CAPTULO 1TIPOS PRINCIPALES DE MQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA Y SU ESTRUCTURA1-1 Tipos fundamentales de mquinas de ca.Principio de reversibilidad. Las mquinas de ca pueden funcionar como motores o generadores.Existen dos tipos de mquinas de ca:Mquinas Sncronas: -Existe la relacin bsica de: f=np, donde f=frecuencia de la red, n=revoluciones por segundo, p=nmero par de polos.-Esta mquina de excita mediante corriente continua a travs de una excitadora.-Utilizada como generador.Mquina Asncrona o de induccin:-Existen de dos tipos: con colector o sin colector.-La velocidad del rotor (n) depende de la carga. Ya no se cumple la relacin f=np.-Utilizada como motor.1-2 Principio de Funcionamiento de mquina sncrona.Esta es una mquina bipolar, donde el inducido es la parte mvil. Adems extrado cada 120 grados de han conectado a anillos rozantes. Cuando el inducido comienza a girar en el campo de originan tensiones trifsicas balanceadas.Se demuestra que tal sistema de corrientes produce un campo magntico cuya onda fundamental gira con respecto al inducido con una velocidad n=f/p en sentido contrario al de rotacin del inducido.Para generar un sistema de n fases basta con tomar n puntos uniformemente espaciados en la periferia del inducido y conectarlos a un circuito ca por medio de n anillos rozantes montados sobre el eje.1-3 Diseos fundamentales de mquinas sncronas.La anterior disposicin de las partes solo es posible para bajas potencias. En la prctica, para medias y altas potencias esta disposicin es inadecuada porque el contacto entre las escobillas y anillos rozantes es inseguro para altas tensiones.

Por su construccin las mquinas sncronas se dividen en dos:Mquinas de Polos No salientes: son las de mayor velocidad de rotacin con p=1 y p=2, se construyen as por razones ligadas a mejor resistencia mecnica y fijacin del devanado de campo. Son impulsadas por turbinas de vapor (turboalternador).Mquinas de Polos Salientes: son las de menor velocidad de rotacin con p mayor que 3; econmicamente as son rentables. Generalmente son impulsadas por turbinas hidrulicas, llamndose entonces alternadores hidrulicos (hidroalternador), este modelo tambin es usado para motores sncronos. Tambin son impulsadas por motores de combustin interna. 1-4 Caractersticas de una mquina sncrona de polos no salientes.Predomina las del tipo bipolar.Debido a que las altas velocidades de rotacin generan fuerzas centrfugas considerables (tensiones mecnicas), se fabrica el rotor como una sola pieza maciza de acero al cromo-nquel-molibdeno que soporte hasta 800N/mm^2 de rotura y una dilatacin de hasta 20%.Hay de dos tipos en cunto a las ranuras interiores:a) Ranuras Radialesb) Ranuras paralelasEn ambas existe un gran diente que ocupa la tercera parte del paso polar (distancia entre dos polos adyacentes), por aqu pasa casi todo el flujo magntico del alternador.Adems se utilizan cuas no magnticas para asegurar el devanado de excitacin al rotor.En cuanto al estator de los turbogeneradores se utiliza chapa de acero elctrico aleado de 0.5mm (grado 41), se aslan las capas mediante barniz.La ventilacin de estas mquinas es un problema transcendental.Esta clase de mquinas son de una longitud grande pero de dimetro pequeo superndose incluso de hasta 6 veces.1-5 Caractersticas de una mquina sncrona de polos salientes.Existen dos diseos en cuanto a la posicin del eje:Diseo de eje horizontal: este es el ordinario y se emplea para los motores sncronos y generadores de velocidades muy altas (200rpm).Diseo de eje vertical: muy utilizado para generadores de centrales hidroelctricas (baja velocidad y alta potencia).De este mismo diseo existen dos tipos:a) El suspendido: donde el cojinete de empuje se encuentra en la parte superior del eje (rotor).b) El de forma sombrilla: donde el cojinete de empuje (muonera) se encuentra en la parte inferior del eje del rotor. Este es el usado para hidrogeneradores de alta potencia pues permite reducir el peso del generador y la altura.

Recordemos que el cojinete de empuje soporte el peso de las partes giratorias del generador y la reaccin del flujo de agua en la turbina.Los generadores de polos salientes estn provistos de arrollamientos amortiguadores en el rotor para amortiguar las oscilaciones el rotor en condiciones transitorias y facilitar el funcionamiento en condiciones de carga balanceada.Los motores sincrnicos de polos salientes tienen un arrollamiento de arranque cuyas aleaciones tienen mayor resistividad que las del arrollamiento amortiguador.1-6 Diseo de mquina asncrona o de induccin.En cuanto al estator, se puede afirmar que es muy similar al devanado del estator de una mquina sncrona.Segn cmo est constituido los devanados del rotor, clasificamos a un motor sncrono como:

1) De Rotor Bobinado: El devanado del rotor es del mismo tipo que del estator, generalmente conectado en estrella.

2) De rotor en cortocircuito o jaula ardilla:2.1) De simple jaula ardilla. Barras de cobre de seccin rectangular.2.2) De gran reactancia o tambin llamada de corriente de Foucalt.2.3) De doble jaula ardilla. Un devanado superior de gran resistencia y poca reactancia que es el devanado de arranque, mientras que un devanado inferior de baja resistencia pero de alta reactancia que es el devanado de trabajo.1-7 Principio de funcionamiento de una mquina de induccin.El funcionamiento de la mquina de induccin est basado en el principio de la interaccin electromagntica entre el campo giratorio generado por un sistema de corrientes trifsicas y las corrientes inducidas en el arrollamiento del rotor cuando sus conductores son cortados por el campo giratorio.Sea la velocidad del campo giratorio sinusoidal: n1=f/pPara que exista induccin en el rotor, es necesario que: n sea diferente a n1. As definamos el deslizamiento como:S=(n1-n)/n.1-8 Condiciones de funcionamiento de la mquina de induccin.a) Funcionamiento como motor: Al cerrar el circuito de rotor y alimentando el estator mediante corrientes trifsicas. Las corrientes inducidas generarn un campo que formar una resultante con el campo del estator. As de la interaccin del flujo con los conductores del rotor, surgir una fuerza sobre estos conductores y as un par en el sentido de giro el campo. Si este par es mayor que el par de freno en el eje, el rotor comenzar a girar a una velocidad n, y as trabajar la mquina como motor. La velocidad del eje depender de la carga colgada al eje. En vaco, la velocidad es casi igual a n1, pero no puede alcanzarla ya que con n=n1 la mquina no puede funcionar como motor.As como motor: n=0 a n=n1 ,tambin s=1 a s=0.b) Funcionamiento como generador: Si con una mquina motriz aceleramos al rotor hasta una velocidad n mayor que n1. Se desarrollar un par de freno en los conductores en direccin contraria al flujo. As la mquina trabajar como generador: n=n1 a n=infinito, o tambin s=0 a s=-infinito.c) Funcionamiento como freno electromagntico: Se da con n=0 hasta n=-infinito. O tambin s=1 a s=infinito. Su aplicacin se da en las gras.1-9 Par electromagntico en mquina de induccinEn una mquina de induccin el rotor gira respecto al campo con velocidad n-n1. Por lo tanto en el rotor se tienen una frecuencia f2=p(n1-n)=fs. Supongamos flujo magntico constante, entonces:

El par electromagntico depende de la componente de corriente activa en el rotor, entonces:

Vemos que para s>0 (motor) el par es positivo. Mientras que para s