El rotor es un componente móvil de un electromagnética del sistema en el motor eléctrico , generador eléctrico , o alternador . Su rotación se debe a la interacción entre los devanados y los campos magnéticos que produce un par alrededor del eje del rotor. [1]
Desarrollo temprano
Un ejemplo temprano de rotación electromagnética fue la primera máquina rotativa construida por Ányos Jedlik con electroimanes y un conmutador , en 1826-27. [2] Otros pioneros en el campo de la electricidad incluyen a Hippolyte Pixii, que construyó un generador de corriente alterna en 1832, y la construcción de William Ritchie de un generador electromagnético con cuatro bobinas de rotor , un conmutador y escobillas , también en 1832. El desarrollo rápidamente incluyó más aplicaciones útiles como el motor de Moritz Hermann Jacobi que podía levantar de 10 a 12 libras con una velocidad de un pie por segundo, aproximadamente 15 vatios de potencia mecánica en 1834. En 1835, Francis Watkins describe un "juguete" eléctrico que creó; generalmente se le considera como uno de los primeros en comprender la intercambiabilidad del motor y el generador .
Tipo y construcción de rotores.
Los motores de inducción (asíncronos), generadores y alternadores ( síncronos ) tienen un sistema electromagnético que consta de un estator y un rotor. Hay dos diseños para el rotor en un motor de inducción: jaula de ardilla y bobinado. En generadores y alternadores, los diseños de rotor son de polo saliente o cilíndricos .
Rotor de jaula de ardilla
El rotor de jaula de ardilla consiste en acero laminado en el núcleo con barras de cobre o aluminio espaciadas uniformemente colocadas axialmente alrededor de la periferia, en cortocircuito permanente en los extremos por los anillos de los extremos. [3] Esta construcción simple y resistente la convierte en la favorita para la mayoría de las aplicaciones. El conjunto tiene un giro: las barras están inclinadas o torcidas, para reducir el zumbido magnético y los armónicos de la ranura y para reducir la tendencia a bloquearse. Alojados en el estator, los dientes del rotor y del estator pueden bloquearse cuando están en igual número y los imanes se colocan igualmente separados, oponiéndose a la rotación en ambas direcciones. [3] Los cojinetes en cada extremo montan el rotor en su alojamiento, con un extremo del eje sobresaliendo para permitir la sujeción de la carga. En algunos motores, hay una extensión en el extremo no impulsor para sensores de velocidad u otros controles electrónicos . El par generado fuerza el movimiento a través del rotor hacia la carga.
Rotor bobinado
El rotor es un núcleo cilíndrico hecho de laminado de acero con ranuras para sujetar los cables de sus devanados trifásicos que están espaciados uniformemente a 120 grados eléctricos y conectados en una configuración en 'Y'. [4] Los terminales de bobinado del rotor se extraen y se unen a los tres anillos deslizantes con cepillos, en el eje del rotor. [5] Las escobillas en los anillos colectores permiten conectar resistencias trifásicas externas en serie a los devanados del rotor para proporcionar control de velocidad. [6] Las resistencias externas pasan a formar parte del circuito del rotor para producir un gran par al arrancar el motor. A medida que el motor acelera, las resistencias se pueden reducir a cero. [5]
Rotor de polo saliente
El rotor es un gran imán con polos construidos con laminado de acero que sobresale del núcleo del rotor. [7] Los polos son alimentados por corriente continua o magnetizados por imanes permanentes . [8] La armadura con un devanado trifásico está en el estator donde se induce la tensión. La corriente continua (CC), procedente de un excitador externo o de un puente de diodos montado en el eje del rotor, produce un campo magnético y energiza los devanados del campo giratorio y la corriente alterna energiza los devanados del inducido simultáneamente. [7] [8]
Rotor no saliente
El rotor de forma cilíndrica está hecho de un eje de acero sólido con ranuras que se extienden a lo largo de la longitud exterior del cilindro para sujetar los devanados de campo del rotor, que son barras de cobre laminadas insertadas en las ranuras y aseguradas por cuñas. [9] Las ranuras están aisladas de los devanados y se sujetan en el extremo del rotor mediante anillos colectores. Una fuente externa de corriente continua (CC) está conectada a los anillos colectores montados concéntricamente con cepillos que se extienden a lo largo de los anillos. [7] Las escobillas hacen contacto eléctrico con los anillos deslizantes giratorios. La corriente continua también se suministra mediante excitación sin escobillas desde un rectificador montado en el eje de la máquina que convierte la corriente alterna en corriente continua.
Principio de operación
En una máquina de inducción trifásica, la corriente alterna suministrada a los devanados del estator la energiza para crear un flujo magnético giratorio. [10] El flujo genera un campo magnético en el espacio de aire entre el estator y el rotor e induce un voltaje que produce corriente a través de las barras del rotor. El circuito del rotor está en cortocircuito y la corriente fluye en los conductores del rotor. [5] La acción del flujo giratorio y la corriente produce una fuerza que genera un par para arrancar el motor. [10]
Un rotor de alternador está formado por una bobina de alambre envuelta alrededor de un núcleo de hierro. [11] El componente magnético del rotor está hecho de láminas de acero para ayudar a estampar las ranuras del conductor en formas y tamaños específicos. A medida que las corrientes viajan a través de la bobina de alambre, se crea un campo magnético alrededor del núcleo, que se conoce como corriente de campo. [1] La intensidad de la corriente del campo controla el nivel de potencia del campo magnético. La corriente continua (CC) impulsa la corriente de campo en una dirección y se envía a la bobina de alambre mediante un conjunto de escobillas y anillos colectores. Como cualquier imán, el campo magnético producido tiene un polo norte y un polo sur. La dirección normal en el sentido de las agujas del reloj del motor que está accionando el rotor se puede manipular mediante el uso de imanes y campos magnéticos instalados en el diseño del rotor, lo que permite que el motor funcione en reversa o en sentido antihorario . [1] [11]
Características de los rotores
- Rotor de jaula de ardilla
- Este rotor gira a una velocidad menor que el campo magnético de rotación del estator o la velocidad síncrona.
- El deslizamiento del rotor proporciona la inducción necesaria de las corrientes del rotor para el par motor, que es proporcional al deslizamiento.
- Cuando la velocidad del rotor aumenta, el deslizamiento disminuye.
- El aumento del deslizamiento aumenta la corriente inducida del motor, que a su vez aumenta la corriente del rotor, lo que resulta en un par más alto para aumentar las demandas de carga.
- Rotor bobinado
- Este rotor funciona a velocidad constante y tiene una corriente de arranque más baja.
- Resistencia externa agregada al circuito del rotor, aumenta el par de arranque
- La eficiencia de funcionamiento del motor mejora a medida que se reduce la resistencia externa cuando el motor acelera.
- Mayor control de par y velocidad
- Rotor de polo saliente
- Este rotor funciona a una velocidad inferior a 1500 rpm (revoluciones por minuto) y al 40% de su par nominal sin excitación.
- Tiene un gran diámetro y una longitud axial corta.
- El espacio de aire no es uniforme
- El rotor tiene baja resistencia mecánica
- Rotor cilíndrico
- El rotor opera a una velocidad entre 1500-3000 rpm
- Tiene una fuerte resistencia mecánica.
- El espacio de aire es uniforme
- Su diámetro es pequeño y tiene una gran longitud axial y requiere un par mayor que el rotor de polo saliente.
Ecuaciones de rotor
Voltaje de la barra del rotor
El campo magnético giratorio induce un voltaje en las barras del rotor cuando pasa sobre ellas. Esta ecuación se aplica al voltaje inducido en las barras del rotor. [10]
dónde:
- = voltaje inducido
- = campo magnético
- = longitud del conductor
- = velocidad sincrónica
- = velocidad del conductor
Torque en rotor
Un momento de torsión es producido por la fuerza producida a través de las interacciones del campo magnético y la corriente expresada por el dado: Ibid.
dónde:
- = fuerza
- = par
- = radio de los anillos del rotor
- = barra de rotor
Deslizamiento del motor de inducción
Un campo magnético del estator gira a velocidad síncrona, Ibídem
dónde:
- = frecuencia
- = número de polos
Si = velocidad del rotor, el deslizamiento, S para un motor de inducción se expresa como:
velocidad mecánica del rotor, en términos de deslizamiento y velocidad síncrona:
Velocidad relativa de deslizamiento:
Frecuencia de tensiones y corrientes inducidas
Ver también
- Armadura (ingeniería eléctrica) : cualquier "rotor" que transporta alguna forma de corriente alterna
- Equilibradora
- Conmutador (eléctrico)
- Motor eléctrico
- Bobina de campo
- Rotordynamics
- Estator
Referencias
- ^ a b c Personal. "Comprensión de los alternadores . Qué es un alternador y cómo funciona". Np, nd Web. 24 de noviembre de 2014 "Copia archivada" . Archivado desde el original el 11 de diciembre de 2014 . Consultado el 11 de diciembre de 2014 .Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace ).
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- ^ a b Parekh, Rakesh. 2003. AC Induction Fundamentals 30 de noviembre de 2014 Web. 29 de noviembre de 2014. http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00887a.pdf
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