Máquinas Eléctricas

La fuerza magnetomotriz impulsa el flujo y la reluctancia se opone. Lee un circuito magnético como uno eléctrico con Φ = NI/R.

El trabajo de levantar la corriente se guarda en el campo como W = ½LI². Inductancia L = N²/R y crecimiento cuadrático.

La relación de vueltas sube el voltaje por a y baja la corriente por 1/a. Flujo compartido y conservación dan V₁I₁ = V₂I₂.

Ordena las no idealidades por posición: una rama serie (devanado, fuga) que atraviesa la corriente y una derivación de excitación (pérdida del núcleo, magnetización) sobre la tensión.

La máxima eficiencia es donde la pérdida variable (cobre) iguala a la fija (núcleo) en m = √(Pfe/Pcu). La regulación de la caída serie es ε ≈ p cosφ + q sinφ.

La FEM de una bobina giratoria es CA (e ∝ sin θ), pero el colector invierte la conexión en el cruce por cero para dar CC pulsante fuera. FEM media E = PΦZN/60a.

El flujo transversal del inducido se suma al principal, inclina el resultante hacia el giro y desplaza el eje neutro. Se corrige con desplazamiento de escobillas, interpolos y devanado compensador.

La FCEM Eb = kΦN se opone a la tensión para fijar la velocidad N = (V - IaRa)/(kΦ). Debilitar el campo la sube; el par es T = kΦIa.

La realimentación del magnetismo remanente ceba la tensión en la intersección de la curva de magnetización y la recta de resistencia. Por encima de la crítica falla. Característica externa Vt = E - IaRa.

Tres fases escalonadas 120° en tiempo y espacio crean un campo giratorio de magnitud constante 1.5×. Velocidad síncrona Ns = 120f/P, θe = (P/2)θm.

El movimiento relativo entre campo y rotor induce corriente y par. A la síncrona el par es cero, así que el rotor siempre se rezaga un deslizamiento s = (Ns-N)/Ns. f2 = s·f.

Referir el rotor hace la resistencia R2/s, que se parte como R2/s = R2 + R2(1-s)/s para contener pérdida y salida. Potencia Pag : Pcu2 : Pmech = 1 : s : (1-s).

El par tiene forma de colina con deslizamiento de par máximo s = R2/X2, y su valor Tmax es independiente de R2. Subir R2 desplaza la curva (desplazamiento proporcional) y eleva el par de arranque.

La velocidad N = (1-s)·120f/P cambia por deslizamiento, frecuencia y polos. Como Φ ∝ V/f, mantén V/f constante al variar la frecuencia. El arranque usa estrella-triángulo (1/3), reactor, desplazamiento proporcional e inversor.

Girar un rotor excitado en CC a velocidad síncrona crea una FEM trifásica. La frecuencia se ata a la velocidad como f = PN/120, FEM por fase E = 4.44 f N Φ kw. La excitación fija el tamaño de la tensión.

El flujo del inducido desmagnetiza (atraso, V↓), magnetiza (adelanto, V↑) o cruza (resistivo) el flujo del campo según el factor. Agrupado con la fuga en Xs: E = V + jIXs.

El par lo fija el ángulo, T ∝ (VE/Xs)sinδ. Con carga fija, la excitación controla el factor: subexcitado atraso, sobreexcitado adelanto (suministra reactiva). Vacío sobreexcitado es un condensador síncrono.

La potencia P = (VE/Xs)sinδ es máxima en δ=90°. La potencia sincronizante dP/dδ ∝ cosδ es nula allí, el límite de estabilidad (descuelgue). La curva en V es la V de la corriente del inducido a potencia fija.

Un BLDC invierte la máquina de CC, reemplazando colector y escobillas con conmutación electrónica (sensor + inversor). Con paso a paso (ángulo 360°/pasos) y servo (lazo cerrado), una familia que gobierna por la posición del rotor.

Un inversor conmuta CC rápido entre +Vdc/-Vdc y modula el duty senoidalmente (PWM) para que el promedio sea una senoide. El índice m fija la tensión, la frecuencia de referencia la de salida (VVVF). V/f es m ∝ f.