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Roberto RamrezRoberto Ramrez A.A.
MayoMayo 20132013
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INTRODUCCION
UBICACIN DEL CURSO EN LACARRERA
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CLASIFICACIN DE LAS MQUINASELCTRICAS DE ACUERDO A LA FORMA
DE ACCEDER A LOS DEVANADOS DELROTOR
i. MAQUINAS DE CONMUTADOR.
iii. MAQUINAS DE ANILLOS ROZANTES.
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EL CONMUTADOR
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LOS ANILLOS ROZANTES
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CLASIFICACIN DE LAS MQUINASELCTRICAS DE ACUERDO AL TIPO DE
TENSION QUE SUMINISTRAN OREQUIEREN PARA OPERAR
i. MAQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA.
iii. MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA.
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MAQUINAASINCRONA ODE INDUCCION
MAQUINA
SINCRONA
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MAQUINA DE C.C.
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MAQUINA SINCRONA
ESTATOR
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ROTOR DE POLOS SALIENTES
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1. La mayoria de turbinas giran a velocidades entre 50 y 300 rpm
2. Se requiere un gran numero de polos.
Non-uniform
air-gapN
d-axis
Hidrogenerador
Turbine
Agua
S S
N
q-axis
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ROTOR CILINDRICO O LISO
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L 10 m
D 1 mTurbina
Vapor
d-axis
Stator
Uniform air-gap
Rotor
Rotor winding
N
S
Alta Velocidad
3600 r/min :2 polos
1800 r/min :4 polos
Refrigeracin con agua o hidrogeno.Se construyen hasta 2000 MVA
Turbogenerador
q-axis
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MAQUINA ASINCRONA ESTATOR
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ROTOR DEVANADO
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ROTOR DE JAULA DE ARDILLA
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CAMPO DE APLICACIN
GENERACION CONVENCIONAL, GENERACINEOLICA.
MOTORES DE INDUCCION Y MOTORES SINCRONOS
(MOLINOS SAG) EN PLANTAS MINERAS
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GENERADOR DE INDUCCION DOBLEMENTE
ALIMENTADO
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GENERADOR DE INDUCCION/SINCRONO CON FULL
CONVERTER
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MOLINOS SAG
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CONCEPTOS FUNDAMENTALES,
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La MAQUINA ELECTRICA (ME) es un aparato
electromagntico, constituido por un circuito magnticoy circuitos elctricos. Una parte del circuito magnticotiene movimiento y constituye lo primordial de susistema mecnico.
En la ME ocurre una complicada superposicin defenmenos fsicos: trmicos, mecnicos, magnticosdis ersin la saturacin .
Por ello los parmetros que permiten describirmatemticamente a la ME, dependen del rgimen actualde operacin, es decir de las corrientes en los circuitoselctricos.
Para modelar la ME es necesario utilizar (incorporar)aproximaciones, separando los factores principales ydejando de lado los que tengan menor participacin o
influencia en lo que se busca del modelo.
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CONCEPTOS FUNDAMENTALES
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SUPUESTOS PARA EL
MODELAMIENTOI. NO HAY SATURACIN, NI HISTRESIS,
NI PRDIDAS MAGNTICASII. DISTRIBUCIN ESPACIAL SINUSOIDAL:
. . .III.EFECTO SKIN DESPRECIABLE Y LASREACTANCIAS DE DISPERSIN NO
DEPENDEN DE LA POSICIN DEL ROTOR
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DEPENDENCIA LINEALentre el "flujo magntico"" "
I. NO HAY SATURACIN, NI HISTRESIS,
NI PRDIDAS MAGNTICAS
. .
magntico lineal): aplicar el Principio de laSuperposicin.
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PRDIDAS MAGNTICAS DESPRECIABLES: el
flujo magntico y la f.m.m. estn en fase con lacorriente magnetizante.
a. Si fuera necesario considerar este efecto en el
estudio de la M.E. ideal se corrigen algunosparmetros o se introducen correcciones en losresultados finales. La saturacin es necesaria en el
estudio de transitorios de autoexcitacin y lasaturacin del camino del flujo de dispersin en elarranque de motores, etc.
b. Para el anlisis de transitorios de pequeaenvergadura alrededor de cierta condicin deoperacin, no es necesario corregir losparmetros.
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II. DISTRIBUCIN ESPACIAL SINUSOIDAL:DE LA F.M.M. Y EL CAMPO MAGNTICO
Aplicacin (1): La distribucin espacial de laf.m.m. al excitar con una corriente i a una bobinade aso com leto con Nb vueltas.
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Bobina de paso completo
(y =180) con Nb vueltas.
dAJdlH iNdAJ =
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=SC
dAJdlH .. iNdAJS
b .. =
iNH b=
iNdlHdlHdlH b
d
c
b
aC
.... =+=
HHH ss =+= )()(
Por analoga:
Entonces:
2.0 iN
gB b=)()( += ss FF
.iNFF bss =++ ])([)(
2
N)( b
iF s =
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Entonces la f.m.m. en
cada posicin en elentrehierro resulta:
270290
20990
o
o
iNF
iNF
bS
o
bS
o
=
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A li i (2) L di ib i i l d l
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Aplicacin (2): La distribucin espacial de laf.m.m. al excitar un devanado con dos grupos de 5bobinas de paso completo y con Nb vueltas.
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Entonces la f.m.m. en cada posicin en el
entrehierro resulta:
2
20960
2
60630
2
10030
o
o
o
iNF
iNF
iNF
bS
o
bS
o
bS
o
=
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Es una distribucin de f.m.m. simtrica respectodel Eje del Estator.
El armnico fundamental:
)cos(2)(max
ssF = iKqNF
s
w
s
b
s
max =
dp
s
w KKK *=
=
)2/sin(
)2/*sin(
q
qKd
)2/sin(yKp =
Graficando la f.m.m. resultaS C O S C
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1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
DISTRIBUCION ESPACIAL DE F.M.M.Bobinas de 1 vuelta y corriente 1A.
-6.000
-5.000
-4.000
-3.000
-2.000
-1.000
0.0000 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380
ARMONICO FUNDAMENTAL Fmm
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Despreciar componentes superiores de la f.m.m.(armnicos espaciales) y del campo magntico(armnicos dentales): Esto facilita notablementela descripcin matemtica y el anlisis de lasmquinas elctricas. El efecto de los armnicossuperiores del flujo, de ser necesario, se podratomar en cuenta en os c cu os var an o a
magnitud de la reactancia de dispersin de losdevanados.
III.EFECTO SKIN DESPRECIABLE Y LAS
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III.EFECTO SKIN DESPRECIABLE Y LAS
REACTANCIAS DE DISPERSIN NODEPENDEN DE LA POSICIN DEL ROTOR
Los cambios en la frecuencia de operacin de la
ME no modifica las resistencias de sus devanadosy las reactancias de dispersin no se modificancuando el rotor cambia de osicin.
Por lo tanto, la M.E. puede ser tratada comoun conjunto de bobinas o circuitos acopladosen diferente forma, cuyos parmetroselctricos son resistencias, inductanciaspropias y mutuas (que pueden ser constantes
o variables con la posicin del rotor).
CONVENCIONES PARA EL MODELAMIENTO
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CONVENCIONES PARA EL MODELAMIENTO1. La f.m.m. producida al excitar una bobina tiene su
mximo en la direccin en que circula la corriente.La direccin de este mximo, define el eje
magntico de la bobina.2.Es positiva la velocidad mecnica en sentido anti
horario.
3.Todas las potencias que ingresan a la maquina, porlos bornes o por el eje son positivas.
ECUACIN DE MOVIMIENTO DEL ROTOR
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CU C O O O O
1. Para la ecuacin de movimiento del rotor esnecesario considerar el efecto del torque externo
aplicado al eje por el motor primo, si se trata deun generador; o por la carga mecnica, si setrata de un motor.
2.A este torque externo se le puede denominargenricamente Text y Te es el torqueelectromagntico producido por la mquina.
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r
m
r
mLe wD
dwJTT +=+
De acuerdo con la convencin todas las potenciasque ingresan a la mquina por los bornes o por eleje, son positivas", se obtiene:
I Ej i i C l l l i d t i ti t
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I. Ejercicio:Calcular la inductancia magnetizantedel devanado de Aplicacin (1).
El valor mximo de la f.m.m.: iN
F bMAX4
=
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El campo magntico:
El valor mximo de la f.m.m.: iMAX
2
El flujo concatenadomagnetizante de ste
Sb i
N
gB
cos
2
40
=
=S
SMAXbm dSBN .cos
devanado: iDlg
N obm
=
242
=
242 Dl
gNL obm
ldD
dS S2
=
La inductancia magnetizante:
Conductancia magnetizante: 2
4 Dl
g
o
m =
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