Maq. Elect. - Parte . I

5/25/2018 Maq. Elect. - Parte . I

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MAQUINAS ELECTRICAS

UNIDAD IPARTE I

PRINCIPIOS BASICOS DE LAS MAQUINASELECTRICAS ESTATICAS Y ROTATIVAS

DOCENTE: ING. ROBERTO JAIME QUIROZ SOSA

2013


2/59

MAQUINAS ELECTRICAS ESTATICAS Y ROTATIVASINTRODUCCION:


3/59

FENOMENOS ELECTROMAGNETICOS

MAQUINAS ELECTRICAS


4/59

A. LEY DE AMPERE


5/59

LEY DE AMPERE


6/59

MODELO MATEMATICO DE LA LEY DE AMPERE


7/59

MODELO MATEMATICO DE LA LEY DE AMPERE


8/59

A. LEY DE FARADAY : ACCION TRANSFORMADORA)


9/59

LEY DE LAPLACE


10/59

C. ACCION GENERADORA : VOLTAJE INDUCIDO EN UNCONDUCTOR EN MOVIMIENTO DENTRO DE UN CAMPO MAGNETICO

.


11/59

APLICACIONES DEL PRINCIPIO DEL ELECTROMAGNETISMO

MAQUINAS ELECTRICAS ESTATICAS

ACCION TRANFORMADORA


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APL ICACIONES DE LA LEY DE AMPERE

HNB 0

MATERIAL MAGNETICO CON NUCLEO DE AIRE

MATERIAL MAGNETICO TOROIDAL CON NUCLEO DE AIRE

r

INBbra

Bbrar

2

,

0,,

0


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TRANSFORMADOR TRIFASICO


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MAQUINA ELECTRICA ROTATIVA

ACCION GENERADORAPrincipio de Laplace y faraday

.)(....)(. VoltBxvLeind


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LEY LAPLACE LEY FARADAY

iBLFdt

dNe

CONCLUSION:-El es opuesto al sentido de la

velocidad

-El generador entrega corriente

- El generador entrega

.electT

.actP


MAQUINAS ELECTRICAS ROTATIVAS

ACCION GENERADORA


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MAQUINA ELECTRICA ROTATIVA

ACCION MOTORA:Ley de ampere y Laplace.

FrrxF

BilSenFBLxLF

2

)(


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LEY DE AMPERE LAPLACE

dlHiN . iBLF

CONCLUSION:- Coincide con la direccin de la

velocidad

- El motor consume corriente.

- El motor consume potencia activa.

.electT



ACCION MOTORA :


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CRITERIO DE CONVERSION DE LA ENERGIA

ENERGIA ELECTRICA O ENERGIA MECANICA.


19/59

CONVERSION DE LA ENERGIA EN LAS MAQUINAS ELECTRICAS


20/59

CONVERSION DE LA ENERGIA EN LAS MAQUINAS ELECTRICASTRANSFORMADOR


21/59

CONVERSION DE LA ENERGIA EN LAS MAQUINAS ELECTRICASMOTOR


22/59

CONVERSION DE LA ENERGIA EN LAS MAQUINAS ELECTRICASGENERADOR


23/59

CONVERSION DE LA ENERGIA EN LAS MAQUINAS ELECTRICAS


24/59

MAQUINAS ELECTRICAS


25/59

CARACTERISTICAS DE LAS MAQUINAS ELECTRICAS


26/59

MAQUINAS ELECTRICAS ESTATICAS Y ROTATIVAS


27/59

MAQUINAS ELECTRICAS ESTATICASTRANSFORMADOR


28/59

MAQUINAS ELECTRICAS ROTATIVASMAQUINA ASINCRONA


29/59

MAQUINAS ELECTRICAS ESTATICASMAQUINAS SINCRONAS


30/59

MAQUINAS ELECTRICAS ESTATICASMAQUINA DE CORRIENTE CONTINUA


31/59

MAQUINAS ELECTRICAS


32/59



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34/59

MAQUINAS ELECTRICAS ROTATIVAS DE CORRIENTECONTINUA


35/59

MAQUINAS ELECTRICAS ROTATIVAS DE CORRIENTEALTERNA


36/59

MAQUINA ELECTRICA ROTATIVA DE CORRIENTE ALTERNAASINCRONO


37/59

MAQUINA ELECTRICA ROTATIVA DE CORRIENTE ALTERNAMOTORES SINCRONO


38/59

MAQUINA ELECTRICA ROTATIVA DE CORRIENTE ALTERNAGENERADORES SINCRONO


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40/59


41/591.4 TIPOS DE MAQUINAS ELECTRICAS:


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MAQUINAS ELCTRICAS ESTTICAS.Constan de una bobina Primaria y una Bobina Secundaria y es conocida como transformador..

MAQUINAS ELCTRICAS ROTATIVAS.


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44/59


45/591.6 CARACTERISTICAS DE LAS MAQ. ELECT. ROTATIVAS


46/59CARACTERISTICAS DE LAS MAQ. ELECT. ROTATIVAS


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48/59

1.7 CARACTERISTICAS FISICAS IMPORTANTES DE LAS MAQUINAS ELECTRICAS ROTATIVAS


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CASO


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1.7.1 FLUJO DE DISPERSION DE EXCITACIN fProducido en el devanado de excitacin concatenando solo a los conductores de excitacin y

toma el camino entre el polo de excitacin Norte al polo de excitacin Sur o desde un polo

determinado al yugo.

Este flujo de dispersin de excitacin reduce al flujo mutuo y afecta el funcionamiento de lamquina durante periodos transitorios como los de arranque o variacin en las condiciones de

carga.

El flujo de dispersin de excitacin pueden compensarse aumentando la corriente de

excitacin.

m

f

1.7.2 FLUJO DE DISPERSIN DEL INDUCIDO a


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Es originado por los conductores mviles por lo que circula corriente en el devanado del inducido.

En la parte de la bobina que no esta embebida en el hierro del inducido. El efecto de este flujo

genera la reactancia de dispersin del inducido o reactancia del inducido que es producido por

la corriente del inducido que concatena solo al conductor del inducido. Esta reactancia del inducidodepende del tipo de maquina elctrica si es de C.C. o C.A. As:

a


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a. En la maquina elctrica de C.C. la corriente en el conductor del inducido

(no teniendo en cuenta los fenmenos transitorios), vara durante el periodo de

conmutacin cuando el sentido de la corriente del conductor se invierte creando

una Fem. de autoinduccin. Esto crea la necesidad de incorporar los polos de

conmutacin o polos auxiliares o interpolosb. En la maquina de elctrica C.A. el , origina una reactancia inductiva del

inducido , esta reactancia en cuadratura con la resistencia del inducido es

un factor en la impedancia global del inducido, que permite la regulacin de

tensin de un alternador o el ajuste del factor de potencia de un motor sncrono.

a

aX aX

Reactancia del indu cido es di ferente a la reaccin del indu cido .

- La Reactancia del inducido afecta a los conductores de la maquina de

C.C., cuando la corriente varia, es el caso de la conmutacin que da lugar a

chispeo entre el colector y las escobillas.- La Reaccin del inducido es el efecto de la fuerza magnetomotriz

producido por los Amperios Vueltas ( ) del Inducido sobre la

variacin y distorsin del flujo mutuo de la excitacin

En las maquinas Elctricas de C.C. y C.A. la reaccin de inducido y sus efectos

siempre van a estar presentes por lo que se deben de eliminar.

aaIN

m

1.8 EFICIENCIA DE LAS MAQUINAS ELECTRICAS


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ROTATIVAS

%100xPPentrada

salida salidaentradaperd PPP .

%100.x

P

PP

entrada

perdentrada

PERDIDAS ENERGIAS EN LAS MAQUINAS ELECTRICAS DE CORRIENTE


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CONTINUA PRDIDAS ROTACIONALESDependen de la rotacin de la maquina y por la

velocidad, comprenden las siguientes prdidas:

a. PERDIDAS MECANICAS

Asociada con su funcionamiento mecnico hay

dos tipos de prdidas mecnicas:

- FRICCION:

Se debe al rozamiento de los rodamientos del

eje de la maquina como son los cojinetes.

- VENTILACION:

Debidas a la friccin de las partes en movimiento

con el aire que se encuentra dentro de la

carcaza.

b. PERDIDAS EN EL NUCLEO:

Debidas a las histresis y a la corriente parasitas

de foucoult en la parte metlica de la maquina

debido a la rotacin el flujo magntico cambia

continuamente de direccin.

Para limitar estas perdidas en los ncleos sehacen de acero silicio laminado.

PERDIDAS EN EL COBREEstas prdidas se producen por el efecto

Joule en los arrollamientos del rotor y en

el circuito de campo (estator) de lamaquina. En el caso de una maquina

elctrica de C.C. las prdidas en el cobre

ser:

a. Perdidas en el arrollamiento de

armadura:

b. Perdidas en el arrollamiento de

campo:

c. Perdidas en los interpolos:

d. Perdidas en los arrollamientos de

compensacin:

e. Perdidas en las escobillas:

Se producen en los contactos entrelas escobillas y el colector que crean

una cada de tensin

aproximadamente const. Con la

carga, es decir para corriente de

armadura comprendida en un amplio

rango. Esta cada de voltaje debe

ser 2 Vol.:

2

aaIR

22

asee IRIR 2

aIIR

2

aCIR

aBIE

PERDIDASDISPERSASPor muy cuidadoso que se

halla sido siempre van ha

quedar algunas perdidasque no esta incluida en las

perdidas como distorsin

del flujo principal debido a

la reaccin de armadura, y

la presencia de la corriente

de corto circuito en las

bobinas durante la

conmutacin.

Por convencin para

maquinas grandes se

considera el 1% de la

potencia nominal, en las

maquinas pequeas se

puede despreciar estas

prdidas

PERDIDAS DE ENERGIA EN MAQUINA ELECTRICA SINCRONA


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PERDIDAS ROTACIONALESEstas prdidas incluyen prdidas por friccin

y ventilacin y las prdidas en el hierro por

histresis y Foucault producidas por la

variacin del flujo magntico en el estator.

Las prdidas mecnicas se pueden

determinar accionando el generador excitado

con un pequeo motor auxiliar y obteniendo

la potencia absorbida por el generador.

Deduciendo de esta potencia las prdidas

propias del motor auxiliar se obtendrn las

prdidas mecnicas del generador.

Si se repite la prueba con la mquinaexcitada a la tensin nominal se obtiene las

prdidas rotacionales. La diferencia entre

ambos resultados nos dar las prdidas en el

hierro se calculan la tensin nominal ms la

cada hmica a plena carga de la armadura.

PRDIDAS ELCTRICASConsisten las prdidas por efecto joule en

los arrollamientos de campo y armadura.

No se incluyen las prdidas en el restato

de campo ni tampoco la potencia

absorbida por la excitatriz.

Prdidas en el Campo:

Prdidas en la Armadura:

Debe emplearse la resistencia en corriente

continua a 75C.

Si se emplea en los clculos Ra AC,

estaramos incluyendo tambin las

prdidas por efecto Skin y por corriente

parsitas de foucoult en los conductores

que forman las prdidas dispersas.

eeee IVIR 02

2

.. aCDaa IR

)5.13.1( .... CDaCAa RR

PRDIDASDISPERSAS:Estas prdidas incluyen al efecto

skin en los conductores y las

prdidas por corrientes parsitasen el hierro. Tambin incluyen las

prdidas producidas por el flujo

de dispersin de la armadura y la

distorsin del flujo magntico.

Se determinar mediante la prueba

de corto circuito de la mquina.

La potencia absorbida por la

mquina en dicha prueba incluye

las prdidas dispersas. No figuranlas prdidas en el hierro por ser el

flujo resultante muy pequeo.

Vamos a ver una mquina

sncrona sencilla:

La direccin del par en el eje del

rotor, al aplicar la regla de la

mano derecha en la ecuacin

Tind. es de sentido horario, por lo

que la mquina acta como

generador.

.. indRiind BxBKT

PERDIDAS DE ENERGIA EN MAQUINA ELECTRICA ASINCRONA


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Similar Al caso anterior.

Prdidas rotacionales.

a.1 Prdidas mecnicas por friccin y ventilacin

a.2 Prdidas en el hierro.

Las prdidas elctricas.

b.1 Prdidas por efecto Joule en el campo.

b.2 Prdidas por efecto Joule en la armadura.

Las prdidas dispersas.

BALANCE DE POTENCIA DE LAS MAQUINAS ELECTRICAS ROTATIVAS


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A. MAQUINAS ELECTRICAS DE C.C.

PARA EL GENERADOR PARA EL MOTOR

B. MQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA SINCRONA


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PARA EL GENERADOR PARA EL MOTOR

PRDIDAS I2R :Representa las prdidas en el cobre en los conductores del rotor y estator as, Para el caso de las

Prdidas en el cobre del estator de una mquina 3 de C.A.

Prdidas en el cobre del estator: P = 3 Ia2 R a.

Prdida en el cobre del rotor es: P = I2r Rr

Ia : corriente que fluye en cada fase del inducido

Ra : Resistencia de c / fase del inducido.

PRDIDA EN EL NCLEO:Por las histresis y corrientes

parsitas.

PRDIDA MECNICA:Se debe a la friccin en los

rodamientos. Las prdidas

en el ncleo y las

mecnicas se agrupan y

representando las prdidas

rotacionales en vaco.

PRDIDAS ADICIONALES:No corresponde a ninguno de los

vistos anteriormente se asume

1% de la Potencia de Salida.

C. MQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA ASINCRONA


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= Potencia elctrica suministrada al motor.

= Potencia mecnica til entregada por el motor

= Perdida en el cobre del estator.

= Perdida en el cobre del Rotor.

= Perdida en el fierro. Las prdidas en el fierro del

rotor son Bastantes pequeas porque f2(frecuencia del rotor), es pequea.

= Potencia electromagntica.

= Potencia Mecnica.

= Perdidas MecnicaP(f+V)(Perdidas por fr iccin y

venti lacin.)

= Perdidas adicionales producidas por la presencia

de dientes en el estator y rotor y por la distribucin

no sinusoidal de la fm.m.

1P

2P1cuP

2cuP

FeP

EMP

MECP

mecP

.adicP

Rotac ionalFecuEM PPPPP 11

Esta potencia se transmite electromagnticamente a travs del entrehierro haca el rotor.

2cuEMMEC PPP 2cuMECEM PPP .2 adicmecMEC PPPP

S

SrIPMEC

13 12

21

2

21

2

1

232 IrPcu 21

2

1

2

21

2

1

22 31

3 IrS

SIrPPP cuMECEM

212

123 IS

rPEM EMcu PSP 2

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