INTRODUCCION

Este informe est enfocado a presentar de manera general la definicin, divisiones, componentes, aspectos y procesos relevantes de cuatro temas especficos: Potencia AC/DC (activa, reactiva, aparente), Transformadores, Motores y Generadores. Llegar al entendimiento de estos temas en general requiere de un ejercicio de lectura y de recopilacin de varias fuentes, buscando exponer un concepto claro de cada uno. Cabe mencionar que el estudio de cada uno de los temas antes mencionados es de gran importancia en las aplicaciones de la electricidad.

OBJETIVOS

Presentar conceptos, divisiones, componentes y procesos relevantes acerca de la potencia elctrica, transformadores, motores y generadores de manera clara y precisa, haciendo uso de los conocimientos y postulaciones de diversos autores. Definir las ecuaciones para las potencias en corrientes alternas monofsicas. Conocer el funcionamiento y estructura de los transformadores. Definir el funcionamiento y clasificacin de los motores elctricos. Conocer la estructura y funcionamientos de los generadores elctricos

Potencia ElctricaLa potencia elctrica es la relacin de paso de energa de un flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de energa entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado. La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el vatio (watt).Cuando una corriente elctrica fluye en cualquier circuito, puede transferir energa al hacer un trabajo mecnico o termodinmico. Los dispositivos convierten la energa elctrica de muchas maneras tiles, como calor, luz (lmpara incandescente), movimiento (motor elctrico), sonido (altavoz) o procesos qumicos. La electricidad se puede producir mecnica o qumicamente por la generacin de energa elctrica, o tambin por la transformacin de la luz en las clulas fotoelctricas. Por ltimo, se puede almacenar qumicamente en bateras.La energa consumida por un dispositivo elctrico se mide en vatios-hora (Wh), o en kilovatios-hora (kWh). Normalmente las empresas que suministran energa elctrica a la industria y los hogares, en lugar de facturar el consumo en vatios-hora, lo hacen en kilovatios-hora (kWh). La potencia en vatios (W) o kilovatios (kW) de todos los aparatos elctricos debe figurar junto con la tensin de alimentacin en una placa metlica ubicada, generalmente, en la parte trasera de dichos equipos. En los motores, esa placa se halla colocada en uno de sus costados y en el caso de las bombillas de alumbrado el dato viene impreso en el cristal o en su base.

Potencia en corriente continuaLa corriente continua es la que tienen las pilas, las bateras y las dinamos. Todo lo que se conecte a estos generadores sern receptores de corriente continua.

Para calcular la potencia en c.c. (corriente continua) se utiliza la frmula:

De donde:V = tensin; I = intensidadCuando la tensin se pone en Voltios (V) y la Intensidad en Amperios (A), la potencia nos dar en vatios (w).

Conversin de corriente alterna en continuaMuchos aparatos necesitan corriente continua para funcionar, sobre todos los que llevan electrnica (equipos audiovisuales, ordenadores, etc). Para ello se utilizan fuentes de alimentacin que rectifican y convierten la tensin a una adecuada.Este proceso de rectificacin, se realiza mediante dispositivos llamados rectificadores, antiguamente basados en el empleo de tubos de vaco y actualmente, de forma casi general incluso en usos de alta potencia, mediante diodos semiconductores o tiristores.Potencia en corriente alternaLa corriente alterna es la que se genera en las centrales elctricas, por eso todos los receptores que se conecten a los enchufes de las viviendas son de corriente alterna (c.a).Aqu la potencia es un poco ms compleja, ya que no solo hay una potencia, sino que hay 3 diferentes.

Potencia activa Potencia reactiva Potencia aparentePotencia activaLa denominada potencia activa representa en realidad la potencia til, o sea, la energa que realmente se aprovecha cuando ponemos a funcionar un equipo elctrico y realiza un trabajo. Por ejemplo, la energa que entrega el eje de un motor cuando pone en movimiento un mecanismo o maquinaria, la del calor que proporciona la resistencia de un calentador elctrico, la luz que proporciona una lmpara, etc.Por otra parte, la potencia activa es realmente la potencia contratada en la empresa elctrica y que nos llega a la casa, la fbrica, la oficina o cualquier otro lugar donde se necesite a travs de la red de distribucin de corriente alterna. La potencia consumida por todos los aparatos elctricos que utilizamos normalmente, la registran los contadores o medidores de electricidad que instala dicha empresa para cobrar el total de la energa elctrica consumida cada mes.

La frmula matemtica para hallar la potencia activa que consume un equipo elctrico cualquiera cuando se encuentra conectado a un circuito monofsico de corriente alterna es la siguiente:

De donde:

P = Potencia de consumo elctrico, expresada en watt (W). I = Intensidad de la corriente que fluye por el circuito, en ampere (A).V = Tensin = Valor del factor de potencia o coseno de fi, es el ngulo de desfase entre la V y la I.

Segn esto, tenemos para cada tipo de circuito:1. Cargas Resistivas: indica si las seales de voltaje y corriente se encuentran en fase, por lo tanto =0.2. Cargas Inductivas: como en los motores y transformadores, la corriente se encuentra retrasada respecto al voltaje, hay un factor de potencia retrasado.3. Cargas Capacitivas: como las de los condensadores, la corriente se encuentra adelantada respecto al voltaje, por lo tanto >0.

El factor de potencia (fp) es la relacin entre las potencias activa (P) y aparente (S) si las corrientes y tensiones son seales sinusoidales.

En el tringulo de potencias de la fig. 2 se observa grficamente qu es el factor de potencia o y su relacin entre las potenciasen un circuito de corriente alterna.

Potencia reactivaPotencia disipada por las cargas reactivas (bobinas o inductores y capacitores o condensadores). Se pone de manifiesto cuando existe un trasiego de energa entre los receptores y la fuente, provoca prdidas en los conductores, cadas de tensin en los mismos, y un consumo de energa suplementario que no es aprovechable directamente por los receptores. Como est conformada por bobinas y capacitores es importante saber que las bobinas se toman positivas y los condensadores negativos. Estos se pueden sumar algebraicamente. Generalmente est asociada a los campos magnticos internos de los motores y transformadores. Se mide en KVArth. Como esta energa provoca sobrecarga en las lneas transformadoras y generadoras, sin producir un trabajo til, es necesario neutralizarla o compensarla. La potencia reactiva est en el eje imaginario Y y la activa en el eje real X, por lo cual te forma un tringulo rectngulo cuya magnitud de la hipotenusa es denominado potencia "aparente". La potencia reactiva o inductiva no proporciona ningn tipo de trabajo til, pero los dispositivos que poseen enrollados de alambre de cobre, requieren ese tipo de potencia para poder producir el campo magntico con el cual funcionan. La unidad de medida de la potencia reactiva es el volt-ampere reactivo (VAR). Esta dada por nmeros imaginarios. La frmula matemtica para hallar la potencia reactiva de un circuito elctrico es la siguiente:

De donde:

Q = Valor de la carga reactiva o inductiva, en volt-ampere reactivo (VAR).

S = Valor de la potencia aparente o total, expresada en volt-ampere (VA).

P = Valor de la potencia activa o resistiva, expresada en watt (W).

Potencia aparenteLa potencia aparente (S), llamada tambin "potencia total", es el resultado de la suma geomtrica de las potencias activa y reactiva. Esta potencia es la que realmente suministra una planta elctrica cuando se encuentra funcionando al vaco, es decir, sin ningn tipo de carga conectada, mientras que la potencia que consumen las cargas conectadas al circuito elctrico es potencia activa (P). Tambin se podra representar como la suma vectorial de la potencia activa y la reactiva. La potencia aparente se representa con la letra S y su unidad de medida es el volt-ampere (VA). La frmula matemtica para hallar el valor de este tipo de potencia es la siguiente:

De donde: S = Potencia aparente o total, expresada en volt-ampere (VA).V = Voltaje de la corriente, expresado en volt.I = Intensidad de la corriente elctrica, expresada en ampere (A).

TRANSFORMADORESEl transformador es un aparato elctrico cuya misin es transformar una tensin determinada en otra, tambin alterna, de igual frecuencia. La transformacin tiene lugar sin ninguna clase de movimiento mecnico y casi sin prdida de rendimiento.

Se clasifican de diversas formas a) Segn su uso o aplicacin, como de: Potencia. Pueden ser elevadores o reductores de voltajes. Distribucin y medida. Son reductores de tensin. Aislamiento. No elevan ni reducen el voltaje, solo hacen un acople Magnticob) Segn su sistema de refrigeracin: Secos (tipo abierto o sellado). Estos en lugar del aceite usan aire como agente refrigerante. En lquido. Usan aceite como agente refrigerante (aceite mineral, lquidos de alto punto de ignicin, etc.). c) Segn su nmero de fases en: Monofsicos. Est formado por un ncleo compuesto de laminas de hierro y dos bobinados, a los cuales denominaremos primario y secundario. El bobinado primario con N1 espiras es aquel por el cual ingresa la energa y el secundario con N2 espiras es aquel por el cual se suministra dicha energa.

Transformador monofsico idealPara analizar un transformador, vamos a iniciar su estudio suponiendo que el mismo esIdeal, por lo que debe presentar las siguientes caractersticas: Las bobinas primaria y secundaria no tienen resistencia hmica. Todo el flujo magntico se encuentra en el ncleo de laminas de acero. El ncleo no tiene reluctancia. El ncleo no tiene perdidas por corrientes parasitas ni por histresis.

Trifsicos. A partir de ciertas potencias, los transformadores son trifsicos, pudindose armar un conjunto o banco trifsico, mediante el uso de tres transformadores monofsicos o bien un solo transformador trifsico, el cual se forma mediante un ncleo magntico y las bobinas necesarias para armar tres fases.Otros (bifsicos, exafsicos, zig-zag,etc).El transformador, cualquiera que sea su tamao, bsicamente est constituido de una parte activa que la componen el ncleo,las bobinas y sus accesorios.a) Parte activa: Los devanados y el ncleo forman lo que se llama la parte activa del transformador y constituye el corazn del mismo.Devanados.-Tambin llamados arrollamientos, son los encargados de recibir la tensin (arrollamiento primario) y de entregarlo (arrollamiento secundario). Los dos devanados (Primario y Secundario) no estn unidos fsicamente y de acuerdo al contexto de la respuesta, debe decirse ms estrictamente "transformador de Voltaje o tensin, cuyo conjunto forma lo que se llama una fase del transformador.Ncleo.- Es el soporte mecnico sobre el que se enrollan los devanados y al mismo tiempo lo que permite que al energizar el transformador (tambin se dice alimentar o entregar tensin) por el devanado primario aparezca otra tensin en el secundario mediante un fenmeno natural llamado induccin magntica. El ncleo forma el circuito magntico del transformador y es construido basndose en aceros especiales.b) Accesorios: Segn sea el uso o aplicacin del transformador, los accesorios para ste pueden ser: Tanque, aisladores, herrajes, conmutador, indicador de nivel de aceite, termmetros, rieles, aceite, vlvula de alivio de presin, ruedas, tanque de expansin, etc. c) Aditamentos mecnicos: Constituidos por los tornillos, ngulos, apoyos y dems piezas que permiten el armado y el ajuste de la parte activa.d) El tanque: Que contiene todo lo anterior, lo protege del medio ambiente y debe estar en capacidad de evacuar el calor producido por las prdidas de energa propias de su funcionamiento. El devanado primario y el secundario forman el circuito elctrico del transformador, se construyen independientemente con un alambre de cobre aluminio en forma de espiras. Como es lgico, al terminar de arrollar quedan dos puntas que se llaman principio y fin del devanado. Estas dos puntas se comunican con la parte exterior por aisladores terminales que son de formas diferentes de acuerdo al nivel de voltaje al que estn sometidos.e) El Aceite: Toda mquina al trabajar se calienta; el aceite refrigera la parte activa evacuando el calor generado en ella, sirviendo al mismo tiempo como elemento aislante. Hay transformadores llamados secos, que reemplazan el aceite por aire.

Si un transformador es operado en las condiciones normales estipuladas en la placa de caractersticas y garantizadas por el fabricante, puede durar un mnimo de 20 aos. Esto obviamente bajo el supuesto que el transformador se encuentre adecuadamente protegido y mantenido.

Para especificar correctamente un transformador, debe tenerse en cuenta como mnimo los siguientes puntos: Potencia capacidad expresada en KVA. Nmero de fases: monofsico o trifsico. Conexin: Dy, Dd, Yd, Yy, etc. De acuerdo a la forma en que se conectan los bobinados, los conjuntos trifsicos, estn definidos por un grupo de conexin que los identifica mediante una nomenclatura que se determina por dos letras y un numero segn el siguiente detalle: La primera letra mayscula, define la forma de conexin de los bobinados de alta Tensin, la cual puede ser D (Triangulo) o Y (Estrella). La segunda letra minscula, define la forma de conexin de los bobinados de baja Tensin, la cual puede ser d (Triangulo) o y (Estrella). El nmero multiplicado por 30, define el ngulo de desfasaje entre las tensiones de fase Equivalentes de alta y baja tensin. Las conexiones normalizadas ms utilizadas pertenecen a los grupos 0 (0), 5 (150), 6 (180) y 11 (330) Refrigeracin: tipo seco en lquido. Tensin primaria. Tensin secundaria. Otros.Un transformador puede ser sobrecargado si se conoce: La temperatura ambiente promedio del lugar recinto donde esta instalado. La temperatura promedio del aceite en el nivel superior del tanque. La carga que tuvo el transformador las 24 horas precedentes. Con lo anterior y basado en las guas de cargabilidad, dato suministrado por el fabricante, se puede determinar qu sobrecarga y por cuanto tiempo se le puede aplicar al transformador. Queda entendido que una sobrecarga exige trmicamente a los diversos aislantes y puede ocasionarse una disminucin en la vida til del transformador.

El grupo de conexin (Dd0, Dy1,Dy5,Dy11, etc) no tiene incidencia sobre la carga. Incide segn sea la necesidad de un neutro accesible en el lado secundario en el primario por cuestiones de conexin de equipos de medida y protecciones. Por lo general el grupo de conexin ms comnmente usado es el Dyn5. Esto significa que hay acceso externo al neutro. El grupo de conexin debe tenerse en cuenta slo cuando se requiere un transformador para ser instalado en paralelo con otro transformador, cuando el transformador se alimenta por un generador elctrico.

Un transformador puede entregar dos ms tensiones diferentes por el lado secundario y en forma simultnea. Precaucin especial: Debe tenerse cuidado en las cargas a conectar puesto que la suma de las potencias entregadas debe ser como mximo igual a la nominal del transformador.

Un transformador conmutable que est diseado y constituido para operar en dos tensiones de alimentacin diferentes. Ej. Inicialmente ser conectado para una tensin primaria de 13200 voltios y luego, mediante la conmutacin cambio de conexin Interna en los devanados, conectarse a 11400 voltios. Ahora bien, dicha conmutacin puede realizarse desde elexterior del transformador mediante una perilla de conmutacin o efectuando cambios internos, desencabando el transformador.

Cuando un transformador se energiza y no se aplica carga, por el secundario aparece un voltaje que se llama tensin en vaco; pero cuando comienza a cargarse, esta tensin va reducindose hasta caer aproximadamente un 2%, Esto depende del transformador cuando est completamente cargado. Esto se debe a prdidas internas del transformador Inherentes a su construccin y se conoce como regulacin. Entonces el voltaje en vaco tiene que ser un poco mayor con carga y basta que nos sea entregado uno de los datos para quedar definido el otro.

Accesorios que debe llevar un transformador

a) Rel Buchholz:Es un aparato de proteccin del transformador que puede accionar una alarma en caso de fallas leves y que puede sacar deservicio al transformador en caso de fallas graves. Las fallas que puede detectar son todas aquellas que producen aumento de temperatura capaz de hacer ebullir el aceite y producir burbujas; tal es el caso de un cortocircuito interior. Slo puede ir en transformadores que lleven tanque de expansin.b) Deshumectador de silica gel: La expansin y contraccin del volumen del aceite hacen que el transformador necesite respirar el aire del medio ambiente, el cual contiene humedad que al penetrar al interior ocasionara degeneracin del aceite y oxidacin interior, este deshumectador contiene grnulos de una sustancia deshidratante que son paso forzado del aire, absorbiendo toda su humedad.c) Vlvula de Sobrepresin: Es una proteccin contra explosin del transformador ocasionada por aumento de presin cuando ocurren fallas cortocircuito. Las hay en dos tipos : Con contacto de alarma y/o disparo (para desconectarse el transformador) y pequea sin contactos.d) Indicador de Nivel: Es un medio exterior de conocer el nivel (altura) a la que se encuentra el lquido en el tanque con el fin de descubrir fugas aumentos excesivos en el volumen por calentamiento. Las hay de dos tipos: Tipo flotador mostrando el nivel por medio de una aguja en un dial, y de vidrio, donde se observa directamente el Interior del tanque.e) Termmetro: Indica la temperatura en la parte superior del aceite. Lostenemos en dos tipos : con contacto de alarma y / o disparo y sin contactos.Ambos poseen un indicador de la mxima temperatura que ha alcanzado el transformador desde la ultima inspeccin. f) Conmutador de Derivaciones: Colocado con el fin de regular el voltaje de salida el transformador cuando ocurren variaciones en el voltaje primario. Estos son de accionamiento exterior.g) Placa de caractersticas: Donde aparecen consignados todos los datos particulares del transformador, tales como corrientes por las lneas, pesos, conexiones elctricas, etch) Caja para terminales del circuito de control: A donde van todos los terminales de los contactos de alarma y / o disparo que poseen el revelador buchholz, la vlvula de sobrepresin, termmetros, etc. Los elementos encargados de dar alarma como bombillos, sirenas, pitos, etc. Deben ser conectados desde esta caja.i) Tanque de expansin: Es un tanque elevado con respecto al tanque principal del transformador y conectado por una tubera con ste (En sta tubera se instala el Rel Buchholz), su finalidad es prevenir el envejecimiento prematuro del aceite; slo se usa en transformadores de potencias mayores a 2,5 MVA en casos en los que el cliente lo desee.j) Caja terminal ducto para aisladores: Es una cmara donde van albergados los aisladores terminales para A.T. B.T. con el fin de protegerlos en un medio ambiente hostil, deben cumplir distancias elctricas mnimas y clave de recirculacin generalmente IP 20 o IP 28.k) Dispositivo de purga: Se utiliza para drenar tomar muestras de aceite, deben ir en la parte inferior del tanque principal y en la parte inferior del tanque de expansin cuando el transformador lo lleva.l) Vlvulas de Recirculacin: Son dos: una en la parte superior y otra en la parte inferior del tanque. Se usan para hacer recircular aceite con filtro de prensam) Conectores del Tanque a tierra: Se usan para aterrizar el tanque con el fin de evitar peligros en el personal que se acerque a l y facilitar el camino a tierra de las sobretensiones. Los hay tornillos y placa de conexin a tierra. n) Dispositivos para traccin: Facilita el arrastre de los transformadores evitando que sea agarrado de partes susceptibles de dao.o) Orejas de Levante: Para levantar el transformador con eslingas ganchos.p) Ruedas: Facilita la traslacin del transformador. Las tenemos en dostipos: Orientable con sin pestaas.q) Radiadores: Ayudan a enfriar el transformador aumentando artificialmente la superficie del tanque en contacto con el medio ambienterefrigerante.r) Manovacumetros: Se utilizan con el fin de chequear los cambios en la presin interna del transformador.s) Gancho para levante de la tapa: Permite levantarla cuando su peso sobrepasa los 50Kg.t) Cuernos de arco: Desva las sobretensiones de las lneas para que se descarguen a travs del tanque y no pasen por los devanados.

AUTOTRANSFORMADORES

Un autotransformador que tiene unidos fsicamente los dos devanados debido a que esto ocasiona un ahorro en el material a usar en la construccin.

La diferencia entre un transformador convencional y uno autoprotegido radica en que el primero est construido con lo mnimo y necesario para operar; parte activa, tanque, aceite y accesorios y para su adecuada instalacin se le debe adicionar externamente las protecciones como pararrayos, fusibles en el primario y un posible Interruptor automtico en la salida a la red secundaria. El autoprotegido lleva externamente y adosado al tanque los pararrayos e internamente los fusibles del primario y secundario, adems de un interruptor, e inclusive lmpara de sealizacin de sobrecarga.

Pruebas a las que se deben someter los transformadores ante de su comercializacin

Hay que diferenciar tres tipos de pruebas: De rutina: Las que se realizan a todos los transformadores que salenSin excepcin. Tipo y especiales: Se realizan a solicitud del cliente.

Las pruebas de rutina son:a) Medida del valor de la resistencia hmica de los devanados en la posicin de trabajo del conmutador de derivaciones.b) Medidas de la Relacin de transformacin, verificacin y comprobacin de la polaridad y grupo de conexin.c) Medidas de las prdidas y tensin de cortocircuito.d) Medidas de las prdidas y corrientes de vaco.e) Prueba de tensin inducida: Se trata de verificar la calidad del aislamiento entre espiras y entre capas. Para el efecto se aplica una tensin por el devanado de baja tensin, equivalente al doble de la tensin en vaco y para evitar la saturacin del ncleo se aplica una frecuencia equivalente como mnimo al doble de la nominal y durante un lapso de tiempo que depende de la frecuencia aplicada.f) Prueba de tensin aplicada: Con ste ensayo se verifica elestado de los aislamientos entre los devanados primario y secundario yentre stos a tierra.

Las pruebas tipo son:a) Prueba del conmutador de derivaciones. (No se realiza para transformadores de distribucin).b) Pruebas de impulso y de frentes de onda: Simulan las descargas atmosfricas y los rayos para demostrar que el transformador tiene un aislamiento suficientemente grande como para resistirlos.c) Prueba de calentamiento: Verifica que las temperaturas de trabajo normal del transformador no se pasen de las apropiadas ya que este factor es primordial en la vida del transformador. Es una prueba que puede durar 10 horas en la cual se simula el transformador con toda su carga para medir el calentamiento.d) Prueba de rigidez dielctrica del aceite: Se realiza para verificar el posible contenido de humedad en el aceite, Con ste ensayo y otros como el de acidez, tensin interfacial, viscosidad y color, puede determinarse el estado del aceite.

Las pruebas especiales son:a) Medicin de la impedancia de secuencia cero.b) Medicin de tangente delta o factor de potencia de los aislamientos

Dentro de las pruebas de tipo destructivo se encuentran: Pruebas de tensin inducida. Prueba de tensin aplicada. Prueba de impulso.Una falla en una de stas pruebas, da lugar a rechazar el transformador y an el diseo.

Diversidad de factores afectan la vida til del transformador, la cual se espera que sea mnimo de 20 aos. Entre otro factores los ms relevantes son los siguientes:Condiciones de alimentacin: Para una misma carga, si se alimenta sobreexcitado sea con tensin primaria mayor a la nominal en la posicin del conmutador, el ncleo adems de saturarse arrojar ms prdidas y en consecuencia se presentarn temperaturas en aceite y devanados mayores a las normales. Si el transformador es alimentado a una frecuencia 5%, o ms, por debajo de la nominal 60 ciclos, de igual manera se presentar calentamiento en el ncleo al incrementarse las prdidas. Tambin deben incluirse las situaciones transitorias en la red tales como sobretensiones por maniobra, descargas atmosfricas, etc.

CONDICIONES AMBIENTALES:Los transformadores estn diseados para operar bajo determinadas condiciones de temperatura y altura sobre el nivel del mar. Si no se tienen en cuenta estos puntos, el transformador puede sufrir sobrecalentamiento que le restar vida til.

CONDICIONES DE CARGA:Como un complemento a lo anotado en el numeral 6, si al sobrecargar el transformador no se tiene en cuenta la temperatura ambiente, la carga precedente y el tiempo durante el cual vamos a aplicar la sobrecarga que necesitamos, pueden presentarse sobrecalentamientos y por ende le estaremos restando vida til al transformador.

MOTORES

Un motor es la parte sistemtica de una mquina capaz de hacer funcionar el sistema, transformando algn tipo de energa en energa mecnica capaz de realizar un trabajo.Hay distintos tipos de motores, entre los cuales tenemos: Motores trmicos Motores de combustin interna Motores de combustin externa Motores elctricos

En este caso vamos a ocuparnos de los motores elctricos.MOTORES ELECTRICOSUn motor elctrico es una maquina elctrica rotatoria que transforma energa elctrica en energa mecnica por medio de interacciones electromagnticas. Algunos de los motores elctricos son reversibles, pueden transformar energa mecnica en energa elctrica funcionando como Generadores. Pueden funcionar conectados a una red de suministro elctrico o a bateras. Los motores elctricos son utilizados para proporcionar potencia en aplicaciones industriales, de negocios, transporte y aplicaciones domsticas.

Principio de funcionamiento.En magnetismo se conoce la existencia de dos polos: polo norte (N) y polo sur (S), que son las regiones donde se concentran las lneas de fuerza de un imn. Un motor para funcionar se vale de las fuerzas de atraccin y repulsin que existen entre los polos. De acuerdo con esto, todo motor tiene que estar formado con polos alternados entre el estator y el rotor, ya que los polos magnticos iguales se repelen, y polos magnticos diferentes se atraen, produciendo as el movimiento de rotacin.

Si se coloca una espira en un campo magntico y se hace pasar una intensidad de corriente a travs de ella, el campo ejerce unafuerza sobre los lados de la espira, y estas fuerzas ejercen un momento de fuerzas. La espira empezar a rotar, por lo que se habr transformado energa elctrica en energa mecnica.

ELEMENTOS O PARTES DE UN MOTOR ELECTRICOExisten distintos tipos de motores y con cada tipo varan sus partes, sin embargo, hay elementos bsicos que estn presentes en todos los motores y otros que estn presentes al menos en la mayora de ellos.

EL ESTATOREl estator es un electroimn formado por un nmero par de polos. Las bobinas que los arrollan son las encargadas de producir el campo inductor al circular por ellas la corriente de excitacin. Adems es el elemento que opera como base, permitiendo que desde ese punto se lleve a cabo la rotacin del motor. El estator no se mueve mecnicamente, pero si magnticamente.

EL ROTOREs la parte mvil del motor que est situada en el interior del estator. Est formado por un eje que soporta un juego de bobinas arrolladas sobre un ncleo magntico.

COLECTOR Es un anillo de lminas de cobre llamadas delgas, dispuesto sobre el eje del rotor que sirve para conectar las bobinas del inducido con el circuito exterior a travs de las escobillas.

ESCOBILLAS Son unas piezas de grafito que se colocan sobre el colector, permitiendo la unin elctrica de las delgas con los bornes de conexin del inducido. Al girar el rotor, las escobillas van rozando con las delgas, conectando la bobina de inducido correspondiente a cada par de delgas con el circuito exterior.

COJINETES O RODAMIENTOSContribuyen a la ptima operacin de las partes giratorias del motor. Se utilizan para sostener y fijar ejes mecnicos, y para reducir la friccin, lo que contribuye a lograr que se consuma menos potencia.

CARCASALa carcasa es la parte que protege y cubre al estator y al rotor, el material empleado para su fabricacin depende del tipo de motor, de su diseo y su aplicacin. As pues, la carcasa puede ser totalmente cerrada, abierta, a prueba de goteo o de tipo sumergible

CLASIFICACIONAtendiendo al tipo de corriente utilizada para su alimentacin, se clasifican en: Motores de corriente continua Motores de corriente alterna

MOTORES DE CORRIENTE CONTINUAEs aquel que trabaja o se alimenta de corriente continua. Basa su funcionamiento en la fuerza producida en un conductor a causa de la presencia de un campo magntico B sobre una intensidad de corriente elctrica I. La expresin que la rige es:

FB = Integral L(I. dx * B)

Se obtendr el valor mximo de fuerza cuando el campo magntico sea perpendicular al conductor y se tendr una fuerza nula cuando el campo sea paralelo al flujo de corriente elctrica donde 'l' es la longitud del conductor.

TIPOS DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

De Excitacin Independiente:Son aquellos que obtienen la alimentacin del rotor y del estator de dos fuentes de tensin independientes. Con ello, el campo del estator es constante al no depender de la carga del motor, y el par de fuerza es entonces prcticamente constante. Las variaciones de velocidad al aumentar la carga se debern slo a la disminucin de la fuerza electromotriz por aumentar la cada de tensin en el rotor. Este sistema de excitacin no se suele utilizar debido al inconveniente que presenta el tener que utilizar una fuente exterior de corriente.

De Excitacin En Derivacin.Los devanados inducido e inductor estn conectados en paralelo y alimentados por una fuente comn. Tambin se denominan mquinasshunt, y en ellas un aumento de la tensin en el inducido hace aumentar la velocidad de la mquina.

De Excitacin En SerieLos devanados de inducido y el inductor estn colocados en serie y alimentados por una misma fuente de tensin. En este tipo de motores existe dependencia entre el par y la velocidad; son motores en los que, al aumentar la corriente de excitacin, se hace disminuir la velocidad, con un aumento del par.

De Excitacin Compuesta.Tambin llamadoscompound, en este caso el devanado de excitacin tiene una parte de l en serie con el inducido y otra parte en paralelo. El arrollamiento en serie con el inducido est constituido por pocas espiras de gran seccin, mientras que el otro est formado por un gran nmero de espiras de pequea seccin. Permite obtener por tanto un motor con las ventajas del motor serie, pero sin sus inconvenientes. Sus curvas caractersticas sern intermedias entre las que se obtienen con excitacin serie y con excitacin en derivacin.

APLICACIONES Y VENTAJAS DE LOS MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA.

Aunque el precio de un motor de corriente continua es considerablemente mayor que el de un motor de induccin de igual potencia, existe una tendencia creciente a emplear motores de corriente continua en aplicaciones especiales.La gran variedad de la velocidad, junto con su fcil control y la gran flexibilidad de las caractersticas par-velocidad del motor de corriente continua, han hecho que en los ltimos aos se emplee ste cada vez ms con maquinas de velocidad variable en las que se necesite amplio margen de velocidad y control fino de las mismas.Existe un creciente nmero de procesos industriales que requieren una exactitud en su control o una gama de velocidades que no se puede conseguir con motores de corriente alterna. El motor de corriente continua mantiene un rendimiento alto en un amplio margen de velocidades, lo que junto con su alta capacidad de sobrecarga lo hace ms apropiado que el de corriente alterna para muchas aplicaciones.Los motores de corriente continua empleados en juguetes, suelen ser del tipo de imn permanente, proporcionan potencias desde algunos vatios a cientos de vatios. Los empleados en giradiscos, unidades lectoras de CD, y muchos discos de almacenamiento magntico son motores en los que el rotor es de imn fijo y sin escobillas. En estos casos el inductor, esta formado por un juego de bobinas fijas, y un circuito electrnico que cambia el sentido de la corriente a cada una de las bobinas para adecuarse al giro del rotor. Este tipo de motores proporciona un buen par de arranque y un eficiente control de la velocidad.Una ltima ventaja es la facilidad de inversin de marcha de los motores grandes con cargas de gran inercia, al mismo tiempo que devuelven energa a la lnea actuando como generador, lo que ocasiona el frenado y la reduccin de velocidad.

MOTOR DE CORRIENTE ALTERNAHay dos tipos de motores elctricos a corriente alterna, el motor sncrono y el motor asncrono o de induccin. Cada uno de estos tipos puede usar corriente monofsica o trifsica. En aplicaciones industriales, los motores trifsicos son los ms comunes, debido a su eficacidad mayor que los motores monofsicos. El motor sncrono es mucho menos generalizado que el motor a induccin, pero se usa en unas aplicaciones especiales, que requieren una velocidad absolutamente constante o una correccin del factor de potencia. Los motores a induccin y los motores sncronos son similares en muchos aspectos pero tienen algunos detalles diferentes.

Elmotor sncrono:es en esencia un alternador trifsico que funciona a la inversa. Los imanes del campo se montan sobre un rotor y se excitan mediante corriente continua, y las bobinas de la armadura estn divididas en tres partes y alimentadas con corriente alterna trifsica. La variacin de las tres ondas de corriente en la armadura provoca una reaccin magntica variable con los polos de los imanes del campo, y hace que el campo gire a una velocidad constante, que se determina por la frecuencia de la corriente en la lnea de potencia de corriente alterna.La velocidad constante de un motor sncrono es ventajosa en ciertos aparatos. Sin embargo, no pueden utilizarse este tipo de motores en aplicaciones en las que la carga mecnica sobre el motor llega a ser muy grande, ya que si el motor reduce su velocidad cuando est bajo carga puede quedar fuera de fase con la frecuencia de la corriente y llegar a pararse. Los motores sncronos pueden funcionar con una fuente de potencia monofsica mediante la inclusin de los elementos de circuito adecuados para conseguir un campo magntico rotatorio.

El motor asncrono o de induccin: La diferencia del motor asncrono con el resto de los motores elctricos radica en el hecho de que no existe corriente conducida a uno de sus devanados (normalmente al rotor).La corriente que circula por el devanado del rotor se debe a la fuerza electromotriz inducida en l por el campo giratorio; por esta razn, a este tipo de motores se les designa tambin como motores de induccin.

La denominacin de motores asncronos obedece a que la velocidad de giro del motor no es la de sincronismo, impuesta por la frecuencia de la red.Hoy en da se puede decir que ms del 80% de los motores elctricos utilizados en la industria son de este tipo, trabajando en general a velocidad prcticamente constante. No obstante, y gracias al desarrollo de la electrnica de potencia (inversores y cicloconvertidores), en los ltimos aos est aumentando considerablemente la utilizacin de este tipo de motores a velocidad variable.

La gran utilizacin de los motores asncronos se debe a las siguientes causas: construccin simple, bajo peso, mnimo volumen, bajo coste y mantenimiento inferior al de cualquier otro tipo de motor elctrico.

Hay dos tipos bsicos de motores asncronos:- Motores de jaula de ardilla: el devanado del rotor est formado por barras de cobre o aluminio, cuyos extremos estn puestos en cortocircuito por dos anillos a los cuales se unen por medio de soldadura o fundicin.- Motor de rotor bobinado: el devanado del rotor de estos motores est formado por un bobinado trifsico similar al del esttor, con igual nmero de polos.

Un motor de rotor bobinado a igualdad de potencia y clase de proteccin, es ms costoso, menos robusto y exige un mantenimiento mayor que uno de jaula de ardilla. No obstante, frente a este ltimo posee fundamentalmente dos ventajas, que en algunos casos concretos resultan determinantes: las caractersticas del circuito elctrico del rotor pueden ser modificadas en cada instante desde el exterior, y la tensin e intensidad del rotor son directamente accesibles a la medida o al control electrnico.

GENERADORES ELECTRICOS

Un generador es una mquina elctrica rotativa que transforma energa mecnica en energa elctrica. Lo consigue gracias a la interaccin de los dos elementos principales que lo componen: la parte mvil llamada rotor, y la parte esttica que se denomina esttor.

Cuando un generador elctrico est en funcionamiento, una de las dos partes genera un flujo magntico (acta como inductor) para que el otro lo transforme en electricidad (acta como inducido).

Los generadores elctricos se diferencian segn el tipo de corriente que producen. As, nos encontramos con dos grandes grupos de mquinas elctricas rotativas: los alternadores y las dinamos.

Los alternadores generan electricidad en corriente alterna. El elemento inductor es el rotor y el inducido el estator. Un ejemplo son los generadores de las centrales elctricas, las cuales transforman la energa mecnica en elctrica alterna.

Las dinamos generan electricidad en corriente continua. El elemento inductor es el estator y el inducido el rotor. Un ejemplo lo encontraramos en la luz que tiene una bicicleta, la cual funciona a travs del pedaleo.

Principio de funcionamiento de un generador elctrico: Ley de FaradayEl principio de funcionamiento de los generadores se basa en el fenmeno deinduccin electromagntica.LaLey de Faraday. Esta ley nos dice que elvoltaje inducido en un circuito es directamente proporcional al cambio del flujo magntico en un conductor o espira. Esto quiere decir que si tenemos uncampo magnticogenerando un flujo magntico, necesitamos una espira por donde circule una corriente para conseguir que se genera laf.e.m. (fuerza electromotriz).Este descubrimiento, realizado en el ao 1830 porMichael Faraday, permiti un ao despus la creacin del disco de Faraday. El disco de Faraday consiste en un imn en forma de U, con un disco de cobre de doce pulgadas de dimetro y 1/5 de pulgas de espesor en medio colocado sobre un eje, que est girando, dentro de un potente electroimn. Al colocar una banda conductora rozando el exterior del disco y otra banda sobre el eje, comprob con un galvanmetro que se produca electricidad mediante imanes permanentes. Fue el comienzo de las modernas dinamos Es decir, generadores elctricos que funcionan por medio de uncampo magntico. Era muy poco eficiente y no tena ningn uso como fuente de energa prctica, pero demostr la posibilidad de generar electricidad usando magnetismo y abri la puerta a los conmutadores, dinamos de corriente continua y finalmente a los alternadores de corriente.Como se observa en el captulo deelectromagnetismo, cuando dentro de un campo magntico tenemos una espira por donde circula una corriente elctrica aparecen un par de fuerzas que provocan que la espira gire alrededor de su eje. De esta misma manera, si dentro de un campo magntico introducimos una espira y la hacemos girar provocaremos lacorriente inducida. Esta corriente inducida es la responsable de la f.e.m. y ser variable en funcin de la posicin de la espira y el campo magntico.La cantidad de corriente inducida o f.e.m. depender de la cantidad de flujo magntico (tambin llamado lneas) que la espira pueda cortar, cuanto mayor sea el nmero,mayor variacin de flujogenerara y por lo tantomayor fuerza electromotriz.Al hacer girar la espira dentro del imn conseguiremos una tensin que variar en funcin del tiempo. Esta tensin tendr una forma alterna, puesto que de 180 a 360 los polos estarn invertidos y el valor de latensinser negativo.El principio de funcionamiento del alternador y de la dinamo se basa en que el alternador mantiene laalterna mientras la dinamo convierte la corriente alterna encorriente continua.

Generador de corriente alterna: el alternadorLos generadores de corriente alterna o alternadores son mquinas que transforman energa mecnica, que reciben por el rotor, en energa elctrica en forma de corriente alterna.La mayora de alternadores son mquinas de corriente alternasncrona, que son las que girana lavelocidad de sincronismo, que est relacionada con el nombre de polos que tiene la mquina y la frecuencia dela fuerza electromotriz. Esta relacin hace que el motor gire a la misma velocidad que le impone el estator a travs del campo magntico. Esta relacin viene dada por la expresin:

Dondefes lafrecuenciaa la cual esta conectada la mquina yPes el numero depares de polos.

Su estructura es la siguiente: Esttor: Parte fija exterior de la mquina. El esttor est formado por una carcasa metlica que sirve de soporte. En su interior encontramos el ncleo del inducido, con forma de corona y ranuras longitudinales, donde se alojan los conductores del enrollamiento inducido. Rotor: Parte mvil que gira dentro del esttor El rotor contiene el sistema inductor y los anillos de rozamiento, mediante los cuales se alimenta el sistema inductor. En funcin de la velocidad de la mquina hay dos formas constructivas. Rotor de polos salidos o rueda polar: Utilizado para turbinas hidrulicas o motores trmicos, para sistemas de baja velocidad. Rotor de polos lisos: Utilizado para turbinas de vapor y gas, estos grupos son llamados turboalternadores. Pueden girar a 3000, 1500 o 1000 r.p.m. en funcin de los polos que tenga.

Generador de corriente continua: la dinamoEl generador de corriente continua, tambin llamado dinamo, es una mquina elctrica rotativaa la cual le suministramos energa mecnica y la transforma en energa elctrica en corriente continua. En la actualidad se utilizan muy poco, ya que la produccin y transporte de energa elctrica es en forma de corriente alterna.Una de las caractersticas de las dinamos es que son mquinas reversibles: se pueden utilizar tanto como generador o como motor. El motor es la principal aplicacin industrial de la dinamo, ya que tiene facilidad a la hora de regular su velocidad de giro en el rotor.

Las principales partes de esta mquina son:EsttorEl esttor es la parte fija exterior de la dinamo. El esttor contiene el sistema inductor destinado a producir elcampo magntico. Est formado por: Polos inductores: Diseados para repartir uniformemente el campo magntico. Distinguimos en ellos el ncleo y la expansin polar. El nmero de polos ha de ser par, en caso de mquinas grandes se han de utilizar polos auxiliares. Devanadoinductor: Son las bobinas de excitacin de los polos principales, colocadas alrededor del ncleo. Estn hechos con conductores de cobre o de aluminio recubiertos por un barniz aislante. Culata: La culata sirve para cerrar el circuito magntico y sujertar los polos. Est construida con material ferromagntico.

RotorEl rotor es la Parte mvil que gira dentro del esttor. El rotor al estar sometido a variacin de flujo crea lafuerza electromotrizinducida, por lo tanto contiene el sistema inducido. Est formado por: Ncleo del inducido: Cilindro construido para reducir las prdidas magnticas. Dispone de ranuras longitudinales donde se colocan las espiras del enrollamiento del inducido. Devanadoinducido: Formado por espiras que se distribuyen uniformemente por las ranuras del ncleo. Se conecta al circuito exterior de la mquina por medio del colector y las escobillas. Colector: Cilindro solidario al eje de la mquina formado por segmentos de cobre o lminas aisladas elctricamente entre ellas. En cada lmina se conecta una bobina. Es el encargado de realizar la conversin de corriente alterna a corriente continua. Escobillas: Son piezas de carbn-grafito o metlicas, que estn en contacto con el colector. Hacen la conmutacin de la corriente inducida y la transportan en forma de corriente continua hacia el exterior. Cojinetes: Sirven de soporte y permiten el giro del eje de la mquina.EntrehierroEl entrehierroe s el espacio de aire comprendido entre el rotor y el esttor. Suele ser normalmente deentre1y 3 milmetros. El entehierroes imprescindible para evitar rozamientos entre la parte fija y la parte mvil.La conmutacin en las dinamosLa conmutacin es la operacin de transformacin de una seal alterna a una seal continua ytambin se conoce comorectificacin de seal. Las dinamos hacen esta conmutacin porque tienen que suministrarcorriente continua.Esta conmutacin en las dinamos se realiza a travs del colector de delgas. Los anillos del colector estn cortados debido a que por fuera de la espira la corriente siempretiene que iren el mismo sentido.A la hora de realizar esta conmutacin existen diferentes problemas. Cuando el generador funciona con una carga conectada en sus bornes, nos encontramos con una cada de tensin internay una reaccin en el inducido.El inducido crear un flujo magntico que se opone al generado por el imn.A este efecto se le da el nombre defuerza contraelectromotriz, que desplazar el plano neutro.Para solucionar este problema se pueden realizar diversas mejoras como: Desplazamiento de las escobillas: Este mtodo cambia las escobillas a su nueva posicin corrigiendo el desvo del plano, el problema es que el motor puede trabajar desde el 0% de su carga total al 100%, por lo que el plano puede cambiar. Polos de conmutacin o auxiliares: la funcin de estos polos auxiliares es la de compensar el flujo producido por las bobinas inducidas y compensarlo. Es una solucin muy til y econmica. Bobinas de compensacin: Cuando los generadores son de gran potencia, los polos de conmutacin no son suficientes, en este caso usamos bobinas de compensacin.

Ventajas del alternador respecto a la dinamoEl alternador tiene varias ventajas que hacen que sea un tipo de mquina ms utilizada, ya no solo el hecho de que produce electricidad en corriente alterna, que es como se consume, si no por otras ventajas del tipo utilizacin.Lasventajas del alternador respecto a la dinamo son las siguientes: En elalternador elctrico se puede obtener mayor gama de velocidad de giro. La velocidad de giro puede ir desde 500 a 7.000 rpm. La dinamo a altas rpm sufre el el colector y las escobillas elevado desgaste y subida de temperaturas. El conjunto rotor y esttor en el alternador esmuy compacto. Los alternadores poseen un solo elementocomo regulador de tensin. Los alternadores elctricos son ms ligeros: pueden llegar a ser entre un 40 y un 45% menos pesados que las dinamos, y de un 25 a un 35% ms pequeos. El alternador trabaja en ambos sentidos de giro sin necesidad de modificacin. Lavida til del alternadores superior a la de la dinamo. Esto es debido a que el alternador elctrico es ms robusto y compacto, por la ausencia del colector en el inducido, y soporta mejor las altas temperaturas.

CONCLUSIONES

La potencia aparente es el resultado de la suma geomtrica de las potencias activa y reactiva. El transformador es un aparato elctrico cuya misin es transformar una tensin determinada en otra. La transformacin tiene lugar sin ninguna clase de movimiento mecnico y casi sin prdida de rendimiento. Un motor elctrico es una maquina elctrica rotatoria que transforma energa elctrica en energa mecnica por medio de interacciones electromagnticas

Un generador es una mquina elctrica rotativa que transforma energa mecnica en energa elctrica.