En ingeniería eléctrica , la armadura es el devanado (o conjunto de devanados) de una máquina eléctrica que transporta corriente alterna . [1] Los devanados del inducido conducen CA incluso en máquinas de CC , debido a la acción del conmutador (que periódicamente invierte la dirección de la corriente) o debido a la conmutación electrónica, como en los motores de CC sin escobillas . La armadura puede estar en el rotor (parte giratoria) o en el estator (parte estacionaria), según el tipo de máquina eléctrica.
Los devanados del inducido interactúan con el campo magnético ( flujo magnético ) en el entrehierro; El campo magnético se genera mediante 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 normal tanto al campo como a la dirección del movimiento, par (máquina giratoria) o fuerza (máquina lineal). El papel de la armadura es doble. La primera es transportar corriente a través del campo, creando así un par en el eje en una máquina rotativa o fuerza en una máquina lineal. La segunda función es generar una fuerza electromotriz (EMF).
En la armadura, se crea una fuerza electromotriz mediante el movimiento relativo de la armadura y el campo. Cuando la máquina o el motor se utiliza como motor, este EMF se opone a la corriente del inducido, y el inducido convierte la energía eléctrica en energía mecánica en forma de torque y la transfiere a través del eje. Cuando la máquina se utiliza como generador, el EMF del inducido impulsa la corriente del inducido y el movimiento del eje se convierte en energía eléctrica. En un generador de inducción , la energía generada se extrae del estator .
Se utiliza un growler para comprobar si la armadura tiene 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 están claramente separados, estos dos conjuntos de terminología se usan con frecuencia de manera 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 manera diferente.
En la mayoría de los generadores, el campo magnético está girando y forma parte del rotor , mientras que la armadura está estacionaria y forma parte del estator . [3] Tanto los motores como los generadores pueden construirse con una armadura estacionaria y un campo giratorio o con una armadura giratoria 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 interruptor o relé , también pueden denominarse armaduras.
En una máquina de CC están presentes dos fuentes de flujos magnéticos; 'flujo de armadura' y 'flujo de campo principal'. El efecto del flujo del inducido sobre el flujo del campo principal se denomina "reacción del inducido". La reacción del inducido cambia la distribución del campo magnético, lo que afecta el funcionamiento de la máquina. Los efectos del flujo de la armadura se pueden compensar agregando un devanado de compensación a los polos principales o, en algunas máquinas, agregando polos magnéticos intermedios, conectados en el circuito de la armadura.
La reacción de armadura es esencial en los amplificadores rotativos amplidino .
La caída de reacción del inducido es el efecto de un campo magnético sobre 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 corriente por 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 armadura es distorsionar el campo del generador y desplazar el plano neutro. El plano neutro es la posición donde los devanados del inducido se mueven paralelos a las líneas de flujo magnético, por eso un eje que se encuentra en este plano se denomina eje neutro magnético (MNA). [5] Este efecto se conoce como reacción del inducido y es proporcional a la corriente que fluye en las bobinas del inducido.
El eje neutro geométrico (GNA) es el eje que biseca el ángulo entre la línea central de los polos adyacentes. El eje neutro magnético (MNA) es el eje trazado perpendicular a la dirección media del flujo que pasa por el centro de la armadura. No se produce ninguna fem en los conductores de la armadura a lo largo de este eje porque entonces no cortan el flujo. Cuando no hay corriente en los conductores de la armadura, el MNA coincide con el GNA.
Las escobillas de un generador deben colocarse en el plano neutro; es decir, deben hacer contacto con segmentos del conmutador que están conectados a bobinas de armadura que no tienen fem inducida. Si las escobillas estuvieran en contacto con segmentos del conmutador fuera del plano neutro, provocarían un cortocircuito en las bobinas "vivas" y provocarían arcos eléctricos y pérdida de potencia.
Sin reacción de armadura, el eje neutro magnético (MNA) coincidiría con el eje neutro geométrico (GNA). La reacción del 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 del inducido, no estarán en el plano neutro cuando fluye la corriente del inducido. . Por esta razón es deseable incorporar un sistema correctivo en el diseño del generador.
Éstos son dos métodos principales mediante los cuales se supera el efecto de la reacción de armadura. El primer método consiste en cambiar la posición de las escobillas para que estén en el plano neutro cuando el generador esté produciendo su corriente de carga normal. en el otro método, se instalan en el generador polos de campo especiales, llamados interpolos, 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 bajo una carga bastante constante. Si la carga varía mucho, 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 medio 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 bobinas del devanado se distribuyen por toda la superficie del entrehierro, que puede ser el rotor o el estator de la máquina. En un devanado de "vuelta", hay tantos caminos de corriente entre las conexiones de las escobillas (o líneas) como polos hay en el devanado de campo. En un devanado "ondulatorio", sólo hay dos caminos y hay tantas bobinas en serie como la mitad de polos. Por lo tanto, para una determinada potencia de máquina, un devanado ondulado es más adecuado para grandes corrientes y bajos voltajes. [6]
Los devanados se mantienen en ranuras del rotor o armadura cubiertas por imanes del estator. La distribución exacta de los devanados y la selección del número de ranuras por polo del campo influye en gran medida en el diseño de la máquina y su rendimiento, afectando factores tales como la conmutación en una máquina de CC o la forma de onda de una máquina de CA.
El cableado de la 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 ligero y menos costoso que el cobre.