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UNIDAD 3: ANÁLISIS EN REGIMEN ESTACIONAL SENOIDAL TEMA 3.3. ACOPLAMIENTO MAGNÉTICO, TRANSFORMADORES Y MÁQUINAS ELÉCTRICAS.
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MÁQUINA ELÉCTRICA
Máquina que transforma energía utilizando un almacenamiento magnético intermedio: • Transformadores: convierten energía eléctrica en energía eléctrica.
o Primario: cargas en movimiento (corriente) generan un campo magnético. o Secundario: el campo magnético genera una corriente eléctrica.
• Motores eléctricos: convierten energía eléctrica en energía mecánica.
o Un conductor por el que circula corriente, en presencia de un campo magnético, experimentan una fuerza F = ILBsen(ang1).
o El campo magnético puede generarlo un imán permanente u otra corriente.
• Generadores: convierten energía mecánica en energía eléctrica. o En un conductor que se desplaza en un campo magnético se genera una fuerza
electromotriz E = BLVsen(ang2).
[I = intensidad; L = longitud del conductor; B = inducción magnética; V = velocidad]
[ang1 = ángulo corriente/campo; ang2 = ángulo velocidad/campo]
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TRANSFORMADOR
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MOTOR
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GENERADOR
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ESQUEMA DE UNA MÁQUINA ELÉCTRICA ROTATIVA
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PRINCIPIO DE REVERSIBILIDAD
• Cualquier máquina eléctrica puede funcionar como motor o como generador. o Como motor: genera una f.e.m. opuesta a la tensión de la red, para captar energía
eléctrica de la red y originar un par motor en su eje.
o Como generador: genera una f.e.m. del mismo sentido que la tensión de red, de modo que aporta energía eléctrica a la red a partir de la energía cinética de su eje.
• Esto permite que un motor eléctrico también pueda actuar como freno, si es necesario.
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PRINCIPALES TIPOS DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS
Máquinas de corriente continua:
• MÁQUINAS DE C.C. CON ESCOBILLAS • MÁQUINAS DE C.C. SIN ESCOBILLAS (BRUSHLESS DC)
Máquinas de corriente alterna:
• Excitadas con corriente continua: o SÍNCRONAS
• Excitadas con corriente alterna: o ASÍNCRONAS o MÁQUINAS DE C.A. CON COLECTOR
• De imanes permanentes: o MOTOR SÍNCRONO DE IMANES PERMANENTES
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MÁQUINAS DE C.C CON ESCOBILLAS
• Inductor (crea el campo magnético): devanado de c.c. en el estator. • Inducido: en el rotor, conectado a c.c. a través de un colector de delgas (con el giro del rotor, se convierte la c.c. en c.a).
• Funcionamiento como generador: en el rotor se genera una f.e.m. alterna. Esta f.e.m. es rectificada por el colector, que la convierte en c.c.
• Funcionamiento como motor: la corriente “alterna” que circula por el rotor interacciona con el campo magnético creado por el estator y produce el giro del motor.
• Existen distintos tipos de máquinas según la forma de alimentar en c.c. el rotor y el estator.
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TIPOS DE MÁQUINAS DE C.C CON ESCOBILLAS
• Excitación independiente: los devanados del rotor y el estator se conectan a fuentes de c.c. independientes.
• Serie: los devanados se conectan en serie y se alimentan con la misma fuente.
• Shunt: los devanados se conectan en paralelo a la misma fuente de tensión.
• Compound: en el inductor (estator) hay dos devanados, uno conectado en serie y otro en paralelo con el devanado del inducido (rotor).
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MÁQUINAS DE C.C. SIN ESCOBILLAS (BRUSHLESS DC)
• Diferencias con las máquinas de c.c. convencionales:
o El inductor está en el rotor y el inducido en el estator. o El inductor está formado por imanes permanentes y no por bobinas.
o La conmutación se realiza electrónicamente y no mediante delgas y escobillas.
• Principio de funcionamiento: o se conmutan electrónicamente los devanados del estator para sincronizarlos con el movimiento del rotor.
o Es necesario un sensor de posición del rotor para poder realizar esta conmutación.
• Ventajas: o Desaparece el mantenimiento debido a las escobillas.
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MÁQUINAS DE C.A. SÍNCRONAS
• Inductor (crea el campo magnético): devanado de c.c. en el rotor. • Inducido: devanado de c.a en el estator.
• Funcionamiento como generador: el rotor crea un campo magnético estático (alimentado en c.c.). Si hacemos girar el rotor, las bobinas del estator sufren un campo magnético variable, con lo que se genera una f.e.m. alterna.
• Funcionamiento como motor: el estator, alimentado en c.a. , crea un campo magnético giratorio, y la máquina gira exactamente a la misma velocidad que se desplaza ese campo (velocidad de sincronismo).
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MÁQUINAS DE C.A. ASÍNCRONAS (O DE INDUCCIÓN)
• Inductor (crea el campo magnético): devanado de c.a. en el estator. • Inducido: devanado de c.a en el rotor, conectado en cortocircuito.
• Funcionamiento general: el rotor trata de igualar la velocidad del campo magnético del estator (alimentado en c.a.) pero siempre existe una diferencia entre ambas velocidades (deslizamiento o resbalamiento).
• Funcionamiento como generador: la velocidad del rotor es superior a la del campo magnético del estator.
• Funcionamiento como motor: la velocidad del rotor es inferior a la del campo magnético en el estator.
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OTROS TIPOS DE MÁQUINAS DE C.A
• Máquina de c.a con colector: o Similar en configuración a una máquina de c.c. con escobillas. o Diferencia: los devanados se alimentan con c.a. en lugar de c.c.
• Motor síncrono de imanes permanentes: o Similar a una máquina síncrona de c.a. o Diferencia: el inductor (rotor) está constituido por imanes permanentes y no por bobinas.
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ALGUNOS VIDEOS
• El motor eléctrico más simple posible o Video 1:
http://www.youtube.com/watch?v=w2f6RD1hT6Q
o Video 2:
http://www.youtube.com/watch?v=zOdboRYf1hM