En ingeniería eléctrica , la armadura es el devanado (o conjunto de devanados) de una máquina eléctrica que transporta corriente alterna . [1] Los devanados de la armadura conducen corriente alterna incluso en máquinas de corriente continua , debido a la acción del conmutador (que invierte periódicamente la dirección de la corriente) o debido a la conmutación electrónica, como en los motores de corriente continua sin escobillas . La armadura puede estar en el rotor (parte giratoria) o en el estator (parte estacionaria), dependiendo del tipo de máquina eléctrica.
Los devanados de la armadura interactúan con el campo magnético ( flujo magnético ) en el entrehierro; el campo magnético es generado por imanes permanentes o electroimanes formados por una bobina conductora.
La armadura debe transportar corriente , por lo que siempre es un conductor o una bobina conductora, orientada perpendicularmente tanto al campo como a la dirección del movimiento, par (máquina rotatoria) o fuerza (máquina lineal). La armadura tiene una doble función. La primera es transportar corriente a través del campo, creando así un par en el eje en una máquina rotatoria o una fuerza en una máquina lineal. La segunda función es generar una fuerza electromotriz (FEM).
En la armadura, se crea una fuerza electromotriz por el movimiento relativo de la armadura y el campo. Cuando la máquina o el motor se utilizan como motor, esta fuerza electromotriz se opone a la corriente de la armadura, y la armadura convierte la energía eléctrica en energía mecánica en forma de par y la transfiere a través del eje. Cuando la máquina se utiliza como generador, la fuerza electromotriz de la armadura impulsa la corriente de la armadura y el movimiento del eje se convierte en energía eléctrica. En un generador de inducción , la energía generada se obtiene del estator .
Se utiliza un growler para comprobar la armadura en busca de cortocircuitos, circuitos abiertos y fugas a tierra.
La palabra armadura se utilizó por primera vez en su sentido eléctrico, es decir, guardián de un imán , a mediados del siglo XIX. [2]
Las partes de un alternador o equipo relacionado se pueden expresar en términos mecánicos o eléctricos. Aunque son claramente distintos, estos dos conjuntos de terminología se utilizan con frecuencia de forma intercambiable o en combinaciones que incluyen un término mecánico y un término eléctrico. Esto puede causar confusión cuando se trabaja con máquinas compuestas como alternadores sin escobillas o en conversaciones entre personas que están acostumbradas a trabajar con maquinaria configurada de forma diferente.
En la mayoría de los generadores, el imán de campo está rotando y es parte del rotor , mientras que la armadura es estacionaria y es parte del estator . [3] Tanto los motores como los generadores pueden construirse con una armadura estacionaria y un campo rotatorio o una armadura rotatoria y un campo estacionario. La pieza polar de un imán permanente o electroimán y la parte móvil de hierro de un solenoide , especialmente si este último actúa como un interruptor o relé , también pueden denominarse armaduras.
En una máquina de CC, hay dos fuentes de flujo magnético: el "flujo de inducido" y el "flujo de campo principal". El efecto del flujo de inducido sobre el flujo de campo principal se denomina "reacción de inducido". La reacción de inducido cambia la distribución del campo magnético, lo que afecta el funcionamiento de la máquina. Los efectos del flujo de inducido se pueden compensar añadiendo un devanado de compensación a los polos principales o, en algunas máquinas, añadiendo polos magnéticos intermedios, conectados en el circuito de inducido.
La reacción de la armadura es esencial en los amplificadores rotatorios amplidinos .
La caída de reacción de la armadura es el efecto de un campo magnético en la distribución del flujo bajo los polos principales de un generador. [4]
Dado que una armadura está enrollada con bobinas de alambre, se establece un campo magnético en la armadura cada vez que fluye una corriente en las bobinas. Este campo está en ángulo recto con el campo del generador y se llama magnetización cruzada de la armadura. El efecto del campo de la armadura es distorsionar el campo del generador y desplazar el plano neutro. El plano neutro es la posición en la que los devanados de la armadura se mueven paralelos a las líneas de flujo magnético, por eso un eje que se encuentra en este plano se llama eje neutro magnético (MNA). [5] Este efecto se conoce como reacción de la armadura y es proporcional a la corriente que fluye en las bobinas de la armadura.
El eje neutro geométrico (GNA) es el eje que divide en dos el ángulo entre la línea central de los polos adyacentes. El eje neutro magnético (MNA) es el eje trazado perpendicularmente a la dirección media del flujo que pasa por el centro de la armadura. No se produce ninguna fuerza electromotriz en los conductores de la armadura a lo largo de este eje porque entonces no cortan ningún flujo. Cuando no hay corriente en los conductores de la armadura, el MNA coincide con el GNA.
Las escobillas de un generador deben estar situadas en el plano neutro, es decir, deben estar en contacto con segmentos del conmutador que están conectados a bobinas de inducido que no tienen fuerza electromotriz inducida. Si las escobillas estuvieran en contacto con segmentos del conmutador que están fuera del plano neutro, provocarían un cortocircuito en las bobinas "activas" y provocarían la formación de arcos eléctricos y la pérdida de potencia.
Sin reacción de inducido, el eje neutro magnético (MNA) coincidiría con el eje neutro geométrico (GNA). La reacción de inducido hace que el plano neutro se desplace en la dirección de rotación y, si las escobillas están en el plano neutro sin carga, es decir, cuando no fluye corriente de inducido, no estarán en el plano neutro cuando fluya corriente de inducido. Por este motivo, es conveniente incorporar un sistema correctivo en el diseño del generador.
Estos son dos métodos principales para superar el efecto de la reacción del inducido. El primer método consiste en cambiar la posición de las escobillas de modo que estén en el plano neutro cuando el generador esté produciendo su corriente de carga normal. En el otro método, se instalan polos de campo especiales, llamados interpolos, en el generador para contrarrestar el efecto de la reacción del inducido.
El método de ajuste de escobillas es satisfactorio en instalaciones en las que el generador funciona con una carga bastante constante. Si la carga varía en un grado marcado, el plano neutro se desplazará proporcionalmente y las escobillas no estarán en la posición correcta en todo momento. El método de ajuste de escobillas es el método más común para corregir la reacción del inducido en generadores pequeños (aquellos que producen aproximadamente 1000 W o menos). Los generadores más grandes requieren el uso de interpolos.
Las espiras del devanado se distribuyen por toda la superficie del entrehierro, que puede ser el rotor o el estator de la máquina. En un devanado "en serie", hay tantos caminos de corriente entre las conexiones de las escobillas (o de la línea) como polos en el devanado de campo. En un devanado "ondulado", sólo hay dos caminos y hay tantas espiras en serie como la mitad de polos. Por lo tanto, para una determinada potencia nominal de la máquina, un devanado ondulado es más adecuado para corrientes elevadas y tensiones bajas. [6]
Los devanados se alojan en ranuras del rotor o del inducido cubiertas por imanes del estator. La distribución exacta de los devanados y la selección del número de ranuras por polo del campo influyen en gran medida en el diseño de la máquina y en su rendimiento, afectando a factores como la conmutación en una máquina de CC o la forma de onda de una máquina de CA.
El cableado de armadura está hecho de cobre o aluminio . El cableado de armadura de cobre mejora la eficiencia eléctrica debido a su mayor conductividad eléctrica . El cableado de armadura de aluminio es más liviano y menos costoso que el de cobre.