maquinas electricas tema1 (1)
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INTRODUCCION A LOS PRINCIPIOS DE MAQUINAS ELECTRICASTRANSCRIPT
CONTROL DE MAQUINAS
ELECTRICAS
Tema 1:
INTRODUCCION A LOS PRINCIPIOS
DE MAQUINAS ELECTRICAS
2015.2
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CONCEPTOS GENERALES DE
MAQUINAS ELÉCTRICAS
Una máquina eléctrica es un dispositivo que puede convertir una energía
mecánica a energía eléctrica, energía eléctrica a energía mecánica y en la
transformación de la energía eléctrica con un nivel de voltaje a una energía
eléctrica con otro nivel de voltaje, mediante la acción de un campo magnético.
Son:
Generadores
Motores
Transformadores 2
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Elementos a través de los
cuales recibe la energía
del exterior bajo una
forma dada
Máquina
Eléctrica
ENTRADA
Elementos a través de las
cuales la energía se
entrega bajo una forma
distinta salvo el caso de
los transformadores
SALIDA
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CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS
ELÉCTRICAS
SEGÚN EL TIPO DE CORRIENTE ELÉCTRICA CON LA CUAL
OPERAN
A.-Máquinas de Corriente Continua
Generadores de Corriente Continua
Motores de Corriente Continua
B.-Máquinas de Corriente Alterna
Generadores de Corriente Alterna (Monofásicos/Trifásicos ;
Síncrono/Asíncrono)
Motores de Corriente Alterna (Monofásicos/Trifásicos ;
Síncrono/Asíncrono)
Transformadores Eléctricos
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CLASIFICACIÓN DE LAS
MÁQUINAS ELÉCTRICAS
CLASIFICACIÓN POR NIVEL DE POTENCIA
A.-Micromáquinas.-Cuya potencia varía de décimas de watt hasta 500w. Estas máquinas trabajan tanto en C.A. como en C.C., así como a altas frecuencias (400-200Hz).
B.-De pequeña potencia.-.0.5-10 kW. Funcionan tanto en c.a. como en c.c .y, en frecuencia normal(50-60Hz ó más).
C.-De potencia media.- 10kW, hasta varios cientos de kW.
D.-De gran potencia.-Mayor de 100kW. Por lo general las máquinas de media y gran potencia funcionan a frecuencia industrial.
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CLASIFICACIÓN DE LAS
MÁQUINAS ELÉCTRICAS
CLASIFICACIÓN POR FRECUENCIA DE GIRO
De baja velocidad : con velocidad menor de 300 r.p.m.;
De velocidad media : (300 -1500 r.p.m.);
De altas velocidades : (1500 -6000 r.p.m.);
De extra altas velocidades: (mayor de 6000 r.p.m.).
Las micro máquinas se diseñan para velocidad es de
algunos r.p.m. hasta 6000 r.p.m.
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CLASIFICACIÓN DE LAS
MÁQUINAS ELÉCTRICAS
CLASIFICACIÓN MODERNA DE LAS
MÁQUINAS ELÉCTRICAS
A.-Máquinas Eléctricas Estáticas
Transformadores
Convertidores e Inversores
B.-Máquinas Eléctricas Rotativas
Generadores Eléctricos
Motores Eléctricos (De Corriente Continua / De
Corriente Alterna) 11
CARACTERÍSTICAS COMUNES DE
LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
Es necesario definir las características
fundamentales de las máquinas eléctricas:
1.Potencia
2.Tensión
3.Corriente
4.Factor de Potencia
5.Frecuencia
6.Rendimiento
7.El Campo Magnético
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1.POTENCIA
En general es la potencia útil, que entrega o produce una máquina eléctrica en sus terminales de salida. De allí que, la POTENCIA ÚTIL en los Generadores y Transformadores es la “POTENCIA ELÉCTRICA” lo que comúnmente llamamos potencia en los bornes, mientras que en los Motores es la “POTENCIA MECÁNICA”, llamado también potencia en el eje.
POTENCIA NOMINAL
Es la potencia útil disponible que entrega o produce en régimen nominal (condiciones específicas de diseño: T°<75°C, duración de funcionamiento) una máquina eléctrica. A condiciones diferentes se llama POTENCIA ÚTIL o POTENCIA DE TRABAJO.
POTENCIA NOMINAL = POTENCIA A PLENA CARGA
POTENCIA NULA = TRABAJA EN VACIO 13
LA POTENCIA QUE FIGURA EN LAS PLACAS CARACTERISTICAS SON LAS POTENCIAS NOMINALES
POTECIA
NOMINAL DE
UN
GENERADOR
POTECIA
NOMINAL DE
UN MOTOR
POTECIA
NOMINAL DE UN
TRANSFORMAD
OR
Potencia Aparente
en los bornes del
Secundario
Potencia Aparente
en los bornes del
Secundario
Potencia Mecánica
disponible en el eje
de Salida
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POTENCIA ELECTRICA = POTENCIA APARENTE
POTENCIA APARENTE(S)
Es la Potencia Eléctrica Total de una máquina eléctrica que involucra
tanto a la Potencia Activa como la Potencia Reactiva.
Sistema Monofásico S=VxI
Sistema Trifásico S=√3xVxI
La unidad es el VOLTIO
–AMPERIO(VA)
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..
POTENCIA ACTIVA (P)
Es la parte de la Potencia Eléctrica que realmente se transforma en el accionamiento mecánico (Potencia Mecánica) viceversa.
Sistema Monofásico P = V x I x cosθ
Sistema Trifásico P = √3 x V x I x cosθ
La unidad es el WATT (W)
POTENCIA REACTIVA (Q)
Es la parte de la Potencia Eléctrica que crea los campos magnéticos.
Sistema Monofásico Q = V x I x senθ
Sistema Trifásico Q = √3 x V x I x senθ
La unidad es el VOLTIO AMPERIO REACTIVO (VAR)
Potencia Reactiva Capacitiva o Potencia Reactiva Suministrada
Potencia Reactiva Inductiva o Potencia Reactiva Absorbida
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POTENCIA ACTIVA
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2.-TENSIÓN Es la diferencia de potencial entre los bornes de salida eléctrica en
generadores y transformadores, y bornes de entrada en los motores.
En servicio normal la tensiones función de la carga, en algunos casos dependen de los órganos reguladores adicionales.
TENSIÓN NOMINAL (VN)
Es aquella para la cual la máquina ha sido diseñada (o dimensionada).Es la que figura en la placa y para la cual valen las garantías del fabricante.
TENSIÓN DE SERVICIO (V servicio)
Es el valor de la tensión en los bornes de la máquina cuando está en servicio, es decir, es la tensión que va ha ceder si es generador o recibir y ceder si es transformador o recibir si es motor, en el lugar donde se instalan.
V servicio máximo admisible = 1,15 VN
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3.-CORRIENTE NOMINAL
Sistema Monofásico I= WN/ (VN x cosθ)
Sistema Trifásico I= WN/ (√3 x VN x cosθ)
Si la máquina se sobrecarga la corriente sobrepasa de un 10% a
15% su valor nominal.
La Corriente de arranque llega a valores de 2 IN a 5 IN.
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4.-FACTORDEPOTENCIA(cosθ)
Es la relación entre la potencia activa y la potencia
aparente, siempre que las tensiones y las corrientes
sean sinusoidales.
cosθ= P / S
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5.-FRECUENCIA(f)
Es el numero de oscilaciones periódicas
completas de la onda fundamental durante un
segundo.
En los generadores de corriente alterna la
frecuencia esta dada por:
f = P. n / 60
P=Par de polos de la máquina
n=revoluciones por minuto(RPM)
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6.-RENDIMIENTO(η)
Es la relación entre la potencia suministrada y la
potencia absorbida por la máquina.
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7.-EL CAMPO MAGNÉTICO
Denominado también INDUCCIÓN MAGNÉTICA o DENSIDAD DE
FLUJO MAGNÉTICO.
Un campo magnético es un campo de fuerza creado como
consecuencia del movimiento de cargas eléctricas (flujo de la
electricidad).
La forma de actuar los campos magnéticos se deduce de las Leyes
de MAXWELL y los parámetros correspondientes a los diferentes
materiales magnéticos recorridos por dichos campos.
Relaciona el voltaje inducido de un circuito cerrado con la variación
del flujo magnético variable en el tiempo y la superficie que atraviesa.
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A partir de lo expuesto, la manera como el campo actúa en las
diferentes máquinas eléctricas, se pueden describir mediante los
cuatro principios básicos:
1. Al circular corriente por un conductor se produce un campo
magnético alrededor de él.
2. Si a través de una espira se pasa un campo magnético variable
con el tiempo, se induce un voltaje en dicha espira. Esta es la base
del funcionamiento del transformador.
3. Si un conductor por el cual circula corriente, se encuentra dentro
de un campo magnético, se produce una fuerza inducida sobre dicho
conductor. Esta es la base del funcionamiento del motor.
4. Cuando un conductor en movimiento se encuentra inmerso dentro
de un campo magnético, en dicho conductor se induce un voltaje
inducido. Esta es la base del funcionamiento del generador.
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PRODUCCIÓN DEL CAMPO MAGNÉTICO
La Ley Básica que gobierna la producción de un campo magnético, por una corriente eléctrica es la Ley de Ampere que establece lo siguiente:
“AL CIRCULAR UNA CORRIENTE ELECTRICA “I” POR UN CONDUCTOR SE PRODUCE UN CAMPO MAGNÉTICO DE INTENSIDAD “H” ALREDEDOR DE EL”
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Según la Ley de Ampere, la integral tangencial de “H” a lo largo de la trayectoria cerrada “l”, es igual a la corriente encerrada por la trayectoria. Cuando la trayectoria cerrada es atravesada “N” veces por la corriente “I”, entonces un total de NI amperios atraviesa la trayectoria cerrada, la cual produce una intensidad “H”, con ello la Ley de Ampere para una bobina de “N” espiras establece:
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CONCLUSIÓN:
El campo magnético producido por la corriente
“NI”, es definida por su Intensidad “H”, su
Densidad “B” y la Magnitud de Flujo “φ” , la cual
recorre una trayectoria cerrada promedio “lm” de
sección transversal “A” de un núcleo de material
magnético (hierro) cuya permeabilidad es “μ”.
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EJERCICIOS
Resolver los ejercicios del libro de Stephen Chapman
Grupos pares:
Teoría: 1.1, 1.6, 1.7, 1.13 (2 ptos)
problemas: 1.5, 1.7, 1.12 (6 ptos)
Grupos Impares:
Teoría: 1.4,1.9, 1.10, 1.14 (2 ptos)
Problemas: 1.6, 1.8, 1.13 (6 ptos)
Indicaciones:
Resolver en orden de apellido.
Cualquier copia parcial entre grupos la nota será cero para todos, sin reclamo.
Presentar:
Los ejercicios pueden ser resueltos en forma analítica y/o con matlab.
Fecha de entrega: 9 de setiembre al inicio de la primera práctica.
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BIBLIOGRAFÍA
Maquinas eléctricas. Diapositivas del Ing. Cesar Lopez
Maquinas eléctricas. Stephen J.Chapman. Edic.Mc.Graw Hill
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