PRINCIPIOS GENERALES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS

FEDERICO MILANO

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA, AUTOMÁTICA Y COMUNICACIONES ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES

UNIVERSIDAD DE CASTILLA - LA MANCHA

CAMPUS UNIVERSITARIO S/N E-13071 CIUDAD REAL

ESPAÑA

CURSO 2010/11

MÁQUINAS ELÉCTRICAS PRINCIPIOS GENERALES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS

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CONTENIDOS 1. TIPOS DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS 2. PÉRDIDAS Y RENDIMIENTO

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PRINCIPIOS GENERALES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS

• GENERADOR

GENERGÍA

MECÁNICA

ENERGÍA

ELÉCTRICA

• MOTOR

ELÉCTRICAM

ENERGÍA ENERGÍA

MECÁNICA

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PRINCIPIOS GENERALES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS

• TRANSFORMADOR

TENERGÍA

ELÉCTRICA

ENERGÍA

ELÉCTRICA

PRINCIPIOS BÁSICOS:

• LEY DE INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA DE FARADAY • LEY DE LA FUERZA MAGNÉTICA DE LAPLACE

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PRINCIPIOS BÁSICOS • GENERADOR

ESPIRA SE MUEVE EN CAMPO MAGNÉTICO ⇒ FLUJO VARIABLE TIEMPO ⇒ TENSIÓN INDUCIDA ⇒ i SI HAY CARGA CONECTADA A LA ESPIRA CAMPO MAGNÉTICO ⇒ FUERZA SOBRE ESPIRA OPUESTA A LA FUERZA MOTRIZ ⇒ TRABAJO MECÁNICO

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PRINCIPIOS BÁSICOS • MOTOR

FUENTE DE ENERGÍA ELÉCTRICA CONECTADA A ESPIRA EN CAMPO ⇒ i POR LA ESPIRA ⇒ FUERZA MAGNÉTICA QUE MUEVE LA ESPIRA ⇒ SE MUEVE LA CARGA MECÁNICA TENSIÓN INDUCIDA OPUESTA A LA TENSIÓN DE LA FUENTE

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PRINCIPIOS BÁSICOS

ACOPLADORELECTRO-

MAGNÉTICO

SISTEMAMECÁNICO

SISTEMAELÉCTRICO

V, i ! ! T, n

MOTOR

GENERADOR

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ELEMENTOS BÁSICOS DE LAS MÁQUINAS ROTATORIAS • ESTATOR - PARTE FIJA • ROTOR - PARTE MÓVIL

• CILÍNDRICOS

• MISMO EJE

• MATERIAL FERROMAGNÉTICO • ENTREHIERRO – ESPACIO ENTRE AMBOS

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ELEMENTOS BÁSICOS DE LAS MÁQUINAS ROTATORIAS • DEVANADOS:

• INDUCTOR – ORIGINA CAMPO MAGNÉTICO BÁSICO • INDUCIDO – TENSIÓN INDUCIDA

• ANILLOS ROZANTES, ESCOBILLAS • COLECTOR DE DELGAS – RECTIFICACIÓN MECÁNICA

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ÁNGULO MAGNÉTICO VS. ÁNGULO GEOMÉTRICO

CICLO MAGNÉTICO (2π rad MAGNÉTICOS) ⇔ N – S – N 2 POLOS ⇒ 1 CICLO MAGNÉTICO EN 1 VUELTA GEOMÉTRICA 4 POLOS ⇒ N – S – N – S – N ⇒ 2 CICLOS MAGNÉTICOS EN 1 CICLO GEOMÉTRICO PARA p PARES DE POLOS:

θ = pα θ ≡ ÁNGULO MAGNÉTICO ≡ ÁNGULO ELÉCTRICO (F.E.M. DEPENDE DE LA VARIACIÓN ENTRE LAS POSICIONES MAGNÉTICAS) α ≡ ÁNGULO GEOMÉTRICO

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TIPOS DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS CORRIENTE CONTINUA

• INDUCTOR – ESTATOR (C.C.) • INDUCIDO – ROTOR (C.C, RECTIFICACIÓN MECÁNICA)

CORRIENTE ALTERNA

• SÍNCRONA:

• INDUCTOR – ROTOR (C.C.) • INDUCIDO – ESTATOR (C.A.)

ωe = p·ωm

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TIPOS DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS

2πf 60n2p !"=

60npf !=

f ≡ FRECUENCIA DE SINCRONISMO

θe = p·θm

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TIPOS DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS • ASÍNCRONA / INDUCCIÓN:

• INDUCTOR – ESTATOR (C.A.)

• INDUCIDO – ROTOR (C.A.) !"

!#$

DEVANADO ROTOR

ARDILLADE JAULA

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PÉRDIDAS Y RENDIMIENTO

• PÉRDIDAS EN EL COBRE (ELÉCTRICAS) – JOULE • PÉRDIDAS EN EL HIERRO (MAGNÉTICAS) – HISTÉRESIS, FOUCAULT • PÉRDIDAS POR FRICCIÓN (MECÁNICAS) TAMBIÉN: • PÉRDIDAS VARIABLES – ELÉCTRICAS • PÉRDIDAS FIJAS – MAGNÉTICAS Y MECÁNICAS

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PÉRDIDAS Y RENDIMIENTO

ENTRADA

SALIDA

PP=!

PÉRDIDASSALIDA

SALIDA

PPP+

=!

vfu

u

PPPP

++=!

PARA UN GENERADOR:

2uv kPP =

2ufu

u

kPPPP++

=!

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PÉRDIDAS Y RENDIMIENTO

ηMAX ⇒ 2

uf kPP =

CUNOM2

fN

N

PCPCosSCCosSC

!++"!!"!!=#

CUNOM

fOPT P

PC =

PARA UN MOTOR SE LLEGA A LAS MISMAS CONCLUSIONES:

!"""##!""=##==$

CosSCPCPCosSC

PPPP

PP

N

CUNOM2

fN

ENTRADA

vfENTRADA

ENTRADA

SALIDA