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Tercera Unidad

Principio de

Funcionamiento de las

Máquinas

Eléctricas:

Motores y Generadores

Ing. Juan Carlos Valdez Loaiza

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Principio de Funcionamiento de las

Máquinas Eléctricas

Las máquinas eléctricas son el resultado de la aplicaciónde los principios de electromagnetismo y en especial de la

Ley de Inducción de Faraday. Las máquinas eléctricas se

caracterizan por tener circuitos eléctricos y magnéticos

entrelazados.

Las máquinas eléctricas son

convertidores electromecánicos

capaces de transformar energía

desde un sistema eléctrico a unsistema mecánico ó viceversa

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Clasificación de las Máquinas Eléctricas

A.-Máquinas Eléctricas Rotativas

•  Generadores Eléctricos

•  Motores Eléctricos

De Corriente Continua

De Corriente Alterna

B.-Máquinas Eléctricas Estáticas

•   Transformadores•  Convertidores e Inversores

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Clasificación de las Máquinas Eléctricas Rotativas

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Clasificación de las Máquinas Eléctricas Rotativas

Clasificación por nivel de Potencia

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Clasificación de las Máquinas Eléctricas Rotativas

Clasificación por frecuencia de Giro

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Características Comunes de las Máquinas Eléctricas

Es necesario definir las características

fundamentales de las máquinas eléctricas:1.Potencia

2.Tensión

3.Corriente4.Factor de Potencia

5.Frecuencia

6.Rendimiento7.El Campo Magnético

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En general es la potencia útil, que entrega ó produce una máquina

eléctrica en sus terminales de salida. De allí que, la POTENCIA ÚTIL en los

Generadores y Transformadores es la   “POTENCIA ELECTRICA”   lo que

comúnmente llamamos potencia en los bornes, mientras que los Motores

es la “POTENCIA MECÁNICA”, llamado también potencia en el eje.

Potencia NominalEs la potencia útil disponible que entrega o produce en régimen nominal

(condiciones específicas de diseño: T°<75°C, duración de funcionamiento)

una máquina eléctrica. A condiciones diferentes se llama POTENCIA ÚTIL ó

POTENCIA DE TRABAJO.

POTENCIA NOMINAL = POTENCIA A PLENA CARGA

POTENCIA NULA = TRABAJA EN VACIO

1. Potencia

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LA POTENCIA QUE FIGURA EN LAS PLACAS CARACTERISTICAS

SON LAS POTENCIAS NOMINALES

POTECIA

NOMINAL DE UN

GENERADOR

POTECIA

NOMINAL DE UN

MOTOR

POTECIA NOMINAL

DE UNTRANSFORMADOR

Potencia Aparente en

los bornes del

Secundario

Potencia Aparente en

los bornes delSecundario

Potencia Mecánica

disponible en el eje

de Salida

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Es la diferencia de potencial entre los bornes de salida eléctrica engeneradores y transformadores, y bornes de entrada en los motores.

En servicio normal la tensiones son función de la carga, en algunos casos

dependen de los órganos reguladores adicionales.

TENSIÓN NOMINAL (VN)Es aquella para la cual la máquina ha sido diseñada (o dimensionada). Es laque figura en la placa y para la cual valen las garantías del fabricante.

TENSIÓN DE SERVICIO (V servicio)Es el valor de la tensión en los bornes de la máquina cuando está enservicio, es decir, es la tensión que va ha ceder si es generador o recibiry ceder si es transformador o recibir si es motor, en el lugar donde se

instalan.

Tensión de servicio máximo admisible 1,15 VN

2.-Tensión

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i

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•  Es el numero de oscilaciones periódicas completasde la onda fundamental durante un segundo.

•   En los generadores de corriente alterna la frecuencia

esta dada por:

f = P. n / 60

P=Par de polos de la máquina

n=revoluciones por minuto (RPM)

5.-Frecuencia

6 di i ( )

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•

  Es la relación entre la potencia suministrada yla potencia absorbida por la máquina.

6.-Rendimiento(η)

Res men

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Resumen

Generalidades

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Principio de funcionamiento como GENERADOR.

Campo magnético externo de valor constante que es visto por una espira (bobina)como variable al estar ésta en movimiento. Se induce, por tanto, una fuerza

electromotriz o potencial en los extremos de la bobina

Generalidades

Generalidades

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Principio de funcionamiento como MOTOR.

Si se hace circular una corriente por una bobina inmersa en un campo magnético, éstasufre un par motor que tiende a alinear ambos campos magnéticos, el propio de la

bobina y el externo.

Generalidades

Generalidades

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Generalidades

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Generalidades

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Generalidades

L M t d C i t Alt

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Los Motores de Corriente Alterna

Pueden ser:

•El motor Síncrono.

•El Motor Asíncrono o de Inducción.

El motor Síncrono tiene la característica de que su velocidad de giro esdirectamente proporcional a la frecuencia de la red de corriente alterna que loalimenta.

El motor  síncrono   es utilizado en aquellos casos en los que se deseavelocidad constante. En nuestro medio, sus aplicaciones son mínimas y casisiempre están relacionadas con sistemas de regulación y control mas no con

la transmisión de potencias elevadas.

Í

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El más común de los

motores de corriente alterna

es el Motor de Inducción,

donde la corriente eléctrica

es inducida en el rotor.

La velocidad de giro del rotor es menor que la velocidad

del campo magnético

giratorio

Los bobinados que producen el campo magnético se llaman tradicionalmente los

"bobinados de campo" mientras que el rotor que gira se llaman la "armadura". En un

motor de C.A. trifásico el campo magnético gira con una velocidad que depende del

numero de polos y de la frecuencia.

MOTOR ASÍNCRONO

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El campo magnético giratorio origina un flujo que induce corrientes en el

rotor que interactúan con el campo magnético del estator. En cada

conductor se produce una fuerza F=ilB que da lugar al par del motor.

M t A í d I d ió

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De acuerdo a la forma de construcción del rotor, los motores asincrónicos se clasifican en:

►Motor Asincrónico tipoJaula de Ardilla

►Motor Asincrónico deRotor Bobinado

Motor Asíncrono o de Inducción

Es el motor eléctrico por excelencia. Es el

motor relativamente mas barato, eficiente,compacto y de fácil construcción y

mantenimiento. Siempre que sea

necesario utilizar un motor eléctrico, se

debe procurar seleccionar un motor tipo

 jaula de ardilla y si es trifásico mejor.

Se utiliza en aquellos casos en los que la

transmisión de potencia es demasiado elevada(a partir de 200 kW) y es necesario reducir las

corrientes de arranque. También se utiliza en

aquellos casos en los que se desea regular la

velocidad del eje. Su característica principal es

que en el rotor se aloja un conjunto de bobinas

que además se pueden conectar al exterior a

través de anillos rozantes.

Generalidades

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Estructura básica de una máquina eléctrica rotativa.

Generalidades

Aspectos Constructivos: Partes del motor Asíncrono

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3 devanados en el

estator desfasados

2  /(3P) siendo P nºpares de polos

El Nº de fases del rotor no tiene

porqué ser el mismo que el delestator, sí será igual el número

de polos. Los devanados del

rotor están conectados a anillos

colectores montados sobre el

mismo eje

Los conductores del rotor están

igualmente distribuidos por la

periferia del rotor. Los extremos de

estos conductores están

cortocircuitados, no habiendo

conexión con el exterior . La posición

inclinada de las ranuras mejora elarranque y disminuye el ruido

Aspectos Constructivos: Partes del motor Asíncrono

Aspectos constructivos: Sección

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Aspectos constructivos: Sección.

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Aspectos constructivos: Rotor de jaula

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Su simplicidad y gran robustez son las ventajas más destacadas.

Aspectos constructivos: Rotor de jaula.

Aspectos Constructivos: Rotor Bobinado

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Aspectos Constructivos: Rotor Bobinado.

Aspectos constructivos: Desglose

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Aspectos constructivos: Desglose

devanado preformado

o devanado aleatorio

 Anillos rozantes

en la superficie

externa

Rotor Paquete

magnético

cilíndrico

Ranuras

en la superficie

Ranuras

interna

Estátor Paquete

magnético

Cilíndrico hueco

Paquetes Magnéticos

Chapa magnética de acero al silicio

apiladas y eléctricamente aisladasunas de otras

Entrehierro

CircuitoMagnético

Bobinas de cobreBobinado o

 Anillos rozantes

Barras soldadas

 Aluminio fundidoJaula de ardilla

 Arrollamiento(polifásico)

en cortocircuito

Rotor

Circuitoeléctrico

rotórico

Bobinas de hilo esmaltado

Bobinas preformadas o Arrollamiento

trifásico

EstátorCircuito

eléctrico

estatóricoCircuito

Eléctrico

Estátor: Parte fija

Rotor: Parte giratoria

Estructura

mecánica

Cilindro que puede girar sobre su eje (rotor)

en el interior de otro cilindro hueco fijo (estátor)