Clase 02 Me Puc 2015-2

7/25/2019 Clase 02 Me Puc 2015-2

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Máquinas Eléctricas

Ing. Fernando Álvarez

2015 – 1

IEE2A5

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La corriente Alterna y la Potencia

¿Qué es la Potencia Aparente?

¿Qué significa potencia Activa o potencia

Reactiva?

Conceptos Básicos Previos

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•

Es característica de los componentes resistivos quetransforman la energía eléctrica en calor o de aparatos quela convierten energía mecánica.

Potencia Activa (P)

• Medida en Watts o kW.

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•

es característica de los componentes que almacenan energía,como las bobinas y los condensadores.

Potencia Reactiva Q

• Medida en Voltio Amperio Reactivos VAR.

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Potencia Aparente

•Los motores eléctricos presentan un consumo de potenciaactiva (P) que se transforma en fuerza motriz.

La combinación de ambas se denomina Potencia aparente (S)

•

Y un componente de potenciareactiva (Q) que almacena energíaen las bobinas del motor en formade campos electromagnéticos

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Factor de Potencia

= =

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Analogía Explicativa

Todo proceso electromagnético involucra la potencia Activa y la Potencia Reactiva

Si saben qué funcióndesempeña laespuma en un vasode cerveza entonces

entenderán elconcepto de potenciareactiva

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Ecuaciones Mecánicas yEléctricas

= = = =

Ecuación

Mecánica

EcuaciónEléctrica

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Cargas industriales típicas

• Las cargas de mayor

potencia en una

instalación son inductivas:

– Motores eléctricos

– Transformadores

– Hornos de inducción

– Lámparas de descarga

E ifi i té i d l

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Especificaciones técnicas de las

cargas

• Tensión nominal de trabajo “U”, en

voltios.

• Frecuencia nominal de trabajo “f”,

en Hertz.• Potencia activa “P”, en kW.

• Eficiencia “”, como un porcentaje%

• Factor de potencia “FP o cos”,

expresado como un porcentaje %.

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Ejemplo de calculo

• Electrobomba de:

– Potencia 5 HP

– Eficiencia 90%

– Cos 0,88

– Tensión 220 V

– Frecuencia 60 Hz

• ¿Cual es la potencia

activa y reactiva

consumida?

¿Que otros parámetros eléctricos sepueden calcular?

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Máquinas Eléctricas Rotativa

Dispositivo electromecánico que transforma :

MOTOR

EnergíaEléctrica

EnergíaMecánica

GENERADOR

EnergíaEléctricaEnergíaMecánica

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Máquinas Eléctricas Rotativa

á

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Conceptos Básicos de


Máquinas DC

Máquinas AC Asíncronas

Conceptos B sicos e

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Conceptos B sicos eMáquinas Eléctricas

Colector de Anillosdeslizantes


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Colector dedelgas

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L

d

B

A

s

B A

Principio de funcionamiento

Espira atravesada por campomagnético RepresentaciónFasorial

Interpretación de la Ecuación

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E S

dS

dlC

Interpretación de la Ecuación

de Stokes

( × ) ∙ = ∙

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En

Et

E

a

a b

En

a

E

m

q

Campo Eléctrico inducido

Sobre la espira

Sobre una carga

∙ =

= ( ) =

= ()

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En

a

E

m

q

Ecuación de Lorentz

Ecuación general:

Componente debido al campoeléctrico

= + × = +

= = =

Fuerza y Torque Inducidas

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Fuerza y Torque Inducidas

sobre la Espira

Componente debido al campomagnético

= × = × = × = × = × ( × )

Características de funcionamiento de

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L

d

B

A

s

B A


la máquina eléctrica

Deslizamiento =

=

=

Flujo magnético∅ = ∙ = ()

∅ = ( )


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En valor eficaz

Ecuación de Faraday

=

= ∅

) = (L

d

B

A

=


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L

d

B

A



Corriente rotórica

Corriente en la bobina de armadura

= +

= = =

=


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Torque inducido

Torque inducido

= = = = × = × (×)

=

Análisis del Motor en función

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S I T

0 1

S 0 0 0

= =

Análisis del Motor en función

del Deslizamiento


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Corriente de arranque

Campo inductor en el rotor =

= = =

Torque de arranque

= = =


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Constante de Corriente K I

=

+ +

≈ ( + + ) Corriente estatórica


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Constante de Torque K I

= ( )( + + )

≈ ( )(

+

+ )

Torque electromagnético

_Torque electromagnético

Má i A í R l

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Máquina Asíncrona Real

Sistema Trifásico

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Sistema Trifásico

Fase SFase R Fase T

, = ° ° , = + ° + °

Campo Magnético Constante

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, = =


Giratorio


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p g

Giratorio (VIDEOS)

VIDEO 1

VIDEO 2

Aspectos Constr cti os

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Aspectos Constructivos



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Motor Jaula de Ardilla



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Motor Rotor Bobinado



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Chapas Magnéticas



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Tipos de ranuras



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Configuración Básica Estator-Rotor



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Máquinas Bipolares y Tetrapolares


Tipos de Conexiones trifásicas

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del Estator

Cambio de Sentido de Giro al

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Cambiar Dos Fases

Modos de Disposición de las

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Bobinas en las Ranuras

Tipos de Distribución de

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Bobinados

Ejemplo de Bobinados

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Ejemplo de Bobinados

Circuito Electromagnético de

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la Máquina Asíncrona

Circuito Electromagnético del á í

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Circuito equivalente monofásico en rotación

Circuito Electromagnético del á i A í

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= 1

2

Coeficiente de distribución de bobinados = (0.85 – 0.95)

= 22 =

= VELOCIDAD ANGULAR ELÉCTRICA.

= FLUJO POR POLO. TENSIÓN INDUCIDA SI EL ROTOR ESTA ESTÁTICO (NO SE MUEVE S = 1).

Circuito Electromagnético del Má i A í

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Frecuencia de la corriente en el rotor

∆ = = = 2 = 2 = = 22

La tensión inducida en el estator

= =

Relación de transformación por efecto de distribuciónde bobinas


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Factor de fases estator/rotor

Relación de transformación = ú ú

= = EN EL CASO DE LOS MOTORES ROTOR BOBINADO =


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Reactancia rotórica estatica

Reactancia rotórica estática

= = = = = ()

=


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Circuito equivalente monofásico en rotación estático

VEF

R1 X1

Xm

I1RFE

R2 X2s

I2E2sE1

N2N1

f 1 f 2s = sf 1

R2/s X2

I2E2

N2

f 1

S=1

Circuito Electromagnético dela Máquina Asíncrona

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Estática

VEF

R1 X1

Xm

I1RFE E1

N1

f 1

R2/s X2

I2E2

N2

f 1


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Incluyendo la Carga

VEF

R1 X1

Xm

I1

RFE E1

N1

f 1

R2 X2

I2

E2

N2

f 1


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Incluyendo la Carga

= = =

Reflexión de parámetros


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Referido al Estator


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Referido al Estator

R 1 PÉRDIDAS EN EL COBRE DEL ESTATOR .R 2 PÉRDIDAS EN EL COBRE DEL ROTOR .R FE PÉRDIDAS EN EL NÚCLEO DEL CIRCUITO MAGNÉTICO POR HISTÉRESIS Y FOUCAULT.X1 EFECTO DE LA AUTOINDUCTANCIA DE LA BOBINA DEL ESTATOR .

X2 EFECTO DE LA AUTOINDUCTANCIA DE LA BOBINA DEL ROTOR .XM EFECTO DE LA INDUCTANCIA MUTUA ESTATOR -ROTOR .I1 CORRIENTE EN EL ESTATOR .I2 CORRIENTE EN EL ROTOR .IU CORRIENTE DE MAGNETIZACIÓN.

IFE CORRIENTE DE PÉRDIDAS EN EL NÚCLEO.I0 CORRIENTE DE VACÍO.R C RESISTENCIA DINÁMICA DE LA CARGA.S DESLIZAMIENTO DEBIDO A LA CARGA.a R ELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN.

Circuito Equivalente Simplificadode la Máquina Asíncrona

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de la Máquina Asíncrona

Referido al Estator

VEF

R1 X1 R’2 X’2

I1 I’2

Rfe

Xµ


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Referido al Estator

= + + =

= (3 + + ) =

= + Corriente rotórica

Torque electromagnético


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Referido al Estator

= + + =

= (3 + + ) =

s = 1Corriente de arranque rotórica

Torque de arranque electromagnético


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Referido al Estator

Torque máximo

Torque de arranque electromagnético

)(

= 0 = + ′

= 32 ( + +

Diagrama de Flujo de Energíade la Máquina Asíncrona

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Balance de Energía en laMáquina Asíncrona

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Máquina Asíncrona


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Máquina Asíncrona

= = = + = − = ′ ′ =

= = ′ = =

= ∅ =

Curvas características de laMáquina Asíncrona

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Máquina Asíncrona


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Máquina Asíncrona

Ns

Peh

Pen

P1J PFE

Putil

P2J Pmec

N

N < Ns

EstatorRotor

Motor


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Ns

Peh

Pen

P1J PFE

Putil

P2J Pmec

-N

Estator

Rotor

Freno

Máquina Asíncrona

Curvas características de laMáquina Asíncrona

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Máquina Asíncrona

Curvas Principales de laMáquina Asíncrona

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q

Métodos de Arranque de laMáquina Asíncrona

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q

ArranqueDirecto


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q

Arranque por Autotransformador


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q

ArranqueY - D


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ArranqueY - D

Arranque de la MáquinaAsíncrona Rotor Bobinado

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ResistenciasRotóricas

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