Clase Introductoria Maquinas Eléctricas

7/30/2019 Clase Introductoria Maquinas Eléctricas

http://slidepdf.com/reader/full/clase-introductoria-maquinas-electricas 1/37

Máquinas Eléctricas

El trabajo presente consta de una pequeña síntesis del

estudio de máquinas eléctricas.

BRUNO BRAVO DIAZ



Temática

Objetivos

Conversión de Energía Electromecánica

Circuitos Magnéticos

El Transformador

Transformador real circuitos equivalentes

Pruebas aplicadas a los transformadores

Máquinas Rotativas

Tipos de máquinas eléctricas rotativas

Aplicaciones de las máquinas eléctricas

Evaluación

Bibliografía



Objetivos

Explicar los principios de funcionamiento

de las máquinas eléctricas.

Aplicar los fundamentos en la operación

de máquinas eléctricas.



CONCEPTOS GENERALES DE

MAQUINAS ELÉCTRICASINTRODUCCIÓN

En los cursos previos como es el de CIRCUITOS

ELECTRICOS, hemos estudiado la Tensión y Corriente en el

dominio del tiempo y de la frecuencia. Adicionalmente debemos

conocer los circuitos acoplados magnéticamente y los principiosbásicos del fenómeno de la inducción electromagnética.

Estos principios son aplicados a las máquinas eléctricas queson unos dispositivos empleados en la conversión de la

energía mecánica a energía eléctrica, energía eléctrica a

energía mecánica y en la transformación de la energía

eléctrica con un nivel de voltaje a una energía eléctrica

con otro nivel de voltaje, mediante la acción de un

campo magnético.



Elementos a travésde los cualesrecibe la energíadel exterior bajoforma dada

MáquinaEléctrica

ENTRADA

Elementos a travésde las cuales laenergía se entrega

bajo una formadistinta salvo elcaso de lostransformadores

SALIDA



CLASIFICACIÓN DE LASMÁQUINAS ELÉCTRICAS

SEGÚN EL TIPO DE CORRIENTE ELÉCTRICA CON LACUAL OPERAN

A.-Máquinas de Corriente Continua

Generadores de Corriente ContinuaMotores de Corriente Continua

B.-Máquinas de Corriente AlternaGeneradores de Corriente Alterna (Monofásicos/Trifásicos ;

Síncrono/Asíncrono)Motores de Corriente Alterna (Monofásicos/Trifásicos ;

Síncrono/Asíncrono)

Transformadores Eléctricos




CLASIFICACIÓN POR NIVEL DE POTENCIA A.-Micromáquinas.-Cuya potencia varía de décimas de

watt hasta 500w. Estas máquinas trabajan tanto enC.A. como en C.C., así como a altas frecuencias (400-

200Hz). B.-De pequeña potencia.-.0.5-10 kW. Funcionan tanto en

c.a. como en c.c .y, en frecuencia normal(50-60Hz ómás).

C.-De potencia media.- 10kW, hasta varios cientos de

kW. D.-De gran potencia.-Mayor de 100kW. Por lo general

las máquinas de media y gran potencia funcionan afrecuencia industrial.




CLASIFICACIÓN POR FRECUENCIA DEGIRO

De baja velocidad : con velocidad menor de 300r.p.m.;De velocidad media : (300 -1500 r.p.m.);De altas velocidades : (1500 -6000 r.p.m.);De extra altas velocidades: (mayor de 6000 r.p.m.).

Las micro máquinas se diseñan para velocidad esde algunos r.p.m. hasta 6000 r.p.m.




CLASIFICACIÓN MODERNA DE LASMÁQUINAS ELÉCTRICAS

A.-Máquinas Eléctricas Estáticas Transformadores

Convertidores e Inversores

B.-Máquinas Eléctricas Rotativas Generadores Eléctricos

Motores Eléctricos (De Corriente Continua / De

Corriente Alterna)



COMUNES DE LAS

MÁQUINAS ELÉCTRICAS Es necesario definir las características

fundamentales de las máquinas

eléctricas:

1.Potencia

2.Tensión

3.Corriente

4.Factor de Potencia

5.Frecuencia

6.Rendimiento

7.El Campo Magnético



1.POTENCIAEn general es la potencia útil, que entrega o produce unamáquina eléctrica en sus terminales de salida. De allí que, la

POTENCIA ÚTIL en los Generadores y Transformadores esla “POTENCIA ELÉCTRICA” lo que comúnmente llamamospotencia en los bornes, mientras que en los Motores es la“POTENCIA MECÁNICA”, llamado también potencia en eleje.

POTENCIA NOMINALEs la potencia útil disponible que entrega o produce enrégimen nominal (condiciones específicas de diseño:T°<75°C, duración de funcionamiento) una máquina eléctrica. A condiciones diferentes se llama POTENCIA ÚTIL o

POTENCIA DE TRABAJO.

POTENCIA NOMINAL = POTENCIA A PLENA CARGAPOTENCIA NULA = TRABAJA EN VACIO



LA POTENCIA QUE FIGURA EN LAS PLACASCARACTERISTICAS SON LAS POTENCIAS NOMINALES

POTECIA

NOMINAL DE

UN

GENERADOR

POTECIA

NOMINAL DE

UN MOTOR

POTECIA

NOMINAL DE UN

TRANSFORMADOR

Potencia Aparente

en los bornes del

Secundario

Potencia Aparente

en los bornes delSecundario

Potencia Mecánica

disponible en el eje

de Salida



POTENCIA ELECTRICA = POTENCIAAPARENTE

POTENCIA APARENTE(S) Es la Potencia Eléctrica Total de una máquina

eléctrica que involucra tanto a la PotenciaActiva como la Potencia Reactiva.

Sistema Monofásico S=VxI

Sistema Trifásico S=√3xVxI

La unidad es el VOLTIO – AMPERIO(VA)



POTENCIA ACTIVA (P)

Es la parte de la Potencia Eléctrica que realmente se transforma en elaccionamiento mecánico (Potencia Mecánica) viceversa.

Sistema Monofásico P = V x I x cosθ Sistema Trifásico P = √3 x V x I x cosθ La unidad es el WATT (W)

P = (F x V x 0,736 ) / 75 P= Potencia Activa en KW

F= Fuerza Tangencial en Kg

V= Velocidad Periférica en m/sP= (F x Πx 2 x r x n x 0,736 ) / (75 x 60)

P= Potencia Activa en KW

F= Fuerza Tangencial en Kg

r= Radio del eje de rotación o de la polea en m

n= N° de revoluciones por minutoP = (HPx0,746 ) / (η)

P= Potencia Activa en KW

HP= Potencia Mecánica en HP

η= Eficiencia de la Máquina



POTENCIA REACTIVA (Q)Es la parte de la Potencia Eléctrica que crea los

campos magnéticos.

Sistema Monofásico Q = V x I x senθSistema Trifásico Q = √3 x V x I x senθ

La unidad es el VOLTIO AMPERIO REACTIVO (VAR)

Potencia Reactiva Capacitiva o Potencia ReactivaSuministradaPotencia Reactiva Inductiva o Potencia Reactiva

Absorbida



2.-TENSIÓN Es la diferencia de potencial entre los bornes de salida eléctrica en

generadores y transformadores, y bornes de entrada en los motores.

En servicio normal la tensiones función de la carga, en algunos casosdependen de los órganos reguladores adicionales.

TENSIÓN NOMINAL (VN) Es aquella para la cual la máquina ha sido diseñada (o

dimensionada).Es la que figura en la placa y para la cual valen las

garantías del fabricante.

TENSIÓN DE SERVICIO (V servicio) Es el valor de la tensión en los bornes de la máquina cuando está en

servicio, es decir, es la tensión que va ha ceder si es generador orecibir y ceder si es transformador o recibir si es motor, en el lugar

donde se instalan.

V servicio máximo admisible = 1,15 VN



3.-CORRIENTE NOMINAL

Sistema Monofásico I= WN/ (VNx cosθ)

Sistema Trifásico I= WN/ (√3 x VNx cosθ)

Si la máquina se sobrecarga la corriente

sobrepasa de un 10% a 15% su valor

nominal. La Corriente de Arranque llega a valores

de 2 INa 5 IN.



4.-FACTORDEPOTENCIA(cosθ)

Es la relación entre la potencia activa y la

potencia aparente, siempre que las

tensiones y las corrientes sean

sinusoidales.

cosθ= P / S



5.-FRECUENCIA(f)

Es el numero de oscilaciones periódicas

completas de la onda fundamental durante un

segundo.

En los generadores de corriente alterna lafrecuencia esta dada por :

f = P. n / 60

P=Par de polos de la máquina

n=revoluciones por minuto(RPM)



6.-RENDIMIENTO(η)

Es la relación entre la potencia

suministrada y la potencia absorbida por

la máquina.



7.-EL CAMPO MAGNÉTICODenominado también INDUCCIÓN MAGNÉTICA o

DENSIDAD DE FLUJO MAGNÉTICO.

Un campo magnético es un campo de fuerza creadocomo consecuencia del movimiento de cargas eléctricas(flujo de la electricidad).

La forma de actuar los campos magnéticos se deduce de

las Leyes de MAXWELL y los parámetroscorrespondientes a los diferentes material es magnéticosrecorridos por dichos campos.

Se desprecian la interacción de las corrientes de

desplazamiento en las leyes de MAXWELL, debido a quelas frecuencias de 50Hz y 60Hz usados en las máquinaseléctricas son realmente bajas y consecuencia seconsidera la conversión casi estática, para todos losefectos del cálculo.



A partir de lo expuesto, la manera como el campo actúaen las diferentes máquinas eléctricas, se puedendescribir mediante los cuatro principios básicos:

1. Al circular corriente por un conductor se produce un campomagnético alrededor de él. Esta es la base de laPRODUCCION DE CAMPO MAGNÉTICO.

2. Si a través de una espira se pasa un campo magnéticovariable con el tiempo, se induce un voltaje en dicha espira.Esta es la base de la ACCION TRANSFORMADORA.

3. Si un conductor por el cual circula corriente, se encuentradentro de un campo magnético, se produce una fuerza sobre

dicho conductor. Esta es la base de la ACCION MOTOR.

4. Cuando un conductor en movimiento se encuentra inmersodentro de un campo magnético, en dicho conductor se induceun voltaje. Esta es la base de la ACCION GENERADORA



Conversión de energíaelectromecánica.

La conversión de energía electromecánica es elpaso que se da entre energía eléctrica ymecánica o viceversa, que ocurre a través delcampo eléctrico o magnético creado por undispositivo de conversión

El principio de conversión electromecánica deenergía podemos resumir en las ecuacionessiguientes:

La ecuación 1 calcula la variable (e) en funciónde una variable mecánica (v) y el campo. (B)



Ecuación 1

La ecuación 2 una variable mecánica (F) enfunción de una variable eléctrica (i) y el campo

(B).Ecuación 2

Ecuaciones del convertidor electromecánico quedependen del conductor y el campo que se

muevan:Ecuación 3

Bi F

BV E

1

0

.... l Bvl E dl E e

1

0

... l Bil F Fdl F ReV i



Circuitos Magnéticos

Son estructuras compuestas de material ferromagnético de alta

permeabilidad en su gran totalidad, por la que circula una fuerza

magnetomotriz

Ejemplo

+

-

Devanado con Nvueltas

Línea del flujomagnético

rea de la seccióntransversal

Permeabilidadmagnética

i



El Transformador

Un transformador es una máquina electromagnética que permite aumentar o disminuir la tensión manteniendo igual la potencia de entrada con la desalida.

Esta compuesto de dos o más devanados aislados entre si y acoplados conun flujo magnético, y un núcleo de material ferromagnético para realizar inducción entre el devanado primario y secundario; esta diseñado para elprocesamiento de potencia con un desempeño de pocas pérdidas y unabaja caída de tensión

En la figura se puede observar una construcción básica de materialferromagnético de estructura tipo núcleo, donde el flujo magnéticoestablecido por el devanado primario enlaza al devanado secundario por medio de un camino cerrado llamado núcleo.

H1

H2

X1

X2

Devanado

Primario

DevanadoSecundario

Núcleo ferromagnético



Transformador Real y Circuito

Equivalente Un transformador real deberá tomar en cuenta los efectos que produce la

resistencia del devanado (R1, R2), los flujos de dispersión, los flujos dedispersión debido a la permeabilidad finita del núcleo; para este análisis sepresenta la técnica del circuito equivalente.

En el transformador se considera el flujo que enlaza el devanado principaldividido en dos componentes: El primer flujo debido a la corriente principaly secundaria llamado flujo mutuo, el segundo el flujo de dispersión queenlaza el devanado principal o secundario respectivamente.

El flujo de dispersión de dispersión produce una reactancia inductiva dedispersión principal que se determina a partir de:

El flujo de dispersión en el devanado secundario de la misma forma que enel principal, produce una reactancia inductiva dada por:

li fL

l X 2

1

22

2 l fL

l X



Circuito equivalente transformador tiene como base un transformador Ideal

Circuito equivalente referido al primario

Circuito equivalente referido al lado del secundario

R1 Xl1 R2 Xl2

Rc XmV1 V2

I1 I2’Im

I2

+ +

- -

+

-

E2E1 ZL

R1 Xl1 aR2 aXl2

Rc a²XmV1 aV2

I1Im

I2

+

-

a

+

-

R1a

Xl1

a aR2 aXl2

a²Rc a²XmV1 aV2

aI1

aImI2

+

-

+

-



Prueba de corto circuito

La prueba nos da la siguiente información:

La impedancia de dispersión equivalente del

transformador, la resistencia equivalentereferida al lado de alta y la reactancia de

dispersión equivalente referida al lado de alta.

Pruebas Aplicadas a unTransformador

AV

A W

CA

N1 N2

Fuente

AC

Lado

de alta

Lado

de baja

Req Xeq

Isc

Vsc



Prueba de circuito abierto

Los parámetros a determinar son la admitancia(Ym) de excitación con sus componentes (Rc,

Xm), esta claro que la impedancia de dispersión

no afecta en esta prueba.

V

A W

CA

N1 N2

Fuente

AC

Lado

de bajaLado

de alta

Req Xeq

Rc Xm

ImIc =0

+

-

Circuito

abiertoVoc

+

-

Ioc



Tipos de transformadores

Los transformadores son utilizados en varias aplicaciones desde la

generación, transporte y distribución de la energía; los tipos detransformadores son:

Según su aplicación: Transformadores de potencia, de protección, dedistribución, de comunicación y de medida.

Según el sistema de tensión: Monofásico, trifásico,

Según relación de la tensión del primario y el secundario: Elevador y

reductor. Según el medio: Interior y exterior.

Según el elemento refrigerante: Seco y en aceite

Estos transformadores, funcionan según los principios básicos descritos enel presente capítulo.

El análisis de cada uno de estos dejamos para materia de los siguientescursos

Transformadores de potencia. Son utilizados en la subtransmisión, ytransmisión de la energía eléctrica de alta y media tensión; generalmenteeste tipo de transformadores se lo puede encontrar en las centrales degeneración de energía eléctrica, en las subestaciones transformadoras.

Aplicaciones Máquinas



Aplicaciones MáquinasEléctricas

El mundo de hoy esta construido sobre el avance delsector de la industria; las máquinas eléctricas abarcagran parte del desarrollo industrial y económico.

Las constantes investigaciones han ido mejorandopara que las máquinas eléctricas sean eficientes, de

gran rendimiento y más que todo proporcionen granseguridad al sector industrial.

Las máquinas eléctricas están utilizadas en la vidacotidiana desde el uso de un foco hasta lossuministros de gran potencia; este avance ha hecho

que las máquinas estén inmersas a diferentescambios y mejoras; en estos párrafos siguientesanalizamos la aplicabilidad de las máquinas eléctricasestudiadas en los capítulos anteriores:



Transformadores En los sistemas industriales los transformadores tienen gran aplicabilidad: Se utilizan para la transmisión y subtransmisión de energía eléctrica en las

subestaciones transmisoras, generadores y distribución en general estostransformadores son de gran potencia.

Los transformadores de distribución se utilizan para la distribución deenergía eléctrica de media tensión; se encuentran en las zonas urbanas,

rurales, en las industrias, en la minería, en general en toda actividad querequiera la utilización de energía eléctrica.

Los transformadores de corriente y los transformadores de voltaje utilizadosen general dentro de la industria para toma de muestras de corriente y devoltaje respectivamente, reducirla y a un nivel medible y seguro, que actúaen conjunto con otros dispositivos de medida.

Los transformadores para radio frecuencia, utilizados en la electrónica para

acople de señal. En el sector eléctrico es importante el uso, aplicación y mantenimiento de

transformadores para ofrecer una eficiencia y seguridad al momento degenerar distribuir y consumir energía eléctrica.



BIBLIOGRAFÍA

FITZGERAL, Kinsgley, Máquinas Eléctricas, México, Ed. McGraw- Hill, 2004

ENRIQUEZ HARPER, Gilberto, El ABC de las Máquinas Eléctricas I, México, Ed.Limusa, 2004

Manual Hidroabanico, Instrucciones para el servicio, Ecuador, 2004

ALLER, José, Máquinas Eléctricas Rotativas, Ed. Equinoccio, Caracas, 2007.

GUTIERREZ, Agustín, Teoría y Análisis de Máquinas Eléctricas, UNI- FIEE, Perú,2000

NASAR, S.A, Electromecánica y Máquinas Eléctricas, Ed. Limusa, México, 1997

KOSOW, Irving, Máquinas Eléctricas y Transformadores, Ed. Prentice Hall, México,1993.

CATHEY, Jimmie, Máquinas Eléctricas, Ed. McGraw- Hill, 2002

http://www.edukativos.com

http://miro.h3m.com/~s04be433/maquinaselectricas.htm.

http://www.elprisma.com/apuntes/curso.asp?id=11212

http://www.ilustrados.com/

http://www.edukativos.com/


http://miro.h3m.com/~s04be433/maquinaselectricas.htm












Evaluación Elemental del Estudio

de Máquinas Eléctricas ¿Qué es conversión de energía electromagnética? La conversión de energía electromecánica es el paso que se da entre energía

eléctrica y mecánica o viceversa, a través del campo eléctrico o magnético creadopor un dispositivo de conversión.

¿Cite los tipos de máquinas eléctricas? Máquinas estáticas: Transformadores

Máquinas rotativas: Máquinas AC, máquinas CC, máquinas sincrónicas, máquinas

de inducción. ¿Subraye los elemento básicos de las maquinas rotativos? Tacómetro

Estator

Devanados de inducido

Cojinete

Devanados de Campo

Compresor

Escobillas

Rotor

Termostato



¿Cuál es la constitución de un transformador?Un transformador esta constituido básicamente de un núcleo de materialferromagnético y dos devanados que respectivamente se denominan primario ysecundario.

¿Qué es transformador? Un transformador es una máquina electromagnética que permite aumentar o

disminuir la tensión manteniendo igual la potencia de entrada con la de salida.

Subraye: ¿Inducción electromagnética es? A. Fuerza que existe entre las placas (con cargas opuestas) de un capacitor; ya que

si se coloca un dieléctrico entre las placas, tenderá a moverse a la parte del campocon mayor densidad.

B. Es el movimiento relativo entre un campo magnético y un conductor deelectricidad para generar una fuerza electromotriz.

Subraye: ¿Fuerza electromagnética? Interacción o fuerza que actúa sobre partículas de carga eléctrica. Interacción transmitida por los bosones vectoriales.

Clase Introductoria Maquinas Eléctricas

Documents

Transcript of Clase Introductoria Maquinas Eléctricas