Maquinas eléctricas
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MEDIDA DE POTENCIAMétodo de los dos vatímetros
METODO DE LOS DOS VATIMETROS
P = W1 +W2
MAQUINAS ELÉCTRICASPrincipios generales
DEFINICIONES• MAQUINA:
• Una máquina es un conjunto de elementos móviles y fijos cuyo funcionamiento posibilita aprovechar, dirigir, regular o transformar energía o realizar un trabajo con un fin determinado.
• MOTOR Es el mecanismo que transforma una fuente de energía en trabajo requerido. Un motor es una maquina destinada a transformar la energía original (eléctrica, química, potencial, cinética)
• GENERADOR.• Aquellas máquinas que realizan la transformación inversa.
• Generadores de energía eléctrica, también deben incluirse en esta categoría otro tipos de máquinas como, por ejemplo, las bombas o compresores.
ENERGÍADIFERENTES FORMAS• ENERGÍA QUIMICA:
• Almacenada dentro de los productos Químicos• La madera, el carbón, el Petróleo, la pólvora.
• Energía Térmica:• Choque de articulas en movimiento y desprende calor
• Reacciones nucleares• Efecto JOULE al paso dela corriente eléctrica.• Aprovechamiento de la energía geotérmica.• Aprovechamiento del sol “ËNRGIA SOLAR”• Energía BIOMASA.
• Energía Mecánica: • Energía potencial gravitacional (Energía Cinética y la Energía Potencial)
• Movimiento del viento (Energía Eólica), (Offshore)
ENERGÍADIFERENTES FORMAS• ENERGÍA LUMINOSA O LUMINICA
• Se manifiesta y es transportada por Ondas Luminosas. Sin ella no habría vida en la Tierra.
• Mediante el efecto Fotoeléctrico se puede transformar en energía eléctrica, y esta es la energía eléctrica FOTOVOLTAICA
• No debe confundirse con la energía radiante, que es otra forma de energía electromagnética.
• ENERGÍA ELECTROMAGNETICA• Presencia de campo eléctrico y campo magnético
SU APROVECHAMIENTO SE CONOCE COMO MAQUINA ELECTRICA
ENERGÍA• ES LA CAPACIDAD PARA REALIZAR UN TRABAJO.
• LA ENERGÍA NI SE CREA NI SE DESTRUYE SOLO SE TRANSFORMA.•SU APROVECHAMIENTO SE
CONOCE COMO MAQUINA ELECTRICA
CLASIFICACIÓN
FUENTE DE ENERGÍA MOVIMIENTO PRINCIPAL
TIPO DE BASTIDOR
Química. Térmica.Motor de Combustión.Fusión y Fisión nuclear
Maquinas Rotativas.
Bastidor Fijo
Mecánica. Molinos movidos por agua.Generadores.
Maquinas alternativas
Bastidor Móvil
Máquinas térmicas. Maquinas de reacción
Electromagnética.MAQUINAS ELECTRICAS
MAQUINA ELÉCTRICA• Una máquina eléctrica es un dispositivo en el cual existe un a transformación de energía a E.
ELECTROMAGNETICA o a E. ELECTROMECANICA.
• Los generadores transforman energía mecánica en eléctrica, mientras que los motores transforman la energía eléctrica en mecánica haciendo girar un eje.
• El motor se puede clasificar en motor de corriente continua o motor de corriente alterna. Los transformadores y convertidores conservan la forma de la energía pero transforman sus características.
• Una máquina eléctrica tiene un circuito magnético y dos circuitos eléctricos. Normalmente uno de los circuitos eléctricos se llama excitación, porque al ser recorrido por una corriente eléctrica produce los amperivueltas necesarios para crear el CAMPO MAGNETICO (Energía Electromagnética), que rota (Energía Mecánica), dando origen a la energía eléctrica. Todo ese conjunto se llama la máquina. El nombre lo toma del producido por las energías que interactúan predominando la producción de energía eléctrica. GENERADOR ELECTRICO.
• Desde una visión mecánica, las máquinas eléctricas se pueden clasificar en rotativas y estáticas. Las máquinas rotativas están provistas de partes giratorias, como las dinamos, alternadores, motores. Las máquinas estáticas no disponen de partes móviles, como los transformadores.
• En las máquinas rotativas hay una parte fija llamada estator y una parte móvil llamada rotor.
• Normalmente el rotor gira en el interior del estator. Al espacio de aire existente entre ambos se le denomina entrehierro. Los motores y generadores eléctricos son el ejemplo más simple de una máquina rotativa.
CONVERSIÓN DE ENERGÍA EN LA MAQUINAS ELÉCTRICAS
LEY DE AMPERE
LEY DE FARADAY
ENERGÍA ELECTRICA
ENERGÍA ELECTROMAGNETICA
ENERGÍA MECÁNICA
Ni= ∫H. dl
E = N dФ/dt
)Ley de Laplace
M o t o r
G e n e r a d o
r
Transformador
CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICASESTÁTICAS
Transformador
Potencia
Monofásicos
Transformadores.
Auto….
Trifásicos
Transformadores
Auto…
Especiales
Protección
Medida
CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS
CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS
Rotativas de C.A
Motores
Inducción(Asíncronos)
1Ф
De Condensador De fase part ida De espira Sombra
3Ф
Jau la de Ardilla
Rotor Bob inad
o
Universales
Síncronos
1Ф
De h is téres is
De reluctan ci
a
3Ф
Generadores
1Ф
Rotor Liso
Pollos Salientes
3Ф
Rotor Liso
Polos salientes
MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS CORRIENTE ALTERNA
Rotativas de C.C
Motores
De excitación
Shunt
De excitación
serie
De excitación Compound
De excitación Independient
e
Generadores
De excitación
Shunt
De excitación
serie
De excitación Compound
De excitación Independient
e
MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS CORRIENTE CONTINUA
ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS BÁSICOS
• EL HIERROMaterial Ferromagnético, con el cual se construye el circuito magnético.
ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS BÁSICOS
• EL COBREMaterial conductor arrollados alrededor del núcleo.Devanados, bobinasDevanado inducido Devanado inductor
ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS BÁSICOS
EL TRANSFORMADOR
• UNIDAD MONOFÁSICA
ACORAZADO
DE COLUMNAS
EL TRANSFORMADOR
• UNIDAD TRIFÁSICA
DE TRES COLUMNAS
EL TRANSFORMADOR DE CORRIENTE
REPASO DE CONCEPTOS
VECTOR
MAGNITUD
DIRECCIÓN
SENTIDO
EJEMPLO: La velocidad, La aceleración, La fuerza, El Trabajo,
ELECTROMAGNETISMO
Parámetros de la curva de Histéresis para diferentes Materiales
Nombre Composición%
µrMáxima
HcA.v/m
BrTeslas
ResistividadΩ-m x10-8
Hierro 99,9 Fe 5.000 80 2,15 10
Hierro al Silicio 4 Si: 96 FE 7.000 48 1,97 59
Hierro al Silicio 3,3 Si; 96,7 Fe 10.000 16 2 50
Permalloy 45 Ni; 54 Fe 25.000 24 1,6 50
Mumetal 75 Ni; 2 Cr; 5 Mn: 18 Fe 110.000 2,4 0,72 60
LEY DE FARADAYEL VOLTAJE INDUCIDO EN UNA ESPIRA O BOBINA DE UN CONDUCTOR ES PROPORCIONAL AL INDICE DE CAMBIO DE LAS LINEAS DE FUERZA QUE PASAN A TRAVÉS DE LA BOBINA.
LEY DE FARADAY. La regla de FlemingSI EL CAMPO MAGNETICO SE CONSIDERA EN UN ESPACIO ESTACIONARIO, EL CONDUCTOR SE CONSIDERA MOVIENDOSE EN FORMA ORTOGONAL A TRAVES DEL MISMO. LA MANO DERECHA SE EXTIENDE CON EL DEDO PULGAR Y EL DEDO INDICE FORMANDO UN ANGULO RECTO Y EL DEDO CENTRAL FORMANDO A SUVEZ UN ANGULO RECTO CON LOS OTROS DOS, DE MANERA QUE SE FORMA UN ARREGLO ORTOGONAL.
LEY DE LENZEN TODOS LOS CASOS DE INDUCCION ELECTROMAGNETICA, UN VOLTAJE INDUCIDO PUEDE CAUSAR QUE CIRCULE UNA CORRIENTE EN UN CIRCUITO CERRADO, DE MANERA TAL QUE LA DIRECCIÓN DEL CAMPO MAGNETICO PRODUCIDO POR LA CORRIENTE, SE OPONDRA AL CAMBIO PRODUCIDO POR LA CORRIENTE.
LEY DE LENZ. FUERZA MAGNETICA SOBRE UN CONDUCTOR
LEY DE BIOT Y SAVART
LA REGLA DE LA MANO IZQUIERDAACCIÓN DEL MOTOR
MOTOR DE INDUCCIÓN TRIFASICO
ESQUEMATICAMENTE ESTA CONSTITUIDO POR UNA PARTE FIJA LLAMADA ESTATOR, FORMADA POR TRES DEVANADOS , LOS CUALES ESTAN DISPUESTOS ENTRE SÍ 120° EN LA PARTE INTERNA. AL CENTRO DE LOS DEVANADOS, SE ENCUENTRA SITUADO EL ROTOR, CONSTITUIDO POR UN CIRCUITO ELECTRICO CERRADO POR SI MISMO.
MOTOR DE INDUCCIÓN TRIFASICO
MÁQUINAS ASÍNCRONAS DE INDUCCIÓN
BOBINADOS DEL ESTATOR
MÁQUINAS ASÍNCRONAS DE INDUCCIÓN
BOBINADOS DEL ESTATOR
MÁQUINAS ASÍNCRONAS DE INDUCCIÓN
JAULA DE ARDILLA
MOTOR DE INDUCCIÓN TRIFASICO
MOTOR DE INDUCCIÓN TRIFASICOGENERACIÓN DE UN CAMPO MAGNETICO ROTATORIO
MOTOR DE INDUCCIÓN TRIFASICOGENERACIÓN DE UN CAMPO MAGNETICO ROTATORIO
MOTOR DE INDUCCIÓN TRIFASICOGENERACIÓN DE UN CAMPO MAGNETICO ROTATORIO
MOTOR DE INDUCCIÓN TRIFASICOGENERACIÓN DE UN CAMPO MAGNETICO ROTATORIO
MOTOR DE INDUCCIÓN TRIFASICOGENERACIÓN DE UN CAMPO MAGNETICO ROTATORIO
MOTOR DE INDUCCIÓN TRIFASICOGENERACIÓN DE UN CAMPO MAGNETICO ROTATORIO
MOTOR DE INDUCCIÓN TRIFASICOGENERACIÓN DE UN CAMPO MAGNETICO ROTATORIO
MOTOR DE INDUCCIÓN TRIFASICOGENERACIÓN DE UN CAMPO MAGNETICO ROTATORIO
MOTOR DE CAMPO ROTATORIO
1 Paquete de laminaciones2 Devanado del rotor3 Anillo de conexión eléctrica de las barras
Rotor: Circuito cerrado. Luego el campo giratorio induce en los conductores del rotor una T (Fmm).
MOTOR DE CAMPO ROTATORIO
MOTOR DE CAMPO ROTATORIO
MOTOR DE CAMPO ROTATORIO
MOTOR DE CAMPO ROTATORIO
MOTOR DE INDUCCIÓN = Motor Asincrono DESLIZAMIENTO
La velocidad del Rotor, no puede alcanzar la velocidad del campo giratorio o velocidad síncrona. Gira cerca pero no lo alcanza.
Síncrono indica una acción que se presenta en el mismo momento y en el mismo intervalo de tiempo.
La diferencia entre la velocidad síncrona (vs) y la velocidad efectiva de rotación del rotor (vr) se define como el deslizamiento.
𝑆%=𝑣 𝑠−𝑣 𝑟𝑣𝑠 ∗100
El deslizamiento aumenta al aumentar la carga, es decir con el aumento del par resistente aplicado al motor. En vacío el motor el deslizamiento es casi nulo. A potencia nominal dependiendo del tamaño del motor varia entre el 2% al 7%
𝑣𝑠
MOTOR DE INDUCCIÓN = Motor Asíncrono FRECUENCIA Y VOLTAJE EN EL ROTOR
𝑓𝑟=𝑆∗ 𝑓 v s=120∗( 𝑓 )𝑃
En el momento en que se alimenta el estator, el rotor se encuentra aun parado. La frecuencia de la tensión inducida en el rotor es igual a la de la tensión de alimentación del estator. En este momento el estator y el rotor se comportan como el primario y el secundario de un transformador.
1. Momento de arranque.
Pero en cuanto el rotor comienza a girar y a tomar velocidad, el número de revoluciones por segundo que el flujo del estator que corta a los conductores del rotor disminuye hasta quedar en un valor muy pequeño. fr (Frecuencia del voltaje inducido en el rotor)
𝐸𝑟=4,44Ф∗ 𝑓𝑟 ∗𝑛𝑟
Cuando el rotor esta parado S=1, la Er0= y es máxima
MOTOR DE INDUCCIÓN = Motor Asíncrono FRECUENCIA Y VOLTAJE EN EL ROTOR
1. Momento de arranque.
Donde :E = Voltaje aplicado por fase en el devanado del estatornr = Número de espiras del rotorN = Número de espiras del estator
𝐸𝑟=𝐸𝑟𝑜∗𝑆
Luego
𝐸𝑟𝑜=𝐸∗𝑛𝑟𝑛
MOTOR DE INDUCCIÓN = Motor Asíncrono LA CORRIENTE EN EL ROTOR
La corriente en el Rotor
Rr = Resistencia del RotorLr = La Inductancia del RotorXlr = 2*πfr*Lr
Zr=√𝑅𝑟 2+𝑥𝑙𝑟2
𝐸𝑟=𝐸𝑟𝑜∗𝑆
MOTOR DE INDUCCIÓN = Motor Asíncrono ROTOR BOBINADO
MOTOR MONOFASICO
MOTOR MONOFASICOS
MOTOR MONOFASICOS
MOTOR MONOFASICOS
MOTOR MONOFASICOSEl motor con espira de arranque, o motor con espira en cortocircuito.
“Espira de Frager" núcleo de polos salientes
aros de cobre en cortocircuito que cubren una porción de cada polo, se llaman espiras de arranque y están en oposición de fase, a 180º una respecto de la otra .
Motor de Excitación Serie
La conexión del devanado de excitación se realiza en serie con el devanado del inducido, como se puede observar. El devanado de excitación llevará pocas espiras y serán de una gran sección. La corriente de excitación es igual a la corriente del inducido. Los motores de excitación en serie se usan para situaciones en los que se necesita un gran par de arranque como es el caso de tranvías, trenes, etc.
La velocidad es regulada con un reóstato regulable en paralelo con el devanado de excitación. La velocidad disminuye cuando aumenta la intensidad.
Motor de excitación en derivación o shunt.
Como podemos observar, el devanado de excitación está conectado en paralelo al devanado del inducido. Se utiliza en máquinas de gran carga, ya sea en la industria del plástico, metal, etc. Las intensidades son constantes y la regulación de velocidad se consigue con un reóstato regulable en serie con el devanado de excitación.
Motor de excitación compuesta o compound.
El devanado es dividido en dos partes, una está conectada en serie con el inducido y la otra en paralelo, como se puede ver con el dibujo. Se utilizan en los casos de elevación como pueden ser montacargas y ascensores. Teniendo el devanado de excitación en serie conseguimos evitar el embalamiento del motor al ser disminuido el flujo, el comportamiento sería similar a una conexión en shunt cuando está en vacío. Con carga, el devanado en serie hace que el flujo aumente, de este modo la velocidad disminuye, no de la misma manera que si hubiésemos conectado solamente en serie.
Motor de excitación Independiente
Como podemos observar en el dibujo, los dos devanados son alimentados con fuentes diferentes. Tiene las mismas ventajas que un motor conectado en shunt, pero con más posibilidades de regular su velocidad.
Conexión de bornes.En la caja de bornes del motor disponemos de unas bornas numeradas alfabéticamente, que corresponden con los diferentes conexionados que podemos hacer en el motor.Para el inducido serán la A-B.Para el devanado de excitación en shunt o derivación serán C-D.Para el devanado de excitación en serie serán E-F.Para el devanado de excitación independiente serán J-K.Para el devanado de compensación y de conmutación serán G-H.
Transformador
Cto. Equivalente visto desde el primario
Circuito Equivalente
Circuito equivalente de un Motor de Inducción
Circuito equivalente de un Motor de Inducción
Circuito equivalente de un Motor de Inducción
Circuito equivalente de un Motor de Inducción
MOTOR DE INDUCCIÓN = Motor Asincrono DESLIZAMIENTO
La velocidad del Rotor, no puede alcanzar la velocidad del campo giratorio o velocidad síncrona. Gira cerca pero no lo alcanza.
Síncrono indica una acción que se presenta en el mismo momento y en el mismo intervalo de tiempo.
La diferencia entre la velocidad síncrona (vs) y la velocidad efectiva de rotación del rotor (vr) se define como el deslizamiento.
𝑆%=𝑣 𝑠−𝑣 𝑟𝑣𝑠 ∗100
El deslizamiento aumenta al aumentar la carga, es decir con el aumento del par resistente aplicado al motor. En vacío el motor el deslizamiento es casi nulo. A potencia nominal dependiendo del tamaño del motor varia entre el 2% al 7%
𝑣𝑠
MOTOR DE INDUCCIÓN = Motor Asíncrono FRECUENCIA Y VOLTAJE EN EL ROTOR
𝑓𝑟=𝑆∗ 𝑓 v s=120∗( 𝑓 )𝑃
En el momento en que se alimenta el estator, el rotor se encuentra aun parado. La frecuencia de la tensión inducida en el rotor es igual a la de la tensión de alimentación del estator. En este momento el estator y el rotor se comportan como el primario y el secundario de un transformador.
1. Momento de arranque.
Pero en cuanto el rotor comienza a girar y a tomar velocidad, el número de revoluciones por segundo que el flujo del estator que corta a los conductores del rotor disminuye hasta quedar en un valor muy pequeño. fr (Frecuencia del voltaje inducido en el rotor)
𝐸𝑟=4,44Ф∗ 𝑓𝑟 ∗𝑛𝑟
Cuando el rotor esta parado S=1, la Er0= y es máxima
MOTOR DE INDUCCIÓN = Motor Asíncrono FRECUENCIA Y VOLTAJE EN EL ROTOR
1. Momento de arranque.
Donde :E = Voltaje aplicado por fase en el devanado del estatornr = Número de espiras del rotorN = Número de espiras del estator
𝐸𝑟=𝐸𝑟𝑜∗𝑆
Luego
𝐸𝑟𝑜=𝐸∗𝑛𝑟𝑛
MOTOR DE INDUCCIÓN = Motor Asíncrono LA CORRIENTE EN EL ROTOR
La corriente en el Rotor
Rr = Resistencia del RotorLr = La Inductancia del RotorXlr = 2*πfr*Lr
Zr=√𝑅𝑟 2+𝑥𝑙𝑟2
𝐸𝑟=𝐸𝑟𝑜∗𝑆