Armadura (eléctrica)

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 CA incluso en máquinas de CC , 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 CC sin escobillas . La armadura puede estar en el rotor (parte giratoria) o en el estator ( bobina de campo , parte fija), según el tipo de máquina eléctrica.

Las formas de armaduras utilizadas en los motores incluyen armaduras de doble T y de triple T. ^{[ 2 ]}

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 conducir corriente , por lo que siempre es un conductor o una bobina conductora, orientada perpendicularmente tanto al campo como a la dirección del movimiento, el par (máquina rotativa) o la fuerza (máquina lineal). La función de la armadura es doble. La primera es conducir corriente a través del campo, generando así par en el eje de una máquina rotativa o fuerza en una máquina lineal. La segunda es generar una fuerza electromotriz (FEM).

En la armadura, se crea una fuerza electromotriz (FEM) por el movimiento relativo de la armadura y el campo. Cuando la máquina o el motor se utiliza como motor, esta FEM se opone a la corriente de la armadura, y esta convierte la energía eléctrica en energía mecánica en forma de par , que se transmite a través del eje. Cuando la máquina se utiliza como generador, la FEM 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 extrae del estator .

Un comprobador de inductancia se utiliza para verificar si hay cortocircuitos, circuitos abiertos o fugas a tierra.

La palabra armadura se utilizó por primera vez en su sentido eléctrico, es decir, soporte de un imán , a mediados del siglo XIX. ^{[ 3 ]}

Las partes de un alternador o equipo relacionado pueden describirse en términos mecánicos o eléctricos. Si bien son terminologías distintas, a menudo se usan indistintamente o en combinaciones que incluyen un término mecánico y uno eléctrico. Esto puede generar confusión al trabajar con máquinas compuestas, como los alternadores sin escobillas, o en conversaciones entre personas acostumbradas a trabajar con maquinaria de diferente configuración.

En la mayoría de los generadores, el imán de campo gira y forma parte del rotor , mientras que la armadura es fija y forma parte del estator . ^{[ 4 ]} Tanto los motores como los generadores pueden construirse con una armadura fija y un campo giratorio, o con una armadura giratoria y un campo fijo. 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 corriente continua (CC), existen dos fuentes de flujo magnético: el flujo de armadura y el flujo del campo principal. El efecto del flujo de armadura sobre el flujo del campo principal se denomina "reacción de armadura". Esta reacción modifica la distribución del campo magnético, lo que afecta al funcionamiento de la máquina. Los efectos del flujo de armadura pueden compensarse añadiendo un devanado compensador a los polos principales o, en algunas máquinas, añadiendo polos magnéticos intermedios conectados al circuito de armadura.

La reacción de la armadura es esencial en los amplificadores rotativos amplidyne .

La caída de reacción de la armadura es el efecto de un campo magnético sobre la distribución del flujo bajo los polos principales de un generador. ^{[ 5 ]}

Dado que una armadura está formada por bobinas de alambre, se genera un campo magnético en ella cuando circula corriente por las bobinas. Este campo es perpendicular al campo del generador y se denomina 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 donde los devanados de la armadura se mueven paralelamente a las líneas de flujo magnético; por ello, un eje situado en este plano se denomina eje neutro magnético (ENM). ^{[ 6 ]} Este efecto se conoce como reacción de la armadura y es proporcional a la corriente que circula por las bobinas de la armadura.

El eje neutro geométrico (ENG) es el eje que biseca el ángulo entre los ejes centrales de polos adyacentes. El eje neutro magnético (ENM) es el eje perpendicular a la dirección media del flujo que pasa por el centro de la armadura. No se produce fuerza electromotriz (FEM) en los conductores de la armadura a lo largo de este eje, ya que en ese caso no cortan el flujo. Cuando no hay corriente en los conductores de la armadura, el ENM coincide con el ENG.

Las escobillas de un generador deben estar en el plano neutro; es decir, deben hacer contacto con segmentos del conmutador conectados a bobinas de armadura sin fuerza electromotriz inducida. Si las escobillas hicieran contacto con segmentos del conmutador fuera del plano neutro, provocarían un cortocircuito en las bobinas activas, causando arcos eléctricos y pérdida de potencia.

Sin reacción de armadura, el eje neutro magnético (MNA) coincidiría con el eje neutro geométrico (GNA). La reacción de armadura provoca un desplazamiento del plano neutro en el sentido de rotación, y si las escobillas se encuentran en el plano neutro sin carga, es decir, cuando no circula corriente de armadura, no estarán en el plano neutro cuando sí circule corriente de armadura. Por este motivo, es conveniente incorporar un sistema correctivo en el diseño del generador.

Existen dos métodos principales para contrarrestar el efecto de la reacción de la armadura. El primero consiste en desplazar la posición de las escobillas para que se encuentren en el plano neutro cuando el generador produce su corriente de carga normal. En el segundo método, se instalan polos de campo especiales, denominados interpolos, en el generador para contrarrestar el efecto de la reacción de la armadura.

El método de ajuste de escobillas es satisfactorio en instalaciones donde el generador opera con una carga relativamente constante. Si la carga varía considerablemente, el plano neutro se desplazará proporcionalmente y las escobillas no siempre estarán en la posición correcta. Este método es el más común para corregir la reacción de la armadura en generadores pequeños (de aproximadamente 1000 W o menos). Los generadores de mayor potencia 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 imbricado, existen tantas trayectorias de corriente entre las conexiones de las escobillas (o líneas) como polos en el devanado de campo. En un devanado ondulado, solo hay dos trayectorias y tantas espiras en serie como la mitad del número de polos. Por lo tanto, para una potencia nominal determinada, un devanado ondulado es más adecuado para corrientes elevadas y tensiones bajas. ^{[ 7 ]}

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 notablemente en el diseño de la máquina y su rendimiento, afectando a factores como la conmutación en una máquina de corriente continua o la forma de onda de una máquina de corriente alterna.

El cableado del inducido está hecho de cobre o aluminio . El cableado de cobre mejora la eficiencia eléctrica debido a su mayor conductividad eléctrica . El cableado de aluminio es más ligero y menos costoso que el de cobre.

• Máquina equilibradora
• Conmutador
• Bobina de bobina

• Diagrama de ejemplo de una bobina de armadura y datos utilizados para especificar los parámetros de la bobina de armadura.
• Cómo comprobar si el inducido de un motor tiene los devanados dañados