Curso:Curso:Electricidad IndustrialElectricidad Industrial

RILRIL LigthLigth

Profesor: Ricardo Ayala B.Profesor: Ricardo Ayala B.

Contenidos;Contenidos;

--Maquinas AsMaquinas Asncronasncronas--Maquinas SMaquinas Sncronas.ncronas.

Introduccina

Las Mquinas Elctricas Rotativas

IntroducciIntroduccinnaa

Las MLas Mquinas Elquinas Elctricas Rotativasctricas Rotativas

Las mquinas elctricas rotativasLas mLas mquinas elquinas elctricas rotativasctricas rotativas

MotoresMotores

Corriente ContinuaCorriente Continua

AsAsncronosncronos

SSncronosncronosMonofMonofsicos osicos otriftrifsicossicos

MonofMonofsicossicos

MonofMonofsicos osicos otriftrifsicossicos

Las mquinas elctricas rotativasLas mLas mquinas elquinas elctricas rotativasctricas rotativas

GeneradoresGeneradores

SSncronosncronos

AsAsncronosncronos

CorrienteCorrientecontinuacontinua

Turboalternadores (tTurboalternadores (trmicas) y alternarmicas) y alterna--dores de centralesdores de centrales hidrahidralicaslicas

Generadores eGeneradores elicos.licos.AlternadoresAlternadores micentralesmicentraleshidrahidralicaslicas

MMquinas muy pocoquinas muy pocofrecuentes: aplicacionesfrecuentes: aplicacionesespecialesespeciales

Gran potencia: velocidad cte.Gran potencia: velocidad cte.

Potencia media y baja: velocidad variablePotencia media y baja: velocidad variable

El Principio de ReversibilidadEl Principio de ReversibilidadEl Principio de Reversibilidad

Todas las mTodas las mquinasquinaselelctricas rotativasctricas rotativas

son reversiblesson reversibles

Pueden funcionarPueden funcionarcomo motor o comocomo motor o como

generadorgenerador

MotorMotor ConversiConversin de Energn de Energa Ela Elctricactricaen Energen Energa Meca Mecnicanica

GeneradorGenerador ConversiConversin de Energn de Energa Meca Mecnicanicaen Energen Energa Ela Elctricactrica

Balance energtico de una mquinarotativa

Balance energBalance energtico de una mtico de una mquinaquinarotativarotativa

PPrdidasrdidasrotacionalesrotacionales

PPrdidas enrdidas enel cobre delel cobre del

rotorrotor

PPrdidasrdidasen elen el

hierrohierro

PPrdidasrdidasen el cobreen el cobredel estatordel estator

PotenciaPotenciaelelctricactrica

consumidaconsumida(P(Pee))

ESTATORESTATOR ROTORROTOR PotenciaPotenciamecmecnicanicatil deltil delmotormotor((PPuu))

e

u

PP=h

e

u

PP=h

%90@h %90@h

La Mquina AsncronaLa MLa Mquina Asquina Asncronancrona

Aspectos constructivos: generalidadesAspectos constructivos: generalidadesAspectos constructivos: generalidades

CIRCUITOSMAGNTICOSCIRCUITOSCIRCUITOS

MAGNMAGNTICOSTICOSConjunto de chapas de

Fe aleado con Siaisladas y apiladas

Conjunto de chapas deConjunto de chapas deFe aleado con SiFe aleado con Si

aisladasaisladas y apiladasy apiladas

ROTORROTORROTORConjunto deespiras en

cortocircuito

Conjunto deConjunto deespiras enespiras en

cortocircuitocortocircuito

De jaula deardilla

De jaula deDe jaula deardillaardilla

BobinadoBobinadoBobinado{{ De AlfundidoDe AlDe AlfundidofundidoDe barrassoldadasDe barrasDe barrassoldadassoldadas{{ESTATORESTATORESTATOR

Devanadotrifsico

distribuido enranuras a 120

DevanadoDevanadotriftrifsicosico

distribuido endistribuido enranuras a 120ranuras a 120

Aleatorio: de hiloesmaltado

Aleatorio: de hiloAleatorio: de hiloesmaltadoesmaltado

PreformadoPreformadoPreformado{{

Barras AnilloBarras Anillo

Rotor de aluminioRotor de aluminioFundidoFundido

Rotor de anillosRotor de anillosSoldadosSoldados

Aspectos constructivos: rotorAspectos constructivos: rotorAspectos constructivos: rotor

AnillosAnillos

Rotor Jaula de ArdillaRotor Jaula de ArdillaRotor Jaula de ArdillaChapa magnChapa magnticatica

Barra de cobreBarra de cobre

Plato final rotorPlato final rotorFijaciFijacinnchapa magnchapa magnticatica

Anillo deAnillo decortocircuitocortocircuito

Despiece de un rotor dejaula con barras de cobre

soldadas

Despiece de un rotor deDespiece de un rotor dejaula con barras de cobrejaula con barras de cobre

soldadassoldadas

Rotor bobinado: anillos rozantesRotor bobinado: anillos rozantesRotor bobinado: anillos rozantes

EscobillasEscobillas

AnillosAnillosRozantesRozantes

El rotor se cierra enEl rotor se cierra encortocircuito desde elcortocircuito desde el

exterior a travexterior a travs de unass de unasescobillas y anillosescobillas y anillos

rozantesrozantes

DEVANADO DE HILODEVANADO DE HILOTensiTensin2300v

Evitar contacto entreconductores a distinta

tensin

Evitar contacto entreEvitar contacto entreconductores a distintaconductores a distinta

tensitensinn

Los materiales empleados en losaislamientos son generalmente

orgnicos

Los materiales empleados en losLos materiales empleados en losaislamientos son generalmenteaislamientos son generalmente

orgorgnicosnicos

FotografFotografas realizadas en los talleresas realizadas en los talleresde ABBde ABB ServiceService -- GijGijnn

Diferencias entre devanados de hilo yDiferencias entre devanados de hilo ydevanados preformadosdevanados preformados

Forma constructivade los devanados

Forma constructivaForma constructivade los devanadosde los devanados

Devanados de HiloDevanados de HiloDevanados de Hilo

Devanados de pletinaDevanados de pletinaDevanados de pletina

Baja tensin < 2kVBaja tensiBaja tensin < 2kVn < 2kV

Potencia < 600CVPotencia < 600CVPotencia < 600CV

Devanado aleatoriodentro de la ranura

DevanadoDevanado aleatorioaleatoriodentro de la ranuradentro de la ranura

Pletinas de cobre aisladasPletinas de cobre aisladasPletinas de cobre aisladas

Alta tensin y potenciaAlta tensiAlta tensin y potencian y potencia

Colocacin de bobinasordenada

ColocaciColocacin de bobinasn de bobinasordenadaordenada

Elementos del aislamiento estatElementos del aislamiento estatricoricoen motores con devanadosen motores con devanados

preformadospreformados

Recubrimientos deproteccinRecubrimientos deproteccin

Bobina con el recubrimientoexterno daadoBobina con el recubrimientoexterno daado

Recubrimiento de reparto

Recubrimiento conductor en

Recubrimientos de protecciRecubrimientos de proteccinn

la zona de ranura

Aspecto fAspecto fsico: motores de BTsico: motores de BT

CatCatlogos comercialeslogos comerciales

Aspecto fAspecto fsico: motores de BTsico: motores de BT

CatCatlogos comercialeslogos comerciales

Aspecto fAspecto fsico: formas constructivassico: formas constructivasnormalizadasnormalizadas

CatCatlogos comercialeslogos comerciales

ConexiConexin de los devanadosn de los devanados

Cajas de terminalesCajas de terminalesCatCatlogos comercialeslogos comerciales

V1 W1

W2 U2 V2

U1

U2

V1

V2

W1

W2

U1

U2

V1

V2

W1

W2

Pletina decobre

Devanados del motor

U1 V1 W1

W2 U2 V2

Caja deconexiones

Conexin enestrella

Conexin entringulo

U1 V1 W1

W2 U2 V2

U1

U2

V1

V2

W1

W2

U1

U2

V1

V2

W1

W2

Pletina decobre

Devanados del motor

U1 V1 W1

W2 U2 V2

Caja deconexiones

Conexin enestrella

Conexin entringulo

U1

MotorMotorasasncrononcrono

EstatorEstator

RotorRotor

Devanado trifDevanado trifsico a 120sico a 120 alimentadoalimentadocon sistema trifcon sistema trifsico de tensionessico de tensiones

Espiras en cortocircuitoEspiras en cortocircuito

SistemaSistemaTrifTrifsicosico

Devanado trifDevanado trifsicosicoa 120a 120

Campo giratorio 60f/PCampo giratorio 60f/P

FEM inducidaFEM inducidapor el campopor el campo

giratorio en lasgiratorio en lasespiras del rotorespiras del rotor

Espiras en cortoEspiras en cortosometidas a tensisometidas a tensinn

CirculaciCirculacin den decorriente por lascorriente por lasespiras del rotorespiras del rotor

Ley deLey de BiotBiotyy SavartSavart

Fuerza sobre lasFuerza sobre lasespiras del rotorespiras del rotor

Par sobrePar sobreel rotorel rotor

Giro de laGiro de laMMquinaquina

Principio de funcionamientoPrincipio de funcionamiento

EL MOTOR ASEL MOTOR ASNCRONO SIEMPRE GIRA A VELOCIDADNCRONO SIEMPRE GIRA A VELOCIDADINFERIOR A LA VELOCIDAD DE SINCRONISMO: EN CASOINFERIOR A LA VELOCIDAD DE SINCRONISMO: EN CASO

CONTRARIOCONTRARIO NO SE INDUCIRNO SE INDUCIRA FUERZA ELECTROMOTRIZ ENA FUERZA ELECTROMOTRIZ ENEL ROTOR DE LA MEL ROTOR DE LA MQUINAQUINA Y, POR TANTO, NO HABRY, POR TANTO, NO HABRA PARA PAR

MOTORMOTOR

CUANDO TRABAJA EN VACCUANDO TRABAJA EN VACO GIRA MUY PRO GIRA MUY PRXIMO A LAXIMO A LAVELOCIDAD DE SINCRONISMO. EN ESE CASO, ELVELOCIDAD DE SINCRONISMO. EN ESE CASO, EL NICO PARNICO PARMOTOR DESARROLLADO POR LA MMOTOR DESARROLLADO POR LA MQUINA ESQUINA ES EL NECESARIOEL NECESARIO

PARA COMPENSAR LAS PPARA COMPENSAR LAS PRDIDASRDIDAS

Principio de funcionamientoPrincipio de funcionamiento

Principio de funcionamientoPrincipio de funcionamiento

EL ESTATOR DE UN MOTORASASNCRONO ESTNCRONO EST FORMADO PORFORMADO POR3 DEVANADOS SEPARADOS EN EL3 DEVANADOS SEPARADOS EN EL

ESPACIO 120ESPACIO 120. En la figura se. En la figura serepresenta srepresenta slo una espira delo una espira de

cada uno de los devanados (RRcada uno de los devanados (RR,,SSSS, TT, TT))

S

R

R

S

T

T

Estator

Origen dengulos

RotorS

R

R

S

T

T

Estator

Origen dengulos

Rotor

LOS 3 DEVANADOS ESTLOS 3 DEVANADOS ESTNNALIMENTADOS MEDIANTE UNALIMENTADOS MEDIANTE UN

SISTEMA TRIFSISTEMA TRIFSICO DESICO DETENSIONES. POR TANTO, LASTENSIONES. POR TANTO, LAS

CORRIENTES QUE CIRCULAN PORCORRIENTES QUE CIRCULAN PORLAS ESPIRAS SON SENOIDALES YLAS ESPIRAS SON SENOIDALES Y

ESTESTN DESFASADAS 120N DESFASADAS 120

)t(CosII maxR = 1v )t(CosII maxR = 1v)t(CosII maxS 1201 -= v )t(CosII maxS 1201 -= v)t(CosII maxT 1201 += v )t(CosII maxT 1201 += v

FRotor

Estator

a

Sucesivas posicionesdel campo

Campogiratorio

Avancedel campo

Rotor

tP

f p2

SNNS

El campo magnEl campo magntico resultante de las tres corrientes de fase es untico resultante de las tres corrientes de fase es uncampo que gira en el espacio acampo que gira en el espacio a 60*f/P60*f/P RPMRPM. Donde. Donde PP es eles el nnmeme--roro de pares de polos del estator (depende de la forma de conexide pares de polos del estator (depende de la forma de conexinn

de las bobinas que lo forman) yde las bobinas que lo forman) y ff la frecuencia de alimentacila frecuencia de alimentacin.n.

PfNS= 60 Velocidad deVelocidad de

sincronismosincronismo

Principio de funcionamientoPrincipio de funcionamiento

T=0.340 s T=0.352 s T=0.370 s

Principio de funcionamientoPrincipio de funcionamiento

MOTOR DE 2PARES

DE POLOS

MOTOR DE 2MOTOR DE 2PARESPARES

DE POLOSDE POLOS

T=1 S T=1,015 S

Principio de funcionamientoPrincipio de funcionamiento

ll LaLa nica alimentacinica alimentacin eln elctrica que reciben se hace a travctrica que reciben se hace a travs des dela lla lnea trifnea trifsica que alimenta al devanado estatsica que alimenta al devanado estatrico.rico. NO HAYNO HAYESCOBILLAS O ELEMENTOS ROZANTESESCOBILLAS O ELEMENTOS ROZANTES..

ll El rotor de jaula es muy robusto ya que no incluye sistemaEl rotor de jaula es muy robusto ya que no incluye sistemaaislante.aislante.

ll Tienen par de arranque.Tienen par de arranque.

ll No tienen problemas de estabilidad ante variaciones bruscas deNo tienen problemas de estabilidad ante variaciones bruscas dela carga.la carga.

VENTAJAS DE LOS MOTORES ASNCRONOSVENTAJAS DE LOS MOTORES ASVENTAJAS DE LOS MOTORES ASNCRONOSNCRONOS

Aumento delAumento delpar de cargapar de carga

ReducciReduccin de lan de lavelocidad de girovelocidad de giro

MayorMayorFEMFEM

Mayor corrienteMayor corrienterotorrotor

MayorMayorpar motorpar motor

EstabilidadEstabilidad

Ventajas de los motores de inducciVentajas de los motores de induccinnAsincrAsincrnicos.nicos.

ll La corriente de arranque es mucho mayor que la corriente deLa corriente de arranque es mucho mayor que la corriente defuncionamiento nominal. Entre 3 y 6 veces mayor. En muchofuncionamiento nominal. Entre 3 y 6 veces mayor. En muchocasos es necesario disponer procedimientos especiales decasos es necesario disponer procedimientos especiales delimitacilimitacin de la corriente de arranque.n de la corriente de arranque.

ll La variaciLa variacin de su velocidad implica la variacin de su velocidad implica la variacin de lan de la frecuenfrecuen--ciacia de la alimentacide la alimentacin: es necesario disponer de un convertidorn: es necesario disponer de un convertidorelectrelectrnico que convierta la tensinico que convierta la tensin de red en una tensin de red en una tensin den defrecuencia variable.frecuencia variable.

INCONVENIENTES DE LOS MOTORES ASNCRONOSINCONVENIENTES DE LOS MOTORES ASINCONVENIENTES DE LOS MOTORES ASNCRONOSNCRONOS

EQUIPOEQUIPORECTIFICADORRECTIFICADOR

TRIFTRIFSICOSICO

EQUIPOEQUIPOINVERSORINVERSORTRIFTRIFSICOSICO

SISTEMASISTEMADEDE

FILTRADOFILTRADO3 FASES3 FASES50 Hz50 Hz

3 FASES3 FASESf VARIABLEf VARIABLE

BUS DEBUS DECCCC

ONDA ESCALONADAONDA ESCALONADADE f VARIABLEDE f VARIABLE

Desventajas de los motores deDesventajas de los motores deinducciinduccin Asincrn Asincrnicos.nicos.

La Mquina SncronaLa MLa Mquina Squina Sncronancrona

La mLa mquina squina sncrona: generalidadesncrona: generalidades

La mLa mquina squina sncrona utiliza unncrona utiliza unestator constituido por unestator constituido por un

devanado trifdevanado trifsico distribuidosico distribuidoa 120a 120 ididntico a la mntico a la mquinaquina

asasncronancrona

El rotor estEl rotor est formadoformadopor un devanadopor un devanado

alimentado desde elalimentado desde elexterior a travexterior a travs des deescobillas y anillosescobillas y anillosrozantes medianterozantes mediantecorriente continuacorriente continuaEl rotor puede ser liso o de polosEl rotor puede ser liso o de polos

salientessalientes

Industrialmente es el generador utilizado en la mayorIndustrialmente es el generador utilizado en la mayora de lasa de lascentrales elcentrales elctricas: turboalternadores y grandes alternadoresctricas: turboalternadores y grandes alternadores

hidrhidrulicosulicos

Como motor se usa principalmente cuando la potenciaComo motor se usa principalmente cuando la potenciademandada es muy elevada >1 MWdemandada es muy elevada >1 MW

La mLa mquina squina sncrona: generalidadesncrona: generalidades

N

S

Lneas decampo

Elevadas velocidades degiro: turboalternadoresElevadas velocidades deElevadas velocidades degiro: turboalternadoresgiro: turboalternadores

NNN

S

S

Sentido de lascorrientes por

el rotor

Velocidades de girobajas

Velocidades de giroVelocidades de girobajasbajas

Rotor depolos

salientes

Rotor deRotor depolospolos

salientessalientes

Rotorliso

RotorRotorlisoliso

ESTATOR= Devanado trifsicodistribuido alimentado con unsistema trifsico de tensiones

ESTATOR= Devanado trifsicodistribuido alimentado con unsistema trifsico de tensiones

ROTOR= Devanado alimentadocon corriente continua que creaun campo magntico fijo

ROTOR= Devanado alimentadocon corriente continua que creaun campo magntico fijo

CAMPO MAGNTICO GIRATORIOCAMPO MAGNTICO GIRATORIO

INTERACCIN ROTOR - ESTATORINTERACCIN ROTOR - ESTATOR

PAR MOTOR Y GIRO DE LA MQUINAPAR MOTOR Y GIRO DE LA MPAR MOTOR Y GIRO DE LA MQUINAQUINA

Principio de funcionamiento del motorPrincipio de funcionamiento del motorSincrSincrnico.nico.

EL ROTOR GIRA A LAEL ROTOR GIRA A LAMISMA VELOCIDAD QUEMISMA VELOCIDAD QUEEL CAMPO: VELOCIDADEL CAMPO: VELOCIDAD

DE SINCRONISMODE SINCRONISMO

PfNS= 60

PfNS= 60

Controlando la excitaciControlando la excitacinn(tensi(tensin de alimentacin de alimentacinn

del rotor) se consiguedel rotor) se consigueque la mque la mquina trabajequina trabajecon cualquier factor decon cualquier factor de

potencia:potencia: PUEDEPUEDEABSORBER O CEDER QABSORBER O CEDER Q

Motores sMotores sncronosncronos

Principio de funcionamiento del generadorPrincipio de funcionamiento del generadorSincrSincrniconico

Para conectar el generador aPara conectar el generador auna red es necesario que gireuna red es necesario que girea la velocidad de sincronismoa la velocidad de sincronismo

correspondiente a lacorrespondiente a lafrecuencia de dicha redfrecuencia de dicha red

Controlando la excitaciControlando la excitacinn(tensi(tensin de alimentacin de alimentacin deln del

rotor) se consigue que larotor) se consigue que lammquina trabaje conquina trabaje con

cualquier factor de potencia:cualquier factor de potencia:PUEDE ABSORBER O CEDER QPUEDE ABSORBER O CEDER Q

ESTATOR= Devanado trifsicodistribuido conectado a la carga

o red que se desea alimentar

ESTATOR= Devanado trifsicodistribuido conectado a la carga

o red que se desea alimentar

ROTOR= Devanado alimentadocon corriente continua que crea

un campo magntico fijo. Sehace girar por un medio externo

ROTOR= Devanado alimentadocon corriente continua que crea

un campo magntico fijo. Sehace girar por un medio externo

TRANSFORMACIN DE ENERGAMECNICA EN ENERGA

ELCTRICA

TRANSFORMACITRANSFORMACIN DE ENERGN DE ENERGAAMECMECNICA EN ENERGNICA EN ENERGAA

ELELCTRICACTRICA

El campo creado por el rotor,al girar, induce FEM en elestator y, por tanto, hace

circular corriente por la carga

El campo creado por el rotor,al girar, induce FEM en elestator y, por tanto, hace

circular corriente por la carga

60NPf =60NPf = P=PARES DE POLOSP=PARES DE POLOS

N=VELOCIDAD DEN=VELOCIDAD DEGIROGIRO

GeneradoresGeneradoresssncronosncronos

Generadores sGeneradores sncronosncronos

Corte transversal deuna central hidrulica

Rotor

Mulukutla S. Sarma: Electricmachines