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República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación
Universidad del Zulia
Catedra: Circuitos eléctricos y electrónicos
Realizado por:
Luis Hinojosa CI 23.858.468
Jesús Travieso
Pedro Finol 20.510.781
Maquinas
Eléctricas
Introducción
A que llamamos maquinas eléctricas, son todas aquellas máquinas que a
través de los tiempos nos han simplificado el trabajo de nuestra vida diaria, ya que
ellas son el producto de años de investigación, pruebas y fallas pero que han dado
como resultado la tecnología que hoy en día usamos, una maquina eléctrica es un
conjunto de circuitos formados y acoplados entre si para entregar una fuerza o
energía para realizar un trabajo.
Las maquinas eléctricas son las encargadas de llevar a nuestros hogares la
electricidad de la cual nosotros hacemos uso para todo, televisión, computadoras,
iluminación, licuadoras, microondas todos aquellos artefactos que usamos a diario
en nuestro hogar o en el trabajo, todos son máquinas eléctricas las cuales tienen
ciertos componentes y partes las cuales sin un correcto diseño no pudieran
trabajar, dentro de lo que son las maquinas eléctricas como tal encontramos unas
series de componentes con los cuales se conforma una maquina eléctrica como
por ejemplo el transformador, diodos, bobinas, motores trifásicos, motores
monofásicos, generadores, entre otros todos estos componentes forman parte de
lo que que son las maquinas eléctricas que no son más que una serie de circuitos
eléctricos funcionando para realizar un trabajo.
Capitulo
Conversión de Energía
Una máquina eléctrica es un dispositivo capaz de transformar cualquier
forma de energía en energía eléctrica o a la inversa y también se incluyen en esta
definición las máquinas que trasforman la electricidad en la misma forma
de energía pero con una presentación distinta más conveniente a su transporte o
utilización. Se clasifican en tres grandes grupos: generadores, motores y
transformadores.
Los generadores transforman energía mecánica en eléctrica, mientras que
los motores transforman la energía eléctrica en mecánica haciendo girar un eje. El
motor se puede clasificar en motor de corriente continua o motor de corriente
alterna. Los transformadores y convertidores conservan la forma de la energía
pero transforman sus características.
Una máquina eléctrica tiene un Circuito magnético y dos circuitos eléctricos.
Normalmente uno de los circuitos eléctricos se llama excitación, porque al ser
recorrido por una corriente eléctrica produce los amperivueltas necesarios para
crear el flujo establecido en el conjunto de la máquina.
Desde una visión mecánica, las máquinas eléctricas se pueden clasificar en
rotativas y estáticas. Las máquinas rotativas están provistas de partes giratorias,
1
como las dinamos, alternadores, motores. Las máquinas estáticas no disponen de
partes móviles, como los transformadores.
En las máquinas rotativas hay una parte fija llamada estátor y una parte
móvil llamada rotor. Normalmente el rotor gira en el interior del estátor. Al espacio
de aire existente entre ambos se le denomina entrehierro. Los motores y
generadores eléctricos son el ejemplo más simple de una máquina rotativa.
2. Potencia de las maquinas eléctricas
La potencia de una máquina eléctrica es la energía desarrollada en la
unidad de tiempo. La potencia de un motor es la que se suministra por su eje.
Una dinamo absorbe energía mecánica y suministra energía eléctrica, y un motor
absorbe energía eléctrica y suministra energía mecánica.
La potencia que da una máquina en un instante determinado depende de
las condiciones externas a ella; en un dinamo del circuito exterior de utilización y
en un motor de la resistencia mecánica de los mecanismos que mueve.
Entre todos los valores de potencia posibles hay uno que da las
características de la máquina, es la potencia nominal, que se define como la que
puede suministrar sin que la temperatura llegue a los límites admitidos por los
materiales aislantes empleados. Cuando la máquina trabaja en esta potencia se
dice que está a plena carga. Cuando una máquina trabaja durante breves
instantes a una potencia superior a la nominal se dice que está trabajando en
sobrecarga.
Se clasifican en tres grandes grupos: generadores, motores y transformadores.
3. Clasificación por sus usos
Las máquinas eléctricas de acuerdo a sus usos se dividen en:
3.1 Generadores.- Transforman la energía mecánica en eléctrica. Se instalan en
las centrales eléctricas (CC.EE.) y en los diferentes equipos de transporte como
autos, aviones, barcos, etc. En las CC.EE. los generadores son accionados
mecánicamente mediante turbinas que pueden ser a vapor o hidráulicas; en los
equipos de transporte mediante motores de combustión interna o turbinas a vapor.
En una serie de casos los generadores se usan como fuente de energía para
equipos de comunicaciones, dispositivos automáticos, de medición, etc.
3.2. Motores.- Son equipos eléctricos que transforman la energía eléctrica en
energía mecánica; sirven para accionar diferentes máquinas, mecanismos y
dispositivos que son usados en la industria, agricultura, comunicaciones, y en los
artefactos electrodomésticos. En los sistemas modernos de control los motores se
usan en calidad de dispositivos gobernadores, de control, como reguladores y/o
programables.
3.3. Convertidores electromecánicos.- Transforman la c.a. en c.c. y viceversa,
variando la magnitud de tensión (V), tanto de c.a. como c.c., frecuencia (f), número
de fases y otros. Se usan ampliamente en la industria aunque en las últimas
décadas ha disminuido su demanda debido al uso de los conversores
semiconductores (dispositivos electrónicos de potencia).
3.4 Compensadores electromecánicos.- Generan o absorben potencia reactiva
(Q) en los sistemas eléctricos de potencia para mejorar los índices energéticos (el
factor de potencia ϕ, niveles de tensión) en las interconexiones y los centros de
carga.
3.5. Amplificadores electromecánicos.- Se usan para el control de equipos de
gran potencia, mediante señales eléctricas de pequeña potencia, que son
transmitidos a los devanados de excitación (control). Su uso también ha
disminuido.
3.6. Convertidores electromecánicos de señales.- Generan, transforman y
amplifican diferentes señales. Se diseñan y proyectan en forma de micro motores
y lo usan ampliamente diferentes equipos de control.
4. Clasificación por tipo de corriente y por su funcionamiento
Por el tipo de corriente se dividen en máquinas de c.a. y de c.c. Las máquinas en
dependencia de su funcionamiento y de su sistema magnético (núcleo) se dividen
en transformadores, máquinas de inducción, máquinas síncronas y máquinas
colectoras.
4.1. Transformadores.- Se usan ampliamente para la variación de tensión. En los
sistemas de transmisión, distribución y utilización, en los rectificadores de
corriente, en la automática y la electrónica.
4.2. Máquina de inducción.- Se usan como motores trifásicos, habiendo también
monofásicos. La simpleza de su diseño y su alta confiabilidad permiten su uso en
diferentes campos de la ingeniería. En los sistemas de regulación automática.
(SRA) se usan ampliamente motores de control mono y bifásico, taco generadores
así también como selsynes.
4.3 Máquinas síncronas.- Se usan como generadores de c.a. de frecuencia
industrial (50 ó 60 Hz) en las CC. EE., así como generadores de alta frecuencia
(en los barcos, aviones, etc.). En los sistemas de mando eléctrico de gran potencia
se usan motores síncronos. En los dispositivos automáticos se usan máquinas
síncronos de histerésis, con imanes permanentes, de paso y otros.
4.4. Máquinas colectoras.- Se usan muy rara vez y sólo como motores. Tienen
un diseño complejo y exigen muy buen mantenimiento. E. Máquina de C.C… Se
usan como generadores y motores en los sistemas demando eléctrico que
requieran flexibilidad en la regulación de velocidad: en los ferrocarriles, en el
transporte marítimo, en laminadores, en grúas; también en casos cuando la fuente
de energía eléctrica son baterías acumuladoras.
5. Clasificación por tipo de corriente y por sus funcionamientos
Por el tipo de corriente se dividen en máquinas de c.a. y de c.c. Las máquinas en dependencia de su funcionamiento y de su sistema magnético (núcleo) se dividen en transformadores, máquinas de inducción, máquinas síncronas y máquinas colectoras.
5.1 Transformadores.- Se usan ampliamente para la variación de tensión. En los sistemas de transmisión, distribución y utilización, en los rectificadores de corriente, en la automática y la electrónica.
5.2. Máquina de inducción.- Se usan como motores trifásicos, habiendo también monofásicos. La simpleza de su diseño y su alta confiabilidad permiten su uso en diferentes campos de la ingeniería. En los sistemas de regulación automática.
(SRA) se usan ampliamente motores de control mono y bifásico, taco generadores así también como selsynes.
5.3. Máquinas síncronas.- Se usan como generadores de c.a. de frecuencia industrial (50 ó 60 Hz) en las CC. EE., así como generadores de alta frecuencia (en los barcos, aviones, etc.). En los sistemas de mando eléctrico de gran potencia se usan motores síncronos. En los dispositivos automáticos se usan máquinas síncronos de histerésis, con imanes permanentes, de paso y otros.
5.4. Máquinas colectoras.- Se usan muy rara vez y sólo como motores. Tienen un diseño complejo y exigen muy buen mantenimiento. E. Máquina de C.C… Se usan como generadores y motores en los sistemas de mando eléctrico que requieran flexibilidad en la regulación de velocidad: en los ferrocarriles, en el transporte marítimo, en laminadores, en grúas; también en casos cuando la fuente de energía eléctrica son baterías acumuladoras.
6. Clasificación por nivel de potencia.
En función a la potencia que absorben o generan las máquinas, se dividen en
micro máquinas, motores de pequeña, media y gran potencia.
6.1. Micro máquinas.- Cuya potencia varía de décimas de watt hasta 500 w.
Estas máquinas trabajan tanto en C.A. como en C.C., así como a altas frecuencias
(400 - 200 Hz).
6.2. De pequeña potencia.- 0.5 - 10 kW. Funcionan tanto en c.a. como en c.c. y,
en frecuencia normal (50 - 60 Hz ó más).
6.3. De potencia media.- 10 kW hasta varios cientos de kW.
6.4. De gran potencia.- Mayor de 100 kW. Por lo general las máquinas de media
y gran potencia funcionan a frecuencia industrial.
7. Clasificación por frecuencia de giro (velocidad)
Se dividen en:
7.1. De baja velocidad: con velocidad menor de 300 r.p.m.;
7.2. De velocidad media: (300 - 1500 r.p.m.);
7.3. De altas velocidades: (1500 - 6000 r.p.m.);
7.4. De extra altas velocidades: (mayor de 6000 r.p.m.).
Las micromáquinas se diseñan para velocidades de algunos r.p.m. hasta
6000 r.p.m.
8. Rendimiento
De manera general, se define como la relación entre la potencia útil y la
potencia absorbida expresada en %
9.-Circuito magnético
Se denomina circuito magnético a
un dispositivo en el cual las líneas de
fuerza del campo magnético, se hallan
canalizadas trazando un camino
cerrado. Para su fabricación se utilizan
materiales ferromagnéticos, pues éstos
tienen una permeabilidad
magnética mucho más alta que el aire
o el espacio vacío y por tanto el campo
magnético tiende a confinarse dentro
del material, llamado núcleo. El llamado acero eléctrico es un material cuya
permeabilidad magnética es excepcionalmente alta y por tanto apropiado para la
fabricación de núcleos.
Un circuito magnético sencillo es un anillo o toro hecho de material
ferromagnético envuelto por un arrollamiento por el cual circula una corriente
eléctrica. Esta última crea un flujo magnético en el anillo cuyo valor viene dado por:
Donde es el flujo magnético, es la fuerza magnetomotriz, definida como
el producto del número de espiras N por la corriente I ( ) y es
la reluctancia, la cual se puede calcular por:
Donde es la longitud del circuito, medida en metros, representa la
permeabilidad magnética del material, medida en H/m (henrio/metro)y el
Área de la sección del circuito (sección del núcleo magnético, perpendicular al
flujo), en metros cuadrados.
Los circuitos magnéticos son importantes en electrotecnia, pues son la base
teórica para la construcción de transformadores, maquinas electricas, muchos
interruptores automáticos, relés, etc.
9.1 Hay dos clases de circuito magnético que son los:
9.2. Homogéneos: una sola sustancia, sección uniforme y sometido a igual
inducción en todo su recorrido.
9.3. Heterogéneos: varias sustancias, distintas secciones o inducciones, o
coincidencia de estas condiciones.
10. Materiales que son magnéticos
Existen unos cuantos materiales que son magnéticos de forma natural, o
que tienen el potencial de convertirse en imanes. Algunos de estos materiales son:
10.1. Hierro
10.2. Hematita
10.3. Magnetita
10.4. Gases ionizados, (como el material del que están hechas las estrellas)
Se puede hacer un imán para atraer objetos que contengan material
magnético, como el hierro, aunque este no esté magnetizado. Pero no se puede
hacer un imán para atraer materiales plásticos, de algodón o de cualquier otro
material, como roca de silicato, pues estos no son materiales magnéticos.
El que un material contenga hierro, o cualquier otro material magnético, no
significa que sea un imán. Para que un material magnético se pueda convertir en
un imán ha de tener condiciones especiales. Esto se debe a que un imán es un
objeto de donde emana la fuerza de magnetismo.
11. La fuerza magnética
Es la parte de la fuerza electromagnética total o fuerza de Lorentz que mide
un observador sobre una distribución de cargas en movimiento. Las fuerzas
magnéticas son producidas por el movimiento de partículas cargadas, como
electrones, lo que indica la estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo.
Las fuerzas magnéticas entre imanes y/o electroimanes es un efecto
residual de la fuerza magnética entre cargas en movimiento. Esto sucede porque
en el interior de los imanes convencionales existen microcorrientes que
macroscópicamente dan lugar a líneas de campo magnético cerradas que salen
del material y vuelven a entrar en él. Los puntos de entrada forman un polo y los
de salida el otro polo.
12. Fuerza magnética sobre un conductor
Un conductor puede ser un cable o alambre por el cual circula una corriente
eléctrica. Una corriente eléctrica es un conjunto de cargas eléctricas en
movimiento. Ya que un campo magnético ejerce una fuerza lateral sobre una
carga en movimiento, es de esperar que la resultante de las fuerza sobre cada
carga resulte en una fuerza lateral sobre un alambre por el que circula una
corriente eléctrica
12.1 Conductor rectilíneo
En la figura se muestra un tramo de alambre de longitud que lleva una
corriente y que está colocado en un campo magnético . Para simplificar se ha
orientado el vector densidad de corriente de tal
manera que sea perpendicular a .
La corriente en un conductor rectilíneo es
transportada por electrones libres, siendo el
número de estos electrones por unidad de
volumen del alambre. La magnitud de la fuerza
media que obra en uno de estos electrones está
dada por;
Por ser y siendo la velocidad de arrastre: . Por lo tanto,
La longitud del conductor contiene electrones libres, siendo el
volumen de la sección de conductor de sección transversal que se está
considerando. La fuerza total sobre los electrones libres en el conductor y, por
consiguiente, en el conductor mismo, es:
Ya que es la corriente en el conductor, se tiene:
Las cargas negativas que se mueven hacia la derecha en el conductor
equivalen a cargas positivas moviéndose hacia la izquierda, esto es, en la
dirección de la flecha verde. Para una de estas cargas positivas, la velocidad
apuntaría hacia la izquierda y la fuerza sobre el conductor apunta
hacia arriba saliendo del plano de la figura. Esta misma conclusión se deduce si se
consideran los portadores de carga negativos reales para los cuales apunta
hacia la derecha, pero tiene signo negativo. Así pues, midiendo la fuerza
magnética lateral que obra sobre un conductor con corriente y colocado en un
campo magnético, no es posible saber si los portadores de corriente son cargas
negativas moviéndose en una dirección o cargas positivas que se mueven en
dirección opuesta.
La ecuación anterior es válida solamente si el conductor es perpendicular
a . Es posible expresar el caso más general en forma vectorial así:
Siendo un vector (recorrido) que apunta a lo largo del conductor en la
dirección de la corriente. Esta ecuación es equivalente a la relación y
cualquiera de las dos puede tomarse como ecuación de definición de
Obsérvese que (no representado en la figura) apunta hacia la izquierda y
que la fuerza magnética apunta hacia arriba saliendo del plano de
la figura.
Esto concuerda con la conclusión a que se llegó al analizar las fuerzas que
obran en los portadores de carga individuales
12.2. Conductor no rectilíneo
Si se considera solamente un
elemento diferencial de un conductor
de longitud , la fuerza puede
encontrarse mediante la expresión
Considérese, por ejemplo, un
alambre de la forma mostrada en la figura, que lleva una corriente i y se encuentra
en el seno de un campo magnético uniforme de inducción magnética saliendo
del plano de la figura tal como lo muestran los puntos. La magnitud de la fuerza
sobre cada tramo recto está dada por:
Y apunta hacia abajo tal como lo muestran los vectores coloreados de
verde. Un segmento de alambre de longitud en el arco experimenta una
fuerza cuya magnitud es:
Y cuya dirección es radial hacia O, que es el centro del arco. Solamente la
componente hacia abajo de esa fuerza es efectiva, porque la componente
horizontal es anulada por una componente directamente opuesta proveniente del
correspondiente segmento de arco a la derecha de O. En consecuencia, la fuerza
total sobre el semicírculo de alambre alrededor de O apunta hacia abajo y es:
Entonces, la fuerza total será:
Es interesante notar que esta fuerza es la misma que obraría sobre un
alambre recto de longitud
13. La histéresis.
Es la tendencia de un material a conservar una de sus propiedades, en
ausencia del estímulo que la ha generado. Podemos encontrar diferentes
manifestaciones de este fenómeno. Por extensión
se aplica a fenómenos que no dependen sólo de
las circunstancias actuales, sino también de cómo
se ha llegado a esas circunstancias.
Por ejemplo, histéresis magnética si
al magnetizar un ferromagneto éste mantiene la
señal magnética tras retirar el campo
magnético que la ha inducido. También se puede
encontrar el fenómeno en otros
comportamientos electromagnéticos, o los elásticos.
La histéresis magnética, es el fenómeno que permite el almacenamiento de
información en los platos de los discos duros o flexibles de los ordenadores:
el campo induce una magnetización, que se codifica como un 0 o un 1 en las
regiones del disco. Esta codificación permanece en ausencia de campo, y puede
ser leída posteriormente, pero también puede ser invertida aplicando un campo en
sentido contrario.
Para poder conocer el ciclo de histéresis de un
material, se puede utilizar el magnetómetro de
Köpsel, que se encarga de proporcionarle al
material ferromagnético los cambios senoidales
de la corriente eléctrica para modificar el sentido
de los imanes.
En electrotecnia se define la histéresis magnética como el retraso de la
inducción respecto al campo que lo crea.
Se produce histéresis al someter al núcleo a un campo creciente, los
imanes (o dipolos) elementales giran para orientarse según el sentido del campo.
Al decrecer el campo, la mayoría de los imanes elementales recobran su posición
inicial, sin embargo, otros no llegan a alcanzarla debido a los rozamientos
moleculares conservando en mayor o menor grado parte de su orientación
forzada, haciendo que persista un magnetismo remanente que obligue a cierto
retraso de la inducción respecto de la intensidad de campo.
Las pérdidas por histéresis representan una pérdida de energía que se
manifiesta en forma de calor en los núcleos magnéticos. Con el fin de reducir al
máximo estas pérdidas, los núcleos se construyen de materiales magnéticos de
características especiales, como por ejemplo acero al silicio.
La pérdida de potencia es directamente proporcional al área de la curva de
histéresis.
14. Trasmisión y distribución de Energía Eléctrica
Por lo general en las centrales eléctricas (CC.EE.) se genera energía a
tensión de 6-24 kV. Transmitir la energía a grandes distancias, es más económico
haciéndolo a altas tensiones, por ello en las centrales se instalan transformadores
elevadores de tensión.
Actualmente en la transmisión de energía se usan tensiones de 220, 330,
500 y 750 kV y potencias hasta de 1200 - 1600 MVA. La energía eléctrica en el
país se distribuye a las industrias y a las ciudades por cables subterráneos y
líneas aéreas a tensiones de 35, 60, 110, 138 y 220 kV. Por lo tanto en los centros
de consumo deben instalarse transformadores para bajar los niveles de tensión a
10 kV y 0.38-0.22 kV. Los transformadores usados para estos fines pueden ser
monofásicos o trifásicos.
Para asegurar el circuito de conexión necesario de las válvulas
rectificadoras (diodos) en los dispositivos convertidores. (En los circuitos
rectificadores o en los inversores, la relación de tensiones a la entrada y salida
depende de la conexión de los diodos).
En los últimos años se usan transformadores para la excitación de campos
de potentes turbo o hidrogeneradores, de mando eléctrico y otros fines más.
Además gracias al uso de aislamiento resistente al calor en la fabricación de los
transformadores, se ha podido elevar la potencia en 1.3 - 1.5 veces y disminuir sus
dimensiones.
Para diferentes objetivos tecnológicos como soldadura, fuentes de
alimentación. La potencia alcanza algunas decenas de kVA con tensiones de
hasta 10 kV. Para la alimentación de los diferentes circuitos de radio y TV,
dispositivos de comunicaciones, automática y telemecánica. En estos usos los
transformadores por lo general tienen pequeña potencia (de algunos watts hasta
algunos kW) y baja tensión. Son diseñados en 2, 3 y multidevanados. Los
transformadores que se usan en la industria y en los sistemas eléctricos
(transmisión y distribución) son llamados transformadores de potencia. Para su
funcionamiento son características: magnitud de potencia variable en función a un
diagrama de carga y pequeñas variaciones de tensión, tanto del primario como del
secundario, con respecto al valor nominal.
Capitulo
Inductancia
La Electromagnética Es el fenómeno que origina la producción de una
fuerza electromotriz (f.e.m. o tensión) en un medio o cuerpo expuesto a un campo
magnético variable, o bien en un medio móvil respecto a un campo magnético
estático. Es así que, cuando dicho cuerpo es un conductor, se produce una
corriente inducida. Este fenómeno fue descubierto por Michael Faraday en 1831,
quien lo expresó indicando que la magnitud de la tensión inducida es proporcional
a la variación del flujo magnético (Ley de Faraday).Por otra parte, Heinrich Lenz
comprobó que la corriente debida a la f.e.m. inducida se opone al cambio de flujo
magnético, de forma tal que la corriente tiende a mantener el flujo. Esto es válido
tanto para el caso en que la intensidad del flujo varíe, o que el cuerpo conductor
se mueva respecto de él.
2
2.2 Autoinducción: Es un fenómeno electromagnético que se presenta en
determinados sistemas físicos como por ejemplo circuitos eléctricos con una
corriente eléctrica variable en el tiempo. En este tipo de sistemas la variación de la
intensidad de la corriente produce un flujo magnético variable, lo cual a su vez
genera una fuerza electromotriz (voltaje inducido) que afecta a su vez a la
corriente eléctrica que se opone al flujo de la corriente inicial inductora, es decir,
tiene sentido contrario. En resumen, la autoinducción es una influencia que ejerce
un sistema físico sobre sí mismo a través de campos electromagnéticos variables.
Un inductor es un circuito que consiste en un conductor enrollado alrededor
de un núcleo (ya sea de aire o de hierro). El fenómeno de autoinducción surge
cuando el inductor y el inducido constituyen el mismo elemento.
Cuando por un circuito circula una corriente eléctrica, alrededor se crea un
campo magnético. Si varía la corriente, dicho campo también varía y, según la ley
de inducción electromagnética, de Faraday, en el circuito se produce una fuerza
electromotriz o voltaje inducido, denominado fuerza electromotriz autoinducida.
Para comprender con mayor facilidad este fenómeno se debe analizar y
tratar de entender la facilidad con que se crean las bobinas o inductores y cómo se
puede observar el movimiento de partículas de electricidad.
Según la ley de Lenz, si la autoinducción ocurre por disminución de la
intensidad, el sentido de la corriente autoinducida es el mismo que el de la
corriente inicial, o si la causa es un aumento, el sentido es contrario al de esta
corriente.
Se denomina autoinducción de un circuito a la generación de corrientes
inducidas en el circuito, cuando en él se produce una variación del propio flujo.
Ésta puede variar según la intensidad de corriente.
En 1831, M. Faraday descubrió que, cuando un imán se mueve dentro de
una espiral de alambre, en éste puede generarse una corriente eléctrica. A esta
espiral de alambre se le conoce como bobina o solenoide (no confundirla con un
electroimán). En éste, el conductor está enrollado alrededor de una barra o núcleo
de hierro, para que no haya contacto entre el imán y las espiras (alambre
helicoidal). El movimiento de un imán dentro del solenoide induce una corriente, y
ésta produce un voltaje. La magnitud de voltaje inducido depende de la cantidad
de espiras (vueltas ascendentes en torno al núcleo) del inductor.
2.3 Inductancia Mutua:
Se llama inductancia mutua al efecto
de producir una fem en una bobina, debido al
cambio de corriente en otra bobina acoplada.
La fem inducida en una bobina se describe
mediante la ley de Faraday y su dirección
siempre es opuesta al cambio del campo
magnético producido en ella por la bobina
acoplada (ley de Lenz ). La fem en la bobina
1 (izquierda), se debe a su propia inductancia
L.
La fem inducida en la bobina #2, originada
por el cambio en la corriente I1 se puede
expresar como
La inductancia mutua M se puede definir como la proporción entre la fem
generada en la bobina 2, y el cambio en la corriente en la bobina 1 que origina esa
fem.
La aplicación más usual de la inductancia mutua es el transformador.
2.4 Reactancia:
En electrónica y electrotecnia, se denomina reactancia a la oposición
ofrecida al paso de la corriente alterna por inductores (bobinas) y condensadores,
se mide en Ohmios y su símbolo es Ω. Junto a la resistencia eléctrica determinan
la impedancia total de un componente o circuito, de tal forma que la reactancia (X)
es la parte imaginaria de la impedancia (Z) y la resistencia (R) es la parte real,
según la igualdad:
2.4.1 Tipos de Reactancia: Cuando circula corriente alterna por alguno de dos
elementos que poseen reactancia, la energía es alternativamente almacenada y
liberada en forma de campo magnético, en el caso de las bobinas, o de campo
eléctrico, en el caso de los condensadores. Esto produce un adelanto o atraso
entre la onda de corriente y la onda de tensión.
Este desfase hace disminuir la potencia entregada a una carga resistiva conectada
tras la reactancia sin consumir energía.
Si se realiza una representación vectorial de la reactancia inductiva y de la
capacitiva, estos vectores se deberán dibujar en sentido opuesto y sobre el eje
imaginario, ya que las impedancias se calculan como y
respectivamente.
No obstante, las bobinas y condensadores reales presentan una resistencia
asociada, que en el caso de las bobinas se considera en serie con el elemento, y
en el caso de los condensadores en paralelo. En esos casos, y como ya se indicó
arriba, la impedancia (Z) total es la suma vectorial de la resistencia (R) y la
reactancia (X).
En fórmulas:
Donde:
"j" es la unidad imaginaria Es la reactancia en Ohm .ω es la
frecuencia angular a la cual está sometido el elemento, L y C son los valores de
inductancia y capacidad respectivamente.
Dependiendo del valor de la energía y la reactancia se dice que el circuito
presenta:
Si , reactancia Inductiva
Sí , no hay reactancia y la impedancia es puramente Resistiva
Si , reactancia Capacitiva
Reactancia capacitiva:
La reactancia capacitiva se representa por y su valor viene dado por la
fórmula:
En la que:
Xc= Reactancia capacitiva en ohms
= Capacidad eléctrica en farads
= Frecuencia en hertzs
= Frecuencia angular
Reactancia inductiva:
La reactancia inductiva es representada por y su valor viene dado por:
En la que:
= Reactancia inductiva en ohm
= Inductancia en henrios
= Frecuencia en hertz
= Frecuencia angular
2.5 Potencia Compleja: La potencia compleja es:
Esto se observa en el triángulo de potencias descrito en apartados anteriores:
Imagen Triángulo de potencias.
Esta forma de expresar la potencia tendrá:
Un módulo que corresponde con: S=V.I
Una parte real que será: la potencia activa
Una parte imaginaria, siendo: la potencia reactiva.
2.6 Reactores:
2.6.1 Reactores con Núcleo de Hierro: Son
dispositivos que constan de una o varias bobinas
colocadas en un núcleo magnético abierto en
uno o más puntos del recorrido del flujo
magnético. Esta característica proporciona un
valor constante de su inductancia dentro de un
margen de corriente.
2.6.2 Reactores con Núcleo de Aire: Los reactores con núcleo de aire consisten
de una bobina en la que no está presente
material ferromagnético. Este hecho garantiza
un valor constante de la inductancia sin
importar la magnitud de la corriente. La
linealidad de la inductancia también se
mantiene invariable aún para frecuencias de
varios Kilohertz. Algunas de las aplicaciones
de estos reactores son: filtros de armónicas,
limitadores de corrientes de cortocircuito en interruptores, en neutros de
transformadores o generadores, trampas de onda, etc.
Capitulo
El transformador
Un transformador es una máquina estática de corriente alterno, que
permite variar alguna función de la corriente como el voltaje o la intensidad,
manteniendo la frecuencia y la potencia, en el caso de un transformador ideal.
Para lograrlo, transforma la electricidad que le llega al devanado de entrada
en magnetismo para volver a transformarla en electricidad, en las condiciones
deseadas, en el devanado secundario. Permiten así proporcionar una tensión
adecuada a las características de los receptores. También son fundamentales
para el transporte de energía eléctrica a largas distancias a tensiones altas, con
mínimas perdidas y conductores de secciones moderadas.
La importancia de los transformadores, se debe a que, gracias a ellos, ha
sido posible el desarrollo de la industria eléctrica. Su utilización hizo posible la
realización práctica y económica del transporte de energía eléctrica a grandes
distancias.
3
2. Ecuaciones fundamentales
El valor eficaz de la fuerza electromotriz en los devanados del
transformador se determina por las siguientes fórmulas:
U1 = 4,44 BM A f n1
U2 = 4,44 BM A f n2
En donde:
U1 = tensión en devanado primario (voltios)
U2 = tensión en devanado secundario (voltios)
BM = valor máximo de la inducción magnética en el núcleo (Tesla). (En núcleos de
hierro magnéticos de transformador suele tener un valor máximo de 1,4 Tesla)
f = frecuencia de la corriente alterna (Hz)
n1 = número de espiras del devanado primario (adimensional)
n2 = número de espiras del devanado secundario (adimensional)
A = área de la sección recta del núcleo magnético (m2)
Si el primario y el secundario están atravesados por la misma inducción
máxima BM y la sección A del núcleo permanece constante, entonces;
U1 / U2 = n1 /n2
A este cociente se denomina relación de transformación, e indica la relación
entre la tensión de entrada y salida, cuando el transformador está funcionando en
vacío, o sea sin carga, en el secundario.
3. Potencias y eficiencias
Un transformador es esencialmente dos solenoides o inductancias sobre un
mismo núcleo, por consiguiente existirá un desfase entre la tensión y la corriente
que atraviesa ambos devanados.
Las potencias de entrada y salida son :
P1 = U1 I1 cosφ1 (Watios)
P2 = U2 I2 cosφ2 (Watios)
El rendimiento del transformador η es igual:
η = P2 /P1
También existen pérdidas en el núcleo debidas a las corrientes parásitas y
a la histéresis, y pérdidas en los devanados debido al efecto Joule. Todas estas
pérdidas se manifiestan en forma de calor, y disminuyen el rendimiento del
transformador, por consiguiente, el rendimiento real también se puede expresar
como:
η = P2 /( P2 + Pnuc + Pdev)
Los rendimientos reales que se observan en los transformadores son altos,
(al no tener entrehierros como las máquinas rotativas,) y mejoran con el tamaño
del transformador (entre un 80% y un 98%).
4. Circuito equivalente
El devanado secundario de un transformador es equivalente a un generador
ideal de corriente alterna en serie con una resistencia óhmica pura R, en serie con
una reactancia XL, y a su vez en serie con la carga exterior Z, que se le conecte.
5. Circuito equivalente de un transformador
Como en cualquier generador real, la tensión en el secundario va
disminuyendo según aumenta la carga que se conecte, debido a la impedancia
interna que tiene el transformador. Esto indica que la tensión en vacío en el
secundario del transformador siempre es algo superior a la tensión en carga del
mismo.
6. Tensión de salida en un transformador en carga
6.1 Limites de funcionamiento de un transformador
Un transformador se proyecta para unas tensiones dadas de servicio en
primario y secundario y una potencia máxima continua que puede obtenerse en su
secundario. El incrementar la tensión en su primario, y por tanto la corriente en el
mismo, lleva a la saturación del núcleo magnético, con lo que el mismo no es
capaz de transferir más potencia al secundario y el exceso de potencia de entrada
solo produce sobrecalentamientos del núcleo por corrientes parásitas, y del
devanado primario, por efecto Joule, llevando a la rotura del devanado por fallo del
aislante del mismo. Una espira en cortocircuito genera a su vez más calor y
provoca el fallo total del devanado.
En un transformador es fundamental prever una correcta refrigeración del
mismo, y a este fin, los de mayor tamaño ( a partir de algunos kilovatios), están
bañados en aceite refrigerante que actúa también como dieléctrico.
Así pues, la tensión de entrada, la potencia máxima continua de salida, y la
temperatura ambiente, son tres parámetros que no deben sobrepasarse de forma
permanente.
7. Componentes de los transformadores eléctricos
Los transformadores están compuestos de diferentes elementos. Los
componentes básicos son:
Modelización de un transformador monofásico ideal
7.1. Núcleo: Este elemento está constituido por chapas de acero al silicio aisladas
entre ellas. El núcleo de los transformadores está compuesto por las columnas,
que es la parte donde se montan los devanados, y las culatas, que es la parte
donde se realiza la unión entre las columnas. El núcleo se utiliza para conducir
el flujo magnético, ya que es un gran conductor magnético.
7.2. Devanados: El devanado es un hilo de cobre enrollado a través del núcleo en
uno de sus extremos y recubiertos por una capa aislante, que suele ser barniz.
Está compuesto por dos bobinas, la primaria y la secundaria. La relación de
vueltas del hilo de cobre entre el primario y el secundario nos indicará la relación
de transformación. El nombre de primario y secundario es totalmente simbólico.
Por definición allá donde apliquemos la tensión de entrada será el primario
y donde obtengamos la tensión de salida será el secundario.
Esquema básico y funcionamiento del transformador
Esquema básico de funcionamiento de un transformador ideal
Los transformadores se basan en la inducción electromagnética. Al aplicar
una fuerza electromotriz en el devanado primario, es decir una tensión, se origina
un flujo magnético en el núcleo de hierro. Este flujo viajará desde el devanado
primario hasta el secundario. Con su movimiento originará una fuerza
electromagnética en el devanado secundario.
Según la Ley de Lenz, necesitamos que la corriente sea alterna para que se
produzca esta variación de flujo. En el caso de corriente continua el transformador
no se puede utilizar.
8. La relación de transformación del transformador eléctrico
Una vez entendido el funcionamiento del transformador vamos a observar
cuál es la relación de transformación de este elemento.
Donde N p es el número de vueltas del devanado del primario, N s el
número de vueltas del secundario, V p la tensión aplicada en el primario, V s la
obtenida en el secundario, I s la intensidad que llega al primario, I p la generada
por el secundario y r t la relación de transformación.
Como observamos en este ejemplo si queremos ampliar la tensión en el
secundario tenemos que poner más vueltas en el secundario (N s), pasa lo
contrario si queremos reducir la tensión del secundario.
9. Tipos de transformadores eléctricos
Hay muchos tipos de transformadores pero todos están basados en los
mismos principios básicos, Pueden clasificarse en dos grandes grupos de tipos
básicos: transformadores de potencia y de medida.
9.1 Transformadores de potencia
Los transformadores eléctricos de potencia sirven para variar los valores de
tensión de un circuito de corriente alterna, manteniendo su potencia. Como ya se
ha explicado anteriormente en este recurso, su funcionamiento se basa en el
fenómeno de la inducción electromagnética.
9.2 Transformadores eléctricos elevadores
Los transformadores eléctricos elevadores tienen la capacidad de aumentar
el voltaje de salida en relación al voltaje de entrada. En estos transformadores el
número de espiras del devanado secundario es mayor al del devanado primario.
Modelización de un transformador elevador
9.3 Transformadores eléctricos reductores
Los transformadores eléctricos reductores tienen la capacidad de disminuir
el voltaje de salida en relación al voltaje de entrada. En estos transformadores el
número de espiras del devanado primario es mayor al secundario.
Podemos observar que cualquier transformador elevador puede actuar
como reductor, si lo conectamos al revés, del mismo modo que un transformador
reductor puede convertirse en elevador.
Modelización de un transformador reductor
9.4 Autotransformadores
Modelización de un autotransformador
Se utilizan cuando es necesario cambiar el valor de un voltaje, pero en
cantidades muy pequeñas. La solución consiste en montar las bobinas de manera
sumatoria. La tensión, en este caso, no se introduciría en el devanado primario
para salir por el secundario, sino que entra por un punto intermedio de la única
bobina existente.
Esta tensión de entrada (V p) únicamente recorre un determinado número
de espiras (N p), mientras que la tensión de salida (V s) tiene que recorrer la
totalidad de las espiras (N s).
9.5 Transformadores de potencia con derivación
Son transformadores de elevación o reducción, es decir, elevadores o
reductores, con un número de espiras que puede variarse según la necesidad.
Este número de espiras se puede modificar siempre y cuando el transformador no
esté en marcha. Normalmente la diferencia entre valores es del 2,5% y sirve para
poder ajustar el transformador a su puesto de trabajo.
9.7 Transformadores eléctricos de medida
Sirven para variar los valores de grandes tensiones o intensidades para poderlas
medir sin peligro.
9.8 Transformadores eléctricos de intensidad
El transformador de intensidad toma una muestra de la corriente de la línea
a través del devanado primario y lo reduce hasta un nivel seguro para medirlo. Su
devanado secundario está enrollado alrededor de un anillo de material ferro
magnético y su primario está formado por un único conductor, que pasa por dentro
del anillo.
El anillo recoge una pequeña muestra del flujo magnético de la línea
primaria, que induce una tensión y hace circular una corriente por la bobina
secundaria.
9.9 Transformador eléctrico potencial
Se trata de una máquina con un devanado primario de alta tensión y uno
secundario de baja tensión. Su única misión es facilitar una muestra del primero
que pueda ser medida por los diferentes aparatos.
Posibles conexiones de un transformador trifásico con la fuente de alimentación
9.10 Transformadores trifásicos
Debido a que el transporte y generación de electricidad se realiza de forma
trifásica, se han construido transformadores de estas características.
Hay dos maneras de construirlos: una es mediante tres transformadores
monofásicos y la otra con tres bobinas sobre un núcleo común.
Esta última opción es mejor debido a que es más pequeño, más ligero, más
económico y ligeramente más eficiente.
La conexión de este transformador puede ser:
Estrella-estrella
Estrella-triángulo
Triángulo-estrella
Triángulo-triángulo
10. Transformador ideal y transformador real
En un transformador ideal, la potencia que tenemos en la entrada es igual a
la potencia que tenemos en la salida, esto quiere decir que:
Pero en la realidad, en los transformadores reales existen pequeñas
pérdidas que se manifiestan en forma de calor. Estas pérdidas las causan los
materiales que componen un transformador eléctrico.
En los conductores de los devanados existe una resistencia al paso del
corriente que tiene relación con la resistividad del material del cual están
compuestos. Además, existen efectos por dispersión de flujo magnético en los
devanados. Finalmente, hay que considerar los posibles efectos por histéresis
o las corrientes de Foucault en el núcleo del transformador.
10.1 Pérdidas en los transformadores reales
Las diferentes pérdidas que tiene un transformador real son:
Pérdidas en el cobre: Debidas a la resistencia propia del cobre al paso de la
corriente
10.1.1 Pérdidas por corrientes parásitas: Son producidas por la resistencia que
presenta el núcleo ferro magnético al ser atravesado por el flujo magnético.
10.1.2 Pérdidas por histéresis: Son provocadas por la diferencia en el recorrido
de las líneas de campo magnético cuando circulan en diferente sentido cada
medio ciclo.
10.1.3 Pérdidas a causa de los flujos de dispersión en el primario y en el
secundario: Estos flujos provocan un auto inductancia en las bobinas primarias y
secundarias.
11. Aplicaciones de los transformadores
Los transformadores son elementos muy utilizados en la red eléctrica.
Una vez generada la electricidad en el generador de las centrales, y antes
de enviarla a la red, se utilizan los transformadores elevadores para elevar la
tensión y reducir así las pérdidas en el transporte producidas por el efecto Joule.
Una vez transportada se utilizan los transformadores reductores para darle a esta
electricidad unos valores con los que podamos trabajar.
Los transformadores también son usados por la mayoría
de electrodomésticos y aparatos electrónicos, ya que estos trabajan, normalmente,
a tensiones de un valor inferior al suministrado por la red
Por último hacer mención a que uno de los elementos de seguridad
eléctrica del hogar utiliza transformadores. Se trata del diferencial . Este
dispositivo utiliza transformadores para comparar la intensidad que entra con la
que sale del hogar. Si la diferencia entre estos es mayor a 10 mA desconecta el
circuito evitando que podamos sufrir lesiones.
Capitulo
Máquinas de Corriente Directa
Las máquinas de corriente continua fueron las primeras que se
construyeron. Actualmente tienden a utilizarse poco como generador, puesto que
se sustituye por las de corriente alterna. Como motor tiene grandes
inconvenientes: son más caros, tienen problemas de mantenimiento, técnicos...
Éstos se utilizan en siderurgia, en tracción eléctrica de trayectos cortos...
Las máquinas de corriente continua son reversibles, es decir, la misma máquina
puede trabajar como generador o como motor:
La corriente continua presenta grandes ventajas, entre las cuales está su
capacidad para ser almacenada de una forma relativamente sencilla. Ésto, junto a
una serie de características peculiares de los motores de corriente continua, y de
aplicaciones de procesos electrolíticos, tracción eléctrica, entre otros, hacen que
existen diversas instalaciones que trabajan basándose en la corriente continua.
4
Los generadores de corriente continua son las mismas máquinas que
transforman la energía mecánica en eléctrica. No existe diferencia real entre un
generador y un motor, a excepción del sentido de flujo de potencia. Los
generadores se clasifican de acuerdo con la forma en que se provee el flujo de
campo, y éstos son de excitación independiente, derivación, serie, excitación
compuesta acumulativa y compuesta diferencial, y además difieren de sus
características terminales (voltaje, corriente) y por lo tanto en el tipo de utilización.
Las máquinas de corriente continua son generadores que convierten
energía mecánica en energía eléctrica de corriente continua, y motores que
convierten energía eléctrica de corriente continua en energía mecánica.
La mayoría las máquinas de corriente continua son semejantes a las
máquinas de corriente alterna ya que en su interior tienen corrientes y voltajes de
corriente alterna. Las máquinas de corriente continua tienen corriente continua
sólo en su circuito exterior debido a la existencia de un mecanismo que convierte
los voltajes internos de corriente alterna en voltajes corriente continua en los
terminales.
Este mecanismo se llama colector, y por ello las máquinas de corriente
continua se conocen también como máquinas con colector
2. Partes básicas de una máquina de corriente continua
Partes de una maquina dc.
Estator: Parte fija formada por polos salientes y culata.
Inductor: Devanado formado por bobinas situadas alrededor del núcleo de los
polos principales. que al ser recorridos por la corriente de excitación crea el campo
magnético inductor .
Rotor: Parte móvil que gira alrededor del eje.
Entrehierro: Distancia entre los polos principales y el rotor.
Inducido: Devanado situado en las ranuras del rotor y que por la influencia
del campo eléctrico, es objeto de fuerzas electromotrices inducidas y de fuerzas
mecánicas.
Zonas neutras: Puntos del inducido en los que el campo es nulo.
Colector: Cilindro formado por delgas de cobre endurecido separadas por
aislante, conectadas al inducido y giran conjuntamente con él.
Escobillas: Piezas conductoras metalografíticas resistentes al rozamiento que
estando fijas frotan con el colector móvil conectando el inducido con el exterior,
al tiempo que provoca la conmutación para que trabaje con corriente continua.
Polos auxiliares: Polos salientes situados entre los polos principales. cuyo
arrollamiento está conectado en serie con el inducido de forma que al crear un
campo contrario al de reacción del inducido evita sus problemas y provoca una
buena conmutación sin chispas.
3. Funcionamiento
Una máquina de corriente continua es una maquina reversible es decir
funciona como generador y como motor dependiendo de que configuración se
necesite.
4. Funcionamiento como Generador.
Si una armadura gira entre dos polos de campo fijos, la corriente en la
armadura se mueve en una dirección durante la mitad de cada revolución, y en la
otra dirección durante la otra mitad. Para producir un flujo constante de corriente
en una dirección, o continua, en un aparato determinado, es necesario disponer de
un medio para invertir el flujo de corriente fuera del generador una vez durante
cada revolución.
En las máquinas antiguas esta inversión se llevaba a cabo mediante un
conmutador, un anillo de metal partido montado sobre el eje de una armadura.
Las dos mitades del anillo se aislaban entre sí y servían como bornes de la
bobina. Las escobillas fijas de metal o de carbón se mantenían en contra del
conmutador, que al girar conectaba eléctricamente la bobina a los cables externos.
Cuando la armadura giraba, cada escobilla estaba en contacto de forma
alternativa con las mitades del conmutador, cambiando la posición en el momento
en el que la corriente invertía su dirección dentro de la bobina de la armadura. Así
se producía un flujo de corriente de una dirección en el circuito exterior al que el
generador estaba conectado.
Los generadores de corriente continua funcionan normalmente a voltajes
bastante bajos para evitar las chispas que se producen entre las escobillas y el
conmutador a voltajes altos.
El potencial más alto desarrollado para este tipo de generadores suele ser
de 1.500 V. En algunas máquinas más modernas esta inversión se realiza usando
aparatos de potencia electrónica, como por ejemplo rectificadores de diodo.
5. Funcionamiento como motor.
En general, los motores de corriente continua son similares en
su construcción a los generadores. De hecho podrían describirse como
generadores que funcionan al revés. Cuando la corriente pasa a través de la
armadura de un motor de corriente continua, se genera un par de fuerzas por la
reacción magnética, y la armadura gira.
La acción del conmutador y de las conexiones de las bobinas del campo de
los motores son exactamente las mismas que usan los generadores.
La revolución de la armadura induce un voltaje en las bobinas de ésta. Este voltaje
es opuesto en la dirección al voltaje exterior que se aplica a la armadura, y de ahí
que se conozca como voltaje inducido o fuerza contraelectromotriz.
Cuando el motor gira más rápido, el voltaje inducido aumenta hasta que es
casi igual al aplicado. La corriente entonces es pequeña, y la velocidad del motor
permanecerá constante siempre que el motor no esté bajo carga y tenga que
realizar otro trabajo mecánico que no sea el requerido para mover la armadura.
Bajo carga, la armadura gira más lentamente, reduciendo el voltaje inducido y
permitiendo que fluya una corriente mayor en la armadura.
El motor puede así recibir más potencia eléctrica de la fuente,
suministrándola y haciendo más trabajo mecánico.
6. Existen varios procesos y modificaciones en cuanto a la
construcción de las maquinas en dc.
Se dividen en:
Construcción de los polos y la estructura.
Construcción del rotor o armadura.
Colector y escobillas.
Aislamiento de los devanados.
6.1 Construcción de los polos y la estructura.
Piezas embutidas de polo principal y de conmutación: Estas piezas suelen
ser más gruesas que las del rotor porque sólo las caras polares están sujetas a
cambios de flujo de alta frecuencia; las piezas son de 0.062 a 0.125 pulgadas de
grueso y por lo general van remachadas.
6.1.1 Guarnición de carcasa: Es común que esta pieza esté fabricada de
placa de acero blando laminado pero, en grandes generadores de
alta demanda en donde se presentan cambios rápidos de carga, se pueden usar
laminaciones. La carcasa sólida tiene una constante magnética de tiempo de 1/2 s
o más, dependiendo de su grosor; la de la carcasa laminada va de 0.05 a 0.005
s.6.2.
6.2 Construcción del rotor o armadura. Piezas embutidas del núcleo de
armadura Por lo general, estas piezas son de acero laminado eléctrico de alta
permeabilidad, de 0.017 a 0.025 pulgadas de grueso, y tienen entre ellas una
película aislante. Las unidades pequeñas y medianas utilizan piezas embutidas
segméntales como las que se ilustran en la figura 4, que también muestra los
dedos que se usan para formar los ductos de ventilación.
6.3 Colector y escobillas
6.3.1 Colector: El colector consta de delgas de cobre electrolítico, aisladas entre sí
por separadores de micanita. Forma un cuerpo anular estratificado en todo el
perímetro, que va aislado respecto a las piezas soporte. Para evitar vibraciones
posteriores por solicitaciones térmicas o mecánicas y para conferirle mayor
estabilidad mecánica, se trabaja con micanita especial con un reducido contenido
en conglomerante del 3 % para las láminas aislantes y del 5 % para el aislamiento
del cuerpo.
De acuerdo con la aplicación, se diferencian cinco tipos básicos de
construcción de colectores:
Colector de cola de milano simple.
Colector de cola de milano doble.
Colector suspendido o de membrana.
Colector cónico.
Colector de material prensado.
El cuerpo anular del colector de cola de milano, tras un prensado radial
cuidadoso, se le tornea en forma de cola de milano por ambos extremos y se le
sujeta con un anillo aislante de la forma correspondiente. En colectores largos de
alta velocidad periférica, a veces es necesario emplear un colector de cola de
milano doble debido a la muy alta solicitación.
El colector suspendido o de membrana, se utiliza en máquinas de muy
altas revoluciones, por ejemplo, en turbogeneradores o máquinas de vaivén. El
cuerpo anular, que es sostenido radialmente con anillos de contracción, va fijado
en el lado del devanado a un anillo soporte prensado al eje, mientras que el otro
lado es guiado por un disco elástico (membrana) apoyado sobre el eje. Este
permite una dilatación axial del colector, y reduce con ello la solicitación por
efectos mecánicos y térmicos. Este tipo de construcción es efectivamente cara,
pero satisface cualquier exigencia especial en relación con la resistencia.
El colector cónico surgió con motivo de la exigencia de un diámetro
grande del eje y un diámetro pequeño del colector para velocidad periférica
máxima. El cuerpo anular tiene en ambos extremos un taladro cónico.
Se le soporta en sentido radial mediante anillos de contracción, en el lado
del devanado se apoya en el eje cónico y se retiene con un anillo cónico.
El colector de material prensado posee un cuerpo soporte de
conglomerado de resina sintética, en el que se funde el cuerpo formado por las
delgas. Los suplementos previstos en el canto interior de las delgas de cobre
aseguran la unión con el material prensado. Un casquillo de acero incrustado
ofrece una transmisión directa de todo el colector con el eje. El colector de mate-
rial prensado se utiliza fundamentalmente en pequeñas máquinas hasta un
diámetro de colector de 200 mm.
Carbones y porta carbones. Estas piezas se seleccionan de diseños
disponibles para limitar la densidad de corriente de carbones entre 60 y 70 A/in2 a
plena carga, para obtener la distancia de guarda individual necesaria, y para
obtener un calentamiento aceptable del conmutador.
Escobilla de carbón (o simplemente carbones): Estas piezas se deslizan
sobre las barras del conmutador y llevan la corriente de carga de las bobinas del
rotor al circuito externo. Los portacarbones sujetan los carbones contra la
superficie del conmutador mediante resortes, para mantener
una presión razonablemente constante y que se deslicen de modo uniforme.
6.4 Aislamiento de los devanados
Elevaciones permisibles de temperatura media: Las elevaciones permisibles
en la temperatura de las partes están limitadas por la temperatura máxima de
"lugar caliente" que el aislamiento puede resistir y aún tener vida útil razonable.
Las temperaturas máximas superficiales están fijadas por el gradiente de
temperatura por el aislamiento desde el lugar caliente hasta la superficie.
Las normas de aislamiento del IEEE han establecido las temperaturas de
límite para lugar caliente para sistemas de aislamiento. La norma C50.4 del
American National Standards Institute para máquinas de cd enumera los
gradientes típicos para esos sistemas e indica calentamientos aceptables de
superficies y de promedio de cobre arriba de las temperaturas especificadas, para
diversos recintos en máquinas y ciclos de trabajo. Los valores típicos son
elevaciones de 40ºC para sistemas Clase A, 60ºC para Clase B y 80ºC para Clase
F en bobinas de armadura. Por lo general, los sistemas Clase H contienen
siliconas y raras veces se usan en máquinas de cd de tamaño mediano y grande.
Los vapores de siliconas pueden ocasionar un desgaste muy acelerado en los
carbones del conmutador e intenso chisporroteo, en particular en máquinas
cerradas.
Conclusión
En este trabajo se han dado a conocer diversos tipos de máquinas
eléctricas. Las cuales pueden ser utilizadas en distintas aras de trabajo, y las
podemos conseguir en distintas parte ser utilizadas en cualquier área del ser
humano. Con ellas podemos simplificar el trabajo. Por otra parte tenemos el
Transformador y su importancia, se debe a que, gracias a ellos, ha sido posible el
desarrollo de la industria eléctrica. Su utilización hizo posible la realización práctica
y económica del transporte de energía eléctrica a grandes distancias. Estos dos
ejemplos nos hacen darnos cuenta cuán útiles son estas máquinas y que sin
darnos cuenta giran en torno a nosotros y simplifican nuestro diario vivir.
También nos interiorizamos en las partes principales de estas máquinas, ya
que si estamos viviendo con ellas hay que saber cómo y porque funcionan. Ya que
al asombrarnos de alguna maquina n general por su fuerza o eficacia, no debemos
olvidar que tras ella hay un corazón que vendría siendo el motor, el cual siempre
tiene que estar en perfectas condiciones.
Las máquinas son eficaces y capaces de desarrollar grandes cantidades de
flujo sin un gran concepto de teoría científica y de procesos largos y dificultosos.
El gran problema de las máquinas es su fabricación, ya que se debe optar
por el mejor diseño para que evite la mayoría de pérdidas y tal vez por eso su
demanda cada vez va decayendo pero hay esta nuestro trabajo.
