Temario Electrotecnia (Puta Madre).doc

Sistemas Polifásicos es el conjunto de varias tensiones alternas monofásicas senoidales de igual frecuencia, y desfasadas entre sí 2 /q ( siendo q el número de fases)

Los Sistemas Polifásicos según el número de fases son: bifásicos, trifásicos, tetrafásicos, etc…, y en general q – fásicos

Sistemas Polifásicos Equilibrados Un sistema está equilibrado en tensiones sí: las f.e.m.s V1 , V2 , V3 … Vq (que circulan por las q fases) tienen iguales

valores eficaces, e iguales desfases Un sistema está equilibrado en intensidades sí: las f.e.m.s i1 , i2 , i3 … iq (que circulan por las q fases) tienen iguales

valores, e iguales desfases respecto de las tensiones que las producen Un sistema está equilibrado en tensiones y en intensidades sí: estando equilibrado en tensiones, las impedancias por fase

son iguales en modulo y en argumento

Sistemas Bifásicos Sistemas Bifásicos es el conjunto de dos f.e.m.s alternas monofásicas de igual frecuencia, y desfasadas /2

Sistemas Bifásicos a Cuatro Hilos

Sistemas a Tres Hilos

Análisis Vectorial y Complejo de los Sistemas Bifásicos a Tres Hilos Forma Vectorial

Forma Compleja

SISTEMAS TRIFASICOS Sistemas Trifásicos es el conjunto de tres f.e.m.s alternas monofásicas de igual frecuencia, y desfasadas 2 /3

Sistema Trifásico en Estrella a Cuatro Hilos

Sistema Trifásico en Estrella a Tres Hilos

Sistema Trifásico en Triángulo

Sistemas Trifásicos Desequilibrados Triángulo Estrella con Hilo Neutro

Estrella sin Hilo Neutro Estrella de Cuatro Patas

POTENCIA DE UN SISTEMA TRIFÁSICO La potencia total de un sistema de corrientes polifásicas es la suma de las potencias de cada una de las corrientes que

componen el sistema

Sistema Trifásico Equilibrado

Teorema de Boucheroff Conservación de la suma aritmética / vectorial de Potencias Activas y Reactivas / Potencias Aparentes

Sistema Trifásico Desequilibrado

POTENCIA ACTIVA DE UN SISTEMA TRIFÁSICOSistema Trifásico con Hilo Neutro



Sistema Trifásico sin Hilo NeutroFases Accesibles El sistema es en y las fases son accesibles ( es decir, en cada una de ellas se puede conectar un vatímetro que mida su

potencia; por ej. conexión que de la fase ac de la figura )



Fases No Accesibles Se trata siempre de un sistema en Sistema Trifásico Equilibrado

Puede formarse un neutro artificial O, que es un punto que esta al mismo potencial que el punto neutro N La potencia será: P = 3 W


* Método de los Dos Vatímetros * Este método sirve para Sistemas Trifásicos Equilibrados y para Desequilibrados, con la condición de que la distribución

trifásica sea a tres hilosDistribución trifásica a tres hilos

Supongamos un Sistema Trifásico Equilibrado, y un receptor en estrella

El diagrama vectorial, suponiendo secuencia de fases directas será:

La suma de las lecturas de los dos vatímetros es la potencia total del sistema trifásico

Casos particulares:1.2. Uno de los dos vatímetros indica cero

inductivos Si los receptores son capacitivos

3. inductivos Si los receptores son capacitivos

Para poder leer los vatímetros ( que solo tiene un sentido de desviación), invertiremos las conexiones de la bobina de intensidad ó de la de la tensión

( se restará la lectura menor de la mayor ) Por ej. invertir las conexiones de las bornas de tensión del vatímetro equivale a tomar en vez de * Método de los Dos Vatímetros * Este razonamiento se basa en un sistema equilibrado, pero también sirve para un sistema desequilibrado

1. Se instalan los dos vatímetros sobre un mismo conductor ( por ej. el a ) . Tal que las dos bobinas amperimétricas estén recorridas por la misma intensidad , y la voltimétricas estén derivadas entre ese conductor a y otro conductor ( por ej. el c ) .

2. Se establecen las conexiones de forma que los dos aparatos marquen en el mismo sentido.3. Se desconecta uno de ellos del hilo a , pero se deja sin desconectar el hilo unido al c.4. Se conecta el otro terminal al hilo b , y se monta la bobina amperimétrica sobre este conductor de la misma forma en que

estaba unido antes al a 5. Si en estas condiciones, ambos vatímetros marcan en el mismo lado de la escala, se suman las lecturas; y si marcan en

sentido contrario, se resta la menor de la mayor

Cuando se utiliza el “Método de los Dos Vatímetros” en un sistema equilibrado, se puede calcular el ángulo de desfase entre la intensidad y la tensión de una fase

Si la secuencia de fases es inversa, el diagrama vectorial será:

Las lecturas de los vatímetros serán:

Comparando estas expresiones con las anteriores vemos que las lecturas de los vatímetros se han invertido, es decir lo que antes marcaba el vatímetro ahora lo marca el vatímetro , y viceversa

En consecuencia, todas las deducciones anteriores son validas si sustituimos por , y por De esta forma podríamos calcular la secuencia de fases, conocidas las lecturas de los vatímetros y el carácter de la carga.

Recíprocamente, podríamos calcular el carácter de la carga, conocidas las lecturas de los vatímetros y la secuencia de fases

Secuencia de Fases Carga Inductiva Carga Capacitiva

Directa

Inversa

POTENCIA REACTIVA DE UN SISTEMA TRIFÁSICO


Sistema Trifásico Sin Hilo Neutro y Equilibrado en Tensión

FACTOR DE POTENCIA A igualdad de Potencia Activa ( ) producida, recibida ó transmitida; la corriente será tanto más intensa

cuanto menor sea el Factor de Potencia ( ) En los sistemas de generación, transmisión y utilización de la energía eléctrica:

existen limitaciones de potencia ( debidas al calentamiento), que imponen un limite superior a la corriente la potencia máxima depende de la caída de tensión ( que es proporcional a la corriente )

Esto implica que con un factor de potencia pequeño, estos sistemas no absorverán, producirán ó transportarán más que una parte de la potencia para la que han sido proyectadas

Al disminuir el factor de potencia, un aumento de la intensidad implica: aumento de las perdidas por Efecto Joule disminución de la intensidad disponible para otros usuarios. Por lo que el aprovechamiento de las instalaciones

generadoras y de transmisión de energía eléctrica depende de los receptores Un factor de potencia elevado implica:

potencia reactiva pequeña mayor disponibilidad en la intensidad de línea menores perdidas en línea mejor rendimiento de la línea

Medida del Factor de Potencia Factor de Potencia medio de una instalación:

activa Cantidad registrada por el contador de energía

reactiva

inferior a 50 kW, Estos valores serán determinados en instalaciones de potencia contratada

superior a 50 kW, Corrección del Factor de Potencia

Un consumidor para mejorar el factor de potencia de su instalación, debe suministrar él mismo dicha energía reactiva, ) por ej. mediante una batería de condensadores estáticos)

Sea el factor de potencia de la instalación, para elevarlo a , tenemos que hallar la Potencia Reactiva , que dicha batería (con la tensión , y a una frecuencia de ), debe ser capaz de suministrar

Métodos de Corrección del Factor de Potencia

Corrección Individual del Factor de Potencia Generalmente se adapta a motores y a lamparas de descarga Se supone que en circunstancias normales de utilización, la variación de potencia reactiva es más bien pequeña

Compensación de un Grupo de Motores Cuando se instalan motores de reserva, se evitan una duplicación de condensadores

Compensación Centralizada Los condensadores que están permanentemente conectados , aun en periodos de baja carga están produciendo potencia

reactiva continuamente. De este modo cualquier potencia reactiva de exceso se transfiere a la red de sumistro Para evitar los inconvenientes de sobrecompensación, la potencia total de los condensadores fijos debe limitarse entre el

10-15%de la potencia nominal del transformador

RÉGIMEN DEL NEUTROPartes activas Conductores y piezas conductoras bajo tensión en servicio normal Incluye el conductor del neutro, no incluye las ramas

Masa Conjunto de las partes metálicas de un aparato ó de una instalación, que en condiciones normales están aisladas de las

partes activas

Tierra Masa conductora de la tierra todo conductor unido a ella por una impedancia muy pequeña

Neutro Punto de un sistema polifásico que en las condiciones de funcionamiento previstas, presentan la misma diferencia de

potencial con relación a cada una de las fases del sistema

Clasificación de los Riesgos

Directos con dos Partes Activas

con Parte Activa a Tierra Neutro a TierraNeutro Aislado

Indirectos( Masa y Tierra )

Neutro a Tierra Alta tensionBaja Tension

Neutro AisladoNeutro Impedante

CONTACTOS DIRECTOS

C.D. con Dos Partes Activas Puede ser fase-fase ( la tensión es ) o fase-neutro ( la tensión es ) En los dos casos para hacer que el accidente sea imposible ó muy improbable, hay que impedir el contacto con las partes

activas. Para ello se puede: aislarlas, alejarlas, ó protegerlas Aislarlas : protección habitual de los devanados y de los conductores de conexión, pero difícil de realizar para los

terminales, los dedos de los contactos móviles, las espigas de los tomacorrientes. etc. Además el aislamiento se deteriora con los esfuerzos mecánicos y térmicos

Alejarlas : las líneas desnudas aéreas sobre postes deben estar a más de 6 m del suelo en A.T. Protegerlas con una rejilla una puerta de cobre, un panel, etc. Si los conductores se encuentran detrás de una pantalla

de este tipo, está prohibido prohibido suprimirla sin cortar antes completamente la tensión.C.D. con Una Parte Activa y Tierra

Neutro a Tierra La Tensión máxima que afecta al electrocutado es la tensión simple

Contacto Directo Fase – Tierra en Neutro a Tierra

Neutro Aislado Cierre por Efecto Capacitivo de las otras fases con respecto al suelo

Contacto Directo Fase – Tierra en Neutro Aislado: Cierre por Efecto Capacitivo

Cierre por Corriente de Defecto de Aislamiento en otra fase Defecto Franco: conexión accidental, de impedancia despreciable, entre fase y tierra. Defecto Impedante: deterioro del aislamiento (debido a perforación por efecto de sobretensiones, a envejecimiento

térmico o a esfuerzos mecánicos) que ocasiona conexión a tierra con impedancia apreciable.

Contacto Directo Fase – Tierra en Neutro Aislado: Cierre del Efecto en otra Fase

Consecuencias de los Contactos DirectosConsecuencias Teóricas Una red que sea a) corta y b) con un aislamiento bueno y bien conservado no presenta riesgos de que la corriente de fuga

se cierre ni a) por efecto capacitivo, ni b) por fallo de aislamiento. Si además el neutro está aislado, no resta teóricamente ninguna posibilidad de corriente de fuga.

Consecuencias Prácticas Aunque el aislamiento sea bueno en una instalación nueva, no es posible garantizar su conservación en el nivel primitivo,

y mucho menos en circunstancias adversas como las mineras. Por tal razón los Reglamentos exigen la utilización de aparatos de Control de Aislamiento que en caso de defecto dan la alarma ó desconectan la instalación

CONTACTOS INDIRECTOS Son contactos indirectos los que se realizan con masa y tierra. Los volantes, palancas, herramientas portátiles,etc.. pueden convertirse en causa de electrocución, tanto más peligrosa por

cuanto que es anormalmente inesperada. Las masas se conectan a tierra, con lo cual podría pensarse que dicho riesgo desaparece totalmente. Aún en condiciones

óptimas la tierra presenta. Una resistencia que puede provocar riesgos

Calculo de la Corriente de Electrocución

Esquema de una Electrocución por Contacto Indirecto Masa - Tierra

Neutro a Tierra

Modo de Protección contra la Electrocución: para toda la tensión superior a 50 V se debe cortar la corriente con rapidez suficiente para evitar la tetanización

Neutro a Tierra , Alta Tensión Potencial de masa: las redes de distribución de alta tensión están montadas con neutro a tierra,, para evitar la aparición

de tensiones fase-tierra ,superiores a en caso de fallo fase a tierra.

Neutro a Tierra , Alta Tensión

Protección: el interruptor automático D se disparará para un valor de I cc = 50 A; pero puede tardar en disparar ó no disparar. Para ello se preveen los siguientes dispositivos: Un Relé de Tierra R que provoca la apertura del disyuntor en cuanto circula una pequeña corriente homopolar Conexiones equipotencíales: unión de todas las masas y elementos metálicos directamente accesibles entre sí y a

una sola tierra Todo operador de una instalazibn A.T. debe trabajar sobre una banqueta con pies aislantes y estar equipado con

guantes de gaucho

Protección en Neutro a Tierra , Alta Tensión. Se recurre al Relé de Protección de Cortocircuito del Interuptor Automático

Neutro a Tierra para Baja Tensión Las redes públicas están tan sumamente ramificadas, y la potencia transmitida decrece tan significativamente a lo

largo de la ramificación, que es preciso recurrir a una "Protección Selectiva" Cada abonado y cada rama en su bifurcación debe disponer de su propia protección , de manera que un fallo en un

abonado ó en una rama, no prive de suministro energético más que a ese abonado ó a esa rama Las salidas con un cierto nivel de potencia están protegidas mediante interruptores autómáticos, en tanto que las ramas

finales suelen llevar fusibles. Los Dispositivos de Protección Diferencial son relés sensibles a la corriente homopolar, que provocan la apertura el

circuito cuando existe una corriente de fuga, por pequeña que esta sea

Protección en Neutro a Tierra , Baja Tensión

Neutro Aislado

Este sistema se utiliza en redes cortas cortas, como son en las labores mineras El control permanente del aislamiento es rigurosamente necesario

Neutro Impedante Este sistema se utiliza en redes industriales en las cuales:

No interesa el neutro a tierra porque un defecto provoca la parada de toda la instalación No es posible el neutro aislado debido al cierre capacitivo ( gran longitud de cables) ó resistivo (cables en condiciones

difíciles) Se recurre entonces a poner el neutro a tierra, a través de una impedancia del orden de y se establecen dos umbrales:

un umbral de alambra al primer fallo, y un umbral de corte al segundo fallo

GENERALIDADES DE LAS MÁQUINAS ELECTRICAS

Objeto de las Máquinas Eléctricas Transformación de Energía Mecánica en Energía Eléctrica, ó viceversa Transformación de Corriente Continua en Alterna, ó viceversa Transformación de las características de una Corriente Alterna: Convertidores de Fase (varía el nº de fases de una

Corriente Alterna, sin modificar su frecuencia), Convertidores de Frecuencia (varía la frecuencia de la Corriente Alterna), Transformadores (varía la intensidad y la tensión de la Corriente Alterna)

Clasificación de las Máquinas Eléctricas Según la naturaleza de la corriente: de Corriente Continua, de Corriente Alterna Según el modo en que la Máquina trabaja: Estática (todos los elementos de la Máquina realizan su función sin necesidad

de un desplazamiento físico de sus componentes), Giratoria (alguna de las partes que la componen se encuentra sometida a giro)

Según su utilidad: Generadores (transforman cualquier otra forma de energía en energia eléctrica), Receptores (realizan la función inversa de los Generadores), Transformadores y Convertidores (conservan la energía bajo la misma forma, pero con otras caracteristicas)

de Corriente Continua: Acumuladores, Rectificadores Estáticas de Corriente Alterna: Inversores, TransformadoresMáquinas de Corriente Continua: Dinamos, Motores Giratorias de Corriente Alterna: Sincrona, Asincrona, de Colector

Constitución de la Máquina Giratoria Desde el punto de vista Eléctrico, la máquina consta de: Inductor (produce el campo magnético inductor), Inducido

(produce la corriente eléctrica inducida) Desde el punto de vista Mecánico, la máquina consta de: Estator (parte fija de la máquina), Rotor (parte giratoria de la

máquina)

Régimen de las Máquinas Eléctricas Se llama Régimen al conjunto de condiciones que caracterizan el funcionamiento de una Máquina EléctricaTipos de Regímenes Reposo: cuando la máquina está parada, sin alimentación Marcha en Vacío: cuando la máquina está preparada para la transformación de energía. Se caracteriza por la presencia de

tensión eléctrica entre sus bornas. La corriente es muy pequeña, y se denomina “Corriente de Vacío“ Marcha con Carga: cuando la máquina aumenta la transformación de energía, y cubre la demanda del consumidor. La

corriente es mayor, y se denomina “Corriente de Carga“

Parámetros característicos de las Máquinas EléctricasPotencia Nominal Es la potencia para la que haya sido proyectada y construida la máquina En los Generadores es la potencia eléctrica que se puede suministrar En los Motores es la potencia útil ó mecánica que se puede obtenerTensión de Servicio y Tensión Nominal Tensión de Servicio es la que, como término medio, existe entre los bornes de los receptores de corriente, teniendo en

cuenta el conjunto de la red Tensión nominal es aquella para la que se diseña y construye la máquina

Corriente Nominal y Velocidad Nominal Corriente Nominal es la consumida para un trabajo en las condiciones de diseño, a la tensión nominal y con la carga

nominal Velocidad Nominal es aquella para la que se diseña y construye la máquina

FUNDAMENTO DE LAS MÁQUINAS ELECTRICAS Una Máquina Eléctrica se compone de un circuito magnético, y frecuentemente de dos circuitos eléctricos Entre el flujo (en el circuito magnético), y las corrientes (en los circuitos eléctricos)se ejerce una acción reciproca como

consecuencia de los siguientes Principios: 1) una corriente eléctrica, creadora de fuerza electromotriz, engendra un flujo 2)

un circuito recorrido por corriente eléctrica, tiende abarcar el máximo de flujo 3) un flujo variable, rodeado por un circuito cerrado, crea en él una corriente eléctrica inducida

Producción de Fuerza Electromotriz y Corrientes Inducidas Inducción Magnética es la producción de corriente eléctrica a partir de un flujo magnético En un campo magnético cualquier variación del flujo que atraviesa una espira, producen en ella una Fuerza Electromotriz

(f.e.m.). Inducida, y por tanto una Corriente InducidaSentido de la Corriente Inducida El sentido de la Corriente Inducida depende del sentido del movimiento del conductor, y de la dirección de las líneas del

flujo del campo magnéticoAutoinducción La conexión y desconexión de la corriente que recorre la espira, producirá una variación de flujo magnético en esta, lo

que da lugar a una Fuerza Electromotriz de Autoinducción

Corriente de Foucalt El sistema inductor de las máquinas industriales están constituidas por hierro. Durante su funcionamiento, las variaciones

de flujo magnético inducen corrientes que se cierran sobre la propia masa del hierro, y que se llaman Corriente de Foucalt Por lo general estas corrientes son perjudiciales para el buen funcionamiento de las máquinas; para disminuir estas

corrientes, los núcleos magnéticos se construyen formados por láminas aisladas entre sí

Generadores - MotoresConvertidores Electromecánicos Hoy en día más que de Generadores y Motores, se habla de Convertidores Electromecánicos Esquema de un Convertidor Electromecánico

Generador Sistema

Motor

En un aparato funcionando como Generador, el Sistema Mecánico cede energía al Sistema Eléctrico En un aparato funcionando como Motor, el Sistema Eléctrico cede energía al Sistema Eléctrico Mecánico El proceso es reversible, pero una parte de la energía es transformada en calor El acoplamiento entre uno y otro sistema tiene lugar por medio de los campos eléctricos y magnéticos, la energía

relacionada a ambos campos esta relacionada con la energía que se convierte La conversión electromecánica de energía depende de fenómenos de interacción entre campos eléctricos y magnéticos, y

de la manifestación de fuerzas y movimiento Los principales fenómenos de interacción entre campos eléctricos y magnéticos que utilizaremos para este acoplamiento

son: Inducción Electromagnética y Ferromagnetismo Inducción Electromagnética: si por un conductor situado en un campo magnético se hace circular una corriente eléctrica,

se manifestara sobre el una fuerza mecánica ( F ). El proceso es reversible: si varia el flujo magnético relacionado con un circuito eléctrico, se induce en este una fuerza electromotriz ( F )

Ferromagnetismo: al situar un material ferromagnético en el interior de un campo magnético, se ejerce sobre el una fuerza que tiende a orientarlo según la dirección de máxima densidad de flujo. cuando el campo magnético es producido por una corriente, el proceso de conversión de energía es reversible

Ley de Inducción Electromagnética de Faraday Un conductor que se mueve en un campo magnético, cortando líneas de fuerza del mismo, es la base de una f.e.m.

inducida; sí el conductor y la dirección del mov. son normales a las líneas de fuerza que valdrá: e = B · l · v Voltios B inducción en Teslas l longitud del conductor en m. v velocidad de desplazamiento en m/s

Fuerza y Par Electromagnético Ley de Biot y Savart. “Sobre todo conductor recorrido por una corriente, y bajo la acción de un campo magnético. nace

una fuerza mecánica que valdrá:F = B · l · I ·senNewtons

B inducción en Teslas l longitud del conductor bajo la acción del campo en m. I intensidad de la corriente en Amperios áng. formado por el conductor y la dirección del campo magnético El par debido a la totalidad de los conductores de la máquina que se hallen en condiciones análogas, será la suma de todos

los pares individuales, y recibe el nombre de “Par Electromagnético Interno del Convertidor” M

Mediode

AcoplamientoSistemaEléctrico

SistemaMecánico

Partes de un Convertidor Electromecánico: Sistema Mecánico

Medio de Acoplamiento Sistema Eléctrico

La Potencia Electromagnética Interna P de la máquina es el producto del Par Electromagnético Interno del Convertidor M por la Velocidad Angular de Giro P = M · Voltios

Máquina Eléctrica Rotativa: f.e.m. y Par La forma más elemental de una Máquina Eléctrica Rotativa la constituye un cilindro ó tambor magnético Sea el caso de un único conductor a situado sobre el cilindro a la distancia r de su centro, el cual gira cortando

perpendicularmente el Campo Magnético de Inducción B , recorrida por una Corriente de valor instantáneo i La f.e.m. Inducida será:

e = B · l · v Voltios B inducción en Teslas l longitud axial del conductor v velocidad tangencial de giro La Potencia Eléctrica Instantánea generada ó absorbida por tal conductor será: P = e · i

P = B · l · v · i Watios e = B · l · v La Potencia Mecánica aplicada ó desarrollada por tal conductor será: P = M · Watios M Par Mecánico Interno Velocidad Angular de Giro v / r radianes/seg. El conductor a unido por la cara frontal posterior del cilindro, con otro conductor a , constituyen una espira. Por simetría el Par Mecánico Interno del conductor a será igual al del conductor a El Par Interno de la espira aa será: M = 2 · B · L · r · i Nm Si sobre el cilindro se tienen otros conductores en iguales condiciones, el Par Interno total será la suma de los pares

elementales correspondientes a cada uno de los conductores M = B · L · r · i Nm

Balance de Energía El método generalmente utilizado para resolver el problema de la relación entre magnitudes mecánicas (par y velocidad) y

eléctricas (tensión inducida y corriente) en las máquinas eléctricas rotativas, es el que tiene por base el “Principio de Conservación de la Energía”

La conservación electromecánica de energía implica la manifestación de esta energía en cuatro formas distintas y el Principio de Conservación de la Energía conduce a las siguientes expresiones:

Para un MOTOR

= + + Para un GENERADOR

= + +

La Energía transformada en calor en un Convertidor Electromecánico puede ser debida a: A la conversión de parte de la Energía Eléctrica absorbida ó generada en calor directamente a causa de la

resistencia de los circuitos de corriente (efecto Joule) A la absorción de parte de la Energía Mecánica desarrollada por rozamientos y ventilación A la conversión de parte de la Energía absorbida por el campo Magnético de Acoplamiento en calor, por las

pérdidas en el hierro del circuito magnético (Histéresis y Corrientes de Foucalt) El conjunto de la Energía transformada en Calor constituye las pérdidas del Convertidor Electromecánico Si cada una de estas pérdidas las incluimos en el sistema que la origina, la ecuación anterior del motor se escribirá:

= +

Esquema de un Convertidor Electromecánico

i

Incremento de Energía

en el Campo deAcoplamiento

Energía absorbida desdeuna fuente eléctrica

SISTEMA ELECTRICO

Energía transformada en Calor

(Energía degradada)

Energía mecánica cedida

SISTEMA MECANICO

Energía eléctricacedida

SISTEMA ELECTRICO

Energía mecánica absorbida

SISTEMA MECANICO

Incremento de Energía

en el Campo deAcoplamiento

Energía Eléctrica absorbida menos

Pérdidas Efecto Joule

Energía Mecánica cedidamas

Pérdidas por Roce y Ventilación

Incremento de Energíadel Campo de Acoplamiento

masPérdidas Asociadas

SISTEMA

ELECTRICO

Calor debido a las Pérdidas por Efecto Joule

Medio de Acoplamiento

(Campo Magnético)

SISTEMA

MECANICO



R U e

Constitución de la Máquina Eléctrica RotativaEstator (parte fija), Rotor ( parte movil), Entrehierro (pequeño intervalo de aire entre el estator y el rotor)

Materiales que intervienen en la Constitución de la Máquina Eléctrica Rotativa Materiales Activos: aquellos que son base del campo magnético ó de fuerzas electromotrices inducidas.

Son materiales ferromagnéticos de alta permeabilidad: hierro, cobre, acero Materiales Aislantes ó Pasivos: aquellos que sin intervenir en los fenómenos de conversión de energía son necesarios

para aislar las corrientes eléctricas y evitar fugas de corrientes Materiales Estructurales: aquellos que realizan funciones de accionamiento, de lubricación, de sustentación, de

ventilación.

Motores de Colector En este tipo de máquinas tenemos:

Corriente Alterna en el devanado y en el inducido Devanado Inducido en el rotor de ejecución igual al de las máquinas de corriente continua Devanado Inductor en el estator Conmutador y escobillas en el rotor

Análisis del funcionamiento de la Máquina Eléctrica Rotativa De una Máquina Eléctrica Rotativa se necesita conocer:

La f.e.m. inducida y de la tensión en bornes Las corrientes que circulan por sus devanados Los pares y sus velocidades

EL CIRCUITO MAGNETICOCurva de Inducción

inducción permeabilidad absoluta del vacío permeabilidad relativa del metal

Circuitos MagnéticosTh. de Ampere:

Energía absorbida desde una fuente eléctricaSISTEMA ELECTRICO

Para un Toro de hierro, de longitud media arrollado por espiras

A lo largo de un contorno , para un nº de espiras

Ley de Hopkinson (Es análoga a la Ley de Ohm en los circuitos eléctricos):

Cuadro de Correspondencia entre Circuito Eléctrico – Circuito MagnéticoCircuito Electrico Circuito MagneticoFuerza Electromotriz Fuerza MagnetomotrizCorriente Flujo MagnéticoDensidad de Corriente Inducción Resistencia ReluctanciaConductividad Permeabilidad



Circuito Magnetico con Elementos de distinta Seccion y PermeabilidadCircuitos con Elementos en Serie ó Circuito Serie

El circuito de la figura está formado por distintos elementos 1, 2, 3, 4, en serie Entre los elementos está el Entrehierro (rendija de aire, de longitud , y permeabilidad ) La bobina de espiras, (arrollada sobre el elemento ), recorrida por la corriente , determinará un flujo Th. de Ampere

Caracteristica Magnéticadel Circuito Serie

Circuitos con Elementos en Paralelo ó Circuito Paralelo

Caracteristica Magnética del Circuito Paralelo

Histéresis Alternativa

Ciclo de Histéresis

Cuando una muestra de un material ferromagnético, es sometida a imantaciones alternativas, partiendo de cero, entre los limites y

; la variación de la Inducción sigue la curva OA, y los ciclos cerrados ACDEFGA, simétricos con relación al origen. Estos ciclos son iguales, después de varias alternancias

Este fenómeno de Histéresis implica una disipación de energía Determinación de las Pérdidas por Histéresis

Sea el Toro Magnético, de sección , de desarrollo medio , rodeado por una bobina de espiras

Ley de Inducciónresistencia de la bobina flujo creado por la f.m.m

Multiplicando ambos miembros por , y sustituyendo

Integrando esta expresión a lo largo de un ciclo completo

El primer miembro nos da la energía total absorbida por la bobina durante un ciclo

Energía disipada por Histéresis en el hierro, bajo forma de calor: Pérdidas en el Hierro

La adición del carbono al hierro en proporción de algunas centésimas, alarga el Ciclo de Histéresis, y reduce la imantación de saturación, ( si añado silicio al ciclo, este se estrecha)

Histéresis Rotativa

En un campo magnético de inducción cte. , introducimos un anillo de hierro, ( cuyo eje sea perpendicular a la dirección del campo), y lo hacemos girar alrededor de su eje. Al dar una vuelta completa, todo el anillo ha estado sometido a imantaciones variables en magnitud y sentido, que determinan un Histéresis Rotativa

Pérdidas en las Máquinas EléctricasPérdidas en el Hierro Son debidas a un flujo variable

Pérdidas por Corrientes de Focault espesor de la chapa frecuencia inducción

Pérdidas por Histéresis Magnética cte. frecuencia inducción

Pérdidas EléctricasPérdidas por el Efecto Joule En todo conductor recorrido por una corriente eléctrica se producen pérdidas por Efecto Joule

Pérdidas por caída de Tensión en las escobillas Siempre que el rotor de una máquina ha de permanecer en conexión con los circuitos exteriores estacionarios, para que la

corriente circule entre uno y otro circuito, se utilizan colectores y escobillas La superficie de contacto entre el colector y la escobilla ofrece resistencia al paso de la corriente, y provoca una caída de

tensión y unas pérdidasPérdidas por el Efecto Spi El Efecto Spi consiste en la concentración de corriente alterna en la periferia de los conductores; con lo que se aumenta la

resistencia y se producen las pérdidas

Pérdidas MecánicasPérdidas por Rozamiento entre Ejes y Cojinetes Al girar el eje de la máquina, roza con los cojinetes, y produce pérdidas Dependen de las superficies, materiales utilizados, lubricados, etc.… Pérdidas por Rozamiento de las Escobillas Dependen del material del que están hechas las escobillasPérdidas por Ventilación Dependen de la potencia y de la velocidad de la máquina Cuanto más gordo sea el ventilador de la máquina, mayor serán las pérdidas

Pérdidas por Aislante Son pérdidas debidas al tipo de aislante

Pérdidas Adicionales Son pérdidas que tenemos en el hierro, cuando pasamos del vacío a la carga

Clasificación de las PérdidasIndependientemente de la Carga Mecánicas: dependen de la velocidad En el Hierro: dependen de la frecuencia y de la inducción Pérdidas por el efecto Joule en la excitaciónCrecen con la Carga

Son debidas al efecto Joule. No crecen linealmente, crecen parabólicamente, dependiendo de la intensidad

Calentamiento en las Máquinas Eléctricas Las pérdidas de potencia se traducen en calor, produciendo un aumento de temperatura, es decir un calentamiento de los

órganos de las máquinas Para un régimen determinado, cada uno de los órganos alcanzará una temperatura límite Materiales Aislantes Los materiales aislantes se colocan entre los conductores con potenciales diferentes; y entre los conductores y el hierroAislantes Minerales Son los mejores aislantes Es difícil trabajar con ellos Amianto, porcelana, vidrio, etc… Aislantes Orgánicos

Son buenos aislantes Es fácil trabajar con ellos, su punto de resistencia al calor no es excesivo Clasificación

Fibrosos: algodón, madera, papel, etc.. Resinosos: baquelita, resina, etc…

Aislantes Organo – Silícicos Las Siliconas son magníficos aislantes, que se usan para todo, pero es caro económicamente

Ventajas e Inconvenientes de los Materiales Aislantes Los aislantes Orgánicos tienen gran facilidad para amoldarse a las formas que exige su utilización.

Estos aislantes se deforman y destruyen fácilmente por el calor Los aislantes Minerales soportan mejor las temperaturas, pero son más difíciles de utilizar Las Siliconas resisten bien las temperaturas elevadas

Estos aislantes permiten, a igualdad de volumen, obtener máquinas más potentes; pero su precio es más elevado

Temperatura Limite y Temperatura CriticaLa Temperatura Limite Es la máxima temperatura que alcanzarán los órganos de la máquina, para sus condiciones de funcionamiento Depende del régimen de funcionamiento de la máquina, y de las condiciones en que este régimen se produceLa Temperatura Critica Es la máxima temperatura que puede soportar, sin alterarse un aislamiento durante un tiempo dado Cuanto mayor sea la temperatura, menor será el tiempo que el aislante puede soportarla

Ventilacion El calor disipado por un cuerpo es proporcional a su superficie, y a la diferencia de temperatura con el medio ambiente

pérdidas disipadas cte. de proporcionalidad superficiediferencia de temperatura entre la máquina y el medio ambiente

Una mejor ventilación, aumenta la potencia de una máquina eléctrica para unas dimensiones dadas La Ventilación Artificial crea pérdidas adicionales por ventilación

Estas pérdidas no son comparables con el aumento de potencia, que permite una mejor refrigeración

Régimen Régimen es el conjunto de valores de las magnitudes de explotación (intensidad, par, tensión, velocidad, etc…), que

caracterizan el funcionamiento de la máquina en un instante dadoRégimen Normal Es aquel que, (en servicio continuo), da a los diferentes órganos de la máquina, temperaturas algo inferiores a los limites

impuestosRégimen Intermitente A cada periodo de trabajo, sigue uno de reposo, en el que la máquina se enfría

Curva deCalentamiento y de Refrigeración

Capacidad de Sobrecarga Una máquina puede soportar una sobrecarga sin peligro de un calentamiento excesivo durante algún tiempo, ( cuanto

mayor sea la sobrecarga, menor es el tiempo) La Capacidad de Sobrecarga es la aptitud para soportar, sin calentamiento excesivo, una sobrecarga durante un tiempo

dadoEs la relación de la potencia admisible a la potencia normal, precisando el tiempo durante el que se aplica la sobrecarga

Rendimiento en las Máquinas Eléctricas Para un régimen dado en una máquina, el Rendimiento es la relación entre la Potencia Util que se obtiene, y la

Potencia Absorbida por la máquina

Constitución

Una Máquina de Corriente Continua es un convertidor electromecánico rotativo, que en virtud de los fenómenos de inducción y de par electromagnético, transforma la energía mecánica en energía eléctrica continua (generador de c.c. ó dinamo); ó viceversa, transforma la energía eléctrica continua en energía mecánica (motor de c.c.)

Una Máquina de Corriente Continua consta de: Estator, Rotor, Colector de Delgas, Collar Portaescobillas y Escobillas, Soportes ó Escudos Laterales

Estator: formado por una corona de material ferromagnético, en cuyo interior van los polos (salientes radiales de hierro macizo). Alrededor de los polos estan las bobinas de hilo de cobre, estas bobinas crean el campo magnético inductor de la máquina

Rotor: formado por una corona de material ferromagnético Colector de Delgas: sirve como convertidor de frecuencia Collar Portaescobillas y Escobillas: el collar portaescobillas esta formado por un aro de fundición de hierro. A este collar

van sujetas las cajas portaescobillas. Estas cajas retienen las escobillas, que establecerán el enlace eléctrico entre las delgas del colector y el circuito de c.c. exterior

Soportes ó Escudos Laterales: son de fundición de hierro, en su parte central se encuentran los cojinetes

Principio de Funcionamiento Máquina de Corriente Continua como Generador El devanado inductor creara u n campo magnético, cuyas líneas de inducción atraviesan el entrhierro (espacio que separa

los polos del rotor); de forma que la variación de la inducción a o largo de la circunferencia, tendrá tantas alternancias como polos tenga la máquina

F.e.m. alternativa que genera cada bobina e = B · l · v La tensión que se recoge entre las escobillas es unidirrecional y casi cte. Máquina de Corriente Continua como Motor Estando la máquina en reposo, y excitando el campo magnético, se aplicará una tensión continua a las escobillas Esta tensión determinara la circulación por cada rama del devanadoinducido de una corriente, que bajo la acción del

campo magnético dará lugar, en cada conductor periférico de las bobinas, a una fuerza electromagnética La inversión de la polaridad del campo magnético, y del sentido de la corriente, determinará que todas las fuerzas

electromagnéticas tengan el mismo sentido tangencial

Sistema de Excitación El campo magnético ( que es el medio de acoplamiento entre el sistema eléctrico y el mecánico), puede ser producido por

imanes permanentes ó por bobinas alimentadas por c.c. Lo general es que el campo magnético este creado por bobinas inductoras, colocadas en el estator alrededor de los polos

principales Excitación Independiente: la fuente de alimentación del devanado inductor es ajena a la máquina Autoexcitación: la fuente de alimentación del devanado inductor es de la máquina. Existen tres tipos de máquinas

autoexcitadas: máquina serie, máquina derivación, y máquina compuesta

Funcionamiento en Carga de la Máquina de Corriente Continua El Funcionamiento en Carga de la Máquina de Corriente Continua es un conjunto de fenómenos, que producen una

diferencia entre la tensión en bornes y la f.e.m. que se induce en la misma, cuando la máquina funciona sin carga (es decir en vacío), manteniéndose cte. la excitación

Esta diferencia es debido a: La caída de tensión debida a la resistencia del devanado inducido y a la resistencia de contacto de las escobillas

con las delgas La f.m.m. producidas por las bobinas del inducido, al ser recorridas por la corriente de carga, que da origen a la

reacción magnética del inducido

Reacción Magnética Transversal del Inducido La Reacción Magnética Transversal del Inducido consiste en que cuando una máquina funciona en carga, la f.m.m. del

inducido y la f.m.m. del sistema inductor excitan el flujo útil que atraviesa el inducido Esta Reacción Magnética Transversal del Inducido produce una debilitación del flujo útil, y de la f.e.m. inducida; y una

variación de la forma de la curva de inducción (esta variación también es debida al aumento de las perdidas en el hierro del inducido y de la tensión entre dos delgas contiguas del colector)

El incremento de tensión entre delgas, puede modificar dificultades en el funcionamiento de la máquina, constituyendo un importante factor limitativo de la capacidad de sobrecarga de las Máquinas de Corriente Continua

En la curva de inducción resultante en carga podemos ver que existe un desplazamiento de la línea magnética con relación al eje transversal ó línea neutra. Este desplazamiento responde a sentidos de campo y corrientes en el inducido, en la máquina funcionando como generador. Si la máquina funcionase como motor, el desplazamiento de la línea neutra seria en sentido opuesto al de giro

Reacción Longitudinal del Inducido

La Reacción Longitudinal del Inducido no modifica la forma de la curva de inducción, solo afecta a la magnitud del flujo resultante

LA CONMUTACION EN LAMÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA

La Conmutación En el proceso de la Conmutación intervienen fenómenos térmicos, electromagnéticos y electromecánicos La Conmutación parte de las siguientes hipótesis

Toda la superficie de la escobilla adyacente a la superficie de las delgas del colector, conduce la corriente uniformemente

La resistencia de contacto entre las escobillas y delga es inversamente proporcional a la superficie adyacente, e independiente de la intensidad de corriente

La escobilla tiene un ancho igual al ancho de la delga, despreciando la anchura de la plaquita de mica aislante entre las delgas

Diagrama de la Conmutación: La variación de la corriente en la bobina que conmuta, se representa gráficamente mediante el Diagrama de la Conmutación; tomando el tiempo como abscisa, y la corriente por ordenada

Ecuación General de la Conmutación La bobina en curso de conmutación con las delgas de sus extremos y la escobilla constituyen un circuito cerrado, así que

podemos aplicar la 2ª Ley de Kirchof: Ecuación General de la Conmutación: La f.e.m. de Conmutación es la f.e.m. inducida en la bobina por el campo existente en la zona de conmutación

inducción en la zona de conmutación en Teslas longitud activa del conductor en m velocidad tangencial del conductor en m/s numero de espiras de la bobina en cortocircuito es la f.e.m. de Autoinducción de la bobina inductancia propia ó coeficiente de autoinducción de la bobina es la suma de las f.e.ms. de inducción mutua, debidas a las distintas bobinas, cortocircuitadas simultáneamente con

una inducción mutua entre ellas no despreciable es la resistencia de contacto de una delga completa Condición de Arnold: tiempo de conmutación Condiciones para una buena Conmutación Limitar la densidad de corriente, impidiendo que alcance valores exagerados en cualquier punto de contacto de las

escobillas con las delgas La suma de las f.e.ms. es constantemente nula La resistencia de la bobina sea despreciable Las resistencias y son inversamente proporcionales a la sección de contacto escobilla-delga La f.e.m. de conmutación tiene un sentido dependiente de la polaridad del campo magnético exterior que corta la bobina

cortocircuitada. Este sentido puede ser el mismo sentido que tiene la corriente en la bobina al iniciar la conmutación ( tendera a retrasar la inversión aun más, pues será equivalente aun aumento de las f.e.ms. de autoinducción ó inducción mutua), ó ser opuesto al sentido que tiene la corriente en la bobina al iniciar la conmutación ( será opuesto a las f.e.ms.

y , esto favorecerá la inversión de la corriente)

Decalado de las Escobillas El Decalado de las Escobillas se obtiene desplazando las escobillas sobre el colector en el sentido de giro (sí es un

generador), ó en el sentido opuesto al giro (sí es un motor), más allá de la línea neutra magnética; así situaremos las bobinas en conmutación en un campo de polaridad opuesta a la anterior, invirtiéndose el sentido de , y favoreciendo la conmutación de la corriente

El Decalado de las Escobillas tiene como inconvenientes que: trabajando la máquina con excitación cte., el ángulo de decalado debe aumentar si la carga aumenta, y disminuir si la

carga disminuye trabajando la máquina a carga cte., el ángulo de decalado debe ser tanto más reducido cuanto más se incremente la

excitación

Polos de Conmutación Para solucionar el problema de la conmutación, inyectaremos en la bobina en conmutación, una f.e.m. de rotación que

siempre compense la carga, y las f.e.ms. de autoinducción e inducción mutua El método general es crear en las zonas de conmutación del inducido, un campo magnético de inducción y polaridad

apropiados, para que introduzca la f.e.m. que necesitamos en las bobinas cortocircuitadas Este campo se obtiene colocando, (en el estator de la máquina), entre los polos inductores ó polos principales, los polos de

conmutación ó polos auxiliares En los generadores, los polos auxiliares deberán tener una polaridad igual a la de los polos principales que le siguen en el

sentido de giro de la máquina En los motores, los polos auxiliares deberán tener una polaridad opuesta a la de los polos principales que le siguen en el

sentido de giro de la máquina La magnitud del flujo creada por estos polos, tendrá que ser tal que el valor de la f.e.m. de rotación (debida a este

campo en la bobina en conmutación), sea tan próximo como sea posible a la suma de Si queremos mantener una igualdad entre estas f.e.ms., la inducción del campo de conmutación deberá ser proporcional a

la corriente del inducido. Para esto, las inducciones en los polos de conmutación serán del orden de 0,8 a 1 Tesla; y al entrehierro de estos polos se le da un valor ligeramente superior al de los polos principales

Devanado de Compensación El Devanado de Compensación constituye uno de los métodos más eficaces para mejorar la conmutación en las máquinas

sujetas a bruscas sobrecargas y a frecuentes cortocircuitos. Este es el caso de los generadores que alimentan redes de tracion eléctrica de c.c., y en los motores de potencias elevadas y de trabajo muy duro

Cuando se tiene un Devanado Compensador ó de Compensación, el devanado de los polos auxiliares ó de conmutación, deberá crear la excitación necesaria, para obtener en las bobinas cortocircuitadas el campo que compense las f.e.ms. de autoinducción e inducción mutua

MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA COMO GENERADOR

Generadores de Corriente Continua Debido a la reversibilidad de las máquinas eléctricas, puede invertirse el funcionamiento de un motor eléctrico de corriente

continua (c.c.), funcionando ahora como un generador En los generadores la velocidad (que suele ser cte.) viene dada por el motor que lo acciona, y la tensión en bornes y la

excitación son incógnitas En los motores la tensión en bornes viene dada por la red, y la velocidad y la excitación son incógnitas

Generador de Excitación Independiente La corriente de excitación no depende de la tensión en bornes del inducido La velocidad es cte., y la corriente de carga es cero Una variación de la velocidad, implica una variación en la Curva de Vacío

Característica en Vacío (ó Curva de Funcionamiento en Vacío, ó Curva de Vacío)

Característica Exterior

Si trazamos las curvas correspondientes a distintos valores de la corriente de excitación Ie ,Ie ,Ie … obtendremos una familia de curvas

Característica de RegulaciónLa tensión en bornes V y la velocidad n son cte.

La velocidad y la excitación son cte.

Generador de Excitación Derivación ó Generador de Excitación Shunt(ó Dinamo Derivación) Para obtener la autoexcitación de la máquina, debe existir un pequeño flujo remanente en el circuito magnético Gracias a este flujo, al hacer girar el inducido, se creará en el una pequeña f.e.m., llamada tensión remanente Si aplicamos esta tensión remanente al circuito inductor, la f.e.m. remanente se incrementará Debido a la saturación: manteniendo cte. las resistencias, a mayor f.e.m., corresponde mayor corriente, un refuerzo del

flujo, un aumento de la f.e.m., y así sucesivamente hasta alcanzar un equilibrio de la tensión en bornes, que dan lugar a que la corriente de excitación y el flujo sean cte.

Característica en Vacío (ó Curva de Funcionamiento en Vacío, ó Curva de Vacío)

Solo podremos obtener puntos de la Característica de Vacío, situados más allá de la parte rectilínea inicial

Característica Exterior Cualquier variación de la velocidad de la máquina afectará sensiblemente y en el mismo sentido a la tensión en bornes,

tanto más cuanto menos saturada trabaje la máquina Se recomienda que la máquina trabaje saturada, sobre los puntos de la característica en vacío, que hayan sobrepasado el

codo de la característica de vacío

Generador de Excitación Serie

(ó Dinamo Serie) Resistencia del devanado inductor R es pequeña Corriente de excitación alta Devanado inductor de pocas espiras Conductor de gran sección

Característica en Vacío Característica Exterior

Generador de Excitación Compuesta

Característica en Vacío Se obtendrá alimentando el devanado de derivación independientemente, ó haciendo uso exclusivamente del devanado

derivación

Característica Exterior

Curva 1. Compuesta Plana. Tensión cte. para cualquier carga comprendida entre vacío y la nominal Curva 2. Máquina Hipercompuesta. La tensión en bornes aumenta con la carga Curva 3. Máquina Hipocompuesta. La tensión en bornes acusa una ligera caída de tensión con la carga Curva 4. Fuerte descenso de la tensión y limitado valor de la corriente de cortocircuito

Esta característica resulta de la composición de las características exteriores de la dinamo derivación y de la dinamo serie

Funcionamiento en Paralelo de los Generadores Dos ó más generadores estarán acoplados en paralelo, cuando todos sus bornes de idéntica polaridad estén unidos entre sí,

y conectados a un borne único por polo, al cual se conecta la red eléctrica. Ningún generador puede invertir la polaridad con relación a los demás generadores Para invertir el sentido de la corriente de excitación en una máquina, se debe invertir el sentido en las demás Para que dos ó más generadores estén acoplados en paralelo, han de cumplirse las condiciones de Estabilidad La primera condición es que la característica exterior del conjunto de generadores presente en su punto de intersección, un

valor de dU/dt inferior al que tiene la red en ese punto La segunda condición es que si un grupo funciona a mayor velocidad de la nominal, tome una fracción mayor de la carga;

y viceversa, si un grupo disminuye su velocidad, este reduzca su participación en el reparto de la carga

MÁQUINA DE CORRIENTE CONTINUA COMO MOTOR

Motores de Corriente Continua Fuerza electromotriz Par electromagnético

Adaptación automática del Par Motor al Par Resistente En el circuito inducido

tensión aplicada a los bornes del inducido intensidad del inducidoinductancia del devanado del inducido resistencia del inducidof.e.m. caída de tensión del inducidocaída en las escobillas, bajo la

En régimen estacionario, ( velocidad y corriente cte. en el inducido), desaparece el término , quedándonos

Determinándose el Par Resistente Mecánico interno que desarrolla el motor

Un aumento del Par Resistente Mecánico implica una disminución de la f.e.m. Una disminución de la f.e.m. implica un aumento de la Corriente del Inducido Un aumento de la Corriente del Inducido implica un aumento del Par Motor

Arranque de los Motores de Corriente Continua Corriente del Inducido del motor en régimen en marcha

La disminución de la Tensión , (aplicada al inducido), puede obtenerse mediante una resistencia intercalada entre la red de alimentación y el inducido; ó mediante equipos electrónicos a base de componentes de estado sólido

Características de los Motores de Corriente Continua Para todas las Características, la Tensión V es cte. Característica de Velocidad

La Velocidad está en función de la Corriente del Inducido Característica de Par

El Par está en función de la Corriente del Inducido Característica Mecánica

El Par está en función de la Velocidad

Motor de Excitación Derivación ó Motor Shunt La Velocidad es cte.

Característica de Velocidad Característica de Par Característica Mecánica

Motor de Excitación Serie Hay que regular su Velocidad, porque no es cte.

Característica de Velocidad Característica de Par Característica Mecánica

Motor de Excitación CompuestaCaracterística Mecánica

Regulación de la Velocidad de los Motores de Corriente Continua La regulación de la velocidad de una máquina sirve para:

Mantener la velocidad tan próxima como sea posible a un valor previamente fijado; independientemente de los factores perturbadores que actúan sobre dicha velocidad

Variar la velocidad entre limites mas ó menos amplios, según las exigencias del servicio La velocidad de régimen de los motores eléctricos depende de la igualdad de los pares motor y resistente ( igualdad

definida por el punto de intersección de las respectivas características mecánicas) Si la característica mecánica de la carga es invariable, la regulación de la velocidad consistirá en desplazar adecuadamente

la característica mecánica del motor eléctrico

Si el par es cte, se puede variar la velocidad del motor desde cero a su valor nominal, variando la tensión aplicada a los bornes del circuito

La tensión aplicada a los bornes del circuito se puede variar de dos formas: Intercalando una resistencia en serie con el inducido: Regulación por Resistencia Variando la tensión del circuito de alimentación del inducido: Regulación por Control de la Tensión

Para la Regulación por Control de la Tensión aplicada al inducido se emplean el Grupo Elevador - Reductor, y el Grupo Ward - Leonard

Grupo Elevador - Reductor El Grupo Elevador - Reductor consiste en un grupo motor - generador de c.c. La f.e.m. del generador se inyecta en el circuito de alimentación del motor cuya velocidad deseamos regular Se regula la f.e.m. inducida Invirtiendo el sentido de la corriente de excitación, se invierte el sentido de la f.e.m. inducida; pudiéndose restar ó sumar

esta f.e.m. a la tensión de la red de alimentación El inconveniente de este grupo es que la dinamo debe tener un colector capaz de conmutar la corriente máxima del motor,

y puede resultar de grandes dimensiones Grupo Ward - Leonard El Grupo Ward - Leonard consiste en un grupo convertidor motor - generador de igual potencia que el motor cuya

velocidad queremos regular, y con el único fin de alimentar a éste motor Este grupo autofrena la velocidad El generador alimenta el motor de excitación independiente, a velocidad regulada y a flujo cte.

Los devanados de excitación del generador y del motor se alimentan de la red de corriente alterna Cuando estos grupos se someten a servicios con fuertes y rápidas variaciones de carga, es aconsejable disponer un

Volante de Inercia sobre el eje del grupo Ward – Leonard Este volante, (que por su inercia compensa las bruscas vibraciones del grupo), limita los golpes de la corriente

sobre la red, y acumula el exceso de energía que puede existir en el proceso Para la regulación de la velocidad, (como la tensión es cte.), variamos el flujo cuando variamos la excitación. Para

ello colocamos un reostato en serie / paralelo con la excitación, si el Motor está en serie / paralelo

Otra forma de regulación de la velocidad es actuando sobre el flujo inductor Como a igualdad de corriente en el inducido, la velocidad es inversamente proporcional al flujo; la variación del

flujo se consigue regulando la corriente de excitación, mediante un reostato en serie / paralelo si es un Motor Derivación ó Shunt / Serie.

Esta regulación es muy simple y de reducido consumo de energía; pero el campo de regulación que permite no es muy amplio

Los motores que se regulan de esta forma, se proyectan para funcionar a la velocidad nominal cuando están plenamente excitados. La regulación tiene lugar desde esa velocidad hacia arriba, reduciéndose gradualmente la corriente de excitación

La Regulación a Potencia Constante es la regulación de la velocidad de un Motor Derivación ó Shunt por Variación de la Excitación

La Regulación Mixta combina, sobre el mismo Motor, la Regulación por Control de la Tensión del inducido, y la Regulación por el Campo ( que equivale a la Regulación de la Corriente de Excitación)

La velocidad nominal del motor es la que corresponde a la tensión nominal del inducido y a la excitación máxima del campo

Las velocidades inferiores / superiores a la nominal se obtienen reduciendo la tensión / el flujo

Frenado de los Motores de Corriente ContinuaFrenado Reostático ó Dinámico

Consiste en disipar la energía eléctrica generada por el motor al funcionar como generador, sobre unas resistencias eléctricas

Para frenar el motor se le desconecta de la red de alimentación, y se conecta sobre un reostato de cargaMotor Derivación ó Shunt Si el sentido de funcionamiento como generador es el mismo / contrario al que tenia como motor, para que sea posible la

autoexcitación no / si es necesario invertir las conexiones del inducido con el inductor

Motor Serie Si al pasar del funcionamiento como motor al de frenado reostático, es el mismo sentido de giro, y las mismas conexiones

del inducido con el inductor, no será posible la autoexcitación de la máquina Maniobras para realizar el Frenado Reostático:

Desconectar el motor de la red Invertir las conexiones del devanado inducido respecto al inductor Conectar la máquina al reostato de carga, e ir reduciendo el valor de su resistencia

Si al pasar del funcionamiento como motor al de frenado reostático, es el sentido opuesto de giro; no es necesario invertir las conexiones del inducido con el inductor; porque la inversión del sentido de giro implica una inversión del sentido de la f.e.m., y el sentido de corriente en el inductor será el mismo que cuando la máquina funcionaba como motor

Motor de Excitación Compuesta Si el sentido de funcionamiento como generador es el mismo / contrario al que tenia como motor si / no es necesario

invertir las conexiones del inducido con el inductor

Frenado RegenerativoMotor Derivación ó Shunt La energía cinética del grupo motor - carga que queremos frenar se restituye a la red de alimentación del motor Si se invierte de sentido el Par Resistente , y funciona en el mismo sentido que el Par Motor, aumentará la velocidad,

la f.e.m. inducida aumentará y superará a la tensión en bornes del inducido, invirtiéndose el sentido de la corriente en el inducido

Si el motor fuera frenado girando en sentido opuesto de giro al original, es necesario invertir las conexiones del inducido con el inductor

Motor Serie Se excita el motor mediante una generatriz auxiliar, movida por un motor eléctrico, (que está alimentado por la red) En el caso de las locomotoras eléctricas con varios motores: se excita el motor utilizando uno de estos motores como

generador de excitación independiente, y con este motor se alimenta a los inductores del resto de los motores, ( que funcionan como generadores de excitación independiente sobre la red)

Motor de Excitación Compuesta El frenado actúa solo con el devanado derivación, desconectando el serie Si se mantiene conectado el serie, habrá que invertir sus conexiones, ( si no se invierten, la máquina funcionará como

compuesta diferencial)

Inversión del Sentido de Giro de los Motores de Corriente Continua Si la inversión tiene lugar con la máquina parada, es indistinto invertir las conexiones del inducido con el inductor Si la inversión tiene lugar con la máquina en marcha, es necesario colocar el inversor sobre el circuito del inducido, y no

en el inductor, para evitar que este quede sin excitación, y se pare la máquina

Aplicaciones de los Motores de Corriente Continua Para elegir el tipo de motor que necesitamos debemos fijarnos en:

Velocidad cte., variable entre determinados limites ó regulable en función de un parámetro Par de Arranque inferior, igual ó mayor que el Par Nominal (ó de Plena Carga), en función de la máquina Valor máximo de la corriente en la conexión del motor a la red limitado por las empresas de distribución de

energía eléctrica ó por el reglamento de policía industrialMotor Derivación ó Shunt(Velocidad cte., autoregulable en velocidad) Mando de máquinas de velocidad cte. independientemente de la carga: fresas, taladros, tornos… Accionamiento de ejes de transmisión, cuando el par de arranque no es demasiado elevado: bombas, ventiladores…Motor Serie(Velocidad variable respecto de la carga. Par de Arranque grande, soporta grandes esfuerzos y calentamientos) Tracción eléctrica en locomotoras, tranvías, y trolebuses GrúasMotor de Excitación Compuesta( Características intermedias entre el Motor Derivación ó Shunt y el Motor Serie) Tracción eléctrica en zonas montañosas con fuertes pendientes

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Condiciones para el Acoplamiento en Paralelo de TransformadoresIgual Frecuencia en las Redes a Acoplar Todos los Transf.s acoplados en paralelo tendrán la misma frecuencia

Iguales Desfases Secundarios respecto al Primario Todos los Transf. s tendrán el mismo ángulo de desfase entre las fuerzas electromotrices primaria y secundaria Se pueden acoplar en paralelo, (sin ninguna variación en sus conexiones del primario y del secundario), los siguientes

Transf.s: los grupos cuyo índice de conexión es 0 / 5 / 6 / 11 , entre sí Se pueden acoplar en paralelo, (variando sus conexiones exteriores / interiores del primario y / o del secundario), los

siguientes Transf.s : los grupos cuyo índice de conexión es 5 / 0 , con los grupos cuyo índice de conexión es 11 / 6 No se pueden acoplar en paralelo, los siguientes Transf.s : los grupos cuyo índice de conexión es 0 / 0 / 6 / 6 , con los

grupos cuyo índice de conexión es 5 / 11 / 5 / 11

Igual Sentido de Rotación de las Fases Secundarias El sentido de rotación de las fases secundarias se invierte, permutando dos terminales cualesquiera del primario del

Transf.s, con los conductores de red La inversión del sentido de rotación no / si altera el desfase, cuando el tipo de conexión de los arrollamientos primario y

secundario es el mismo / distinto: (estrella – estrella, triángulo - triángulo, etc…) / (estrella – triángulo, triángulo - estrella, estrella – zigzag, etc…)

Iguales Relaciones de Transformación en Vacío Donde el numero de espiras es reducido, la diferencia máxima en la relación de transformación es del 0,5 %

Iguales Tensiones Porcentuales de Cortocircuito Para que los índices de carga sean iguales, también deben ser iguales las tensiones de cortocircuito Si los Transf.s no tienen igual tensión de cortocircuito, se cargara más el que tenga menor tensión de cortocircuito Si los Transf.s tienen distinta potencia, el de menor potencia será el de mayor tensión de cortocircuito La diferencia máxima en las tensiones de cortocircuito es del 10 %

Relación de Potencias Nominales no Mayor de 1 : 3 Para que el Transf.s tome una carga proporcional a su propia potencia, la Relación de Potencias Nominales no debe

sobrepasar de 1 a 3

Normas para el Acoplamiento en Paralelo de TransformadoresSi se Conoce el Indice de Conexión Si los índices de conexión son compatibles para el acoplamiento en paralelo, y los terminales están correctamente

marcados; uniremos los bornes correspondientes a las redes primaria y secundaria

Si no se Conoce el Indice de ConexiónTransf.s Trifásicos sin Neutro Se conecta un voltímetro, y se observa si marca tensión nula entre los terminales y las fases Si dos de las cuatro lecturas posibles dan un valor nulo, es posible el acoplamiento en

paralelo, y no es necesario más comprobacionesSi para un mismo montaje, no se encuentran dos medidas de tensión nulas, (en ninguna de las comprobaciones), las conexiones interiores de los Transf.s son incompatibles, y no se puede realizar el acoplamiento en paralelo

Transformador de Medida Los Transf.s de Medida son utilizados porque:

Las medidas de alta tensión se han de realizar con instrumentos de baja tensión, conectados a los circuitos de alta mediante Transf.s de Medida, con separación galvánica entre los devanados

La utilización de los instrumentos de medida normalizados (amperímetros, contadores, vatímetros, voltímetros, etc…) es económicamente más favorable

La colocación de los Transf.s de Medida es independiente del circuito de potencia En los circuitos de corriente alterna los Transf.s de Medida, de tensión y de corriente, responden muy bien a la doble

condición de aislamiento y de precisión (la precisión no es absoluta, la relación de transformación varia con la carga; y el desfase de las magnitudes secundarias respecto a las primarias no es exactamente de 0º a 180º, y se modifica ligeramente al variar la carga)

En los Transf.s de Medida es necesario conocer: La relación nominal de los valores primarios y secundarios, y el error intrínseco que sobre esta relación puede

haber El error de ángulo ó de desfasado entre los vectores correspondientes de las magnitudes de primarios y

secundarios

Error de Relación Error Intrínseco

En un Transf. de Tensiónrelación de transformación nominaltensión primaria tensión secundaria

En un Transf. de Corrienterelación de transformación nominalcorriente primaria corriente secundaria

Error Extrínseco ó Sistemático Si el Transf. fuera perfecto seria igual a la relación del numero de espiras del primario y del secundario En la práctica sé varia la relación , variando en unas unidades el número de espiras del secundario ( tiene unas

pocas más espiras que ), introduciendo un pequeño Error Sistemático

Error de Relaciónerror intrínseco (son negativos) error sistemático (son positivos)

Clases de Precisión La clase 0,1 es para los Transf.s de Medida especiales para laboratorios, y para la tarificación entre redes de productores de

energía eléctrica La clase 0,2 es para medidas de precisión industriales y para tarificaciones de precisión La clase 0,5 es para instalaciones corrientes de tarificación de energía eléctrica, y aparatos de medida de análoga precisión Las clases 1, 3 y 5 son para medidas de precisión industriales, para aparatos indicadores y para dispositivos de protección

Transformador de Medida de Tensión Un Transformador de Tensión (T.T.) es un Transformador de Medida en el que la tensión secundaria es prácticamente

proporcional a la primaria; presentando con esta un desfase próximo a los 0º, ó a los 180º C El primario se conecta a los puntos de la red, ó a los bornes de los aparatos entre los cuales se desea medir la tensión El secundario se conecta a los bornes de tensión de uno ó varios aparatos de medida, contadores, relés ó dispositivos

análogos, conectados en paralelo Los T.T. se conectan entre fases, ó entre fase y tierra

El primer conexionado se emplea en las redes de baja tensión y media tensión

Transf.s Trifásicos con Neutro Se conecta el neutro permanentemente a la red secundaria, y después se realizan las series de

mediciones, ya explicadas anteriormente

El segundo conexionado se emplea en grupos de tres trafos monofásicos conectados en estrella en las siguientes aplicaciones: 1) subestaciones de alta y muy alta tensión, al exterior 2) mediciones de tensión y potencia, en control individual en cada una de las fases 3) alimentación de una señalización de tierra

La tensión nominal secundaria de un T.T. es 100 ó 110 V La potencia aparente nominal se obtiene sumando las potencias nominales de todos los circuitos de tensión de los aparatos

que se conectarán a su secundario Un T.T. puede trabajar con el secundario abierto, (sin carga), quedando en las mismas condiciones que un Transformador

de Potencia en Vacío Un cortocircuito en los bornes secundarios de un T.T., (como en el Transformador de Potencia), hace que sus corrientes

primaria y secundaria alcancen valores superiores a la nominal; y por su calentamiento puede destruir rápidamente el cortocircuito

Para hacer frente a esta perturbación, los T.T. se protegen con cortacircuitos fusibles en el primario

Transformador de Medida de Intensidad Se componen de:

La Parte Activa: comprende el aislamiento, los arrollamientos, y el circuito magnético. Las chapas magnéticas que constituyen el circuito magnético son ferromagnéticas de la clase de alta permeabilidad

La Envolvente: conecta la parte activa, los bornes de conexión primarios y secundarios, y los medios de fijación del aparato

El Aislante de Relleno: asegura el aislamiento entre los componentes de la parte activa y la envolvente

Transformador de Medida de Intensidad de Baja Tensión Pueden ser de tres tipos:

Transf.s Bobinados Transf.s con agujero pasante circular (es el más usado) Transf.s con agujero pasante rectangular

Transformador de Medida de Intensidad de Media Tensión El circuito magnético es de chapa de cristales orientados en forma de toro, obtenido por arrollamiento sobre un mandrin

cilíndrico La formación y situación del devanado primario depende de la sección del hilo, y del numero de espiras El devanado secundario se enrolla sobre el toro, previamente aislado con un bandaje de cinta de papel El circuito magnético y los devanados primario y secundario, convenientemente distanciados, se introducen en el molde

donde son tapados por una masa de resina sintética

PROTECCIÓN DE LOS TRANSFORMADORES Las Protecciones de los Transf.s deben:

Garantizar la seguridad de los ciudadanos Evitar la destrucción del material debido a incidentes de explotación Permitir las maniobras indispensables para el correcto funcionamiento de los equipos

Sobreintensidad debida a la puesta en servicio de un Transformador en Vacío Al conectarse un Transf. a la red, se comporta como una bobina de inducción, en la que la inductancia se ve reforzada por

la presencia de un circuito magnético de alta permeabilidad El flujo senoidal en todo circuito magnético:

Esta en fase con la corriente que lo produce Está desfasado / 2 respecto a la tensión aplicada a la bobina. Es decir que cuando la tensión es máxima, el flujo

es nulo, y no alcanza su máximo hasta el instante correspondiente al valor nulo de tensión La corriente se amortigua siguiendo una ley casi exponencial, en la que la cte. depende de la carga del aparato y de la

resistencia de los arrollamientos Al aumentar la potencia del Transf. :

Aumenta la cte. e Cresta de Intensidad de conexión Disminuye la relación e =

Intensidad Nominal

Causas de las Averías en los Transformadores Causas Externas: cortocircuitos en la red de B.T., sobrecargas, sobrefrecuencias, sobretensiones

Causas Internas: cortocircuitos entre espiras ó entre fases, defectos a masa, defecto en el núcleo por fallo de aislamiento, fallo de elementos asociados ( atravesadores, cables, conmutador de tomas, etc.)

Protecciones Internas de los Transformadores Transformadores en Baño de Aceite: El Relé BUCHHOLZ

Al poner el servicio un Transf. se pueden producir desprendimientos de burbujas internas de aire, que provienen de burbujas aprisionadas en los bobinados, los radiadores, los tubos y conductos de circulación ó refrigeración

El aumento del movimiento circulatorio del aceite, de la temperatura, y de las vibraciones, elimina poco a poco estas burbujas

El Relé Buchholz es el encargado de indicar la aparición de los gases producidos y de su recuperación

Emplazamiento en un Baño de Aceite de un Relé Buchholz El Relé Buchholz ha de estar situado en el punto más alto de la

tubería de comunicación de la cuba del Transf. con el deposito conservador del dieléctrico liquido

El Relé Buchholz ha de estar totalmente lleno del dieléctrico liquido, que será aceite

Relé Buchholz

El “Flotador de Alarma B1” se encarga de controlar la cantidad de aceite del Buchholz Una disminución del nivel de dieléctrico, ( debido a acumulación de gases ó a perdidas de aceite), produce un descenso del

“Flotador Alarma B1”, y el cierre del “Contacto de Alarma C1” La continuación del descenso del nivel de aceite provoca la rotación del “Flotador de Desconexión B2”, hasta el cierre del

“Contacto de Disparo y Desconexión del Transf. C2” En el caso de una avería interna grave, se producen desprendimientos gaseosos abundantes e inmediatos, produciéndose el

cierre del “Contacto de Disparo y Desconexión del Transf. C2” Antes del descenso del volumen del dieléctrico, debido a la violencia de circulación del gas hacia el deposito se produce la

rotación del “Flotador de Desconexión B2”, hasta el cierre del “Contacto de Disparo y Desconexión del Transf. C2”, y la desconexión del Transf.

La producción de un defecto interno, se puede apreciar por la inflamación de los gases producidos. Esta inflamación se detectará por un análisis posterior del gas recogido, ó provocando la combustión de una cantidad del gas recogido

La presencia de gases inflamables exige una revisión de la parte activa del Transf. , después de vaciarlo Cuando no existe inflamación de los gases producidos, esto nos indica la eliminación de burbujas de aire El Transf. podrá seguir su servicio normal después de una purgación completa del Relé Buchholz Si ha funcionado el “Contacto de Disparo y Desconexión del Transf. C2”, esto nos indica que se ha producido un defecto

grave dentro de la cuba. Entonces el Transf. debe desconectarse del circuito por los dispositivos de protección, y es necesario una revisión y reparación completa antes de la nueva puesta en funcionamiento

Transformadores Secos En los transformadores secos encapsulados en resinas sintéticas, no es posible la protección contra contactos internos por

mediación de relés Buchholz La detección, y protección contra este tipo de averías debe confiarse a otros dispositivos” como son la protección contra

sobrecargas, y cortocircuitos, la protección contra la caída de tensión secundaria

Transformadores de Llenado Total Son transformadores en baño de aceite: se utilizan unas cubas perfectamente estancas sin depósito de expansión, llenados

al vacío hasta la tapa Al estar libres de aire, preservan al aceite de las diversas agresiones atmosféricas (oxidación, polución conductora,

humedad, gases corrosivos, etc.), por lo que no requieren operación de manipulación alguna

Dispositivos para detectar los defectos Internos de los TransformadoresBloque de protección (tipo DG) Su función es la detección de formaciones gaseosas (o descenso de nivel) que son señalados por:

visualización de descenso de flotador para valores pequeños indicación por contacto eléctrico en caso de valores importantes

Bloque de protección (tipo DGP) Idéntico al aparato anterior pero dotado de un preostato A las señalizaciones de caída de nivel ó acumulación de gas, se añade una señal eléctrica para toda presión excesiva que

pueda aparecer en el interior de la cuba

Bloque de protección (tipo DGPT) Este modelo está equipado con las funciones de detección de gas, de exceso de presión, y de un termostato con dos puntos

de regulación y un termómetro Agrupa en un solo aparato las señalizaciones:

por visión directa: ligero descenso de nivel el valor instantáneo de la temperatura del dieléctrico (de 400C a 1200C)

por contacto eléctrico: acumulación importante de gas pérdida de dieléctrico sobrepresión interna anormal temperatura anormal del dieléctrico en dos niveles regulables, entre 50 ºC y 110 ºC

Protección contra las SobrecargasEl termostato Situado sobre la tapa, el termostato está formado por una caña o vaina detectora bañada por el dieléctrico Por efecto de dilatación de un elemento metálico sensible interior, se produce la acción sobre un contacto eléctrico, a una

temperatura preestablecida. Con el contacto, se consigue una señal de falta o emisión de tensión

El termómetro Además de señalar, la temperatura instantánea, algunos tipos de termómetros están equipados con dos contactos,

regulables, que permiten: accionar una alarma a una temperatura tl ordenar la desconexión para una temperatura superior t2

Algunos modelos están equipados con agujas conducidas que permiten registrar los límites máximo y mínimo de temperatura en un periodo a partir del instante de una puesta a cero

Estos dispositivos son incapaces de detectar un incremento brusco y rápido de la temperatura de los arrollamientos por efecto de fuertes sobreintensidades breves

Para que estos dispositivos entren en acción hemos de esperar que el dieléctrico haya tomado el calor producido y lo haya transmitido a los elementos detectores

Las sondas térmicas La protección contra la sobrecarga en los transformadores secos está basada en la vigilancia de la temperatura de sus

arrollamientos, temperatura que no debe sobrepasar un valor máximo previsto según la clase de aislamiento Cada arrollamiento de baja tensión del transformador lleva incorporadas dos sondas de temperatura, una para un circuito

de alarma y otra para el circuito de disparo

Protecciones Externas de los Transformadores Alta Tensión

Un funcionamiento sin protección específica solo está justificado en el caso de pequeñas potencias como pueden ser los transformadores de poste en las redes de distribución rural

La conexión o desconexión se asegura por un interruptor y el transformador sólo está protegido por un interruptor automático en la cabeza de línea

Baja Tensión Un interruptor automático en caja estanca, sobre el poste o sobre el transformador, le protege de las sobrecargas peligrosas Salvo este caso los transformadores deben protegerse contra los cortocircuitos y las sobreintensidades Contra los cortocircuitos, la protección más empleada en C.C.T.T. de M.T. / B.T. son los cortacircuitos fusibles, en

particular los de alto poder de ruptura que a la vez son limitadores de la corriente presente de cortocircuito Para una intensidad determinada, la fusión de los cortacircuitos se produce antes que la corriente haya alcanzado su valor

máximo

Protección por Relés Directos

Protección por Relés Indirectos

El relé directo es un dispositivo que, para una intensidad determinada, provoca el disparo del interruptor sobre el que está asociado. Este relé puede estar temporizado

Con el ajuste adecuado, puede pasar una determinada punta de intensidad, como la de puesta en servicio del transformador

Al utilizar transformadores de corriente, no trabaja más que con intensidades débiles, no superiores a 5 A, (transformadores de intensidad nominal secundaria de 5 A)

La saturación magnética de los reductores de corriente, limita las puntas de intensidad susceptibles de dañar los relés utilizados

Es suficientemente preciso para las necesidades industriales y autoregulado para valores peligrosos

Por armonización entre transformadores de corriente y relés, el sistema hace posible: una temporización a tiempo inverso o constante desconexión instantánea para corrientes excesivas durante el periodo transitorio retorno a valores más bajos de corriente de disparo, pasado el periodo transitorio

El sistema precisa de: los transformadores de intensidad In / 5 A los relés indirectos normalizados ( 5 A ) una fuente auxiliar de corriente ( batería ) y su equipo de mantenimiento ( cargador )

Protección contra las Sobretensiones Sobretensiones son las diferencias de tensión anormales que se manifiestan en la explotación de los sistemas eléctricos,

seguidos de diversas perturbaciones susceptibles de dañar las líneas y las máquinas Sobretensiones de origen atmosférico, (debidas a fenómenos atmosféricos: tormentas, rayos) Sobretensiones de origen interno debidas a múltiples causas, como maniobras voluntarias en las redes, modificaciones

bruscas del régimen, arcos a tierra, efectos de resonancia, etc.

Aparatos de protección contra las Sobretensiones.Pararrayos

Para evitar los peligros de sobretensión se concibió la idea de derivar a tierras las ondas de sobretensión mediante los pararrayos

Los pararrayos están conectados permanentemente a las líneas, pero sólo entran en funcionamiento cuando la tensión alcanza un valor determinado y superior, como es natural a la de servicio, es decir, actúan como válvulas de seguridad

La conexión del pararrayos tiene que hacerse en un punto lo más próximo posible a los aparatos a proteger, y en el lado de la línea aérea

Protección de cuba Este tipo de protección controla las corrientes de fuga a tierra, debidas a sobretensiones provocadas por maniobras, o

intempestivas (atmosféricas). El sistema consiste en:

aislar la cuba del transformador de tierra preparar una toma de tierra en las proximidades del transformador establecer una conexión entre la cuba y la toma de tierra, pero pasando la conexión por un toro magnético conectar el bobinado secundario del toro magnético al relé de detección de fugas a tierra

El limitador de sobretensión de baja tensión de Merlin Gerin Este limitador (de tipo Cardew), elimina las sobretensiones, por derivación directa a tierra de la onda, después de perforar

un aislante en el que la distancia predeterminada es función del umbral de tensión relativo a la tensión de servicio A este propósito, los electrodos del Cardew están conectados: uno generalmente al neutro de la red a proteger y el otro

directamente a tierra Cuando la tensión de defecto recupera un valor inferior al límite fijado puede ocurrir que:

se produzca un simple efluvio entre electrodos que genera una súbita bajada de aislamiento de la red se produce una derivación y soldadura de las partes activas provocando una puesta a tierra directa ( En estos casos debe reemplazarse el cartucho Cardew )

CONSTITUCION DE LOS CENTROS DE TRANSFORMACION La potencia de un Centro de Transformación debe ser suficiente para atender las necesidades del servicio eléctrico de la

zona que alimenta Centro de Transformación interior es aquel que se aloja en el interior de un edificio destinado a otros fines, un local

situado en planta baja, reservado exclusivamente para su instalación Centro de Transformación exterior es aquel situado en espacios abiertos entre edificios, zonas ajardinadas, etc., en local

construido expresamente para su instalación, pudiendo ser de los siguientes tipos: de superficie, semienterrado o subterráneo

Dependiendo las características de las zonas de consumo eléctrico, pueden ser Centros: rurales, suburbanos, residenciales, ó industriales

Casetas transformadoras de obra de fábrica y prefabricadasCabinas de cemento prefabricadas

En general empleadas para emplazamientos fijos con alimentación aérea (cabinas altas); ó con alimentación subterránea alimentación por cable (cabinas bajas)

Cabinas metálicas prefabricadas Estas cabinas pueden transportarse con cierta facilidad de un lugar a otro, lo que las hace aconsejables cuando se tratan de

servicios temporales, ( canteras, instalaciones industriales amovibles, emergencias y Centros de Transformación en el interior de grandes naves industriales)

Tipos de Cabinas metálicas prefabricadas con alimentación por cable (de tipo Interior ó de tipo Intemperie) con alimentación aérea

Para definir correctamente un esquema eléctrico, de un Centro de Transformación se deberá conocer: La potencia efectiva que realmente requiere la instalación en baja, que alimenta la caseta transformadora, a una única

tensión. Si son dos las tensiones de distribución en baja deberá conocerse la potencia correspondiente a cada una de ellas

La posible ampliación que en un futuro próximo se prevé en la instalación y el incremento de potencia correspondiente

El límite de reserva que en determinadas circunstancias podría ser conveniente tener La posibilidad, de dejar fuera de servicio una parte importante de la potencia en las horas y días no laborables

La empresa distribuidora de la energía eléctrica deberá solicitarse: La corriente máxima de cortocircuito, o la potencia de cortocircuito, en el punto de la red de media tensión a la que se

conecta la estación transformadora Las normas a las que deberá ajustarse y el tipo de alimentación: aérea y subterránea La forma y dimensiones de la estación y las características del material a utilizar en la obra civil y en la disposición

del equipo eléctrico El esquema base del Centro de Transformación a tenor de las condiciones de suministro y de la tarificación de la

energía eléctrica

Equipos de control y protección La protección contra sobrecargas y cortocircuitos en barras de B.T. se confía, al interruptor automático montado en el

Cuadro General de B.T., conectado a la salida del transformador. El poder de corte de este interruptor automático debe ser como mínimo igual al valor de la corriente de c.c. en bornes de baja tensión del transformador

En Centros de Transformación importantes con varios transformadores en paralelo, el poder de corte de los interruptores automáticos, o de los fusibles que corresponden a las diversas salidas del cuadro general deberá ser igual o superior a la correspondiente a la potencia total del C.T.

La protección contra cortocircuitos y sobrecargas, en el lado de Alta Tensión del Transformador se confía al interruptor automático, o a los fusibles

Cuadro general de Baja Tensión A los bornes de salida del transformador de potencia, (o a los de cada uno de los transformadores ), se conecta un

interruptor automático tetrapolar de B.T.; de una intensidad asignada igual, o inmediatamente superior, a las del transformador lado baja tensión

La salida del interruptor automático, (o de los varios interruptores ), se conecta al juego de barras trifásico con neutro a las que irán conectados los diversos interruptores automáticos o los interruptores con fusibles, tetrapolares, tripolares o bipolares que correspondan a las diversas salidas en baja tensión que deba alimentar el C.T.

Trafo monofásico de 50 Hz, 15000/220 V, 550 KVAEnsayo en Vacío: Lado AT: tensión V1 = 15000 V ; P0 = 2000 WEnsayo en Corto: Lado AT: tensión V1CC = 430 V ; I2CC = 2500 A ; P1CC = 6250 WCalcular: 1. Caida de Tensión a plena carga secundaria ( 2500 A ), con cos = 0,8 inductivo)2. Rendimiento a plena carga, con cos = 0,8 inductivo3. Rendimiento máximo, con cos = 1

La Máquina de Inducción es casi igual a la máquina eléctrica rotativa general; excepto que hemos de eliminar el colector de delgas y unir en cortocircuito los anillos colectores unidos al devanado rotórico

Constitución de la Máquina de Inducción Trifásica La Máquina de Inducción esta constituida por: la corona estatórica / rotórica y sus correspondientes devanados polifásicos El devanado polifásico rotórico es de doble capa, sus terminales van conectados a unos anillos colectores de bronce, que

están aislados del eje La unión de los anillos y las barras de cobre, se realiza por presión; pero si las barras son de aluminio, estas se fundirán

sobre el paquete rotórico El entrehierro ( separación de aire entre las coronas rotórica y estátorica), será lo más reducida posible, es decir lo mínimo

para no existir un roce mecánico entre ambas coronas Las bobinas (que constituyen el devanado), se ejecutan aparte sobre moldes apropiados, introduciéndose hilo a hilo en las

ranuras semiabiertas Las ranuras del estator suelen ser del tipo semicerrado ( para reducir la longitud efectiva del entrehierro); las del tipo

abierto se emplean en las máquinas de alta tensión. La anchura de las ranuras ( previamente recubiertas de un aislamiento estratificado), será ligeramente superior al diámetro del hilo

Las ranuras del rotor tienen diversas formas dependiendo del tipo de devanado que se adopte El número de ranuras del estator y del rotor será distinto, para que sea mínima la variación de la reluctancia del circuito

magnético al girar la Máquina “Cosido Magnético”: si el número de ranuras del estator y del rotor fuese el mismo, se podría impedir el arranque de la

máquina( funcionando como motor), si los dientes se encontrasen enfrentados ( reluctancia mínima) Los dos devanados (estator y rotor) tendrán igual número de polos, pero no es necesario que el número de fases sea igual

Funcionamiento de una Máquina de Inducción Trifásica como Freno Electromagnético Al conectar el estator a la red, el rotor girará en sentido contrario al del campo magnético El elemento motor desarrollará un par superior al de la máquina de inducción En estas condiciones la máquina de inducción actuará como freno electromagnético Esto será utilizado para el descenso de cargas en grúas; y para frenar bruscamente una máquina, invirtiendo el sentido de

giro del campo magnético del motor al cambiar el orden de sucesión de fases

Funcionamiento de una Máquina de Inducción Trifásica como Generador Supongamos que el estator de una máquina de inducción está conectado a la red trifásica Mediante una máquina motriz aceleramos, hasta una velocidad superior a la de sincronismo, el rotor de la máquina de

inducción. Con lo que se inducirán f.e.m.s. y corrientes rotóricas de frecuencia correspondientes a la diferencia de velocidades; al

cambiar esta de signo, los sentidos de las f.e.m.s. y de las corrientes rotóricas serán opuestos a los que teníamos cuando la máquina de inducción funcionaba como motor

La inversión de sentido implica un cambio de signo en el par determinado por la acción del campo sobre las corrientes inducidas en el rotor

La máquina de inducción en vez de coger energía eléctrica de la red primaria, funciona como generador y cede energía a dicha red

La potencia cedida a la red eléctrica aumenta la diferencia de velocidades entre el rotor y el campo magnético

Funcionamiento de una Máquina de Inducción Trifásica como Motor La máquina de inducción comenzará a girar cuando el rotor sea libre de moverse, y el par motor desarrollado exceda al

que le puede oponer un freno aplicado al eje Las f.e.m.s. inducidas en cada fase del rotor, formarán un sistema polifásico simétrico, que no crearán ninguna corriente en

el devanado del rotor, con lo que el funcionamiento será parecido al del transformador en vacío Al cerrar el devanado rotorico en cortocircuito, las f.e.m.s. inducidas en cada fase del rotor, crearán la circulación de unas

corrientes rotoricas; las cuales formarán un sistema polifásico, cuya onda de f.m.m. es giratoria, tiene el mismo sentido y velocidad angular absoluta que la onda de f.m.m resultante de las corrientes estatoricas, y dará lugar a un flujo giratorio

Cuanto más se aproxime la velocidad del rotor a la del campo magnético, mas reducida será su velocidad relativa, y menores las intensidades de las corrientes inducidas del rotor

Funcionamiento de una Máquina de Inducción Trifásica como Transformador La máquina de inducción en reposo equivale a un transformador estático ordinario con el secundario cortocircuitado La “Máquina de Inducción como Transformador” ó “Transformador de Campo Giratorio” tendrá el mismo número de

polos en los dos devanados ( el del estator y el del rotor). Pero el número de fases puede ser distinto, por lo que puede existir una transformación del número de fases ( esta última característica es una diferencia con la máquina de inducción)

Máquina de Inducción Trifásica El campo magnético es senoidal a lo largo del entrehierro y tiene una disposición giratoria, por lo que se manifiestan pares

de giro; y comprende dos entrehierros apreciables, que implican un aumento de la corriente magnetizante Los devanados se distribuyen a lo largo de las ranuras de las coronas magnéticas correspondientes, esto implica que no

todas las espiras abarcan el mismo flujoTransformador Estático Ordinario El campo magnético es senoidal alternativo y tiene una disposición espacial, por lo que no se manifiestan pares de giro; y

es cerrado con un entrehierro Los devanados tienen una dispersión muy reducida entre sí, y están constituidas por espiras ( que abarcan el mismo flujo)

arrolladas sobre los núcleos magnéticos

Par Electromagnético Interno de la Máquina de Inducción Trifásicaflujo de todos los polosamperios vueltas totales del rotorfactor de potencia del rotor

El signo negativo de la formula tiene el significado de sentido El par es negativo / positivo cuando la máquina funciona como generador / motor

Ecuaciones Generales de la Máquina de Inducción TrifásicaRotor en Reposo Para una fase del Estator

tensión aplicada por fasef.e.m. inducida por el flujo común giratorioresistencia de una fase reactancia de dispersión parcial estatóricacorriente por fase

f.c.e.m. de una fase espiras por faseflujo común

Para el Rotor en cortocircuito y en reposof.e.m. inducida por el flujo común giratorioresistencia de una fase reactancia de dispersión parcial rotóricacorriente rotórica

f.e.m. de una fase espiras por faseflujo común

Rotor en Movimiento Para una fase del Estator: (igual que para el Rotor en Reposo) Para el Rotor:

Al girar el rotor, las f.e.m.s. inducidas y las corrientes tendrán una corriente distinta a la del estator Para reducir el rotor al reposo, añadimos la resistencia ficticia ó de carga a la resistencia propia del rotor El aumento de resistencia no influye en el par electromagnético desarrollado en la Máquina

Ecuaciones en función de las Inductancias Para el Primario ó Estator Para el Secundario ó Rotor

Circuitos Equivalentes de la Máquina de Inducción Trifásica Sustituimos el secundario de la máquina por otro equivalente, (cuyo número de fases, espiras por fase, y factor de

devanado sean iguales a las del primario)

Diagrama Vectorial de la Máquina de Inducción Trifásica

Diagrama Vectorial de la Máquina de Inducción como Motor en Carga

Diagrama Vectorial de la Máquina de Inducción en Vacío

Características Funcionales del Motor de Inducción En todas ellas se cumple que: Característica de Consumo Característica de Rendimiento Característica de Velocidad Característica de Factor de Potencia Característica de Mecánica

Tipos de Arranque

En los Motores de Jaula Arranque Directo (Arranque A. ) A. Arrollamiento Partido “Part - Winding” A. Estrella - Triángulo

A. Estatórico con Resistencias A. con Autotransformador

En los Motores de Anillos A. Rotórico

Arranque Suave

Arranque DirectoCorriente de Arranque Inicial 4 a 8 In

Par de Arranque Inicial 0,6 a 1,5 Cn

Ventajas Económico y Robusto Arrancador simple Par de Arranque importante

Inconvenientes Punta de Intensidad muy importante Asegurarse que la red admita esa Punta de Intensidad No permite un Arranque lento y progresivoDuración media del Arranque 2 a 3 segAplicaciones Pequeñas máquinas arrancado a plena carga

Arranque Arrollamiento Partido “Part - Winding”Corriente de Arranque Inicial 2 a 4 In


Ventajas Económico y Robusto Arrancador simple Par de Arranque mayor que en Estrella - Triángulo No hay corte de la alimentación durante el arranqueInconvenientes No regulable Motor especial

Duración media del Arranque 3 a 6 segAplicaciones Máquinas arrancado en vacío, ó en carga débil Compresores para grupos de climatización

Arranque Estrella - TriánguloCorriente de Arranque Inicial 1,3 a 2,6 In


Ventajas Económico y Robusto Arrancador barato Buena relación Par / IntensidadInconvenientes Par de Arranque pequeño No regulable Corte de la alimentación en el cambio de acoplamiento Motor bobinado en triángulo para Un

Duración media del Arranque 3 a 7 segAplicaciones Máquinas arrancado en vacío Ventiladores y bombas centrífugas de pequeña potencia

Arranque Estatórico Corriente de Arranque Inicial 4,5 In


Ventajas Económico y Robusto Valores de Arranque regulables No hay corte de la alimentación durante el arranqueInconvenientes Pequeña reducción de la Punta de Arranque Necesita resistencias

Duración media del Arranque 7 a 12 segAplicaciones Máquinas de fuerte inercia; sin problemas de Par y de

Intensidad de Arranque Arranque con Autotransformador

Corriente de Arranque Inicial 1,7 a 4 In


Ventajas Económico y Robusto Valores de Arranque regulables No hay corte de la alimentación durante el arranque Buena relación Par / IntensidadInconvenientes Necesita un Auto - Transformador costoso

Duración media del Arranque 7 a 12 seg

Aplicaciones Máquinas de fuerte potencia, ó de fuerte inercia; cuando

es importante la reducción de la Punta de Intensidad

Arranque Rotórico Corriente de Arranque Inicial < 2,5 In

Par de Arranque Inicial < 2,5 Cn

Ventajas Económico y Robusto Valores de Arranque regulables No hay corte de la alimentación durante el arranque Muy buena relación Par / IntensidadInconvenientes Motor de anillo más costoso Necesita resistenciasDuración media del Arranque 3 tiempos 2,5 seg · 4 y 5 tiempos 5 segAplicaciones Máquinas de Arranque en Carga, de Arranque Progresivo

Arranque Suave Sin mantenimiento Parada suave No fuerza la maquina Arranque uniforme sin sacudidas Corriente de arranque limitada

Mejora el factor de potencia Ahorra energía a plena velocidad (solo versión con micro comp.) Reemplaza embragues Reduce el deterioro de las transmisiones No aparecen picos de corriente ó de par, al arrancar o durante la transición

Consecuencias de una Variación de Tensión ó de Frecuencia en un Motor Asíncrono

( Nota: aumenta disminuye )

Variación de Tensión

Par

Tensión Intensidad de Arranque

Velocidad

Variación de Frecuencia

Par

Frecuencia Intensidad de Arranque ( a tensión cte.)

Velocidad

Sistemas Estáticos Electrónicos de Variación de VelocidadVariador de Frecuencia Altivar La variación de velocidad es obtenida por modificación de la tensión y de la frecuencia Para conservar un par motor cte.: el flujo en la máquina no debe variar; y la tensión debe ser sensiblemente proporcional a

la temperatura El deslizamiento permanece cte. en valor absoluto y para pequeñas velocidades es más importante en valor relativo Variador Reactivar Para motor de c.c. Manda un motor con excitación separada actuando en su tensión de inducidoVariador Statovar Para motor asíncrono Varia la tensión de alimentación del estatorVariador Rotovar Para motor asíncrono de anillos Actúa en la corriente inducida en el rotor

Sistemas Electromecánicos de Variación de VelocidadMotores de c.a. con Colector La variación de velocidad se obtiene variando, con respecto a la línea neutra, la posición de las escobillas sobre el colectorMotores Acoplados en Cascada Dos motores están montados sobre el mismo árbol El segundo es aumentado por el rotor del primero El número de polos del motor equivalente es igual a la suma de los polos de los dos motores acopladosAcoplamiento en Oposición de Tensión Un sistema de rectificadores y de auto - transformador con tensión secundaria variable impone la tensión y la velocidad

del rotor

Métodos de Regulación de la Velocidad n Velocidad de un Motor de Inducción

p número de pares de polos de la máquinaf1 frecuencia de alimentación

La velocidad n puede controlarse, modificando la velocidad de sincronismo ni , ó actuando sobre el deslizamiento Para obtener con la misma carga distintas velocidades, se modifica la forma de la característica par - deslizamiento del

motor Esta modificación puede obtenerse:

variando la tensión aplicada al motor variando la resistencia del circuito rotórico inyectando en el circuito rotórico una tensión de igual frecuencia que la f.e.m. inducida en él, y de magnitud y

fase variables

Control de la Velocidad por Cambio del Número de Polos Los motores de inducción con conmutación del número de polos son siempre de rotor de simple ó doble jaula, (los cuales

adaptan automáticamente su número de polos a los del campo del devanado estatórico)

Para modificar el número de polos de un devanado se altera la conexión entre las bobinas, es decir que las mismas bobinas sean de paso al paso polar con el número de polos mas alto, y de paso acortado cuando sea solo la mitad

En los devanados trifásicos conviene modificar las conexiones entre bobinas y las conexiones entre fases, (de estrella a triángulo, ó al revés)

Regulación de la Velocidad variando la Frecuencia Este método se aplica cuando se tiene una fuente independiente de corrientes alternas trifásicas de frecuencia regulable, ó

de un convertidor de frecuencia Como convertidor de frecuencia se emplea un motor de inducción, ( de rotor trifásico bobinado y de anillos rozantes),

accionado por otro motor de inducción en sentido contrario al del campo giratorio

Regulación de la Velocidad actuando sobre el DeslizamientoVariando la Tensión aplicada al Estator La proporcionalidad entre el par y el cuadrado de la tensión aplicada al estator, implican una disminución de la velocidad Se utiliza en pequeños motores de jaula para ventiladoresVariando la Resistencia del Rotor Se utiliza en pequeños motores de rotor bobinado Teniendo en cuenta la influencia de la resistencia del circuito rot6rico sobre la curva par - deslizamiento, se regula la

velocidad entre limites más amplios que en el método anterior, ( pudiendo llegar incluso hasta el reposo), variando la resistencia del reostato conectado en serie con el devanado rotórico

Regulación de Motores Asíncronos Trifásicos1. Una variación lineal frecuencia / tensión en las zonas de baja velocidad reduce el flujo, y por lo tanto reduce el par del

motor la velocidad de un motor asíncrono es proporcional a la frecuencia para dar un par cte. , durante la regulación se han de mantener cte. el flujo y la intensidad nominal del motor la f.e.m. no se puede medir porque no es accesible

2. El flujo y el par útil disminuyen proporcionalmente, cuando al aumentar la frecuencia, la tensión llega al máximo3. Si se alimenta el motor para frecuencias bajas:

el motor está subexcitado el flujo es reducido el par es reducido puede alcanzarse al mismo tiempo la tensión máxima y la frecuencia máxima

4. Funcionamiento con una tensión y una frecuencia superiores a los valores nominales el motor desarrolla una potencia de veces superior el par de vuelco será el mismo que el de funcionamiento con la red, debido al funcionamiento a flujo cte.

Tipos de Convertidores de Frecuencia Convertidores sin Circuito Intermedio (convertidor directo) Convertidores con Circuito Intermedio: de Tensión Continua, de Corriente Continua

Convertidor sin Circuito Intermedio El convertidor directo está constituido por tres convertidores reversibles Mediante un recorte de la tensión primaria, se construye una nueva senoidal de amplitud variable, cuya frecuencia máxima

es el 40% de la frecuencia de la red Potencias a partir de 500 KVA, ej: cementeras y trenes de laminación

Convertidor con Circuito Intermedio de Tensión Continua( Convertidor I )

Es el convertidor más utilizado Puede alimentar a un solo motor ó a un grupo de ellos Como en el circuito intermedio la tensión es fija: el convertidor puede ser desconectado de la carga sin avería Potencias de 0,1 a 500 KVA Ej: para mantenimientos mínimo y/ó un índice de protección elevado y/ó velocidades elevadas: agitadores, bombas,

pulidoras, máquinas textiles, máquinas para la madera, etc…Convertidor con Circuito Intermedio de Tensión Fija Tienen un puente rectificador de entrada no controlado El condensador del circuito intermedio se carga al valor de la tensión rectificada de la red El ondulador asegura la variación de la frecuencia y la tensión Factor de potencia > 0,95, independientemente de la carga Utilización del motor al máximo de sus posibilidades Altas frecuencias de salida

Frenado con los Convertidores de Circuito Intermedio con Tensión Fija Al frenar el motor se convierte en generador, y la energía se devuelve al circuito intermedio Esta energía se evacua mediante un freno troceador Este freno entra automáticamente en funcionamiento durante el funcionamiento como generador, y carga a este con una

resistencia de frenadoConvertidores con Circuito Intermedio de Tensión Variable El puente rectificador de entrada es un puente semicontrolado ó totalmente controlado La tensión del circuito intermedio es variable Los ruidos a frecuencia elevada son evitados Oscilaciones a baja velocidad Factor de potencia menor que en el tipo de convertidor anterior El calentamiento del motor es más importante que en el de convertidor de circuito intermedio con tensión fijaConvertidores con dos Circuitos Intermedios El primer circuito intermedio (con tensión continua fija), alimenta a un troceador, que asegura la regulación de tensión del

segundo circuito intermedio Factor de potencia de la red > 0,95 Ruido de funcionamiento bajo Buenas características de regulación

Convertidor con Circuito Intermedio de Corriente Continua ( Convertidor U ) Este convertidor no es desconectable de la carga El circuito de entrada es un puente controlado por tiristores Los tiristores pueden funcionar sincronizados en paralelo, y mejorar el nivel de armónicos transmitidos a la red Potencias de 20 a 1000 KVA Factor de potencia de la red variable Mejor regulación que los Convertidor con Circuito Intermedio de Tensión Continua

Dimensionado y Refrigeración del Motor Asíncrono Trifásico Una velocidad cte. , incluso a baja velocidad, proporciona un par cte. Para ello se sobredimensiona el motor La superficie del motor aumenta en relación con la potencia útil El calor se evacua más fácilmente Se logra una onda senoidal de salida del convertidor, con lo que se aprovecha más el motor

Elección de Motores y Motorreductores, Regulados por Convertidores de Frecuencia Para un funcionamiento continuo del motor a velocidad reducida: se debe reducir el par, ó añadir una ventilación forzada Según el funcionamiento del convertidor, se suministrará al motor una tensión que inducirá una corriente más ó menos

senoidal El funcionamiento con convertidor implica:

tensión reducida reducción del par del motor pérdidas suplementarias en el rotor

Recomendaciones Prever en el motor la clase de aislamiento, y el montaje de sondas térmicas de protección Prever el funcionamiento del motor con una potencia reducida Condiciones para la Conexión Individual de Motores al Circuito de Salida Común del Convertidor

El convertidor no debe de estar en vacío: tiene que haber al menos dos motores conectados de la misma talla que motor a conectar en la salida del convertidor

La potencia del motor a conectar no debe ser > 1 / 4 de la potencia nominal de salida del convertidor Protección de Motores Alimentados por Convertidor

El motor utilizado individualmente con un convertidor de frecuencia, está protegido electrónicamente contra las sobrecargas. Una protección extra se logra: dotando al motor de sondas térmicas, que vigilan las condiciones de refrigeración en la gama de velocidad

Los convertidores de frecuencia sin limitación de corriente eficaz en la regulación deben protegerse con relés térmicos suplementarios

Si varios motores funcionan en paralelo, y son alimentados por un convertidor: cada motor debe protegerse individualmente con sus relés térmicos. En cada convertidor se instalan bobinas de inducción para compensar los efectos capacitivos de los motores

Frenado por Contrario - Corriente del Motor Asíncrono Trifásico Se desconecta el motor de la red, y aunque siga girando, se le conecta a la red en sentido inversoMotor de Jaula de Ardilla

El motor debe soportar los frenados por contracorriente Las puntas de corriente y de par en el frenado, son superiores que en el arranque Para tener un frenado sin brusquedad: se introduce una resistencia en serie en cada fase del estator, en al acoplamiento en

contra - corriente Si el motor y la máquina permiten la contra - corriente, en plena carga: las resistencias no son obligatorias Este tipo de frenado es para aplicaciones de pequeña potenciaMotor de Anillos Antes de acoplar el motor en contra - corriente, se introducen las resistencias rotóricas del arranque, para limitar la punta

de corriente y de par Eligiendo una resistencia rotórica determinada, se regula el par de frenado La tensión rotórica en el momento de la inversión es el doble que la del momento de parada En las resistencias se disipa la energía de deslizamiento tomada de la red, y la energía cinética

Frenado por Inyección de Corriente Continua El procedimiento consiste en inyectar corriente continua en el estator separado de la red Esta corriente crea un flujo fijo en el espacio La corriente debe ser la nominal, para que el valor del flujo sea de un frenado conveniente La energía disipada en las resistencias rotóricas o en la jaula, es menor La energía que se toma de la red es de la excitación del estator El rotor no vuelve a arrancar en sentido inverso, si la carga es puramente resistente Si la carga es arrastrada: el sistema proporciona un frenado permanente que retiene esta carga a pequeña velocidad En el motor de jaula este tipo de frenado regula fácilmente el par de frenado, maniobrando sobre la c.c. de excitación

Frenado por Hipersincronismo El motor es arrastrado por su carga por encima de la velocidad de sincronismo:

Desarrolla un par de frenado La energía es recuperada de la red Se comporta como una generatriz asíncrona

Motor de Elevación Velocidad constante El par de frenado equilibra el par debido a la carga

Motor de Anillos Se cortocircuitan todas resistencias rotóricas En caso contrario, el motor sería arrastrado (con riesgos mecánicos ) lejos de su velocidad nominal La energía es recuperada y reenviada a la red La velocidad es estable, casi independiente del par suministrado

MOTORES MONOFASICOS DE INDUCCION

Como sólo hay una fase en el devanado del estator, el campo magnético pulsa: haciéndose primero más grande y luego más pequeño, y permanece siempre en la misma dirección

Como no hay campo magnético giratorio en el estator, un motor Monofásico de Inducción no tiene par de arranque

Teoría del Doble Campo Giratorio del Motor Monofásico de Inducción Un campo magnético estacionario y pulsante puede descomponerse en dos campos magnéticos giratorios, de igual

magnitud, pero que giran en direcciones opuestas El motor de inducción responde separadamente a cada uno de estos campos magnéticos; y el par neto en la máquina será

la suma de los pares debidos a cada uno de los dos campos magnéticos

Teoría de los Campos Cruzados del Motor Monofásico de Inducción Esta teoría se preocupa de los voltajes y corrientes que el campo magnético estacionario del estator induce en las barras

del rotor cuando éste se está moviendo

Arranque de los Motores Monofásicos de Inducción Las tres mejores técnicas de arranque son:

1. Motor de Fase Partida2. Motor con Condensador de Arranque

2.1 Motor con Condensador Permanente ó Motor con Condensador de Arranque y Giro2.2 Motor con Condensador de dos Valores ó Motor con Condensador de Arranque y Condensador de Giro

3. Motor de Polos Sombreados

Motor de Fase Partida Es un motor rnonofásico de inducción con dos devanados en el estator: un devanado principal, y un devanado auxiliar de

arranque El devanado auxiliar se diseña para:

desconectarlo del circuito mediante un interruptor centrífugo que tenga una relación resistencia / reactancia más alta que el devanado principal la corriente en el devanado

auxiliar alcanza el máximo antes que la corriente en el devanado principal el campo magnético en el devanado auxiliar alcanza el máximo antes que el campo magnético del devanado principal

Par de arranque moderado, y corriente de arranque baja Aplicaciones: ventiladores, sopladores y bombas centrífugas

Motor con Condensador de Arranque Se coloca un condensador en serie con el devanado auxiliar del motor Seleccionando el tamaño del condensador se puede lograr:

fuerza magnetomotriz de la corriente en el devanado auxiliar de arranque = fuerza magnetomotriz de la corriente en el devanado principal

ángulo de la corriente en el devanado auxiliar de arranque adelante en 90º, al ángulo de la corriente del devanado principal

Se produce en el estator un campo magnético simple, uniforme y giratorio El motor se comportará como si estuviera arrancando alimentado por una fuente de potencia trifásica El par de arranque del motor puede ser de más del 300 % de su valor nominal. Aplicaciones en donde se requieren pares de arranque altos: compresores, bombas y aire acondicionados

Motor con Condensador Permanente ó Motor con Condensador de Arranque y Giro El condensador de arranque mejora la característica par - velocidad de un motor de inducción a veces se incluye

permanentemente en el circuito del motor un devanado auxiliar con un condensador más pequeño Seleccionando el valor del condensador: el motor tendrá un campo magnético giratorio uniforme con una carga específica,

y se comportará como un motor trifásico de inducción Los motores con condensador permanente son más simples ( porque no necesitan el Interruptor de Arranque ), y tienen un

par de arranque más bajo que los motores con condensador de arranque Los motores con condensador permanente son más eficientes al valor nominal de carga, tienen factor de potencia más alto,

y un par más alisado, que un motor de inducción monofásico ordinario

Motor con Condensador de dos Valores ó Motor con Condensador de Arranque y Condensador de Giro Se utilizan dos condensadores con el devanado, para tener a al vez el mayor par de arranque y las mejores condiciones de

funcionamiento nominal El condensador más grande está presente en el círculo solamente durante el arranque, alcanzando pares de arranque muy

altos Al aumentar la velocidad: el interruptor centrífugo se abre, y en el circuito del devanado auxiliar queda el condensador

permanentemente

Motor de Polos Sombreados Es un motor de inducción con solo el devanado principal En lugar de tener un devanado auxiliar, tiene polos salientes; y una porción de cada polo está rodeada por una bobina

cortocircuitada, ( llamada bobina de sombreado ) En comparación con los otros tipos de Motores Monofásicos de Inducción, los Motores de Polos Sombreados:

producen menor par de arranque son menos eficientes tienen deslizamiento más alto

No se puede invertir la dirección de rotación de los Motores de Polos Sombreados, porque tienen una bobina de sombra para su par de arranque. Para invertirlo, se instalan dos bobinas de sombra sobre cada cara polar, y selectivamente se

cortocircuita una de las dos bobinas de sombra Los Motores de Polos Sombreados se usan en motores muy pequeños, con pares de arranque muy bajos

Clasificación de los Motores Monofásicos de Inducción Desde el mejor hasta el peor, según su par de arranque y características de giro

1. Motor de Fase Partida2. Motor con Condensador de dos Valores ó Motor con Condensador de Arranque y Condensador de Giro3. Motor con Condensador de Arranque4. Motor con Condensador Permanente ó Motor con Condensador de Arranque y Giro5. Motor de Polos Sombreados

Control de Velocidad en los Motores Monofásicos de InducciónMotores con Rotor de Jaula de Ardilla Variando: el número de polos, la frecuencia del estator, ó el voltaje en los terminales Motores con Deslizamiento Alto Variando el voltaje en los terminales:

mediante un autotransformador se varía el voltaje de la línea mediante circuitos con SCRs ó TRIACS, se reduce el voltaje rms aplicado al motor insertando una resistencia en serie con el circuito del estator del motor

Motor Universal Es un motor serie de cc que funciona efectivamente en ca; sus polos de campo y el estator están laminados, ( si no fuera

así, las pérdidas en el núcleo serían enormes) Las reactancías de los devanados de armadura y de campo a 50 ó 60 Hz son bastante grandes El voltaje pico en un sistema de ca es √2 veces su valor nominal, por lo que cerca del pico de corriente se puede presentar

saturación magnéticaAplicaciones Por ser compacto y dar más par por amperio que cualquier otro motor monofásico: se utiliza en donde es importante el

poco peso y el alto par. Por tener la característica par - velocidad de gran pendiente, del motor serie de cc: no se utiliza en aplicaciones con

velocidad cte Aplicaciones típicas: aspiradora, taladros, herramientas de mano y aparatos de cocina.Control de Velocidad Variando el valor rms del voltaje de entrada: a mayor voltaje rms de entrada, será mayor la velocidad resultante en el

motor

Motor de Reluctancia Es un motor que depende de un par de reluctancia El par de reluctancia se crea en un objeto de hierro, en presencia de un campo magnético externoMotor Sincrónico Es un motor de reluctancia El rotor se fijará en el campo magnético del estator No tiene para de arranque, y no se puede arrancar por sí soloMotor de Reluctancia con Autoarranque Es un motor de inducción, que operará a velocidad sincrónica hasta que se exceda su máximo par de reluctancia El rotor tiene:

polos salientes para la operación en estado estacionario, como motor de reluctancia devanados jaula de ardilla o amortiguadores, para el arranque

El estator puede ser monofásico o trifásico

El Motor de Histéresis Es un motor emplea el fenómeno de la histéresis para producir un par mecánico El rotor es un cilindro liso de material magnético, sin devanados El estator puede ser: monofásico ( con un condensador permanente en el devanado auxiliar ), ó trifásico Como el par de un motor de histéresis a cualquier velocidad subsíncrona, es mayor que su par síncrono máximo: un motor

de histéresis puede acelerar cualquier carga que pueda mover en operación normal Se pueden construir motores de histéresis con polos sombreados, para crear motores sincrónicos de baja potencia, muy

pequeños y con autoarranque

Técnicas para mejorar la Eficiencia de los Motores de Inducción Utilizar más cobre en los devanados del estator, para reducir las pérdidas en el cobre Aumentar la longitud de los núcleos del estator y del rotor, para reducir la densidad de flujo magnético en el entrehierro de

la máquina; con lo que disminuyen las pérdidas en el hierro Utilizar más acero en el estator de la máquina, permitiendo una mayor cantidad de transferencia de calor hacia el exterior

de la misma; con lo que se reduce su temperatura de operación En el estator se utiliza un acero especial con alta graduación eléctrica, y con muy pocas pérdidas por histéresis Se utiliza acero de calibres especialmente delgados, y de una resistividad interna muy alta; con lo que se reduce las

pérdidas por corrientes parásitas en el motor Los rotores se maquinan cuidadosamente para producir un entrehierro uniforme; con lo cual se logran reducir las pérdidas

adicionales en el motor

Clases de los Motores de InducciónClase A Par de arranque como mínimo el par nominal para motores grandes, y para motores pequeños es igual a 200 % o más que

el par nominal Par máximo de salida es de 200 a 300 % del par de plena carga y se presenta a un deslizamiento menor que 20 % Corriente de arranque muy alta, (de 500 a 800 % de la corriente nominal) A plena carga deslizamiento menor del 5 %, y menor que el de un motor de potencia equivalente de clase B Aplicaciones: bombas, impulso de ventiladores, tomos, y otras máquinas herramientas.Clase B Par de arranque normal, (es similar al de los motores de clase A) El par máximo de salida es 200 % del par a carga nominal, (es menor que él la clase A) Corriente de arranque pequeña, (25 % menor) A plena carga el deslizamiento es bajo, (menor que 5 %) Aplicaciones similares a las de los motores de clase A, pero se prefieren los de clase B por su menor corriente de arranqueClase C Alto par de arranque (superior a 250 % del par de plena carga) Corriente de arranque pequeña A plena carga el deslizamiento es bajo, (menor que 5 %) Par máximo de salida ligeramente menor que el de los motores de clase A Estos motores se fabrican con rotores de doble jaula, lo cual los hace más costosos que los de las clases anteriores Aplicaciones: bombas cargadas, compresores, y bandas transportadorasClase D Par de arranque muy alto (275 % o más del par nominal). El valor máximo del par se presente a velocidades muy bajas Corriente de arranque pequeña A plena carga el deslizamiento es alto Son motores comunes de clase A, con las barras del rotor más pequeñas y hechas con material de mayor resistencia Aplicaciones: cizallas, prensas, taladros, y volantes grandes

Motor de Inducción de Doble Jaula Este motor reduce la corriente en el arranque, sin que el par sufra mucho Par de arranque importante Corriente de arranque no excesiva Rendimiento bueno Se disponen en el rotor dos jaulas de ardilla, dispuestas en ranuras distintas, y enlazadas por una estrecha rendija: la jaula

interior tiene mayor sección y es de cobre electrolítico; y la jaula periférica es de un conductor de mayor resistividad que el cobre, (bronce normal o bronces especiales, latón). La doble jaula puede ser también de aluminio fundido, con ranuras de forma apropiada

Motor de Inducción de Ranura Profunda Este motor reduce la corriente en el arranque, sin que el par sufra mucho Es una variante de la jaula de ardilla; en la que la resistencia rotórica varía automáticamente con la frecuencia, siendo

tanto mayor cuanto mayor es ésta La constituyen los rotores de barras altas o de ranura profunda, mediante los cuales se consigue una limitación de la

corriente de conexión y un buen par motor de arranque, ( que es superior al que producirla un rotor de jaula de ardilla normal)

La inductancia del flujo de dispersión de las capas elementales de corriente situadas en el fondo de la ranura es mayor que la de las capas superiores ( más próximas a la superficie); con lo que la distribución de corrientes en las barras tiende a concentrarse sobre la zona superior

La concentración de la corriente hacia la parte superior en el arranque produce unas mejores características de arranque, que en un motor normal de jaula de ardilla

Máquinas Síncronas son convertidores electromecánicos rotativos, que girando a una velocidad cte. proporcional a la frecuencia del sistema eléctrico, transforman la energía eléctrica de corrientes continuas en energía mecánica, y viceversa

Un alternador puede funcionar como motor síncrono, y viceversa

Clasificación de las Máquinas Síncronas Según el número de fases del devanado inducido Monofásicas PolifásicasSegún la forma constructiva del sistema inductor Máquinas de rotor de polos salientes: disposición constructiva propia de máquinas de baja y media velocidad, hasta 1.000

r.p.m. en las potencias mayores Máquinas de rotor cilíndrico: exclusivamente empleado en máquinas de alta velocidad y elevada potenciaSegún el tipo de su sistema inductor Máquinas heteropolares: las bobinas del inducido son concatenadas por flujos alternativamente de sentidos contrarios Máquinas homopolares: las bobinas concatenan siempre un flujo del mismo sentido, cuya magnitud fluctúa entre un

máximo y un mínimo que puede llegar a ser nulo, pero nunca de sentido opuesto

Sistema Inductor y su Excitación, en las Máquinas Síncronas El sistema inductor de la Máquina Síncrona es semejante al de la máquina de corriente continua, con la particularidad de

que al estar localizado en el rotor, el arco polar es convexo y las masas de los polos convergen sobre un núcleo o corona central giratoria

Los alternadores de polos salientes están provistos del devanado amortiguador Misión del Devanado Amortiguador:

1. Tiende a oponerse a la presencia de todo campo excitado por el inducido que no gire en sincronismo con el inductor, y reduce la amplitud de los armónicos de la tensión debidos a los armónicos de la corriente de inducido

2. Se opone a toda acción que pueda alterar el sincronismo entre la velocidad del rotor y la velocidad del campo3. Se opone a toda variación brusca de amplitud del campo principal del inducido en los regímenes transitorios

En los motores síncronos de polos salientes hallamos un devanado amortiguador de jaula de ardilla que sirve como arrollamiento de arranque del motor

El devanado inductor en los alternadores de polos salientes es de hilo o pletina de cobre. El conjunto de las bobinas inductoras es alimentado por una fuente de corriente continua de baja tensión, a través de dos anillos aislados eléctricamente y calados sobre el eje, y una o más escobillas por anillo apoyadas en ello

Los rotores de los alternadores de alta velocidad se construyen a partir de un cilindro de acero de alta resistencia mecánica En las Máquinas Síncronas son las solicitaciones mecánicas las determinantes de la potencia unitaria máxima. El

entrehierro de los turbo-alternadores es mayor que el de las máquinas sincronas de polos salientes. Un gran entrehierro exige una mayor f.m.m. para obtener una inducción máxima determinada en la honda de campo, reduce la reactancia de dispersión del arrollamiento inducido, mejora la regulación de la tensión y de la estabilidad, y facilita la refrigeración

Constitución de las Máquinas Síncronas Las Máquinas Síncronas están constituidos por dos devanados independientes: devanado inducido y devanado inductor El Devanado Inducido está situado en el estator, y forma un arrollamiento trifásico alimentado por corriente alterna El Devanado Inductor está situado en el estator, y forma un arrollamiento concentrado ó distribuido en ranuras, y

alimentado por corriente continua, que da lugar a los polos de la máquina En las máquinas de reducida potencia ( hasta los 50 kVA), la situación de los devanados es inversa: inducido en el rotor

( formando tres fases con salida al exterior por medio de tres anillos), e inductor en el estator ( en forma concentrada sobre los polos salientes)

En las Máquinas Síncronas grandes los polos están en el rotor y el devanado trifásico en el estator La estructura del rotor se fabrica en forma de polos salientes, y en forma de polos lisos ó rotor cilíndrico. En el primer

caso los devanados de los polos son concentrados, y para el rotor cilíndrico el devanado de los polos está distribuido en ranuras cubriendo una parte de la circunferencia del rotor. La alimentación del devanado inductor se realiza por medio de dos anillos, colocados en la parte móvil de la máquina, por los que se introduce una corriente continua exterior

Un inducido giratorio requiere tres anillos para recoger la tensión generada y enviarla al circuito exterior. Estos anillos estarán más o menos descubiertos, porque son difíciles de aislar, y suelen producir perturbaciones debidas a chispas, cortocircuitos,…..

Las perdidas de las corrientes de excitación producidas por el Efecto Joule en los devanados, deben evacuarse de una forma adecuada para evitar dañar los aislamientos. En las pequeñas unidades y de baja velocidad, es suficiente una refrigeración por aire, que se mueve por convección natural. En las grandes unidades, es necesario recurrir a intercambiadores de calor aire-agua

La elección entre los dos tipos de rotor depende de la velocidad de rotación de la máquina, la cual depende del tipo de motor primario que la hace girar; distinguiéndose los generadores diesel, los hidrogeneradores, y los turbogeneradores

Los Generadores Diesel

Los generadores diesel están movidos por medio de motores de combustión interna a velocidades que no superan las 1.500 r.p.m.

Los Hidrogeneradores Los hidrogeneradores están movidos por turbinas hidráulicas, cuyo tipo y velocidad de giro dependen de las características

del salto Los generadores hidráulicos al ser de menos velocidad, tienen un gran diámetro y una pequeña longitud axial. Debido a las

velocidades de giro tan reducidas en comparación con los turbogeneradores, los generadores hidráulicos se construyen en forma de un gran número de polos alientes

Los Turbogeneradores Los turbogeneradores tienen un motor cilíndrico devanado para dos polos, y están movidos por turbinas de vapor, las

cuales tienen gran rendimiento si se mueven a velocidades elevadas Los turbogeneradores al ser de gran velocidad, se construyen con un pequeño diámetro y una gran longitud axial, para

reducir las fuerzas centrífugas a que están sometidos los devanados del rotor Los turbogeneradores empleados en las centrales nucleares son los generadores más económicos si se construyen con rotor

cilíndrico tetrapolar

Sistemas de Excitación de una Máquina Síncrona Los polos de una se alimentan con corriente continua En una Máquina Síncrona de Polos Salientes, al girar el rotor a la velocidad n, se inducen f.e.m.s. en los arrollamientos de

las tres fases del estator, que van desfasados en el tiempo 120º, y que corresponden al desplazamiento eléctrico de las bobinas del inducido

La variación con el tiempo de la f.e.m. inducida en un alternador debe ser senoidal en los devanados del estator, por lo que es necesario una distribución senoidal de la inducción a lo largo de la periferia del rotor. Si el entrehierro es de espesor cte., dicha distribución será constante debajo de cada polo y rápidamente decreciente hasta las líneas interpolares

En las máquinas con rotor cilíndrico la obtención de la forma senoidal, se logra por una adecuada distribución del arrollamiento de citación a lo largo de la periferia del rotor

La Característica en Vacío es una característica importante del funcionamiento en vacío de la Máquina Síncrona. La constituye la curva E o = f ( I e ). Que expresa la f.e.m. en bornes de la máquina, estando desconectada la carga en función de la corriente de excitación, ó los amperios vuelta / polo que recorre los devanados inductores

Funcionamiento en Carga y Reacción del Inducido en un Alternador Si estando funcionando un alternador en vacío, con una determinada corriente de excitación, si se cierra el circuito del

inducido, se obtendrá una tensión de salida en bornes de la máquina, inferior al valor que representaba en vacío, y se producirá una f.m.m. que reaccionará con la del inductor, y modificará el flujo del entrehierro de la máquina

El fenómeno de reacción del inducido consiste en que la f.m.m. del inducido influye sobre la f.m.m. del inductor, y reduce ó amplia el campo de excitación de la máquina, dependiendo de la fase de las corrientes que recorren el inducido, es decir modifica el flujo del entrehierro de la máquina

f.m.m.s. del Inducido y del Inductor para una Carga Resistiva Las f.e.m.s. serán máximas cuando los lados de las espiras se encuentran exactamente frente a los centros de los polos.

Como el desfase entre la f.e.m. y la corriente es nulo, ese instante coincide con los valores máximos de intensidad La reacción del inducido es transversal, es decir está desplazado 90º de la f.m.m. del inductor, dando lugar a una

distribución asimétrica debajo de los polos, de la f.m.m. resultante f.m.m.s. del Inducido y del Inductor para una Carga Inductiva El desfase entre la f.e.m. y la corriente es de 90 º Una carga inductiva pura produce una reacción antagonista o desmagnetizante, que reduce la f.m.m. resultante, y

diminuye el flujo en el entrehierro y la f.e.m. inducidaf.m.m.s. del Inducido y del inductor para una Carga Capacitiva Cuando la carga es capacitiva pura, la corriente del estator alcanzará su máximo, y se obtiene un refuerzo de la f.m.m. del

inductor, lo que significa que las cargas capacitivas ayudan a la acción del campo de los polos y provocan un efecto magnetizante sobre los mismos

Cuando la carga no es capacitiva pura, resultan unas reacciones del inducido, cuyo efecto es desmagnetizante o magnetizante, dependiendo de sí la componente es inductiva o capacitiva

En las Máquinas Síncronas, tanto de polos salientes como de rotor cilíndrico, la reacción del inducido provoca una variación de la f.m.m. resultante que actúa sobre el circuito magnético, y que varia la magnitud del flujo en el entrehierro y el valor de la f.e.m. del inducido

En las máquinas con rotor cilíndrico: si tienen forma senoidal el flujo que produce la f.m.m. resultante, y las f.m.m.s. del estator y del rotor, obtendremos una f.e.m. en el estator de forma senoidal

En las máquinas de polos salientes: un pequeño aumento del entrehierro, (que implica un aumento de la reluctancia del circuito magnético de la máquina), reduce la influencia de la reacción del inducido (provocada por la variación de la reluctancia del rotor) frente al campo inductor

Predeterminaron de la Regulación de Tensión de un Alternador SíncronoMétodo de Behn-Eschenburg ó de la Impedancia Síncrona Consideraciones :

1. Cada f.m.m. produce un flujo independiente, que crea a su vez su correspondiente f.e.m. inducida2. La reluctancia del circuito magnético es cte. en todo su recorrido

Tipos de Flujos en las Máquinas Síncronas: 1. Flujo de Dispersión en fase con la corriente del inducido: da lugar a una caída de tensión en la Reactancia de

Dispersión2. Flujo de Excitación producida por la f.m.m. y en fase con ella: da lugar a la f.e.m. de Vacío respecto al flujo3. Flujo de Reacción de inducido producida por la f.m.m. y en fase con la corriente: da lugar a la f.e.m.

retrasada 90 º respecto del flujo y de la intensidad del inducido. Esta f.e.m. se expresa como una caída de tensión producida en una reactancia denominada Reactancia de Reacción de Inducido ó Principal

La Reactancia Síncrona es una magnitud ficticia, que representa los efectos de dispersión y reacción del inducido, y que es cte. para una máquina no saturada

Para calcular el valor de la Impedancia Síncrona y de la Reactancia Síncrona , hemos de realizar dos ensayos en el alternador: el de vacío ( girando la máquina a la velocidad del sincronismo), y el de cortocircuito ( determina la relación entre la Corriente de Cortocircuito y la Corriente de Excitación

La Impedancia Síncrona se obtiene como el cociente entre la f.e.m. de Vacío y la Corriente de Cortocircuito , manteniendo la Corriente de Excitación cte.

Para excitaciones pequeñas la Impedancia Síncrona es cte., y no es saturada porque la Característica de Vacío coincide con la Recta de Entrehierro

Funcionamiento en Paralelo de Alternadores Síncronos Las diferentes centrales eléctricas forman una red al estar conectadas entre sí en paralelo, (mediante líneas de transmisión

y de distribución), para aumentar el rendimiento y la fiabilidad del sistema. La red formada representa un gran generado, en el que la tensión y la frecuencia son cte.

La conexión en paralelo de una alternador a la red implica unas operaciones complejas que constituyen la Sincronización de la Máquina.

Condiciones para acoplar en paralelo un alternador a la red:1. La f.e.m. del generador tendrá un valor eficaz igual a la tensión de la red, y sus fases estarán en oposición entre sí 2. Iguales secuencias de fases del alternador y de la red3. Iguales frecuencias de ambas tensiones

La Máquina Síncrona Conectada a una Red de Potencia Infinita Al variar la corriente de excitación, varia la componente reactiva de la intensidad que suministra la máquina, y no varía la

potencia cedida a la carga

MOTORES SINCRONOS

Fundamento del Motor Síncrono El funcionamiento de un Motor Síncrono está basado en la reversibilidad de los alternadores Para conseguir un movimiento giratorio continuado del órgano móvil, los conductores del bobinado inducido serán

recorridos por corriente alterna, cuya frecuencia esté en consonancia con la velocidad y número de polos del motor Se dice que un Motor es Síncrono cuando la velocidad del órgano móvil coincide con la velocidad síncrona

frecuencia de la red (Herzios) número de polos de la máquina

Las fuerzas electromagnéticas ejercidas sobre los conductores del inducido, actuarán siempre en el mismo sentido El órgano móvil tendrá una rotación continua cuando el rotor avance un arco igual al paso polar, en el tiempo

correspondiente a una alternancia de la corriente alterna

Funcionamiento en Carga de un Motor Síncrono Cuando un Motor Síncrono funciona en carga, aparecen en su bobinado inducido los fenómenos de reacción del inducido

y de dispersión del flujo, cuyos efectos son englobados en una Reactancia Total por Fase , que da lugar a una caída de tensión reactiva

Cuando un Motor Síncrono se encuentra en marcha, los conductores de su bobinado inducido son cortados por las líneas de fuerza del flujo polar, generándose en ellos f.e.m.s. elementales, que da lugar a una f.e.m. total contraria a la tensión en bornas, por lo que será una f.c.e.m.

Composición Vectorial de Tensiones

Diagrama Vectorial de Benhn – Eschenburg de un Motor Síncrono

Dirección de la Corriente Valor Eficaz de la Tensión en Bornas por Fase Valor Eficaz de la Fuerza Contraelectromotriz generada en cada fase del bobinado inducido Valor Eficaz de la Caída de Tensión Ohmica Valor Eficaz de la Caída de Tensión Inductiva

Diagrama de Benhn - Eschenburg Simplificado El diagrama de Benhn - Eschenburg puede ser simplificado teniendo en cuenta, que en la práctica, la resistencia por fase

del bobinado inducido tiene un valor muy pequeño en comparación con la reactancia de fase; por lo que se puede despreciar la caída de tensión óhmica sin cometer error apreciable

Diagrama Simplificado de Benhn - Eschenburg

De un Alternador De un Motor Síncrono

De un Alternador Tensión en Bornas por Fase Caída de Tensión Inductiva Valor Eficaz de la Fuerza Electromotriz generada en cada fase del bobinado inducido

De un Motor Síncrono Tensión en Bornas por Fase Caída de Tensión Reactiva Valor Eficaz de la Fuerza Contraelectromotriz generada en cada fase del bobinado inducido

Representación de Potencias Activas La Potencia Activa cedida por el alternador a la línea, o absorbida por el motor síncrono de la misma será:

La Potencia Eléctrica Activa de una Máquina Síncrona queda representada en el diagrama de Benhn - Eschenburg por la proyección sobre el eje del vector, que representa el valor de la f.e.m. (en un alternador) o de la f.c.e.m.(en un motor síncrono)

Sí en un alternador / motor síncrono las proyecciones que representan las potencias activas quedan a la izquierda / derecha del punto , significa que los segmentos situados a la izquierda / derecha del punto representan potencias positivas cedidas por el alternador a la red / potencias negativas absorbidas por el motor síncrono de la red

La Línea de Potencia a toda línea paralela a la dirección de la tensión en bornas que señala una determinada potencia activa

Representación de Potencias Reactivas La Potencia Reactiva se representa por el segmento , proyección del vector sobre la dirección de la tensión en bornas

Los segmentos de potencia reactiva situados por encima / debajo del eje , representan potencias reactivas positivas cedidas por el alternador a la red / negativas absorbidas por el motor síncrono de la línea

El alternador / motor síncrono cede / absorbe potencia reactiva a / de la red

Influencia de la Excitación en un Alternador Un alternador es capaz de suministrar la misma potencia activa con diferentes valores de la f.e.m. inducida Se varia el valor de la f.e.m. inducida regulando la intensidad de la corriente de excitación que recorre el bobinado

inductor Para una determinada potencia activa existe un valor de la corriente de excitación, con la que se consigue la mínima

corriente de carga

Nunca se debe hacer funcionar a un alternador con la corriente de excitación correspondiente a la mínima intensidad de carga, ya que entonces no suministra la potencia reactiva exigida

Influencia de la Excitación en un Motor Síncrono Para una potencia activa determinada, la intensidad de corriente absorbida de la línea por un motor síncrono depende de la

corriente de excitación Una variación de la intensidad de corriente de excitación, implica que varíen la f.c.e.m. generada en el bobinado inducido

y el valor y sentido del ángulo de desfase de la corriente respecto de la tensión en bornas Un aumento / disminución de la corriente de excitación, implica que el motor cede / absorbe potencia reactiva a / de la red.

Cuando el motor trabaje con un factor de potencia igual a la unidad no existe potencia reactiva

Condensador Síncrono ó Generador de Energía Reactiva Para hacer que un motor síncrono trabaje como condensador síncrono, se le hace funcionar en vacío ( la potencia activa

absorbida de la red por la máquina es la mínima para cubrir las perdidas de potencia) La sobreexcitación del bobinado inductor, implica una gran f.c.e.m. en el inducido

Arranque de los Motores SíncronosArranque como Motor Asíncrono Como generalmente el sistema polar del motor síncrono tiene una jaula amortiguadora, se puede arrancar el motor

síncrono como si fuera asíncrono Estando abierto el circuito inductor, se conecta el bobinado inducido a la red de alimentación; las corrientes que recorren

los conductores del bobinado inducido crean un flujo magnético que gira a la velocidad del sincronismo La acción mutua del flujo giratorio y de las corrientes inducidas crea las fuerzas electrodinámicas, que hacen que el órgano

giratorio del motor síncrono se ponga en marcha y comience a girar hasta una velocidad próxima a la de sincronismo. Entonces se cierra el circuito de excitación y la rueda polar, y después de algunas oscilaciones de velocidad, alcanza la velocidad de sincronismo

Este tipo de arranque requiere un Autotransformador de Arranque y una Resistencia de Descarga El Autotransformador evita una absorción exagerada de la corriente en el arranque. La tensión aplicada a las bornas del

bobinado inducido será del 30 al 40 % de la tensión total de la red La Resistencia de Descarga ( en serie con el bobinado inductor), evita los efectos perjudiciales que se producirán en las

bobinas durante el arranque. Esta resistencia se elimina después del arranque

Arranque mediante Motor Auxiliar Acoplamos un motor auxiliar al eje del motor síncrono, para conseguir la velocidad de sincronismo Cuando se emplea un motor asíncrono, su velocidad en carga es mayor que la de sincronismo del motor síncrono. El grupo gira a la velocidad deseada cuando se reduce la velocidad con un reostato apropiado Alimentado el motor asíncrono sincronizado, este arrastra al grupo hasta la velocidad de sincronismo Entonces podemos cerrar el interruptor de la línea de alimentación del motor síncrono

Parada de los Motores Síncronos Se elimina la carga mecánica del motor para que absorba la intensidad de vacío de la red de alimentación de corriente

alterna Regulando la intensidad de corriente de excitación se reduce aún más la intensidad de la corriente absorbida Se desconecta el interruptor de la red, y el motor perderá velocidad hasta llegar a pararse

Inconvenientes de los Motores Síncronos1. No pueden arrancar en carga, porque antes de ser conectado a la red debe girara a la velocidad de sincronismo2. Exigen una excitatriz para la excitación del bobinado inductor3. Solo tienen una velocidad de giro, que es la de sincronismo4. No puede variar bruscamente la carga

Ventajas de los Motores Síncronos1. Buen rendimiento y elevado factor de potencia2. Sin transformadores intermedios se puede conectar directamente a la red de alta tensión, 3. Puede funcionar como generadores de potencia reactiva (Condensadores Sincronos)

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