Maquinas eléctricas

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

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.


• EL COBREMaterial conductor arrollados alrededor del núcleo.Devanados, bobinasDevanado inducido Devanado inductor

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.

MÁQUINAS ASÍNCRONAS DE INDUCCIÓN

BOBINADOS DEL ESTATOR

MÁQUINAS ASÍNCRONAS DE INDUCCIÓN

JAULA DE ARDILLA

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 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



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


MOTOR DE INDUCCIÓN = Motor Asíncrono ROTOR BOBINADO

MOTOR MONOFASICO

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

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


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.


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



Donde :E = Voltaje aplicado por fase en el devanado del estatornr = Número de espiras del rotorN = Número de espiras del estator


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


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