El rotor es un componente móvil de un sistema electromagnético 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]
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 , quien 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 aplicaciones más 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 uno de los primeros en comprender la intercambiabilidad del motor y el generador .
Los motores de inducción (asincrónicos), los generadores y los alternadores ( síncronos ) tienen un sistema electromagnético formado por 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 .
El rotor de jaula de ardilla consta de acero laminado en el núcleo con barras de cobre o aluminio espaciadas uniformemente colocadas axialmente alrededor de la periferia, permanentemente en cortocircuito en los extremos por los anillos de los extremos. [3] Esta construcción simple y robusta lo convierte en el favorito 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 las ranuras y para reducir la tendencia al bloqueo. Alojados en el estator, los dientes del rotor y del estator pueden bloquearse cuando están en igual número y los imanes se colocan equidistantes, 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 fijación de la carga. En algunos motores, hay una extensión en el extremo no motriz para sensores de velocidad u otros controles electrónicos. El par generado fuerza el movimiento a través del rotor hacia la carga.
El rotor bobinado es un núcleo cilíndrico hecho de lámina 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 del devanado del rotor se sacan y se fijan a los tres anillos deslizantes con escobillas, 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 se acelera, las resistencias se pueden reducir a cero. [5]
Un rotor de polo saliente se construye sobre una pila de laminaciones de acero en "forma de estrella", generalmente con 2, 3, 4 o 6, tal vez incluso 18 o más "puntas radiales" que sobresalen del medio, cada una de las cuales está enrollada con alambre de cobre. para formar un polo electroimán discreto orientado hacia afuera. Los extremos que miran hacia adentro de cada punta están conectados a tierra magnéticamente en el cuerpo central común del rotor. Los polos son alimentados por corriente continua o magnetizados por imanes permanentes . [7] La armadura con un devanado trifásico se encuentra en el estator donde se induce el voltaje. 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. [8] [7]
Un polo saliente termina en una zapata polar , una pieza de alta permeabilidad con una superficie exterior con forma de segmento de cilindro para homogeneizar la distribución del flujo magnético al estator. [9]
El rotor de forma cilíndrica está hecho de un eje de acero sólido con ranuras que se extienden a lo largo del exterior del cilindro para sujetar los devanados de campo del rotor, que son barras de cobre laminadas insertadas en las ranuras y aseguradas mediante cuñas. [10] Las ranuras están aisladas de los devanados y se sujetan al extremo del rotor mediante anillos colectores. Una fuente externa de corriente continua (CC) está conectada a los anillos colectores montados concéntricamente con escobillas que corren a lo largo de los anillos. [8] Los cepillos hacen contacto eléctrico con los anillos colectores 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.
En una máquina de inducción trifásica, la corriente alterna suministrada a los devanados del estator lo energiza para crear un flujo magnético giratorio. [11] El flujo genera un campo magnético en el entrehierro 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 fluye corriente por los conductores del rotor. [5] La acción del flujo giratorio y la corriente produce una fuerza que genera un par para arrancar el motor. [11]
El rotor de un alternador está formado por una bobina de alambre envuelta alrededor de un núcleo de hierro. [12] El componente magnético del rotor está hecho de laminaciones de acero para ayudar a estampar las ranuras de los conductores 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 de campo controla el nivel de potencia del campo magnético. La corriente continua (CC) impulsa la corriente de campo en una dirección y se entrega 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 alimenta 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 sentido inverso o en sentido antihorario . [1] [12]
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. [11]
dónde:
Un par es producido por la fuerza producida a través de las interacciones del campo magnético y la corriente expresada por lo dado: Ibid
dónde:
Un campo magnético del estator gira a velocidad síncrona, Ibíd.
dónde:
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 sincrónica:
Velocidad relativa de deslizamiento:
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