocer la clase de servicio a la que estará sometida una máquina:

• Servicio continuo: Corresponde a una carga constante durante un tiempo suficientemente largo como para que la temperatura llegue a estabilizarse.
• Servicio continuo variable: Se da en máquinas que trabajan constantemente pero en las que el régimen de carga varía de un momento a otro.
• Servicio intermitente: Los tiempos de trabajo están separados por tiempos de reposo. Factor de marcha es la relación entre el tiempo de trabajo y la duración total del ciclo de trabajo.
• Servicio unihorario: La máquina está una hora en marcha a un régimen constante superior al continuo, pero no llega a alcanzar la temperatura que ponga en peligro los materiales aislantes. La temperatura no llega a estabilizarse.

Pérdidas de potencia

Flujos de potencia y pérdidas:

 Un sistema electromecánico de conversión tiene tres partes esenciales:

 (1) Un sistema eléctrico.

(2) Un sistema mecánico.

(3) Un campo que los une.

 Las pérdidas las podemos clasificar dentro de las siguientes categorías:

 1.- Pérdidas en el cobre de los devanados (rotor y estator): Las pérdidas en el cobre de una máquina son las pérdidas por calentamiento debido a la resistencia de los conductores del rotor y del estator:  P=I2R.

2.- Pérdidas en el núcleo: Las pérdidas del núcleo se deben a la histéresis y a las corrientes parásitas. Con frecuencia a estas pérdidas se les conoce como pérdidas de vacío o pérdidas rotacionales de una máquina. En vacío, toda la potencia que entra a la máquina se convierte en estas pérdidas.

3.- Pérdidas mecánicas: Las pérdidas mecánicas se deben a la fricción de los rodamientos y con el aire.

4.- Pérdidas adicionales: Las pérdidas adicionales son todas aquellas pérdidas que no se pueden clasificar en ninguna de las categorías descritas arriba. Por convención, se asume que son iguales al 1% de salida de la máquina.

La eficiencia de una máquina es una relación entre su potencia útil de salida y su potencia total de entrada

Elementos constituyentes de una máquina eléctrica

• Estructura. La estructura de una máquina eléctrica tiene dos componentes principales: estator y rotor, separados por un entrehierro. 

Estator.

El estator es el elemento que opera como base, permitiendo que desde ese punto se lleve a cabo la rotación de la máquina. El estator no se mueve mecánicamente, pero si magnéticamente. Existen dos tipos de estatores:

 a)     Estator de polos salientes

b)     Estator rasurado

 El estator está constituido principalmente de un conjunto de láminas  de acero al silicio (y se les llama "paquete"), que tienen la habilidad de permitir que pase a través de ellas el flujo magnético con facilidad; la parte metálica del estator y los devanados proveen los polos magnéticos.

 Los polos de una máquina siempre son pares (pueden ser 2, 4, 6, 8, 10, etc.,), por ello el mínimo de polos que puede tener un motor para funcionar es dos (un norte y un sur).

Rotor.

El rotor es el elemento de transferencia mecánica, ya que de él depende la conversión de energía. Los rotores, son un conjunto de láminas de acero al silicio que forman un paquete, y pueden ser básicamente de tres tipos:

a)    Rotor ranurado

b)    Rotor de polos salientes

c)    Rotor jaula de ardilla

Carcasa.

La carcasa es la parte que protege y cubre al estator y al rotor, el material empleado para su fabricación depende del tipo de máquina, de su diseño y su aplicación. Así pues, la carcasa puede ser:

a)    Totalmente cerrada

b)    Abierta

c)    A prueba de goteo

d)    A prueba de explosiones

e)     De tipo sumergible

Base.

La base es el elemento en donde se soporta toda la fuerza mecánica de operación de la máquina, puede ser de dos tipos:

a)     Base frontal

b)     Base lateral

Caja de conexiones.

Por lo general, en la mayoría de los casos las máquinas eléctricas cuentan con caja de conexiones. La caja de conexiones es un elemento que protege a los conductores que alimentan al motor, resguardándolos de la operación mecánica del mismo, y contra cualquier elemento que pudiera dañarlos.

Tapas.

Son los elementos que van a sostener en la gran mayoría de los casos a los cojinetes o rodamientos que soportan la acción del rotor.

Cojinetes.

También conocidos como rodamientos, contribuyen a la óptima operación de las partes giratorias de la máquina. Se utilizan para sostener y fijar ejes mecánicos, y para reducir la fricción, lo que contribuye a lograr que se consuma menos potencia. Los cojinetes pueden dividirse en dos clases generales:

a)     Cojinetes de deslizamiento. Operan el base al principio de la película de aceite, esto es, que existe una delgada capa de lubricante entre la barra del eje y la superficie de apoyo.

b)     Cojinetes de rodamiento. Se utilizan con preferencia en vez de los cojinetes de deslizamiento por varias razones:

• Tienen un menor coeficiente de fricción, especialmente en el arranque.
• Son compactos en su diseño
• Tienen una alta precisión de operación.
• No se desgastan tanto como los cojinetes de tipo deslizante.
• Se remplazan fácilmente debido a sus tamaños estándares