Máquinas EléctricasMáquinas Eléctricas

Por: Edwin NetoPor: Edwin Neto

El trabajo presente consta de una pequeña síntesis del El trabajo presente consta de una pequeña síntesis del estudio de máquinas eléctricas.estudio de máquinas eléctricas.

TemáticaTemática

ObjetivosObjetivos Conversión de Energía ElectromecánicaConversión de Energía Electromecánica Circuitos MagnéticosCircuitos Magnéticos El TransformadorEl Transformador Transformador real circuitos equivalentesTransformador real circuitos equivalentes Pruebas aplicadas a los transformadoresPruebas aplicadas a los transformadores Máquinas RotativasMáquinas Rotativas Tipos de máquinas eléctricas rotativasTipos de máquinas eléctricas rotativas Aplicaciones de las máquinas eléctricasAplicaciones de las máquinas eléctricas EvaluaciónEvaluación BibliografíaBibliografía

ObjetivosObjetivos

Explicar los principios de funcionamiento Explicar los principios de funcionamiento de las máquinas eléctricas.de las máquinas eléctricas.

Aplicar los fundamentos en la operación Aplicar los fundamentos en la operación de máquinas eléctricas. de máquinas eléctricas.

Conversión de energía Conversión de energía electromecánica.electromecánica.

La conversión de energía electromecánica es el La conversión de energía electromecánica es el paso que se da entre energía eléctrica y paso que se da entre energía eléctrica y mecánica o viceversa, que ocurre a través del mecánica o viceversa, que ocurre a través del campo eléctrico o magnético creado por un campo eléctrico o magnético creado por un dispositivo de conversióndispositivo de conversión

El principio de conversión electromecánica de El principio de conversión electromecánica de energía podemos resumir en las ecuaciones energía podemos resumir en las ecuaciones siguientes:siguientes:La ecuación 1 calcula la variable (e) en función La ecuación 1 calcula la variable (e) en función de una variable mecánica (v) y el campo. (B)de una variable mecánica (v) y el campo. (B)

Ecuación 1Ecuación 1 La ecuación 2 una variable mecánica (F) en función de una La ecuación 2 una variable mecánica (F) en función de una

variable eléctrica (i) y el campo (B).variable eléctrica (i) y el campo (B).Ecuación 2Ecuación 2 Ecuaciones del convertidor electromecánico que dependen del Ecuaciones del convertidor electromecánico que dependen del

conductor y el campo que se muevanconductor y el campo que se muevan::Ecuación 3Ecuación 3

BiF

BVE

1

0.... lBvlEdlEe

1

0... lBilFFdlF

ReVi

Circuitos MagnéticosCircuitos Magnéticos Son estructuras compuestas de material ferromagnético de alta Son estructuras compuestas de material ferromagnético de alta

permeabilidad en su gran totalidad, por la que circula una fuerza permeabilidad en su gran totalidad, por la que circula una fuerza magnetomotriz magnetomotriz

EjemploEjemplo

+

-

Devanado con N vueltas

Línea del flujo magnético

Área de la sección transversal

Permeabilidad magnética

i

El TransformadorEl Transformador Un transformador es una máquina electromagnética que permite aumentar Un transformador es una máquina electromagnética que permite aumentar

o disminuir la tensión manteniendo igual la potencia de entrada con la de o disminuir la tensión manteniendo igual la potencia de entrada con la de salida. salida.

Esta compuesto de dos o más devanados aislados entre si y acoplados con Esta compuesto de dos o más devanados aislados entre si y acoplados con un flujo magnético, y un núcleo de material ferromagnético para realizar un flujo magnético, y un núcleo de material ferromagnético para realizar inducción entre el devanado primario y secundario; esta diseñado para el inducción entre el devanado primario y secundario; esta diseñado para el procesamiento de potencia con un desempeño de pocas pérdidas y una procesamiento de potencia con un desempeño de pocas pérdidas y una baja caída de tensiónbaja caída de tensión

En la figura se puede observar una construcción básica de material En la figura se puede observar una construcción básica de material ferromagnético de estructura tipo núcleo, donde el flujo magnético ferromagnético de estructura tipo núcleo, donde el flujo magnético establecido por el devanado primario enlaza al devanado secundario por establecido por el devanado primario enlaza al devanado secundario por medio de un camino cerrado llamado núcleo.medio de un camino cerrado llamado núcleo.

H1

H2

X1

X2

Devanado Primario

Devanado Secundario

Núcleo ferromagnético

Transformador Real y Circuito Transformador Real y Circuito EquivalenteEquivalente

Un transformador real deberá tomar en cuenta los efectos que produce la Un transformador real deberá tomar en cuenta los efectos que produce la resistencia del devanado (R1, R2), los flujos de dispersión, los flujos de resistencia del devanado (R1, R2), los flujos de dispersión, los flujos de dispersión debido a la permeabilidad finita del núcleo; para este análisis se dispersión debido a la permeabilidad finita del núcleo; para este análisis se presenta la técnica del circuito equivalente.presenta la técnica del circuito equivalente.

En el transformador se considera el flujo que enlaza el devanado principal En el transformador se considera el flujo que enlaza el devanado principal dividido en dos componentes: El primer flujo debido a la corriente principal y dividido en dos componentes: El primer flujo debido a la corriente principal y secundaria llamado flujo mutuo, el segundo el flujo de dispersión que secundaria llamado flujo mutuo, el segundo el flujo de dispersión que enlaza el devanado principal o secundario respectivamente.enlaza el devanado principal o secundario respectivamente.

El flujo de dispersión de dispersión produce una reactancia inductiva de El flujo de dispersión de dispersión produce una reactancia inductiva de dispersión principal que se determina a partir de:dispersión principal que se determina a partir de:

El flujo de dispersión en el devanado secundario de la misma forma que en El flujo de dispersión en el devanado secundario de la misma forma que en el principal, produce una reactancia inductiva dada por:el principal, produce una reactancia inductiva dada por:

lifL

lX 2

1

22

2 lfL

lX

Circuito equivalente transformador tiene como base un transformador IdealCircuito equivalente transformador tiene como base un transformador Ideal

Circuito equivalente referido al primarioCircuito equivalente referido al primario

Circuito equivalente referido al lado del secundarioCircuito equivalente referido al lado del secundario

R1 Xl1 R2 Xl2

Rc XmV1 V2

I1 I2’Im

I2+ +

- -

+

-

E2E1 ZL

R1 Xl1 aR2 aXl2

Rc a²XmV1 aV2

I1Im

I2+

-

a

+

-

R1a

Xl1

a aR2 aXl2

a²Rc a²XmV1 aV2

aI1aIm

I2+

-

+

-

Prueba de corto circuitoPrueba de corto circuito

La prueba nos da la siguiente información: La prueba nos da la siguiente información:

La impedancia de dispersión equivalente del La impedancia de dispersión equivalente del transformador, la resistencia equivalente transformador, la resistencia equivalente referida al lado de alta y la reactancia de referida al lado de alta y la reactancia de dispersión equivalente referida al lado de alta.dispersión equivalente referida al lado de alta.

Pruebas Aplicadas a un Pruebas Aplicadas a un TransformadorTransformador

AV

A W

CA

N1 N2

Fuente AC

Lado de alta

Lado de baja

Req Xeq

Isc

Vsc

Prueba de circuito abiertoPrueba de circuito abierto

Los parámetros a determinar son la admitancia Los parámetros a determinar son la admitancia (Ym) de excitación con sus componentes (Rc, (Ym) de excitación con sus componentes (Rc, Xm), esta claro que la impedancia de dispersión Xm), esta claro que la impedancia de dispersión no afecta en esta prueba.no afecta en esta prueba.

V

A W

CA

N1 N2

Fuente AC

Lado de baja

Lado de alta

Req Xeq

Rc Xm

ImIc =0

+

-

Circuito abiertoVoc

+

-

Ioc

Tipos de transformadoresTipos de transformadores

Los transformadores son utilizados en varias aplicaciones desde la Los transformadores son utilizados en varias aplicaciones desde la generación, transporte y distribución de la energía; los tipos de generación, transporte y distribución de la energía; los tipos de transformadores son:transformadores son:

Según su aplicación: Transformadores de potencia, de protección, de Según su aplicación: Transformadores de potencia, de protección, de distribución, de comunicación y de medida.distribución, de comunicación y de medida.

Según el sistema de tensión: Monofásico, trifásico, Según el sistema de tensión: Monofásico, trifásico, Según relación de la tensión del primario y el secundario: Elevador y Según relación de la tensión del primario y el secundario: Elevador y

reductor.reductor. Según el medio: Interior y exterior.Según el medio: Interior y exterior. Según el elemento refrigerante: Seco y en aceiteSegún el elemento refrigerante: Seco y en aceite Estos transformadores, funcionan según los principios básicos descritos en Estos transformadores, funcionan según los principios básicos descritos en

el presente capítulo.el presente capítulo. El análisis de cada uno de estos dejamos para materia de los siguientes El análisis de cada uno de estos dejamos para materia de los siguientes

cursoscursos Transformadores de potencia. Transformadores de potencia. Son utilizados en la subtransmisión, y Son utilizados en la subtransmisión, y

transmisión de la energía eléctrica de alta y media tensión; generalmente transmisión de la energía eléctrica de alta y media tensión; generalmente este tipo de transformadores se lo puede encontrar en las centrales de este tipo de transformadores se lo puede encontrar en las centrales de generación de energía eléctrica, en las subestaciones transformadoras.generación de energía eléctrica, en las subestaciones transformadoras.

Máquinas RotativasMáquinas Rotativas

Principios Generales:Principios Generales: La máquina eléctrica, es un dispositivo de conversión de energía La máquina eléctrica, es un dispositivo de conversión de energía

electromecánica; Si la conversión de energía es de eléctrica a electromecánica; Si la conversión de energía es de eléctrica a mecánica se llama motor y si la conversión es de mecánica a mecánica se llama motor y si la conversión es de mecánica a eléctrica se denomina generador. Este particular analizamos en la eléctrica se denomina generador. Este particular analizamos en la unidad 1.unidad 1.

En las máquinas eléctricas rotativas los voltajes se generan en los En las máquinas eléctricas rotativas los voltajes se generan en los devanados o en el grupo de bobinas: al hacer girar estos devanados devanados o en el grupo de bobinas: al hacer girar estos devanados de manera mecánica a través de un campo magnético, al girar de manera mecánica a través de un campo magnético, al girar mecánicamente un campo magnético por el devanado o al diseñar mecánicamente un campo magnético por el devanado o al diseñar el circuito magnético de manera que la reluctancia varié con al el circuito magnético de manera que la reluctancia varié con al rotación. rotación.

En la figura 22 se observa una máquina eléctrica rotativa, la parte En la figura 22 se observa una máquina eléctrica rotativa, la parte fija se denomina estator, la parte móvil rotor, tanto el estator como el fija se denomina estator, la parte móvil rotor, tanto el estator como el rotor están compuestos de devanados por donde circula corriente; rotor están compuestos de devanados por donde circula corriente; la corriente es suministrada al devanado del rotor por medio de la corriente es suministrada al devanado del rotor por medio de escobillas fijas y a través de anillos deslizantes montados en el escobillas fijas y a través de anillos deslizantes montados en el rotor.rotor.

Maquina rotativa Maquina rotativa elementalelemental

Las máquinas eléctricas Las máquinas eléctricas convencionales tienen convencionales tienen varios elementos varios elementos comunes que permiten comunes que permiten realizar modelos realizar modelos analíticos generalizados.analíticos generalizados.

En general tenemos En general tenemos diferentes tipos de diferentes tipos de máquinas eléctricas máquinas eléctricas rotativas que cumplen rotativas que cumplen diferentes funciones, pero diferentes funciones, pero con los mismos principios con los mismos principios de construcción y de construcción y funcionamiento.funcionamiento.

IrIsWm

qEstator

Rotor

Tipos de Máquinas Eléctricas Tipos de Máquinas Eléctricas RotativasRotativas

Generador. Generador. Este tipo de máquina transforma la energía mecánica en eléctrica. La Este tipo de máquina transforma la energía mecánica en eléctrica. La podemos encontrar en las centrales hidráulicas de generación eléctrica estas son podemos encontrar en las centrales hidráulicas de generación eléctrica estas son accionadas mediante turbinas que pueden ser hidráulicas o a vapor; también accionadas mediante turbinas que pueden ser hidráulicas o a vapor; también encontramos en los equipos de transporte y son accionados mediante motores de encontramos en los equipos de transporte y son accionados mediante motores de combustión interna o turbinas a vapor, además se utiliza en equipos de comunicación combustión interna o turbinas a vapor, además se utiliza en equipos de comunicación como fuente de energía.como fuente de energía.

Motor. Motor. Este tipo de máquina transforma la energía eléctrica en mecánica. Se puede Este tipo de máquina transforma la energía eléctrica en mecánica. Se puede encontrar en industrias, en la agricultura, en los electrodomésticos, en equipos de encontrar en industrias, en la agricultura, en los electrodomésticos, en equipos de comunicación, en sistemas automáticos de control, en general en dispositivos que comunicación, en sistemas automáticos de control, en general en dispositivos que sirven para accionar mecanismos que controlan algún proceso o realizan algún trabajo sirven para accionar mecanismos que controlan algún proceso o realizan algún trabajo mecánico.mecánico.

Compensadores electromecánicos. Compensadores electromecánicos. Máquinas que generan o absorben potencia Máquinas que generan o absorben potencia reactiva en los sistemas eléctricos de potencia para mejorar la eficiencia eléctrica.reactiva en los sistemas eléctricos de potencia para mejorar la eficiencia eléctrica.

Máquinas de Corriente Continua. Máquinas de Corriente Continua. Máquinas que se alimentan o general corriente del Máquinas que se alimentan o general corriente del tipo continua.tipo continua.

Máquinas de corriente alterna. Máquinas de corriente alterna. Máquinas que se alimentan o generan corriente Máquinas que se alimentan o generan corriente alterna.alterna.

Las máquinas en dependencia de su funcionamiento y de su sistema magnético se Las máquinas en dependencia de su funcionamiento y de su sistema magnético se clasifican en: Máquinas de corriente continua, máquinas de inducción, máquinas clasifican en: Máquinas de corriente continua, máquinas de inducción, máquinas sincrónicas; dedicamos la mitad del capítulo al análisis de estas máquinas ya que sincrónicas; dedicamos la mitad del capítulo al análisis de estas máquinas ya que dentro de este grupo se ubican la gran mayoría de máquinas citadas anteriormente y dentro de este grupo se ubican la gran mayoría de máquinas citadas anteriormente y estas funcionan como motor o generador y se aplican ampliamente dependiendo de su estas funcionan como motor o generador y se aplican ampliamente dependiendo de su uso y construcción para las cuales fueron creadas. uso y construcción para las cuales fueron creadas.

Tipos de Máquinas Eléctricas Rotativas Según Tipos de Máquinas Eléctricas Rotativas Según ConstrucciónConstrucción

Máquinas Sincrónicas.Máquinas Sincrónicas.

La máquinas sincrónica es un convertidor electromecánico de energía compuesto La máquinas sincrónica es un convertidor electromecánico de energía compuesto de una parte móvil denominada rotor y una parte fija denominada estator, ambas de una parte móvil denominada rotor y una parte fija denominada estator, ambas partes están construidas de material ferromagnético en donde se ubican los partes están construidas de material ferromagnético en donde se ubican los devanados. En el estator se aloja el devanado de armadura o inducido que es devanados. En el estator se aloja el devanado de armadura o inducido que es alimentado con tensión trifásica, y en el rotor se encuentra el devanado de campo alimentado con tensión trifásica, y en el rotor se encuentra el devanado de campo o inductor alimentado con tensión continua.o inductor alimentado con tensión continua.

Al aplicar un juego de corrientes trifásicas simétricas y equilibradas en el bobinado Al aplicar un juego de corrientes trifásicas simétricas y equilibradas en el bobinado del estator, se genera, un campo magnético rotativo que gira a frecuencia angular. del estator, se genera, un campo magnético rotativo que gira a frecuencia angular. Si por otro lado se tiene al rotor girando a la misma velocidad del campo Si por otro lado se tiene al rotor girando a la misma velocidad del campo magnético rotativo producido por el estatormagnético rotativo producido por el estator y se inyecta una corriente continua al y se inyecta una corriente continua al campo, se producirá un campo magnético rotativo producido por el giro mecánico campo, se producirá un campo magnético rotativo producido por el giro mecánico también a la velocidad sincrónica.también a la velocidad sincrónica.

Las máquinas sincrónicas son utilizadas como generadores para convertir Las máquinas sincrónicas son utilizadas como generadores para convertir grandes cantidades de energía primaria en energía eléctrica; también pueden grandes cantidades de energía primaria en energía eléctrica; también pueden utilizarse como motores en los lugares donde se necesita velocidad constante; utilizarse como motores en los lugares donde se necesita velocidad constante; estos motores sincrónicos tienen la característica de trabajar tomando o estos motores sincrónicos tienen la característica de trabajar tomando o entregando potencia reactiva, la dificultad para usar esta máquina como motor es entregando potencia reactiva, la dificultad para usar esta máquina como motor es que no desarrolla par de arranque, pero si se incluye en el rotor un devanado que no desarrolla par de arranque, pero si se incluye en el rotor un devanado auxiliar de jaula de ardilla es posible obtener un par de aceleración y sincronizarse auxiliar de jaula de ardilla es posible obtener un par de aceleración y sincronizarse con la red.con la red.

Máquinas Sincrónica de Rotor CilíndricoMáquinas Sincrónica de Rotor Cilíndrico Para el análisis de esta máquina, el entrehierro es constante, esto implica tener un circuito Para el análisis de esta máquina, el entrehierro es constante, esto implica tener un circuito

magnético no variable.magnético no variable. La maquina puede representarse mediante la tensión E en serie con una resistencia (ra) de la La maquina puede representarse mediante la tensión E en serie con una resistencia (ra) de la

armadura de la máquina y una reactancia sincrónica Xs.armadura de la máquina y una reactancia sincrónica Xs. En la figura se representa la reactancia sincrónica de la máquina de rotor cilíndrico.En la figura se representa la reactancia sincrónica de la máquina de rotor cilíndrico.

Circuito Equivalente de la Máquina Sincrónica de Rotor CilíndricoCircuito Equivalente de la Máquina Sincrónica de Rotor Cilíndrico En la figura 25 se representa el circuito equivalente de la máquina sincrónica de rotor En la figura 25 se representa el circuito equivalente de la máquina sincrónica de rotor

cilíndrico; la impedancia ZS es igual a la suma de la resistencia de armadura más la cilíndrico; la impedancia ZS es igual a la suma de la resistencia de armadura más la reactancia sincrónica reactancia sincrónica

rajXs

ID

E

jXA jXD

Vr

+

-

E Vt

-

ZS

ZS=ra+jXs Ia

Máquina Sincrónica de Polos SalientesMáquina Sincrónica de Polos Salientes Las máquinas sincrónicas de polos salientes son de baja velocidad Las máquinas sincrónicas de polos salientes son de baja velocidad

y de gran número de polos; la reluctancia magnética a lo largo del y de gran número de polos; la reluctancia magnética a lo largo del polo es baja y alta en la zona interpolar, por tanto la corriente de polo es baja y alta en la zona interpolar, por tanto la corriente de armadura (Ia) producirá mayor flujo en la zona de baja reluctancia armadura (Ia) producirá mayor flujo en la zona de baja reluctancia (zona polar) de nominado “eje directo” que en la zona interpolar (zona polar) de nominado “eje directo” que en la zona interpolar denominado “eje de cuadratura” es decir la reactancia es variable y denominado “eje de cuadratura” es decir la reactancia es variable y varia según la posición del rotor.varia según la posición del rotor.

Este hecho fue introducido por Este hecho fue introducido por “Andrés Blendel. La teoría propone “Andrés Blendel. La teoría propone descomponer las fuerzas magnetomotrices dadas en dos descomponer las fuerzas magnetomotrices dadas en dos componentes mutuamente perpendiculares, una a lo largo del polo componentes mutuamente perpendiculares, una a lo largo del polo saliente de rotor, conocida como eje directo (o eje d) y la otra en saliente de rotor, conocida como eje directo (o eje d) y la otra en cuadratura, conocida como eje de cuadratura (o eje q)”cuadratura, conocida como eje de cuadratura (o eje q)” En la figura reacción de armadura máquina sincrónica de polos En la figura reacción de armadura máquina sincrónica de polos salientessalientes

Máquinas InducciónMáquinas Inducción La máquina de inducción tiene un gran éxito funcionando como motor en La máquina de inducción tiene un gran éxito funcionando como motor en

aplicaciones industriales de potencia; esta compuesta de un rotor que es un trozo aplicaciones industriales de potencia; esta compuesta de un rotor que es un trozo de metal con incrustaciones de hierro y cobre y un estator que se parece al de metal con incrustaciones de hierro y cobre y un estator que se parece al primario de un transformador; toda la energía eléctrica es proporcionada desde el primario de un transformador; toda la energía eléctrica es proporcionada desde el estator hacia el rotor. Los flujos producidos por las corrientes del estator generan estator hacia el rotor. Los flujos producidos por las corrientes del estator generan un campo magnético rotatorio que corta a los conductores del rotor, y de esta un campo magnético rotatorio que corta a los conductores del rotor, y de esta forma se obtiene sobre ellos fuerza electromotriz inducida que es utilizada para forma se obtiene sobre ellos fuerza electromotriz inducida que es utilizada para forzar corrientes en los ejes, directo y axial del rotor. Al interactuar el campo forzar corrientes en los ejes, directo y axial del rotor. Al interactuar el campo magnético rotatorio del estator con el campo magnético rotatorio originado por las magnético rotatorio del estator con el campo magnético rotatorio originado por las corrientes que circulan en el rotor se produce el torque eléctrico. El fenómeno corrientes que circulan en el rotor se produce el torque eléctrico. El fenómeno descrito, similar a la operación de un transformador, ha permitido la construcción descrito, similar a la operación de un transformador, ha permitido la construcción de una máquina de gran difusión industrial debido a que por su sencillez, esta de una máquina de gran difusión industrial debido a que por su sencillez, esta máquina resulta económica, robusta y de poco mantenimiento ya que no tiene máquina resulta económica, robusta y de poco mantenimiento ya que no tiene escobillas ni contactos móviles con el rotor.escobillas ni contactos móviles con el rotor.

En muy contados casos esta máquina se puede utilizar como generador por En muy contados casos esta máquina se puede utilizar como generador por ejemplo en conversión de energía eólica, mini centrales eléctricas, con el ejemplo en conversión de energía eólica, mini centrales eléctricas, con el propósito únicopropósito único de minimizar costo. de minimizar costo.

Circuito Equivalente Máquina de InducciónCircuito Equivalente Máquina de Inducción El circuito equivalente de la maquina de inducción es semejante al de un El circuito equivalente de la maquina de inducción es semejante al de un

transformador, esto se debe a la transformación que existe al inducir transformador, esto se debe a la transformación que existe al inducir corrientes en el rotor, desde el estator.corrientes en el rotor, desde el estator.

Suponiendo que el rotor está parado (ωm = 0, S = 1) podemos construir un Suponiendo que el rotor está parado (ωm = 0, S = 1) podemos construir un circuito equivalente monofásico igual al del transformador tal como se circuito equivalente monofásico igual al del transformador tal como se indica en la figura siguienteindica en la figura siguiente

Circuito equivalente generalCircuito equivalente general

R1 jX1 R2 jX2

Rp XmV1

I1Im

I2+

-

N2 E2N1 E1

r2/S

jX2

Rp jXm

ImI2

V1

+

-

I1

jX1r1

Máquinas Corriente ContinuaMáquinas Corriente Continua Las máquinas de corriente continua u homo polares, se Las máquinas de corriente continua u homo polares, se

denomina así por que están energizadas por una fuente de denomina así por que están energizadas por una fuente de corriente continua a demás se caracterizan por adaptarse a corriente continua a demás se caracterizan por adaptarse a diferentes funciones debido a las diversas combinaciones de diferentes funciones debido a las diversas combinaciones de conexiones posibles a los devanados; los devanados se pueden conexiones posibles a los devanados; los devanados se pueden conectar en derivación (shunt), en serie y excitación separada de conectar en derivación (shunt), en serie y excitación separada de los campos, lo que le da un amplio rango de volt-ampere y los campos, lo que le da un amplio rango de volt-ampere y velocidad-torque, tanto para funcionamiento dinámico como para velocidad-torque, tanto para funcionamiento dinámico como para estado estacionario. Debido a la facilidad con la que se pueden estado estacionario. Debido a la facilidad con la que se pueden controlar, a menudo se usan en sistemas que necesiten un controlar, a menudo se usan en sistemas que necesiten un amplio rango de velocidad y preciso control de torque. En los amplio rango de velocidad y preciso control de torque. En los últimos años la tecnología de sistemas de control de estado últimos años la tecnología de sistemas de control de estado sólido se ha desarrollado lo suficiente para controladores de sólido se ha desarrollado lo suficiente para controladores de corriente alterna (ca), y por lo tanto se comienzan a ver dichos corriente alterna (ca), y por lo tanto se comienzan a ver dichos sistemas en aplicaciones que antes se asociaban casi sistemas en aplicaciones que antes se asociaban casi exclusivamente con las máquinas de ccexclusivamente con las máquinas de cc

Principio de Funcionamiento de la Máquina de Corriente Principio de Funcionamiento de la Máquina de Corriente Continua.Continua.

La máquina de corriente continua se utiliza para generar La máquina de corriente continua se utiliza para generar una tensión constante cuando funciona como generador y para una tensión constante cuando funciona como generador y para producir par mecánico (torque) cuando funciona como motor.producir par mecánico (torque) cuando funciona como motor.

El principio de funcionamiento como generador se basa en El principio de funcionamiento como generador se basa en la ley general de la inducción electromagnética. La máquina tiene la ley general de la inducción electromagnética. La máquina tiene básicamente dos arrollamientos, uno ubicado en el estator cuya básicamente dos arrollamientos, uno ubicado en el estator cuya función es crear un campo magnético por lo que se le denomina función es crear un campo magnético por lo que se le denomina inductor. El otro arrollamiento está ubicado en el rotor y se inductor. El otro arrollamiento está ubicado en el rotor y se denomina inducido ó armadura; básicamente se fundamenta en la denomina inducido ó armadura; básicamente se fundamenta en la inyección de corriente continua tanto en el circuito estator y rotor.inyección de corriente continua tanto en el circuito estator y rotor.

Diagrama de la máquina de corriente continua.Diagrama de la máquina de corriente continua.

Aplicaciones Máquinas Aplicaciones Máquinas EléctricasEléctricas

El mundo de hoy esta construido sobre el avance del El mundo de hoy esta construido sobre el avance del sector de la industria; las máquinas eléctricas abarca sector de la industria; las máquinas eléctricas abarca gran parte del desarrollo industrial y económico.gran parte del desarrollo industrial y económico.

Las constantes investigaciones han ido mejorando Las constantes investigaciones han ido mejorando para que las máquinas eléctricas sean eficientes, de para que las máquinas eléctricas sean eficientes, de gran rendimiento y más que todo proporcionen gran gran rendimiento y más que todo proporcionen gran seguridad al sector industrial.seguridad al sector industrial.

Las máquinas eléctricas están utilizadas en la vida Las máquinas eléctricas están utilizadas en la vida cotidiana desde el uso de un foco hasta los cotidiana desde el uso de un foco hasta los suministros de gran potencia; este avance ha hecho suministros de gran potencia; este avance ha hecho que las máquinas estén inmersas a diferentes cambios que las máquinas estén inmersas a diferentes cambios y mejoras; en estos párrafos siguientes analizamos la y mejoras; en estos párrafos siguientes analizamos la aplicabilidad de las máquinas eléctricas estudiadas en aplicabilidad de las máquinas eléctricas estudiadas en los capítulos anteriores:los capítulos anteriores:

TransformadoresTransformadores En los sistemas industriales los transformadores tienen gran aplicabilidad:En los sistemas industriales los transformadores tienen gran aplicabilidad: Se utilizan para la transmisión y subtransmisión de energía eléctrica en las Se utilizan para la transmisión y subtransmisión de energía eléctrica en las

subestaciones transmisoras, generadores y distribución en general estos subestaciones transmisoras, generadores y distribución en general estos transformadores son de gran potencia.transformadores son de gran potencia.

Los transformadores de distribución se utilizan para la distribución de Los transformadores de distribución se utilizan para la distribución de energía eléctrica de media tensión; se encuentran en las zonas urbanas, energía eléctrica de media tensión; se encuentran en las zonas urbanas, rurales, en las industrias, en la minería, en general en toda actividad que rurales, en las industrias, en la minería, en general en toda actividad que requiera la utilización de energía eléctrica.requiera la utilización de energía eléctrica.

Los transformadores de corriente y los transformadores de voltaje utilizados Los transformadores de corriente y los transformadores de voltaje utilizados en general dentro de la industria para toma de muestras de corriente y de en general dentro de la industria para toma de muestras de corriente y de voltaje respectivamente, reducirla y a un nivel medible y seguro, que actúa voltaje respectivamente, reducirla y a un nivel medible y seguro, que actúa en conjunto con otros dispositivos de medida.en conjunto con otros dispositivos de medida.

Los transformadores para radio frecuencia, utilizados en la electrónica para Los transformadores para radio frecuencia, utilizados en la electrónica para acople de señal.acople de señal.

En el sector eléctrico es importante el uso, aplicación y mantenimiento de En el sector eléctrico es importante el uso, aplicación y mantenimiento de transformadores para ofrecer una eficiencia y seguridad al momento de transformadores para ofrecer una eficiencia y seguridad al momento de generar distribuir y consumir energía eléctrica.generar distribuir y consumir energía eléctrica.

Máquina Sincrónica.Máquina Sincrónica.

Las máquinas sincrónicas operando como generadores, Las máquinas sincrónicas operando como generadores, están en las grandes centrales hidráulicas, térmicas y están en las grandes centrales hidráulicas, térmicas y nucleares; este tipo de máquina genera la mayor parte nucleares; este tipo de máquina genera la mayor parte de energía eléctrica, como motor no es muy usual de energía eléctrica, como motor no es muy usual encontrar dentro de la industria debido a que muy pocos encontrar dentro de la industria debido a que muy pocos impulsadores funcionan a velocidad constante y no se impulsadores funcionan a velocidad constante y no se desarrolla el par de arranque.desarrolla el par de arranque.

Las máquinas sincrónicas de rotor liso se utilizan en los Las máquinas sincrónicas de rotor liso se utilizan en los sectores de la industria en donde deben operar en altas sectores de la industria en donde deben operar en altas velocidades en el rango de 3000- 3600 rpm; y, las velocidades en el rango de 3000- 3600 rpm; y, las máquinas sincrónicas de polos salientes en sectores máquinas sincrónicas de polos salientes en sectores donde se operan a menor velocidad.donde se operan a menor velocidad.

Máquina de Inducción.Máquina de Inducción.

Las máquinas de inducción son los Las máquinas de inducción son los convertidores electromecánicos más utilizados convertidores electromecánicos más utilizados dentro de la industria, debido a su construcción dentro de la industria, debido a su construcción sencilla y robusta, con una tasa de fallas muy sencilla y robusta, con una tasa de fallas muy reducidas; en pocos casos es utilizado como reducidas; en pocos casos es utilizado como generador, como motor tiene amplias generador, como motor tiene amplias aplicaciones estas son: Ventiladores, bombas, aplicaciones estas son: Ventiladores, bombas, tornos, compresores, transportadores, tornos, compresores, transportadores, troqueladoras y cortadoras troqueladoras y cortadoras

Maquinas de Corriente continuaMaquinas de Corriente continua

Son ampliamente utilizadas en la industria Son ampliamente utilizadas en la industria donde se requiere control de par y de velocidad donde se requiere control de par y de velocidad debido a su alta velocidad de respuesta. Puede debido a su alta velocidad de respuesta. Puede utilizarse como generador y como motor, con utilizarse como generador y como motor, con diferentes tipos de conexiones y control de diferentes tipos de conexiones y control de arranque y velocidad, aquí en los diferentes arranque y velocidad, aquí en los diferentes campos que se utiliza las máquinas de corriente campos que se utiliza las máquinas de corriente continua: motores de tracción, grúas móviles, continua: motores de tracción, grúas móviles, trenes eléctricos, motores de arranque, motores trenes eléctricos, motores de arranque, motores para ventiladores, y en general en muchas para ventiladores, y en general en muchas aplicaciones de control como activadores, aplicaciones de control como activadores, sensores de velocidad y de posición.sensores de velocidad y de posición.

Evaluación Elemental del Estudio Evaluación Elemental del Estudio de Máquinas Eléctricasde Máquinas Eléctricas

¿Qué es conversión de energía electromagnética?¿Qué es conversión de energía electromagnética? La conversión de energía electromecánica es el paso que se da entre energía La conversión de energía electromecánica es el paso que se da entre energía

eléctrica y mecánica o viceversa, a través del campo eléctrico o magnético creado eléctrica y mecánica o viceversa, a través del campo eléctrico o magnético creado por un dispositivo de conversión.por un dispositivo de conversión.

¿Cite los tipos de máquinas eléctricas?¿Cite los tipos de máquinas eléctricas? Máquinas estáticas: TransformadoresMáquinas estáticas: Transformadores Máquinas rotativas: Máquinas AC, máquinas CC, máquinas sincrónicas, máquinas Máquinas rotativas: Máquinas AC, máquinas CC, máquinas sincrónicas, máquinas

de inducción.de inducción. ¿Subraye los elemento básicos de las maquinas rotativos?¿Subraye los elemento básicos de las maquinas rotativos? TacómetroTacómetro EstatorEstator Devanados de inducidoDevanados de inducido CojineteCojinete Devanados de CampoDevanados de Campo CompresorCompresor EscobillasEscobillas Rotor Rotor TermostatoTermostato

¿Cuál es la constitución de un transformador?¿Cuál es la constitución de un transformador?Un transformador esta constituido básicamente de un núcleo de material Un transformador esta constituido básicamente de un núcleo de material ferromagnético y dos devanados que respectivamente se denominan primario y ferromagnético y dos devanados que respectivamente se denominan primario y secundario.secundario.

¿Qué es transformador?¿Qué es transformador? Un transformador es una máquina electromagnética que permite aumentar o Un transformador es una máquina electromagnética que permite aumentar o

disminuir la tensión manteniendo igual la potencia de entrada con la de salida. disminuir la tensión manteniendo igual la potencia de entrada con la de salida. Subraye: ¿Inducción electromagnética es?Subraye: ¿Inducción electromagnética es? A. Fuerza que existe entre las placas (con cargas opuestas) de un capacitor; ya que A. Fuerza que existe entre las placas (con cargas opuestas) de un capacitor; ya que

si se coloca un dieléctrico entre las placas, tenderá a moverse a la parte del campo si se coloca un dieléctrico entre las placas, tenderá a moverse a la parte del campo con mayor densidad.con mayor densidad.

B. B. Es el movimiento relativo entre un campo magnético y un conductor de Es el movimiento relativo entre un campo magnético y un conductor de electricidad para generar una fuerza electromotrizelectricidad para generar una fuerza electromotriz..

Subraye: ¿Fuerza electromagnética?Subraye: ¿Fuerza electromagnética? Interacción o fuerza que actúa sobre partículas de carga eléctrica.Interacción o fuerza que actúa sobre partículas de carga eléctrica. Interacción transmitida por los bosones vectoriales.Interacción transmitida por los bosones vectoriales.

¿A que se debe que la máquina sincrónica se llame así?¿A que se debe que la máquina sincrónica se llame así? Debido a que su operación realiza a la velocidad sincrónica, esto es, a la velocidad Debido a que su operación realiza a la velocidad sincrónica, esto es, a la velocidad

mecánica equiva1ente a la velocidad de rotación de campo magnético rotativo producido mecánica equiva1ente a la velocidad de rotación de campo magnético rotativo producido por las corrientes del estator.por las corrientes del estator.

¿Dibuje el circuito equivalente de la máquina de inducción?¿Dibuje el circuito equivalente de la máquina de inducción?

¿Enuncie el principio de funcionamiento de la máquina de corriente continua?¿Enuncie el principio de funcionamiento de la máquina de corriente continua? El principio de funcionamiento se basa en la ley general de la inducción electromagnética. El principio de funcionamiento se basa en la ley general de la inducción electromagnética.

La máquina tiene básicamente dos arrollamientos, uno ubicado en el estator cuya función La máquina tiene básicamente dos arrollamientos, uno ubicado en el estator cuya función es crear un campo magnético y el otro arrollamiento está ubicado en el rotor y se es crear un campo magnético y el otro arrollamiento está ubicado en el rotor y se denomina inducido ó armadura; mediante estos se realiza la inyección de corriente denomina inducido ó armadura; mediante estos se realiza la inyección de corriente continua tanto en el circuito estator y rotor creando el torque necesario para mover una continua tanto en el circuito estator y rotor creando el torque necesario para mover una carga.carga.

r2/S

jX2

Rp jXm

ImI2

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+

-

I1

jX1r1

BIBLIOGRAFÍABIBLIOGRAFÍA

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