Clase 1 TemarioClase 2------- 05 de febrero del 2015Una maquina elctrica rotativa consta bsicamente de dos partes: Rotor: mvil Estator: fijaEntre el estator y el rotor existe un espacio una holgura denominada entre hierro, la cual impide que ambas rocen entre s. En el entrehierro tiene lugar los fenmenos electromagnticos que permiten la conversin de energa elctrica en mecnica y viceversa, por lo que el estudio del campo magntico en esta zona es muy importante.El estator, que mediante el devanado inductor o de excitacin es el encargado de generar y conducir el campo magntico de excitacin. El estator est formado por una corona de material ferromagntico, denominada culata, en cuyo interior se encuentran dispuestos, en nmero par, unos salientes provistos de expansiones en los extremos, denominados polos. En torno a los polos se arrollan los devanados de excitacin, que generan un campo magntico cuando circula por ellos una corriente. El rotor, constituido por una pieza cilndrica ranurada, formada por chapas de material ferromagntico, generalmente de acero laminado con un 2% de contenido en silicio, para disminuir las prdidas en el circuito magntico. En las ranuras del rotor se aloja el devanado inducido de la mquina, constituido por bobinas de hilo o de pletina de cobre; este devanado est cerrado sobre s mismo, pues el final de la ltima bobina se encuentra conectado con el comienzo de la primera. El ncleo magntico tiene un hueco central, donde se sita el eje de la mquina, el cual se fija rgidamente al mismo mediante una chaveta.El colector de delgas, que es un conjunto de lminas de cobre, llamadas delgas, aisladas entre s por una capa de mica y que giran solidariamente con el rotor. Las delgas estn conectadas elctricamente a las bobinas del devanado inducido y por medio de ellas dicho devanado se puede conectar con el exterior. Cada delga est unida elctricamente al punto de conexin de dos bobinas del devanado inducido, de tal forma que habr tantas delgas como bobinas simples posea el devanado.

Las porta escobillas y las escobillas, fabricados los primeros con un material estructural metlico, mientras que las segundas son generalmente de grafito. Las escobillas permanecen fijas, sin realizar movimiento alguno, y al deslizar sobre ellas el colector de delgas se efecta el contacto elctrico entre el devanado inducido y los bornes de conexin de la mquina al exterior.

Clase 3----- 09 de febrero de 2015

Elementos mecnicos de soporteComo los cojinetes o rodamientos, y de envoltura.

Son puntos de apoyo de los ejes rotatorios Sirven para sostener su peso (ejes rotatorios) Guan la rotacin Evitan los deslizamientos En algunas ocasiones van montados directamente en el marco o bastidores de las maquinas, en otras van montados en soportes especialmente diseados para facilitar el montaje.

Principio de funcionamiento:Los dos principios en que se basa el funcionamiento de cualquier mquina elctrica rotativa son los siguientes:

Cuando un conductor se mueve en el interior de un campo magntico cortando lneas de campo, se genera en l una fuerza electromotriz.

Cuando un conductor, por el que circula una corriente, se sita en el interior de un campo magntico acta sobre l una fuerza de desplazamiento.

Se basan en la ley de Faraday que indica que "en cualquier conductor que se mueve en el seno del campo magntico se generar una diferencia de potencial entre sus extremos, proporcional a la velocidad de desplazamiento".

La tensin inducida e en un conductor que se desplaza a una velocidad u dentro de un campo magntico B

e=BLVe= volts B= wb/m2V=m/s

La regla de la mano derecha tambin nos permite saber los polos del campo magntico de una espira por la que circula una corriente inducida cuyo sentido conocemos. Si el sentido de la corriente es en el que cierran los dedos de la mano, el pulgar seala al norte.

Si en lugar de un conductor rectilneo se introduce una espira con los extremos conectados a una determinada resistencia y se le hace girar en el interior del campo, de forma que vare el flujo magntico abrazado por la misma, se detectara la aparicin de una corriente elctrica que circula por la resistencia que cesar en el momento en que se detenga el movimiento. El sentido de la corriente viene determinado por la ley de Lenz.

La ley de Lenz Establece que el voltaje (FEM) inducido en una bobina es directamente proporcional a la rapidez de cambio de flujo magntico. Por unidad de tiempo en una superficie cualquiera con el circuito como borde.

El sentido de la corriente inducida es tal que tiende a oponerse a la causa que lo produce.

El flujo magntico se define como el producto del campo magntico y el rea que este encierra.

Clase 4----- 10 de febrero del 2015

Ejemplo:Una bobina plana de 400 espiras de 0.2m de radio, cuya resistencia es de 11, tiene inicialmente el eje paralelo y un campo magntico uniforme de intensidad B=0.30T. Si, en 0.1s el eje de la bobina se coloca perpendicular al campo magntico, determina:a) La fuerza electromotriz inducidab) La intensidad y el sentido de la corriente

Ejemplo:Una bobina rectangular de 50 vueltas y de 5cm 10cm se deja caer desde una posicin donde B=0 hasta otra posicin donde B=0.5 u se dirige perpendicularmente al plano de la bobina.Calcule la magnitud de la FEM promedio inducida en la bobina si el desplazamiento ocurre en 0.25 s.

Generador elemental: bobina que gira en un campo magntico fijo, este movimiento genera el voltaje se tiene unos contactos deslizantes para conectar el lazo al circuito exterior.

En la figura se muestra un esquema de funcionamiento de una mquina rotatoria en ella se representa el devanado inducido como si nicamente estuviera formado por una sola espira.

El campo magntico creado por el devanado inductor se simboliza por medio de un par de polos. Cada extremo de la espira est unido a una delga que gira slidamente con ella, y la corriente sale al exterior por las escobillas. Si al devanado inducido se le aplica una tensin exterior continua, por la espira circulara una corriente continua, lo que dar origen a la aparicin de una fuerza que tiende a hacerla girar. De esta manera, la espira se comporta como una maquina funcionando como motor. La energa elctrica se convierte en mecnica.

Por el contrario si al devanado inducido se le aplica un movimiento de rotacin en los bornes de la espira aparecer una fuerza electromotriz constituyendo un generador.

Cuando el generador est trabajando con carga se establece una relacin del flujo fundamental y la corriente directamente con el proceso de conversin de la energa. Considrese por ejemplo un generador de dos polos que gira contrarreloj mientras entrega una corriente a la carga ver fig.

La corriente entregada por el generador fluye por los conductores de la armadura, si vemos dentro de la mquina, vemos que la corriente siempre fluye en la misa direccin en aquellos conductores que estn momentneamente bajo el polo norte, lo mismo ocurre para los conductores que estn bajo el polo sur, sin embargo el sentido de la i son contrarios refirindonos a la fig. 4.13 os conductores bajo el polo sur se alejen del lector mientras que los de polos norte se acercan al lector.

Rectificacin por conmutacin mecnica

Acabamos de analizar como una maquina rotatoria genere un voltaje de tipo alterno. Cmo puede modificarse esta mquina, para que produzca voltaje de CD si tiene la propiedad que la polaridad del voltaje no cambia y que la direccin de la corriente es la misma? Un mtodo para producir voltaje unidireccional se muestra en la figura 5.7, el esquema es similar al generador elemental de CA pero con un dispositivo asociado con la conexin de la bobina giratoria en lugar de los anillos deslizantes de la mquina de CA se modifican dividindolos en 2 mitades aisladas una de otra para formar un conmutador. Refirindonos a la figura 5.7a, la escobilla de la derecha est siempre conectado al lado de la bobina que se est moviendo cerca del polo sur en los momentos de alcanzar el voltaje mximo inducido, esto significa que el voltaje en la escobilla de la izquierda siempre ser positivo con relacin de la escobilla del lado derecho. Un conmutador es un interruptor rotatorio que invierte la conexin entre el rotor (armadura) y el exterior de la maquina a cada media vuelta esto en el punto en el ciclo en el cual la polaridad se invertir en un generador de CA. Observe que los polos en la figura 5.7 estn invertidos en relacin a la figura 5.6.

Cmo puede modificarse esta mquina, para que produzca voltaje y CD sin que el primero cambie de polaridad y el segundo no invierta su direccin aunque no sea de manera constante?Un mtodo para producir voltaje unidireccional as como flujo de corriente se muestra en la figura siguiente, el esquema es similar al del generador elemental al del generador de CA pero el dispositivo asociado con la conexin de la bobina giratoria al exterior se modifica, en lugar de anillos deslizantes y escobillas, la mquina de CD tiene un conmutador y escobillas.

Los anillos deslizantes de la mquina de CA se han dividido en dos partes; aisladas entre ellos para formar un conmutador, viendo la fig 5.7 la escobilla derecha est siempre conectada a lado de la bobina que se mueve hacia abajo hacia el polo sur cuando se alcanza el voltaje mximo inducido, esto significa que el voltaje de la escobilla izquierda ser siempre positivo con respecto a la del lado derecho. El conmutador es un elemento giratorio que invierte la conexin entre la bobina giratoria (rotor, armadura) y el exterior cada media vuelta justo en el punto en el siglo en el que la polaridad se invertira en un generador elemental de CA. El voltaje con respecto a ambas escobillas se encuentran en la figura 5.7(b) observe que aunque el voltaje no cambia su polaridad no es constante por lo que estas pulsaciones son indeseables para la mayora de aplicaciones, entonces Cmo podemos mejorar este voltaje? La respuesta es adicionar ms bobinas en el rotor o armaduras con los correspondientes y adicionales segmentos del conmutador esto lo observamos en las figuras 5.8 y 5.9, el voltaje generado llega ser ms constante segn se incremente las bobinas en la armadura (rotor)

Hay dos mtodos primarios para conectar los devanados, si se conectan en paralelo tenemos un devanado imbricado, eso nos da una capacidad de mayor generacin de corriente a mayores voltajes si las bobinas se conectan en serie tenemos un devanado ondulado dando voltajes mayores en corrientes reducidas. Puede tambin haber una combinacin de los dos mtodos.

El diagrama de la figura 4.7 nos dice en donde estn localizados las terminales de cada bobina debemos recordar que cada lado de las bobinas (a, a2, b1,b2,etc) estn localizadas a 180 una con respecto a otra y no a un lado como aparenta la figura 4.7. La construccin real del rotor se muestra en la figura 4.9, las cuatro bobinas estn colocada en 4 ranuras cada ranura tiene 2 terminales por lo que hay dos terminales de bobina por ranura por lo que vemos en cada ranura que tenemos dos conductores y dos bobinas. Por esta razn de simetra la bobina se devanan de forma tal que un lado de ella est en la parte inferior de una ranura y la otra est en la parte superior. Por ejemplo, en la figura 4.7 el lado a1 de la bobina est en la paret4ee superior de la ranura 1, mientras que su lado a2 est en la parte inferior de la ranura 3, las conexiones de esta a los elementos del conmutador se observan fcilmente en ese rotor, si comparamos la fig. 4.7 con la 4.9 vemos en esencia que son las mismas, observe tambin la posicin de las escobillas con respecto a los de los polos. La figura 4.10 muestra la posicin de las bobinas cuando el rotor ha girado 45, los lados a1 y a2 de la bobina a) estn barriendo la parte superior del polo 1 y polo 4. Las terminales de la bobina c) experimentan el mismo flujo magntico puesto que estn en las mismas ranuras que la bobina a), consecuentemente, el voltaje ea inducido en la bobina a es exactamente el mismo que el voltaje ec inducido en la bobina c). Observe como ms sin embargo, que la bobina a se mueve hacia abajo mientras que la bobina c) se est moviendo hacia arriba, las polaridades de ea y ec por lo tanto son opuestas. El mismo razonamiento nos lleva a concluir que eb ed son iguales pero opuestos en polaridad. Esto significa que las suma algebraica o vectorial de ea+eb+ec+ed en todo momento ser igual a 0, en consecuencia no circula corriente en este laxo cerrado formado por las cuatro bobinas, esto es afortunado ya que cualquier circulacin de corriente producira perdidas i2r.El voltaje entre las escobillas es igual a eb+ec (o ea+ed) en el instante mostrado y corresponde al voltaje mnimo mostrado en la figura 4.8. El devanado mostrado es del tipo imbricado que es el ms comn usado en generadores y motores de CD.

NOTA: El movimiento de las escobillas provoca una prdida de voltaje de salida y el corto circuito. La figura 4.11 y 4.11b muestra una rotor ms verdadero con doce bobinas y doce ranuras, al girar el voltaje inducido E en cada conductor depende de la densidad de flujo que este cortando determinada por la ecuacin: E=DLVDebido a la velocidad en el entrehierro varia de un punto a otro el valor del voltaje inducido por bobina depende de su posicin instantnea. Consider por ejemplo del voltaje inducido por el rotor cuando est en la posicin mostrada en la figura 4.11, los conductores en las ranuras 1 y 7 otra parte los conductores en las ranura 4 y 10 estn exactamente bajo el centro estn exactamente entre los polos, donde la velocidad de flujo es cero en consecuencia el voltaje inducido en esas bobinas localizadas en la ranura 1y 7 res cero. Por de los polos, donde la densidad de flujo s la mayor, en consecuentica el voltaje inducido en estas bobinas es el mximo. Finalmente, debido a la simetra magntica el voltaje inducido en las bobinas en las ranuras 3 y 9 es ele mismos que el voltaje inducido en las bobinas en la ranura 5 y 11.La figura 4.11b muestra el voltaje instantneo inducido en cada una delas 12 bobinas y que son 0, 7,18 y 20 volts respectivamente. Observe que las escobillas ponen en corto circuito las bobinas en las cuales el voltaje es momentneamente es cero. Tomando en cuenta la polaridad observamos que los voltajes entre las escobillas es (7+18+20+18+7)=70 volts, este voltaje permanece esencialmente constante a l gira las bobinas a que el nmero de ellas entre las escobillas es siempre el mismo ntese que.. est en contacto con dos segmentos del conmutador al cual est conectada la bobina a en consecuencia poniendo en corto circuito la bobina a, sin embargo, con el voltaje inducido en dicha bobina es momentneamente cero no fluir corriente hacia la escobilla lo mismo ocurre con la escobilla y que pone en corto momentneamente a al bobina b y se dice que las escobillas estn en su posicin neutral cuando estn posicionadas en el conmutador de forma tal que ponen en corto circuito aquellas bobinas en las cuales el voltaje inducido es momentneamente cero, que es el caso. Si ahora ponemos. 30 (fig. 4.12), el voltaje entre las escobillas llegara hacer (0+7+18+20+18)=63 volts, por lo que observamos una disminucin en el voltaje de salida al desplazar los ejes de las escobillas, aun mas, en esta posicin, las escobillas continuamente ponen en corto circuito bobinas que generan 7 volts lo que ara fluir grandes cantidades de corriente en las bobinas a las escobillas causando generaciones de chispas. En consecuencia el mover el eje de las escobillas de la posicin neutral reduce el voltaje entre las escobillas y al mismo tiempo causa chispas. Cuando esto ocurre se dice que la conmutacin es pobre.Zona neutral.Las zonas neutras son aquellos lugares en la superficie del motor donde el flujo es cero, cuando el motor opera sin carga est zona esta exactamente esta entre los polos, por lo que no se induce voltaje en la bobina que est en por lo que siempre tratamos de localizar las escobill2as de forma tal que este en contacto con las bobinas que estn momentneamente en la zona neutral.Valor del voltaje inducidoEl voltaje inducido en un generador de CD est dada por la ecuacin siguiente:Eo=Znfi/60Donde Eo=es voltaje inducido Z= el nmero total de conductores en el rotor N= la velocidad de rotacin en rpmFi= flujo por polos en webersIo= voltajes en las escobillas en volts Esta ecuacin muestra que para un generador el voltaje es directamente proporcional al flujo por polo y la velocidad por rotacin y se da de manera si las escobillas estn en la posicin neutra, si esta se mueven de esta zona el efecto equivalente es como si se redujera el nmero de conductores z.Ejemplo:Un generador tiene 6 polos y gira a 600rpm, tiene 90 ranuras y cada bobina tiene 4 vueltas y el flujo por polos es de 0.04 webers, determine el voltaje inducido. Se genera si las escobillas se encuentran en el eje neutro Reaccin de armadura (Rotor)Hasta ahora, hemos asumido y la nica fuerza magneto motriz que acta en un generador de CD es aquella debida al campo (Fijo), sin embargo, las corrientes que fluyen en las bobinas del rotor tambin crean una fuerza magnetomotriz que distorsiona y debilita el campo de los polos apareciendo tanto en el generador como el motor, llamndose a este efecto reaccin de armadura

Para entender el impacto de la reaccin de armadura, regresamos al generador bajo carga figura 4.13, si consideramos solo al rotor (armadura) producir un campo magntico como se muestra en la figura 4.14, este campo acta a ngulos rectos con respecto al campo producidos por los polos norte y sur, la intensidad del flujo de la armadura depende de su fuerza magnetomotriz la cual est en funcin de la corriente que produce el rotor, contrario al flujo del campo, el flujo de la armadura no es constante y varia con la carga.

Podemos predecir el problema causado por este flujo de la armadura, la figura 4.14 nos muestra que el flujo en la zona neutral ya no es cero y en consecuencia se inducir un voltaje en las bobinas que estn siendo cortocircuitadas por las escobillas y como resultado puede generarse una gran cantidad de chispas, dicha intensidad depender del flujo de la armadura y en consecuencia por la corriente entregada a la carga por el generadorEl segundo problema creador por la fuerza magnetomotriz de la armadura es que distorsiona el flujo creado por los polos, la combinacin del flujo de la armadura y de los polos producen un campo magntico cuya forma se muestra en la figura 4.15, la zona neutral se cambia de lugar en la direccin de la rotacin de la armadura (rotor), esto ocurre en todos los generadores de CD.La distraccin del flujo produce aun otro efecto:Hay una mayor densidad de flujo en las puntas do y tres de los polos causando una saturacin magntica, consecuentemente, el incremento en flujo bajo las puntas dos y tres es menor que el decremento en flujo en las puntas 1 y 4 como resultados los flujos producidos por los polos norte y sur es menor que cuando el generador funcionaba sin carga, esto causa una correspondiente reducciones en el voltaje inducido para mquinas grandes la disminucin en flujo puede ser hasta del 10%.

Es importante hace notar que la rotacin del campo de armadura permanece fijo en el espacio no gira con la armadura. Debido al cambio de la zona neutral cuando el generador est abajo carga podramos mover las escobillas para reducir el problema de las chispas. Para los generadores las escobillas se mueven hacia las nuevas zona neutral en la zona de rotacin, mientras que los se mueven encontrar de la rotacin como las escobillas son movidas el proceso de conmutacin se mejora, implicando que hay menos generacin de chispas, sin embargo, si la carga flucta la fuerza magnetomotriz de la armadura se eleva y disminuye por lo que la zona neutral estar movindose hacia adelante y hacia atrs entre las posiciones de operacin en vaco y a plena carga, por lo que tenamos que estar moviendo las escobillas hacia adelante y hacia atrs para obtener un proceso de conmutacin sin chispas. Este procedimiento no es prctico por lo que se tiene que usar otro mtodo para solucionar este problema. Para pequeas mquinas de CD las escobillas se colocan en una posicin intermedia para asegurar una conmutacin razonable buena para todas las cargas.No s qu dicto al principio de la clase x.xEfectos de la reaccin de armadura.En general el plano nuestro se desplaza en la direccin del movimiento en un generador y en sentido contrario a la direccin del movimiento en un motor. Adems, la magnitud del desplazamiento depende de la cantidad de corriente en el rotor y por tanto la carga que tenga la mquina.El resultado final es la formacin de un arco de curvas a las escobillas este es un problema delicado, puesto que cuando a la disminucin de la vida til de las escobillas picaduras de los sujetos del rotor (delgas) e incremento de los costos de mantenimiento

Polos conmutantes.Para contrarrestar el efecto de la reaccin de armadura colocamos un juego de polos conmutantes entre los polos principales (figura 4,16), esos polos estrechos tienen bobinas que se conectan en serie con el rotor (armadura) el nmero de vueltas en eso devanados se disean de tal forma que los polos desarrollan una fuerza magnetomotriz igual y de sentido opuesto al de la fuerza magnetomotriz del rotor (armadura o inducido). Al variar la corriente de carga, las dos fuerzas magnetomotrices aumentan y disminuyen en forma conjunta en las mimas cantidad una con respecto a la Generador con excitacin separada.Ahora en lugar de usar magnetos permanentes para crear el campo magntico usaremos un par de electromagnetos que llamaremos los polos del campo fig. 4.17 cuando la corriente de la, en tal generador se suministra por una fuente independiente (tal como una batera u otro generador que se llamara excitador entonces se dice que el generador esta excitado en forma separada. En la fig. 4.17 la fuente de DC conectada las terminales a y b causa corriente de excitacin I x. Si el rotor se mueve por una mquina de conmutacin paralela del voltaje Eo entre las escobillas x Y y.

Operacin sin carga curva de saturacin.Cuando un generador conectado en carga separa trabajo sin carga, cmo es decir e vaco, (el circuito del rotor est abierto) y cambio en la corriente de excitacin causa un correspondiente cambio en el inducido, examinamos ahora la reaccin entre ellos.Flujo del campo vs la corriente de excitacin.Si ahora procedemos a graduar la corriente de excitacin Ix de forma tal que la FEM el campo se incremente lo que hace incrementar el flujo fhi por polo, si ahora graficamos en funcin de Ix obtenemos una curva de saturacin dado por la fig. 4.18Esta curva la obtenemos aun si el generador no gira

Cuando la corriente de excitacin es relativamente pequea el flujo es pequeo y el acero de la maquina no est saturndose requiere una pequea FEM para establecer el flujo a travs del acero resultando en el desarrollo de FEM por la bobinas del campo el cual est disponible para mover el flujo a travs del entre hierro. Debido a la permeabilidad del aire es constante, el flujo se incrementa en proporcin directa a la corriente de excitacin como se muestra en la curva en la porcin lineal o-a. Sin embargo, si continuamos elevando la corriente de excitacin el acero en el campo y en el rotor (armadura) empieza a saturarse, por lo que ahora se requiere un gran incremento en la FEM para producir un pequeo incremento en el flujo, como muestra la porcin b-c de la curva. Entonces se dice que la maquina est saturada, la saturacin del acero empieza a ser importante cuando se alcanza la porcin de la curva de saturacin dado por la porcin a-b y que se conoce como (rodilla).Ahora nos preguntamos cmo se relacin la curva de saturacin con el voltaje inducido Eo. Si el generador se mueve a velocidad constante, Eo es directamente proporcional al flujo fhi, consecuentemente, graficando Eo en funcin de Ix, obtenemos una curva cuya forma es idntica a la curva de saturacin 4.18 dicho resultado se muestra en la fig. 4.18b que se llama la curva de saturacin en vaco del generador. El voltaje nominal de un generador de DC es generalmente un poco mayor que la rodilla de la curva, en la fig. 4.18b por ejemplo, el voltaje nominal es de 120 V variando la corriente de excitacin podemos variar el voltaje inducido a voluntad, aun mas, invirtiendo la corriente, tambin se invierte el flujo y por consiguiente la polaridad del voltaje inducido

Voltaje inducido contra velocidad Para una corriente dada de excitacin, el voltaje inducido se incrementa en proporcin directa a la velocidad un resultado le sigue la ecuacin del voltaje inducido.Si se invierte la direccin de rotacin, la polaridad del voltaje inducido tambin se invierte, sin embargo, si invertimos tanto la corriente de excitacin como la direccin de rotacin la polaridad del voltaje inducido permanece Bobinas paralelas------------Shunt Bobinas Compuesta---------compound Bobinas Serie------------------serie

Nl= no load (en vacio)Fl= full load (a plena carga)Par electromagntico (M)Si tenemos un conductor que se mueve en un rotor de radio r, el par que experimenta cuando recibe una fuerza F que li impulsa a girar es.

Potencia electromagntico (Pi)Si el conductor anterior gira a una velocidad angular , la potencia desarrollada se puede calcular mediante la expresin:

El circuito equivalente de un motor de CD se representa en la figura 1

Ecuaciones: pendientes copiarUna dinamo serie de 9 kW, 125 V y 1.150 r.p.m., tiene una resistencia de inducido de 0,1 y una resistencia de excitacin de 0,05 con la mquina funcionando en condiciones normales. Considerando la cada de tensin en cada escobilla igual a 1 V, se pide: a) Intensidad del inducido (Ii ). b) Fuerza electromotriz (E). c) Potencia elctrica total (PT). d) Potencia perdida en los devanados y en las escobillas

Eficiencia del motor:(9000/9921.6)(100)= 90.7PROBLEMA 2Un motor de cc serie de tensin en bornes 230v, gira en rgimen nominal a 1200 rpm el devanado inducido tiene una resistencia de 0.3 y la del devanado de excitacin es de 0.2, la resistencia de los polos auxiliares es de 0.02 y su fuerza contra electromotriz es de 220v determinar:A) Corriente en el momento del arranque B) Intensidad absorbida de la lneaC) Potencia absorbida de la red D) Perdida de potencia en los devanadosE) Rendimiento del motor

A) Como en el momento del arranque la velocidad es nula, eso hace que tambin sea nula la fcem, por lo que tendremos la expresin:

Sistemas de CD 17 marzo 2014Perdidas del motor: Las prdidas las podemos clasificar dentro de las siguientes categoras:1.- Prdidas en el cobre de los devanados (rotor y estator): Las prdidas en el cobre de una mquina son las prdidas por calentamiento debido a la resistencia de los conductores del rotor y del estator: P=I2R.2.- Prdidas en el ncleo: Las prdidas del ncleo se deben a la histresis y a las corrientes parsitas. Con frecuencia a estas prdidas se les conoce como prdidas de vaco o prdidas rotacionales de una mquina. En vaco, toda la potencia que entra a la mquina se convierte en estas prdidas.3.- Prdidas mecnicas: Las prdidas mecnicas se deben a la friccin de los rodamientos y con el aire.4.- Prdidas adicionales: Las prdidas adicionales son todas aquellas prdidas que no se pueden clasificar en ninguna de las categoras descritas arriba. Por convencin, se asume que son iguales al 1% de salida de la mquina.Eficiencia: Es un factor que indica el grado de perdida de energa, trabajo o potencia de cualquier aparato elctrico o mecnico, La eficiencia [?] de una maquina se define como la relacin del trabajo de salida entre el trabajo de entrada, en trminos de potencia, la eficiencia es igual a el cociente de la potencia de salida entre la potencia de entrada: La eficiencia de una mquina es una relacin entre su potencia til de salida y su potencia total de entrada.n= (Psal/Pent)100.Problema 3.Un motor de c.c. serie tiene una tensin en bornes de 230 v y absorbe de la red 15 A. La fcem generada en el inducido es de 220 v y las prdidas en el hierro ms las mecnicas son de 250 w. Calcular:a) Balance de potencia del motor b) Rendimiento elctricoc) Rendimiento industrial.

Se desprecia la cada de tensin en las escobillas.Solucin a) Interpreto que cuando solicitan el rendimiento elctrico solamente debo considerar las prdidas por efecto Joule en el cobre, mientras que cuando solicitan el rendimiento industrial, tambin he de tener en cuenta las prdidas mecnicas y el hierro.

b)

Por lo que el rendimiento elctrico ser e=95,65%c)

Por lo que el rendimiento industrial ser i=88,4%Problema 4Un motor serie posee una resistencia en el inducido de 0,2 . La resistencia del devanado de excitacin serie vale 0,1 . La tensin de lnea es de 220V y la fcem de 215V. Determinar: a) La intensidad nominal de la lnea. b) Intensidad que absorbe en el arranque. c) Resistencia a conectar para reducir la intensidad de arranque al doble de la normal. Se desprecia la cada de tensin en las escobillas.

A) Partiendo de la expresin de la intensidad nominal de inducido, y considerando que en el arranque E=0, ya que la velocidad es nula, se obtiene la intensidad de arranque.

B)

C) Se conecta en serie con el inducido una resistencia RA, para limitar el valor de la corriente en el momento de arranque a unos valores que resulten soportables para los devanados del motor. En el arranque, al ser nula la fcem, toda la tensin en bornes cae en las resistencias del circuito, por lo que:

PROBLEMA 5Un motor c.c. de excitacin en serie, de 230 v, 115 a, 1500 rpm, Ri=0.21 Rs=0.12. Determinar: fuerza contraelecromotriz y par nominal. Posee una resistencia en el inducido de 0.2.W=2 piN/N M=f.rP=M.W

Un motor de cc conectado en derivacin shunt A un voltaje de alimentacin de 100v la bobina del inductor tiene un R=125 ohm mientras que la del inducido una R=0.2 ohm, el motor se encuentra desarrollando una potencia de 4.4kw girando a 1400rpm y la fuerza contra electromotriz es de 90v: determinar la corriente de excitacin y la del inducido as como la corriente total de la lnea, halle las perdidas en el cobre el rendimiento y el par motor.

Calculo de perdidas:

Par nominal M=P/w=4400/(2pi(4200)/60)=10 nmMotor compound Un motor compound ( o motor de excitacin compuesta) es un motor elctrico de corriente continua cuya excitacin es originado pos dos bobinas inductores independientes; uno dispuesto en serie con el bobinado inducido y otro conectado en derivacin con el circuito formado por lis bobinados; inducido, inductor seri e inductro auxiliar. Los motores compuestos tiene un coampo serie sobre .Esto provee una caracterstica de velocidad que no es tan dura o plana como la del motor shunt, ni tan suave como la de un motor serie. Un motor compound un limitado rango de debilitamiento de campo; la debilitacin del campo puede resultar en exceder la mxima velocidad segura del motor sin carga. Los motores de corriente continua compound son algunas veces utilizados donde se requiera una respuesta estable de par constante para un rango amplio de velocidades.El motor compound es un motor de excitacin o campo independiente con propiedades de motor serie. El motor proporciona un par constante por medio del campo independiente al que se suma el campo serie con un valor de carga igual que el del inducido. Cuantos ms amperios pasan por el inducido ms campo serie se origina, claro est, siempre sin pasar del consumo nominal.PROBLEMAS MOTOR SHUNTMotor compound Motor compound. Este tipo de conexiones el devanado inductor se divide en dos; una parte se conecta en serie con el devanado inducido, y al otra parte en paralelo.Dependiendo de cmo se realice esta conexin tendremos dos diferentes posibilidades:Compound largo. En la conexin compound larga, la corriente por el devanado inductor conectado en serie es la misma que la que circula por el devanado inducido.

Compound cort. En la conexin compound corta la corriente que circula por el devanado inductor en serie es la corriente tota absorbida por la mquina.

Problemas:Un motor de c.c. excitacin compound larga tiene las siguientes caractersticas: tensin en bornes de 150v, resistencia de inducido 0.1 resistencia de excitacin serie 0.2 ohms, resistencia de excitacin derivacin 30, en rgimen nominal gira a 1000 rpm genere un fcem de 120v y suministra una potencia mecnica de 4800w. Calcular:a) Intensidades de corriente en sus bobinasb) Resistencias de excitacin seriec) Por motor y rendimiento del motor.

Un motor de c.c de excitacin compuesta larga tiene por caractersticas:Fecm= 230v; resistencia del inducido 0.1, resistencia del inductor en serie 0.1; resistencia del inductor en paralelo 40.

Se alimenta a una tensin de 240 v, determinar:a) Corrientes que circulan por sus devanados b) Potencia mecnica suministrada (potencia til), la potencia absorbida de la lnea de alimentacin c) El par motor en Nm, sabiendo que gira a 1000 rpm

Pruebas a motoresQu es un buen aislamiento?Cada uno de los alambres elctricos de su instalacin sea que se encuentre en un motor, generador, cable, interruptor, transformador, etc. Est cubierto cuidadosamente con alguna forma de aislamiento elctrico. El alambre en s, generalmente de cobre o aluminio, es un buen conductor de la corriente elctrica que da potencia a los equipos. El aislamiento debe ser justamente lo opuesto de un conductor.Debe resistir la corriente y mantenerla en su trayectoria a lo largo del conductor.El propsito del aislamiento que envuelve a un conductor es similar al de un tubo que lleva agua, y la ley de ohm en electricidad puede ser entendida ms fcilmente por comparacin con el flujo de agua. En la figura 1 se muestra esta comparacin. La presin del agua de una bomba ocasiona el flujo a lo largo del tubo (figura 1a). Si el tubo tuviera una fuga, se gastara agua y se perdera cierta presin.En la electricidad, el voltaje es similar a la presin de la bomba y ocasiona que la electricidad fluya a lo largo de los alambres de cobre (figura 1b). Como en un tubo de agua, existe cierta resistencia al flujo, pero es mucho menor a lo largo del alambre que a travs del aislamiento.

El sentido comn nos dice que a mayor voltaje se tendr mayor corriente. Tambin, que a menor resistencia del alambre se tendr ms corriente con el mismo voltaje. Realmente, esta es la ley de Ohm, que se expresa de esta manera en forma de ecuacin: E = I x R donde E = voltaje en volts I = corriente en amperes R = resistencia en ohmsNingn aislamiento es perfecto (su resistencia no es infinita), de modo que cierta cantidad de electricidad fluye a lo largo del aislamiento o a travs de l a tierra. Tal corriente puede ser slo de un millonsimo de amper (un microamper) pero es la base del equipo de prueba de aislamiento. Note tambin que un voltaje ms alto tiende a ocasionar ms corriente a travs del aislamiento. Esta pequea cantidad de corriente, por supuesto no daara un buen aislamiento pero sera un problema si el aislamiento se ha deteriorado.Ahora, para resumir nuestra respuesta a la pregunta qu es "buen" aislamiento? Hemos visto que, esencialmente "bueno" significa una resistencia relativamente alta a la corriente. Utilizado para describir un material aislante, "bueno" significara tambin "la habilidad para mantener una resistencia alta". As, una manera adecuada de medir la resistencia le puede decir que tan "bueno" es el aislamiento. Tambin, si usted hace mediciones en periodos regulares, puede verificar la tendencia hacia su deterioro.QUE HACE QUE EL AISLAMIENTO SE DETERIORE?Aunque los fabricantes de alambre, cable, motores, etc., han mejorado continuamente sus aislamientos para los servicios de la industria. A pesar de todo, an hoy en da, el aislamiento est sujeto a muchos efectos que pueden ocasionar que falle - daos mecnicos, vibraciones, calor o fros excesivos, suciedad, aceite, vapores corrosivos, humedad de los procesos, o simplemente la humedad de un da nublado.En distintos grados, estos enemigos del aislamiento estn trabajando conforme pasa el tiempo - combinados con el esfuerzo elctrico que existe. Conforme se desarrollan picaduras o grietas, la humedad y las materias extraas penetran en la superficie del aislamiento y proporcionan una trayectoria de baja resistencia para la fuga de corriente. Una vez que comienzan, los distintos enemigos tienden a ayudarse entre s y permiten una corriente excesiva a travs del aislamiento.PRUEBAS.A veces la cada de la resistencia de aislamiento es sbita, como cuando el equipo falla. Sin embargo, generalmente cae gradualmente, lo que da una advertencia suficiente si se verifica peridicamente. Tales verificaciones permiten el reacondicionamiento planeado antes de que falle el servicio. Si no se hacen verificaciones, un motor con poco aislamiento, por ejemplo, puede no solamente ser peligroso cuando se aplica voltaje y se toca, sino tambin puede estar sujeto a quemarse. Por lo que un buen aislamiento es conveniente en un conductor con riesgos al ser usado.CMO SE MIDE LA RESISTENCIA DE AISLAMIENTOUsted ha visto que un buen aislamiento tiene alta resistencia; un aislamiento pobre tiene baja resistencia relativamente. Los valores reales de resistencia pueden ser ms altos o ms bajos, dependiendo de factores cmo la temperatura o el contenido de humedad (la resistencia disminuye con la temperatura o la humedad).

Sin embargo, con los registros y un poco de sentido comn, usted puede tener una buena imagen de las condiciones del aislamiento de valores que son slo relativos.

El probador de aislamiento MEGGER es un instrumento pequeo y porttil que le da una lectura directa de la resistencia de aislamiento en ohms o megaohms. Para un buen aislamiento, la resistencia se lee generalmente en el rango de los megaohms.

El probador de aislamiento MEGGER es esencialmente un medidor de resistencia de alto rango (hmetro) con un generador de corriente directa interconstruido. Este medidor es de construccin especial con bobinas de corriente y bobinas de voltaje que permiten que los ohms verdaderos se puedan leer directamente, independientemente del voltaje aplicado. Este mtodo no es destructivo; es decir, no ocasiona deterioro del aislamiento.

El generador puede operarse manualmente o elctricamente para desarrollar un voltaje alto de CD que ocasiona el flujo de una pequea corriente a travs y sobre las superficies del aislamiento bajo prueba (figura 2). Esta corriente (generalmente con un voltaje aplicado de 500 volts o ms) se mide por medio del hmetro, que tiene una escala de indicacin. La figura 3 muestra una escala tpica que lee valores crecientes de resistencia desde la izquierda hasta infinito, o una resistencia demasiado alta para medirse.

CMO INTERPRETAR LAS LECTURAS DE AISLAMIENTO

Las lecturas de resistencia de aislamiento deben considerarse cmo relativas. Pueden ser bastante diferentes para un motor o una mquina probada durante tres das, y an eso no significa mal aislamiento. Lo que realmente importa es la tendencia de las lecturas en un periodo de tiempo, en el que aparecen menor resistencia y advertencia de problemas posteriores. Las pruebas peridicas son, por tanto, su mejor aproximacin para el mantenimiento preventivo del equipo elctrico, utilizando tarjetas de registro como las que se muestran en la figura 4.

El que usted realice pruebas mensualmente, dos veces al ao o una vez al ao depende del tipo, localizacin e importancia del equipo. Por ejemplo, un motor de una bomba pequea o un cable de control pueden ser vitales en un proceso de su planta. La experiencia es el mejor maestro par el establecimiento de los periodos programados para su equipo.

Figura 4 - Registro tpico de resistencia de aislamiento del motor de un molino. La curva A muestra los valores de prueba medidos. La curva B muestra los mismos valores corregidos a 20 C (vea la pgina 27), que dan una tendencia definida hacia abajo hacia una condicin no segura. El reverso de la tarjeta se utiliza para registrar los datos de prueba

Se debe realizar estas pruebas peridicas de la misma manera cada vez. Es decir, con las mismas conexiones de prueba y con el mismo voltaje aplicado durante la misma longitud de tiempo. Tambin usted debe hacer pruebas ms o menos a la misma temperatura, o corregirlas tambin a la misma temperatura. Un registro de la humedad relativa cerca del equipo en el momento de la prueba tambin es de ayuda para evaluar las lecturas y las tendencias. En secciones posteriores se cubren la correccin por temperatura y los efectos de la humedad.

En resumen, las siguientes son algunas observaciones generales sobre cmo puede usted interpretar las pruebas peridicas de resistencia de aislamiento, y lo que debe hacer con los resultados:

Con un antecedente de como el tiempo afecta el significado de las lecturas del instrumento, consideremos tres mtodos comunes de prueba

1. Lectura de corto tiempo o puntual2. Tiempo resistencia3. Absorcin dielctrica 4. Y pruebas por paso multivoltajes

Prueba de corto tiempo o lectura puntual

En este mtodo, usted conecta simplemente el instrumento MEGGER a travs del aislamiento que se va a probar y lo opera por un periodo corto de tiempo especfico (generalmente se recomienda 60 segundos). Como se muestra esquemticamente en la figura 6, usted simplemente toma un punto en una curva de valores crecientes de resistencia; con frecuencia el valor sera menor para 30 segundos, ms para 60 segundos. Tome en cuenta tambin que la temperatura y la humedad, as como la condicin de su aislamiento afectan su lectura.

Si el aparato que est usted probando tiene una capacitancia muy pequea, tal como un tramo corto de alambrado domstico, la prueba de lectura puntual es todo lo que se requiere. Sin embargo, La mayora de los equipos son capacitivos y as su primera lectura puntual en el equipo de su planta, sin pruebas previas, puede ser solamente una gua burda de que tan bueno o que tan malo es el aislamiento. Durante muchos aos, los profesionales del mantenimiento han utilizado la regla de un megaohm para establecer el lmite inferior permisible para la resistencia de aislamiento. Esta regla se puede enunciar como:

La resistencia de aislamiento debe ser aproximadamente un megaohm por cada 1,000 volts del voltaje de operacin, con un valor mnimo de un megaohm.

Por ejemplo, un motor de 2,400 volts nominales debe tener una resistencia de aislamiento mnima de 2.4 megaohms. En la prctica, las lecturas de megaohms generalmente estn considerablemente arriba de este valor mnimo en equipos nuevos o cuando el aislamiento est en buenas condiciones. Tomando lecturas peridicamente y registrndolas, usted tiene una base mejor para juzgar las condiciones reales del aislamiento. Una tendencia persistente a la baja generalmente es una advertencia de problemas posteriores, an cuando las lecturas sean ms altas que los valores mnimos de seguridad sugeridos. Igualmente cierto, en tanto que sus lecturas peridicas sean consistentes, pueden estar bien, an cuando sean menores que los valores mnimos recomendados. Las curvas de la figura 7 muestran el comportamiento tpico de la resistencia de aislamiento bajo condiciones variables de operacin de la planta. Las curvas se trazaron con lecturas puntuales tomadas con un instrumento MEGGER en un periodo de varios meses.