UNAMAD: CIRCUITOS Y MAQUINAS ELECTRICAS: 8. i@402 clase 09jul13

CONcEptoS generales de maquinas ELECTRICAS

Ing° Saúl Montalván Apolaya C.I.P. 72943

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1. INTRODUCCION En temas anteriores estudiamos la tensión y corriente en el dominio del tiempo [V(t) e I(t)] y circuitos eléctricos, que estudia el voltaje y la corriente en el dominio de la frecuencia, también hemos aprendido a través de los circuitos acoplados magnéticamente los principios básicos del fenómeno de la inducción magnética.

Estos principios son aplicados a las maquinas eléctricas que son dispositivos empleados en la conversión de la energía mecánica a energía eléctrica, energía eléctrica a energía mecánica y en la transformación de la energía eléctrica con un nivel de voltaje a una energía eléctrica con otro nivel de voltaje; mediante la acción de un campo magnético.

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1. INTRODUCCION Cuando un dispositivo se usa para convertir energía mecánica en energía eléctrica se le llama GENERADOR ELÉCTRICO.

Cuando convierte energía eléctrica en energía mecánica se le llama MOTOR ELÉCTRICO.

Cuando convierte energía eléctrica de corriente alterna con un nivel de voltaje, se le denomina TRANSFORMADOR ELÉCTRICO, en la cual la variación de las corrientes es en forma inversa a los voltajes, pero, manteniendo la potencia prácticamente constante.


En la siguiente figura se muestra el aspecto de un alternador trifásico elemental. Aquí se han situado tres bobinas repartidas equitativamente en el ESTATOR de la maquina. Dado que el estator es circular y que abarca un ángulo total de 360°, cada bobina se sitúa cada 360°/3 = tres bobinas repartidas, tal como se muestra en la figura. En el ROTOR se sitúa una rueda polar que produce el campo magnético inductor.

Al girar la rueda polar a una cierta velocidad, al igual que ocurría con los alternadores monofásicos, el campo magnético corta los conductores de las bobinas y en ellos se induce una fuerza electromotriz que se presenta en bornes del alternador como una tensión dispuesta para ser aprovechada por cualquier receptor.


Dado que existen tres bobinas independientes, en cada una de ellas se induce una f.e.m. del mismo valor eficaz y frecuencia que sigue las variaciones de la función senoidal. Como cada una de las bobinas está situada en el ESTATOR cada 120°, las tensiones que aparecen en bornes de cada una de las bobinas también quedan desfasadas 120° una de la otra.


En la siguiente figura se muestra la evolución de las tres tensiones en función del ángulo de giro de la rueda polar. Aquí vemos situado en el origen a la tensión VR; 120° después situamos a la tensión VS y otros 120° después la tensión VT.






ESTRUCTURA




LA MAQUINA DE C.C.


EL INDUCTOR


EL INDUCIDO


Esquema del motor de C.C.


1. INTRODUCCION Las características particulares de las máquinas eléctricas es la presencia de una entrada y una salida.

La entrada esta constituida por los órganos a través de las cuales la maquina recibe la energía del exterior bajo una forma dada, y

La salida está constituida por los órganos a través de las cuales la energía se entrega bajo una forma distinta, salvo el caso de los transformadores que cumplen la función de transformar las características de utilización de la energía eléctrica (V e I), sin cambiar su esencia.


1. INTRODUCCION En resumen, las maquinas eléctricas son aquellas en las cuales al menos una de las formas de energía recibida o entregada es de naturaleza eléctrica:

G E N E R A D O R Entrada:

Energía mecánica Salida: Energía eléctrica (V e i)

M O T O R Entrada:

Energía eléctrica

Salida: Energía mecánica

TRANFORMADOR Entrada:

Energía eléctrica primaria

Salida: Energía eléctrica secundaria

(V e i)

(Vp e ip) (Vs e is)

ip ≠ is

Vp ≠ Vs

RPM

RPM


2. CLASIFICACIÓN DE LAS MAQUINAS ELÉCTRICAS

2.1 Según el tipo de corriente eléctrica con la cual operan. A) Maquinas de corriente continua: – Generadores de corriente continua. – Motores de corriente continua. B) Maquinas de corriente alterna: – Generadores de corriente alterna.- Pueden ser constructivamente

monofásicas o trifásicas por razones técnicas y económicas de acuerdo con la estructura de los sistemas eléctricos. También pueden ser síncronas o asíncronas, siendo de uso mayoritario y preferencial generadores síncronos.

– Motores electricos de corriente alterna.- Pueden ser constructivamente monofásicas o trifásicas. También pueden ser síncronas o asíncronas (de inducción) y a diferencia de los generadores los motores asíncronos son los mas usados.

– Transformadores eléctricos. 09/07/2013 Circuitos y Máquinas Eléctricas 20

2. CLASIFICACIÓN DE LAS MAQUINAS ELÉCTRICAS 2.2 Clasificación moderna de las maquinas eléctricas. Las maquinas eléctricas se pueden clasificar generalmente como: A) Maquinas eléctricas estáticas: Son dispositivos que para realizar conversión de energía no requieren del movimiento

de una de sus partes y fundamentalmente son los transformadores, los convertidores e inversores.

– Transformadores eléctricos.- Son maquinas estáticas de corriente alterna cuya función es transformar entre las terminales de entrada y las de salida los voltajes y corrientes, conservando la misma potencia, o sea, elevando o bajando los dos parámetros fundamentales que caracterizan a una potencia eléctrica, es decir, voltaje y la corriente, permaneciendo constante la potencia:

– Convertidores eléctricos.- Transforman la corriente alterna en continua. – Inversores eléctricos.- Transforman la corriente continua en alterna.

TRANFORMADOR S = V1I1 S = V2I2

S = V1I1 = V2I2, puesto que: si V1 > V2 I1 < I2

si V1 < V2 I1 > I2


2. CLASIFICACIÓN DE LAS MAQUINAS ELÉCTRICAS

2.2 Clasificación moderna de las maquinas eléctricas. B) Maquinas eléctricas rotativas: o maquinas eléctricas propiamente dichas, son maquinas electro–magnético–mecánicas,

que convierten energía mediante un movimiento giratorio (rotativo) de una de sus partes constitutivas y son los GENERADORES y MOTORES.

– Generadores eléctricos: Son máquinas que transforman la energía mecánica en energía eléctrica de corriente

alterna o continua. Cuando se produce corriente alterna los generadores se llaman ALTERNADORES. Cuando se produce corriente continua toman el nombre de DINAMO. En general los generadores eléctricos generan energía eléctrica a partir de otras formas

de energía. La entrada del generador esta constituida por un eje de rotación (eje del rotor) en donde

se aplica la energía mecánica producida por turbinas hidráulicas, de vapor o de motores de combustión interna; y la salida del generador está constituida por unos terminales fijos por los cuales sale la energía eléctrica generada y que se conecta con la red externa que se llevará dicha energía hasta lugares de utilización.


2. CLASIFICACIÓN DE LAS MAQUINAS ELÉCTRICAS 2.2 Clasificación moderna de las maquinas eléctricas. – Generadores eléctricos: Las características eléctricas principales de un generador son: el voltaje generado entre terminales y la

corriente que se puede entregar. Los generadores de corriente alterna pueden ser constructivamente monofásicas (1) o trifásicas (3) aun

cuando en la práctica la mayoría son trifásicas (3) por razones técnicas y económicas de acuerdo con la estructura de los sistemas eléctricos. También pueden ser síncronas o asíncronas, siendo la mayoría los GENERADORES SÍNCRONOS.

– Motores electricos de corriente alterna: Los motores eléctricos son maquinas giratorias que transforman la energía eléctrica en energía mecánica,

es decir, que la energía eléctrica, esta en posición de dar movimiento a una parte giratoria que se conoce como ROTOR y que transmite su movimiento a otros órganos mecánicos que accionan a las maquinas sobre las cuales actúan.

La entrada de los motores eléctricos está constituida físicamente por los terminales de conexión a través de las cuales recibe la energía eléctrica de la red y la salida es el eje de rotación (eje del rotor) a través de la cual entrega energía mecánica en forma de movimiento de rotación al sistema mecánico requerido por el hombre, o sea, que tiene funcionamiento opuesto en cierto modo a la de los generadores.

Los motores también pueden ser: Motores de corriente continua o simplemente máquinas de corriente continua. Motores de corriente alterna, se tienen los llamados motores síncronos y los motores asíncronos (o de

inducción) y que constructivamente pueden ser monofásicos (1) o trifásicos (3). A diferencia de los generadores los motores asíncronos (o de inducción) son los mas usuales.


3. generación, transmisión, distribución y utilización de la energía eléctrica. Estos tres tipos de maquinas eléctricas (generadores, motores y transformadores) son los que han transformado la industria contemporánea y son los componentes mas usuales de la vida moderna. Pero la energía eléctrica a diferencia de otras formas de energía pueden ser trasladadas a grandes distancias, es decir, desde los lugares de generación hasta los lugares de utilización. El conjunto de los elementos que generan, transforman, transmiten, distribuyen y utilizan la energia eléctrica se conoce como “sistemas eléctricos de potencia”. Generadores en el sistema.- Los generadores reciben energía mecánica (en forma de rotación) en el eje de su parte retorica y la transforman en energía eléctrica a una determinada tensión de generación (VG) y corriente de generación (IG) y la entrega a través de sus terminales (salida eléctrica) a la red exterior, pero debido a que altas corrientes no se puede transmitir por los cables de transmisión, entonces se hará necesariamente una transformación de la tensión de generación hasta altas tensiones de transmisión (Vt) y las altas corrientes de generación hasta bajas corrientes transportables (It) por los cables de alta tensión.


3. generación, transmisión, distribución y utilización de la energía eléctrica. Transformadores en el sistema.- Su función es adecuar el voltaje (bajar o subir según sea el caso) necesario para la transmisión y el uso de la energía eléctrica. Para la transmisión, el transformador recibe de los terminales del generador una tensión generada (VG) y una alta corriente generada (IG) y las transforma en una alta tensión de transmisión (Vt) y una baja corriente transportable (It) por los cables a largas distancias hasta llegar a lugares de utilización. En la zona de utilización actuara otro transformador con la finalidad de bajar la tensión, es decir, la alta tensión de transmisión (Vt) que recibe en sus terminales de entrada, lo transforma en tensiones aptas para la utilización (Vu) y en consecuencia las bajas corrientes en las líneas de transmisión se transforman en grandes magnitudes de corriente de utilización (Iu), las que serán distribuidas adecuadamente al usuario. Tal como se aprecia en el siguiente esquema:


3. generación, transmisión, distribución y utilización de la energía eléctrica.

Estructura de un sistema eléctrico de potencia.


3. generación, transmisión, distribución y utilización de la energía eléctrica. Motores en el sistema.- En los lugares de utilización, los motores reciben la energía eléctrica en sus terminales de entrada y la convierten en energía mecánica (en forma de movimiento) que entrega a través del eje de su parte rotorica al usuario. En nuestro hogar, por ejemplo, los motores eléctricos que accionan congeladoras, ventiladores, aspiradoras, etc.; en la industria, preparan la fuerza motriz para casi todas las herramientas. En el esquema siguiente representamos un proceso completo sobre sistemas eléctricos de potencia.

Energía mecánica

RPM Generador

Energía eléctrica de voltaje

V1

Transformador: Cambia nivel de voltaje.

Energía eléctrica de voltaje

V2

Motor

Energía mecánica

RPM

Prácticamente en todas las máquinas eléctricas estáticas (transformadores) y maquinas eléctricas rotativas (motores y generadores) se emplean materiales magnéticos para guiar los campos magnéticos que actúan de intermediarios en la transmisión y conversión de energía. Estos materiales son los que llamamos núcleos o el hierro de la maquina.







CAJAS DE BORNES




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