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BIBLIOGRAFIA
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ENRIQUEZHARPER,Gilberto,ElABCdelasMáquinasEléctricasI,México,E
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CHAPMAN, S. Máquinas Eléctricas. Editorial Mc. Grawn Hill. 1987 ALLER,José,MáquinasEléctricasRotativas,Ed.Equinoccio,Caracas,2007.
GUTIERREZ,Agustín,TeoríayAnálisisdeMáquinasEléctricas,UNI-
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KOSOW,Irving,MáquinasEléctricasyTransformadores,Ed.PrenticeHall,M
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01/09/2014 Profesor: Msc. César López Aguilar 2
CONCEPTOS GENERALES DE MAQUINAS
ELÉCTRICAS INTRODUCCIÓN
En los cursos previos como es el de CIRCUITOS
ELECTRICOS, hemos estudiado la Tensión y Corriente
en el dominio del tiempo y de la frecuencia, hemos
aprendido a través de los circuitos acoplados
magnéticamente los principios básicos del fenómeno de la
inducción electromagnética.
Estos principios son aplicados a las máquinas eléctricas
que son unos 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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Componentes a
través de los
cuales recibe la
energía del
exterior bajo
forma dada
MáquinaEléctrica
ENTRADA
Componentes a
través de las cuales
la energía se
entrega bajo una
forma distinta
salvo el caso de los
transformadores
SALIDA
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CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
SEGÚN EL TIPO DE CORRIENTE ELÉCTRICA CON LA CUAL OPERAN
A.-Máquinas de Corriente Continua
Generadores de Corriente Continua
Motores de Corriente Continua
B.-Máquinas de Corriente Alterna
Generadores de Corriente Alterna (Monofásicos/Trifásicos;Síncrono/Asíncrono)
Motores de Corriente Alterna (Monofásicos/Trifásicos ;Síncrono/Asíncrono)
Transformadores Eléctricos
CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
CLASIFICACIÓN POR NIVEL DE POTENCIA
A.- Micromáquinas.-Cuya potencia varía de décimas de watt
hasta 500w. Estas máquinas trabajan tanto en C.A. como en C.C.,
así como a altas frecuencias (400-200Hz).
B.- De pequeña potencia.-.0.5-10 kW. Funcionan tanto en c.a.como en c.c .y, en frecuencia normal(50-60Hz ó más).
C.- De potencia media.- 10kW hasta varios cientos de kW.
D.- De gran potencia.- Mayor de100kW. Por lo general las
máquinas de media y gran potencia funcionan a frecuencia
industrial.
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CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
CLASIFICACIÓN POR FRECUENCIA DE GIRO
De baja velocidad : con velocidad menor de 300 r.p.m.;
De velocidad media : (300 -1500 r.p.m.);
De altas velocidades : (1500 -6000 r.p.m.);
De extra altas velocidades: (mayor de 6000 r.p.m.).
Las micro máquinas se diseñan para velocidad es de algunos r.p.m. hasta 6000 r.p.m.
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CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
• CLASIFICACIÓN MODERNA DE LAS MÁQUINAS
ELÉCTRICAS
A.-Máquinas Eléctricas Estáticas
• Transformadores Eléctricos
• Convertidores e Invertidores
B.-Máquinas Eléctricas Rotativas
• Generadores Eléctricos
• Motores Eléctricos (De Corriente Continua / De
Corriente Alterna)
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NIVELES DE TENSIÓNNorma Técnica de Calidad de los Servicios Eléctricos
(D.S. Nº 020-97-EM)
Existen 04 Niveles de Tensión:
Muy Alta Tensión : >100 KV
Alta Tensión : [30 Kv, 100 KV>
Media Tensión : <1 KV, 30 KV>
Baja Tensión : <1 KV
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R.M.N°091-2002-EM/ VME.- Aprueban Norma DGE-Terminología en Electricidad y Norma DGE-Símbolos Gráficos en Electricidad( 2002-03-30)
GENERADOR MOTOR
TRANSFORMADORCambia el Nivel de
Voltaje
Energía MecánicaRPM
Energía Eléctrica de VoltajeV2
Energía Eléctrica deVoltajeV1
Energía MecánicaRPM
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CARACTERÍSTICAS COMUNES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS
• Es necesario definir las características fundamentalesde las máquinas eléctricas:
1.Potencia
2.Tensión
3.Corriente
4.Factor de Potencia
5.Frecuencia
6.Rendimiento
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1.POTENCIA
En general es la potencia útil, que entrega o produce unamáquina eléctrica en sus terminales de salida. De allí que, laPOTENCIA ÚTIL en los Generadores y Transformadores es la“POTENCIA ELÉCTRICA” lo que comúnmente llamamos potenciaen los bornes, mientras que en los Motores es la “POTENCIAMECÁNICA”, llamado también potencia en el eje.
POTENCIA NOMINALEs la potencia útil disponible que entrega o produce en régimen
nominal (condiciones específicas de diseño: T°<75°C, duración defuncionamiento) una máquina eléctrica. A condiciones diferentesse llama POTENCIA ÚTIL o POTENCIA DE TRABAJO.
POTENCIA NOMINAL = POTENCIA A PLENA CARGA
POTENCIA NULA = TRABAJA EN VACIO
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LA POTENCIA QUE FIGURA EN LAS PLACAS CARACTERISTICAS SON LAS POTENCIAS NOMINALES
POTECIA NOMINAL DE UN
GENERADOR
POTECIA NOMINAL DE UN
MOTOR
POTECIA NOMINAL DE UN
TRANSFORMADOR
Potencia Aparente en los bornes del
Secundario
Potencia Aparente en los bornes del
Secundario
Potencia Mecánica disponible en el eje
de Salida
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POTENCIA ELECTRICA = POTENCIA APARENTE
POTENCIA APARENTE(S)
• Es la Potencia Eléctrica Total de una máquinaeléctrica que involucra tanto a la Potencia Activacomo la Potencia Reactiva.
• Sistema Monofásico S=VxI
• Sistema Trifásico S=√3xVxI
• La unidad es el VOLTIO–AMPERIO(VA)
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POTENCIA ACTIVA (P)
Es la parte de la Potencia Eléctrica que realmente se transforma en el accionamiento mecánico (Potencia Mecánica) viceversa.
Sistema Monofásico P = V x I x cosθ
Sistema Trifásico P = √3 x V x I x cosθ
La unidad es el WATT (W)
P = (F x V x 0,736 ) / 75
P= Potencia Activa en kW F= Fuerza Tangencial en Kg
V= Velocidad Periférica en m/s
P= (F x Πx 2 x r x n x 0,736 ) / (75 x 60)
P= Potencia Activa en KW F= Fuerza Tangencial en Kg
r= Radio del eje de rotación o de la polea en m
n= N° de revoluciones por minuto
P = (HPx0,746 ) / (η)
P= Potencia Activa en kW HP= Potencia Mecánica en HP
η= Eficiencia de la Máquina01/09/2014 Profesor: Msc. César López Aguilar 16
POTENCIA REACTIVA (Q)
Es la parte de la Potencia Eléctrica que crea los campos magnéticos.
Sistema Monofásico Q = V x I x senθ
Sistema Trifásico Q = √3 x V x I x senθ
La unidad es el VOLTIO AMPERIO REACTIVO (VAR)
Potencia Reactiva Capacitiva o Potencia ReactivaSuministrada
Potencia Reactiva Inductiva o Potencia Reactiva Absorbida
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2.-TENSIÓNEs la diferencia de potencial entre los bornes de salida eléctrica en
generadores y transformadores, y bornes de entrada en losmotores.
En servicio normal la tensiones función de la carga, en algunoscasos dependen de los órganos reguladores adicionales.
TENSIÓN NOMINAL(VN)Es aquella para la cual la máquina ha sido diseñada (o
dimensionada). Es la que figura en la placa y para la cual valen lasgarantías del fabricante.
TENSIÓN DE SERVICIO(V servicio)
Es el valor de la tensión en los bornes de la máquina cuando estáen servicio, es decir, es la tensión que va ha ceder si es generadoro recibir y ceder si es transformador o recibir si es motor, en ellugar donde se instalan.
V servicio máximo admisible = 1,15 VN
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• 3.-CORRIENTENOMINAL
• Sistema Monofásico I= WN/ (VN x cosθ)
• Sistema Trifásico I= WN/ (√3 x VN x cosθ)
• Si la máquina se sobrecarga la corrientesobrepasa de un 10% a 15% su valor nominal.
• La Corriente de Arranque llega a valores de 2 IN
a 5 IN.
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• 4.-FACTORDEPOTENCIA(cosθ)
• Es la relación entre la potencia activa y lapotencia aparente, siempre que las tensionesy las corrientes sean sinusoidales.
cosθ= P / S
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• 5.-FRECUENCIA(f)
• Es el numero de oscilaciones periódicas completasde la onda fundamental durante un segundo.
• En los generadores de corriente alterna la frecuenciaesta dada por:
f = P. n / 60
• P=Par de polos de la máquina
• n=revoluciones por minuto(RPM)
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• 6.-RENDIMIENTO(η)
• Es la relación entre la potencia suministrada y la potencia absorbida por la máquina.
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PRACTICA DE AUTOCOMPROBACION
1. Defina una máquina eléctrica.
2. Cuales son las principales máquinas eléctricas.
3. Cuál es la diferencia entre un transformador y un motor.
4. Cuál es la diferencia entre un generador y un motor eléctrico.
5. Una bomba, un compresor, son máquinas eléctricas. Porqué.
6. Realice una clasificación de máquina de corriente alterna.
7. El transformador que se encuentra en el laboratorio, a qué tipo denivel de potencia y tensión corresponde. El transformador de la UNS aqué tipo de nivel de potencia y tensión corresponde. Adjuntar fotos
8. Los motores que se encuentran en el laboratorio, indicar a que nivelde potencia corresponde y a qué tipo de frecuencia de giro. Adjuntaruna foto.
9. Cuál es la simbología empleada para un motor, transformador y motortrifásico, según la norma DGE 091-2022.
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PRACTICA DE AUTOCOMPROBACION
10. Cuáles son las características comunes de las máquinas eléctricas,indique un valor para cada característica.
11. Qué indica la potencia nominal de un Generador, Un Transformador yun Motor. En qué parte de la máquina se consigna este valor.
12. Para una máquina eléctrica, defina la Potencia Aparente, PotenciaActiva y potencia Reactiva. Cuales son sus unidades.
13. En que lugar se mide la tensión de un Generador, Un Transformadory un Motor. En qué parte de la máquina se consigna este valor.
14. Cuál es la diferencia entre tensión nominal y tensión de servicio delas máquinas eléctricas
15. Cuales son los valores nominales de las tensiones de las máquinaseléctricas.
16. Cuales son las fuentes de tensión trifásicas nominales en el Perú.
17. Cuál es el factor de tensión máxima de servicio de una máquinaeléctrica.
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18.Una máquina eléctrica motora trifásica, de eficiencia 0.85, tiene unapotencia nominal de 20 HP, un factor de potencia de 0.85 y se conectaa una fuente de tensión trifásica 220 V. Calcular
a) La corriente nominal en A.
b) La tensión de servicio máxima admisible.
c) La corriente de sobrecarga en A.
d) La corriente de arranque en A.
e) La Potencia aparente y la potencia reactiva.
19. Repetir los cálculos si la máquina se conecta a una fuente de tensióntrifásica de 460 V.
20. Repetir los cálculos si la máquina se conecta a una fuente de tensióntrifásica de 380/220 V.
21. Calcular la frecuencia de un generador de 02 pares de polos, que gira a1800 rpm
22. Calcular las revoluciones del campo magnético de un motor de 01 parde polos, que se conecta a una frecuencia de 60 Hz
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