UNIVERSIDAD VERACRUZANAFacultad de Ingeniera Mecnica Elctrica Industrial

MQUINAS ROTATORIAS DE CAMquinas rotatorias multipolares

Agosto Diciembre 2011

M.C. Nereyda Castro Gutirrez

CAMPO MAGNTICO EN MQUINAS ROTATORIASEl campo magntico constante puede establecerse de dos formas en una mquina rotatoriaUtilizando un Electroimn Utilizando un Imn Permanente

Se realiza enrollando una bobina alrededor del material magntico. Una mquina con electroimanes se le llama mquina devanada. Ventajas: Puede controlarse el flujo en la mquina mediante la corriente a travs de la bobina.

El campo se produce por la presencia de imanes permanente

Ventajas: Tamao ms pequeo Mayor eficiencia que la mquina devanada con la misma especificacin de potencia.

MQUINA ROTATORIA DE CORRIENTE ALTERNA Una mquina rotatoria tiene dos partes esenciales hechas de materiales magnticos sumamente permeables: Estator Rotor

El dimetro exterior del rotor es ms pequeo que el dimetro interior del estator de modo que el rotor puede girar con libertad. La mquina rotatoria es un dispositivo con un entrehierro continuo y uniforme. La reluctancia del estator y el rotor es despreciable en comparacin con la reluctancia del entrehierro.

Casi toda la fuerza magnetomotriz (fmm) en el circuito magntico de una mquina rotatoria se consume en establecer el flujo que se requiere en el entrehierro.

MQUINAS ROTATORIA DE CORRIENTE ALTERNA Cada imn cubre la mitad de la circunferencia, el arco mximo posible en un polo es de 180 (mecnicos) Cuando el arco por el que pasa la bobina es 180 elctricos se le llama Bobina de paso completo.Bobina

Cuando el paso de la bobina es menor a 180 elctricos se llama Bobina de paso fraccionario. En la prctica, la periferia del rotor tiene mltiples ranuras. Por lo que las bobinas no son de paso completo.

Bobina rotatoria en una mquina de caSe girar la bobina de una sola espira en la direccin de las manecillas del reloj. a) El flujo que enlaza la bobina es mximo y su tasa de cambio es cero. En la bobina no hay voltaje inducido. b) El flujo que enlaza la bobina se reduce. Este cambio en el flujo induce una fem en la bobina de acuerdo a la Ley de Faraday. La corriente en la bobina de ir de a a b y la fem producida ser positiva.

Bobina rotatoria en una mquina de ca c) La bobina en su posicin vertical propicia un ngulo de rotacin mecnico de 90. El flujo en la bobina es mnimo y la fem inducida y la corriente son mximas. d) Se tiene un ngulo mecnico mayor a 90. El flujo est en aumento, la direccin de la corriente an va de a a b. e) El flujo que enlaza la bobina es mximo pero la fem inducida es nula.

Obtencin de la fem inducida Para obtener y medir la fem inducida en la bobina giratoria se colocan dos anillos rozantes en los extremos de la bobina. La parte interior del anillo que asla la parte externa del eje del rotor. Sobre los anillos rozantes se colocan escobillas que irn conectadas a la carga. Si se instalan anillos bipartidos se propicia una fem rectificada de onda completa.

Mquina bipolar Flujo magntico = P cos P : Flujo por polo : Posicin angular de la bobina en grados elctricos

Fem inducida en la bobina e = -d/dt = sen d/dtP

d/dt : frecuencia angular

e = P sen tSe genera un ciclo (360 elctricos)de la onda cuando la bobina gira una revolucin (360 mecnicos).

Si m representa el ngulo mecnico de rotacin, = m en una mquina rotatoria bipolar.

Mquina multipolares Esta es una mquina de 4 polos. La bobina est devanada para abarcar un solo polo. La distancia entre los dos lados de la bobina es de una cuarta parte de la circunferencia del rotor.

Por cada revolucin de la bobina hay dos ciclos completos de fem inducida. = 720 m = 360

El ngulo elctrico de la fem es dos veces el ngulo mecnico de rotacin.

Mquinas multipolares La mquina de 6 polos tiene una bobina que est devanada para abarcar un polo. La distancia entre los dos lados de la bobina es de una sexta parte de la circunferencia del rotor.

Por cada revolucin de la bobina hay tres ciclos completos de fem inducida. = 1080 m = 360 El ngulo elctrico de la fem es tres veces el ngulo mecnico de rotacin.

Anlisis de parmetros en mquinas rotatorias de ca Del anlisis de las mquinas rotatorias con diferente nmero de polos se pueden obtener los siguientes parmetros. Un par de polos es responsable de un ciclo de fem inducida (1)

Si se deriva (1)

(2)

Si se sustituye = 2f entonces la frecuencia de la fem inducida (3) Si la bobina gira a una velocidad de Nm revoluciones por minuto, la velocidad angular de rotacin es: (4) La ecuacin (3) puede escribirse tambin como: El valor mximo de la fem inducida en una bobina es:

Ejercicios1. El rotor de un generador tetrapolar est devanado con una bobina de 100 vueltas. Si el flujo por polo es de 4.5mWb y el rotor gira a una velocidad de 1800rpm determine lo siguiente:a) La frecuencia de la fem inducida en el rotor b) EL valor mximo del voltaje inducido c) El valor cuadrtico medio (rms) del voltaje inducido para un generador de ca

2.

Si la frecuencia de la fem inducida en una mquina de ocho polos es de 50Hz, a qu velocidad gira el rotor?

3.

Calcule la velocidad de rotacin si la frecuencia de la fem inducida en una mquina de 12 polos esa) b) c) d) e) 25Hz 50Hz 60Hz 120Hz 400Hz