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II. Máquinas Eléctricas
Objetivo:Relaciona el principio de funcionamiento de las máquinas
eléctricas con la transformación de energía, a partir de aplicaciones en laindustria .
Relaciona las mediciones de variables de una máquina eléctrica, con lainformación de su placa de características, para determinar su operatividad
Profesor: Sebastián Díaz Azúa
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Se clasifican en dos grandes grupos, según eltipo de red eléctrica a la que se encuentrenconectadas. Así, se tienen:
-Motores eléctricos de corriente alterna.
- Motores eléctricos de corriente continua;(normal y paso a paso)
CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORESELÉCTRICOS
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CLASIFICACIÓN MÁQUINAS ROTATORIAS
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CONCEPTOS PREVIOS
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Magnetismo:
Campo Magnético
La región del espacio donde
se pone de manifiesto la acciónde un imán se llama campomagnético. Este campo serepresenta mediante líneas defuerza, que son unas líneasimaginarias, cerradas, que van delpolo norte al polo sur, por fueradel imán y en sentido contrario enel interior de éste; se representa
con la letra B.
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Magnetismo:
Los imanes
Llamaremos polo
norte del imán al queapunta cerca del PoloNorte geográfico y polosur del imán al que
apunta cerca del PoloSur geográfico. De estaforma el Polo Nortegeográfico está cerca delPolo Sur magnético de laTierra y viceversa.
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Electromagnetismo:
El Experimento de Oersted
Hans Oersted estaba preparandosu clase de física en la Universidad deCopenhague, una tarde del mes deabril de 1820, cuando al mover unabrújula cerca de un cable que conducíacorriente eléctrica notó que la aguja se
deflectaba hasta quedar en unaposición perpendicular a la direccióndel cable. Por primera vez se habíahallado una conexión entre laelectricidad y el magnetismo.
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Electromagnetismo:
El Experimento de Oersted
Del experimento deOersted se deduce que ;
• Una carga en movimientocrea un campo magnético enel espacio que lo rodea.
• Una corriente eléctrica quecircula por un conductorgenera a su alrededor uncampo magnético cuyaintensidad depende de la
intensidad de la corrienteeléctrica y de la distancia delconductor.
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PERMEABILIDAD
0 µ µ
=r
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MAGNETISMO Y ELECTROMAGNETISMOPERMEABILIDAD
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MAGNETISMO Y ELECTROMAGNETISMOPERMEABILIDAD
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CAMPO MAGNÉTICO EN UNA BOBINA
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Creación de campos magnéticosBobina solenoide con
núcleo de aire construida conalambre desnudo de cobreenrollado en forma de espiral yprotegido con barniz aislante. Si aesta bobina le suministramos
corriente eléctrica empleandocualquier fuente de fuerzaelectromotriz, como una batería,por ejemplo, el flujo de lacorriente que circulará a travésde la bobina propiciará laaparición de un campo magnéticode cierta intensidad a sualrededor.
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Electromagnetismo:
Creación de campos magnéticos
Bobina solenoide a la
que se le ha introducidoun núcleo metálico comoel hierro (Fe). Si comparamosla bobina anterior con núcleo de
aire con la bobina de estailustración, veremos que ahoralas líneas de fuerza magnética seencuentran mucho más
intensificadas al haberseconvertido en un electroimán.
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Electromagnetismo :
Corrientes InducidasEn 1831, Michael Faraday observó que
un imán generaba una corriente eléctrica en
las proximidades de una bobina, siempre queel imán o la bobina estuvieran en movimiento.La explicación teórica fue:
• Es necesario un campo magnético variable(imán, bobina o cable en movimiento) paracrear una corriente eléctrica en el cable o enla bobina.
• Esta corriente se conoce como corrienteinducida, y el fenómeno, como inducciónelectromagnética. La corriente eléctricainducida existe mientras dure la variación delcampo magnético.
• La intensidad de la corriente eléctrica es tantomayor cuanto más intenso sea el campomagnético y cuanto más rápido se muevan elimán o la bobina.
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Electromagnetismo :
Corrientes InducidasCondición para inducir una corriente eléctrica:
1. La corriente eléctrica inducida existe mientras dure estavariación, y su intensidad es tanto mayor cuanto másrápida sea dicha variación.
2. Una corriente eléctrica crea a su alrededor un campo
magnético, y un campo magnético variable inducido, asu vez, una corriente eléctrica en un circuito.3. El sentido de la corriente inducida (Ley de Lenz):
“La corriente inducida tiende a oponerse a al causa que
la produce”.
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Aplicación de lascorrientes inducidas
La inducciónelectromagnética es elfundamento del alternador yel dinamo, dispositivos quegeneran corriente, así comode los transformadores ymotores eléctricos, que
convierten la energíaeléctrica en mecánica(movimiento).
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Aplicación de las corrientes inducidasTransformadorLos transformadores son
máquinas estáticas capacesde cambiar los valores de latensión, lo cual, comohemos visto, es necesario.
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• El transformador está formado
por un núcleo de materialsensible al campo magnético,con un bobinado primarioconectado a un generador y un
bobinado secundarioconectado al circuito deutilización.
• La tensión del bobinadoprimario V1 crea un campomagnético que recorre elcircuito magnético y queinduce una tensión V2 en elsecundario. La relación entrelas tensiones se llamarelación de transformación yviene dada por la expresión:
S
P
S
P
N
N
E
E =
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Aplicación de las corrientes inducidasMotor Eléctrico de C.A.:
Un motor es una máquina motriz, esto es, un
aparato que convierte una forma determinadade energía en energía mecánica de rotación opar. Un motor eléctrico convierte la energíaeléctrica en fuerzas de giro por medio de laacción mutua de los campos magnéticos.
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Aplicación de las corrientes inducidasGenerador Eléctrico:Un generador eléctrico, por otra parte, transforma energía
mecánica de rotación en energía eléctrica y se le puede llamar unamáquina generatriz de fem. Las dos formas básicas son elgenerador de corriente continua y el generador de corriente alterna,este último más correctamente llamado alternador.
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Conversión de Energía
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Principio de funcionamiento
de las Máquinas eléctricasLos dos principios en que se basa el funcionamiento decualquier máquina eléctrica
rotativa son los siguientes:• Cuando un conductor se mueve en el interior de uncampo magnético cortando líneas de campo, se genera en
él una fuerza electromotriz. (Generación – Faraday)
• Cuando un conductor, por el que circula unacorriente, se sitúa en el interior de un campo magnéticoactúa sobre él una fuerza de desplazamiento.(Motor – Lenz).
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Principio de funcionamiento
GeneradorGENERADOR
En un conductor que se mueve en el seno de un campomagnético se crea una fuerza electromotriz inducida
Mano izquierda
M: Movimiento del conductor.
B: Dirección del campo
I : Dirección de la corriente
inducida resultante.
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Principio de funcionamiento
Motor
Al hacer circular una corriente por un conductor que se encuentra en el
seno de un campo magnético, actúa una fuerza sobre el mismo.
MOTORMano derecha
D: Desplazamiento,movimiento resultante.
B: Dirección del campo.
I : Dirección de lacorriente aplicada alconductor.
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Izquierda Generador y Derecha Motor
Movimiento delconductor
Regla mano derecha
motores
Regla mano izquierda
generadores
Dirección de la corrienteinducida
Dirección delcampo
Dirección de la corrienteaplicada
Movimiento resultante
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Funcionamiento motor Básico de C.A.
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Funcionamiento motor Básico de C.A.
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MOTOR SINCRONO
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El Motor SincronoEl motor Sincrono
tiene la particularidadde que su velocidadde funcionamiento es
constante en todaslas condiciones decarga que haya hasta
carga completa.
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El Motor SincronoEsta velocidad constante
de funcionamiento se puedeconservar incluso encondiciones en las que elvoltaje de línea sea variable.
Por lo tanto, se trata de unmotor útil para aplicacionesen donde se requiere conocercon precisión la velocidad de
funcionamiento y donde éstadebe ser invariable.
Grupo motor generador 300 KW,1200 rpm.
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VELOCIDAD DEL CAMPO GIRATORIO.
La dirección del campo giratorio es unidireccional yde magnitud constante.
La velocidad del campo giratorio, es la velocidadsíncrona (ns), se determina como :
ns = 60 f / Pp
f = frecuencia (Hz.), Pp= No. de pares de polos de lasbobinas.
Si el rotor esta en reposo, su velocidad nr es cero yla velocidad relativa entre campo giratorio y rotor, esmáxima y no pueden acoplarse los polos opuestos delestator y rotor, es la razón por la cual no tiene par de
arranque.A. GARDUÑO GARCÍA
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PAR DE ARRANQUE.
• El motor síncrono, tiene construcción idéntica al generadorsíncrono.
• No tiene par de arranque, por la diferencia de velocidadentre el campo giratorio del estator (ns= 60f/ Pp) y la del
rotor (nr= 0), para el arranque se anexa un devanado jaula
de ardilla (amortiguador) por lo que recibe el nombre demotor síncrono de inducción.
• Cuando no tiene devanado jaula de ardilla se arranca si setrabaja inicialmente como generador cumpliendo lascondiciones de acoplamiento en paralelo, paso siguiente setrabaja como motor al desconectar de la fuente alimentación
la maquina que lo impulso.A. GARDUÑO GARCÍA
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ImportanteUna de las peculiaridades que hace del
motor Sincrono un sistema cuyamanipulación íntima es solo apta parapersonal especializado es que, para
potencias elevadas, el arranque del motorha de hacerse con ayuda de otros
dispositivos, pues mientras su rotor noalcanza la velocidad de sincronismo hay
que ayudarle con esmero.
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COMPONENTES DEL MOTORSÍNCRONO.
Componentes del motor síncrono de inducción.
A. GARDUÑO GARCÍA
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COMPONENTES DEL MOTOR
SÍNCRONO.
Í
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TIPOS DE MOTORES SÍNCRONOS.
MS 600 Hp. 1200rpm.para bomba centrifuga. MS 900 Hp. F.P. adelantado, 600 rpm,planta de cemento.
MS 1500 Hp , 277 rpm.MS 1000 H.p. 180 rpm, planta de cemento.A. GARDUÑO GARCÍA
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CURVAS "V" DEL MOTOR
SÍNCRONO.
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Línea de F:P unitario
Media carga
Sin carga
Plena carga a F.P= 1
Plena carga con F.P.= 0.8 +
ATRASO
ADELANTO
0 25 50 75 100 125
40
80
120
160
200
% de corriente de excitación
% d
e c a
r g a p l e n a
100
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CONDENSADOR SÍNCRONO
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CONDENSADOR SÍNCRONO.
Línea de F:P unitario
Sin carga
ADELANTO
0 25 50 75 100 125 150
40
80
120
160
200
% de corriente de excitación
% d
e c a r g a p l e n a
100
A. GARDUÑO GARCÍA
Í
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CONDENSADOR SÍNCRONO
Condensador síncronoenfriamiento con H2,
25 MVA 900 rpm, 60 Hz.
Condensador síncronoenfriamiento con H2
75 MVA, 750 rpm, 50 Hz.
Potencia de entradaCS
Potenciareactiva
A. GARDUÑO GARCÍA
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MOTORES ASINCRONOSTRIFASICOS
M AM t A íí dd
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los motores asíncronos
se clasifican de acuerdoa la forma deconstrucción del rotor.
Las bobinas del estator inducecorriente alterna en el circuito eléctrico
del rotor (de manera algo similar a untransformador) y el rotor es obligado agirar.
El rotor consta de uncierto número de
barras de cobre o dealuminio, conectadaseléctricamente poranillos de aluminiofinales
Rotor de jaula de ardilla
Rotor bobinadoEl motor de jaula de ardilla tiene el inconvenientede que la resistencia del conjunto esinvariable, no así el motor rotor devanado
Motor AsMotor Así í ncrono o dencrono o de
InducciInduccióón:n:
M t AM t A íí dd
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De acuerdo a la forma de construcción del rotor, los
motores asincrónicos se clasifican en:
► Motor Asincrónico tipo Jaula de Ardilla
► Motor Asincrónico de Rotor Bobinado
Motor AsMotor Así í ncrono o dencrono o de
InducciInduccióón:n:
Descripción física de un
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pmotor asíncrono
• Los motores asíncronos constande dos partes:
• El estator : la parte fija de lamáquina, constituido por unacorona de chapas magnéticasaisladas entre sí por medio de
barniz, ranuradas interiormente ysujetas a una carcasa fabricada,por lo general, con fundición dehierro o aluminio. En las ranurasdel estator se dispone undevanado, constituido por unnúmero de fases igual al de lared eléctrica que alimenta elmotor.
Descripción física de un
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pmotor asíncrono
Descripción física de un
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pmotor asíncrono
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MOTOR ROTOR BOBINADOASINCRONO
► Motor Asincrónico
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► Motor Asincrónico
de Rotor Bobinado
Posee un rotor constituido, en
vez de por una jaula, por unaserie de conductoresbobinados sobre él en unaserie de ranuras situadassobre su superficie. De estaforma se tiene un bobinado enel interior del campo
magnético del estator, delmismo número de polos y enmovimiento.
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► Motor Asincrónico de Rotor Bobinado
siendo
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► Motor Asincrónico de Rotor Bobinado
Este rotor es muchomás complicado de
fabricar y mantener queel de jaula de ardilla, peropermite el acceso al
mismo desde el exterior através de unos anillosque son los quecortocircuitan los
bobinados.
Arranque por Resistencias
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Arranque por Resistencias
Rotóricas
Arranque por Resistencias
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Arranque por Resistencias
Rotóricas (reóstato trifásico)
► Conexión Motor Asincrónico
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► Conexión Motor Asincrónico
de Rotor Bobinado con Reostato
Este tipo de motor conrotor devanado tiene laposibilidad de utilizar un
reóstato de arranque quepermite modificarla velocidad y el par dearranque, así como el
reducir la corrientede arranque.
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Arranque Mediante resistencias
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Arranque Mediante resistencias
Rotóricas, 3 etapas
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MOTOR JAULA DEARDILLA ASINCRONO
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Rotor Jaula de Ardilla
Descripción física de un
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motor asíncrono
Descripción física de unmotor asíncrono
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motor asíncrono
Principio de Funcionamiento
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Principio de Funcionamiento
Campo Magnético Giratorio:El Campo magnético giratorio se
obtiene con tres devanados desfasados120º (acoplados en estrella o triángulo)y conectados a un sistema trifásico dec.a.
Principio de Funcionamiento
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Principio de Funcionamiento
Principio de Funcionamiento
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Principio de Funcionamiento
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Doble jaula de ardilla
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Doble jaula de ardilla
Rotor Ranura Profunda
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Rotor Ranura Profunda
Par Desarrollado en Motores Jaula
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Par Desarrollado en Motores Jaula
Resumiendo
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VARIABLES TECNICAS DE UN MOTOR
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Rendimiento
TORQUE
Velocidad de Sincronismo
Deslizamiento
VARIABLES TECNICAS DE UN MOTOR
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Motor DC
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Rotor bobinado
Jaula de Ardilla
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Maquina Sincrona
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Motor universal