Universidad Tecnolgica de Panam Facultad de Ingeniera Elctrica

Integrantes: Jayson Teodosio Felix Brown Juan Arosemena

Grupo: 1IE 131Profesor: Edilberto HallMateria: Conversin de EnergaRevisin Bibliogrfica: Introduccin al Funcionamiento de las Mquinas Elctricas

Fecha de Entrega: 1/9/2014Tabla de Contenido

Introduccin4A1. El Transformador de Potencia y Sistemas Auxiliares51.Descripcin de las partes de un transformador de potencia62.Descripcin de los diferentes tipos de protecciones de los transformadores de potencia.133.Descripcin de los diferentes tipos de sistemas de enfriamiento para transformadores de potencia154.Descripcin de los transformadores de instrumento:17a.Transformadores de Potencial (PTs)17b.Transformadores de Corriente (CTs)195.Descripcin de los sistemas de puesta a tierra para transformadores de potencia.216.Descripcin de los diferentes tipos de Pararrayos o Apartarrayos (Surge Arresters)22A2. El motor de Induccin Monofsico y Motores Especiales261.Motor monofsico de induccin26Devanados de fase partida26a)Principio de operacin26b)Construccin28c)Explicacin de las aplicaciones y usos particulares30Devanados tipo capacitor30a)Principio de operacin30b)Construccin31c)Explicacin de las aplicaciones y usos particulares32Polos de estator sombreados32a)Principio de operacin32b)Construccin33c)Explicacin de las aplicaciones y usos particulares.332.Motor de reluctancia33a.Principio de operacin33b.Construccin y grfico de un motor de reluctancia real35c.Explicacin de las aplicaciones y usos particulares373.Motor de histresis37a.Principio de operacin37b.Construccin y grfico de un motor de histresis real38c.Aplicaciones y usos particulares394.Motor de movimiento paso a paso (Stepper Motor)39a.Principio de operacin39b.Construccin de movimiento paso a paso real.41c.Aplicaciones y usos particulares435.Motor CD sin escobillas (Brushless DC Motor)44a.Principio de operacin44b.Construccin de un motor CD sin escobillas real45c.Explicacin de las aplicaciones y usos particulares456.Motor universal45a.Principio de operacin45b.Construccin de un motor universal real46c.Explicacin de las aplicaciones y usos particulares477.Motor lineal48a.Principio de operacin48b.Construccin y grfico de un motor lineal real48c.Aplicaciones y usos particulares51Conclusin52Bibliografa53

IntroduccinEl propsito de este trabajo es brindar al estudiante una introduccin al funcionamiento de las mquinas elctricas, las cuales se basan en la produccin de un flujo magntico por medio de una fuente con seal de voltaje y corriente alterna, produciendo un cambio de una forma de energa a otra.

Durante todo el documento se tratar superficialmente cada tema, sin profundizar en verificacin de conceptos fsicos, ni ecuaciones matemticas, y solo se expondr la informacin necesaria para entender su concepto ms general. El documento consta de una primera parte que trata sobre los transformadores de potencia y sus sistemas auxiliares. Se dar una descripcin general de esta mquina y de sus partes. Luego se proceder a explicar el funcionamiento de sus sistemas auxiliares, utilizados para evitar accidentes por los altos voltajes que manejan. Para la segunda parte se tratar sobre los motores de induccin ms usados, describiendo su principio de funcionamiento, sus partes y las aplicaciones que se les da. En algunos de los motores tratados, se brindar una comparacin entre ellos mediante grficos, para ver sus ventajas y desventajas y las razones por las que se usan o no.

A1. El Transformador de Potencia y Sistemas AuxiliaresUn transformador de potencia, como el que se muestra en la figura A1.1, es un dispositivo que convierte el voltaje inducido en su devanado primario por una corriente alterna, a uno mayor o menor inducido en el devanado secundario, como consecuencia del flujo magntico variable que se encuentra en el ncleo del transformador. Las principales funciones de un transformador de potencia son:1. Transportar corriente elctrica de una estacin de generacin a un destinatario, siendo un ejemplo, de una hidroelctrica a una subestacin.2. Regular los voltajes, para que el destinatario reciba un voltaje que pueda manejar.

Los transformadores de potencia manejan grandes voltajes, y se considera un transformador de potencia de alto voltaje si su capacidad de potencia est desde los 500 KVA hasta 500 MVA para transformadores monofsicos y de 650 MVA para transformadores trifsicos. Y se consideran de medio y bajo voltaje si estn de 500 KVA a menos. Los transformadores constan de diferentes componentes y sistemas auxiliares para asegurar un eficiente funcionamiento y la seguridad de los operadores. A continuacin se darn detalladas descripciones sobre los componentes de un transformador y de sus sistemas auxiliares.

Figura A1. 1: Transformador de potencia de una subestacin Panel de un cambiador de Tomas o Tap Changer

1. Descripcin de las partes de un transformador de potencia Tanque El tanque del transformador (figura A1.2) es la coraza donde se encuentran ubicados el ncleo, los devanados y el aceite de transformador. Debido a su gran tamao, tienen tubos o aletas de refrigeracin (radiadores) soldados a las caras del tanque, adems de eso, tienen instalados cambiadores de toma (tap changers), un relevador de Buchholz (Buchholz Relay), una vlvula de sobrepresin, un tanque conservador auxiliar (conservator tank), aislantes (bushings), entre otros componentes (figura A1.3).

La tapa del tanque tiene una junta de hermeticidad para impedir la entrada de polvo y humedad.

Alrededor del mundo, el tanque ms utilizado para transformadores de mediana y gran capacidad es el de tipo conservador, ya que presenta mejoras en la proteccin del aceite contra la humedad y el oxgeno. Los tanques de tipo conservador vienen equipados con un tanque auxiliar (tanque conservador) que tiene un volumen del 3% al 10% del volumen del tanque principal y se encuentra por encima de este, estando ambos tanques interconectados (figura A1.3). El transformador intercambia aire a travs de un respirador deshidratador (breather) que est conectado con el tanque auxiliar (figura 3), permitiendo el intercambio de aire (posee un filtro para que no entren impurezas) entre el ambiente y el tanque cuando se dan incrementos o decrementos en la presin del tanque.

Figura A1.2: Tanque de un transformador de potencia antes de aadirle otros componentes y sistemas auxiliares

Figura A1.3: Esquema de un transformador de potencia monofsico y ubicacin de sus componentes

Ncleo ferromagnticoEs el artefacto donde se encuentran enrollados los devanados (figura A1.4). Estos estn hechos de materiales ferromagnticos, que poseen una baja reluctancia, debido, principalmente a su alta permeabilidad (en la ecuacin 1 si se aumenta la permeabilidad, la reluctancia disminuye), lo que permite que el flujo de campo magntico se concentre en el ncleo, en lugar de viajar en el aire circundante. As el flujo magntico a travs del ncleo se puede calcular mediante la ecuacin 2, asumiendo que el flujo es tan grande que se puede despreciar el flujo que se libera en el aire. As, los materiales ms comnmente usados para fabricar los ncleos de los transformadores de potencia son las lminas de aleaciones de niquel-hierro, cobalto-hierro y silicio-hierro (figura A1.5), las cuales se pegan entre s para formar el ncleo.

(Ecuacin # 1)

(Ecuacin # 2)

El ncleo permite hacer la conexin entre un circuito magntico (devanado primario) y otro (devanado secundario o cualquier otro), debido a que el flujo magntico producido por el devanado primario se mantiene en todo el ncleo, actuando el mismo en el devanado secundario, solo que produciendo un voltaje inducido que puede ser igual o distinto, dependiendo del nmero de vueltas que posea.

Figura A1.5: Lmina de silicio-hierro

Figura A1.4: ncleo ferromagntico

Devanados o bobinadosEn un transformador, los devanados (figura A1.6) estn enrollados en las columnas del ncleo, aislados entre s (con aceite de transformador) y con aislamiento entre las vueltas de cada devanado (con papel aislante), para as asegurar que la corriente fluya a travs de todas las vueltas. Los devanados para transformadores de potencia, consisten en cables de cobre enrollados, a los cuales se les aplica una corriente y producen un campo y un flujo magntico. Este flujo se transmite a travs del ncleo a otro cable enrollado (devanado secundario), produciendo un voltaje inducido que ser mayor si la cantidad de vueltas en el devanado secundario es mayor a la del primario, o ser menor en el caso contrario. Esto lo estipula la Ley de FaradayFigura A1.6: Forma fsica de los devanados

(ecuacin 3).

(Ecuacin # 3)

Donde N es el nmero de vueltas del devanado.

Tanque conservador auxiliar (tanque de expansin)Es un tanque cilndrico que se coloca sobre el tanque conservador principal (figura A1.7), conectado al tanque principal mediante una tubera, en la cual tambin se puede encontrar un Relevador de Buchholz (figura A1.3).

Cuando un transformador est cargado de aceite y la temperatura aumenta, el volumen del aceite dentro del transformador aumentar, por lo que el aceite que se encuentra dentro del tanque principal, ocupar ms espacio. La funcin del tanque conservador auxiliar es de proveer el espacio adecuado para que el aceite pueda expandirse sin daar el sistema. As, el aceite que se comienza a expandir dentro del tanque principal, empuja el aire que se encuentra dentro del tanque auxiliar, llenndolo parcialmente del aceite. Cuando las temperaturas comienzan a disminuir, el tanque conservador vuelve a llenarse de aire mediante el respirador (que como se mencion, tiene filtros para que no entren impurezas al sistema) y el aceite vuelve al tanque principal. Figura A1.7: Ubicacin del tanque conservador auxiliar

Adems de eso, el tanque conservador tambin es usado como un reservorio del aceite aislante del transformador. Este componente consta de vlvulas de carga para el aceite (top valve), vlvulas para descarga del aceite (drain valve), la tubera que hace la conexin con el tanque principal (main tank connection), la tubera que hace conexin con el respirador (breather pipe) y una pantalla de vidrio que indica el nivel de aire en el tanque (air level glass) (figura A1.8).

Figura A1.8: Partes de un tanque conservador auxiliar

Radiadores y AbanicosCuando un transformador convierte el voltaje de un devanado a otro, se dan prdidas de energa en forma de calor en reas cercanas al ncleo y a los devanados. El calor se transfiere al aceite del transformador y este es disipado por medio de radiadores (figura A1.10), que en muchos casos tienen abanicos instalados.

El aceite caliente fluye hacia la parte superior del tanque, donde entra al radiador. Luego, pasa por tubos delgados (o aletas), donde son enfriados por el aire a temperatura ambiente. Despus, sale por la parte inferior de los tubos (o aletas) del radiador y vuelve al tanque principal. Este proceso lo realiza cada vez que el aceite del transformador se calienta, y se muestra en la figura A1.9.Para brindarle un mejor enfriamiento, se le instalan abanicos al radiador, para que aumente el flujo de aire y el enfriamiento sea ms rpido.

Figura A1.9: Proceso de enfriamiento del aceite a travs de radiadores

Figura A1.10: Radiadores instalados en un transformador de potencia

AceiteEl aceite aislante (figura A1.11) que se utiliza en los transformadores tiene tres funciones:1. Aislante en el transformador de potencia. 2. Proteger el papel aislante contra el polvo y la humedad para que no se oxide. 3. Absorber el calor generado en el ncleo y las bobinas (funciona como refrigerante)Figura A1.11: Tanque de transformador abierto mostrando el aceite aislante

Los dos tipos de aceites disponibles en el mercado son los inhibidos y los no inhibidos. Pero la mayor parte de las veces, un transformador de potencia usan los de tipo inhibidos para evitar que se formen xidos en el aceite. Cambiador de Tomas (Tap Changer)El voltaje nominal en el devanado primario puede sufrir variaciones. Los Cambiadores de Tomas se encargan de hacer cambios en las relaciones de voltaje entre el devanado primario y el secundario, de forma que el voltaje inducido en el devanado secundario se quede en los lmites que requiere la salida de voltaje del transformador. Los Pneles para controlar los cambiadores de tomas pueden ser mecnicos, asistidos electrnicamente (figura A1.12) o totalmente electrnicos (figura A1.13). El mtodo por el cual se hacen los cambios de tomas en los transformadores de potencia es llamado On-Load Tap Changer (OLTC), debido a que en este proceso no se apaga el transformador durante el cambio de tomas, a diferencia del Off-Load Tap Changer (OLTC), cuyo proceso si involucra el apagado del transformador. En la figura A1.1 se muestra la ubicacin del panel de control de un cambiador de tomas para ese transformador en especfico y la figura A1.12 muestra como luce internamente.

Figura A1.12: Parte interna de un cambiador de Tomas. Este es un panel asistido electrnicamente

Figura A1.13: Panel de un cambiador de tomas electrnico

La ubicacin del cambiador de tomas y su forma fsica se encuentran en la figura A1. 14.

Figura A1. 14: Forma fsica y ubicacin del cambiador de tomas (flecha roja)

Aisladores (Bushings)Son dispositivos aislantes que cubren los conductores que estn en la parte externa del transformador de potencia, como las terminales de alto y bajo voltaje y la parte activa de los pararrayos. Los conductores producen campos elctricos cuya magnitud es grande en los transformadores de potencia, por los altos voltajes que manejan. Los bushings estn diseados para soportar ese campo elctrico y mantenerlos internamente y usualmente estn hechos de porcelana.

En la figura A1.15 se muestra un esquema de un transformador, donde las terminales de alto y bajo voltaje quedan en la parte de afuera, y es sobre ellas que se colocan los bushings, al igual que para los pararrayos. La figura A1.16 muestra todos los bushings que puede tener un transformador de potencia.

Figura A1.15: Terminales de un transformador

Figura A1.16: Terminales y pararrayos cubiertos por bushings de porcelana

2. Descripcin de los diferentes tipos de protecciones de los transformadores de potencia.

Relevador BuchholzEl relevador de Buchholz (figura A1.17) es un dispositivo que se utiliza para detectar fallas en el interior del transformador, como fallas en el papel aislante de los devanados, descomposicin del ncleo del transformador o sobrecalentamiento del ncleo. Estos producirn tanto calor que descompondrn el aceite del transformador en hidrgeno, dixido de carbono y otros hidrocarburos. Figura A1.17: Forma fsica de un relevador Buchholz

Estas sustancias subirn a la parte superior del tanque principal en forma de burbujas y se movern hasta encontrar la tubera que conecta con el tanque de expansin (figura A1.3). Al entrar a esta tubera, el relevador de buchholz atrapar esas sustancias, activando una alarma y desconectando el transformador del suministro de energa. Vlvula de SobrepresinEs un dispositivo que est hecho de material anticorrosivo (por lo general aluminio) (figura A1.20), que permite que la presin excesiva, producida por la sobrecarga, las altas temperaturas del ambiente, por fallas secundarias externas o internas en el devanado de baja tensin, se libere.

Como se muestra en la figura A1.18, est colocado arriba del nivel de aceite, en un lugar donde no interfiere con los ganchos para levantar el transformador, las manillas y los aisladores. La figura A1.19 muestra su funcionamiento, viendo que al incrementar la presin, habr un movimiento en el resorte, lo que har posible la medicin de la presin. Mediante el ajuste de la vlvula, se podr liberar las sustancias que aumentan la presin, las cuales saldrn por medio de una tubera.

Figura A1.19: Funcionamiento de la vlvula

Figura A1.18: Ubicacin de la vlvula de explosin y un operador revisando el medidor de presin

Figura A1.20: Forma fsica de una vlvula de sobrepresin

Respirador (Breather)Es un contenedor cilndrico cargado con gel de silica (figura A1.22) para filtrar el aire hmedo o con impurezas, para evitar que estas entren al transformador y daen alguno de sus aislantes. El aire solo puede entrar al transformador por medio del tanque conservador, cuando el aceite disminuye su temperatura, as que est instalado en el tanque conservador (figura A1.21).

Figura A1.22: Respirador con su gel de silica

Figura A1.21: Respirador instalado en el tanque conservador

3. Descripcin de los diferentes tipos de sistemas de enfriamiento para transformadores de potencia Los radiadores son el componente principal para los sistemas de enfriamiento de un transformador de potencia y adems de eso, todos siguen el mismo principio en el que el aceite caliente dentro del transformador, sube a la superficie del tanque principal, donde entra al radiador y se enfra, y simultneamente aceite ya a temperatura normal, entra al tanque principal a medida que el caliente entra al radiador (figura A1.9). El nico cambio que se da para cada uno de los mtodos de enfriamiento, son los cambios en los fluidos que atrapan el calor o las formas en que lo hacen. Oil Natural Air Natural (ONAN)Enfra el aceite mediante la circulacin regular de aire a travs del radiador. La figura A1.1 y la figura A1.10 muestran transformadores que utilizan este sistema. Oil Natural Air Forced (ONAF)Utiliza el mismo procedimiento que el mtodo ONAN, solo que se le incluyen ventiladores, para as forzar a un mayor flujo de aire, a pasar a travs de las aletas del radiador y aumentar la velocidad de disipacin de calor. En la figura A1.7 se muestra un transformador al cual se le instalaron ventiladores con este propsito. Oil Forced Air Forced (OFAF)A pesar de que el mtodo ONAF es rpido, el flujo de aire todava puede aumentarse an ms, si se incrementa el flujo de aceite a travs del radiador. Esto se puede hacer, incluyndole una bomba de aceite al sistema, cuyo funcionamiento se puede visualizar en la figura A1. 23.

Figura A1.23: Funcionamiento de OFAF

Oil Forced Water Forced (OFWF)Para este mtodo, se utiliza una bomba para acelerar el flujo del aceite, pero en lugar de usar aire para disipar el calor, se utiliza agua a travs de un condensador. Teniendo el agua una temperatura menor a la del aire, a temperatura ambiente, funciona mejor para disipar el calor. Su funcionamiento se puede ver en la figura A1.24.

Figura A1. 24: Funcionamiento de OFWF

Oil Directed Air Forced (ODAF)Es una forma mejorada de OFAF, donde el aceite, en lugar de fluir a travs de cualquier parte del tanque, este se concentra en los devanados. As permite enfriar directamente el aceite que se encuentra cerca de los devanados, haciendo ms eficiente el proceso de enfriamiento. Una comparacin entre OFAF y ODAF se muestra en la figura A1.25, donde se ve que en lugar de pasar por el borde del tanque, pasa directamente por los bobinados para el ODAF.

ODAF

OFAF

Figura A1.25: Comparacin entre OFAF y ODAF

4. Descripcin de los transformadores de instrumento:Cuando en un transformador, se requiere medir el voltaje o la corriente de una de la lnea que conectan a la carga, usualmente esos valores estn en la escala de los kV y kA, los cuales un voltmetro y ampermetro no pueden medir directamente (figura A1.26), porque esa intensidad los daara.Para estos casos se emplean los transformadores de instrumentos. Estos permiten alimentar circuitos que tienen instrumentos de medicin y/o proteccin. Estos dispositivos se hacen necesarios en dispositivos de alta tensin (transformadores de potencia), para reducir los valores de voltaje corriente a cantidades admisibles para los instrumentos, ya sea por razones de seguridad o comodidad. La figura A1.26 muestra un voltmetro y un ampermetro conectados directamente a la lnea, proceso que le causara daos a ambos dispositivos. Mientras que en la figura A1.27 se muestra que a la lnea se le agrega un transformador. Haciendo que se disminuye la magnitud al voltaje y a la corriente, y si se conecta voltmetro y un ampermetro como se muestra en la figura, se debera poder realizar la medicin sin ningn problema. Figura A1. 26: Esquema de un transformador y de su lnea de transmisin. El voltmetro y el ampermetro se daaran si intentaran medir esas magnitudes directamente.

Figura A1.27: Se conecta un transformador a las lneas. Luego se conectan el voltmetro y el ampermetro

Figura 26: Se muestra el PT y el CT (en rojo) en la lnea de transmisin. Se aprecia el transformador anexado al voltmetro y al ampermetro.

a. Transformadores de Potencial (PTs)El transformador de potencial (figura A1.29) es un transformador de tensin en el que el circuito primario se conecta en paralelo con el circuito del cual se desea conocer el voltaje. En el secundario se conectan en paralelo los instrumentos correspondientes de medicin, proteccin y/o control (Voltmetro, relevadores, wattimetros).

Debido a que los instrumentos que son alimentados por la tensin del circuito primario deben recibir exactamente el valor de esa tensin, es necesario que la relacin entre los voltajes primario y secundario (ecuacin 4) se mantenga constante. Esto se hace limitando las cadas de tensin en el circuito primario y en el secundario.

(ecuacin 4)

Figura A1.28: Representacin de un transformador de potencial. Se muestra la conexin fsica de un voltmetro y wattimetro en paralelo y su representacin en un circuito elctrico-magntico

La figura A1.28 muestra la conexin en paralelo del voltmetro y wattimetro al circuito secundario del transformador de potencial. Existen los transformadores de potencial de tipo inductivo y los de tipo capacitivo. Pero para transformadores de potencia se usan los de tipo capacitivo (figura A1.30), ya que son ms precisos que los inductivos. Adems de eso, son ms econmicos y ahorran espacio. La nica desventaja sera que su devanado primario solo se puede conectar de fase a tierra, mientras que el inductivo se puede conectar entre fases y de fase a tierra.

Figura A1. 29: Transformadores de potencial para una subestacin elctricaFigura A1.30: Transformador de potencial capacitivo

b. Transformadores de Corriente (CTs)Un transformador de corriente produce una corriente alterna en el devanado secundario, que es proporcional a la del devanado primario. Su magnitud se disminuy al punto de que un ampermetro puede realizar la medicin sin sufrir ningn dao. Usualmente los CTs vienen integrados con los dispositivos de medicin (ampermetro) y de proteccin. Los transformadores de corriente tienen una capacidad baja, que est entre los 15 a 70 VA y deben tener un aislamiento de muy buena calidad con materiales como resina sinttica o aceite o lquidos no inflamables. Sus valores de corriente nominal en el circuito secundario est entre 1 y 5 A y usualmente estn conectados a sistemas trifsicos, por lo tanto se pueden hacer las conexiones trifsicas conocidas de delta-delta, delta-estrella, etc. Como est transformando de magnitudes altas a magnitudes bajas, en teora, funciona similar a un transformador de potencia, por lo que mucho de sus componentes sern similares a los de los transformadores de potencia, solo que a una escala ms pequea. La figura A1.31 muestra los componentes de un CT y la figura A1.32 muestra la forma fsica de un CT utilizado en una subestacin elctrica.

Figura A1.31: Componentes de un transformador de corriente

Figura A1.32: componentes de un transformador de corriente

Su instalacin consiste en que el circuito primario del transformador de corriente se conecta en serie con el circuito cuya intensidad se desea medir (dispositivo de alta corriente) y el circuito secundario se conecta en serie con las bobinas de corriente de los aparatos de medicin (ampermetros) y de proteccin que sern energizados.Para que el transformador pueda cumplir con su funcin de indicar exactamente el valor de la corriente circulante en el primario, la relacin entre la corriente en el primario y la corriente (ecuacin 5) en el secundario se debe mantener constante al variar la carga, por lo cual se intenta de reducir al mnimo la corriente magnetizante. Para esto, el diseo debe considerar un ncleo magntico muy compacto, con entrehierros casi nulos y prdidas de entrehierro muy pequeas. (ecuacin 5)El circuito equivalente de un TC se muestra en la figura A1.33. DondeZH = Impedancia del devanado de alta tensin ZM = Impedancia propia del devanado de baja tensinZL = Impedancia de magnetizacin del transformadorZC = Impedancia de carga en el secundarioIH = Corriente primariaIL = Corriente que alimenta la carga IM = Corriente de magnetizacin1:N = Relacin de transformacin RTC =

Figura A1.33: circuito equivalente de un CT

Asumiendo que el Transformador de Corriente funciona correctamente, se tiene que: Para ese diagrama, los terminales del devanado primario estn conectados en serie con la lnea, por lo que IH es la misma corriente de la lnea y ZH se desprecia. ZC es la impedancia resultante de los dispositivos de medicin y de proteccin (importante: observar que ZC est conectado en serie) y debe ser mnima, para que el paso de la corriente sea el que realmente se quiere medir. 5. Descripcin de los sistemas de puesta a tierra para transformadores de potencia.Para instalaciones elctricas existen cinco tipos de sistemas de puesta a tierra: Aislado Rgidamente conectado a tierra (solid grounding) Conectado a tierra por resonancia Conectado a tierra por reactancia Conectado a tierra por resistencia Segn el libro Anlisis de Sistemas de Energa Elctrica por Jos Coto Aladro, de estos tres, los transformadores de potencia usan los Rgidamente Conectados a Tierra y una comparacin de los cinco se puede ver en la tabla de la figura A1.34: Figura A1.34: Comparacin de todos los tipos de sistemas de puesta a tierra

Los sistemas rgidamente conectados a tierra son aquellos que estn operados con una conexin directa de neutro a tierra (figura A1.35) y las cargas pueden estar conectadas en delta o en estrella

Figura A1.35: Esquema de sistema rgidamente conectado a tierra

Este tipo de sistema de puesta a tierra crea un paso para la corriente en circuito cerrado para desbalances de corriente, corrientes armnicas, corrientes de falla, y luego activa la proteccin de sobrecorriente creando un potencial cero de referencia para el voltaje.

6. Descripcin de los diferentes tipos de Pararrayos o Apartarrayos (Surge Arresters)Los pararrayos o apartarrayos son dispositivos aislantes que se utilizan en redes de sistemas de potencia, como en subestaciones elctricas y en transformadores, para protegerlos de alguna sobretensin inesperada que afecte al sistema. Las sobretensiones pueden ser causadas por origen atmosfrico (un rayo) o por fallas en el sistema (conexin y desconexin de interruptores) y su efecto en el voltaje del sistema y en el pararrayos se muestra en la figura A1.37. Los pararrayos se conectan entre lnea y tierra (figura A1.38) y estn hechos de materiales que brinden una resistencia no lineal, para que cuando el sistema funcione normalmente, la resistencia ser alta, pero cuando el sistema est expuesto a una sobretensin, la resistencia disminuir y le proveer un paso a la corriente generada por esa sobretensin y pueda conducirla a tierra, cumpliendo su funcin de proteccin.

Figura A1.37: Efecto de las tensiones

Figura A1.38: Ubicacin de un pararrayos

Segn la norma IEEE 1313.2: 1999, seccin 3.2.1, existen tres tipos de pararrayos, de los cuales solo dos se usan actualmente y el tercero se sola utilizar en las subestaciones elctricas en la dcada del 40 hasta el 70, hasta que Panasonic innov con la tecnologa de los semiconductores de xido de zinc, usados hoy en da (bibliografa). A continuacin se describen los tres tipos de pararrayos: Pararrayos tipo autovalvular (gapped metal oxide-norma IEEE) Las partes principales de este pararrayos son los explosores, resistencia variable no lineal hecha de xido de zinc y su caracterstico GAP ubicado entre los explosores (figura A1.39). No necesariamente tienen que ser solo dos explores y una resistencia no lineal, sino que dependiendo de las dimensiones que se necesitan, pueden cambiar su cantidad (figura A1.40). La figura A1.42 muestra las partes internas y externas que lo componen, que como se ve, las tres partes principales estn dentro de una cubierta de porcelana que acta como aislador y la figura A1.41 muestra la forma fsica de este tipo de pararrayos.

Figura A1.39: Esquema bsico de un circuito par un pararrayos de vlvula

Figura A1.41: Forma fsica de un pararrayos tipo vlvula

Figura A1.40: Presencia de varios resistores

Figura A1.42: Componentes de un pararrayos tipo vlvula

Pararrayos tipo resistencia variable (gapless metal oxide-norma IEEE)Este tipo de pararrayos tiene realiza las mismas funciones que los de tipo autovalvular y que los de tipo de carburo de silicio. La diferencia es que solo tiene una parte activa (columna de resistores)(figura A1.43) , a diferencia de los otros dos tipos de pararrayos que tienen tres partes activas (explosor, varias columnas de resistores y el gap) y su comparacin se muestra en la figura A1.44. Adems de esto, en comparacin con los de carburo de silicio, son resistentes al desgaste producido por el alto voltaje, hacindolos una mejor inversin, porque no se tienen que comprar ms, despus de haberlos usados algunas veces. Estos tambin limitan ms eficientemente la corriente de la descarga, para que el pararrayos pueda tener una operacin trmica estable. Su forma fsica y sus componentes externos estn en la figura A1.45, donde se pueden ver que hay dos unidades pegadas, lo que significa que se pueden conseguir de diferentes dimensiones, dependiendo de las dimensiones del transformador que se vaya a proteger.

Figura A1.44: Comparacin de pararrayos sin y con GAPs

Figura A1.43: cilindros de ZnO que forman la columna de resistores

Figura A1.45: Forma fsica de un pararrayo de tipo gapless. Cada unidad tiene una columna de resistores

Pararrayos tipo carburo de silicio (gapped silicon carbide-norma IEEE) Funciona exactamente igual que el pararrayos autovalvular, con la diferencia de que las columnas de resistores estn hechas de carburo de silicio en lugar de xido de zinc. Su us es menos frecuente para esta poca, por la cantidad de desventajas del carburo de silicio como resistencia variable. Las desventajas principales de este tipo de pararrayos son las siguientes:

Si reciba muchos rayos, su GAP se daaba y el aislante del pararrayos se daaba. La funcin del GAP es inestable en ambientes con impurezas, lo que puede causar un corto circuito interno en el pararrayos. Despus de absorber carga, su funcin de aislante solo llega a cierto lmite. Si lo sobrepasa deja de funcionar correctamente. Tiene una estructura ms complicada de fabricar que los pararrayos gapless metal oxide. Sus partes son las mismas que para el pararrayos tipo autovalvular y solo cambia el material de las columnas de resistores (figura A1.39 y figura A1.40).

A2. El motor de Induccin Monofsico y Motores Especiales1. Motor monofsico de induccin Devanados de fase partidaa) Principio de operacinEl motor de fase de partida est constituido por dos devanados el principal y el auxiliar, llevando incorporado un interruptor centrfugo.Este motor tiene solo una fase de alimentacin, debido a esto no posee campo giratorio como en los polifsicos, pero si tienen un campo magntico pulsante, esto impide que se proporcione un torque en el arranque ya que el campo magntico inducido en el rotor est alineado con el campo del estator. Este problema en el arranque se soluciona utilizando un devanado auxiliar que son dimensionados adecuadamente y colocados de tal forma que se crea una fase ficticia, lo que permite la formacin de un campo giratorio necesario en la partida. Lo que hace el devanado auxiliar es crear un desequilibrio de fase, que es lo que produce el torque y la aceleracin necesaria para la rotacin inicial. Una vez el rotor llega a tener una velocidad determinada la fase auxiliar se desconecta de la red a travs de un interruptor que normalmente acta por una fuerza centrfuga, tambin puede darse el caso que esta es reemplazada por un rel de corriente o una llave externa. El devanado auxiliar es dimensionado solo para el arranque, si no se desconecta se quemar. El devanado de arranque o devanado auxiliar tiene menos nmero de espiras de alambre fino, lo que indica que su resistencia es elevada debido a que su rea transversal es pequea y a su vez su reactancia es reducida. El devanado principal, tiene muchas espiras de alambre mucho ms grueso lo que ocasiona que su resistencia sea mucho ms baja y su reactancia muchos ms alta, esto quiere decir que las corrientes no estarn en fase debido a su construccin. Por el devanado principal circula una corriente de mayor magnitud que en el devanado de arranque. Debido al desfase existente entre ambas corrientes y dado el desfase espacial de los devanados, al conectar el motor, se generara un campo magntico bifsico que permitir el desarrollo de un torque de arranque resultante distinto de cero, que a su vez permitir que el motor parta del reposo. El motor girara en sentido de aceleracin, la cual siempre ser el mismo sentido en que gire el campo magntico giratorio producido por ambas corrientes, de tal forma que, este tipo de motor es considerado como no reversible pero s invertible. Para poder desconectar el devanado de arranque, despus de cumplida su funcin, se ideo un interruptor de accin mecnica, cuyo estado cambia por la accin de la fuerza centrfuga. Al arrancar el motor el interruptor debe abrirse ms o menos cuando el desplazamiento haya alcanzado el valor de 75%. El interruptor est cerrado durante el reposo y se abre despus de haber alcanzado un 75% de la velocidad nominal por dos razones; el torque desarrollado por el campo giratorio en el devanado principal es mayor que el torque desarrollado por los dos devanados a un valor del 15% y por lo tanto, los dos devanados nunca deben permanecer conectados al motor al llegar a 85% de su velocidad nominal, al quedar conectado solo el devanado principal, la corriente total que al arrancar el motor es igual a la suma fasorial de las dos corriente, se ve reducida a la corriente circulando nicamente por el devanado principal por lo que las prdidas se vern reducidas. El interruptor puede ser sustituido ya sea por un interruptor de estado slido (triac) o por un relevador de contactos magnticos. Por ltimo hay que sealar que si el interruptor no se abre, el excesivo calor generado por la alta resistencia del devanado auxiliar har que la temperatura del estator aumente, pudiendo llegar a quemarse sus devanados.b) Construccin Este motor est constituido principalmente por el devanado principal y por el devanado de arranque. Otros elementos que lo componen se muestran en la figura A2.1.

Figura A2.1: Partes de un motor de induccin de devanado de fase partida

El rotorConsta de tres elementos fundamentales:1. Un ncleo: formado por un paquete de lminas o chapas de hierro de alta calidad magntica1. El eje: sobre el cual se ajusta a presin el paquete de chapas. 1. jaula de ardilla: es un enrollamiento la cual consiste en una serie de barras de cobre de gran seccin, alojadas en ranuras axiales en la periferia del ncleo y unidas por cortocircuitos por medio de dos gruesos aros de cobre, los cuales se sitan uno a cada extremo del ncleo. EstatorEst compuesto por un ncleo de chapas de acero con ranuras semicerradas de una pesada carcasa de acero, dentro de la cual esta introducido a presin en el ncleo de chapas y de dos devanados de hilo de cobre aislados en las ranuras, los cuales son llamados el devanado principal o de trabajo y devanado auxiliar o de arranque. Escudos o placas trmicasEste componente est fijado a la carcasa del estator por medio de tornillos o pernos: su misin principal es mantener el eje del rotor un una posicin invariable. Cada escudo tiene un orificio central para alojar el cojinete que es el permite el giro del rotor con la mnima friccin, adems los cojinetes cumplen la funcin de sostener el peso del rotor, mantener el rotor centrado dentro del estator y no permitiendo el roce entre ambos. Interruptor centrifugoVa montado en el interior del motor, su misin es desconectar el devanado de arranque cuando el rotor ha alcanzado una velocidad predeterminada. Arrollamiento de jaula de ardillaCompuesto de barras de cobre de gran seccin, alojadas dentro de las ranuras del paquete de chapas retrico, las barras se encuentran soldadas a gruesos aros de cobre, que la cierran en corto circuito. Devanados estatricosUn devanado principal o de trabajo, compuesto de un conductor de cobre grueso aislado, dispuesto generalmente en el fondo de las ranuras estatricas y un devanado de arranque auxiliar, a base conductor de cobre fino aislado. Los cuales estn unidos en paralelo.c) Explicacin de las aplicaciones y usos particularesLos motores de fase partida fueron uno de los primeros motores monofsicos usados en la industria, y an permanece su aplicaciones en forma muy amplia. Algunos de los aparatos en los cuales se usan actualmente estos motores que se pueden mencionar son: ventiladores, bombas, lavadoras, secadoras, mquinas de coser, taladros, aspiradoras, acondicionadores de aire, entre otros; la mayora de ellos se fabrican en el rango de 1/30 (24.9 W) a 1/2 HP (373 W), estos motores son motores pequeos.

Devanados tipo capacitora) Principio de operacinEstos motores monofsicos de corriente alterna tienen una capacidad nominal que va desde fracciones hasta 15 hp. Su principio de operacin es casi similar al motor de fase de partida posee los dos devanados tanto el principal como el auxiliar solo que en esta ocasin se conecta un capacitor en serie con el devanado auxiliar y el switch centrfugo. Este capacitor permite tener un mayor par de arranque.La corriente en el devanado de arranque que es liberada por el capacitor se adelanta al voltaje en el devanado de principal o de trabajo, obteniendo de esta manera un desplazamiento angular mayor entre los devanados. Para tener una idea del par que se generara se compara el par producido por un motor de fase de partida con una de fase de partida con capacitor, lo cual nos dar que tiene una par mayor de hasta dos veces ms grande.El funcionamiento de un motor con condensador doble se describe a continuacin. Primero: Se produce el arranque (punto 0) con ambos condensadores en paralelo (se suman las capacidades) obteniendo alto par de arranque. Segundo: Cerca del punto de funcionamiento del motor, se elimina el condensador de arranque (punto 1) Tercero: El motor evoluciona hasta el punto 2 solo con el condensador permanente.De esta forma se consigue alto par de arranque, estabililidad en el par y buen rendimiento. Para eliminar el capacitor se utilizan, en funcin del tipo de motor de fase partida la cual puede ser implementada de dos maneras: Interruptores centrfugos: conforme la velocidad se aproxima a la nominal (un 80% aprox), abren un contacto desconectando el Arranque. Rels de intensidad (tpicos de compresores de fro): la bobina del rel se conecta en serie con el devanado principal. Cuando la intensidad se aproxima a la nominal (un 80% aproximadamente), significa que el motor ya est lanzado y el contacto del rel se abre desconectando el arranque.b) Construccin Como se mencion, su estructura es un tanto similar al motor de fase de partida lo que cambia es que se le agrega un capacitor en serie con el devanado auxiliar como se muestra a continuacin.

Figura A2.2: Esquema de un circuito elctrico para la representacin del motor de induccin de devanado tipo capacitor. Claramente se ve el capacitor en su devanado auxiliar.

Figura A2.3: Esquema de un motor de induccin de devanado de fase partida.

c) Explicacin de las aplicaciones y usos particularesLos motores de fase de partida con capacitor, tienen las mismas aplicaciones que los motores monofsicos de fase de partida los cuales ya mencionamos: mquinas herramientas, ventiladores, bombas, lavadoras, secadoras, mquinas de coses, taladros, aspiradoras, acondicionadores de aire entre otros.

Este motor posee un funcionamiento uniforme y la posibilidad de controlar su velocidad, son ms comnmente usados en ventiladores de toma y descarga en mquinas de oficina, unidades de calefaccin o en aires acondicionados. Existe tambin el motor monofsico con dos capacitores, este es usado en aplicaciones mucho ms exigentes, en las cuales el par de arranque debe de ser mayor, el condensador deber tener ms capacidad para que el par de arranque sea suficiente. Para conseguir esto se puede usar dos capacitores. El primero deber ser un capacitor permanente conectado en serie con uno de de los devanados. Y el segundo debe de ser un capacitor de arranque en paralelo con el permanente en el momento del arranque, para aumentar la capacidad, y luego ser desconectado.

Polos de estator sombreadosa) Principio de operacinEstos motores de corriente alterna, solo tienen un devanado principal y en vez de tener un devanado auxiliar, tiene polos salientes y una parte de cada polo est envuelta por una bobina de sombreo cortocircuitada o un anillo de cobre macizo.

Un flujo se induce en los polos debido al devanado principal, cuando este flujo de polo varia induce un voltaje y una corriente en la bobina de sombreo, las cuales se oponen al cambio del flujo original, la cual retarda los cambios de flujo bajo las partes sombreadas de la bobina y produce un ligero desequilibrio en los campos magnticos rotacionales opositores al estator. Esta rotacin neta se dirige desde la cara polar no sombreada hacia la sombreada.b) Construccin Los motores con devanado tipo sombreado son de tamao pequeo lo cual presenta una gran ventaja ya que son muy simples de construir son confiables y adems tienen bajo costo. c) Explicacin de las aplicaciones y usos particulares.Este tipo de motores es usado en casos ms especficos, como el de accionamiento de ventiladores o sopladores, que tienen requerimientos de potencia muy bajos. Su rango de potencia est comprendido en valores que van desde los 0.0007 hp hasta hp y la mayora se fabrican en un rango de 1/100 a 1/20 hp. Estos motores en la industria de la construccin tienen un mayor uso, ya que son pequeos motores monofsicos (ventiladores, extractores, etc.)

2. Motor de reluctanciaa. Principio de operacinUn motor de reluctancia es aquel que para operar depende de un torque producido por una reluctancia magntica (figura A2.4). Este par se induce en un objeto de hierro (rotor) en presencia de un campo magntico externo (producido en los bobinados de las chapas del estator), el cual provoca mediante la generacin de las lneas de campo, que el objeto se alinee con dicho campo magntico. La aparicin del par se debe a que el campo magntico externo induce un campo magntico en el objeto de hierro (rotor) lo que ocasiona que aparezca entre los dos campos, y esto hace que el objeto gire hasta que se alinee con el campo magntico externo (figura A2.7). En la figura A2.5 se muestra el esquema simple de un motor de reluctancia de dos polos. En estos motores se demuestra que el par aplicado al rotor del motor es proporcional a sen2, donde se conoce como el ngulo elctrico entre los dos campos magnticos . El par mximo de reluctancia se produce cuando los campos estn situados a 45. Otra forma de visualizarlo sera con la figura A2.6, donde es como tener tres ncleos ferromagnticos y cada uno tiene GAPS con las mismas dimensiones. Si se superponen entre s, quedara un esquema de un motor de reluctancia.

Figura A2.4: Torque producido por efecto del campo magntico.

Figura A2.5: dependencia del torque del ngulo de los campos magnticos.

Figura A2.6: superposicin de tres ncleos ferromagnticos.

Figura A2.7 Alineamiento del rotor con los campos magnticos.

Aunque existen tres tipos diferentes de motor de reluctancia (autoconmutado, paso a paso , sncrono), los tres funcionan bajo el mismo principio, donde el rotor se mueve por la induccin de un campo magntico del estator. b. Construccin y grfico de un motor de reluctancia realLas partes principales de un motor de reluctancia se muestran en la figura A2.8. Donde ya se mencionaron algunos durante la explicacin del principio de funcionamiento.

Figura A2.8. Partes principales de un motor de reluctancia.

Como se sabe, estos motores usan corrientes alternas, y como por cada fase de estos motores, se alimenta con una corriente alterna, la figura A2.9 muestra un grfico de un motor de reluctancia de tres fases.

Figura A2.9: desfase de las tres corrientes alternas

Y un grfico del torque vs la velocidad en rpm del rotor se muestra en la figura A2.10.

Figura A2.10: Visualizacin del torque con respecto a la velocidad

c. Explicacin de las aplicaciones y usos particulares Algunas aplicaciones conocidas son: Algunas lavadores usan motores de reluctancia autoconmutado (figura A2.11). Algunas varillas de control de mecanismos de accionamiento de reactores nucleares usan motores de reluctancia sncronos (figura A2.12). Medidores elctricos analgicos. Los motores de reluctancia sncronos no tienen muchas aplicaciones prcticas para grandes motores. Sin embargo es prctico en motores pequeos. Algunos de estos motores son utilizados en aparatos con eficiencia energtica como aspiradoras, motores de ventiladores o bombas.

Figura A2.12: Sistema de control de una planta nuclear, que incluye un motor de reluctancia

Figura A2.11: Aplicacin del motor de reluctancia en una lavadora.

3. Motor de histresisa. Principio de operacinEs un motor sncrono sin excitacin por polos ni corriente directa, que utiliza el fenmeno de prdidas por histresis para producir un par mecnico. El rotor es un cilindro liso de material magntico (acero o cobalto) sin dientes, protuberancias ni devanados, con una resistividad parecida a la de un aislante, para as prevenir prdidas por corrientes parsitas (figura A2.14). Cuando se produce un campo magntico en el estator, se inducen polos de polaridad opuesta en la superficie del rotor (figura A2.13) y a medida que este va girando, los polos que estaban con polaridad positiva (Norte) cambian a polaridad negativa (Sur) durante cada ciclo. Cada vez que el estator completa un ciclo, el rotor completa otro ciclo llamado Lazo de Histresis. El Lazo de Histresis se puede ver claramente en su grfico (dado en clases), y el rea de ese grfico es equivalente a las prdidas producidas por la histresis. La potencia mecnica que utiliza el estator para controlar el rotor, es equivalente a las prdidas por histresis y el torque producido es proporcional a la energa disipada (prdidas causadas por la histresis). Figura A2.13: Aplicacin de un campo magntico en un rotor de motor de histresis.

A diferencia de otros motores sncronos, que utilizan otros medios para alcanzar la velocidad sncrona, los motores de histresis producen un torque casi constante desde el principio y pueden as mantener su velocidad sncrona y su diferencia con otros motores de induccin se ve en la figura A2.15.Figura A2.14: rotor sin protuberancias y completamente liso.

b. Construccin y grfico de un motor de histresis realEl grfico de la figura A2.15 muestra que desde el inicio de operacin del motor, el torque es mximo, lo que permite que el rotor tenga un funcionamiento casi automtico, sin tener que recurrir a otros medios para alcanzar a ese mismo torque y sin el retraso del tiempo que toma para llegar, como lo es en los motores de induccin.

Figura A2.15: diferencia entre un motor de induccin y uno de histresis.

Sus partes principales son las mismas, un estator, un rotor slido sin protuberancias y los gaps que inducen los campos magnticos. c. Aplicaciones y usos particulares Tiene una operacin silenciosa debido a su velocidad sncrona y a que su rotor es suave y liso. Se utiliza o utilizaba mucho en las grabadoras de cinta como los VHS y Walkmans. Se utiliza tambin en relojes elctricos y dispositivos que miden el tiempo, porque su torque inicial le permite tener una velocidad angular constante desde el principio. Tambin son usados en giroscopios rotatorios de sistemas de control. 4. Motor de movimiento paso a paso (Stepper Motor)a. Principio de operacinInicialmente, si no se aplica ninguna corriente a las bobinas (que tambin reciben el nombre de fases) y con el rotor en una posicin cualquiera, el imn permanecer en reposo si no se somete a una fuerza externa.

Si circula corriente por ambas bobinas como se muestra en la Figura A2.16a , se crearn dos polos magnticos NORTE en la parte interna, bajo cuya influencia el rotor se desplazar hasta la posicin indicada en dicha figura.

Si se invierte la polaridad de la corriente que circula por L1 se obtendr la situacin magntica indicada en la Figura A2.16b y el rotor se ver desplazado hasta la nueva posicin de equilibrio, es decir, ha girado 90 grados en sentido contrario a las manecillas del reloj.

Nuevamente si se invierte ahora la polaridad de la corriente en L2, se llega a la situacin de la Figura A2.16c habiendo girado el rotor otros 90 grados. Y por ultimo, volvemos a invertir el sentido de la corriente en L1, el rotor girar otros 90 grados como se ve en la Figura A2.16d, y se habr obtenido una revolucin completa de dicho imn en cuatro pasos de 90 grados.De esta manera podemos concluir, que si se mantiene la secuencia de excitacin expuesta para L1 y L2 y dichas corrientes son aplicadas en forma de pulsos, el rotor avanzar pasos de 90 grados por cada pulso aplicado.

El modelo de motor paso a paso que acabamos analizar, recibe el nombre de bipolar ya que, para obtener la secuencia completa, se requiere disponer de corrientes de dos polaridades, pero esto es un inconveniente a la hora de disear. Una forma de contrarrestar este inconveniente, es representado en la Figura A2.17, que viene siendo un motor unipolar de cuatro fases, puesto que la corriente circula por las bobinas en un solo sentido.

Si inicialmente se aplica corriente a L1 y L2 cerrando los interruptores S1 y S2, se generarn dos polos NORTE que atraen al polo SUR del rotor hasta encontrar la posicin de equilibrio entre ambos como se ve en la Figura A2.17a.

Si se abre posteriormente S1 y se cierra S3, por la nueva distribucin de polos magnticos, el rotor se mueve hasta la posicin que se ve en la Figura A2.17b.

De esta misma manera se producen las secuencialmente lo que se ve en la figura A2.17c y d cerrando S2 y abriendo S4 y consecutivamente cerrando S3 y abriendo S1. Y de esta manera se logra dar la revolucin completa de rotor en paso de 90 con un solo sentido de corriente.

El sentido de giro en los motores paso a paso es reversible en funcin de la secuencia de excitacin por lo tanto, se puede hacer avanzar o retroceder al motor un nmero determinado de pasos segn las necesidades que se tenga.Como anteriormente se mencion que los pasos de comn son de 7.5 a 15 para alcanzar este movimiento tan reducido se necesita aumentar el nmero de bobinas en el estator. pero ello llevara a un aumento del coste y del volumen y a prdidas muy considerable en el rendimiento del motor. Para contrarestar eso hoy dia se recurre a la mecanizacin de los ncleos de las bobinas y el rotor en forma de hendiduras o dientes, crendose as micropolos magnticos, tantos como dientes y estableciendo las situaciones de equilibrio magnticos con avances angulares mucho menores, siendo posible conseguir motores de hasta de 500 pasos. Figura A2.17: Motor unipolar de cuatro bobinas

Figura A2.16: Principio de funcionamiento de un motor paso a paso

b. Construccin de movimiento paso a paso real.En la construccin de estos motores, varan algunos componentes dependiendo del tipo que se necesite construir. A continuacin se dar una explicacin de los componentes que tiene el motor de paso a paso de reluctancia variable, los hbridos y los de imn permanente.Motor de Imn Permanente Los motores con imn permanente tienen magnetizado el rotor, y los de reluctancia variable tienen rotores dentados de hierro dulce mientras que los hbridos son una combinacin de ambas tecnologas. Motores de reluctancia variable (tambin llamados motores de reluctancia conmutada): Tienen de 3 a 5 bobinas conectadas a un terminal comn. En la figura A2.18 se muestra un corte transversal de un motor de tres bobinas, de reluctancia variable y 30 grados por paso. El rotor en este motor tiene 4 dientes y el estator tiene 6 polos; con cada bobina arrollada sobre polos opuestos.

Figura A2.18. Motor de reluctancia variable de 3 bobinas

Motores Hbridos Los motores hbridos comparten las principales operaciones de los PAP de imanes permanentes y de los de reluctancia variable. El rotor de un motor hbrido es multidentado (Figura A2.19), como el motor de reluctancia variable, y contiene un imn axialmente magnetizado y concntrico alrededor de su eje. Los dientes sobre el rotor proporcionan un camino que ayuda a dirigir el flujo magntico a posiciones preferidas en el hueco de aire. El imn magntico concntrico aumenta el freno mecnico, el agarre y las caractersticas dinmicas de torsin del motor son comparables tanto con los de reluctancia variable como con los de imn permanente.

Figura A2.19 .Rotor de un motor hibrido multi dentado

c. Aplicaciones y usos particulares Taxmetros. Disk-drive. (figura A2.20) Impresoras. Plotters. Brazo y Robots completos. Patrn mecnico de velocidad angular. Registradores XY. Relojes Elctricos. Casetes Digitales. Control Remoto. Mquinas de escribir electrnicas. Manipuladores. Posicionamiento devlvulasen controles industriales. Posicionamiento de piezas en general. Bombas impelentes en aplicaciones de electromedicina.

A2.20 Motor paso a paso de una disquetera, que est basado en el mecanismo de micropolos

5. Motor CD sin escobillas (Brushless DC Motor)a. Principio de operacinUn motor elctrico sin escobillas o motor brushless es un motor elctrico que no emplea escobillas para realizar el cambio de polaridad en el rotor.

Un motor de cd sin escobilla funciona por medio de la energizacin de una bobina del estator a la vez que con un voltaje de cd constante. Cuando se enciende una bobina, se produce un campo magntico del estator y se produce un par en el rotor que tiende a alinear el rotor con el campo magntico del estator. En el momento que se muestra en la figura A2.21 . el campo magntico del estator Bs apunta hacia la izquierda mientras que el campo magntico del motor de imn permanente Br apunta hacia arriba, lo que produce un par en sentido contrario al de las manecillas del reloj en el rotor. Como resultado el rotor girara hacia la izquierda. Si la bobina (a) permanece energizada todo el tiempo, el rotor girara hasta que los dos campos magnticos se alinearan y luego se detendra al igual que un motor de avance paso a paso. La clave del funcionamiento de un motor cd sin escobillas es que incluye un sensor de posicin por lo que el circuito de control sabe cuando el rotor est casi alineado con el campo magntico del estator. En ese momento apagara la bobina (a) y prendera la bobina (b), lo que provocara que el rotor experimente una vez ms un par en sentido contrario al de las manecillas del reloj y contine girando. Este proceso se repetir en forma indefinida y las bobinas se prendern en el siguiente orden: a, b, c, d, -a, -b, -c, -d, etc., por lo que el motor girara continuamente. La electrnica del circuito del motor se puede utilizar para regular tanto la velocidad como la direccin del motor.

Figuara A2.21.Motor cd sin escobilla simple y su unidad de control

b. Construccin de un motor CD sin escobillas realLas partes de un motor dc sin escobillas se muestran en la figura A2.22 y son las siguientes: Rotor de imn permanente Estator con un devanado de tres, cuatro o ms fases Sensor hall de posicin del rotor Circuito equivalente para controlar las fases del devanado del rotor

Figura A2.22.Motor cd sin escobillas

c. Explicacin de las aplicaciones y usos particularesAlgunas aplicaciones seran los coches y aviones con radiocontrol, que funcionan con pilas.Otros motores sin escobillas, que slo funcionan con corriente continua son los que se usan en pequeos aparatos elctricos de baja potencia, como lectores de CD-ROM, ventiladores de ordenador, casetes, etc.

6. Motor universala. Principio de operacin Elmotor elctrico universalbasa su funcionamiento en la ley de Laplace. El estator (bobinado inductor)y el rotor (inducido) estn conectados en serie. Al ser recorridos por unacorriente, el bobinadoinductorforma elcampo magnticoy el inducido por la ley de Laplace, al serrecorridopor la corriente y sometido a la influencia delcampo magnticoinductor, se desplaza, dando origen al giro del rotor. Siaumentael campoaumentala fuerza,aumentala velocidad. Elcampo magnticoque produce la bobina inducida, provoca una deformacin del flujoinductorllamada reaccin del inducido. EnCorriente alterna (CA)o encorriente directa (CD)el sentido se mantiene por la accin momentnea de cada alternancia en particular. En CA produce una f.c.e.m. (fuerza contra electromotriz) por efecto transformador y por efecto generador. En CD slo por efecto generador.

b. Construccin de un motor universal realLas partes de un motor universal son la carcaza, el estator y el rotor La carcaza generalmente de acero o de aluminio, tiene el tamao necesario para mantener firmes las piezas del estator. Muchas veces no existe la carcaza como tal, puesto que el lugar de la herramienta al que va fijo el estator hace las veces de carcaza. El estator consiste en un paquete de laminas circulares prensadas, fijadas con remaches, que en su interior tienen unos polos salientes con forma necesaria para recibir, generalmente, un solo par de bobinas inductoras. El rotor, consiste en un paquete de laminas de acero que forman el nucleo, con unas ranuras en las que se alojan varias bobinas, cuyos extremos van soldados a un colector. El colector es una pieza circular, montada en el eje, hecha con numerosas laminas de cobre, llamadas delgas, aisladas unas de otras con una mica intermedias generalmente mas bajas que las delgas y aisladas tambien del eje.Sobre el colector, cuya superficie es completamente lisa, van unas portaescobillas con sus respectivas escobillas de carbon o carbones, que permiten la conexion electrica en serie con el rotor o inducido que gira.

Figura A2.23. Partes de un motor cd sin escobillas

c. Explicacin de las aplicaciones y usos particularesEl uso de estos motores en corriente alterna est muy extendido por el mayor par de arranque respecto al de los motores de induccin y por su elevada velocidad de rotacin, lo que permite reducir su tamao y su precio. As, se emplea en mquinas, herramientas porttiles de todo tipo, electrodomsticos pequeos. Aplicaciones tpicas de este motor son las aspiradoras elctricas, los taladros (figura A2.24)

Figura A2.24. Taladro (motor universal)

7. Motor lineala. Principio de operacin[Para terminologa, ver seccin b-Construccin y grfico de un motor real]Es una mquina impulsora, cuya fuerza de accionamiento es lineal y no circular como en los dems motores elctricos y donde el campo magntico se mueve en lnea recta.La corriente trifsica que circula por el devanado trifsico del inductor, origina un campo magntico que se mueve en lnea recta, el cual a su vez origina fuertes corrientes parsitas en el inducido. Segn la regla de Lenz, el sentido de estas es tal que frenan el movimiento del campo magntico. En este motor, el campo mvil del inductor y las corrientes parsitas en el inducido dan lugar a una fuerza en la direccin de dicho campo mvil. Si el inductor es fijo y el inducido es mvil, el inducido se mueve arrastrado por el campo mvil. Si por el contrario, el inductor es mvil y el inducido es fijo, el inductor se mueve en sentido contrario a su propio campo mvil, queriendo decir que cada uno puede actuar como estator o rotor.En este tipo de motores, el entrehierro (GAP) es mayor que en los motores de cortocircuito y la resistencia del inducido es mayor a la resistencia rotrica. En consecuencia, su caracterstica fuerza-velocidad es ms plana que la curva par motor-velocidad de giro que el motor asncrono correspondiente (figura XX). Unmotor lineales unmotor elctricoque posee suestatory surotor"distribuidos" de forma tal que en vez de producir untorque(rotacin) produce unafuerzalineal en el sentido de su longitud.

b. Construccin y grfico de un motor lineal realPartes Principales:En el motor lineal, la parte correspondiente al estator de los motores trifsicos, se llama inductor y consta de un paquete de chapas en forma de peine, en cuyas ranuras va colocado un devanado trifsico.La parte que en el motor lineal corresponde al rotor, se llama inducido. Est situado entre los dos inductores y formado por un material conductor macizo (aluminio), o si se desea eliminar uno de los inductores, se puede emplear acero como inducido. Sus partes principales se pueden ver en la figura A2.25.

Figura A2.25. Seccin transversal de un motor lineal

Diseo: dependiendo del tipo de motor lineal que se desee, su diseo cambiar, aunque el principio de funcionamiento ser el mismo: Ncleo de hierro: Bobinados de cobre alrededor de laminaciones Forcer a travs de un nico carril de imn.

A2.26: Composicin del motor lineal.

Sin hierro: Forcer construido de espiras unidas con epoxi y se mueve entre dos carriles (norte y sur). Tambin conocido como "Aircore" o motores "U-channel".

A2.27: Vista frontal de un motor lineal sin hierro.

Slotless: Mezcla de ncleo sin hierro y de hierro: bobinas con hierro dentro de la carcasa de aluminio sobre un solo carril imn.

A2.28 Vista frontal de un motor lineal slotless.

Grfico: El siguiente grfico compara el torque de un motor de cortocircuito (los que no son lineales) con los motores lineales.

A2.29 Diferencia de un motor lineal de uno de corto circuito

c. Aplicaciones y usos particularesGeneralmente son utilizados para realizar estudios de colisiones conhipervelocidad, comoarmas, o comoimpulsores de masade sistemas depropulsin de naves espaciales. Los motores de alta aceleracin por lo general poseen diseos tipomotor de induccin linealACcon un bobinadotrifsicoactivo de un lado del entre hierro de aire y una placa conductora pasiva del otro lado. Algunos ejemplos de sus aplicaciones con pequeos motores lineales son: empaque y almacenaje, montaje automatizado, compresores de pistn y alternadores. Entre sus aplicaciones con grandes mquinas de induccin lineal tenemos: transporte, manejo de materiales, prensas de extrusin, entre muchas otras.

ConclusinTodas las mquinas elctricas utilizan un medio para transportar flujo magntico, y cada uno lo aprovecha de una forma diferente para realizar su funcin, como lo es inducir un voltaje en otra bobina a travs de un ncleo ferromagntico en los transformadores, transportando energa ms estable o para producir o tambin producir un par en un rotor generando energa mecnica para labores como las de un ventilador o una lavadora. Aunque ambas tienen funciones diferentes, su principio de funcionamiento es el mismo, el uso de magnetismo para cambiar de una forma de energa a otra.

Bibliografa

A1. El Transformador de Potencia y Sistemas Auxiliares1. Componentes (Libro) Mquinas Elctricas-Stephen Chapman-Captulo 1 (Folleto-Biblioteca UTP) Dispositivos Auxiliares de Proteccin para Transformadores de Potencia- Isaac Elias Gmez (Folleto-Biblioteca UTP) Folleto Mquinas Elctricas II: Transformadores Pedro Pablo Batista (video) http://goo.gl/C2SUOk http://goo.gl/GS460Z http://goo.gl/fNxL6L http://goo.gl/UzWcAY (funcionamiento de un radiador) http://goo.gl/FoJu0a http://goo.gl/vQ7WQD http://goo.gl/viirN6 http://goo.gl/xgoL6w http://goo.gl/XsSRNAhttp://goo.gl/NZVnjF http://goo.gl/Db8Bb5 (video) http://goo.gl/TCm3nD http://goo.gl/2P5uVF http://goo.gl/pfA5Qg http://goo.gl/A9vCNN (funcionamiento de un tap changer) http://goo.gl/VeenmR (funcionamiento de un tap changer) http://goo.gl/Siqh9j (video) http://goo.gl/pg6QvC (bombas de aceite en el mercado) http://goo.gl/fXj2ya (sistemas de enfriamiento) http://goo.gl/74BzJF (sistemas de enfriamiento) http://goo.gl/dcCrIN http://goo.gl/OBB3Ar http://goo.gl/u8FnWg http://goo.gl/XXbZjw http://goo.gl/LLuefc (muy buena referencia) http://goo.gl/bFKP9y (video) http://goo.gl/gfjCVl (Proceso de manufactura para un tanque de transformador de potencia) http://goo.gl/Z5piwR (funcionamiento de un transformador de potencia en una subestacin) (video) http://goo.gl/006MXl (TODAS LAS PARTES DE UN TRANSFORMADOR y su funcionamiento)

2. Mismas referencias que para el punto 13. Sistemas de Enfriamiento http://goo.gl/fXj2ya (sistemas de enfriamiento) http://goo.gl/74BzJF (sistemas de enfriamiento)4. Transformadores de Instrumentohttp://taitsa.com.ar/esp/tmat_66_500/tmat_vau.htm

Transformador de Potencial (PT)http://goo.gl/6G6QUvhttp://goo.gl/uTk91Q Transformador de Corriente (CT)http://goo.gl/SMxEu9http://goo.gl/4S964Jhttp://goo.gl/wQd7EOhttp://goo.gl/NPVDL1http://goo.gl/wpoYt1http://goo.gl/iMK2oghttp://goo.gl/Ts8c2Phttp://goo.gl/bUc20J(libro) Proteccin de Instalaciones Elctricas Industriales y Comerciales-Gilberto Harper-2da edicin-Enrquez Harper- http://goo.gl/KB3qy0

5. Sistemas de Puesta a tierra (libro) http://goo.gl/YL9NSE (libro)http://goo.gl/sc1Bys http://goo.gl/Kw3NOe http://goo.gl/nESpj4

6. Surge Arresters (Folleto-Biblioteca UTP) Dispositivos Auxiliares de Proteccin para Transformadores de Potencia- Isaac Elias Gmez http://goo.gl/CIM4um http://goo.gl/nhXHsl (Razones por las cuales se dej de usar los pararrayos tipo carburo de silicio) http://goo.gl/SF5mkR http://goo.gl/nIqP3P h http://goo.gl/snZzTE (tesis mexicana) http://goo.gl/H6VWid (blog) http://goo.gl/kSEp1X (Libro) Fundamentos de instalaciones electricas en mediana y alta tensin-Enriquez haperper 2da edicin. - http://goo.gl/Lajgfe http://goo.gl/DAuV3N (grafico raro) http://goo.gl/Nbo9Bh (siemens) http://goo.gl/GjkTz1 A2. El Motor de Induccin Monofsico y Motores Especiales1. Motores de induccin con devanadoshttp://goo.gl/BHeFLzhttp://goo.gl/aac0iDhttp://goo.gl/EpFwDE2. Motor de Reluctancia http://goo.gl/VxY97F http://goo.gl/Ic6p44 (libro) http://goo.gl/33hcfh

3. Motor de Histeresis (libro) http://goo.gl/TliZaN (libro) http://goo.gl/dt9Rsj4. Motor paso a paso5. Motor DC sin escobillas6. Motor Universal http://goo.gl/HSudB1 http://goo.gl/eWPDVE http://goo.gl/NZvpjM http://goo.gl/nmUwVb http://goo.gl/gBfoPS http://goo.gl/C2Ycgl7. Motor lineal (libro) http://goo.gl/kYu3zl

54