2. Maquinas Electricas Estaticas y Rot

8/16/2019 2. Maquinas Electricas Estaticas y Rot

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II. Máquinas Eléctricas

Objetivo:Relaciona el principio de funcionamiento de las máquinas

eléctricas con la transformación de energía, a partir de aplicaciones en laindustria .

Relaciona las mediciones de variables de una máquina eléctrica, con lainformación de su placa de características, para determinar su operatividad

Profesor: Sebastián Díaz Azúa



Se clasifican en dos grandes grupos, según eltipo de red eléctrica a la que se encuentrenconectadas. Así, se tienen:

-Motores eléctricos de corriente alterna.

- Motores eléctricos de corriente continua;(normal y paso a paso)

CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORESELÉCTRICOS



CLASIFICACIÓN MÁQUINAS ROTATORIAS



CONCEPTOS PREVIOS



Magnetismo:

Campo Magnético

La región del espacio donde

se pone de manifiesto la acciónde un imán se llama campomagnético. Este campo serepresenta mediante líneas defuerza, que son unas líneasimaginarias, cerradas, que van delpolo norte al polo sur, por fueradel imán y en sentido contrario enel interior de éste; se representa

con la letra B.



Magnetismo:

Los imanes

Llamaremos polo

norte del imán al queapunta cerca del PoloNorte geográfico y polosur del imán al que

apunta cerca del PoloSur geográfico. De estaforma el Polo Nortegeográfico está cerca delPolo Sur magnético de laTierra y viceversa.



Electromagnetismo:

El Experimento de Oersted

Hans Oersted estaba preparandosu clase de física en la Universidad deCopenhague, una tarde del mes deabril de 1820, cuando al mover unabrújula cerca de un cable que conducíacorriente eléctrica notó que la aguja se

deflectaba hasta quedar en unaposición perpendicular a la direccióndel cable. Por primera vez se habíahallado una conexión entre laelectricidad y el magnetismo.



Electromagnetismo:

El Experimento de Oersted

Del experimento deOersted se deduce que ;

• Una carga en movimientocrea un campo magnético enel espacio que lo rodea.

• Una corriente eléctrica quecircula por un conductorgenera a su alrededor uncampo magnético cuyaintensidad depende de la

intensidad de la corrienteeléctrica y de la distancia delconductor.



PERMEABILIDAD

0 µ µ

=r



MAGNETISMO Y ELECTROMAGNETISMOPERMEABILIDAD



MAGNETISMO Y ELECTROMAGNETISMOPERMEABILIDAD



CAMPO MAGNÉTICO EN UNA BOBINA



Creación de campos magnéticosBobina solenoide con

núcleo de aire construida conalambre desnudo de cobreenrollado en forma de espiral yprotegido con barniz aislante. Si aesta bobina le suministramos

corriente eléctrica empleandocualquier fuente de fuerzaelectromotriz, como una batería,por ejemplo, el flujo de lacorriente que circulará a travésde la bobina propiciará laaparición de un campo magnéticode cierta intensidad a sualrededor.



Electromagnetismo:

Creación de campos magnéticos

Bobina solenoide a la

que se le ha introducidoun núcleo metálico comoel hierro (Fe). Si comparamosla bobina anterior con núcleo de

aire con la bobina de estailustración, veremos que ahoralas líneas de fuerza magnética seencuentran mucho más

intensificadas al haberseconvertido en un electroimán.



Electromagnetismo :

Corrientes InducidasEn 1831, Michael Faraday observó que

un imán generaba una corriente eléctrica en

las proximidades de una bobina, siempre queel imán o la bobina estuvieran en movimiento.La explicación teórica fue:

• Es necesario un campo magnético variable(imán, bobina o cable en movimiento) paracrear una corriente eléctrica en el cable o enla bobina.

• Esta corriente se conoce como corrienteinducida, y el fenómeno, como inducciónelectromagnética. La corriente eléctricainducida existe mientras dure la variación delcampo magnético.

• La intensidad de la corriente eléctrica es tantomayor cuanto más intenso sea el campomagnético y cuanto más rápido se muevan elimán o la bobina.



Electromagnetismo :

Corrientes InducidasCondición para inducir una corriente eléctrica:

1. La corriente eléctrica inducida existe mientras dure estavariación, y su intensidad es tanto mayor cuanto másrápida sea dicha variación.

2. Una corriente eléctrica crea a su alrededor un campo

magnético, y un campo magnético variable inducido, asu vez, una corriente eléctrica en un circuito.3. El sentido de la corriente inducida (Ley de Lenz):

“La corriente inducida tiende a oponerse a al causa que

la produce”.



Aplicación de lascorrientes inducidas

La inducciónelectromagnética es elfundamento del alternador yel dinamo, dispositivos quegeneran corriente, así comode los transformadores ymotores eléctricos, que

convierten la energíaeléctrica en mecánica(movimiento).



Aplicación de las corrientes inducidasTransformadorLos transformadores son

máquinas estáticas capacesde cambiar los valores de latensión, lo cual, comohemos visto, es necesario.



• El transformador está formado

por un núcleo de materialsensible al campo magnético,con un bobinado primarioconectado a un generador y un

bobinado secundarioconectado al circuito deutilización.

• La tensión del bobinadoprimario V1 crea un campomagnético que recorre elcircuito magnético y queinduce una tensión V2 en elsecundario. La relación entrelas tensiones se llamarelación de transformación yviene dada por la expresión:

S

P

S

P

N

N

E

E =





Aplicación de las corrientes inducidasMotor Eléctrico de C.A.:

Un motor es una máquina motriz, esto es, un

aparato que convierte una forma determinadade energía en energía mecánica de rotación opar. Un motor eléctrico convierte la energíaeléctrica en fuerzas de giro por medio de laacción mutua de los campos magnéticos.



Aplicación de las corrientes inducidasGenerador Eléctrico:Un generador eléctrico, por otra parte, transforma energía

mecánica de rotación en energía eléctrica y se le puede llamar unamáquina generatriz de fem. Las dos formas básicas son elgenerador de corriente continua y el generador de corriente alterna,este último más correctamente llamado alternador.



Conversión de Energía



Principio de funcionamiento

de las Máquinas eléctricasLos dos principios en que se basa el funcionamiento decualquier máquina eléctrica

rotativa son los siguientes:• Cuando un conductor se mueve en el interior de uncampo magnético cortando líneas de campo, se genera en

él una fuerza electromotriz. (Generación – Faraday)

• Cuando un conductor, por el que circula unacorriente, se sitúa en el interior de un campo magnéticoactúa sobre él una fuerza de desplazamiento.(Motor – Lenz).




GeneradorGENERADOR

En un conductor que se mueve en el seno de un campomagnético se crea una fuerza electromotriz inducida

Mano izquierda

M: Movimiento del conductor.

B: Dirección del campo

I : Dirección de la corriente

inducida resultante.




Motor

Al hacer circular una corriente por un conductor que se encuentra en el

seno de un campo magnético, actúa una fuerza sobre el mismo.

MOTORMano derecha

D: Desplazamiento,movimiento resultante.

B: Dirección del campo.

I : Dirección de lacorriente aplicada alconductor.



Izquierda Generador y Derecha Motor

Movimiento delconductor

Regla mano derecha

motores

Regla mano izquierda

generadores

Dirección de la corrienteinducida

Dirección delcampo

Dirección de la corrienteaplicada

Movimiento resultante



Funcionamiento motor Básico de C.A.



Funcionamiento motor Básico de C.A.



MOTOR SINCRONO



El Motor SincronoEl motor Sincrono

tiene la particularidadde que su velocidadde funcionamiento es

constante en todaslas condiciones decarga que haya hasta

carga completa.



El Motor SincronoEsta velocidad constante

de funcionamiento se puedeconservar incluso encondiciones en las que elvoltaje de línea sea variable.

Por lo tanto, se trata de unmotor útil para aplicacionesen donde se requiere conocercon precisión la velocidad de

funcionamiento y donde éstadebe ser invariable.

Grupo motor generador 300 KW,1200 rpm.



VELOCIDAD DEL CAMPO GIRATORIO.

La dirección del campo giratorio es unidireccional yde magnitud constante.

La velocidad del campo giratorio, es la velocidadsíncrona (ns), se determina como :

ns = 60 f / Pp

f = frecuencia (Hz.), Pp= No. de pares de polos de lasbobinas.

Si el rotor esta en reposo, su velocidad nr es cero yla velocidad relativa entre campo giratorio y rotor, esmáxima y no pueden acoplarse los polos opuestos delestator y rotor, es la razón por la cual no tiene par de

arranque.A. GARDUÑO GARCÍA



PAR DE ARRANQUE.

• El motor síncrono, tiene construcción idéntica al generadorsíncrono.

• No tiene par de arranque, por la diferencia de velocidadentre el campo giratorio del estator (ns= 60f/ Pp) y la del

rotor (nr= 0), para el arranque se anexa un devanado jaula

de ardilla (amortiguador) por lo que recibe el nombre demotor síncrono de inducción.

• Cuando no tiene devanado jaula de ardilla se arranca si setrabaja inicialmente como generador cumpliendo lascondiciones de acoplamiento en paralelo, paso siguiente setrabaja como motor al desconectar de la fuente alimentación

la maquina que lo impulso.A. GARDUÑO GARCÍA



ImportanteUna de las peculiaridades que hace del

motor Sincrono un sistema cuyamanipulación íntima es solo apta parapersonal especializado es que, para

potencias elevadas, el arranque del motorha de hacerse con ayuda de otros

dispositivos, pues mientras su rotor noalcanza la velocidad de sincronismo hay

que ayudarle con esmero.



COMPONENTES DEL MOTORSÍNCRONO.

Componentes del motor síncrono de inducción.

A. GARDUÑO GARCÍA



COMPONENTES DEL MOTOR

SÍNCRONO.

Í



TIPOS DE MOTORES SÍNCRONOS.

MS 600 Hp. 1200rpm.para bomba centrifuga. MS 900 Hp. F.P. adelantado, 600 rpm,planta de cemento.

MS 1500 Hp , 277 rpm.MS 1000 H.p. 180 rpm, planta de cemento.A. GARDUÑO GARCÍA



CURVAS "V" DEL MOTOR

SÍNCRONO.



Línea de F:P unitario

Media carga

Sin carga

Plena carga a F.P= 1

Plena carga con F.P.= 0.8 +

ATRASO

ADELANTO

0 25 50 75 100 125

40

80

120

160

200

% de corriente de excitación

% d

e c a

r g a p l e n a

100



CONDENSADOR SÍNCRONO



CONDENSADOR SÍNCRONO.

Línea de F:P unitario

Sin carga

ADELANTO

0 25 50 75 100 125 150

40

80

120

160

200

% de corriente de excitación

% d

e c a r g a p l e n a

100

A. GARDUÑO GARCÍA

Í



CONDENSADOR SÍNCRONO

Condensador síncronoenfriamiento con H2,

25 MVA 900 rpm, 60 Hz.

Condensador síncronoenfriamiento con H2

75 MVA, 750 rpm, 50 Hz.

Potencia de entradaCS

Potenciareactiva

A. GARDUÑO GARCÍA





MOTORES ASINCRONOSTRIFASICOS

M AM t A íí dd



los motores asíncronos

se clasifican de acuerdoa la forma deconstrucción del rotor.

Las bobinas del estator inducecorriente alterna en el circuito eléctrico

del rotor (de manera algo similar a untransformador) y el rotor es obligado agirar.

El rotor consta de uncierto número de

barras de cobre o dealuminio, conectadaseléctricamente poranillos de aluminiofinales

Rotor de jaula de ardilla

Rotor bobinadoEl motor de jaula de ardilla tiene el inconvenientede que la resistencia del conjunto esinvariable, no así el motor rotor devanado

Motor AsMotor Así í ncrono o dencrono o de

InducciInduccióón:n:

M t AM t A íí dd



De acuerdo a la forma de construcción del rotor, los

motores asincrónicos se clasifican en:

► Motor Asincrónico tipo Jaula de Ardilla

► Motor Asincrónico de Rotor Bobinado

Motor AsMotor Así í ncrono o dencrono o de

InducciInduccióón:n:

Descripción física de un



pmotor asíncrono

• Los motores asíncronos constande dos partes:

• El estator : la parte fija de lamáquina, constituido por unacorona de chapas magnéticasaisladas entre sí por medio de

barniz, ranuradas interiormente ysujetas a una carcasa fabricada,por lo general, con fundición dehierro o aluminio. En las ranurasdel estator se dispone undevanado, constituido por unnúmero de fases igual al de lared eléctrica que alimenta elmotor.




pmotor asíncrono




pmotor asíncrono



MOTOR ROTOR BOBINADOASINCRONO

► Motor Asincrónico



► Motor Asincrónico

de Rotor Bobinado

Posee un rotor constituido, en

vez de por una jaula, por unaserie de conductoresbobinados sobre él en unaserie de ranuras situadassobre su superficie. De estaforma se tiene un bobinado enel interior del campo

magnético del estator, delmismo número de polos y enmovimiento.




siendo




Este rotor es muchomás complicado de

fabricar y mantener queel de jaula de ardilla, peropermite el acceso al

mismo desde el exterior através de unos anillosque son los quecortocircuitan los

bobinados.

Arranque por Resistencias




Rotóricas





Rotóricas (reóstato trifásico)

► Conexión Motor Asincrónico



► Conexión Motor Asincrónico

de Rotor Bobinado con Reostato

Este tipo de motor conrotor devanado tiene laposibilidad de utilizar un

reóstato de arranque quepermite modificarla velocidad y el par dearranque, así como el

reducir la corrientede arranque.



Arranque Mediante resistencias



Arranque Mediante resistencias

Rotóricas, 3 etapas



MOTOR JAULA DEARDILLA ASINCRONO



Rotor Jaula de Ardilla




motor asíncrono

Descripción física de unmotor asíncrono



motor asíncrono

Principio de Funcionamiento




Campo Magnético Giratorio:El Campo magnético giratorio se

obtiene con tres devanados desfasados120º (acoplados en estrella o triángulo)y conectados a un sistema trifásico dec.a.











Doble jaula de ardilla



Doble jaula de ardilla

Rotor Ranura Profunda



Rotor Ranura Profunda

Par Desarrollado en Motores Jaula



Par Desarrollado en Motores Jaula

Resumiendo









VARIABLES TECNICAS DE UN MOTOR



Rendimiento

TORQUE

Velocidad de Sincronismo

Deslizamiento

VARIABLES TECNICAS DE UN MOTOR











Motor DC



Rotor bobinado

Jaula de Ardilla



Maquina Sincrona



Motor universal

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