Maquinas Eléctricas-Chapman-5ta-edición

140 CAPÍTULO 3 Principios básicos de las máquinas de corriente alterna (ca)
Debido a que el producto cruz de cualquier vector consigo mismo es cero, esta ecuación se reduce a
t ind 5 kB R × B net (3-60)
por lo que el par inducido también se puede expresar como el producto cruz de B R y B net con la
misma constante k. La magnitud de esta expresión es
t ind 5 kB R B net sen d (3-61)
B R
donde d es el ángulo entre B R y B net .
Las ecuaciones (3-58) y (3-61) se utilizarán para desarrollar la comprensión
B net cualitativa del par en las máquinas de ca. Por ejemplo, observando la máquina
síncrona simple de la figura 3-19, en la cual los campos magnéticos giran en
sentido contrario a las manecillas del reloj. ¿Cuál es la dirección del par sobre el
eje del rotor de la máquina? Si se aplica la regla de la mano derecha a la ecuación
(3-58) o (3-60), se encuentra que el par inducido tiene la dirección de las manecillas
del reloj o la dirección opuesta a la rotación del rotor. Por lo tanto, esta
máquina debe estar actuando como un generador.
B S
3.6 AISLAMIENTO DEL DEVANADO
EN UNA MÁQUINA DE CA
Una de las etapas más críticas del diseño de máquinas de ca es el aislamiento de
sus devanados. Si falla el aislamiento de un motor o generador, la máquina entra
en cortocircuito. Una reparación de este tipo es muy costosa, si es que es posible.
Para prevenir la falla del aislamiento del devanado por sobrecalentamiento es necesario
limitar la temperatura en los devanados. Esto se puede lograr parcialmen-
FIGURA 3-19 Máquina síncrona simplificada
que muestra los campos magnéticos de su rotor
y de su estator.
te mediante la circulación de aire frío sobre los devanados, pero a fin de cuentas
la temperatura máxima del devanado limita la potencia máxima que la máquina
puede suministrar de manera continua.
El aislamiento raras veces falla como consecuencia inmediata de una temperatura crítica. En
cambio, el incremento de temperatura produce un deterioro gradual del aislamiento, haciéndolo
susceptible de fallar por otras causas como golpes, vibraciones o fatiga eléctrica. Una vieja regla
práctica dice que la esperanza de vida de un motor con determinado tipo de aislamiento se reduce a
la mitad por cada 10% de aumento de temperatura sobre la temperatura nominal del devanado. Hasta
cierto punto, esta regla aún es válida.
En Estados Unidos, para establecer un estándar de los límites de temperatura del aislamiento de
la máquina, la National Electrical Manufacturers Association (NEMA) definió una serie de clases
de sistemas de aislamiento. Cada una de ellas especifica el aumento de temperatura máximo para
esa clase de aislamiento. Hay tres clases comunes de aislamiento de NEMA para motores de ca de
caballaje entero B, F y H. Cada una de ellas representa una temperatura permisible en el devanado
más alta que la clase anterior. Por ejemplo, el aumento de temperatura en el devanado del inducido
a temperatura ambiente de un tipo de motor de inducción de ca que opera continuamente debe estar
limitado a 80°C para el aislamiento clase B, a 105°C para clase F y a 125°C para clase H.
El efecto de la temperatura de operación en la vida del aislamiento de una máquina regular
puede ser realmente perjudicial. En la figura 3-20 se observa (para varias clases de aislamiento)
una curva típica de la vida promedio de una máquina en miles de horas contra la temperatura de los
devanados.
Las especificaciones de temperaturas particulares para cada tipo de motores y generadores de ca
se muestran con detalle en la norma NEMA Standard MG1-1993, Motors and Generators. La International
Electrotechnical Commission (IEC) ha definido varias normas similares, así como también
lo han hecho varias organizaciones de regulación nacional en otros países.