mÁquinas elÉctricas -...

MÁQUINAS

ELÉCTRICAS

ELECTROMAGNETISMO-MOTORES Y

GENERADORES

FUNDAMENTO DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS (MOTORES)

• En una espira cuando pasa a través de ella una corriente eléctrica, se crea en cada una de sus caras un polo (N-S) del campo magnético.

• Si dicha espira (móvil) la situamos dentro del campo magnético inductor creado por las extensiones polares o imanes (electroimanes), las polaridades de ambos campos se atraen o repelen haciendo girar la espira, pero en ese momento, también cambia la situación de los polos en la espira al cambiar el sentido de entrada de la corriente eléctrica.

De esta manera la espira vuelve a girar hasta situarse en la posición primitiva.


En media vuelta

S

N

N

S

En la otra media vuelta


• Una bobina es un conjunto de espiras con dos extremos. En un motor hay varias bobinas en el inducido o rotor, tantas como número de delgas dividido entre dos (los extremos de las bobinas)

• Colector de delgas: es un cilindro compuesto por un nº par de delgas. Tantos pares como bobinas tenga el inducido y giran con este.

Por las delgas y a través de las escobillas (de grafito) rozantes se introduce la corriente al inducido, cambiando la polaridad cuando se produce el giro.

• Las masas polares generan el campo magnético inductor.


Masa polar (S)

Masa polar (N)

PS

PN

S

I

ρ

B


• El momento creado por una espira del motor es M = I*(S×B)

• El valor máx. Se produce cuando los vectores superficie (S) y el vector inducción (B) son perpendiculares (de canto la espira con respecto a las masas polares), entonces ρ = 90º; sen ρ = 1

M = I*S*B

• El valor mín. se produce cuando los vectores S y B están alineados, donde ρ = 0; sen ρ = 0; M = 0 Entonces la espira está en el mismo plano o más bien en planos paralelos, que las masas polares


• Cuando ρ = 90º la espira gira hasta situarse en

ρ = 0 donde el momento para esa espira es nulo.

Si queremos que el motor siga girando,

tendremos que tener otras espiras desfasadas un

nº de grados determinados. Estas espiras serán

de bobinas distintas.

• En realidad cada bobina tiene más de una espira

(N) y entonces las expresiones anteriores se

convierten en:

M = N*I*(B×S); M = N*I*B*S*sen ρ

CAMPO MAG. INDUCTOR E INDUCIDO DE UNA ESPIRA

PAR DE GIRO DENTRO DE UN CAMPO INDUCTOR

INDUCTOR E INDUCIDO DE UN MOTOR ELÉCTRICO

PARTES DE UN MOTOR ELÉCTRICO

GENERACION DE CORRIENTE ELÉCTRICA

GENERACIÓN DE FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA

CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES

Según la corriente empleada:

Motores de corriente continua. Excitación independiente

Excitación en serie.

Excitación en derivación.

Excitación compuesta.

De imanes permanentes.

Motores de corriente alterna. Síncronos (velocidad de giro).

Asíncronos (velocidad de giro).

Bobinado (tipo de rotor).

En cortocircuito o jaula de ardilla (tipo de rotor).

Monofásico (número de fases).

Universal (número de fases).

Trifásico (número de fases)

Motores universales (sirven para los dos tipos de corriente)

ELEMENTOS DE UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA

CORRIENTE DE EQUILIBRIO

SE APLICA UNA

TENSIÓN

TOTAL (U)

APARECE UNA

INTENSIDAD (Ii)

EN EL INDUCIDO

SE CREA CAMPO

MAGNÉTICO

INDUCTOR

SE CREA UN

PAR (Mi). EL

MOTOR GIRA

APARECE LA

FCEM (E´)

LA INTENSIDAD (Ii) DISMINUYE. SE ALCANZA

EL EQUILIBRIO

Ii = (U – E´)/ri o también

U = E´+ ri Ii

SÍMIL ELÉCTRICO DE UN MOTOR DE CC

Mi = 1/2 π * p/a * N/60 * Φ Ii

Mi = K Φ Ii

E´= p/a * N/60 * Φ n

E´= K´n Φ

Ii = U-E´/ri

U = E´+ ri Ii

MOTOR DE CC EXCITACIÓN INDEPENDIENTE

Ii = U-E´/ri Iex = U/rex It = Ii + Iex

MOTOR DE CC EXCITACIÓN DERIVACIÓN

Ii = U-E´/ri Iex = U/Rd I = Ii + Iex

MOTOR DE CC EXCITACIÓN SERIE

I = Ii = Iex I = U-E´/ri+rs

BALANCE DE POTENCIAS EN M. DE CC

Potencia absorbida de la red: Pab = U I

Pérdidas en el inductor: Pcu1 = Rex (Iex)2

Pérdidas en el inducido: Pcu2 = ri (Ii)2

Pab – (Pcu1+Pcu2) = Pei Potencia eléctrica interna

Potencia útil: Pu = Pei – (Pfe + Pm)

Pei= E´ Ii

Rendimiento= Pu/Pab o Rendimiento = E´/U

MOTORES TRIFÁSICOS

CONSTITUCIÓN Y PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

•Rotor o parte móvil: está formada por chapas magnéticas aisladas y

ranuradas exteriormente. Las ranuras pueden llenarse o bien

inyectando barras de cobre o aluminio cortocircuitando ambos

extremos o bien mediante un devanado trifásico similar al del estátor.

•Estátor o parte fija: está formada por chapas magnéticas aisladas y

ranuradas interiormente donde introducimos un devanado trifásico.

Cada uno de los cuales ocupa un tercio de las ranuras totales.

•Su principio de funcionamiento se basa en el campo magnético

giratorio que crea una corriente alterna trifásica (campo magnético

con flujo variable). Dicho campo magnético giratorio corta los

conductores del rotor e induce en ellos una fuerza electromotriz. Al

estar dichos conductores cortocircuitados, origina grandes

intensidades y en consecuencia un gran campo magnético que

reacciona con el del estátor, dando lugar a un giro del rotor.

CONSTITUCIÓN DE UN MOTOR DE CA

TRIFÁSICO. DESFASE DE CORRIENTES

MOTORES SÍNCRONOS Y ASÍNCRONOS

El campo magnético resultante gira a n1 = 60 f1/p velocidad síncrona.

Este campo magnético giratorio induce en el rotor una fem E2.

Al estar los conductores del rotor cortocircuitados se producen corrientes muy elevadas y campos magnéticos grandes que reaccionan con los del estator.

Se produce un giro en el rotor con el mismo sentido que el campo magnético giratorio.

El par motor (en el rotor) M1 = K Φ I1 cos φr φr = desfase tensión-corriente del rotor

Motores síncronos, aquellos que la velocidad del flujo (sincronismo) n1 es la misma que el rotor (n2).

Motores asíncronos, aquellos que la velocidad del flujo (sincronismo) n1 es mayor que la del rotor (n2).

Deslizamiento absoluto (d) d = n1 - n2

Deslizamiento relativo (S) S = n1 - n2 / n1

Deslizamiento porcentual (S %) S = (n1 - n2 / n1) * 100

CONEXIONES DE LOS DEVANADOS DEL

ESTATOR. EN ESTRELLA Y EN TRIÁNGULO

CONEXIONES EN ESTRELLA Y EN

TRIÁNGULO EN LOS BORNES DEL MOTOR

Conexión en estrella

Se conectan todos los finales de

los devanados en un punto común

Conexión en triángulo

Se conectan lo principios con los

finales de cada uno de los devanados

EJEMPLO:Un motor de características 230/400 V. Si lo conectamos a una línea de 230 V. La

conexión será en triángulo. Si lo conectamos a una de 400 V, la conexión será en estrella.

BALANCE DE POTENCIAS EN UN M. DE CA

Potencia absorbida Pab

Perdidas del cobre:

Estator Pcu1 = 3 R1 (I1)2 (W)

Rotor Pcu2 = 3 R2 (I2)2 (W)

Pérdidas en el hierro Pfe

Pérdidas mecánicas Pm

Potencia útil Pu

Rendimiento Pu/Pab

TIPOS DE CONEXIÓN EN CORRIENTE ALTERNA TRIFÁSICA

Conexión en estrella:

UL = 3 UF

IL = IF

Conexión en triángulo:

UF = UL

IL = 3 IF

UL = tensión en línea

UF = tensión en fase

IL = intensidad en línea

IF = intensidad en fase

ω (pulsación) = 314,16 rad/s = 2 π f

f = 50 (1 / s) Hz T = 1/ f = 1 / 50 = 0,02 s

POTENCIA DE LA CORRIENTE ALTERNA TRIFÁSICA

TRIÁNGULOS DE POTENCIAS

P = potencia activa; Q = potencia reactiva; S = potencia aparente

s

φ s

φ

P

P

Q Q

S = 3 UF IF = 3 UL IL (VA)

P = 3 UF IF cos φ = 3 UL IL cos φ (W)

Q = 3 UF IF sen φ = 3 UL IL sen φ (VAR)

Capacidad del condensador en estrella o en triángulo: C = Q / 3 ω U2F

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